Vodní energie je zdaleka největším obnovitelným zdrojem energie na světě a produkuje více než dvakrát tolik energie než větrná energie a více než čtyřikrát tolik než solární energie. A čerpání vody do kopce, známé také jako „přečerpávací vodní elektrárny“, tvoří více než 90 % celkové světové kapacity skladování energie.
Ale i přes obrovský dopad vodní energie o ní v USA moc neslyšíme. Zatímco v posledních několika desetiletích došlo k prudkému poklesu cen větrné a solární energie a prudkému nárůstu její dostupnosti, domácí výroba vodní energie zůstala relativně stabilní, protože země již postavila vodní elektrárny v geograficky nejideálnějších lokalitách.
V mezinárodním měřítku je to jiný příběh. Čína v posledních několika desetiletích podpořila svou ekonomickou expanzi výstavbou tisíců nových, často masivních vodních elektráren. Afrika, Indie a další země v Asii a Tichomoří se chystají udělat totéž.
Rozšíření bez přísného environmentálního dohledu by však mohlo vést k problémům, protože přehrady a nádrže narušují říční ekosystémy a okolní stanoviště a nedávné studie ukazují, že nádrže mohou vypouštět více oxidu uhličitého a metanu, než se dříve předpokládalo. Navíc sucho způsobené klimatem činí vodní energii méně spolehlivým zdrojem energie, protože přehrady na americkém Západě ztratily značnou část své kapacity na výrobu elektřiny.
„Hooverova přehrada typicky ročně vygeneruje přibližně 4,5 miliardy kilowatthodin energie,“ řekl Mark Cook, správce ikonické Hooverovy přehrady. „Vzhledem k současnému stavu jezera je to spíše 3,5 miliardy kilowatthodin.“
Odborníci však tvrdí, že vodní energie hraje velkou roli v budoucnosti se 100% obnovitelnými zdroji, takže je nezbytné naučit se tyto problémy zmírňovat.
Domácí vodní energie
V roce 2021 se vodní energie podílela na výrobě elektřiny v USA přibližně 6 % a na výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů 32 %. V tuzemsku byla největším obnovitelným zdrojem až do roku 2019, kdy ji překonala větrná energie.
Neočekává se, že by USA v nadcházejícím desetiletí zaznamenaly velký růst vodní energie, částečně kvůli složitému procesu udělování licencí a povolování.
„Projít procesem udělování licencí stojí desítky milionů dolarů a roky úsilí. A pro některá z těchto zařízení, zejména pro některá menší zařízení, prostě nemají na to peníze ani čas,“ říká Malcolm Woolf, prezident a generální ředitel Národní asociace pro vodní energii. Odhaduje, že na udělování licencí nebo opětovném udělování licencí pro jedno vodní zařízení se podílejí desítky různých agentur. Tento proces podle něj trvá déle než udělování licencí pro jadernou elektrárnu.
Protože průměrná vodní elektrárna v USA je starší než 60 let, mnoho z nich bude muset brzy získat novou licenci.
„Mohli bychom tedy čelit záplavě odevzdání licencí, což je ironické právě v době, kdy se snažíme zvýšit objem flexibilní a bezuhlíkové výroby, kterou v této zemi máme,“ řekl Woolf.
Ministerstvo energetiky však tvrdí, že existuje potenciál pro domácí růst, a to prostřednictvím modernizace starých elektráren a navyšování výkonu stávajících přehrad.
„V této zemi máme 90 000 přehrad, z nichž většina byla postavena pro ochranu před povodněmi, pro zavlažování, pro akumulaci vody a pro rekreaci. Pouze 3 % těchto přehrad se skutečně využívá k výrobě energie,“ řekl Woolf.
Růst v tomto odvětví se také opírá o rozšiřování přečerpávacích vodních elektráren, které získávají na popularitě jako způsob „upevnění“ obnovitelných zdrojů energie, ukládání přebytečné energie pro použití v době, kdy nesvítí slunce a nefouká vítr.
Když přečerpávací vodní elektrárna vyrábí energii, funguje stejně jako běžná vodní elektrárna: Voda proudí z horní nádrže do dolní a cestou roztáčí turbínu vyrábějící elektřinu. Rozdíl spočívá v tom, že přečerpávací vodní elektrárna se může dobíjet pomocí energie ze sítě k čerpání vody zespodu do vyšší nádrže, čímž ukládá potenciální energii, kterou lze v případě potřeby uvolnit.
Zatímco přečerpávací vodní elektrárny mají dnes kapacitu na výrobu elektřiny přibližně 22 gigawattů, ve vývoji je více než 60 gigawattů navrhovaných projektů. To je druhé nejlepší číslo hned po Číně.
V posledních letech se značně zvýšil počet žádostí o povolení a licence pro přečerpávací vodní systémy a zvažují se nové technologie. Patří mezi ně zařízení s „uzavřeným okruhem“, u kterých není ani jedna nádrž připojena k vnějšímu zdroji vody, nebo menší zařízení, která místo nádrží používají nádrže. Obě metody by pravděpodobně méně narušovaly okolní životní prostředí.
Emise a sucho
Přehrazování řek nebo vytváření nových nádrží může bránit migraci ryb a ničit okolní ekosystémy a stanoviště. Přehrady a nádrže v průběhu historie dokonce vyhnaly desítky milionů lidí, obvykle domorodých nebo venkovských komunit.
Tyto škody jsou všeobecně uznávány. Nová výzva – emise z nádrží – si však nyní získává stále větší pozornost.
„Lidé si neuvědomují, že tyto nádrže ve skutečnosti vypouští do atmosféry velké množství oxidu uhličitého a metanu, což jsou silné skleníkové plyny,“ řekla Ilissa Ocko, hlavní klimatoložka z Environmental Defense Fund.
Emise pocházejí z rozkládající se vegetace a dalších organických látek, které se při zaplavení oblasti rozkládají a uvolňují metan, čímž vzniká rezervoár. „Obvykle se tento metan pak mění na oxid uhličitý, ale k tomu potřebujete kyslík. A pokud je voda opravdu, ale opravdu teplá, pak jsou spodní vrstvy ochuzeny o kyslík,“ řekl Ocko, což znamená, že metan se pak uvolňuje do atmosféry.
Pokud jde o oteplování světa, metan je během prvních 20 let po svém uvolnění více než 80krát účinnější než CO2. Dosavadní výzkumy ukazují, že v teplejších částech světa, jako je Indie a Afrika, se obvykle nachází více znečišťujících elektráren, zatímco Ocko tvrdí, že nádrže v Číně a USA nepředstavují zvláštní problém. Ocko však tvrdí, že je potřeba robustnější způsob měření emisí.
„A pak byste mohli mít nejrůznější pobídky k jeho snížení nebo regulace od různých úřadů, abyste se ujistili, že nevypouštíte příliš mnoho emisí,“ řekl Ocko.
Dalším velkým problémem vodní energie je sucho způsobené klimatem. Mělké nádrže produkují méně energie, což je obzvláště znepokojivé na americkém Západě, který zažil nejsušší 22leté období za posledních 1200 let.
Vzhledem k tomu, že nádrže jako jezero Powell, které napájí přehradu Glen Canyon Dam, a jezero Mead, které napájí Hooverovu přehradu, vyrábějí méně elektřiny, fosilní paliva zabírají na této produkci. Jedna studie zjistila, že v letech 2001–2015 bylo v 11 státech na západě USA uvolněno dalších 100 milionů tun oxidu uhličitého kvůli suchem vyvolanému odklonu od vodní energie. Během obzvláště těžkého období pro Kalifornii v letech 2012–2016 jiná studie odhadla, že ztráta výroby vodní energie stála stát 2,45 miliardy dolarů.
Poprvé v historii byl u jezera Mead vyhlášen nedostatek vody, což vedlo k omezení dodávek vody v Arizoně, Nevadě a Mexiku. Očekává se, že hladina vody, která je v současnosti na 327 metrů, dále klesne, jelikož Úřad pro rekultivaci (Bureau of Reclamation) podnikl bezprecedentní krok k zadržení vody v jezeře Powell, které se nachází proti proudu od jezera Mead, aby přehrada Glen Canyon Dam mohla i nadále vyrábět energii. Pokud hladina jezera Mead klesne pod 290 metrů, přestane vyrábět energii.
Budoucnost vodní energie
Modernizace stávající vodní infrastruktury by mohla zvýšit účinnost a nahradit některé ztráty související se suchem a také zajistit, aby elektrárny byly schopny provozu po mnoho dalších desetiletí.
Do roku 2030 bude na modernizaci starých elektráren po celém světě vynaloženo 127 miliard dolarů. To představuje téměř čtvrtinu celkových globálních investic do vodní energie a téměř 90 % investic v Evropě a Severní Americe.
Na Hooverově přehradě to znamenalo dodatečnou montáž některých turbín pro efektivnější provoz v nižších nadmořských výškách, instalaci tenčích branek, které řídí tok vody do turbín, a vstřikování stlačeného vzduchu do turbín pro zvýšení účinnosti.
Ale v jiných částech světa směřuje většina investic do nových elektráren. Očekává se, že velké státní projekty v Asii a Africe budou do roku 2030 tvořit více než 75 % nové kapacity vodní energie. Někteří se však obávají dopadu těchto projektů na životní prostředí.
„Podle mého skromného názoru jsou přestavěné. Jsou postaveny s masivní kapacitou, která není nutná,“ řekla Shannon Ames, výkonná ředitelka Institutu pro hydroenergetiku s nízkým dopadem. „Mohly by být realizovány jako průtočné a mohly by být jen navrženy jinak.“
Průtočné vodní elektrárny neobsahují nádrž, a proto mají menší dopad na životní prostředí, ale nemohou vyrábět energii na vyžádání, protože produkce závisí na sezónních průtocích. Očekává se, že průtočné vodní energie budou v tomto desetiletí tvořit přibližně 13 % celkového přírůstku kapacity, zatímco tradiční vodní energie budou tvořit 56 % a přečerpávací vodní elektrárny 29 %.
Celkově se však růst vodní energie zpomaluje a do roku 2030 se očekává pokles přibližně o 23 %. Zvrácení tohoto trendu bude do značné míry záviset na zefektivnění regulačních a povolovacích procesů a na stanovení vysokých standardů udržitelnosti a programů měření emisí, aby se zajistila akceptace ze strany komunity. Kratší časový rámec výstavby by developerům pomohl získat smlouvy o nákupu energie, a tím by se podpořily investice, protože by byly zaručeny výnosy.
„Částečně to, proč to někdy nevypadá tak atraktivně jako solární a větrná energie, spočívá v tom, že horizont pro daná zařízení je jiný. Například větrná a solární elektrárna se obvykle považuje za 20letý projekt,“ řekl Ames. „Na druhou stranu, vodní energie má licenci a je v provozu 50 let. A mnoho z nich funguje již 100 let… Naše kapitálové trhy si ale takovou delší návratnost nutně neuvědomují.“
Nalezení správných pobídek pro rozvoj vodní energie a přečerpávacích vodních elektráren a zajištění toho, aby se to dělo udržitelným způsobem, bude podle Woolfa klíčové pro odvykání světa od fosilních paliv.
„Nedostáváme se do titulků jako některé jiné technologie. Ale myslím si, že si lidé stále více uvědomují, že bez vodní energie nemůžete mít spolehlivou rozvodnou síť.“
Čas zveřejnění: 14. července 2022
