מדוע אנרגיה הידרואלקטרית היא הענק הנשכח של אנרגיה נקייה

אנרגיה הידרואלקטרית היא ללא ספק האנרגיה המתחדשת הגדולה ביותר בעולם, ומייצרת יותר מפי שניים אנרגיה מרוח, ויותר מפי ארבעה מאנרגיית שמש. ושאיבת מים במעלה גבעה, המכונה "אנרגיה הידרואלקטרית עם אגירה שאובה", מהווה למעלה מ-90% מסך קיבולת אגירת האנרגיה בעולם.
אבל למרות ההשפעה החריגה של אנרגיה הידרואלקטרית, אנחנו לא שומעים עליה הרבה בארה"ב. בעוד שבעשורים האחרונים מחירי אנרגיית הרוח והשמש צנחו וזנקו זמינותן, ייצור אנרגיה הידרואלקטרית מקומי נותר יציב יחסית, שכן המדינה כבר בנתה תחנות כוח הידרואלקטריות במיקומים האידיאליים ביותר מבחינה גיאוגרפית.
מבחינה בינלאומית, זה סיפור אחר. סין הזינה את התרחבותה הכלכלית על ידי בניית אלפי סכרים הידרואלקטריים חדשים, לעתים קרובות עצומים, במהלך העשורים האחרונים. אפריקה, הודו ומדינות אחרות באסיה ובאוקיינוס ​​השקט צפויות לעשות את אותו הדבר.
אבל הרחבה ללא פיקוח סביבתי קפדני עלולה להוביל לצרות, שכן סכרים ומאגרים משבשים את המערכות האקולוגיות של הנהרות ואת בתי הגידול הסובבים אותם, ומחקרים אחרונים מראים שמאגרים יכולים לפלוט יותר פחמן דו-חמצני ומתאן ממה שהובן בעבר. בנוסף, בצורת המונעת על ידי האקלים הופכת את אנרגיה הידרואלקטרית למקור אנרגיה פחות אמין, שכן סכרים במערב אמריקה איבדו כמות משמעותית מכושר ייצור החשמל שלהם.
"בשנה טיפוסית, סכר הובר ייצר כ-4.5 מיליארד קילוואט-שעה של אנרגיה", אמר מארק קוק, מנהל סכר הובר האייקוני. "עם האגם כפי שהוא עכשיו, זה יותר כמו 3.5 מיליארד קילוואט-שעה."
עם זאת, מומחים אומרים כי להידרו יש תפקיד גדול בעתיד מתחדש לחלוטין, ולכן לימוד כיצד לצמצם את האתגרים הללו הוא חובה.

אנרגיה הידרואלקטרית ביתית
בשנת 2021, אנרגיה הידרואלקטרית היוותה כ-6% מייצור החשמל בקנה מידה גדול בארה"ב ו-32% מייצור החשמל המתחדש. מבחינה מקומית, היא הייתה אנרגיה מתחדשת הגדולה ביותר עד 2019, אז עקפה אותה אנרגיה מרוח.
ארה"ב לא צפויה לראות צמיחה משמעותית באנרגיה הידרואלקטרית בעשור הקרוב, בין היתר בשל תהליך הרישוי וההיתרים המכביד.
"תהליך הרישוי עולה עשרות מיליוני דולרים ושנים של מאמץ. ועבור חלק מהמתקנים האלה, במיוחד חלק מהמתקנים הקטנים יותר, פשוט אין להם את הכסף או את הזמן הזה", אומר מלקולם וולף, נשיא ומנכ"ל איגוד החשמל ההידרואלקטרי הלאומי. הוא מעריך שיש עשרות סוכנויות שונות המעורבות ברישוי או ברישוי מחדש של מתקן חשמל הידרואלקטרי יחיד. התהליך, לדבריו, אורך יותר זמן מאשר רישוי של תחנת כוח גרעינית.
מכיוון שתחנת כוח הידרואלקטרית ממוצעת בארה"ב בת למעלה מ-60 שנה, רבות מהן יצטרכו בקרוב לקבל רישיון מחדש.
"אז אנחנו עלולים לעמוד בפני שורה של ויתורים על רישיונות, וזה אירוני בדיוק כשאנחנו מנסים להגדיל את כמות הייצור הגמיש והנטול פליטות פחמן שיש לנו במדינה הזאת", אמר וולף.
אבל משרד האנרגיה אומר שיש פוטנציאל לצמיחה מקומית, באמצעות שדרוגים של תחנות ישנות והוספת חשמל לסכרים קיימים.
"יש לנו 90,000 סכרים במדינה הזאת, שרובם נבנו לבקרת שיטפונות, להשקיה, לאגירת מים ולנופש. רק 3% מהסכרים האלה משמשים בפועל לייצור חשמל", אמר וולף.
הצמיחה במגזר מסתמכת גם על הרחבת אנרגיה הידרואלקטרית באמצעות אגירה שאובה, אשר צוברת תאוצה כדרך "לחזק" אנרגיה מתחדשת, לאגור אנרגיה עודפת לשימוש כאשר השמש אינה זורחת והרוח אינה נושבת.
כאשר מתקן אגירה שאובה מייצר חשמל, הוא פועל בדיוק כמו תחנת כוח הידרואלקטרית רגילה: מים זורמים מהמאגר העליון לתחתון, ומסובבים טורבינה לייצור חשמל לאורך הדרך. ההבדל הוא שמתקן אגירה שאובה יכול להיטען מחדש, באמצעות חשמל מהרשת כדי לשאוב מים מלמטה למעלה למאגר הגבוה יותר, ובכך לאגור אנרגיה פוטנציאלית שניתן לשחרר בעת הצורך.
בעוד שלאגירת אנרגיה שאובה יש כיום כ-22 ג'יגה-וואט של כושר ייצור חשמל, ישנם למעלה מ-60 ג'יגה-וואט של פרויקטים מוצעים בצנרת הפיתוח. זהו פרויקט שני רק לסין.
בשנים האחרונות חלה עלייה ניכרת במספר הבקשות להיתרים ולרישוי עבור מערכות אגירה שאובה, וטכנולוגיות חדשות נשקלות. אלה כוללות מתקנים "לולאה סגורה", שבהם אף מאגר אינו מחובר למקור מים חיצוני, או מתקנים קטנים יותר המשתמשים במיכלים במקום במאגרים. שתי השיטות צפויות להיות פחות מפריעות לסביבה הסובבת.

פליטות ובצורת
סכירת נהרות או יצירת מאגרים חדשים עלולים לחסום את נדידת הדגים ולהרוס מערכות אקולוגיות ובתי גידול מסביב. סכרים ומאגרים אף גרמו לעקירתם של עשרות מיליוני אנשים לאורך ההיסטוריה, בדרך כלל קהילות ילידיות או כפריות.
נזקים אלה מוכרים באופן נרחב. אך אתגר חדש - פליטות ממאגרים - זוכה כעת לתשומת לב גוברת.
"מה שאנשים לא מבינים הוא שהמאגרים האלה למעשה פולטים הרבה פחמן דו-חמצני ומתאן לאטמוספרה, שניהם גזי חממה חזקים", אמרה איליסה אוקו, מדענית אקלים בכירה בקרן להגנת הסביבה.
הפליטות מגיעות מצמחייה מתפרקת וחומר אורגני אחר, אשר מתפרקים ומשחררים מתאן כאשר אזור מוצף ויוצרים מאגר. "בדרך כלל המתאן הזה הופך לפחמן דו-חמצני, אבל צריך חמצן כדי לעשות זאת. ואם המים ממש, ממש חמים, אז השכבות התחתונות מדוללות מחמצן", אמר אוקו, ומתכוון שמתאן משתחרר אז לאטמוספרה.
בכל הנוגע להתחממות העולם, מתאן חזק פי 80 מפחמן דו-חמצני במשך 20 השנים הראשונות לאחר פליטתו. עד כה, מחקרים מראים שאזורים חמים יותר בעולם, כמו הודו ואפריקה, נוטים להיות בעלי יותר צמחים מזהמים, בעוד שאוקו אומר שמאגרים בסין ובארה"ב אינם מדאיגים במיוחד. אבל אוקו אומר שצריך להיות דרך חזקה יותר למדוד פליטות.
"ואז יכולים להיות כל מיני תמריצים להפחית את זה, או תקנות מצד רשויות שונות כדי לוודא שאתה לא פולט יותר מדי", אמר אוקו.
בעיה מרכזית נוספת עבור אנרגיה הידרואלקטרית היא בצורת המונעת על ידי האקלים. מאגרים רדודים מייצרים פחות חשמל, וזה מדאיג במיוחד במערב אמריקה, שחווה את התקופה היבשה ביותר של 22 שנים ב-1,200 השנים האחרונות.
ככל שמאגרים כמו אגם פאוול, המזין את סכר קניון גלן, ואגם מיד, המזין את סכר הובר, מייצרים פחות חשמל, דלקים מאובנים תופסים את הפער. מחקר אחד מצא כי בין השנים 2001-2015, 100 מיליון טון נוספים של פחמן דו-חמצני נפלטו ב-11 מדינות במערב עקב המעבר מאנרגיה הידרואלקטרית שנגרם על ידי הבצורת. בתקופה קשה במיוחד עבור קליפורניה בין השנים 2012-2016, מחקר אחר העריך כי אובדן ייצור אנרגיה הידרואלקטרית עלה למדינה 2.45 מיליארד דולר.
לראשונה בהיסטוריה, הוכרז מחסור במים באגם מיד, מה שהוביל לקיצוצים בהקצאות המים באריזונה, נבאדה ומקסיקו. מפלס המים, שעומד כעת על 340 מטר, צפוי לרדת עוד יותר, שכן לשכת השיקום נקטה בצעד חסר תקדים של עצירת מים באגם פאוול, הממוקם במעלה הנהר של אגם מיד, כדי שסכר קניון גלן יוכל להמשיך לייצר חשמל. אם מפלס אגם מיד יירד מתחת ל-277 מטר, הוא לא ייצר עוד חשמל.

עתיד האנרגיה ההידרואלקטרית
מודרניזציה של תשתית הכוח ההידרואלקטרי הקיימת עשויה להגביר את היעילות ולפצות על חלק מההפסדים הקשורים לבצורת, וכן להבטיח שהתחנות יוכלו לפעול במשך עשורים רבים.
בין עכשיו לשנת 2030, 127 מיליארד דולר יושקעו במודרניזציה של תחנות כוח ישנות ברחבי העולם. נתון זה מהווה כמעט רבע מסך ההשקעות העולמיות באנרגיה הידרואלקטרית, וכמעט 90% מההשקעות באירופה ובצפון אמריקה.
בסכר הובר, משמעות הדבר הייתה שיפוץ של חלק מהטורבינות שלהם כדי שיפעלו ביעילות רבה יותר בגבהים נמוכים יותר, התקנת שערי כניסה דקים יותר, השולטים בזרימת המים לטורבינות והזרקת אוויר דחוס לטורבינות כדי להגביר את היעילות.
אבל בחלקים אחרים של העולם, רוב ההשקעות מועברות לתוכניות חדשות. פרויקטים גדולים בבעלות המדינה באסיה ובאפריקה צפויים להוות למעלה מ-75% מכושר הכוח ההידרואלקטרי החדש עד 2030. אבל יש כאלה שחוששים מההשפעה שתהיה לפרויקטים כאלה על הסביבה.
"לדעתי הצנועה, הם בנויים יתר על המידה. הם בנויים לקיבולת עצומה שאינה הכרחית", אמרה שאנון איימס, המנהלת בפועל של מכון הכוח ההידרואלקטרי בעל השפעה נמוכה, "אפשר לבנות אותם כמו זרימה בנהר ואפשר פשוט לתכנן אותם אחרת".
מתקני זרימה של נהר אינם כוללים מאגר, ולכן יש להם פחות השפעה על הסביבה, אך הם אינם יכולים לייצר אנרגיה לפי דרישה, מכיוון שהתפוקה תלויה בזרימות עונתיות. אנרגיית מים של זרימה של נהר צפויה להוות כ-13% מסך תוספות הקיבולת בעשור זה, בעוד שאנרגיית מים מסורתית תהווה 56% ואנרגיית מים שאובה 29%.
אבל בסך הכל, צמיחת אנרגיה הידרואלקטרית מאטה, וצפויה להתכווץ בכ-23% עד 2030. היפוך מגמה זו יהיה תלוי במידה רבה בייעול תהליכי הרגולציה וההיתרים, וקביעת סטנדרטים גבוהים של קיימות ותוכניות מדידת פליטות כדי להבטיח קבלת הקהילה. ציר זמן קצר יותר לפיתוח יסייע ליזמים להשיג הסכמי רכישת חשמל, ובכך יתמרץ השקעות מכיוון שתשואות יובטחו.
"חלק מהסיבה שזה לא נראה לפעמים אטרקטיבי כמו אנרגיה סולארית ורוח היא שהאופק של המתקנים שונה. לדוגמה, תחנת כוח סולארית בדרך כלל נתפסת כפרויקט של 20 שנה", אמר איימס, "מצד שני, אנרגיה הידרואלקטרית מורשית ופועלת במשך 50 שנה. ורבים מהם פועלים כבר 100 שנה... אבל שוקי ההון שלנו לא בהכרח מעריכים תשואה ארוכה יותר כזו."

וולף אומר כי מציאת התמריצים הנכונים לפיתוח אנרגיה הידרואלקטרית ואגירה שאובה, והבטחה שהדבר נעשה בצורה בת קיימא, תהיה קריטית לגמילה מדלקים מאובנים על ידי העולם.
"אנחנו לא מקבלים את הכותרות כמו חלק מהטכנולוגיות האחרות. אבל אני חושב שאנשים מבינים יותר ויותר שאי אפשר לקבל רשת חשמל אמינה בלי אנרגיה הידרואלקטרית."