Vandkraft er langt den største vedvarende energikilde på verdensplan og producerer over dobbelt så meget energi som vind og over fire gange så meget som solenergi. Og at pumpe vand op ad en bakke, også kendt som "pumpet lagring af vandkraft", udgør langt over 90 % af verdens samlede energilagringskapacitet.
Men på trods af vandkraftens enorme indflydelse hører vi ikke meget om det i USA. Mens de seneste årtier er gået kraftigt ned i pris på vind og solenergi og er steget voldsomt i tilgængelighed, er den indenlandske vandkraftproduktion forblevet relativt stabil, da nationen allerede har bygget vandkraftværker på de geografisk mest ideelle steder.
Internationalt set er det en anden historie. Kina har drevet sin økonomiske vækst ved at bygge tusindvis af nye, ofte massive, vandkraftdæmninger i løbet af de sidste par årtier. Afrika, Indien og andre lande i Asien og Stillehavet er klar til at gøre det samme.
Men udvidelse uden streng miljøkontrol kan føre til problemer, da dæmninger og reservoirer forstyrrer flodøkosystemer og omkringliggende levesteder, og nyere undersøgelser viser, at reservoirer kan udlede mere kuldioxid og metan end tidligere antaget. Derudover gør klimadrevet tørke vandkraft til en mindre pålidelig energikilde, da dæmninger i det amerikanske vesten har mistet en betydelig del af deres elproduktionskapacitet.
"I et typisk år vil Hoover Dam generere omkring 4,5 milliarder kilowatt-timer energi," sagde Mark Cook, leder af den ikoniske Hoover Dam. "Med søen, som den er nu, er det mere som 3,5 milliarder kilowatt-timer."
Eksperter siger dog, at vandkraft spiller en stor rolle i en 100 % vedvarende fremtid, så det er et must at lære, hvordan man afbøder disse udfordringer.
Indenlandsk vandkraft
I 2021 tegnede vandkraft sig for omkring 6 % af elproduktionen i forsyningssektoren i USA og 32 % af elproduktionen fra vedvarende energi. Indenlandsk var det den største andel af vedvarende energi indtil 2019, hvor den blev overgået af vind.
USA forventes ikke at se megen vækst inden for vandkraft i det kommende årti, delvist på grund af den besværlige licens- og godkendelsesproces.
"Det koster titusindvis af dollars og års arbejde at gennemgå licensprocessen. Og for nogle af disse anlæg, især nogle af de mindre anlæg, har de simpelthen ikke de penge eller den tid," siger Malcolm Woolf, præsident og administrerende direktør for National Hydropower Association. Han anslår, at der er snesevis af forskellige myndigheder involveret i at licensere eller genlicensere et enkelt vandkraftværk. Processen, sagde han, tager længere tid end at licensere et atomkraftværk.
Fordi et gennemsnitligt vandkraftværk i USA er over 60 år gammelt, vil mange snart skulle have en ny licens.
"Så vi kan stå over for en række licensafgivelser, hvilket er ironisk, netop som vi forsøger at øge mængden af fleksibel, CO2-fri produktion, vi har i dette land," sagde Woolf.
Men energiministeriet siger, at der er potentiale for indenlandsk vækst gennem opgraderinger af gamle kraftværker og tilføjelse af strøm til eksisterende dæmninger.
"Vi har 90.000 dæmninger i dette land, hvoraf de fleste blev bygget til oversvømmelseskontrol, til kunstvanding, til vandlagring og til rekreation. Kun 3% af disse dæmninger bruges faktisk til at generere strøm," sagde Woolf.
Væksten i sektoren afhænger også af udvidelsen af pumpekraftværker med lagring, som vinder frem som en måde at "fastgøre" vedvarende energikilder og lagre overskydende energi til brug, når solen ikke skinner, og vinden ikke blæser.
Når et pumpekraftværk genererer strøm, fungerer det ligesom et almindeligt vandkraftværk: Vand strømmer fra det øvre reservoir til det nedre og drejer en elproducerende turbine undervejs. Forskellen er, at et pumpekraftværk kan genoplade ved at bruge strøm fra nettet til at pumpe vand nedefra op til det højere reservoir og derved lagre potentiel energi, der kan frigives, når det er nødvendigt.
Mens pumpekraftværker i dag har en elproduktionskapacitet på omkring 22 gigawatt, er der over 60 gigawatt af foreslåede projekter under udvikling. Det er kun overgået af Kina.
I de senere år er antallet af tilladelser og licensansøgninger til pumpekraftværker steget betydeligt, og nye teknologier overvejes. Disse omfatter "lukkede kredsløb"-anlæg, hvor ingen af reservoirerne er forbundet til en ekstern vandkilde, eller mindre anlæg, der bruger tanke i stedet for reservoirer. Begge metoder ville sandsynligvis være mindre forstyrrende for det omgivende miljø.
Emissioner og tørke
Opdæmning af floder eller etablering af nye reservoirer kan hindre fiskevandringer og ødelægge omkringliggende økosystemer og levesteder. Dæmninger og reservoirer har endda fordrevet titusindvis af mennesker gennem historien, normalt oprindelige eller landlige samfund.
Disse skader er bredt anerkendte. Men en ny udfordring — emissioner fra reservoirer — får nu øget opmærksomhed.
"Hvad folk ikke er klar over er, at disse reservoirer faktisk udleder en masse kuldioxid og metan i atmosfæren, som begge er stærke drivhusgasser," sagde Ilissa Ocko, senior klimaforsker ved Environmental Defense Fund.
Udledningen kommer fra nedbrydende vegetation og andet organisk materiale, som nedbrydes og frigiver metan, når et område oversvømmes, for at skabe et reservoir. "Normalt omdannes metanen til kuldioxid, men man har brug for ilt for at gøre det. Og hvis vandet er virkelig, virkelig varmt, så er de nederste lag tømt for ilt," sagde Ocko, hvilket betyder, at metan derefter frigives til atmosfæren.
Når det kommer til at opvarme verden, er metan over 80 gange kraftigere end CO2 i de første 20 år efter dets udledning. Indtil videre viser forskning, at varmere dele af verden, som Indien og Afrika, har en tendens til at have mere forurenende anlæg, mens Ocko siger, at reservoirer i Kina og USA ikke er særligt bekymrende. Men Ocko siger, at der er behov for en mere robust måde at måle emissioner på.
"Og så kunne man have alle mulige incitamenter til at reducere det, eller reguleringer fra forskellige myndigheder for at sikre, at man ikke udleder for meget," sagde Ocko.
Et andet stort problem for vandkraft er klimadrevet tørke. Lavvandede reservoirer producerer mindre strøm, og det er særligt bekymrende i det amerikanske vesten, som har oplevet den tørreste 22-årsperiode i de sidste 1.200 år.
Efterhånden som reservoirer som Lake Powell, der forsyner Glen Canyon-dæmningen, og Lake Mead, der forsyner Hoover-dæmningen, producerer mindre elektricitet, tager fossile brændstoffer over. En undersøgelse viste, at der fra 2001-2015 blev frigivet yderligere 100 millioner tons kuldioxid i 11 stater i vest på grund af det tørkeinducerede skift væk fra vandkraft. I en særlig hård periode for Californien mellem 2012-2016 anslog en anden undersøgelse, at tabt vandkraftproduktion kostede staten 2,45 milliarder dollars.
For første gang i historien er der erklæret vandmangel ved Lake Mead, hvilket har udløst nedskæringer i vandforsyningen i Arizona, Nevada og Mexico. Vandstanden, der i øjeblikket er på 327 meter, forventes at falde yderligere, da Bureau of Reclamation har taget det hidtil usete skridt at tilbageholde vandet ved Lake Powell, der ligger op ad floden for Lake Mead, så Glen Canyon-dæmningen kan fortsætte med at producere strøm. Hvis Lake Mead falder til under 277 meter, vil den ikke længere generere strøm.
Fremtiden for vandkraft
Modernisering af eksisterende vandkraftinfrastruktur kan øge effektiviteten og inddrive nogle af tørkerelaterede tab, samt sikre, at kraftværkerne er i stand til at fungere i mange årtier fremover.
Mellem nu og 2030 vil der globalt blive brugt 127 milliarder dollars på modernisering af gamle kraftværker. Det tegner sig for næsten en fjerdedel af de samlede globale vandkraftinvesteringer og næsten 90 % af investeringerne i Europa og Nordamerika.
Ved Hoover Dam har det betydet at eftermontere nogle af deres turbiner, så de kan fungere mere effektivt i lavereliggende områder, installere tyndere låger, der styrer vandstrømmen ind i turbinerne, og indsprøjte trykluft i turbinerne for at øge effektiviteten.
Men i andre dele af verden går størstedelen af investeringerne til nye anlæg. Store, statsejede projekter i Asien og Afrika forventes at tegne sig for over 75 % af den nye vandkraftkapacitet frem til 2030. Men nogle bekymrer sig om den indvirkning, sådanne projekter vil have på miljøet.
"Efter min ydmyge mening er de overbyggede. De er bygget til en massiv kapacitet, der ikke er nødvendig," sagde Shannon Ames, administrerende direktør for Low Impact Hydropower Institute. "De kunne udføres som strømningsanlæg, og de kunne bare designes anderledes."
Vandkraftanlæg i floden har ikke et reservoir og har derfor mindre miljøpåvirkning, men de kan ikke generere energi efter behov, da produktionen afhænger af sæsonbestemte strømninger. Vandkraft i floden forventes at tegne sig for omkring 13 % af den samlede kapacitetstilvækst i dette årti, mens traditionel vandkraft vil udgøre 56 % og pumpet vandkraft 29 %.
Men samlet set aftager væksten inden for vandkraft og forventes at falde med omkring 23 % frem til 2030. At vende denne tendens vil i høj grad afhænge af at strømline de lovgivningsmæssige og tilladelsesprocesser og fastsætte høje bæredygtighedsstandarder og emissionsmålingsprogrammer for at sikre samfundets accept. En kortere udviklingstidslinje ville hjælpe udviklere med at opnå elkøbsaftaler og dermed fremme investeringer, da afkastet ville være garanteret.
"En del af grunden til, at det nogle gange ikke ser så attraktivt ud som sol- og vindkraft, er, at horisonten for anlæggene er anderledes. For eksempel betragtes et vind- og solkraftværk typisk som et 20-årigt projekt," sagde Ames. "På den anden side er vandkraft licenseret og i drift i 50 år. Og mange af dem har været i drift i 100 år ... Men vores kapitalmarkeder værdsætter ikke nødvendigvis et længere afkast som det."
At finde de rette incitamenter til udvikling af vandkraft og pumpekraftlagring, og sikre at det sker på en bæredygtig måde, vil være afgørende for at afvænne verden fra fossile brændstoffer, siger Woolf.
"Vi får ikke de samme overskrifter som nogle af de andre teknologier. Men jeg tror, at folk i stigende grad er ved at indse, at man ikke kan have et pålideligt elnet uden vandkraft."
Opslagstidspunkt: 14. juli 2022
