Vesivoima on ylivoimaisesti suurin uusiutuva energialähde maailmanlaajuisesti, ja se tuottaa yli kaksi kertaa enemmän energiaa kuin tuulivoima ja yli neljä kertaa enemmän kuin aurinkovoima. Ja veden pumppaaminen mäelle eli "pumppaava vesivoima" kattaa reilusti yli 90 % maailman energian varastointikapasiteetista.
Mutta vesivoiman valtavasta vaikutuksesta huolimatta emme kuule siitä paljon Yhdysvalloissa. Vaikka tuuli- ja aurinkoenergian hinnat ovat viime vuosikymmeninä romahtaneet ja saatavuus kasvanut räjähdysmäisesti, kotimainen vesivoiman tuotanto on pysynyt suhteellisen vakaana, sillä kansakunta on jo rakentanut vesivoimalaitoksia maantieteellisesti ihanteellisimmille paikoille.
Kansainvälisesti tilanne on toinen. Kiina on vauhdittanut talouskasvuaan rakentamalla tuhansia uusia, usein valtavia vesivoimalaitoksia viime vuosikymmenten aikana. Afrikka, Intia ja muut Aasian ja Tyynenmeren alueen maat ovat tekemässä samoin.
Mutta laajentuminen ilman tiukkaa ympäristövalvontaa voi johtaa ongelmiin, sillä padot ja tekoaltaat häiritsevät jokien ekosysteemejä ja ympäröiviä elinympäristöjä, ja viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että tekoaltaat voivat päästää ilmaan enemmän hiilidioksidia ja metaania kuin aiemmin on ymmärretty. Lisäksi ilmastonmuutoksen aiheuttama kuivuus tekee vesivoimasta vähemmän luotettavan energialähteen, koska Amerikan länsiosien padot ovat menettäneet merkittävän osan sähköntuotantokapasiteetistaan.
”Hooverin pato tuottaa tyypillisesti vuodessa noin 4,5 miljardia kilowattituntia energiaa”, sanoo ikonisen Hooverin padon johtaja Mark Cook. ”Järven ollessa nykyisessä kunnossa se on lähempänä 3,5 miljardia kilowattituntia.”
Asiantuntijat kuitenkin sanovat, että vesivoimalla on suuri rooli täysin uusiutuvassa tulevaisuudessa, joten näiden haasteiden lieventämisen oppiminen on välttämätöntä.
Kotimainen vesivoima
Vuonna 2021 vesivoiman osuus Yhdysvaltojen suurimpien energialähteiden sähköntuotannosta oli noin 6 % ja uusiutuvan sähköntuotannosta 32 %. Kotimaassa se oli suurin uusiutuva energianlähde vuoteen 2019 asti, jolloin tuulivoima ohitti sen.
Yhdysvaltojen ei odoteta näkevän paljon vesivoiman kasvua tulevan vuosikymmenen aikana, osittain työlään lupamenettelyn vuoksi.
”Lupaprosessi maksaa kymmeniä miljoonia dollareita ja vaatii vuosia vaivaa. Ja joillakin näistä laitoksista, erityisesti pienemmillä laitoksilla, ei yksinkertaisesti ole siihen tarvittavaa rahaa tai aikaa”, sanoo Malcolm Woolf, National Hydropower Associationin toimitusjohtaja. Hän arvioi, että yksittäisen vesivoimalaitoksen lisensointiin tai uudelleenlisensointiin osallistuu kymmeniä eri virastoja. Hän sanoi, että prosessi kestää kauemmin kuin ydinvoimalan lisensointi.
Koska Yhdysvaltojen vesivoimalaitosten keskimääräinen käyttöoikeus on yli 60 vuotta vanha, monille on pian haettava uusi käyttöoikeus.
"Joten saatamme joutua kohtaamaan joukon lupien luovutuksia, mikä on ironista juuri kun yritämme lisätä joustavan, hiilivapaan sähköntuotannon määrää tässä maassa", Woolf sanoi.
Mutta energiaministeriö sanoo, että kotimaiselle kasvulle on potentiaalia vanhojen laitosten päivittämisen ja olemassa olevien patojen sähköistämisen kautta.
”Meillä on tässä maassa 90 000 patoa, joista suurin osa rakennettiin tulvien hallintaan, kasteluun, veden varastointiin ja virkistykseen. Vain 3 % näistä padoista on itse asiassa käytössä sähkön tuotantoon”, Woolf sanoi.
Alan kasvu perustuu myös pumppaamalla tuotetun vesivoiman laajentamiseen, joka on saamassa jalansijaa keinona "vahvistaa" uusiutuvia energialähteitä varastoimalla ylimääräistä energiaa käytettäväksi silloin, kun aurinko ei paista eikä tuuli puhalla.
Kun pumppuvoimalaitos tuottaa sähköä, se toimii aivan kuten tavallinen vesivoimala: vesi virtaa ylemmästä säiliöstä alempaan ja pyörittää matkan varrella sähköä tuottavaa turbiinia. Ero on siinä, että pumppuvoimalaitos voi latautua käyttämällä sähköverkosta tulevaa sähköä pumpatakseen vettä alhaalta ylempään säiliöön ja varastoida siten potentiaalista energiaa, joka voidaan vapauttaa tarvittaessa.
Vaikka pumppausvoimaloiden sähköntuotantokapasiteetti on tällä hetkellä noin 22 gigawattia, kehitysputkessa on yli 60 gigawattia ehdotettuja hankkeita. Tämä on toiseksi suurin vain Kiinan jälkeen.
Viime vuosina pumppausjärjestelmien lupa- ja lisenssihakemukset ovat lisääntyneet huomattavasti, ja uusia teknologioita harkitaan. Näitä ovat "suljetun kierron" laitokset, joissa kumpikaan säiliö ei ole kytketty ulkoiseen vesilähteeseen, tai pienemmät laitokset, jotka käyttävät säiliöitä säiliöiden sijaan. Molemmat menetelmät todennäköisesti häiritsisivät vähemmän ympäröivää ympäristöä.
Päästöt ja kuivuus
Jokien patoaminen tai uusien tekoaltaiden luominen voi estää kalojen vaellusta ja pilata ympäröiviä ekosysteemejä ja elinympäristöjä. Padot ja tekoaltaat ovat jopa ajaneet kymmeniä miljoonia ihmisiä historian aikana kodittomiksi, yleensä alkuperäiskansojen tai maaseutuyhteisöjen.
Nämä haitat ovat laajalti tunnustettuja. Mutta uusi haaste – tekoaltaiden päästöt – on nyt saamassa yhä enemmän huomiota.
”Ihmiset eivät ymmärrä, että nämä tekoaltaat itse asiassa päästävät ilmakehään paljon hiilidioksidia ja metaania, jotka molemmat ovat voimakkaita kasvihuonekaasuja”, sanoo Ilissa Ocko, vanhempi ilmastotutkija Environmental Defense Fundista.
Päästöt ovat peräisin hajoavasta kasvillisuudesta ja muusta orgaanisesta aineesta, joka hajoaa ja vapauttaa metaania, kun alue tulvii ja luo säiliön. ”Yleensä metaani muuttuu sitten hiilidioksidiksi, mutta siihen tarvitaan happea. Ja jos vesi on todella, todella lämmintä, pohjakerrokset ovat köyhtyneet hapesta”, Ocko sanoi. Tämä tarkoittaa, että metaania vapautuu sitten ilmakehään.
Maailman lämpenemisen kannalta metaani on yli 80 kertaa voimakkaampi kuin hiilidioksidi ensimmäisten 20 vuoden ajan sen vapautumisen jälkeen. Tähän mennessä tutkimukset osoittavat, että maailman kuumemmilla alueilla, kuten Intiassa ja Afrikassa, on yleensä enemmän saastuttavia laitoksia, kun taas Ockon mukaan Kiinan ja Yhdysvaltojen tekoaltaat eivät ole erityisen huolestuttavia. Ockon mukaan päästöjen mittaamiseen tarvitaan kuitenkin luotettavampi tapa.
"Ja sitten voisi olla kaikenlaisia kannustimia sen vähentämiseksi tai eri viranomaisten määräyksiä sen varmistamiseksi, ettet päästä liikaa", Ocko sanoi.
Toinen merkittävä ongelma vesivoimalle on ilmastonmuutoksen aiheuttama kuivuus. Matalat tekoaltaat tuottavat vähemmän sähköä, ja se on erityisen huolestuttavaa Amerikan länsiosissa, joissa on koettu kuivin 22 vuoden jakso viimeisten 1 200 vuoden aikana.
Koska Glen Canyonin padon vesivarastot, kuten Lake Powell ja Hooverin padon vesivarastot, tuottavat vähemmän sähköä, fossiiliset polttoaineet korvaavat vajauksen. Eräässä tutkimuksessa havaittiin, että vuosina 2001–2015 lännessä 11 osavaltiossa vapautui 100 miljoonaa tonnia hiilidioksidia lisää kuivuuden aiheuttaman vesivoimasta luopumisen vuoksi. Kalifornian erityisen vaikeana aikana vuosina 2012–2016 toisessa tutkimuksessa arvioitiin, että menetetty vesivoiman tuotanto maksoi osavaltiolle 2,45 miljardia dollaria.
Ensimmäistä kertaa historiassa Lake Meadissa on julistettu vesipula, mikä on johtanut vedenjakelun leikkauksiin Arizonassa, Nevadassa ja Meksikossa. Vedenpinnan, joka on tällä hetkellä 373 metriä, odotetaan laskevan edelleen, kun Bureau of Reclamation on ryhtynyt ennennäkemättömään toimenpiteeseen pidättämällä vettä Lake Powellissa, joka sijaitsee Lake Meadin yläjuoksulla, jotta Glen Canyonin pato voi jatkaa sähköntuotantoa. Jos Lake Mead laskee alle 283 metrin, se ei enää tuota sähköä.
Vesivoiman tulevaisuus
Nykyisen vesivoimainfrastruktuurin modernisointi voisi lisätä tehokkuutta ja korvata osan kuivuudesta johtuvista tappioista sekä varmistaa, että laitokset pystyvät toimimaan useiden vuosikymmenten ajan.
Vuoteen 2030 mennessä vanhojen laitosten modernisointiin käytetään maailmanlaajuisesti 127 miljardia dollaria. Tämä on lähes neljännes kaikista maailmanlaajuisista vesivoimainvestoinneista ja lähes 90 % investoinneista Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa.
Hooverin padolla tämä on tarkoittanut joidenkin turbiinien jälkiasennusta toimimaan tehokkaammin alemmilla korkeuksilla, ohuempien porttiluukkujen asentamista, jotka ohjaavat veden virtausta turbiineihin, ja paineilman ruiskuttamista turbiineihin tehokkuuden lisäämiseksi.
Mutta muualla maailmassa suurin osa investoinneista menee uusiin voimalaitoksiin. Aasian ja Afrikan suurten, valtion omistamien hankkeiden odotetaan kattavan yli 75 % uudesta vesivoimakapasiteetista vuoteen 2030 mennessä. Jotkut ovat kuitenkin huolissaan tällaisten hankkeiden vaikutuksista ympäristöön.
”Minun vaatimattomani mielipiteeni mukaan ne on rakennettu liikaa. Ne on rakennettu valtavalla kapasiteetilla, joka ei ole välttämätöntä”, sanoi Shannon Ames, Low Impact Hydropower Instituten toiminnanjohtaja. ”Ne voitaisiin tehdä jokiputkisina ja ne voitaisiin vain suunnitella eri tavalla.”
Jokivoimalaitoksissa ei ole tekoallasta, joten niiden ympäristövaikutus on pienempi, mutta ne eivät voi tuottaa energiaa tarpeen mukaan, koska tuotanto riippuu kausittaisista virtaamista. Jokivoiman odotetaan muodostavan noin 13 % kokonaiskapasiteetin lisäyksestä tällä vuosikymmenellä, kun taas perinteisen vesivoiman osuus on 56 % ja pumppaavan vesivoiman 29 %.
Mutta kaiken kaikkiaan vesivoiman kasvu hidastuu ja sen odotetaan supistuvan noin 23 % vuoteen 2030 mennessä. Tämän trendin kääntäminen riippuu pitkälti sääntely- ja lupaprosessien virtaviivaistamisesta sekä korkeiden kestävyysstandardien ja päästömittausohjelmien asettamisesta yhteisön hyväksynnän varmistamiseksi. Lyhyempi kehitysaikataulu auttaisi kehittäjiä saamaan sähkön ostosopimuksia, mikä kannustaisi investointeihin, koska tuotot olisivat taattuja.
”Yksi syy siihen, miksi se ei joskus näytä yhtä houkuttelevalta kuin aurinko- ja tuulivoima, on se, että laitosten tulevaisuudennäkymät ovat erilaiset. Esimerkiksi tuuli- ja aurinkovoimalaa pidetään tyypillisesti 20 vuoden projektina”, Ames sanoi. ”Toisaalta vesivoimalla on lupa ja se on toiminut 50 vuotta. Ja monet niistä ovat olleet toiminnassa 100 vuotta... Mutta pääomamarkkinamme eivät välttämättä arvosta tällaista pidempää tuottoa.”
Oikeiden kannustimien löytäminen vesivoiman ja pumppausenergian varastoinnin kehittämiselle ja sen varmistaminen, että se tehdään kestävällä tavalla, on ratkaisevan tärkeää maailman vieroituttamiseksi fossiilisista polttoaineista, Woolf sanoo.
”Emme saa samanlaisia otsikoita kuin jotkut muut teknologiat. Mutta mielestäni ihmiset ovat yhä enemmän ymmärtämässä, ettei luotettavaa sähköverkkoa voi olla ilman vesivoimaa.”
Julkaisun aika: 14.7.2022
