Waterkracht is verreweg de grootste hernieuwbare energiebron ter wereld en produceert meer dan twee keer zoveel energie als windenergie en meer dan vier keer zoveel als zonne-energie. En het oppompen van water tegen een heuvel, ook wel bekend als "pompaccumulatiewaterkracht", omvat ruim 90% van de totale wereldwijde energieopslagcapaciteit.
Maar ondanks de enorme impact van waterkracht horen we er in de VS niet veel over. Terwijl de prijzen van wind- en zonne-energie de afgelopen decennia enorm zijn gedaald en de beschikbaarheid enorm is toegenomen, is de binnenlandse waterkrachtproductie relatief stabiel gebleven. Het land heeft namelijk waterkrachtcentrales gebouwd op de meest geografisch ideale locaties.
Internationaal is het een ander verhaal. China heeft zijn economische expansie aangewakkerd door de afgelopen decennia duizenden nieuwe, vaak enorme, waterkrachtcentrales te bouwen. Afrika, India en andere landen in Azië en de Stille Oceaan staan op het punt hetzelfde te doen.
Maar uitbreiding zonder strikt milieutoezicht kan tot problemen leiden, omdat dammen en reservoirs rivierecosystemen en omliggende habitats verstoren. Recente studies tonen bovendien aan dat reservoirs meer koolstofdioxide en methaan kunnen uitstoten dan voorheen werd gedacht. Bovendien maakt klimaatgerelateerde droogte waterkracht een minder betrouwbare energiebron, aangezien dammen in het Amerikaanse westen een aanzienlijk deel van hun elektriciteitsopwekkingscapaciteit hebben verloren.
"In een gemiddeld jaar genereert de Hooverdam ongeveer 4,5 miljard kilowattuur aan energie", aldus Mark Cook, manager van de iconische Hooverdam. "Met de huidige staat van het meer is dat eerder 3,5 miljard kilowattuur."
Toch zeggen deskundigen dat waterkracht een belangrijke rol speelt in een toekomst die volledig bestaat uit hernieuwbare energiebronnen. Het is dus van groot belang dat we leren hoe we deze uitdagingen het hoofd kunnen bieden.
Binnenlandse waterkracht
In 2021 was waterkracht goed voor ongeveer 6% van de grootschalige elektriciteitsopwekking in de VS en 32% van de hernieuwbare elektriciteitsopwekking. Binnenlands was het de grootste hernieuwbare energiebron tot 2019, toen het werd ingehaald door windenergie.
Er wordt niet verwacht dat de Verenigde Staten de komende tien jaar veel groei in waterkracht zullen zien, deels vanwege het lastige vergunnings- en goedkeuringsproces.
"Het kost tientallen miljoenen dollars en jaren werk om de vergunningsprocedure te doorlopen. En voor sommige van deze faciliteiten, met name de kleinere, is dat geld en die tijd er gewoon niet", zegt Malcolm Woolf, president en CEO van de National Hydropower Association. Hij schat dat er tientallen verschillende instanties betrokken zijn bij het verlenen of herverlenen van vergunningen voor één waterkrachtcentrale. De procedure, zei hij, duurt langer dan de vergunningverlening voor een kerncentrale.
Omdat de gemiddelde waterkrachtcentrale in de VS ouder is dan 60 jaar, moeten veel centrales binnenkort een nieuwe vergunning krijgen.
"We zouden dus te maken kunnen krijgen met een hele reeks intrekkingen van vergunningen, wat ironisch is, net nu we in dit land proberen de hoeveelheid flexibele, CO2-vrije opwekking te vergroten", aldus Woolf.
Volgens het ministerie van Energie is er potentieel voor binnenlandse groei, door verbeteringen aan oude centrales en door meer stroom aan bestaande dammen toe te voegen.
"We hebben 90.000 dammen in dit land, waarvan de meeste zijn gebouwd voor overstromingsbeheersing, irrigatie, wateropslag en recreatie. Slechts 3% van die dammen wordt daadwerkelijk gebruikt voor energieopwekking", aldus Woolf.
De groei van de sector is ook afhankelijk van de uitbreiding van pompaccumulatie van waterkracht, die steeds populairder wordt als manier om hernieuwbare energiebronnen te versterken door overtollige energie op te slaan voor gebruik als de zon niet schijnt en de wind niet waait.
Wanneer een pompaccumulatiecentrale stroom opwekt, werkt deze net als een gewone waterkrachtcentrale: water stroomt van het bovenste reservoir naar het onderste en drijft daarbij een turbine aan die elektriciteit opwekt. Het verschil is dat een pompaccumulatiecentrale water kan opladen door stroom van het net te gebruiken om water van onderaf naar het bovenste reservoir te pompen, waardoor potentiële energie wordt opgeslagen die kan worden vrijgegeven wanneer dat nodig is.
Terwijl pompaccumulatie momenteel ongeveer 22 gigawatt aan elektriciteitsopwekkingscapaciteit heeft, zijn er meer dan 60 gigawatt aan voorgestelde projecten in ontwikkeling. Daarmee staat het op de tweede plaats, na China.
De afgelopen jaren is het aantal vergunningen en licentieaanvragen voor pompaccumulatiesystemen aanzienlijk toegenomen en worden nieuwe technologieën overwogen. Denk hierbij aan gesloten-kringloopinstallaties, waarbij geen van beide reservoirs is aangesloten op een externe waterbron, of kleinere installaties die tanks gebruiken in plaats van reservoirs. Beide methoden zouden waarschijnlijk minder verstorend zijn voor het milieu.
Emissies en droogte
Het afdammen van rivieren of het aanleggen van nieuwe reservoirs kan de vismigratie belemmeren en omliggende ecosystemen en habitats verwoesten. Dammen en reservoirs hebben in de loop van de geschiedenis zelfs tientallen miljoenen mensen verdreven, meestal inheemse of plattelandsgemeenschappen.
Deze schadelijke effecten worden algemeen erkend. Maar een nieuwe uitdaging – emissies uit reservoirs – krijgt nu meer aandacht.
"Wat mensen zich niet realiseren, is dat deze reservoirs in feite veel koolstofdioxide en methaan in de atmosfeer uitstoten, twee sterke broeikasgassen", aldus Ilissa Ocko, senior klimaatwetenschapper bij het Environmental Defense Fund.
De uitstoot is afkomstig van ontbindende vegetatie en ander organisch materiaal, dat afbreekt en methaan vrijgeeft wanneer een gebied onder water komt te staan en een reservoir vormt. "Meestal wordt dat methaan vervolgens omgezet in koolstofdioxide, maar daarvoor heb je zuurstof nodig. En als het water echt heel erg warm is, raken de onderste lagen zuurstofloos", aldus Ocko, waarmee hij bedoelt dat er dan methaan in de atmosfeer terechtkomt.
Als het gaat om het opwarmen van de aarde, is methaan gedurende de eerste 20 jaar na de uitstoot ervan meer dan 80 keer krachtiger dan CO2. Tot nu toe toont onderzoek aan dat warmere delen van de wereld, zoals India en Afrika, vaak meer vervuilende centrales hebben, terwijl Ocko zegt dat reservoirs in China en de VS geen bijzondere zorg baren. Maar Ocko zegt dat er een robuustere manier moet zijn om emissies te meten.
"En dan kun je allerlei prikkels krijgen om het te verminderen, of regelgeving van verschillende instanties om ervoor te zorgen dat je niet te veel uitstoot", aldus Ocko.
Een ander groot probleem voor waterkracht is de door het klimaat veroorzaakte droogte. Ondiepe reservoirs produceren minder energie, en dat is met name zorgwekkend in het Amerikaanse westen, waar de droogste periode van 22 jaar in de afgelopen 1200 jaar heeft plaatsgevonden.
Nu stuwmeren zoals Lake Powell, dat de Glen Canyon Dam voedt, en Lake Mead, dat de Hoover Dam voedt, minder elektriciteit produceren, nemen fossiele brandstoffen het over. Uit een onderzoek bleek dat er tussen 2001 en 2015 in elf staten in het westen 100 miljoen ton extra koolstofdioxide werd uitgestoten door de door droogte veroorzaakte verschuiving van waterkracht naar een lager energiegebruik. Tijdens een bijzonder moeilijke periode voor Californië tussen 2012 en 2016 schatte een ander onderzoek dat het verlies aan waterkracht de staat $ 2,45 miljard kostte.
Voor het eerst in de geschiedenis is er een watertekort afgekondigd bij Lake Mead, wat heeft geleid tot een vermindering van de watertoewijzing in Arizona, Nevada en Mexico. Het waterpeil, momenteel 314 meter (1047 voet), zal naar verwachting verder dalen, aangezien het Bureau of Reclamation de ongekende maatregel heeft genomen om water in Lake Powell, stroomopwaarts van Lake Mead, tegen te houden, zodat de Glen Canyon Dam energie kan blijven opwekken. Als Lake Mead onder de 290 meter (950 voet) zakt, zal het geen energie meer opwekken.
Toekomst van waterkracht
Door de bestaande waterkrachtinfrastructuur te moderniseren, kan de efficiëntie worden verhoogd en kunnen verliezen als gevolg van droogte worden gecompenseerd. Ook kan zo worden gewaarborgd dat centrales nog tientallen jaren in bedrijf kunnen blijven.
Tussen nu en 2030 zal wereldwijd $ 127 miljard worden uitgegeven aan de modernisering van oude centrales. Dat is goed voor bijna een kwart van de totale wereldwijde investeringen in waterkracht en bijna 90% van de investeringen in Europa en Noord-Amerika.
Bij de Hooverdam heeft dat betekend dat een aantal turbines zijn aangepast, zodat ze efficiënter werken op lagere hoogte. Er zijn dunnere schuiven geïnstalleerd, die de waterstroom naar de turbines regelen, en er is perslucht in de turbines gespoten om de efficiëntie te verhogen.
Maar in andere delen van de wereld gaat het grootste deel van de investeringen naar nieuwe centrales. Grote, staatsprojecten in Azië en Afrika zullen naar verwachting tot 2030 meer dan 75% van de nieuwe waterkrachtcapaciteit voor hun rekening nemen. Sommigen maken zich echter zorgen over de impact van dergelijke projecten op het milieu.
"Naar mijn bescheiden mening zijn ze overbelast. Ze zijn gebouwd met een enorme capaciteit die niet nodig is", aldus Shannon Ames, directeur van het Low Impact Hydropower Institute. "Ze zouden als doorstroomwaterzuivering kunnen worden uitgevoerd en ze zouden gewoon anders ontworpen kunnen worden."
Waterkrachtcentrales hebben geen reservoir en hebben daardoor minder impact op het milieu, maar kunnen geen energie opwekken op aanvraag, omdat de productie afhankelijk is van seizoensgebonden waterstromen. Waterkrachtcentrales zullen naar verwachting dit decennium ongeveer 13% van de totale capaciteitsuitbreiding voor hun rekening nemen, terwijl traditionele waterkracht 56% en pompwaterkracht 29% voor hun rekening nemen.
Maar over het algemeen vertraagt de groei van waterkracht en zal deze tot 2030 naar verwachting met ongeveer 23% krimpen. Het omkeren van deze trend zal grotendeels afhangen van het stroomlijnen van de regelgevings- en vergunningsprocessen, en het vaststellen van hoge duurzaamheidsnormen en emissiemeetprogramma's om acceptatie door de gemeenschap te garanderen. Een kortere ontwikkelingstijdlijn zou ontwikkelaars helpen om overeenkomsten voor de afname van elektriciteit te verkrijgen, wat investeringen zou stimuleren, aangezien rendement gegarandeerd zou zijn.
"Een deel van de reden waarom het er soms niet zo aantrekkelijk uitziet als zonne- en windenergie, is dat de horizon van de installaties anders is. Een wind- en zonne-energiecentrale wordt bijvoorbeeld meestal gezien als een project voor 20 jaar", zei Ames. "Aan de andere kant is waterkracht een vergunning en werkt het 50 jaar. En veel ervan zijn al 100 jaar in bedrijf... Maar onze kapitaalmarkten waarderen zo'n lange termijn rendement niet per se."
Volgens Woolf is het vinden van de juiste prikkels voor de ontwikkeling van waterkracht en pompaccumulatie en het garanderen dat dit op een duurzame manier gebeurt, van cruciaal belang om de wereld los te weken van fossiele brandstoffen.
"We halen niet de krantenkoppen die sommige andere technologieën wel halen. Maar ik denk dat mensen steeds meer beseffen dat je geen betrouwbaar elektriciteitsnet kunt hebben zonder waterkracht."
Plaatsingstijd: 14-07-2022
