Hidrokrag is verreweg die grootste hernubare energie wêreldwyd en produseer meer as twee keer soveel energie as wind, en meer as vier keer soveel as sonkrag. En die oppomp van water teen 'n heuwel, ook bekend as "pompberging-hidrokrag", maak meer as 90% van die wêreld se totale energiebergingskapasiteit uit.
Maar ten spyte van hidrokrag se buitengewone impak, hoor ons nie veel daarvan in die VSA nie. Terwyl die afgelope paar dekades wind- en sonkrag in prys gedaal het en in beskikbaarheid die hoogte ingeskiet het, het binnelandse hidrokragopwekking relatief bestendig gebly, aangesien die land reeds hidrokragaanlegte op die mees geografies ideale plekke gebou het.
Internasionaal is dit 'n ander storie. China het sy ekonomiese uitbreiding aangevuur deur die afgelope paar dekades duisende nuwe, dikwels massiewe, hidroëlektriese damme te bou. Afrika, Indië en ander lande in Asië en die Stille Oseaan is gereed om dieselfde te doen.
Maar uitbreiding sonder streng omgewingsbeheer kan tot probleme lei, aangesien damme en reservoirs rivierekosisteme en omliggende habitatte ontwrig, en onlangse studies toon dat reservoirs meer koolstofdioksied en metaan kan uitstraal as wat voorheen verstaan is. Boonop maak klimaatgedrewe droogte hidro 'n minder betroubare bron van energie, aangesien damme in die Amerikaanse Weste 'n aansienlike hoeveelheid van hul elektrisiteitsopwekkingskapasiteit verloor het.
“In ’n tipiese jaar sal die Hooverdam sowat 4,5 miljard kilowatt-uur energie opwek,” het Mark Cook, bestuurder van die ikoniese Hooverdam, gesê. “Met die meer soos dit nou is, is dit meer soos 3,5 miljard kilowatt-uur.”
Tog sê kenners dat hidro-energie 'n groot rol speel in 'n 100% hernubare toekoms, daarom is dit noodsaaklik om te leer hoe om hierdie uitdagings te verminder.
Binnelandse hidrokrag
In 2021 het hidrokrag ongeveer 6% van die elektrisiteitsopwekking op nutsskaal in die VSA en 32% van die hernubare elektrisiteitsopwekking uitgemaak. Plaaslik was dit die grootste hernubare energiebron tot 2019, toe dit deur wind oortref is.
Daar word nie verwag dat die VSA in die komende dekade veel groei in hidrokrag sal sien nie, deels as gevolg van die moeilike lisensiërings- en permiteringsproses.
“Dit kos tientalle miljoene dollars en jare se moeite om deur die lisensiëringsproses te gaan. En vir sommige van hierdie fasiliteite, veral sommige van die kleiner fasiliteite, het hulle net nie daardie geld of daardie tyd nie,” sê Malcolm Woolf, president en uitvoerende hoof van die Nasionale Waterkragvereniging. Hy skat dat daar dosyne verskillende agentskappe betrokke is by die lisensiëring of herlisensiëring van 'n enkele waterkragaanleg. Die proses, het hy gesê, neem langer as die lisensiëring van 'n kernkragsentrale.
Omdat die gemiddelde hidroëlektriese kragstasie in die VSA meer as 60 jaar oud is, sal baie binnekort herlisensieer moet word.
“Ons kan dus 'n klomp lisensie-oorgawes in die gesig staar, wat ironies is net soos ons probeer om die hoeveelheid buigsame, koolstofvrye opwekking wat ons in hierdie land het, te verhoog,” het Woolf gesê.
Maar die Departement van Energie sê daar is potensiaal vir binnelandse groei, deur opgraderings aan ou aanlegte en die byvoeging van krag aan bestaande damme.
“Ons het 90 000 damme in hierdie land, waarvan die meeste gebou is vir vloedbeheer, vir besproeiing, vir waterberging, vir ontspanning. Slegs 3% van daardie damme word eintlik gebruik vir die opwekking van krag,” het Woolf gesê.
Groei in die sektor is ook afhanklik van die uitbreiding van pompbergingswaterkrag, wat al hoe meer gewild raak as 'n manier om hernubare energie te "versterk", deur oortollige energie te stoor vir gebruik wanneer die son nie skyn en die wind nie waai nie.
Wanneer 'n pompopgaarfasiliteit krag opwek, werk dit net soos 'n gewone hidro-aanleg: Water vloei van die boonste reservoir na die onderste, en laat 'n elektrisiteitopwekkende turbine langs die pad draai. Die verskil is dat 'n pompopgaarfasiliteit kan herlaai deur krag van die netwerk te gebruik om water van onder na die hoër reservoir te pomp, waardeur potensiële energie gestoor word wat vrygestel kan word wanneer nodig.
Terwyl pompberging vandag sowat 22 gigawatt se elektrisiteitsopwekkingskapasiteit het, is daar meer as 60 gigawatt se voorgestelde projekte in die ontwikkelingspyplyn. Dit is slegs die tweede grootste na China.
In onlangse jare het permitte en lisensiëringsaansoeke vir pompopgaarstelsels aansienlik toegeneem, en nuwe tegnologieë word oorweeg. Dit sluit in "geslote lus"-fasiliteite, waarin geen reservoir aan 'n eksterne waterbron gekoppel is nie, of kleiner fasiliteite wat tenks in plaas van reservoirs gebruik. Beide metodes sal waarskynlik minder ontwrigtend vir die omliggende omgewing wees.
Uitlatings en droogte
Die opdam van riviere of die skep van nuwe reservoirs kan vismigrasie belemmer en omliggende ekosisteme en habitatte ruïneer. Damme en reservoirs het selfs tientalle miljoene mense deur die geskiedenis heen verplaas, gewoonlik inheemse of landelike gemeenskappe.
Hierdie skade word wyd erken. Maar 'n nuwe uitdaging — uitlaatgasse van reservoirs — kry nou toenemende aandag.
"Wat mense nie besef nie, is dat hierdie reservoirs eintlik baie koolstofdioksied en metaan in die atmosfeer vrystel, wat albei sterk kweekhuisgasse is," het Ilissa Ocko, Senior Klimaatwetenskaplike by die Omgewingsverdedigingsfonds, gesê.
Die uitlatings kom van ontbindende plantegroei en ander organiese materiaal, wat afbreek en metaan vrystel wanneer 'n gebied oorstroom word om 'n reservoir te skep. “Gewoonlik verander daardie metaan dan in koolstofdioksied, maar jy benodig suurstof om dit te doen. En as die water regtig, regtig warm is, dan is die onderste lae uitgeput van suurstof,” het Ocko gesê, wat beteken dat metaan dan in die atmosfeer vrygestel word.
Wat die opwarming van die wêreld betref, is metaan meer as 80 keer sterker as CO2 vir die eerste 20 jaar na die vrystelling daarvan. Tot dusver toon navorsing dat warmer dele van die wêreld, soos Indië en Afrika, geneig is om meer besoedelende aanlegte te hê, terwyl Ocko sê dat reservoirs in China en die VSA nie van besondere belang is nie. Maar Ocko sê daar moet 'n meer robuuste manier wees om emissies te meet.
“En dan kan jy allerhande aansporings hê om dit te verminder, of regulasies deur verskillende owerhede om seker te maak dat jy nie te veel uitstoot nie,” het Ocko gesê.
Nog 'n groot probleem vir waterkrag is klimaatgedrewe droogte. Vlak reservoirs produseer minder krag, en dit is veral kommerwekkend in die Amerikaanse Weste, wat die droogste 22-jaar periode in die afgelope 1 200 jaar beleef het.
Aangesien reservoirs soos Lake Powell, wat die Glen Canyon-dam voed, en Lake Mead, wat die Hoover-dam voed, minder elektrisiteit produseer, neem fossielbrandstowwe die leemte in. Een studie het bevind dat 'n bykomende 100 miljoen ton koolstofdioksied van 2001-2015 in 11 state in die weste vrygestel is as gevolg van die droogte-geïnduseerde verskuiwing weg van waterkrag. Gedurende 'n besonder moeilike tydperk vir Kalifornië tussen 2012-2016, het 'n ander studie beraam dat verlore waterkragopwekking die staat $2,45 miljard gekos het.
Vir die eerste keer in die geskiedenis is 'n watertekort by Lake Mead verklaar, wat watertoewysingsverlagings in Arizona, Nevada en Mexiko veroorsaak het. Die watervlak, tans op 1 047 voet, sal na verwagting verder daal, aangesien die Buro vir Herwinning die ongekende stap geneem het om water by Lake Powell, stroomop van Lake Mead, terug te hou sodat die Glen Canyon-dam kan voortgaan om krag op te wek. As Lake Mead onder 950 voet daal, sal dit nie meer krag opwek nie.
Toekoms van waterkrag
Die modernisering van bestaande waterkraginfrastruktuur kan doeltreffendheid verhoog en sommige droogteverwante verliese verhaal, asook verseker dat aanlegte vir baie dekades kan werk.
Tussen nou en 2030 sal $127 miljard wêreldwyd bestee word aan die modernisering van ou aanlegte. Dit is verantwoordelik vir byna 'n kwart van die totale wêreldwye hidrokragbelegging, en byna 90% van die belegging in Europa en Noord-Amerika.
By die Hooverdam beteken dit dat sommige van hul turbines opgeknap moet word om meer doeltreffend op laer hoogtes te werk, dunner hekhekke te installeer wat die vloei van water in die turbines beheer en saamgeperste lug in die turbines moet inspuit om doeltreffendheid te verhoog.
Maar in ander dele van die wêreld gaan die meerderheid van die belegging na nuwe aanlegte. Groot, staatsbeheerde projekte in Asië en Afrika sal na verwagting meer as 75% van die nuwe hidrokragkapasiteit teen 2030 uitmaak. Maar sommige is bekommerd oor die impak wat sulke projekte op die omgewing sal hê.
“Na my nederige mening is hulle oorbebou. Hulle is gebou tot massiewe kapasiteit wat nie nodig is nie,” het Shannon Ames, Uitvoerende Direkteur van die Lae-Impak Hidrokraginstituut, gesê. “Hulle kan as 'n rivierloop gedoen word en hulle kan net anders ontwerp word.”
Rivieraanlegte sluit nie 'n reservoir in nie en het dus minder impak op die omgewing, maar hulle kan nie energie op aanvraag opwek nie, aangesien die produksie van seisoenale vloei afhang. Daar word verwag dat rivieraanlegte ongeveer 13% van die totale kapasiteitstoevoegings hierdie dekade sal uitmaak, terwyl tradisionele hidrokrag 56% en gepompte hidro 29% sal uitmaak.
Maar oor die algemeen verlangsaam die groei van hidrokrag en sal na verwagting met ongeveer 23% teen 2030 krimp. Die omkeer van hierdie tendens sal grootliks afhang van die stroomlyn van die regulatoriese en permitprosesse, en die stel van hoë volhoubaarheidsstandaarde en emissiemetingsprogramme om gemeenskapsaanvaarding te verseker. 'n Korter ontwikkelingstydlyn sal ontwikkelaars help om kragkoopooreenkomste te bekom, wat beleggings aanspoor aangesien opbrengste gewaarborg sal word.
“Deel van die rede waarom dit soms nie so aantreklik soos son- en windkrag lyk nie, is omdat die horison vir die fasiliteite anders is. Byvoorbeeld, 'n wind- en sonkragaanleg word tipies as 'n 20-jaar-projek beskou,” het Ames gesê. “Aan die ander kant is hidrokrag gelisensieer en werk dit vir 50 jaar. En baie van hulle is al vir 100 jaar in werking... Maar ons kapitaalmarkte waardeer nie noodwendig so 'n langer opbrengs nie.”
Om die regte aansporings vir die ontwikkeling van waterkrag en pompberging te vind, en te verseker dat dit op 'n volhoubare wyse gedoen word, gaan van kritieke belang wees om die wêreld van fossielbrandstowwe te speen, sê Woolf.
“Ons kry nie die opskrifte wat sommige van die ander tegnologieë kry nie. Maar ek dink mense besef toenemend dat jy nie 'n betroubare netwerk sonder hidrokrag kan hê nie.”
Plasingstyd: 14 Julie 2022
