Vattenkraft är den absolut största förnybara energin i världen och producerar över dubbelt så mycket energi som vindkraft och över fyra gånger så mycket som solkraft. Och att pumpa vatten uppför en kulle, även kallad "pumpad vattenkraft", utgör långt över 90 % av världens totala energilagringskapacitet.
Men trots vattenkraftens enorma inverkan hör vi inte mycket om den i USA. Medan vind- och solenergi har sjunkit i pris och skjutit i höjden i tillgänglighet de senaste decennierna, har den inhemska vattenkraftproduktionen varit relativt stabil, eftersom landet redan har byggt vattenkraftverk på de geografiskt mest ideala platserna.
Internationellt sett är det en annan historia. Kina har drivit på sin ekonomiska expansion genom att bygga tusentals nya, ofta massiva, vattenkraftsdammar under de senaste decennierna. Afrika, Indien och andra länder i Asien och Stilla havet är redo att göra detsamma.
Men utbyggnad utan strikt miljöövervakning kan leda till problem, eftersom dammar och reservoarer stör flodekosystem och omgivande livsmiljöer, och nya studier visar att reservoarer kan släppa ut mer koldioxid och metan än man tidigare trott. Dessutom gör klimatdriven torka vattenkraft till en mindre pålitlig energikälla, eftersom dammar i den amerikanska västern har förlorat en betydande del av sin elproduktionskapacitet.
”Under ett typiskt år genererar Hooverdammen cirka 4,5 miljarder kilowattimmar energi”, säger Mark Cook, chef för den ikoniska Hooverdammen. ”Med tanke på hur sjön är nu är det snarare 3,5 miljarder kilowattimmar.”
Ändå säger experter att vattenkraft har en stor roll att spela i en 100 % förnybar framtid, så att lära sig hur man kan mildra dessa utmaningar är ett måste.
Inhemsk vattenkraft
År 2021 stod vattenkraft för cirka 6 % av elproduktionen i stor skala i USA och 32 % av den förnybara elproduktionen. Inhemskt var det den största förnybara energin fram till 2019, då den omslogs av vindkraft.
USA förväntas inte se någon större tillväxt inom vattenkraft under det kommande decenniet, delvis på grund av den betungande licens- och tillståndsprocessen.
”Det kostar tiotals miljoner dollar och år av arbete att gå igenom licensieringsprocessen. Och för vissa av dessa anläggningar, särskilt några av de mindre anläggningarna, har de helt enkelt inte de pengarna eller den tiden”, säger Malcolm Woolf, VD och koncernchef för National Hydropower Association. Han uppskattar att det finns dussintals olika myndigheter involverade i att licensiera eller omlicensiera en enskild vattenkraftsanläggning. Processen, sa han, tar längre tid än att licensiera ett kärnkraftverk.
Eftersom ett genomsnittligt vattenkraftverk i USA är över 60 år gammalt kommer många att behöva få nya licenser snart.
"Så vi kan stå inför en rad indragna licenser, vilket är ironiskt just som vi försöker öka mängden flexibel, koldioxidfri produktion vi har i det här landet", sa Woolf.
Men energidepartementet säger att det finns potential för inhemsk tillväxt, genom uppgraderingar av gamla kraftverk och utökad kraftförsörjning till befintliga dammar.
”Vi har 90 000 dammar i det här landet, varav de flesta byggdes för översvämningskontroll, för bevattning, för vattenlagring, för rekreation. Endast 3 % av dessa dammar används faktiskt för att generera kraft”, sa Woolf.
Tillväxten inom sektorn är också beroende av utökad pumplagring av vattenkraft, vilket blir alltmer populärt som ett sätt att "fästa" förnybara energikällor och lagra överskottsenergi för användning när solen inte skiner och vinden inte blåser.
När en pumpkraftanläggning genererar kraft fungerar den precis som ett vanligt vattenkraftverk: Vatten rinner från den övre reservoaren till den nedre och snurrar en elgenererande turbin längs vägen. Skillnaden är att en pumpkraftanläggning kan laddas om genom att använda kraft från elnätet för att pumpa vatten underifrån upp till den högre reservoaren och därigenom lagra potentiell energi som kan frigöras vid behov.
Medan pumpkraftverk har en elproduktionskapacitet på cirka 22 gigawatt idag, finns det över 60 gigawatt i föreslagna projekt under utveckling. Det är näst efter Kina.
Under senare år har antalet tillstånd och licensansökningar för pumpkraftverk ökat avsevärt, och ny teknik övervägs. Dessa inkluderar "slutna" anläggningar, där ingen av reservoarerna är anslutna till en extern vattenkälla, eller mindre anläggningar som använder tankar istället för reservoarer. Båda metoderna skulle sannolikt vara mindre störande för den omgivande miljön.
Utsläpp och torka
Att dämma upp floder eller skapa nya reservoarer kan hindra fiskmigration och förstöra omgivande ekosystem och livsmiljöer. Dammar och reservoarer har till och med fördrivit tiotals miljoner människor genom historien, vanligtvis ursprungsbefolkningar eller landsbygdssamhällen.
Dessa skador är allmänt erkända. Men en ny utmaning – utsläpp från reservoarer – får nu ökad uppmärksamhet.
"Vad folk inte inser är att dessa reservoarer faktiskt släpper ut mycket koldioxid och metan i atmosfären, vilka båda är starka växthusgaser", säger Ilissa Ocko, senior klimatforskare vid Environmental Defense Fund.
Utsläppen kommer från nedbrytande vegetation och annat organiskt material, som bryts ner och frigör metan när ett område översvämmas för att skapa en reservoar. ”Vanligtvis omvandlas den metanen sedan till koldioxid, men man behöver syre för att göra det. Och om vattnet är riktigt, riktigt varmt, då är de nedre lagren uttömda på syre”, sa Ocko, vilket menar att metan sedan släpps ut i atmosfären.
När det gäller att uppvärma världen är metan över 80 gånger mer potent än koldioxid under de första 20 åren efter utsläpp. Hittills visar forskning att varmare delar av världen, som Indien och Afrika, tenderar att ha mer förorenande anläggningar, medan Ocko säger att reservoarer i Kina och USA inte är särskilt oroande. Men Ocko säger att det behövs ett mer robust sätt att mäta utsläpp.
"Och sedan kan man ha alla möjliga incitament för att minska det, eller regleringar från olika myndigheter för att se till att man inte släpper ut för mycket", sa Ocko.
Ett annat stort problem för vattenkraft är klimatrelaterad torka. Grunda reservoarer producerar mindre el, och det är särskilt oroande i den amerikanska västern, som har haft den torraste 22-årsperioden under de senaste 1 200 åren.
I takt med att reservoarer som Lake Powell, som förser Glen Canyon-dammen, och Lake Mead, som förser Hoover-dammen, producerar mindre el, tar fossila bränslen över eftersläpningen. En studie visade att ytterligare 100 miljoner ton koldioxid släpptes ut i 11 stater i väst mellan 2001 och 2015 på grund av den torka-inducerade övergången från vattenkraft. Under en särskilt tuff period för Kalifornien mellan 2012 och 2016 uppskattade en annan studie att förlorad vattenkraftproduktion kostade staten 2,45 miljarder dollar.
För första gången i historien har vattenbrist utlysts vid Lake Mead, vilket har lett till nedskärningar i vattentilldelningen i Arizona, Nevada och Mexiko. Vattennivån, som för närvarande ligger på 340 meter, förväntas sjunka ytterligare, då Bureau of Reclamation har vidtagit det exempellösa steget att hålla tillbaka vattnet vid Lake Powell, som ligger uppströms Lake Mead, så att Glen Canyon-dammen kan fortsätta producera el. Om Lake Mead sjunker under 275 meter kommer den inte längre att generera el.
Vattenkraftens framtid
Modernisering av befintlig vattenkraftinfrastruktur skulle kunna öka effektiviteten och återhämta en del torkarelaterade förluster, samt säkerställa att kraftverken kan vara i drift i många decennier framöver.
Mellan nu och 2030 kommer 127 miljarder dollar att spenderas på modernisering av gamla kraftverk globalt. Det står för nästan en fjärdedel av de totala globala vattenkraftinvesteringarna och nästan 90 % av investeringarna i Europa och Nordamerika.
Vid Hooverdammen innebar det att man måste eftermontera några av deras turbiner för att de ska fungera mer effektivt på lägre höjder, installera tunnare grindar som styr vattenflödet in i turbinerna och injicera tryckluft i turbinerna för att öka effektiviteten.
Men i andra delar av världen går majoriteten av investeringarna till nya anläggningar. Stora, statligt ägda projekt i Asien och Afrika förväntas stå för över 75 % av den nya vattenkraftkapaciteten fram till 2030. Men vissa oroar sig för den inverkan sådana projekt kommer att ha på miljön.
”Enligt min ödmjuka åsikt är de överbyggda. De är byggda för en massiv kapacitet som inte är nödvändig”, säger Shannon Ames, verkställande direktör för Low Impact Hydropower Institute. ”De skulle kunna göras som vattendrag och de skulle bara kunna utformas annorlunda.”
Vattenkraftanläggningar saknar reservoar och har därmed mindre miljöpåverkan, men de kan inte generera energi vid behov eftersom produktionen är beroende av säsongsflöden. Vattenkraft från vattenkraft förväntas stå för cirka 13 % av den totala kapacitetstillväxten under detta årtionde, medan traditionell vattenkraft kommer att utgöra 56 % och pumpad vattenkraft 29 %.
Men totalt sett saktar tillväxten av vattenkraften av och förväntas minska med cirka 23 % fram till 2030. Att vända denna trend kommer till stor del att bero på att man effektiviserar reglerings- och tillståndsprocesserna och sätter höga hållbarhetsstandarder och utsläppsmätningsprogram för att säkerställa samhällsacceptans. En kortare tidslinje för utveckling skulle hjälpa utvecklare att få elavtal och därigenom stimulera investeringar eftersom avkastningen skulle garanteras.
”En del av anledningen till att det ibland inte ser lika attraktivt ut som sol- och vindkraft är att anläggningarnas perspektiv är annorlunda. Till exempel ses en vind- och solkraftanläggning vanligtvis som ett 20-årigt projekt”, sa Ames. ”Å andra sidan är vattenkraft licensierad och i drift i 50 år. Och många av dem har varit i drift i 100 år... Men våra kapitalmarknader uppskattar inte nödvändigtvis en längre avkastning på det sättet.”
Att hitta rätt incitament för utveckling av vattenkraft och pumpkraftverk, och säkerställa att det görs på ett hållbart sätt, kommer att vara avgörande för att avvänja världen från fossila bränslen, säger Woolf.
"Vi får inte samma rubriker som en del av de andra teknologierna. Men jag tror att folk i allt högre grad inser att man inte kan ha ett pålitligt elnät utan vattenkraft."
Publiceringstid: 14 juli 2022
