6 kosztów środowiskowych (i 3 korzyści) hydroelektryczności

Energia wodna jest znaczącym źródłem energii w wielu regionach globu, zapewniając 24% globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną. Brazylia i Norwegia polegają prawie wyłącznie na energii wodnej. W Stanach Zjednoczonych od 7 do 12% całej energii elektrycznej jest wytwarzane z energii wodnej; stany, które najbardziej na tym polegają, to Waszyngton, Oregon, Kalifornia i Nowy Jork.

Energia wodna ma miejsce, gdy woda jest wykorzystywana do aktywacji ruchomych części, które z kolei mogą obsługiwać młyn, system nawadniający lub turbinę elektryczną (w którym to przypadku możemy użyć terminu hydroelektryczność). Najczęściej hydroelektryczność powstaje, gdy woda jest zatrzymywana przez zapora, poprowadził zastawkę przez turbinę, a następnie wypuścił ją w rzece poniżej. Woda jest zarówno wypychana przez ciśnienie ze zbiornika powyżej, jak i przyciągana grawitacyjnie, a energia ta obraca turbinę sprzężoną z generatorem wytwarzającym elektryczność. Rzadsze elektrownie wodne również mają tamę, ale nie mają za nią zbiornika; turbiny są poruszane przez przepływającą obok nich wodę z naturalnym natężeniem przepływu.

Ostatecznie wytwarzanie energii elektrycznej opiera się na naturalnym obiegu wody w celu uzupełnienia zbiornika, co czyni go procesem odnawialnym bez konieczności wprowadzania paliwa kopalnego. Nasze wykorzystanie paliw kopalnych wiąże się z wieloma problemami środowiskowymi: na przykład wydobyciem ropy naftowej Piaski bitumiczne powoduje zanieczyszczenie powietrza; szczelinowanie dla gazu ziemnego wiąże się z zanieczyszczeniem wody; powstaje spalanie paliw kopalnych zmiana klimatu-indukcji emisja gazów cieplarnianych. Dlatego patrzymy na źródła energii odnawialnej jako czyste alternatywy dla paliw kopalnych. Jednak, podobnie jak wszystkie źródła energii, odnawialne lub nie, istnieją koszty środowiskowe związane z hydroelektrycznością. Oto przegląd niektórych z tych kosztów wraz z pewnymi korzyściami.

• Bariera dla ryb. Wiele wędrownych gatunków ryb płynie w górę i w dół rzek, aby zakończyć swój cykl życiowy. Ryby anadromiczne, takie jak łosoś, shad lub Jesiotr Atlantycki, idź w górę rzeki, aby się odrodzić, a młode ryby popłyną rzeką, aby dotrzeć do morza. Katadromiczne ryby, podobnie jak węgorz amerykański, żyją w rzekach, dopóki nie wypłyną do oceanu, aby się rozmnażać, a młode węgorze (elfy) powrócą do słodkiej wody po wykluciu. Zapory oczywiście blokują przepływ tych ryb. Niektóre tamy są wyposażone w drabiny rybne lub inne urządzenia, które pozwalają im przejść bez szwanku. Skuteczność tych struktur jest dość zmienna, ale poprawia się.
• Zmiany w reżimie powodziowym. Tamy mogą buforować duże, nagłe objętości wody po wiosennym stopieniu ulewnych deszczy. Może to być dobre dla społeczności niższego szczebla (patrz Korzyści poniżej), ale także głodzi rzekę od okresowego napływu osadów i zapobiega naturalnym wysokim przepływom z regularnego ponownego liczenia koryta rzeki, co odnawia siedlisko dla organizmów wodnych życie. Aby odtworzyć te procesy ekologiczne, władze okresowo uwalniają duże ilości wody w dół rzeki Kolorado, co ma pozytywny wpływ na rodzimą roślinność wzdłuż rzeki.
• Modulacja temperatury i tlenu. W zależności od konstrukcji tamy woda wypuszczana poniżej często pochodzi z głębszych części zbiornika. Ta woda ma zatem taką samą niską temperaturę przez cały rok. Ma to negatywny wpływ na życie wodne dostosowane do dużych sezonowych wahań temperatury wody. Podobnie niski poziom tlenu w uwolnionej wodzie może zabić życie wodne w dole rzeki, ale problem można złagodzić, mieszając powietrze z wodą na wylocie.
• Odparowanie. Zbiorniki zwiększają powierzchnię rzeki, zwiększając w ten sposób ilość wody traconej w wyniku parowania. W gorących, słonecznych regionach straty są oszałamiające: więcej wody traci się na skutek parowania zbiornika niż na użytek domowy. Kiedy woda odparowuje, rozpuszczone sole pozostają w tyle, zwiększając poziom zasolenia poniżej i szkodząc życiu wodnemu.
• Zanieczyszczenie rtęcią. Rtęć osadza się na roślinności przy dużych odległościach pod wiatr od elektrowni węglowych. Kiedy tworzone są nowe złoża, rtęć znajdująca się w zanurzonej obecnie roślinności jest uwalniana i przekształcana przez bakterie w rtęć metylową. Metylo-rtęć staje się coraz bardziej skoncentrowana, gdy przesuwa się w górę łańcucha pokarmowego (proces zwany biomagnifikacją). Konsumenci drapieżnych ryb, w tym ludzie, są następnie narażeni na niebezpieczne stężenia toksycznego związku.
• Emisje metanu. Zbiorniki często nasycają się składnikami odżywczymi pochodzącymi z rozkładającej się roślinności lub pobliskich pól uprawnych. Te składniki odżywcze są spożywane przez glony i mikroorganizmy, które z kolei uwalniają duże ilości metanu, silnego gazu cieplarnianego. Problem ten nie został jeszcze wystarczająco zbadany, aby zrozumieć jego prawdziwy zasięg.

• Kontrola powodziowa. Poziomy zbiorników można obniżyć w oczekiwaniu na ulewny deszcz lub topnienie śniegu, buforując społeczności poniżej niebezpiecznych poziomów rzek.
• Rekreacja. Duże zbiorniki są często wykorzystywane do zajęć rekreacyjnych, takich jak wędkowanie i pływanie łódką.
• Alternatywa dla paliw kopalnych. Wytwarzanie energii wodnej uwalnia mniejszą ilość gazów cieplarnianych netto niż paliw kopalnych. W ramach portfela źródeł energii energia wodna pozwala w większym stopniu polegać na gospodarstwach domowych energia, w przeciwieństwie do paliw kopalnych wydobywanych za granicą, w miejscach o mniej surowym środowisku przepisy prawne.

Ponieważ korzyści ekonomiczne starszych zapór zanikają, podczas gdy rosną koszty środowiskowe, zaobserwowaliśmy jakikolwiek wzrost w likwidacji i usuwaniu zapór. Usunięcia tam są spektakularne, ale co najważniejsze, pozwalają naukowcom obserwować, w jaki sposób przywracane są naturalne procesy wzdłuż rzek.

Wiele opisanych tutaj problemów środowiskowych jest związanych z projektami hydroelektrycznymi na dużą skalę. Istnieje wiele bardzo małych projektów (często nazywanych „mikro-hydro”), gdzie rozsądnie umieszczone małe turbiny wykorzystują strumienie o małej objętości do produkcji energii elektrycznej dla jednego domu lub domu sąsiedztwo. Projekty te mają niewielki wpływ na środowisko, jeśli są odpowiednio zaprojektowane.

• Filho, Geraldo Lucio Tiago, Ivan Felipe Silva dos Santos i Regina Mambeli Barros. "Szacunek kosztów małych elektrowni wodnych na podstawie współczynnika kształtu." Recenzje energii odnawialnej i zrównoważonej 77 (2017): 229–38. Wydrukować.
• Forsund, Finn R. „Ekonomia energii wodnej”. Springer, 2007.
• Hancock, Kathleen J i Benjamin K. Sovacool. "Międzynarodowa ekonomia polityczna i energia odnawialna: energia hydroelektryczna i przekleństwo zasobów." Przegląd badań międzynarodowych 20.4 (2018): 615–32. Wydrukować.
• Johansson, Per-Olov i Bengt Kriström. „Ekonomia i koszty społeczne energii hydroelektrycznej”. Umeå, Szwecja: Department of Economics, Umeå University, 2018. Wydrukować.
• , eds. „Nowoczesna analiza kosztów i korzyści konfliktów energii wodnej”. Cheltenham, Wielka Brytania: Edward Elgar, 2011.
• , eds. „Ekonomia oceny projektów wodnych: energia wodna a inne zastosowania”. Springer, 2012.