Energia wodna jest zdecydowanie największą odnawialną energią na świecie, produkującą ponad dwa razy więcej energii niż wiatr i ponad cztery razy więcej niż energia słoneczna. A pompowanie wody pod górę, czyli „pompowana energia wodna”, stanowi ponad 90% całkowitej światowej pojemności magazynowania energii.
Jednak pomimo ogromnego wpływu energetyki wodnej, w USA niewiele się o niej słyszy. Podczas gdy w ciągu ostatnich kilku dekad ceny energii wiatrowej i słonecznej gwałtownie spadły, a jej dostępność znacznie wzrosła, krajowa produkcja energii wodnej pozostała na stosunkowo stabilnym poziomie, ponieważ w kraju wybudowano już elektrownie wodne w najbardziej idealnych lokalizacjach geograficznych.
Na arenie międzynarodowej jest inaczej. Chiny napędzały swoją ekspansję gospodarczą, budując tysiące nowych, często ogromnych, zapór hydroelektrycznych w ciągu ostatnich kilku dekad. Afryka, Indie i inne kraje Azji i Pacyfiku zamierzają zrobić to samo.
Jednak ekspansja bez ścisłego nadzoru środowiskowego może prowadzić do problemów, ponieważ tamy i zbiorniki wodne zakłócają ekosystemy rzeczne i otaczające je siedliska, a ostatnie badania pokazują, że zbiorniki wodne mogą emitować więcej dwutlenku węgla i metanu, niż wcześniej sądzono. Ponadto susza spowodowana klimatem sprawia, że energia wodna staje się mniej niezawodnym źródłem energii, ponieważ tamy na amerykańskim Zachodzie straciły znaczną część swojej zdolności wytwarzania energii elektrycznej.
„W typowym roku Hoover Dam wygeneruje około 4,5 miliarda kilowatogodzin energii” — powiedział Mark Cook, kierownik kultowej Hoover Dam. „Biorąc pod uwagę obecny stan jeziora, jest to raczej około 3,5 miliarda kilowatogodzin”.
Eksperci twierdzą jednak, że energia wodna ma do odegrania dużą rolę w 100% odnawialnej przyszłości, dlatego konieczne jest nauczenie się, jak łagodzić te wyzwania.
Energia wodna krajowa
W 2021 r. energia wodna stanowiła około 6% wytwarzania energii elektrycznej na skalę przemysłową w USA i 32% wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. W kraju była największą energią odnawialną do 2019 r., kiedy to została prześcignięta przez energię wiatrową.
Nie przewiduje się, aby w nadchodzącym dziesięcioleciu w USA nastąpił znaczny wzrost wykorzystania energii wodnej, częściowo ze względu na uciążliwy proces wydawania licencji i pozwoleń.
„Przejście przez proces licencjonowania kosztuje dziesiątki milionów dolarów i lata wysiłku. A niektóre z tych obiektów, szczególnie niektóre mniejsze, po prostu nie mają pieniędzy ani czasu” — mówi Malcolm Woolf, prezes i dyrektor generalny National Hydropower Association. Szacuje, że w licencjonowanie lub ponowne licencjonowanie pojedynczego obiektu hydroenergetycznego zaangażowane są dziesiątki różnych agencji. Proces ten, jak powiedział, trwa dłużej niż licencjonowanie elektrowni jądrowej.
Ponieważ przeciętna elektrownia wodna w USA ma ponad 60 lat, wiele z nich wkrótce będzie wymagało ponownego uzyskania licencji.
„Możemy więc stanąć w obliczu fali oddawania licencji, co jest ironią losu, zwłaszcza gdy próbujemy zwiększyć ilość elastycznej, bezemisyjnej generacji, jaką mamy w tym kraju” – powiedział Woolf.
Jednak Departament Energii twierdzi, że istnieje potencjał wzrostu krajowego dzięki modernizacji starych elektrowni i dodaniu energii do istniejących zapór.
„Mamy 90 000 tam w tym kraju, z których większość została zbudowana w celu kontroli powodzi, nawadniania, magazynowania wody i rekreacji. Tylko 3% tych tam jest faktycznie wykorzystywanych do wytwarzania energii” – powiedział Woolf.
Wzrost w tym sektorze zależy również od rozbudowy elektrowni szczytowo-pompowych, które zyskują na popularności jako sposób na „wzmocnienie” odnawialnych źródeł energii poprzez magazynowanie nadmiaru energii do wykorzystania, gdy nie świeci słońce i nie wieje wiatr.
Kiedy elektrownia szczytowo-pompowa generuje energię, działa tak samo jak zwykła elektrownia wodna: woda przepływa z górnego zbiornika do dolnego, obracając po drodze turbinę wytwarzającą energię elektryczną. Różnica polega na tym, że elektrownia szczytowo-pompowa może się ładować, wykorzystując energię z sieci do pompowania wody z dołu do wyższego zbiornika, przechowując w ten sposób potencjalną energię, która może zostać uwolniona w razie potrzeby.
Podczas gdy elektrownie szczytowo-pompowe mają obecnie około 22 gigawatów mocy wytwórczej, w przygotowaniu jest ponad 60 gigawatów proponowanych projektów. To drugie miejsce po Chinach.
W ostatnich latach liczba pozwoleń i wniosków o licencje na systemy magazynowania szczytowego znacznie wzrosła, a nowe technologie są brane pod uwagę. Należą do nich obiekty „zamkniętego obiegu”, w których żaden zbiornik nie jest podłączony do zewnętrznego źródła wody, lub mniejsze obiekty, które wykorzystują zbiorniki zamiast zbiorników. Obie metody prawdopodobnie byłyby mniej uciążliwe dla otaczającego środowiska.
Emisje i susza
Budowa tam na rzekach lub tworzenie nowych zbiorników wodnych może utrudniać migrację ryb i niszczyć otaczające ekosystemy i siedliska. Tamy i zbiorniki wodne wysiedliły dziesiątki milionów ludzi w historii, zwykle społeczności tubylcze lub wiejskie.
Szkody te są powszechnie znane. Jednak nowe wyzwanie — emisje ze zbiorników — zyskuje obecnie coraz większą uwagę.
„Ludzie nie zdają sobie sprawy, że te zbiorniki w rzeczywistości emitują do atmosfery duże ilości dwutlenku węgla i metanu, a oba te gazy są silnymi gazami cieplarnianymi” – powiedziała Ilissa Ocko, starsza specjalistka ds. klimatu w Environmental Defense Fund.
Emisje pochodzą z rozkładającej się roślinności i innej materii organicznej, które rozkładają się i uwalniają metan, gdy obszar jest zalewany, tworząc zbiornik. „Zwykle metan zamienia się w dwutlenek węgla, ale do tego potrzebny jest tlen. A jeśli woda jest naprawdę, naprawdę ciepła, to dolne warstwy są pozbawione tlenu” — powiedział Ocko, mając na myśli, że metan jest następnie uwalniany do atmosfery.
Jeśli chodzi o ocieplenie świata, metan jest ponad 80 razy silniejszy niż CO2 przez pierwsze 20 lat po jego uwolnieniu. Jak dotąd badania pokazują, że cieplejsze części świata, takie jak Indie i Afryka, mają tendencję do posiadania większej liczby zanieczyszczających roślin, podczas gdy Ocko mówi, że zbiorniki w Chinach i USA nie są szczególnie niepokojące. Ale Ocko mówi, że potrzebny jest bardziej solidny sposób pomiaru emisji.
„Wtedy można by wprowadzić wszelkiego rodzaju zachęty, aby ograniczyć emisję, lub wprowadzić regulacje ze strony różnych organów, aby mieć pewność, że nie emitujemy zbyt dużo” – powiedział Ocko.
Innym poważnym problemem dla hydroenergetyki jest susza spowodowana klimatem. Płytkie zbiorniki wytwarzają mniej energii, a to jest szczególnie niepokojące na amerykańskim Zachodzie, który doświadczył najsuchszego 22-letniego okresu w ciągu ostatnich 1200 lat.
Ponieważ zbiorniki takie jak Jezioro Powella, które zasila tamę Glen Canyon, i Jezioro Mead, które zasila tamę Hoovera, produkują mniej energii elektrycznej, paliwa kopalne przejmują pałeczkę. Jedno z badań wykazało, że w latach 2001–2015 w 11 stanach na zachodzie uwolniono dodatkowe 100 milionów ton dwutlenku węgla z powodu wywołanego suszą odejścia od energii wodnej. W szczególnie trudnym okresie dla Kalifornii w latach 2012–2016 inne badanie oszacowało, że utracona produkcja energii wodnej kosztowała stan 2,45 miliarda dolarów.
Po raz pierwszy w historii ogłoszono niedobór wody w Lake Mead, co spowodowało cięcia w przydziale wody w Arizonie, Nevadzie i Meksyku. Oczekuje się, że poziom wody, który obecnie wynosi 1047 stóp, spadnie jeszcze bardziej, ponieważ Biuro Rekultywacji podjęło bezprecedensowy krok, powstrzymując wodę w Lake Powell, położonym w górę rzeki od Lake Mead, aby tama Glen Canyon Dam mogła nadal wytwarzać energię. Jeśli Lake Mead spadnie poniżej 950 stóp, nie będzie już wytwarzać energii.
Przyszłość hydroenergetyki
Modernizacja istniejącej infrastruktury hydroenergetycznej może zwiększyć wydajność i zrekompensować część strat związanych z suszą, a także zapewnić możliwość działania elektrowni przez wiele kolejnych dziesięcioleci.
Od teraz do 2030 r. 127 miliardów dolarów zostanie wydanych na modernizację starych elektrowni na całym świecie. Stanowi to prawie jedną czwartą całkowitych światowych inwestycji w hydroenergię i prawie 90% inwestycji w Europie i Ameryce Północnej.
W przypadku Zapory Hoovera oznaczało to modernizację niektórych turbin, tak aby działały wydajniej na niższych wysokościach, zainstalowanie cieńszych zasuw, które kontrolują przepływ wody do turbin, a także wtryskiwanie sprężonego powietrza do turbin w celu zwiększenia wydajności.
Ale w innych częściach świata większość inwestycji idzie w nowe elektrownie. Duże, państwowe projekty w Azji i Afryce mają odpowiadać za ponad 75% nowej mocy hydroelektrycznej do 2030 r. Niektórzy jednak martwią się o wpływ, jaki takie projekty będą miały na środowisko.
„Moim skromnym zdaniem są przebudowane. Są budowane do ogromnej pojemności, która nie jest konieczna” — powiedziała Shannon Ames, dyrektor wykonawczy Low Impact Hydropower Institute. „Można je wykonać jako przepływowe i można je po prostu zaprojektować inaczej”.
Obiekty przepływowe nie obejmują zbiornika, a zatem mają mniejszy wpływ na środowisko, ale nie mogą generować energii na żądanie, ponieważ produkcja zależy od sezonowych przepływów. Oczekuje się, że energia wodna przepływowa będzie stanowić około 13% całkowitych przyrostów mocy w tej dekadzie, podczas gdy tradycyjna energia wodna będzie stanowić 56%, a hydroenergia szczytowo-pompowa 29%.
Jednak ogólnie rzecz biorąc, wzrost hydroenergii zwalnia i ma się skurczyć o około 23% do 2030 r. Odwrócenie tego trendu będzie w dużej mierze zależało od usprawnienia procesów regulacyjnych i pozwoleń oraz ustanowienia wysokich standardów zrównoważonego rozwoju i programów pomiaru emisji, aby zapewnić akceptację społeczności. Krótszy harmonogram rozwoju pomógłby deweloperom uzyskać umowy zakupu energii, co zachęciłoby do inwestycji, ponieważ zwroty byłyby gwarantowane.
„Częścią powodu, dla którego czasami nie wygląda to tak atrakcyjnie jak energia słoneczna i wiatrowa, jest to, że horyzont dla obiektów jest inny. Na przykład, elektrownia wiatrowa i słoneczna jest zazwyczaj postrzegana jako projekt na 20 lat”, powiedział Ames, „Z drugiej strony, energia wodna jest licencjonowana i działa przez 50 lat. A wiele z nich działa od 100 lat… Ale nasze rynki kapitałowe niekoniecznie doceniają dłuższy zwrot z inwestycji”.
Woolf uważa, że znalezienie odpowiednich zachęt dla rozwoju energetyki wodnej i elektrowni szczytowo-pompowych oraz zadbanie o to, aby odbywało się to w sposób zrównoważony, będzie miało kluczowe znaczenie dla odejścia świata od paliw kopalnych.
„Nie dostajemy nagłówków, które trafiają do niektórych innych technologii. Ale myślę, że ludzie coraz bardziej zdają sobie sprawę, że nie można mieć niezawodnej sieci bez energii wodnej”.
Czas publikacji: 14-07-2022
