Гідроенергетика є найбільшим відновлюваним джерелом енергії у світі, виробляючи більш ніж удвічі більше енергії, ніж вітрова, і більш ніж у чотири рази більше, ніж сонячна. А перекачування води вгору по пагорбу, відоме як «гідроакумулюючі гідроелектростанції», становить понад 90% загальної світової потужності зберігання енергії.
Але, попри величезний вплив гідроенергетики, у США про неї мало чують. Хоча за останні кілька десятиліть ціни на вітрову та сонячну енергетику різко впали, а їхня доступність різко зросла, вітчизняне виробництво гідроенергії залишається відносно стабільним, оскільки країна вже побудувала гідроелектростанції в географічно найідеальніших місцях.
На міжнародному рівні це інша історія. Китай стимулював свою економічну експансію, будуючи тисячі нових, часто масивних, гідроелектростанцій протягом останніх кількох десятиліть. Африка, Індія та інші країни Азії та Тихого океану мають намір зробити те саме.
Але розширення без суворого екологічного нагляду може призвести до проблем, оскільки дамби та водосховища порушують річкові екосистеми та навколишні середовища існування, а нещодавні дослідження показують, що водосховища можуть викидати більше вуглекислого газу та метану, ніж вважалося раніше. Крім того, посуха, спричинена кліматом, робить гідроенергетику менш надійним джерелом енергії, оскільки дамби на американському Заході втратили значну частину своєї потужності для виробництва електроенергії.
«За типовий рік гребля Гувера виробляє близько 4,5 мільярда кіловат-годин енергії», – сказав Марк Кук, менеджер культової греблі Гувера. «З огляду на те, що озеро має нинішній вигляд, це скоріше 3,5 мільярда кіловат-годин».
Однак експерти стверджують, що гідроенергетика відіграє важливу роль у 100% відновлюваному майбутньому, тому навчитися пом'якшувати ці проблеми є обов'язковим.
Внутрішня гідроенергетика
У 2021 році гідроенергетика становила близько 6% виробництва електроенергії комунальними підприємствами в США та 32% виробництва електроенергії з відновлюваних джерел. У країні вона була найбільшим відновлюваним джерелом енергії до 2019 року, коли її перевершила вітер.
Не очікується, що в США спостерігатиметься значне зростання гідроенергетики в найближче десятиліття, частково через обтяжливий процес ліцензування та отримання дозволів.
«Проходження процесу ліцензування коштує десятки мільйонів доларів і роки зусиль. А для деяких із цих об’єктів, особливо для деяких менших, просто немає ні грошей, ні часу», — каже Малкольм Вулф, президент і генеральний директор Національної асоціації гідроенергетики. За його оцінками, у ліцензуванні або переліцензуванні однієї гідроенергетичної установки беруть участь десятки різних агентств. За його словами, цей процес займає більше часу, ніж ліцензування атомної електростанції.
Оскільки середній вік гідроелектростанції в США перевищує 60 років, багатьом з них незабаром доведеться отримати повторну ліцензію.
«Тож ми можемо зіткнутися з низкою позбавлення ліцензій, що іронічно саме в той час, коли ми намагаємося збільшити обсяг гнучкої, безвуглецевої генерації, яку ми маємо в цій країні», – сказав Вулф.
Але Міністерство енергетики стверджує, що існує потенціал для внутрішнього зростання шляхом модернізації старих електростанцій та збільшення потужності існуючих гребель.
«У цій країні 90 000 дамб, більшість з яких були побудовані для боротьби з повенями, для зрошення, для зберігання води, для відпочинку. Лише 3% цих дамб фактично використовуються для виробництва електроенергії», – сказав Вулф.
Зростання в цьому секторі також залежить від розширення гідроакумулюючих електростанцій, які набирають обертів як спосіб «зміцнення» відновлюваних джерел енергії, зберігаючи надлишок енергії для використання, коли сонце не світить і вітер не дме.
Коли гідроакумулююча споруда виробляє електроенергію, вона працює так само, як звичайна гідроелектростанція: вода тече з верхнього резервуара до нижнього, обертаючи по дорозі турбіну, що генерує електроенергію. Різниця полягає в тому, що гідроакумулююча споруда може підзаряджатися, використовуючи енергію з мережі для перекачування води знизу до верхнього резервуара, тим самим накопичуючи потенційну енергію, яка може бути вивільнена за потреби.
Хоча гідроакумулюючі електростанції сьогодні мають близько 22 гігават потужності для виробництва електроенергії, на стадії розробки перебуває понад 60 гігават запропонованих проектів. Це друге місце після Китаю.
В останні роки кількість заявок на отримання дозволів та ліцензій для гідроакумулюючих систем значно зросла, і розглядаються нові технології. До них належать установки із «замкнутим циклом», у яких жодне з резервуарів не підключене до зовнішнього джерела води, або менші установки, які використовують резервуари замість резервуарів. Обидва методи, ймовірно, менш шкодитимуть навколишньому середовищу.
Викиди та посуха
Створення гребель на річках або нових водосховищ може перешкоджати міграції риб та руйнувати навколишні екосистеми та середовища існування. Греблі та водосховища протягом історії навіть призвели до переміщення десятків мільйонів людей, зазвичай корінних або сільських громад.
Ця шкода широко визнана. Але нова проблема — викиди з водосховищ — зараз привертає все більше уваги.
«Люди не усвідомлюють, що ці водосховища насправді викидають в атмосферу багато вуглекислого газу та метану, які є сильними парниковими газами», – сказала Ілісса Очко, старша науковиця з питань клімату Фонду захисту навколишнього середовища.
Викиди виникають внаслідок розкладання рослинності та інших органічних речовин, які розкладаються та вивільняють метан, коли територія затоплюється, створюючи резервуар. «Зазвичай цей метан потім перетворюється на вуглекислий газ, але для цього потрібен кисень. А якщо вода дуже, дуже тепла, то нижні шари збідніли киснем», – сказав Очко, маючи на увазі, що метан потім викидається в атмосферу.
Коли йдеться про потепління світу, метан протягом перших 20 років після його викиду є більш ніж у 80 разів потужнішим за CO2. Поки що дослідження показують, що в гарячіших частинах світу, таких як Індія та Африка, як правило, більше забруднюючих рослин, тоді як Очко каже, що резервуари в Китаї та США не викликають особливого занепокоєння. Однак Очко каже, що потрібен більш надійний спосіб вимірювання викидів.
«А тоді у вас можуть бути всілякі стимули для його зменшення або ж регулювання з боку різних органів, щоб переконатися, що ви не викидаєте забагато», – сказав Очко.
Ще однією серйозною проблемою для гідроенергетики є посуха, спричинена кліматом. Мілководні водосховища виробляють менше електроенергії, і це викликає особливе занепокоєння на американському Заході, який пережив найсухіший 22-річний період за останні 1200 років.
Оскільки водосховища, такі як озеро Пауелл, яке живить дамбу Глен-Каньйон, та озеро Мід, яке живить дамбу Гувера, виробляють менше електроенергії, викопне паливо компенсує це. Одне дослідження показало, що з 2001 по 2015 рік в 11 штатах на заході було викинуто додатково 100 мільйонів тонн вуглекислого газу через спричинений посухою відхід від гідроенергетики. У особливо важкий період для Каліфорнії з 2012 по 2016 рік, інше дослідження підрахувало, що втрата виробництва гідроенергії коштувала штату 2,45 мільярда доларів.
Вперше в історії на озері Мід оголошено про дефіцит води, що призвело до скорочення водопостачання в Аризоні, Неваді та Мексиці. Очікується, що рівень води, який зараз становить 1047 футів, ще більше знизиться, оскільки Бюро меліорації вжило безпрецедентного кроку, стримуючи воду в озері Пауелл, розташованому вище за течією озера Мід, щоб гребля Глен-Каньйон могла продовжувати виробляти електроенергію. Якщо рівень води на озері Мід опуститься нижче 950 футів, воно більше не вироблятиме електроенергію.
Майбутнє гідроенергетики
Модернізація існуючої гідроенергетичної інфраструктури може підвищити ефективність та компенсувати деякі втрати, пов'язані з посухою, а також забезпечити здатність електростанцій працювати протягом багатьох десятиліть уперед.
З сьогоднішнього дня до 2030 року на модернізацію старих електростанцій у світі буде витрачено 127 мільярдів доларів. Це становить майже чверть від загального обсягу світових інвестицій у гідроенергетику та майже 90% інвестицій у Європі та Північній Америці.
На греблі Гувера це означало модернізацію деяких турбін для ефективнішої роботи на менших висотах, встановлення тонших хвірток, які контролюють потік води в турбіни, та впорскування стисненого повітря в турбіни для підвищення ефективності.
Але в інших частинах світу більшість інвестицій спрямовується на нові електростанції. Очікується, що великі державні проекти в Азії та Африці становитимуть понад 75% нових гідроенергетичних потужностей до 2030 року. Однак деякі стурбовані впливом таких проектів на навколишнє середовище.
«На мою скромну думку, вони перебудовані. Вони побудовані з величезною потужністю, яка не є необхідною», – сказала Шеннон Еймс, виконавчий директор Інституту гідроенергетики з низьким впливом. «Їх можна було б зробити русловими, і їх можна було б просто спроектувати по-іншому».
Ругові гідроелектростанції не мають водосховища, а отже, мають менший вплив на навколишнє середовище, але вони не можуть виробляти енергію на вимогу, оскільки виробництво залежить від сезонного стоку. Очікується, що руслова гідроенергетика становитиме близько 13% від загального обсягу додавання потужностей цього десятиліття, тоді як традиційна гідроенергетика становитиме 56%, а гідроелектростанція – 29%.
Але загалом зростання гідроенергетики сповільнюється і, як очікується, скоротиться приблизно на 23% до 2030 року. Зворотна тенденція значною мірою залежатиме від оптимізації регуляторних та дозвільних процесів, а також встановлення високих стандартів сталого розвитку та програм вимірювання викидів для забезпечення сприйняття громадою. Коротші терміни розвитку допомогли б забудовникам отримати угоди про купівлю електроенергії, тим самим стимулюючи інвестиції, оскільки прибутковість буде гарантована.
«Частково причина, чому це іноді виглядає не так привабливо, як сонячна та вітрова енергетика, полягає в тому, що горизонт для цих об'єктів відрізняється. Наприклад, вітрова та сонячна електростанція зазвичай розглядається як 20-річний проект», – сказав Еймс. «З іншого боку, гідроенергетика ліцензується та працює 50 років. А багато з них працюють уже 100 років… Але наші ринки капіталу не обов’язково оцінюють таку тривалішу прибутковість».
За словами Вулфа, пошук правильних стимулів для розвитку гідроенергетики та гідроакумулюючих електростанцій, а також забезпечення їхнього сталого розвитку, матиме вирішальне значення для відмови світу від викопного палива.
«Ми не отримуємо таких заголовків газет, як деякі інші технології. Але я думаю, що люди дедалі більше усвідомлюють, що без гідроенергетики неможливо мати надійну мережу».
Час публікації: 14 липня 2022 р.
