A vízenergia messze a legnagyobb megújuló energiaforrás világszerte, több mint kétszer annyi energiát termel, mint a szélenergia, és több mint négyszer annyit, mint a napenergia. A víz hegyoldalra pumpálása, más néven „szivattyús-tározós vízenergia”, a világ teljes energiatárolási kapacitásának több mint 90%-át teszi ki.
De a vízenergia túlméretezett hatása ellenére az Egyesült Államokban nem sokat hallunk róla. Míg az elmúlt évtizedekben a szél- és napenergia ára zuhant, elérhetősége pedig az egekbe szökött, a hazai vízenergia-termelés viszonylag állandó maradt, mivel az ország már épített vízerőműveket a földrajzilag legideálisabb helyeken.
Nemzetközi szinten más a helyzet. Kína az elmúlt évtizedekben több ezer új, gyakran hatalmas vízerőmű gát építésével hajtotta gazdasági növekedését. Afrika, India és más ázsiai és csendes-óceáni országok is hasonlóképpen fognak cselekedni.
A szigorú környezetvédelmi felügyelet nélküli terjeszkedés azonban problémákhoz vezethet, mivel a gátak és víztározók megzavarják a folyók ökoszisztémáit és a környező élőhelyeket, és a legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy a víztározók több szén-dioxidot és metánt bocsáthatnak ki, mint azt korábban gondolták. Ráadásul az éghajlatváltozás okozta aszály miatt a vízerőművek kevésbé megbízható energiaforrássá válnak, mivel az amerikai nyugati részen található gátak jelentős mértékben elvesztették áramtermelő kapacitásukat.
„Egy átlagos évben a Hoover-gát körülbelül 4,5 milliárd kilowattóra energiát termel” – mondta Mark Cook, a legendás Hoover-gát igazgatója. „A tó jelenlegi állapotában ez inkább 3,5 milliárd kilowattóra.”
A szakértők azonban azt mondják, hogy a vízerőműveknek nagy szerepük van a 100%-ban megújuló jövőben, ezért elengedhetetlen megtanulni, hogyan lehet enyhíteni ezeket a kihívásokat.
Belföldi vízerőművek
2021-ben a vízenergia az Egyesült Államokban a közműszintű villamosenergia-termelés mintegy 6%-át, a megújuló villamosenergia-termelésnek pedig 32%-át tette ki. Belföldön ez volt a legnagyobb megújuló energiaforrás 2019-ig, amikor a szélenergia megelőzte.
Az Egyesült Államokban a következő évtizedben várhatóan nem lesz jelentős vízenergia-növekedés, részben a nehézkes engedélyezési és engedélyezési eljárás miatt.
„Tízmillió dollárba és évekig tartó erőfeszítésbe kerül az engedélyezési folyamat. És ezek közül néhány létesítmény esetében, különösen a kisebb létesítmények esetében, egyszerűen nincs erre pénzük vagy idejük” – mondja Malcolm Woolf, a Nemzeti Vízerőmű Szövetség elnöke és vezérigazgatója. Becslése szerint több tucat különböző ügynökség vesz részt egyetlen vízerőmű engedélyezésében vagy újraengedélyezésében. A folyamat, mondta, tovább tart, mint egy atomerőmű engedélyezése.
Mivel az Egyesült Államokban egy átlagos vízerőmű több mint 60 éves, sokukat hamarosan újra kell engedélyeztetni.
„Tehát akár engedélyek visszavonásának özönével is szembesülhetünk, ami ironikus, miközben megpróbáljuk növelni a rugalmas, szén-dioxid-mentes energiatermelés mennyiségét ebben az országban” – mondta Woolf.
Az Energiaügyi Minisztérium azonban szerint van lehetőség a hazai növekedésre a régi erőművek korszerűsítésén és a meglévő gátak áramellátásának bővítésén keresztül.
„90 000 gátunk van ebben az országban, amelyek nagy részét árvízvédelemre, öntözésre, víztárolásra és rekreációra építették. Ezeknek a gátaknak csak 3%-át használják ténylegesen energiatermelésre” – mondta Woolf.
Az ágazat növekedése a szivattyús energiatározós vízerőművek bővítésétől is függ, amelyek egyre nagyobb teret hódítanak a megújuló energiaforrások „megszilárdításának” módjaként, a felesleges energiát tárolva arra az időre, amikor nem süt a nap és nem fúj a szél.
Amikor egy szivattyús energiatározó áramot termel, ugyanúgy működik, mint egy hagyományos vízerőmű: a víz a felső tározóból az alsóba áramlik, és útközben egy áramtermelő turbinát forgat. A különbség az, hogy egy szivattyús energiatározó képes feltölteni magát, a hálózatból származó energiát felhasználva alulról a felső tározóba pumpálja a vizet, ezáltal potenciális energiát tárolva, amely szükség esetén felszabadítható.
Míg a szivattyús energiatározás ma körülbelül 22 gigawatt villamosenergia-termelő kapacitással rendelkezik, több mint 60 gigawattnyi javasolt projekt van fejlesztés alatt. Ez Kína után a második legnagyobb teljesítmény.
Az elmúlt években jelentősen megnőtt a szivattyús tározó rendszerekkel kapcsolatos engedélyek és engedélyezési kérelmek száma, és új technológiákat is fontolóra vesznek. Ilyenek például a „zárt hurkú” létesítmények, amelyekben egyik tározó sincs külső vízforráshoz csatlakoztatva, vagy a kisebb létesítmények, amelyek tartályokat használnak tározók helyett. Mindkét módszer valószínűleg kevésbé zavarja a környező környezetet.
Kibocsátások és aszály
A folyók felduzzasztásával vagy új víztározók létrehozásával akadályozható a halak vándorlása, és tönkretehetők a környező ökoszisztémák és élőhelyek. A gátak és víztározók a történelem során több tízmillió embert, általában őslakos vagy vidéki közösségeket kényszerítettek lakóhelyük elhagyására.
Ezek a károk széles körben elismertek. De egy új kihívás – a víztározókból származó kibocsátások – most egyre nagyobb figyelmet kap.
„Amit az emberek nem vesznek észre, az az, hogy ezek a víztározók valójában rengeteg szén-dioxidot és metánt bocsátanak ki a légkörbe, amelyek mindkettő erős üvegházhatású gáz” – mondta Ilissa Ocko, a Környezetvédelmi Alap vezető klímakutatója.
A kibocsátás a bomló növényzetből és más szerves anyagokból származik, amelyek lebomlanak és metánt szabadítanak fel, amikor egy területet elárasztanak, és így metánt hoznak létre. „Általában ez a metán szén-dioxiddá alakul, de ehhez oxigénre van szükség. És ha a víz nagyon-nagyon meleg, akkor az alsó rétegek oxigénhiányosak” – mondta Ocko, ami azt jelenti, hogy a metán ezután a légkörbe kerül.
A világ felmelegedését tekintve a metán több mint 80-szor erősebb hatású, mint a szén-dioxid a kibocsátását követő első 20 évben. A kutatások eddig azt mutatják, hogy a világ melegebb részein, például Indiában és Afrikában, általában több szennyező üzem található, míg Ocko szerint a kínai és amerikai víztározók nem okoznak különösebb aggodalmat. Ocko szerint azonban szükség van egy megbízhatóbb módszerre a kibocsátások mérésére.
„És akkor mindenféle ösztönző lehet a csökkentése érdekében, vagy különböző hatóságok szabályozásai, hogy ne bocsátsunk ki túl sokat” – mondta Ocko.
A vízerőművek másik jelentős problémája az éghajlatváltozás okozta aszály. A sekély víztározók kevesebb energiát termelnek, és ez különösen aggasztó az amerikai nyugati féltekén, ahol az elmúlt 1200 évben a legszárazabb 22 éves időszak volt tapasztalható.
Mivel az olyan víztározók, mint a Glen Canyon gátat tápláló Powell-tó és a Hoover-gátat tápláló Mead-tó, kevesebb áramot termelnek, a fosszilis tüzelőanyagok pótolják a hiányt. Egy tanulmány szerint 2001 és 2015 között további 100 millió tonna szén-dioxid szabadult fel 11 nyugati államban az aszály okozta vízenergia-termeléstől való eltolódás miatt. Egy másik tanulmány becslése szerint a kieső vízenergia-termelés 2,45 milliárd dollárjába került az államnak a 2012 és 2016 közötti különösen nehéz időszakban.
A történelem során először jelentettek vízhiányt a Mead-tónál, ami vízellátás-csökkentést eredményezett Arizonában, Nevadában és Mexikóban. A jelenleg 367 méteres vízszint várhatóan tovább csökken, mivel a Vízművek példátlan lépést tett a Mead-tó felett található Powell-tó vízszintjének visszatartásával, hogy a Glen Canyon-gát továbbra is termelhessen áramot. Ha a Mead-tó vízszintje 283 méter alá csökken, akkor a továbbiakban nem fog áramot termelni.
A vízenergia jövője
A meglévő vízerőmű-infrastruktúra korszerűsítése növelhetné a hatékonyságot és pótolhatna bizonyos aszállyal kapcsolatos veszteségeket, valamint biztosíthatná, hogy az erőművek az elkövetkező évtizedekben is működhessenek.
Mostantól 2030-ig világszerte 127 milliárd dollárt fognak költeni régi erőművek korszerűsítésére. Ez a teljes globális vízerőmű-beruházás közel egynegyedét, az európai és észak-amerikai beruházások közel 90%-át pedig teszi ki.
A Hoover-gátnál ez azt jelentette, hogy néhány turbinát átalakítottak, hogy hatékonyabban működjenek alacsonyabb tengerszint feletti magasságban, vékonyabb kapukat szereltek be, amelyek szabályozzák a víz áramlását a turbinákba, és sűrített levegőt fecskendeztek a turbinákba a hatékonyság növelése érdekében.
A világ más részein azonban a beruházások többsége új erőművekbe irányul. A nagy, állami tulajdonú ázsiai és afrikai projektek várhatóan az új vízerőmű-kapacitás több mint 75%-át teszik ki 2030-ig. Egyesek azonban aggódnak amiatt, hogy az ilyen projektek milyen hatással lesznek a környezetre.
„Szerény véleményem szerint túl vannak építve. Hatalmas kapacitással épültek, amire nincs szükség” – mondta Shannon Ames, a Low Impact Hydropower Institute ügyvezető igazgatója. „Meg lehetne őket folyómedrűként is megépíteni, és csak másképp lehetne őket megtervezni.”
A folyóvízi létesítmények nem tartalmaznak víztározót, így kisebb hatással vannak a környezetre, de nem tudnak igény szerinti energiát termelni, mivel a termelés az idényjellegű áramlásoktól függ. A folyóvízi vízerőművek várhatóan a teljes kapacitásbővítés mintegy 13%-át teszik majd ki ebben az évtizedben, míg a hagyományos vízerőművek 56%-ot, a szivattyús vízerőművek pedig 29%-ot.
Összességében azonban a vízenergia-termelés növekedése lassul, és 2030-ig várhatóan mintegy 23%-kal csökken. Ennek a tendenciának a megfordítása nagymértékben függ a szabályozási és engedélyezési folyamatok egyszerűsítésétől, valamint a magas fenntarthatósági szabványok és kibocsátásmérési programok meghatározásától a közösségi elfogadottság biztosítása érdekében. A rövidebb fejlesztési ütemterv segítene a fejlesztőknek az energiavásárlási megállapodások megszerzésében, ezáltal ösztönözve a beruházásokat, mivel a megtérülés garantált lenne.
„Az egyik oka annak, hogy néha nem tűnik olyan vonzónak, mint a nap- és szélenergia, az, hogy a létesítmények horizontja más. Például egy szél- és naperőművet általában 20 éves projektnek tekintenek” – mondta Ames. „Másrészt a vízerőművek 50 évig rendelkeznek engedéllyel és üzemelnek. És sok közülük már 100 éve működik... De a tőkepiacaink nem feltétlenül értékelik az ilyen hosszabb megtérülést.”
Woolf szerint kritikus fontosságú lesz a világ fosszilis tüzelőanyagokról való leszoktatásához, hogy megtaláljuk a megfelelő ösztönzőket a vízenergia és a szivattyús energiatározás fejlesztéséhez, és biztosítsuk, hogy ez fenntartható módon történjen.
„Nem kapunk olyan nagy híreket, mint más technológiák. De azt hiszem, az emberek egyre inkább felismerik, hogy vízenergia nélkül nem lehet megbízható hálózat.”
Közzététel ideje: 2022. július 14.
