水力発電は世界で最も大きな再生可能エネルギーであり、風力発電の2倍以上、太陽光発電の4倍以上のエネルギーを生産します。また、丘陵地に水を汲み上げる「揚水発電」は、世界の総エネルギー貯蔵容量の90%以上を占めています。
しかし、水力発電の大きな影響にもかかわらず、米国ではそれについてあまり耳にしません。過去数十年間、風力と太陽光の価格が急落し、利用可能性が急上昇する一方で、米国は既に地理的に最も理想的な場所に水力発電所を建設しているため、国内の水力発電は比較的安定しています。
国際的には状況は異なります。中国は過去数十年にわたり、数千もの、しばしば巨大な水力発電ダムを新たに建設することで経済成長を促進してきました。アフリカ、インド、そしてアジア太平洋地域の他の国々も同様の政策を採ろうとしています。
しかし、厳格な環境監視なしに水力発電を拡大すれば、ダムや貯水池が河川の生態系や周辺の生息地を破壊し、問題を引き起こす可能性があります。また、最近の研究では、貯水池が従来の認識よりも多くの二酸化炭素とメタンを排出する可能性があることが示されています。さらに、気候変動による干ばつにより、アメリカ西部のダムの発電能力が大幅に低下しており、水力発電のエネルギー源としての信頼性は低下しています。
「フーバーダムは通常、年間約45億キロワット時の電力を生産します」と、象徴的なフーバーダムの管理者であるマーク・クック氏は述べた。「湖が現在の状態であれば、35億キロワット時程度になるでしょう。」
しかし専門家は、水力発電は100％再生可能な未来に大きな役割を果たすため、こうした課題を緩和する方法を学ぶことは必須だと述べている。
国内水力発電
2021年、米国における水力発電は、公益事業規模の発電量の約6%、再生可能エネルギー発電量の32%を占めました。米国では、2019年に風力発電に抜かれるまで、水力発電が最大の再生可能エネルギーでした。
米国では、煩雑なライセンスおよび許可手続きのせいもあって、今後10年間で水力発電が大きく成長することは期待されていない。
「許認可手続きには数千万ドルの費用と何年もの労力がかかります。そして、特に小規模な施設の中には、それだけの資金も時間もないところもあります」と、全米水力発電協会の会長兼CEOであるマルコム・ウルフ氏は語る。ウルフ氏の推計によると、水力発電施設1つの許認可または再許認可には、数十もの異なる機関が関与しているという。ウルフ氏によると、この手続きは原子力発電所の許認可よりも時間がかかるという。
米国の水力発電所の平均築年数は60年を超えているため、多くの発電所は近いうちに再認可が必要になるだろう。
「そのため、我々は大量のライセンス返還に直面することになるかもしれない。これは皮肉なことだ。我々はこの国で柔軟性があり、炭素を排出しない発電量を増やそうとしている最中なのだ」とウルフ氏は語った。
しかし、エネルギー省は、古い発電所の改修や既存のダムの発電能力増強を通じて国内での成長の可能性があると述べている。
「この国には9万基のダムがあり、そのほとんどは洪水対策、灌漑、貯水、レクリエーションのために建設されました。実際に発電に利用されているのは、これらのダムのわずか3%にすぎません」とウルフ氏は述べた。
この分野の成長は、揚水発電の拡大にも依存している。揚水発電は、太陽が照らず風が吹かないときに使用するために余剰エネルギーを貯蔵し、再生可能エネルギーを「安定化」する方法として注目を集めている。
揚水発電施設は、発電時には通常の水力発電所と同じように動作します。水は上部の貯水池から下部の貯水池へと流れ、その途中で発電タービンを回転させます。揚水発電施設との違いは、送電網からの電力を利用して下部の貯水池から上部の貯水池へと水を汲み上げ、位置エネルギーを蓄え、必要に応じて放出できる点です。
現在、揚水発電の発電容量は約22ギガワットですが、開発パイプラインには60ギガワットを超えるプロジェクトが提案されています。これは中国に次ぐ規模です。
近年、揚水発電システムに関する許可・認可申請が大幅に増加しており、新たな技術の検討も進められています。これらの技術には、貯水池と外部の水源を接続しない「クローズドループ」方式や、貯水池の代わりにタンクを使用する小規模な施設などが含まれます。どちらの方式も、周辺環境への影響は少ないと考えられます。
排出と干ばつ
河川をダムで堰き止めたり、新たな貯水池を造ったりすることは、魚類の移動を阻害し、周辺の生態系や生息地を破壊する可能性があります。ダムや貯水池は、歴史を通して、先住民や農村部を中心に、数千万人もの人々を移住させてきました。
これらの害は広く認識されています。しかし、新たな課題である貯水池からの排出が、今、ますます注目を集めています。
「人々が気づいていないのは、これらの貯水池が実際には強力な温室効果ガスである二酸化炭素とメタンを大気中に大量に排出しているということだ」と環境防衛基金の上級気候科学者イリッサ・オッコ氏は語った。
メタンガスの排出は、植物やその他の有機物の分解に由来します。これらの有機物は、水没によって貯水池が形成される際に分解され、メタンを放出します。「通常、メタンは二酸化炭素に変わりますが、それには酸素が必要です。そして、水温が非常に高い場合、海底の酸素が枯渇します」とオッコ氏は述べ、メタンガスが大気中に放出されることを意味します。
地球温暖化への影響に関して言えば、メタンは放出後20年間は二酸化炭素の80倍以上の影響力を持つ。これまでの研究では、インドやアフリカなど温暖な地域では汚染植物が多い傾向にあることが分かっている。一方、オッコ氏は、中国や米国の貯水池は特に懸念されるものではないと述べている。しかし、オッコ氏は、排出量をより確実に測定する方法が必要だと指摘する。
「そうすれば、排出量を削減するためのあらゆる種類のインセンティブや、排出しすぎないようにするためのさまざまな当局による規制を設けることができるだろう」とオッコ氏は語った。
水力発電にとってもう一つの大きな問題は、気候に起因する干ばつです。浅い貯水池では発電量が減少し、これは特にアメリカ西部で深刻な問題となっています。アメリカ西部は過去1200年間で最も乾燥した22年間を記録しています。
グレンキャニオンダムに水を供給するパウエル湖やフーバーダムに水を供給するミード湖といった貯水池の発電量が減少するにつれ、化石燃料がその不足を補っている。ある研究によると、2001年から2015年にかけて、干ばつによる水力発電からの転換により、西部11州で1億トンの二酸化炭素が追加で排出されたことが明らかになった。カリフォルニア州が特に苦境に立たされた2012年から2016年にかけては、別の研究で、水力発電の喪失により州は24億5000万ドルの損失を被ったと推定されている。
史上初めてミード湖で水不足が宣言され、アリゾナ州、ネバダ州、メキシコで水資源配分の削減が始まりました。現在1,047フィート（約320メートル）の水位は、グレンキャニオンダムの発電継続のため、ミード湖上流に位置するパウエル湖で前例のない貯水量を確保するという措置を取ったため、さらに低下すると予想されています。ミード湖の水位が950フィート（約280メートル）を下回った場合、発電は停止します。
水力発電の未来
既存の水力発電インフラを近代化することで、効率性を高め、干ばつによる損失の一部を回復できるだけでなく、今後数十年にわたって発電所を稼働させることができるようになる。
2030年までに、世界全体で1270億ドルが老朽化した発電所の近代化に費やされる見込みです。これは世界の水力発電投資総額の約4分の1に相当し、欧州と北米では投資額の約90%を占めます。
フーバーダムでは、低地でも効率的に稼働するようにタービンの一部を改造し、タービンへの水の流れを制御する薄いウィケットゲートを設置し、タービンに圧縮空気を注入して効率を高めた。
しかし、世界の他の地域では、投資の大部分は新規発電所に向けられています。アジアとアフリカでは、2030年までに新規水力発電容量の75%以上を、国営の大規模プロジェクトが占めると予想されています。しかし、こうしたプロジェクトが環境に与える影響を懸念する声もあります。
「私の個人的な意見ですが、これらは過剰に建設されています。必要のない巨大な容量で建設されています」と、低影響水力発電研究所のシャノン・エイムズ事務局長は述べた。「流れ込み式にすることもできたはずですし、設計を変えるだけで済むはずです。」
流れ込み式水力発電施設は貯水池を持たないため、環境への影響は少ないものの、出力が季節的な流量に左右されるため、需要に応じて発電することはできません。流れ込み式水力発電は、この10年間で総発電容量増加分の約13%を占めると予想されています。一方、従来型水力発電は56%、揚水発電は29%を占めると予想されています。
しかし、全体として水力発電の成長は鈍化しており、2030年までに約23%減少すると予想されています。この傾向を反転させるには、規制と許可手続きの合理化、そして地域社会の受け入れを確保するための高い持続可能性基準と排出測定プログラムの導入が不可欠です。開発期間の短縮は、開発業者が電力購入契約を取得しやすくし、収益が保証されるため、投資を促進する効果があります。
「太陽光や風力発電ほど魅力的に見えない理由の一つは、施設の将来展望が異なるからです。例えば、風力発電所や太陽光発電所は通常20年プロジェクトと見なされます」とエイムズ氏は述べた。「一方、水力発電は認可を受けて50年間稼働します。そして、多くの発電所は100年間稼働しています。しかし、私たちの資本市場は必ずしもそのような長期的なリターンを高く評価するわけではありません。」
水力発電と揚水発電所の開発に対する適切なインセンティブを見つけ、それが持続可能な方法で行われるようにすることが、世界を化石燃料から脱却させる上で非常に重要になるとウルフ氏は言う。
「他の技術のように注目を集めることはありません。しかし、水力発電なしでは信頼できる電力網は構築できないという認識が、ますます広まりつつあると思います。」
投稿日時: 2022年7月14日
