Vannkraft er den desidert største fornybare energien i verden, og produserer over dobbelt så mye energi som vindkraft og over fire ganger så mye som solkraft. Og å pumpe vann opp en bakke, også kjent som «pumpekraft», utgjør godt over 90 % av verdens totale energilagringskapasitet.
Men til tross for vannkraftens enorme innvirkning, hører vi ikke mye om den i USA. Selv om vind- og solenergi har stupt i pris og økt i popularitet de siste tiårene, har innenlandsk vannkraftproduksjon holdt seg relativt stabil, ettersom nasjonen allerede har bygget vannkraftverk på de geografisk mest ideelle stedene.
Internasjonalt er det en annen historie. Kina har drevet sin økonomiske ekspansjon ved å bygge tusenvis av nye, ofte massive, vannkraftsdemninger de siste tiårene. Afrika, India og andre land i Asia og Stillehavet er i ferd med å gjøre det samme.
Men utvidelse uten streng miljøtilsyn kan føre til problemer, ettersom demninger og reservoarer forstyrrer elveøkosystemer og omkringliggende habitater, og nyere studier viser at reservoarer kan slippe ut mer karbondioksid og metan enn tidligere antatt. I tillegg gjør klimadrevet tørke vannkraft til en mindre pålitelig energikilde, ettersom demninger i det amerikanske vesten har mistet en betydelig del av sin kapasitet til å produsere strøm.
«I et typisk år vil Hoover Dam generere omtrent 4,5 milliarder kilowattimer med energi», sa Mark Cook, leder for den ikoniske Hoover Dam. «Slik innsjøen er nå, er det mer som 3,5 milliarder kilowattimer.»
Likevel sier eksperter at vannkraft har en stor rolle å spille i en 100 % fornybar fremtid, så det er et must å lære hvordan man kan redusere disse utfordringene.
Innenlandsk vannkraft
I 2021 sto vannkraft for omtrent 6 % av strømproduksjonen i stor skala i USA og 32 % av fornybar strømproduksjon. Innenlands var det den største fornybare kraften frem til 2019, da den ble forbigått av vind.
Det forventes ikke at USA vil se mye vekst innen vannkraft i det kommende tiåret, delvis på grunn av den krevende lisens- og tillatelsesprosessen.
«Det koster titalls millioner dollar og år med arbeid å gå gjennom konsesjonsprosessen. Og for noen av disse anleggene, spesielt noen av de mindre anleggene, har de rett og slett ikke de pengene eller tiden», sier Malcolm Woolf, president og administrerende direktør i National Hydropower Association. Han anslår at det er dusinvis av forskjellige etater involvert i å lisensiere eller relisensiere et enkelt vannkraftanlegg. Prosessen, sa han, tar lengre tid enn å lisensiere et kjernekraftverk.
Fordi et gjennomsnittlig vannkraftverk i USA er over 60 år gammelt, vil mange snart måtte få ny lisens.
«Så vi kan stå overfor en rekke inndragninger av lisenser, noe som er ironisk akkurat nå som vi prøver å øke mengden fleksibel, karbonfri produksjon vi har i dette landet», sa Woolf.
Men energidepartementet sier at det er potensial for innenlandsk vekst, gjennom oppgraderinger av gamle anlegg og tilleggskraft til eksisterende demninger.
«Vi har 90 000 demninger i dette landet, hvorav de fleste ble bygget for flomkontroll, vanning, vannlagring og rekreasjon. Bare 3 % av disse demningene brukes faktisk til å generere kraft», sa Woolf.
Veksten i sektoren er også avhengig av utvidelse av pumpelagring av vannkraft, som får stadig større fremgang som en måte å «fastgjøre» fornybar energi på, og lagre overflødig energi til bruk når solen ikke skinner og vinden ikke blåser.
Når et pumpekraftverk produserer strøm, fungerer det akkurat som et vanlig vannkraftverk: Vann strømmer fra det øvre reservoaret til det nedre, og spinner en strømproduserende turbin underveis. Forskjellen er at et pumpekraftverk kan lades opp igjen ved å bruke strøm fra nettet til å pumpe vann nedenfra opp til det høyere reservoaret, og dermed lagre potensiell energi som kan frigjøres ved behov.
Mens pumpekraftverk har omtrent 22 gigawatt med strømproduksjonskapasitet i dag, er det over 60 gigawatt med foreslåtte prosjekter under utvikling. Det er nest etter Kina.
I de senere årene har det blitt søkt om tillatelser og lisenser for pumpelagringssystemer, og nye teknologier vurderes. Disse inkluderer «lukkede sløyfer», der ingen av reservoarene er koblet til en ekstern vannkilde, eller mindre anlegg som bruker tanker i stedet for reservoarer. Begge metodene vil sannsynligvis være mindre forstyrrende for miljøet rundt.
Utslipp og tørke
Demming av elver eller bygging av nye reservoarer kan hindre fiskevandring og ødelegge omkringliggende økosystemer og habitater. Demninger og reservoarer har til og med fordrevet titalls millioner mennesker gjennom historien, vanligvis urbefolkninger eller landlige samfunn.
Disse skadene er allment anerkjent. Men en ny utfordring – utslipp fra reservoarer – får nå økt oppmerksomhet.
«Det folk ikke er klar over er at disse reservoarene faktisk slipper ut mye karbondioksid og metan i atmosfæren, som begge er sterke klimagasser», sa Ilissa Ocko, senior klimaforsker ved Environmental Defense Fund.
Utslippene kommer fra nedbrytende vegetasjon og annet organisk materiale, som brytes ned og frigjør metan når et område oversvømmes for å lage et reservoar. «Vanligvis blir metanet omdannet til karbondioksid, men du trenger oksygen for å gjøre det. Og hvis vannet er veldig, veldig varmt, blir de nederste lagene tømt for oksygen», sa Ocko, som mener at metan deretter slippes ut i atmosfæren.
Når det gjelder oppvarming av verden, er metan over 80 ganger kraftigere enn CO2 de første 20 årene etter utslipp. Så langt viser forskning at varmere deler av verden, som India og Afrika, har en tendens til å ha mer forurensende anlegg, mens Ocko sier at reservoarer i Kina og USA ikke er noe særlig problem. Men Ocko sier at det må finnes en mer robust måte å måle utslipp på.
«Og så kan man ha alle slags insentiver for å redusere det, eller reguleringer fra forskjellige myndigheter for å sørge for at man ikke slipper ut for mye», sa Ocko.
Et annet stort problem for vannkraft er klimadrevet tørke. Grunne reservoarer produserer mindre strøm, og det er spesielt bekymringsfullt i det amerikanske vesten, som har hatt den tørreste 22-årsperioden de siste 1200 årene.
Ettersom reservoarer som Lake Powell, som forsyner Glen Canyon-demningen, og Lake Mead, som forsyner Hoover-demningen, produserer mindre elektrisitet, tar fossile brensler opp utslippene. En studie fant at fra 2001–2015 ble ytterligere 100 millioner tonn karbondioksid sluppet ut i 11 stater i vest på grunn av det tørkeinduserte skiftet bort fra vannkraft. I en spesielt tøff periode for California mellom 2012–2016 anslo en annen studie at tapt vannkraftproduksjon kostet staten 2,45 milliarder dollar.
For første gang i historien er det erklært vannmangel ved Lake Mead, noe som har utløst kutt i vanntildelingen i Arizona, Nevada og Mexico. Vannstanden, som for tiden er på 340 meter, forventes å synke ytterligere, ettersom Bureau of Reclamation har tatt det enestående skrittet å holde tilbake vannet ved Lake Powell, som ligger oppstrøms Lake Mead, slik at Glen Canyon-demningen kan fortsette å produsere strøm. Hvis Lake Mead faller under 277 meter, vil den ikke lenger produsere strøm.
Fremtiden for vannkraft
Modernisering av eksisterende vannkraftinfrastruktur kan øke effektiviteten og dekke inn noen tørkerelaterte tap, samt sikre at anleggene er i stand til å operere i mange tiår fremover.
Mellom nå og 2030 vil 127 milliarder dollar bli brukt på modernisering av gamle anlegg globalt. Det utgjør nesten en fjerdedel av de totale globale vannkraftinvesteringene, og nesten 90 % av investeringene i Europa og Nord-Amerika.
Ved Hoover Dam betyr det at noen av turbinene må ettermonteres for å fungere mer effektivt i lavereliggende områder, installeres tynnere gangporter som kontrollerer vannstrømmen inn i turbinene, og sprøytes inn trykkluft i turbinene for å øke effektiviteten.
Men i andre deler av verden går mesteparten av investeringene til nye anlegg. Store, statseide prosjekter i Asia og Afrika forventes å utgjøre over 75 % av den nye vannkraftkapasiteten innen 2030. Men noen er bekymret for hvilken innvirkning slike prosjekter vil ha på miljøet.
«Etter min ydmyke mening er de overbygde. De er bygget til en massiv kapasitet som ikke er nødvendig», sa Shannon Ames, administrerende direktør for Low Impact Hydropower Institute. «De kunne vært laget som elvestrøm, og de kunne bare vært utformet annerledes.»
Elveanlegg har ikke reservoar, og har dermed mindre innvirkning på miljøet, men de kan ikke generere energi på etterspørsel, siden produksjonen avhenger av sesongmessige strømninger. Elvekraft forventes å utgjøre omtrent 13 % av den totale kapasitetstilveksten dette tiåret, mens tradisjonell vannkraft vil utgjøre 56 % og pumpet vannkraft 29 %.
Men totalt sett avtar veksten innen vannkraft, og det er ventet at den vil krympe med omtrent 23 % frem til 2030. Å snu denne trenden vil i stor grad avhenge av å effektivisere regulatoriske og tillatelsesprosesser, og sette høye bærekraftsstandarder og utslippsmålingsprogrammer for å sikre aksept i samfunnet. En kortere tidslinje for utvikling vil hjelpe utviklere med å få kraftkjøpsavtaler, og dermed stimulere investeringer siden avkastningen vil være garantert.
«En del av grunnen til at det noen ganger ikke ser like attraktivt ut som sol- og vindkraft, er at horisonten for anleggene er annerledes. For eksempel blir et vind- og solkraftverk vanligvis sett på som et 20-årig prosjekt», sa Ames. «På den annen side er vannkraft lisensiert og i drift i 50 år. Og mange av dem har vært i drift i 100 år ... Men kapitalmarkedene våre setter ikke nødvendigvis pris på en lengre avkastning som det.»
Å finne de riktige insentivene for utvikling av vannkraft og pumpelagring, og sikre at det gjøres på en bærekraftig måte, vil være avgjørende for å avvenne verden fra fossilt brensel, sier Woolf.
«Vi får ikke overskriftene som noen av de andre teknologiene får. Men jeg tror folk i økende grad innser at man ikke kan ha et pålitelig strømnett uten vannkraft.»
Publisert: 14. juli 2022
