מתווה דרך חיובית בטבע לעתיד אנרגיה בת קיימא

ועידת האו"ם לשינוי האקלים המתקרבת (COP27), שתתקיים במצרים בנובמבר, ממקדת את תשומת הלב בדרכים הדרושים להשגת יעדי האקלים העולמיים. שחרור פחמן מהיר של כלכלות הוא מרכזי לייצוב האקלים, כולל השגת מערכות חשמל אפס נטו עד שנת 2050. אבל כשהעולם מתמודד גם עם משבר טבע/מגוון ביולוגי ושואף להשיג קבוצה של יעדי פיתוח, מסלולים אלה חייבים לקחת בחשבון את השפעתם על קהילות ומערכות אקולוגיות; ייצוב האקלים צריך לשאוף להיות עקבי עם שמירה על מערכות תומכות החיים של כדור הארץ.

כמה מהתחזיות למה שנדרש כדי להשיג מערכות חשמל עקביות עם 1.5° יעד אקלים C כולל הכפלה של קיבולת הכוח הידרומית העולמית, כמו אלו מה- הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (IEA) וה סוכנות אנרגיה מתחדשת בינלאומית (אירנה). אמנם מדובר בגידול פרופורציונלי קטן יותר מאשר אנרגיה מתחדשת אחרת כמו רוח ושמש PV, אשר צפויים לגדול יותר מפי עשרים, אך הכפלה של קיבולת הכוח הידרומית העולמית מייצגת בכל זאת התרחבות דרמטית של התשתיות הגדולות שתשפיע על הנהרות בעולם - והמגוון היתרונות שהם מספקים לחברות ולכלכלות מדיג מים מתוקים שמזינים מאות מיליונים ועד להפחתת שיטפונות ודלתות יציבות.

רק שליש מהנהרות הגדולים בעולם נותרו זורמים בחופשיות - והכפלת קיבולת הכוח הידרומית העולמית תגרום לסכר של כמחצית מהן, תוך הפקת פחות מ- 2% מהדור המתחדש הדרוש ב-2050.

כמעט כל פרויקטי האנרגיה החדשים, כולל רוח ושמש, יגרמו לכמה השפעות שליליות, אבל הפסדים מסוג עיקרי של מערכת אקולוגית - נהרות גדולים וזורמים חופשי - בקנה מידה זה יהיו פשרות משמעותיות עבור אנשים וטבע ברמה עולמית. ככזה, הרחבת אנרגיה הידרומית מחייבת תכנון וקבלת החלטות קפדניות במיוחד. כאן, אני בוחן כמה נושאים עיקריים הרלוונטיים להערכת כוח הידרו, כולל נושאים שלעתים קרובות אינם מובנים כהלכה.

לרוב מניחים כי אנרגיה קטנה היא בת קיימא או השפעה נמוכה, אבל לרוב זה לא המקרה. אנרגיית מים קטנה אינה מוגדרת באופן עקבי (למשל, מדינות מסוימות מסווגות "כוח הידרו קטן" ככל דבר של עד 50 מגה-וואט), אך לרוב מסווגת כפרויקטים מתחת ל-10 מגה-וואט. מכיוון שלעתים קרובות מניחים שלפרויקטים בסדר גודל זה יש השפעות מינוריות על הסביבה, פרויקטים קטנים של כוח מים מקבלים לעתים קרובות תמריצים או סובסידיות ו/או נהנים מסקירה סביבתית מוגבלת. עם זאת, התפשטותם של סכרי כוח מים קטנים עלולה לגרום להשפעות מצטברות ניכרות. יתר על כן, אפילו פרויקט קטן במיקום גרוע במיוחד יכול לגרום להשפעות שליליות גדולות באופן מפתיע.

כוח הידרו של זרימת הנהר מוצגת לעתים קרובות כבעלת השפעות שליליות מוגבלות, אך חלק מהסכרים בעלי ההשפעה הגבוהה ביותר על נהרות הם סכרים זורמים. סכרי נחל אינם אוגרים מים לפרקי זמן ארוכים; כמות המים המוזרמת לפרויקט זהה לכמות הזורמת מהפרויקט - לפחות על בסיס יומי. עם זאת, פרויקטים של נהר יכולים לאגור תוך יום כאשר הם פועלים ל"הידרו-פיקינג", אגירת מים לאורך היום ושחרורם במהלך כמה שעות של שיא הביקוש. אופן פעולה זה עלול לגרום להשפעות שליליות גדולות על מערכות אקולוגיות של הנהר במורד הזרם. מכיוון שלסכרי נחל אין מאגרי אגירה גדולים, הם אינם גורמים לחלק מההשפעות הגדולות על אנשים ונהרות הקשורים למאגרי אגירה גדולים, כולל עקירה בקנה מידה גדול של קהילות ושיבושים בדפוסים העונתיים של זרימת הנהר. אבל ההבדלים האלה מובילים לעתים קרובות מדי להכללות גורפות יותר שלפיהן לפרויקטים של נהר אין השפעות על נהרות - או אפילו שכוח הידרו של נחל לא מצריך סכר. בעוד שפרויקטים מסוימים של נחל אינם כוללים סכר על פני כל הערוץ, פרויקטים רבים של נחל גדול דורשים סכר שמפרק אפיק נחל (ראה תמונה למטה). ההכללה הבלתי הולמת הזו הופכת לבעייתית במיוחד כאשר תומכי פרויקט מצביעים על מעמדו של אפיק הנהר כקצרה לטענה שיהיו לו השפעות מינימליות. אותה "הכללה נמהרת" הופעלה על ידי תומכי סכר Xayaboury על נהר המקונג, שיש לו השפעות גדולות הן על נדידת הדגים והן על לכידת המשקעים הדרושים לדלתא במורד הזרם.

בעוד שביקורות סביבתיות של סכרי כוח הידרו מתמקדות לעתים קרובות בתנאים המקומיים, השפעות שליליות יכולות למעשה להתבטא אפילו במרחק של מאות קילומטרים מסכר. כאשר סכרי חשמל חוסמים את תנועתם של דגים נודדים, הם עלולים לגרום להשפעות שליליות על מערכות אקולוגיות על פני אגן נהר שלם, הן במעלה והן במורד הזרם. ומכיוון שדגים נודדים הם לעתים קרובות בין התורמים החשובים ביותר לדיג במים מתוקים, הדבר מתורגם להשפעות שליליות על אנשים, אפילו כמה שעשויים לחיות מאות קילומטרים מאתר סכר. סכרי כוח הידרו היו התורמים העיקריים לאובדן גלובלי דרמטי של דגים נודדים, אשר עשו ירד ב- 76% מאז 1970, עם דוגמאות גבוהות כמו נהרות קולומביה ומקונג. פגיעה שנייה למרחקים ארוכים היא משקעים. נהר הוא יותר מזרימת מים, הוא גם זרימה של משקעים, כמו סחף וחול. נהרות מפקידים משקע זה כאשר הם נכנסים לאוקיינוס, ויוצרים דלתא. דלתות יכולות להיות פרודוקטיביות ביותר - הן לחקלאות והן לדיג - ויותר מ-500 מיליון אנשים חיים כיום על דלתות ברחבי העולם, כולל אלו של הנילוס, הגנגס, המקונג ויאנגצה. עם זאת, כאשר נהר נכנס למאגר, הזרם מאט במידה ניכרת, וחלק גדול מהמשקעים נושר החוצה ו"נלכד" מאחורי הסכר. מאגרים תופסים כעת כרבע מהשטף השנתי העולמי של משקעים -סחף וחול שאחרת יסייעו לשמור על דלתות מול שחיקה ועליית פני הים. כמה דלתות מרכזיות, כמו הנילוס, איבדו כעת יותר מ-90% מאספקת המשקעים שלהן וכעת הן שוקעות ומתכווצות. לפיכך, לסכרי כוח הידרו יכולים להיות השפעות גדולות על משאבי מפתח על פני אגני נהרות גדולים, כולל אספקת מזון חשובה בעולם, אבל, לעתים קרובות מדי, סקירה סביבתית של פרויקטים של כוח מים מתמקדת בעיקר בהשפעות מקומיות.

מעבר דגים סביב סכרים רק לעתים רחוקות הפחית את ההשפעות השליליות של סכרים על דגים נודדים. מעבר דגים, כגון סולמות דגים או אפילו מעליות, הוא דרישת הקלה נפוצה עבור סכרים. מעבר דגים פותח במקור על נהרות שהיו בעלי מיני דגים שחייה וזינקים רבי עוצמה, כמו סלמון, אך כעת מתווספים מבני מעבר לסכרים בנהרות טרופיים גדולים - כמו המקונג או יובלים לאמזונס - אם כי יש נתונים מוגבלים מאוד או דוגמאות לאופן שבו פועל מעבר דגים בנהרות אלה. א סקירה משנת 2012 של כל המחקרים שנבדקו עמיתים על ביצועי מעבר דגים גילה שמעבר דגים עבד הרבה יותר טוב עבור סלמון מאשר עבור סוגי דגים אחרים; בממוצע, למבנים יש שיעור הצלחה של 62% עבור סלמון השוחה במעלה הזרם. המספר הזה אולי נראה גבוה, אבל רוב הדגים חייבים לנווט במספר סכרים ברציפות; אפילו עם שיעור ההצלחה הגבוה יחסית של 62% בכל סכר, פחות מרבע מהסלמון יעבור בהצלחה שלושה סכרים. עבור לא סלמון, שיעור ההצלחה היה 21% - אפילו עם שני סכרים בלבד, רק 4% מהדגים הנודדים יצליחו (ראה להלן). יתר על כן, רוב הדגים דורשים גם נדידה במורד הזרם, לפחות עבור דגי זחל או צעירים, וקצב המעבר במורד הזרם נמוך אף יותר.

אנרגיית מים היא כבר לא הטכנולוגיה הנמוכה ביותר לייצור מתחדש. בעשורים האחרונים, עלות הרוח ירדה בכשליש ועלות השמש ירדה ב-90% - ונראה שההוזלות הללו בעלות צפויות להימשך. בינתיים, העלות הממוצעת של אנרגיה הידרומית עלתה במקצת בעשור האחרון, כך שהרוח היבשתית הפכה כעת לעלות הממוצעת הנמוכה ביותר מבין האנרגיה המתחדשת. למרות שהעלות הממוצעת שלו עדיין מעט גבוהה יותר מכוח הידרו, פרויקטים סולאריים כעת קבע בעקביות את שיא פרויקט האנרגיה בעלות הנמוכה ביותר.

לכוח המים יש את התדירות הגבוהה ביותר של עיכובים וחריגות עלויות בקרב פרויקטי תשתית גדולים. מחקר של EY מצא כי 80 אחוז מפרויקטי כוח הידרו חוו חריגות עלויות עם חריגה ממוצעת של 60 אחוז. שני הפרופורציות הללו היו הגבוהות ביותר מבין סוגי פרויקטי התשתית הגדולים במחקרם, לרבות תחנות כוח מאובנים וגרביות, פרויקטי מים ופרויקטי רוח ימית. המחקר מצא גם כי 60 אחוז מפרויקטי הכוח הידרו חוו עיכובים עם עיכוב ממוצע של כמעט שלוש שנים, שעלו רק על ידי פרויקטי פחם עם עיכובים ממוצעים מעט ארוכים יותר.

אנרגיית מים יכולה לספק ייצור או אחסון אנרגיה איתנים לתמיכה במקורות מתחדשים משתנים כגון רוח ושמש...

רוח ושמש הם כבר הצורה המובילה של דור חדש שמתווסף מדי שנה, והתחזיות מצפות רשתות דלת פחמן שבהן רוח ושמש הן צורות היצור הדומיננטיות. אבל רשתות יציבות יצטרכו יותר מרוח ושמש, הן גם יצטרכו שילוב כלשהו של דור יציב ואחסון שיאזן את הרשתות בתקופות - מדקות עד שבועות - כאשר הזמינות של משאבים אלו יורדת. ברשתות רבות, אנרגיית מים היא בין הטכנולוגיות שיכולות לספק אנרגיה איתנה. סוג אחד של אנרגיית מים - אנרגיה אגירה שאובה (PSH) - הוא כיום הצורה הדומיננטית של אחסון בקנה מידה שימושי על רשתות (כ-95%). בפרויקט PSH, מים נשאבים במעלה הגבעה כשהכוח בשפע ונאגרים במאגר עליון. כאשר יש צורך בכוח, המים זורמים חזרה במורד אל המאגר התחתון, ומייצרים חשמל לרשת.

...אך לעתים קרובות ניתן לספק שירותים אלה ללא אובדן נוסף של נהרות זורמים בחופשיות. מחקר המתמקד באפשרויות להרחבת רשתות הראה שלעתים קרובות מדינות יכולות לעמוד בביקוש עתידי לחשמל עם אפשרויות דלת פחמן הנמנעות מסכרים חדשים על נהרות זורמים בחופשיות, בין אם באמצעות השקעה גדולה יותר ברוח ובשמש כתחליף לאנרגיה הידרומית עם השפעות שליליות גדולות או דרך מיקום קפדני של אנרגיה חדשה שנמנע מפיתוח סכר בנהרות ראשיים הזורמים חופשי או באזורים מוגנים. יתר על כן, ניתן לבנות את שני המאגרים של פרויקט אגירה שאובה במקומות הרחק מהנהרות ולהזרים את המים הלוך ושוב ביניהם. חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה מיפו 530,000 מיקומים ברחבי העולם עם הטופוגרפיה המתאימה כדי לתמוך באחסון שאוב מחוץ לערוץ, כאשר רק חלק קטן דרוש כדי לספק אחסון מספיק לרשתות הנשלטות על ידי מתחדשות ברחבי העולם. מאגרים קיימים או תכונות אחרות כגון בורות כרייה נטושים יכול לשמש גם בפרויקטים של אחסון שאוב.

לא כל התרחישים הגלובליים התואמים את יעדי האקלים כוללים הכפלה של כוח הידרו. למרות שכמה ארגונים בולטים (למשל, IEA ו-IRNA) שמדגמנים כיצד מערכות חשמל עתידיות יכולות להיות עקביות עם יעדי האקלים כוללים הכפלה של קיבולת הכוח הידרומית העולמית, לא כל תרחישים כאלה עושים זאת. לדוגמה, בעוד המודלים של IEA ו-IRNA כוללים לפחות 1200 GW של קיבולת אנרגיה הידרומית חדשה עד 2050, בין התרחישים המשמשים את הפאנל הבין-ממשלתי לשינויי אקלים (IPCC) העומדים בקנה אחד עם 1.5° יעד C, כרבע מהם כלל פחות מ-500 GW של אנרגיה חדשה. באופן דומה, ה מודל אקלים כדור הארץ אחד, גם תואם את ה-1.5° יעד C, כולל רק כ-300 ג'יגה-וואט של כוח מים חדש עד 2050.

ייצור כוח מים יכול להתרחב ללא סכרים חדשים מערכות חשמל יכולות להוסיף ייצור כוח מים ללא הוספת סכרי כוח מים חדשים בשתי דרכים עיקריות: (1) התאמה לפרויקטים קיימים של כוח מים קיימים בטורבינות מודרניות וציוד אחר; וכן (2) הוספת טורבינות לסכרים שאינם מונעים. א מחקר של משרד האנרגיה האמריקאי מצא שעם התמריצים הפיננסיים הנכונים, שתי הגישות הללו עשויות להוסיף 11 ג'יגה-וואט של אנרגיה הידרומית לצי האנרגיה הידרומית האמריקאי, גידול של 14% מהקיבולת של היום. אם פוטנציאל דומה היה זמין במדינות אחרות ברחבי העולם, זה מייצג יותר ממחצית מקיבולת הכוח הידרומית הגלובלית הנוספת הכלולה ב- מודל אקלים כדור הארץ אחד עד 2050. יתרה מכך, הוספת פרויקטים "סולאריים צפים" על המאגרים שמאחורי סכרי כוח הידרו, המכסים רק 10% משטחם, עשויה להוסיף 4,000 GW של קיבולת חדשה, המסוגל להפיק בקירוב פי שניים כוח מאשר מופק מכל אנרגיה הידרומית כיום.

אנרגיית מים פגיעה לשינויי אקלים, תוך שימת דגש על הערך של רשתות מגוונות. הייתי מחבר ראשי במחקר שמצא כי עד שנת 2050, 61 אחוזים מכל סכרי כוח הידרו העולמיים יהיו באגנים עם סיכון גבוה מאוד או קיצוני לבצורות, שיטפונות או שניהם. עד שנת 2050, 1 מכל 5 סכרי כוח הידרו-כוח הקיימים יהיו באזורים בסיכון גבוה להצפות בגלל שינויי אקלים, לעומת 1 מכל 25 כיום. א ללמוד ב שינוי אקלים טבע חזה שעד שלושה רבעים מפרויקטי אנרגיה הידרומית ברחבי העולם ייצור מופחת עקב שינויים מונעי אקלים בהידרולוגיה עד אמצע המאה הזו. מדינות התלויות מאוד בכוח הידרו חשופות לבצורת, ובאזורים רבים הסיכון הזה יגדל. לדוגמה, אנרגיית מים מספקת כמעט את כל החשמל לזמביה ובצורת 2016 בדרום אפריקה גרם לייצור החשמל הלאומי של זמביה לרדת ב-40%, מה שגורם להפרעה כלכלית עצומה ולהפסדים. פגיעות זו מדגישה את הערך של מקורות ייצור מגוונים בתוך רשתות.

כוח הידר לא תמיד שנוי במחלוקת, ניתן למצוא מכנה משותף. בעוד שלארגוני שימור ומגזר כוח ההידרו היו לעתים קרובות מערכת יחסים שנויה במחלוקת, ניתן למצוא בסיס משותף. לדוגמה, בארצות הברית, נציגי מגזר כוח המים, כולל האגודה הלאומית לכוח המים (NHA), וכמה ארגוני שימור הקימו "דיאלוג לא נפוץ עבור כוח מים" (גילוי נאות: ייצגתי את הארגון שלי, World Wildlife Fund-US, בדיאלוג הזה). המשתתפים בדיאלוג הבלתי נפוץ הסכימו שלכוח הידרו יש תפקיד מפתח בעתיד אנרגיה בת קיימא ושהגנה ושיקום נהרות בארה"ב צריכים להיות בראש סדר העדיפויות. משתתפי הדיאלוג הבלתי נפוץ תמכו בחקיקה התואמת את החזון המשותף הזה והצעת חוק התשתיות, שנחתמה בחוק בשנה שעברה, כללה 2.3 מיליארד דולר להגדלת קיבולת החשמל הידרומית מבלי להוסיף סכרים חדשים (באמצעות שיפוצים והפעלת סכרים שאינם מונעים) ולהסרת סכרים מזדקנים כדי לשקם נהרות ולשפר את בטיחות הציבור.