Vatnsafl er langstærsta endurnýjanlega orkuframleiðslan í heiminum og framleiðir meira en tvöfalt meiri orku en vindorka og meira en fjórum sinnum meiri en sólarorka. Og að dæla vatni upp hæð, einnig þekkt sem „dælugeymsla vatnsafls“, telur vel yfir 90% af heildarorkugeymslugetu heimsins.
En þrátt fyrir gríðarleg áhrif vatnsafls heyrum við ekki mikið um hana í Bandaríkjunum. Þó að verð á vind- og sólarorku hafi hrapað og framboð aukist gríðarlega á síðustu áratugum, hefur innlend vatnsaflsframleiðsla haldist tiltölulega stöðug, þar sem þjóðin hefur þegar byggt vatnsaflsvirkjanir á landfræðilega kjörstöðum.
Á alþjóðavettvangi er þetta önnur saga. Kína hefur ýtt undir efnahagsvöxt sinn með því að byggja þúsundir nýrra, oft gríðarstórra, vatnsaflsvirkjana á síðustu áratugum. Afríka, Indland og önnur lönd í Asíu og Kyrrahafinu eru tilbúin að gera slíkt hið sama.
En stækkun án strangs umhverfiseftirlits gæti leitt til vandræða, þar sem stíflur og uppistöðulón raska vistkerfum áa og nærliggjandi búsvæðum, og nýlegar rannsóknir sýna að uppistöðulón geta losað meira koltvísýring og metan en áður var talið. Auk þess gerir þurrkar vegna loftslagsbreytinga vatnsafls að óáreiðanlegri orkugjafa, þar sem stíflur í vesturhluta Bandaríkjanna hafa misst verulegan hluta af raforkuframleiðslugetu sinni.
„Á dæmigerðu ári mun Hoover-stíflan framleiða um 4,5 milljarða kílóvattstunda af orku,“ sagði Mark Cook, framkvæmdastjóri hinnar helgimynda Hoover-stíflu. „Miðað við ástand vatnsins eins og það er núna, eru það frekar 3,5 milljarðar kílóvattstunda.“
Sérfræðingar segja þó að vatnsafl gegni mikilvægu hlutverki í 100% endurnýjanlegri framtíð, þannig að það er nauðsynlegt að læra hvernig hægt er að draga úr þessum áskorunum.
Innlend vatnsaflsorka
Árið 2021 stóð vatnsafl fyrir um 6% af raforkuframleiðslu á stórum skala í Bandaríkjunum og 32% af endurnýjanlegri raforkuframleiðslu. Innanlands var það stærsta endurnýjanlega orkuframleiðslan þar til árið 2019, þegar vindorka var tekin fram úr henni.
Ekki er búist við miklum vexti í vatnsaflsorku í Bandaríkjunum á næsta áratug, að hluta til vegna erfiðs leyfisveitinga- og leyfisveitingaferlis.
„Það kostar tugi milljóna dollara og ára vinnu að fara í gegnum leyfisveitingarferlið. Og fyrir sumar af þessum virkjunum, sérstaklega sumar af þeim smærri, hafa þær einfaldlega ekki þann pening eða þann tíma,“ segir Malcolm Woolf, forseti og forstjóri Landsambands vatnsaflsvirkjana. Hann áætlar að tugir mismunandi stofnana komi að leyfisveitingu eða endurnýjun leyfis fyrir eina vatnsaflsvirkjun. Ferlið, sagði hann, tekur lengri tíma en leyfisveiting fyrir kjarnorkuver.
Þar sem meðal vatnsaflsvirkjanir í Bandaríkjunum eru yfir 60 ára gamlar þarf að endurnýja leyfi fyrir margar þeirra fljótlega.
„Þannig að við gætum staðið frammi fyrir fjölda leyfa sem verða afhentar, sem er kaldhæðnislegt einmitt þegar við erum að reyna að auka sveigjanlega, kolefnislausa orkuframleiðslu sem við höfum í þessu landi,“ sagði Woolf.
En orkumálaráðuneytið segir að möguleiki sé á innlendum vexti, með uppfærslum á gömlum verksmiðjum og aukinni orku í núverandi stíflur.
„Við höfum 90.000 stíflur í þessu landi, en flestar þeirra voru byggðar til að stjórna flóðum, áveitu, vatnsgeymslu og afþreyingar. Aðeins 3% af þessum stíflum eru í raun notaðar til að framleiða rafmagn,“ sagði Woolf.
Vöxtur í greininni byggist einnig á útvíkkun dælugeymslu vatnsafls, sem er að verða vinsæll sem leið til að „styrkja“ endurnýjanlega orkugjafa og geyma umframorku til notkunar þegar sólin skín ekki og vindurinn blæs ekki.
Þegar dælugeymsluaðstaða framleiðir rafmagn starfar hún eins og venjuleg vatnsaflsvirkjun: Vatn rennur úr efri lóninu upp í það neðra og snýr raforkuframleiðslutúrbínu á leiðinni. Munurinn er sá að dælugeymsluaðstaða getur endurhlaðið sig með því að nota rafmagn frá raforkukerfinu til að dæla vatni að neðan upp í efri lónið og þannig geymt orku sem hægt er að losa þegar þörf krefur.
Þó að dælugeymslur hafi um 22 gígavött af raforkuframleiðslugetu í dag, eru yfir 60 gígavött af fyrirhuguðum verkefnum í þróun. Það er næststærsta á eftir Kína.
Á undanförnum árum hefur leyfisumsóknum og leyfisumsóknum fyrir dælugeymslukerfi fjölgað verulega og nýjar tæknilausnir eru til skoðunar. Þar á meðal eru „lokaðar hringrásar“-mannvirki, þar sem hvorugt lónið er tengt við utanaðkomandi vatnsból, eða minni mannvirki sem nota tanka í stað lóna. Báðar aðferðirnar myndu líklega valda minni truflun á umhverfinu.
Losun og þurrkar
Stíflur ár eða bygging nýrra uppistöðulóna geta hindrað fiskflutninga og eyðilagt vistkerfi og búsvæði í kring. Stíflur og uppistöðulón hafa jafnvel hrakið tugi milljóna manna í gegnum tíðina, oftast frumbyggja eða dreifbýlissamfélög.
Þessi skaði er almennt viðurkenndur. En ný áskorun — losun frá uppistöðulónum — fær nú aukna athygli.
„Það sem fólk gerir sér ekki grein fyrir er að þessi uppistöðulón losa í raun mikið af koltvísýringi og metani út í andrúmsloftið, sem eru bæði sterkar gróðurhúsalofttegundir,“ sagði Ilissa Ocko, yfirmaður loftslagsvísinda hjá Umhverfisverndarsjóðnum.
Losunin kemur frá rotnandi gróðri og öðru lífrænu efni, sem brotnar niður og losar metan þegar svæði er flæmt og myndar þannig uppistöðulón. „Venjulega breytist þetta metan í koltvísýring, en til þess þarf súrefni. Og ef vatnið er mjög, mjög heitt, þá tæmist súrefnismagn í neðri lögunum,“ sagði Ocko, sem átti við að metan losnar þá út í andrúmsloftið.
Þegar kemur að hlýnun jarðar er metan meira en 80 sinnum öflugra en CO2 fyrstu 20 árin eftir losun þess. Rannsóknir hafa hingað til sýnt að heitari hlutar heimsins, eins og Indland og Afríka, hafa tilhneigingu til að hafa meiri mengunarorkuver, en Ocko segir að uppistöðulón í Kína og Bandaríkjunum séu ekki sérstakt áhyggjuefni. En Ocko segir að það þurfi að vera til öflugri leið til að mæla losun.
„Og svo gætirðu haft alls kyns hvata til að draga úr því, eða reglugerðir frá mismunandi yfirvöldum til að tryggja að þú losir ekki of mikið,“ sagði Ocko.
Annað stórt vandamál fyrir vatnsaflsvirkjanir er þurrkar sem rekja má til loftslagsbreytinga. Grunn uppistöðulón framleiða minni orku og það er sérstaklega áhyggjuefni í vesturhluta Bandaríkjanna, þar sem 22 ára tímabilið hefur verið mest á síðustu 1.200 árum.
Þar sem uppistöðulón eins og Lake Powell, sem rennur í Glen Canyon stífluna, og Lake Mead, sem rennur í Hoover stífluna, framleiða minni rafmagn, eru jarðefnaeldsneyti að bæta upp fyrir orkuframleiðsluna. Ein rannsókn leiddi í ljós að frá 2001-2015 losnuðu 100 milljónir tonna til viðbótar af koltvísýringi í 11 ríkjum í vestri vegna þurrka sem ollu því að fólk hætti að nota vatnsafl. Á sérstaklega erfiðum tímum í Kaliforníu á árunum 2012-2016 áætlaði önnur rannsókn að töpuð vatnsaflsframleiðsla kostaði ríkið 2,45 milljarða dala.
Í fyrsta skipti í sögunni hefur verið lýst yfir vatnsskorti við Mead-vatn, sem hefur leitt til skerðingar á vatnsveitu í Arisóna, Nevada og Mexíkó. Vatnsborðið, sem nú er 344 metrar, er gert ráð fyrir að lækka enn frekar, þar sem bandaríska endurheimtarstofnunin hefur stigið það fordæmalausa skref að halda aftur af vatni við Powell-vatn, sem er staðsett upp úr Mead-vatni, svo að Glen Canyon-stíflan geti haldið áfram að framleiða rafmagn. Ef Mead-vatn fer niður fyrir 277 metra mun það ekki lengur framleiða rafmagn.
Framtíð vatnsaflsvirkjunar
Að nútímavæða núverandi vatnsaflsvirkjanir gæti aukið skilvirkni og bætt upp fyrir tap sem tengist þurrki, sem og tryggt að virkjanir geti starfað í marga áratugi fram í tímann.
Fram til ársins 2030 verða 127 milljarðar Bandaríkjadala varið í nútímavæðingu gamalla orkuvera um allan heim. Það nemur næstum fjórðungi af heildarfjárfestingum í vatnsaflsorkuverum í heiminum og næstum 90% af fjárfestingum í Evrópu og Norður-Ameríku.
Við Hoover-stífluna þýddi það að endurbæta sumar af túrbínum þeirra til að þær starfi skilvirkari á lægri hæð, setja upp þynnri hliðar sem stjórna vatnsflæði inn í túrbínurnar og dæla þrýstilofti inn í túrbínurnar til að auka skilvirkni.
En í öðrum heimshlutum fer meirihluti fjárfestingarinnar í nýjar virkjanir. Gert er ráð fyrir að stór verkefni í ríkiseigu í Asíu og Afríku muni nema yfir 75% af nýrri vatnsaflsorkuframleiðslugetu fram til ársins 2030. En sumir hafa áhyggjur af áhrifum slíkra verkefna á umhverfið.
„Að mínu mati eru þau ofbyggð. Þau eru byggð með gríðarlega afkastagetu sem er ekki nauðsynleg,“ sagði Shannon Ames, framkvæmdastjóri Low Impact Hydropower Institute. „Þau gætu verið byggð sem rennsli árfarvegs og þau gætu bara verið hönnuð á annan hátt.“
Rennslisvirkjanir eru ekki með lón og hafa því minni áhrif á umhverfið, en þær geta ekki framleitt orku eftir þörfum þar sem framleiðsla er háð árstíðabundnum rennslum. Gert er ráð fyrir að vatnsaflsorka með rennslisvirkjunum muni nema um 13% af heildarframleiðslugetu á þessum áratug, en hefðbundin vatnsaflsorka mun nema 56% og dæluvirkjun 29%.
En almennt séð er vöxtur vatnsaflsorku að hægja á sér og áætlað er að hann muni dragast saman um 23% fram til ársins 2030. Að snúa þessari þróun við mun að miklu leyti ráðast af því að hagræða reglugerðar- og leyfisferlum og setja strangar sjálfbærnistaðla og mælingar á losun til að tryggja samþykki samfélagsins. Styttri tímalína fyrir þróun myndi hjálpa verktakendum að fá samninga um raforkukaupa og þar með hvetja til fjárfestinga þar sem ávöxtun yrði tryggð.
„Ein af ástæðunum fyrir því að þetta lítur stundum ekki eins aðlaðandi út og sólar- og vindorka er sú að framtíðarsýn mannvirkjanna er önnur. Til dæmis er vind- og sólarorkuver yfirleitt litið á sem 20 ára verkefni,“ sagði Ames. „Aftur á móti er vatnsafl leyfisbundið og starfar í 50 ár. Og mörg þeirra hafa verið starfrækt í 100 ár ... En fjármagnsmarkaðir okkar kunna ekki endilega að meta lengri ávöxtun eins og þessa.“
Að finna réttu hvatana fyrir þróun vatnsafls og dælugeymslu, og tryggja að það sé gert á sjálfbæran hátt, verður lykilatriði til að venja heiminn af jarðefnaeldsneyti, segir Woolf.
„Við fáum ekki sömu fyrirsagnir og sumar aðrar tækniframfarir. En ég held að fólk sé sífellt að átta sig á því að það er ekki hægt að hafa áreiðanlegt raforkunet án vatnsafls.“
Birtingartími: 14. júlí 2022
