Водноелектрическата енергия е най-големият възобновяем източник на енергия в света, произвеждайки над два пъти повече енергия от вятъра и над четири пъти повече от слънчевата. А изпомпването на вода нагоре по хълма, известно още като „помпено-акумулиращи водноелектрически централи“, съставлява над 90% от общия капацитет за съхранение на енергия в света.
Но въпреки огромното влияние на водноелектрическата енергия, не чуваме много за нея в САЩ. Докато през последните няколко десетилетия цената на вятърната и слънчевата енергия рязко спадна, а наличността им се увеличи рязко, производството на водноелектрическа енергия в страната остана относително стабилно, тъй като страната вече е изградила водноелектрически централи на най-идеалните географски места.
В международен план нещата стоят по-различно. Китай подхрани икономическата си експанзия, като построи хиляди нови, често огромни водноелектрически централи през последните няколко десетилетия. Африка, Индия и други страни в Азия и Тихия океан са на път да направят същото.
Но разширяването без строг екологичен надзор може да доведе до проблеми, тъй като язовирите и резервоарите нарушават речните екосистеми и околните местообитания, а последните проучвания показват, че резервоарите могат да отделят повече въглероден диоксид и метан, отколкото се е смятало досега. Освен това, сушата, обусловена от климата, прави водноелектрическите централи по-малко надежден източник на енергия, тъй като язовирите в американския Запад са загубили значителна част от капацитета си за производство на електроенергия.
„В типична година язовир Хувър генерира около 4,5 милиарда киловатчаса енергия“, каза Марк Кук, управител на емблематичния язовир Хувър. „В сегашното състояние на езерото, това са по-скоро 3,5 милиарда киловатчаса.“
И все пак експертите казват, че водноелектрическата енергия има голяма роля в бъдеще, основано на 100% възобновяема енергия, така че е задължително да се научим как да смекчим тези предизвикателства.
Вътрешна водноелектрическа енергия
През 2021 г. водноелектрическата енергия е представлявала около 6% от производството на електроенергия от комунални услуги в САЩ и 32% от производството на електроенергия от възобновяеми източници. В страната тя е била най-големият възобновяем източник на енергия до 2019 г., когато е била изпреварена от вятъра.
Не се очаква САЩ да видят голям растеж на водноелектрическата енергия през следващото десетилетие, отчасти поради трудния процес на лицензиране и издаване на разрешителни.
„Процесът на лицензиране струва десетки милиони долари и години усилия. А за някои от тези съоръжения, особено за някои от по-малките, просто нямат нито пари, нито време“, казва Малкълм Улф, президент и главен изпълнителен директор на Националната асоциация за хидроенергия. Той изчислява, че има десетки различни агенции, участващи в лицензирането или прелицензирането на едно единствено хидроенергийно съоръжение. Процесът, каза той, отнема повече време от лицензирането на атомна електроцентрала.
Тъй като средната възраст на водноелектрическата централа в САЩ е над 60 години, много от тях скоро ще трябва да бъдат прелицензирани.
„Така че може да се изправим пред поредица от откази от лицензи, което е иронично точно когато се опитваме да увеличим количеството гъвкаво, безвъглеродно производство, което имаме в тази страна“, каза Улф.
Но Министерството на енергетиката казва, че има потенциал за вътрешен растеж чрез модернизиране на стари електроцентрали и добавяне на мощност към съществуващите язовири.
„В страната имаме 90 000 язовира, повечето от които са построени за контрол на наводненията, за напояване, за съхранение на вода, за отдих. Само 3% от тези язовири всъщност се използват за производство на енергия“, каза Улф.
Растежът в сектора разчита и на разширяването на помпено-акумулиращите водноелектрически централи, които набират скорост като начин за „засилване“ на възобновяемите енергийни източници, съхранявайки излишната енергия за употреба, когато слънцето не грее и вятърът не духа.
Когато помпено-акумулиращата електроцентрала генерира енергия, тя работи точно като обикновена водноелектрическа централа: водата тече от горния резервоар към долния, въртяйки по пътя си турбина, генерираща електроенергия. Разликата е, че помпено-акумулиращата електроцентрала може да се презарежда, използвайки енергия от мрежата, за да изпомпва вода отдолу нагоре към по-горния резервоар, като по този начин съхранява потенциална енергия, която може да се освободи, когато е необходимо.
Докато помпено-акумулиращите електроцентрали имат около 22 гигавата капацитет за производство на електроенергия днес, в процес на разработка са предложени проекти с капацитет над 60 гигавата. Това е второ място след Китай.
През последните години разрешителните и заявленията за лицензиране на помпено-акумулиращи водни електроцентрали се увеличиха значително и се разглеждат нови технологии. Те включват съоръжения със „затворен цикъл“, при които нито един от резервоарите не е свързан с външен водоизточник, или по-малки съоръжения, които използват резервоари вместо резервоари. И двата метода вероятно биха били по-малко разрушителни за околната среда.
Емисии и суша
Преграждането на реки с язовир или създаването на нови водоеми може да възпрепятства миграцията на рибите и да разруши околните екосистеми и местообитания. Язовирите и водоемите дори са разселили десетки милиони хора през историята, обикновено местни или селски общности.
Тези вреди са широко признати. Но едно ново предизвикателство – емисиите от резервоари – сега получава все по-голямо внимание.
„Това, което хората не осъзнават, е, че тези резервоари всъщност отделят много въглероден диоксид и метан в атмосферата, като и двата са силни парникови газове“, каза Илиса Око, старши климатолог във Фонда за защита на околната среда.
Емисиите идват от разлагаща се растителност и други органични вещества, които се разграждат и освобождават метан, когато даден район е наводнен, за да се създаде резервоар. „Обикновено този метан след това се превръща във въглероден диоксид, но за да се направи това, е необходим кислород. И ако водата е наистина, наистина топла, тогава долните слоеве са изчерпани с кислород“, каза Око, което означава, че след това метанът се отделя в атмосферата.
Що се отнася до затоплянето на света, метанът е над 80 пъти по-силен от CO2 през първите 20 години след отделянето му. Досега изследванията показват, че по-горещите части на света, като Индия и Африка, са склонни да имат повече замърсяващи растения, докато Око казва, че резервоарите в Китай и САЩ не са от особен интерес. Но Око казва, че е необходим по-надежден начин за измерване на емисиите.
„И тогава бихте могли да имате всякакви стимули за намаляването му или регулации от различни органи, за да се уверите, че не отделяте твърде много“, каза Очко.
Друг основен проблем за водноелектрическата енергия е сушата, причинена от климатичните промени. Плитките резервоари произвеждат по-малко енергия и това е особено тревожно в американския Запад, който е преживял най-сухия 22-годишен период през последните 1200 години.
Тъй като резервоари като езерото Пауъл, което захранва язовир Глен Каньон, и езерото Мийд, което захранва язовир Хувър, произвеждат по-малко електроенергия, изкопаемите горива компенсират спада. Едно проучване установи, че от 2001 до 2015 г. в 11 щата на запад са били освободени допълнителни 100 милиона тона въглероден диоксид поради предизвиканото от сушата отказване от водноелектрическа енергия. По време на особено тежък период за Калифорния между 2012 и 2016 г. друго проучване изчисли, че загубеното производство на водноелектрическа енергия е струвало на щата 2,45 милиарда долара.
За първи път в историята е обявен недостиг на вода в езерото Мийд, което води до съкращения на разпределението на вода в Аризона, Невада и Мексико. Очаква се нивото на водата, което в момента е 1047 фута (327 метра), да спадне още повече, тъй като Бюрото за рекултивация (Bureau of Reculation) предприе безпрецедентната стъпка да задържи водата в езерото Пауъл, разположено нагоре по течението на езерото Мийд, за да може язовирът Глен Каньон да продължи да произвежда електроенергия. Ако нивото на езерото Мийд падне под 950 фута (294 метра), то вече няма да генерира електроенергия.
Бъдещето на водноелектрическата енергия
Модернизирането на съществуващата водноелектрическа инфраструктура би могло да повиши ефективността и да възстанови някои загуби, свързани със сушата, както и да гарантира, че централите ще могат да работят в продължение на много десетилетия напред.
Между сега и 2030 г. 127 милиарда долара ще бъдат изразходвани за модернизиране на стари електроцентрали в световен мащаб. Това представлява близо една четвърт от общите инвестиции във водноелектрическа енергия в световен мащаб и близо 90% от инвестициите в Европа и Северна Америка.
В язовир Хувър това означаваше преоборудване на някои от турбините им, за да работят по-ефективно на по-ниски надморски височини, инсталиране на по-тънки вратички, които контролират потока на вода в турбините, и впръскване на сгъстен въздух в турбините за повишаване на ефективността.
Но в други части на света по-голямата част от инвестициите са насочени към нови електроцентрали. Очаква се големите държавни проекти в Азия и Африка да представляват над 75% от новите водноелектрически мощности до 2030 г. Някои обаче се притесняват от въздействието, което подобни проекти ще окажат върху околната среда.
„Според моето скромно мнение, те са презастроени. Построени са с огромен капацитет, който не е необходим“, каза Шанън Еймс, изпълнителен директор на Института за водноенергия с ниско въздействие. „Те биха могли да бъдат направени като речни и просто биха могли да бъдат проектирани по различен начин.“
Съоръженията за водноелектрическа енергия, базирани на течението, не включват резервоар и следователно имат по-малко въздействие върху околната среда, но не могат да генерират енергия при поискване, тъй като производството зависи от сезонния дебит. Очаква се водноелектрическата енергия, базирана на течението, да представлява около 13% от общия добавен капацитет през това десетилетие, докато традиционните водноелектрически централи ще съставляват 56%, а помпените водноелектрически централи - 29%.
Но като цяло растежът на водноелектрическата енергия се забавя и се очаква да се свие с около 23% до 2030 г. Обръщането на тази тенденция ще зависи до голяма степен от рационализиране на регулаторните и разрешителните процеси, както и от установяване на високи стандарти за устойчивост и програми за измерване на емисиите, за да се гарантира приемането им от общността. По-краткият срок за развитие би помогнал на предприемачите да получат споразумения за закупуване на електроенергия, като по този начин стимулира инвестициите, тъй като възвръщаемостта би била гарантирана.
„Част от причината понякога да не изглежда толкова привлекателно, колкото слънчевата и вятърната енергия, е, че хоризонтът за съоръженията е различен. Например, вятърната и слънчевата електроцентрала обикновено се разглеждат като 20-годишен проект“, каза Еймс. „От друга страна, водноелектрическата енергия е лицензирана и работи 50 години. А много от тях работят от 100 години... Но нашите капиталови пазари не е задължително да оценят по-дълга възвръщаемост като тази.“
Намирането на правилните стимули за развитието на водноелектрическа енергия и помпено-акумулиращите електроцентрали, както и осигуряването на устойчив начин на това, ще бъде от решаващо значение за отбиването на света от изкопаемите горива, казва Улф.
„Не получаваме заглавията, както някои други технологии. Но мисля, че хората все повече осъзнават, че не може да има надеждна мрежа без водноелектрическа енергия.“
Време на публикуване: 14 юли 2022 г.
