Гидроэнергетика әлемдегі ең ірі жаңартылатын энергия көзі болып табылады, ол жел энергиясынан екі еседен астам және күн энергиясынан төрт еседен астам энергия өндіреді. Ал суды төбеге айдау, яғни «сорғымен жинақталатын гидроэнергетика», әлемдегі жалпы энергия сақтау қуатының 90%-дан астамын құрайды.
Бірақ гидроэнергетиканың ауқымды әсеріне қарамастан, біз АҚШ-та бұл туралы көп ести бермейміз. Соңғы бірнеше онжылдықта жел мен күн энергиясының бағасы күрт төмендеп, қолжетімділігі күрт өскенімен, отандық гидроэнергетика өндірісі салыстырмалы түрде тұрақты болып қалды, себебі ел географиялық тұрғыдан ең қолайлы жерлерде гидроэлектростанциялар салған.
Халықаралық деңгейде бұл басқаша әңгіме. Қытай соңғы бірнеше онжылдықта мыңдаған жаңа, көбінесе үлкен гидроэлектростанциялар салу арқылы экономикалық өсуін ынталандырды. Африка, Үндістан және Азия мен Тынық мұхитының басқа елдері де солай істеуге дайын.
Бірақ қатаң экологиялық бақылаусыз кеңейту қиындықтарға әкелуі мүмкін, себебі бөгеттер мен су қоймалары өзен экожүйелері мен айналасындағы тіршілік ету ортасын бұзады, ал жақында жүргізілген зерттеулер су қоймаларының бұрын ойлағаннан да көп көмірқышқыл газы мен метан шығаруы мүмкін екенін көрсетеді. Сонымен қатар, климаттық құрғақшылық гидроэнергетиканы энергия көзі ретінде онша сенімді емес етеді, себебі Американың батысындағы бөгеттер электр қуатын айтарлықтай жоғалтты.
«Әдеттегі жылы Гувер бөгеті шамамен 4,5 миллиард киловатт-сағат энергия өндіреді», - деді атақты Гувер бөгетінің менеджері Марк Кук. «Көл қазіргі қалпында тұрғандықтан, ол шамамен 3,5 миллиард киловатт-сағатқа тең».
Дегенмен, сарапшылар гидроэнергетиканың 100% жаңартылатын болашақта үлкен рөл атқаратынын айтады, сондықтан бұл қиындықтарды қалай азайту керектігін үйрену қажет.
Тұрмыстық гидроэнергетика
2021 жылы АҚШ-та коммуналдық көлемдегі электр энергиясын өндірудің шамамен 6%-ын және жаңартылатын электр энергиясын өндірудің 32%-ын гидроэнергетика құрады. Ішкі нарықта ол 2019 жылға дейін ең ірі жаңартылатын энергия көзі болды, сол кезде жел энергиясы оны басып озды.
АҚШ алдағы онжылдықта гидроэнергетика саласында айтарлықтай өсім күтілмейді, бұл ішінара лицензиялау мен рұқсат беру процесінің ауырлығына байланысты.
«Лицензиялау процесінен өту үшін ондаған миллион доллар және жылдар бойы күш жұмсау қажет. Ал кейбір нысандар үшін, әсіресе кейбір кішігірім нысандар үшін, оларда ондай ақша немесе уақыт жоқ», - дейді Ұлттық гидроэнергетика қауымдастығының президенті және бас директоры Малкольм Вулф. Оның бағалауынша, бір гидроэнергетикалық нысанды лицензиялау немесе қайта лицензиялаумен ондаған түрлі агенттіктер айналысады. Оның айтуынша, бұл процесс атом электр станциясын лицензиялауға қарағанда ұзағырақ уақыт алады.
АҚШ-тағы орташа су электр станцияларының жасы 60 жылдан асқандықтан, көпшілігін жақын арада қайта лицензиялау қажет болады.
«Сондықтан біз лицензиядан бас тартудың көптеген жағдайларына тап болуымыз мүмкін, бұл ирониялық жағдай, дәл осы елде икемді, көміртегісіз өндіріс көлемін арттыруға тырысып жатқанда», - деді Вулф.
Бірақ Энергетика министрлігі ескі электр станцияларын жаңарту және қолданыстағы бөгеттерге қуат қосу арқылы ішкі өсімге әлеует бар екенін айтады.
«Біздің елде 90 000 бөгет бар, олардың көпшілігі су тасқынын бақылау, суару, суды сақтау және демалыс үшін салынған. Бұл бөгеттердің тек 3%-ы ғана іс жүзінде электр қуатын өндіруге пайдаланылады», - деді Вулф.
Сектордағы өсім сонымен қатар жаңартылатын энергия көздерін «нығайту», күн сәулесі түспеген және жел соқпаған кезде пайдалану үшін артық энергияны сақтау тәсілі ретінде танымал болып келе жатқан сорғымен жабдықталған гидроэнергетиканы кеңейтуге де байланысты.
Сорғымен жұмыс істейтін қойма электр қуатын өндірген кезде, ол кәдімгі су электр станциясы сияқты жұмыс істейді: су жоғарғы резервуардан төменгі резервуарға ағып, жол бойында электр қуатын өндіретін турбинаны айналдырады. Айырмашылығы - сорғымен жұмыс істейтін қойма электр желісінен алынатын қуатты пайдаланып, суды төменнен жоғары резервуарға айдап, осылайша қажет болған кезде бөлінетін әлеуетті энергияны сақтай алады.
Бүгінгі таңда сорғымен жабдықталған қоймаларда шамамен 22 гигаватт электр энергиясын өндіру қуаты болса, даму бағытында 60 гигаватттан астам жоба ұсынылып отыр. Бұл Қытайдан кейінгі екінші орында.
Соңғы жылдары сорғымен жұмыс істейтін сақтау жүйелеріне рұқсаттар мен лицензиялауға өтінімдер айтарлықтай өсті, және жаңа технологиялар қарастырылуда. Оларға екі су қоймасы да сыртқы су көзіне қосылмаған «тұйықталған циклді» нысандар немесе су қоймаларының орнына цистерналарды пайдаланатын кішігірім нысандар жатады. Екі әдіс те қоршаған ортаға онша зиян келтірмейді.
Шығарындылар және құрғақшылық
Өзендерді бөгеу немесе жаңа су қоймаларын құру балықтардың көші-қонына кедергі келтіруі және айналадағы экожүйелер мен мекендеу ортасын бұзуы мүмкін. Бөгеттер мен су қоймалары тарих бойы ондаған миллион адамды, әдетте жергілікті немесе ауылдық қауымдастықтарды, көшірді.
Бұл зияндар кеңінен мойындалған. Бірақ жаңа қиындық - су қоймаларынан шығатын шығарындылар - қазір көбірек назар аударып отыр.
«Адамдар бұл су қоймаларының атмосфераға көп мөлшерде көмірқышқыл газы мен метан шығаратынын түсінбейді, екеуі де күшті парниктік газдар», - деді Қоршаған ортаны қорғау қорының аға климат ғалымы Илисса Окко.
Шығарындылар өсімдіктер мен басқа да органикалық заттардың ыдырауынан пайда болады, олар аумақты су басқан кезде метанды ыдыратып, су қоймасын жасайды. «Әдетте бұл метан көмірқышқыл газына айналады, бірақ ол үшін оттегі қажет. Ал егер су шынымен, өте жылы болса, онда төменгі қабаттарда оттегі азаяды», - деді Окко, яғни метан атмосфераға шығарылады.
Әлемді жылытуға келгенде, метан шығарылғаннан кейінгі алғашқы 20 жылда CO2-ден 80 еседен астам күштірек болады. Әзірге зерттеулер Үндістан мен Африка сияқты әлемнің ыстық бөліктерінде ластаушы өсімдіктер көбірек болатынын көрсетеді, ал Окко Қытай мен АҚШ-тағы су қоймалары ерекше алаңдаушылық тудырмайтынын айтады. Бірақ Окко шығарындыларды өлшеудің сенімдірек тәсілі қажет екенін айтады.
«Содан кейін сізде оны азайту үшін барлық түрдегі ынталандырулар немесе тым көп шығарындылар шығармайтыныңызға көз жеткізу үшін әртүрлі органдардың ережелері болуы мүмкін», - деді Окко.
Гидроэнергетиканың тағы бір үлкен мәселесі - климаттық құрғақшылық. Таяз су қоймалары аз энергия өндіреді, бұл әсіресе соңғы 1200 жылдағы ең құрғақ 22 жылдық кезеңді бастан кешірген Американың батысында алаңдаушылық тудырады.
Глен каньон бөгетін қоректендіретін Пауэлл көлі және Гувер бөгетін қоректендіретін Мид көлі сияқты су қоймалары электр энергиясын аз өндіретіндіктен, қазба отындары бұл мәселені шешуде. Бір зерттеу 2001-2015 жылдар аралығында құрғақшылықтан туындаған су электр станцияларынан бас тарту салдарынан батыстағы 11 штатта қосымша 100 миллион тонна көмірқышқыл газы шығарылғанын көрсетті. Калифорния үшін 2012-2016 жылдар аралығындағы қиын кезеңде тағы бір зерттеу су электр станцияларының жоғалуы штатқа 2,45 миллиард доллар шығын келтіргенін бағалады.
Тарихта алғаш рет Мид көлінде су тапшылығы жарияланды, бұл Аризона, Невада және Мексикада су бөлуді қысқартуға әкелді. Қазіргі уақытта 1047 фут су деңгейі одан әрі төмендейді деп күтілуде, себебі Мелиорация бюросы Мид көлінің жоғарғы жағында орналасқан Пауэлл көліндегі суды ұстап тұру бойынша бұрын-соңды болмаған қадам жасады, осылайша Глен каньон бөгеті электр қуатын өндіруді жалғастыра алады. Егер Мид көлі 950 футтан төмен түссе, ол енді электр қуатын өндірмейді.
Гидроэнергетиканың болашағы
Қолданыстағы гидроэнергетикалық инфрақұрылымды жаңғырту тиімділікті арттырып, құрғақшылыққа байланысты шығындардың бір бөлігін өтей алады, сондай-ақ электр станцияларының алдағы ондаған жылдар бойы жұмыс істей алатындығын қамтамасыз етеді.
Қазіргі уақыттан 2030 жылға дейін бүкіл әлем бойынша ескі электр станцияларын жаңғыртуға 127 миллиард доллар жұмсалады. Бұл жаһандық гидроэнергетикаға салынған инвестициялардың жалпы көлемінің шамамен төрттен бір бөлігін және Еуропа мен Солтүстік Америкаға салынған инвестициялардың шамамен 90%-ын құрайды.
Гувер бөгетінде бұл олардың кейбір турбиналарын төменгі биіктіктерде тиімдірек жұмыс істеу үшін қайта жабдықтауды, турбиналарға су ағынын басқаратын жұқа қақпаларды орнатуды және тиімділікті арттыру үшін турбиналарға сығылған ауаны енгізуді білдіреді.
Бірақ әлемнің басқа бөліктерінде инвестициялардың басым бөлігі жаңа электр станцияларына жұмсалуда. Азия мен Африкадағы ірі, мемлекеттік жобалар 2030 жылға дейін жаңа гидроэнергетикалық қуаттың 75%-дан астамын құрайды деп күтілуде. Бірақ кейбіреулер мұндай жобалардың қоршаған ортаға тигізетін әсері туралы алаңдайды.
«Менің қарапайым пікірімше, олар шамадан тыс салынған. Олар қажет емес үлкен қуатқа салынған», - деді Төмен әсерлі гидроэнергетика институтының атқарушы директоры Шеннон Эймс, «Оларды өзен ағысы ретінде жасауға болады және оларды басқаша жобалауға болады».
Өзен ағысы бар нысандарда су қоймасы жоқ, сондықтан қоршаған ортаға аз әсер етеді, бірақ олар сұраныс бойынша энергия өндіре алмайды, себебі өндіріс маусымдық ағындарға байланысты. Өзен ағысы бар гидроэнергетика осы онжылдықта жалпы қуаттылықтың шамамен 13%-ын құрайды деп күтілуде, ал дәстүрлі гидроэнергетика 56%-ды, ал сорғымен жұмыс істейтін гидроэнергетика 29%-ды құрайды.
Бірақ жалпы алғанда, гидроэнергетиканың өсуі баяулап келеді және 2030 жылға дейін шамамен 23%-ға қысқарады деп күтілуде. Бұл үрдісті кері қайтару көбінесе реттеуші және рұқсат беру процестерін оңтайландыруға, сондай-ақ қоғамдастықтың қабылдауын қамтамасыз ету үшін жоғары тұрақтылық стандарттары мен шығарындыларды өлшеу бағдарламаларын белгілеуге байланысты болады. Әзірлеу мерзімін қысқарту әзірлеушілерге электр энергиясын сатып алу туралы келісімдерге қол жеткізуге көмектеседі, осылайша кіріс кепілдендірілгендіктен инвестицияларды ынталандырады.
«Кейде күн және жел энергиясы сияқты тартымды көрінбеуінің бір себебі - нысандардың көкжиегі әртүрлі. Мысалы, жел және күн электр станциясы әдетте 20 жылдық жоба ретінде қарастырылады», - деді Эймс, «Екінші жағынан, су электр станциялары лицензияланған және 50 жыл бойы жұмыс істейді. Ал олардың көпшілігі 100 жыл бойы жұмыс істеп келеді... Бірақ біздің капитал нарықтарымыз мұндай ұзақ мерзімді кірісті міндетті түрде бағалай бермейді».
Вулфтың айтуынша, су электр станциялары мен сорғымен жұмыс істейтін қоймаларды дамыту үшін дұрыс ынталандыру шараларын табу және оның тұрақты түрде жүзеге асырылуын қамтамасыз ету әлемді қазба отынынан бас тарту үшін өте маңызды болады.
«Біз басқа технологиялар сияқты жаңалықтарды оқымаймыз. Бірақ менің ойымша, адамдар гидроэнергетикасыз сенімді электр желісі бола алмайтынын түсініп келеді».
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 14 шілде
