انرژی برقآبی تاکنون بزرگترین منبع تجدیدپذیر در سراسر جهان بوده است که بیش از دو برابر انرژی باد و بیش از چهار برابر انرژی خورشیدی انرژی تولید میکند. و پمپاژ آب به بالای تپه، که با نام «انرژی برقآبی پمپشده» نیز شناخته میشود، بیش از ۹۰٪ از کل ظرفیت ذخیرهسازی انرژی جهان را تشکیل میدهد.
اما علیرغم تأثیر عظیم انرژی برقآبی، در ایالات متحده چیز زیادی در مورد آن نمیشنویم. در حالی که در چند دهه گذشته شاهد کاهش شدید قیمت انرژی بادی و خورشیدی و افزایش شدید دسترسی به آنها بودهایم، تولید انرژی برقآبی داخلی نسبتاً ثابت مانده است، زیرا این کشور در حال حاضر نیروگاههای برقآبی را در ایدهآلترین مکانهای جغرافیایی ساخته است.
در سطح بینالمللی، داستان متفاوت است. چین با ساخت هزاران سد برقآبی جدید، اغلب عظیم، در چند دهه گذشته، به توسعه اقتصادی خود دامن زده است. آفریقا، هند و دیگر کشورهای آسیا و اقیانوسیه نیز قرار است همین کار را انجام دهند.
اما گسترش بدون نظارت دقیق زیستمحیطی میتواند منجر به مشکل شود، زیرا سدها و مخازن آب، اکوسیستمهای رودخانهای و زیستگاههای اطراف را مختل میکنند و مطالعات اخیر نشان میدهد که مخازن آب میتوانند دیاکسید کربن و متان بیشتری نسبت به آنچه قبلاً تصور میشد، منتشر کنند. بهعلاوه، خشکسالی ناشی از تغییرات اقلیمی، انرژی آبی را به منبع انرژی کماطمینانی تبدیل میکند، زیرا سدها در غرب آمریکا مقدار قابل توجهی از ظرفیت تولید برق خود را از دست دادهاند.
مارک کوک، مدیر سد معروف هوور، گفت: «در یک سال معمولی، سد هوور حدود ۴.۵ میلیارد کیلووات ساعت انرژی تولید میکند. با توجه به وضعیت فعلی دریاچه، این میزان به ۳.۵ میلیارد کیلووات ساعت میرسد.»
با این حال، کارشناسان میگویند که انرژی برقآبی نقش بزرگی در آیندهای ۱۰۰٪ تجدیدپذیر دارد، بنابراین یادگیری چگونگی کاهش این چالشها ضروری است.
برق آبی خانگی
در سال ۲۰۲۱، انرژی برقآبی حدود ۶٪ از تولید برق در مقیاس صنعتی در ایالات متحده و ۳۲٪ از تولید برق تجدیدپذیر را تشکیل میداد. در داخل کشور، این انرژی تا سال ۲۰۱۹، که انرژی بادی از آن پیشی گرفت، بزرگترین منبع تجدیدپذیر بود.
انتظار نمیرود ایالات متحده در دهه آینده شاهد رشد زیادی در بخش انرژی برقآبی باشد، که بخشی از آن به دلیل فرآیند طاقتفرسای صدور مجوز و پروانه است.
مالکوم وولف، رئیس و مدیرعامل انجمن ملی برق آبی، میگوید: «طی کردن فرآیند صدور مجوز دهها میلیون دلار و سالها تلاش هزینه دارد. و برای برخی از این تأسیسات، به ویژه برخی از تأسیسات کوچکتر، آنها نه آن پول را دارند و نه آن زمان را.» او تخمین میزند که دهها آژانس مختلف در صدور مجوز یا تمدید مجوز یک تأسیسات برق آبی واحد دخیل هستند. به گفته او، این فرآیند بیشتر از صدور مجوز یک نیروگاه هستهای طول میکشد.
از آنجا که میانگین عمر نیروگاههای برق آبی در ایالات متحده بیش از ۶۰ سال است، بسیاری از آنها به زودی نیاز به تمدید مجوز خواهند داشت.
وولف گفت: «بنابراین، ممکن است با موجی از واگذاری مجوزها مواجه شویم که طعنهآمیز است، درست زمانی که ما در تلاشیم میزان تولید انعطافپذیر و بدون کربن را در این کشور افزایش دهیم.»
اما وزارت انرژی میگوید از طریق ارتقاء نیروگاههای قدیمی و افزودن برق به سدهای موجود، پتانسیل رشد داخلی وجود دارد.
وولف گفت: «ما در این کشور ۹۰ هزار سد داریم که بیشتر آنها برای کنترل سیل، آبیاری، ذخیره آب و تفریح ساخته شدهاند. تنها ۳ درصد از این سدها در واقع برای تولید برق استفاده میشوند.»
رشد در این بخش همچنین به گسترش نیروگاههای برقآبی تلمبهذخیرهای متکی است که به عنوان راهی برای «تثبیت» انرژیهای تجدیدپذیر، با ذخیره انرژی اضافی برای استفاده در زمانی که خورشید نمیتابد و باد نمیوزد، مورد توجه قرار گرفته است.
وقتی یک تأسیسات ذخیرهای پمپشده برق تولید میکند، درست مانند یک نیروگاه آبی معمولی عمل میکند: آب از مخزن بالایی به مخزن پایینی جریان مییابد و در طول مسیر یک توربین تولید برق را میچرخاند. تفاوت این است که یک تأسیسات ذخیرهای پمپشده میتواند با استفاده از برق شبکه، آب را از پایین به مخزن بالایی پمپ کند و در نتیجه انرژی پتانسیلی را ذخیره کند که میتواند در صورت نیاز آزاد شود.
در حالی که نیروگاههای تلمبه ذخیرهای امروزه حدود ۲۲ گیگاوات ظرفیت تولید برق دارند، بیش از ۶۰ گیگاوات پروژه پیشنهادی در دست توسعه وجود دارد که از این نظر، پس از چین، در رتبه دوم قرار دارد.
در سالهای اخیر، درخواستهای مجوز و پروانه برای سیستمهای ذخیرهای پمپدار به طور قابل توجهی افزایش یافته است و فناوریهای جدیدی در حال بررسی هستند. این فناوریها شامل تأسیسات «حلقه بسته» هستند که در آنها هیچ مخزنی به منبع آب خارجی متصل نیست، یا تأسیسات کوچکتری که به جای مخازن از تانک استفاده میکنند. هر دو روش احتمالاً برای محیط اطراف کمتر مخرب خواهند بود.
انتشار گازهای گلخانهای و خشکسالی
سدسازی روی رودخانهها یا ایجاد مخازن جدید میتواند مانع مهاجرت ماهیها شود و اکوسیستمها و زیستگاههای اطراف را نابود کند. سدها و مخازن آب حتی در طول تاریخ دهها میلیون نفر را آواره کردهاند که معمولاً جوامع بومی یا روستایی بودهاند.
این آسیبها به طور گسترده مورد اذعان قرار گرفتهاند. اما اکنون یک چالش جدید - انتشار گازهای گلخانهای از مخازن - توجه بیشتری را به خود جلب کرده است.
ایلیسا اوکو، دانشمند ارشد اقلیمشناسی در صندوق دفاع از محیط زیست، گفت: «آنچه مردم نمیدانند این است که این مخازن در واقع مقدار زیادی دیاکسید کربن و متان را در جو منتشر میکنند که هر دو از گازهای گلخانهای قوی هستند.»
این انتشارات از تجزیه پوشش گیاهی و سایر مواد آلی ناشی میشوند که هنگام سیل گرفتن یک منطقه برای ایجاد مخزن، تجزیه و متان آزاد میکنند. اوکو گفت: «معمولاً آن متان به دی اکسید کربن تبدیل میشود، اما برای انجام این کار به اکسیژن نیاز دارید. و اگر آب واقعاً گرم باشد، لایههای زیرین از اکسیژن خالی میشوند.» به این معنی که متان سپس در جو آزاد میشود.
وقتی صحبت از گرم شدن جهان میشود، متان در ۲۰ سال اول پس از انتشار، بیش از ۸۰ برابر قویتر از دیاکسید کربن است. تاکنون، تحقیقات نشان میدهد که مناطق گرمتر جهان، مانند هند و آفریقا، تمایل به داشتن گیاهان آلاینده بیشتری دارند، در حالی که اوکو میگوید مخازن گاز در چین و ایالات متحده نگرانی خاصی ایجاد نمیکنند. اما اوکو میگوید که باید روش قویتری برای اندازهگیری میزان انتشار گازهای گلخانهای وجود داشته باشد.
اوکو گفت: «و سپس میتوانید انواع مشوقها را برای کاهش آن داشته باشید، یا مقرراتی توسط مقامات مختلف وضع کنید تا مطمئن شوید که بیش از حد منتشر نمیکنید.»
یکی دیگر از مشکلات عمده برای نیروگاههای برقآبی، خشکسالی ناشی از تغییرات اقلیمی است. مخازن کمعمق، برق کمتری تولید میکنند و این موضوع بهویژه در غرب آمریکا که خشکترین دوره ۲۲ ساله را در ۱۲۰۰ سال گذشته تجربه کرده، نگرانکننده است.
از آنجایی که مخازنی مانند دریاچه پاول که سد گلن کانیون را تغذیه میکنند و دریاچه مید که سد هوور را تغذیه میکنند، برق کمتری تولید میکنند، سوختهای فسیلی در حال جبران این کمبود هستند. یک مطالعه نشان داد که از سال ۲۰۰۱ تا ۲۰۱۵، به دلیل تغییر رویکرد ناشی از خشکسالی از انرژی برقآبی، ۱۰۰ میلیون تن دیاکسید کربن اضافی در ۱۱ ایالت غربی آزاد شده است. در طول یک دوره بسیار سخت برای کالیفرنیا بین سالهای ۲۰۱۲ تا ۲۰۱۶، مطالعه دیگری تخمین زد که از دست دادن تولید انرژی برقآبی ۲.۴۵ میلیارد دلار برای ایالت هزینه داشته است.
برای اولین بار در تاریخ، کمبود آب در دریاچه مید اعلام شده است که باعث کاهش تخصیص آب در آریزونا، نوادا و مکزیک شده است. انتظار میرود سطح آب که در حال حاضر 1047 فوت است، بیشتر کاهش یابد، زیرا اداره احیای اراضی در اقدامی بیسابقه، آب دریاچه پاول، واقع در بالادست دریاچه مید، را مهار کرده است تا سد گلن کانیون بتواند به تولید برق ادامه دهد. اگر سطح دریاچه مید به زیر 950 فوت کاهش یابد، دیگر برق تولید نخواهد کرد.
آینده انرژی برق آبی
نوسازی زیرساختهای برق آبی موجود میتواند بهرهوری را افزایش داده و برخی از خسارات مربوط به خشکسالی را جبران کند، و همچنین تضمین کند که نیروگاهها قادر به فعالیت برای دهههای آینده هستند.
از اکنون تا سال ۲۰۳۰، ۱۲۷ میلیارد دلار برای نوسازی نیروگاههای قدیمی در سطح جهان هزینه خواهد شد. این مبلغ تقریباً یک چهارم کل سرمایهگذاری برقآبی جهان و تقریباً ۹۰ درصد سرمایهگذاری در اروپا و آمریکای شمالی را تشکیل میدهد.
در سد هوور، این به معنای مقاومسازی برخی از توربینهای آنها برای عملکرد کارآمدتر در ارتفاعات پایینتر، نصب دروازههای ویکت نازکتر است که جریان آب به داخل توربینها را کنترل میکنند و تزریق هوای فشرده به توربینها برای افزایش راندمان است.
اما در سایر نقاط جهان، اکثر سرمایهگذاریها به سمت نیروگاههای جدید میرود. انتظار میرود پروژههای بزرگ دولتی در آسیا و آفریقا بیش از ۷۵ درصد از ظرفیت جدید برق آبی را تا سال ۲۰۳۰ به خود اختصاص دهند. اما برخی نگران تأثیر چنین پروژههایی بر محیط زیست هستند.
شانون ایمز، مدیر اجرایی موسسه برق آبی کمضربه، گفت: «به نظر فروتنانه من، آنها بیش از حد ساخته شدهاند. آنها برای ظرفیت عظیمی ساخته شدهاند که ضروری نیست. آنها میتوانند به صورت رودخانهای ساخته شوند و فقط میتوانند به طور متفاوتی طراحی شوند.»
تأسیسات رودخانهای شامل مخزن نیستند و بنابراین تأثیر کمتری بر محیط زیست دارند، اما نمیتوانند بر اساس تقاضا انرژی تولید کنند، زیرا خروجی به جریانهای فصلی بستگی دارد. انتظار میرود انرژی برقآبی رودخانهای حدود ۱۳٪ از کل ظرفیت افزوده شده در این دهه را تشکیل دهد، در حالی که انرژی برقآبی سنتی ۵۶٪ و انرژی برقآبی پمپشده ۲۹٪ را تشکیل میدهند.
اما به طور کلی، رشد انرژی برق آبی در حال کند شدن است و قرار است تا سال ۲۰۳۰ حدود ۲۳ درصد کاهش یابد. معکوس کردن این روند تا حد زیادی به سادهسازی فرآیندهای نظارتی و صدور مجوز، و تعیین استانداردهای بالای پایداری و برنامههای اندازهگیری انتشار گازهای گلخانهای برای اطمینان از پذیرش جامعه بستگی دارد. یک جدول زمانی کوتاهتر برای توسعه به توسعهدهندگان کمک میکند تا قراردادهای خرید برق را به دست آورند و در نتیجه سرمایهگذاری را تشویق کنند زیرا بازده تضمین میشود.
ایمز گفت: «بخشی از دلیل اینکه گاهی اوقات به اندازه انرژی خورشیدی و بادی جذاب به نظر نمیرسد، این است که افق این تأسیسات متفاوت است. برای مثال، یک نیروگاه بادی و خورشیدی معمولاً به عنوان یک پروژه 20 ساله در نظر گرفته میشود. از سوی دیگر، نیروگاههای برق آبی مجوز دارند و به مدت 50 سال فعالیت میکنند. و بسیاری از آنها 100 سال است که فعالیت میکنند... اما بازارهای سرمایه ما لزوماً از چنین بازده طولانیتری استقبال نمیکنند.»
وولف میگوید یافتن مشوقهای مناسب برای توسعه نیروگاههای برقآبی و مخازن تلمبهای و اطمینان از انجام پایدار این کار، برای قطع وابستگی جهان به سوختهای فسیلی بسیار مهم خواهد بود.
«ما به اندازه برخی از فناوریهای دیگر خبرساز نمیشویم. اما فکر میکنم مردم به طور فزایندهای متوجه میشوند که بدون برق آبی نمیتوان شبکه برق قابل اعتمادی داشت.»
زمان ارسال: ۱۴ ژوئیه ۲۰۲۲
