Een natuurpositief pad uitstippelen naar een toekomst met duurzame energie

De naderende VN-conferentie over klimaatverandering (COP27), die in november in Egypte wordt gehouden, vestigt de aandacht op de trajecten die nodig zijn om de mondiale klimaatdoelstellingen te halen. Een snelle decarbonisatie van economieën is van cruciaal belang voor het stabiliseren van het klimaat, inclusief het bereiken van energieneutrale systemen tegen 2050. Maar nu de wereld ook wordt geconfronteerd met een natuur-/biodiversiteitscrisis en het streven naar het bereiken van een reeks ontwikkelingsdoelen, moeten deze trajecten rekening houden met hun impact op gemeenschappen en ecosystemen; stabilisatie van het klimaat moet ernaar streven consistent te zijn met het in stand houden van de levensondersteunende systemen van de aarde.

Verschillende van de projecties voor wat nodig is om voedingssystemen te bereiken die consistent zijn met de 1.5° C klimaatdoelstelling een verdubbeling van de wereldwijde waterkrachtcapaciteit, zoals die van de Internationaal Energieagentschap (IEA) en de Internationaal Agentschap voor hernieuwbare energie (IRENA). Hoewel dat een kleinere proportionele toename is dan andere hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-PV, die naar verwachting meer dan twintig keer zullen toenemen, betekent een verdubbeling van de wereldwijde waterkrachtcapaciteit niettemin een dramatische uitbreiding van de grote infrastructuur die gevolgen zal hebben voor de rivieren in de wereld – en de diverse voordelen die ze bieden aan samenlevingen en economieën van zoetwatervisserij die honderden miljoenen voedt voor het beperken van overstromingen en stabiele delta's.

Slechts een derde van 's werelds grootste rivieren blijft vrij stromend – en een verdubbeling van de wereldwijde waterkrachtcapaciteit zou resulteren in de afsluiting van ongeveer de helft daarvan, terwijl er minder dan 2% van de benodigde duurzame opwekking in 2050.

Bijna alle nieuwe energieprojecten, inclusief wind- en zonne-energie, zullen een aantal negatieve gevolgen hebben, maar verliezen van een belangrijk ecosysteemtype - grote, vrij stromende rivieren - op die schaal zal grote compromissen hebben voor mens en natuur op mondiaal niveau. Als zodanig verdient de uitbreiding van waterkracht een bijzonder zorgvuldige planning en besluitvorming. Hier onderzoek ik enkele belangrijke kwesties die relevant zijn voor het evalueren van waterkracht, inclusief kwesties die vaak verkeerd worden begrepen.

Vaak wordt aangenomen dat kleine waterkracht duurzaam is of weinig impact heeft, maar dat is vaak niet het geval. Kleine waterkracht wordt niet consequent gedefinieerd (sommige landen classificeren 'kleine waterkracht' bijvoorbeeld als iets tot 50 MW), maar worden vaak gecategoriseerd als projecten van minder dan 10 MW. Omdat vaak wordt aangenomen dat projecten van die omvang een kleine impact op het milieu hebben, ontvangen kleine waterkrachtprojecten vaak prikkels of subsidies en/of profiteren ze van een beperkte milieubeoordeling. De proliferatie van kleine waterkrachtdammen kan echter aanzienlijke cumulatieve effecten veroorzaken. Verder kan zelfs een klein project op een bijzonder slechte locatie verrassend grote negatieve effecten veroorzaken.

Run-of-river waterkracht wordt ook vaak gepresenteerd als een bedrijf met beperkte negatieve effecten, maar sommige van de dammen met de grootste impact op rivieren zijn rivierdammen. Run-of-river dammen slaan water niet voor lange tijd op; de hoeveelheid water die in het project stroomt is hetzelfde als de hoeveelheid die uit het project stroomt - in ieder geval op dagelijkse basis. Run-of-river-projecten kunnen echter binnen een dag worden opgeslagen wanneer ze werken voor "hydropeaking", waarbij water gedurende de dag wordt opgeslagen en tijdens een paar uur piekvraag wordt vrijgegeven. Deze manier van werken kan grote negatieve gevolgen hebben voor stroomafwaartse rivierecosystemen. Omdat rivierdammen geen grote opslagreservoirs hebben, veroorzaken ze niet de grote gevolgen voor mensen en rivieren die gepaard gaan met grote opslagreservoirs, waaronder grootschalige verplaatsing van gemeenschappen en verstoringen van seizoensgebonden patronen van rivierstroming. Maar deze verschillen leiden maar al te vaak tot meer ingrijpende veralgemeningen dat rivierloopprojecten geen gevolgen hebben voor rivieren – of zelfs die waterkracht van een rivier heeft geen dam nodig. Terwijl sommige rivierloopprojecten geen dam over het hele kanaal omvatten, vereisen veel grote rivierloopprojecten wel een dam die een rivierkanaal fragmenteert (zie onderstaande foto). Deze ongepaste veralgemening wordt vooral problematisch wanneer voorstanders van een project op de run-of-river-status wijzen als een afkorting voor het argument dat het minimale gevolgen zal hebben. Die "haastige generalisatie" werd gebruikt door voorstanders van de Xayaboury-dam in de Mekong-rivier, die grote gevolgen heeft voor zowel de vismigratie als het vangen van sediment dat nodig is voor de stroomafwaartse delta.

Terwijl milieubeoordelingen van waterkrachtdammen vaak gericht zijn op lokale omstandigheden, kunnen negatieve effecten zich zelfs op honderden kilometers afstand van een dam manifesteren. Wanneer waterkrachtdammen de beweging van trekvissen blokkeren, kunnen ze negatieve gevolgen hebben voor ecosystemen in een heel stroomgebied, zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts van de dam. En omdat trekvissen vaak een van de belangrijkste veroorzakers van zoetwatervisserij zijn, vertaalt dit zich in negatieve gevolgen voor mensen, zelfs voor sommigen die honderden kilometers van een dam wonen. Waterkrachtdammen hebben een primaire bijdrage geleverd tot dramatische wereldwijde verliezen van trekvissen, die daalde met 76% sinds 1970, met spraakmakende voorbeelden zoals de rivieren Columbia en Mekong. Een tweede langeafstandsinslag is sediment. Een rivier is meer dan een stroom water, het is ook een stroom van sediment, zoals slib en zand. Rivieren zetten dit sediment af wanneer ze de oceaan binnenkomen, waardoor een delta ontstaat. Delta's kunnen buitengewoon productief zijn - voor zowel landbouw als visserij - en er leven nu meer dan 500 miljoen mensen in delta's over de hele wereld, waaronder die van de Nijl, Ganges, Mekong en Yangtze. Wanneer een rivier echter een stuwmeer binnengaat, vertraagt ​​​​de stroming aanzienlijk, en veel van het sediment valt weg en wordt "opgesloten" achter de dam. Reservoirs vangen nu ongeveer een kwart van de wereldwijde jaarlijkse sedimentstroom op.slib en zand dat anders zou helpen om delta's in stand te houden bij erosie en zeespiegelstijging. Sommige belangrijke delta's, zoals de Nijl, hebben nu meer dan 90% van hun sedimentvoorraad verloren en zijn nu aan het zinken en krimpen. Waterkrachtdammen kunnen dus grote gevolgen hebben voor belangrijke hulpbronnen in grote rivierbekkens, waaronder: wereldwijd belangrijke voedselvoorziening, maar al te vaak is de milieubeoordeling van waterkrachtprojecten vooral gericht op lokale effecten.

De vispassage rond dammen heeft zelden de negatieve effecten van dammen op trekvissen verzacht. Vispassage, zoals vistrappen of zelfs liften, is een veelvoorkomende mitigatievereiste voor dammen. Vispassage werd oorspronkelijk ontwikkeld op rivieren met krachtige zwemmende en springende vissoorten, zoals zalm, maar doorgangsstructuren worden nu toegevoegd aan dammen in grote tropische rivieren - zoals de Mekong of zijrivieren van de Amazone - hoewel er zeer beperkte gegevens zijn of voorbeelden van hoe de vispassage in deze rivieren werkt. EEN Review uit 2012 van alle peer-reviewed onderzoeken naar de prestaties van vispassages ontdekte dat vispassage veel beter werkte voor zalm dan voor andere soorten vis; gemiddeld hebben structuren een slagingspercentage van 62% voor zalm die stroomopwaarts zwemt. Dat aantal lijkt misschien hoog, maar de meeste vissen moeten door meerdere dammen achter elkaar navigeren; zelfs met het relatief hoge slagingspercentage van 62% bij elke dam, zou minder dan een kwart van de zalmen met succes drie dammen passeren. Voor niet-zalm was het slagingspercentage 21% - zelfs met slechts twee dammen zal slechts 4% van de migrerende vissen succesvol zijn (zie hieronder). Verder hebben de meeste vissen ook stroomafwaartse migratie nodig, althans voor larvale of juveniele vissen, en de stroomafwaartse passagesnelheid is vaak zelfs nog lager.

Waterkracht is niet langer de goedkoopste duurzame opwekkingstechnologie. In de afgelopen decennia zijn de kosten van wind met ongeveer een derde gedaald en zijn de kosten van zonne-energie met 90% gedaald - en deze kostenverlagingen lijken zich waarschijnlijk voort te zetten. In de tussentijd, de gemiddelde kosten van waterkracht zijn het afgelopen decennium iets gestegen, zodat wind op land nu de laagste gemiddelde kost is geworden onder hernieuwbare energiebronnen. Hoewel de gemiddelde kosten nog steeds iets hoger zijn dan die van waterkracht, zonne-energieprojecten nu zet consequent het record voor het energieproject met de laagste kosten.

Waterkracht heeft wel de hoogste frequentie van vertragingen en kostenoverschrijdingen bij grote infrastructuurprojecten. Uit een onderzoek van EY bleek dat 80 procent van de waterkrachtprojecten te maken kreeg met kostenoverschrijdingen met een gemiddelde overschrijding van 60 procent. Beide percentages waren het hoogst van de typen grote infrastructuurprojecten in hun onderzoek, waaronder fossiele en kerncentrales, waterprojecten en offshore windprojecten. Uit de studie bleek ook dat 60 procent van de waterkrachtprojecten vertragingen opliepen met een gemiddelde vertraging van bijna drie jaar, alleen overschreden door steenkoolprojecten met iets langere gemiddelde vertragingen.

Waterkracht kan stevige energieopwekking of -opslag bieden ter ondersteuning van variabele hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie ....

Wind en zonne-energie zijn nu al de belangrijkste vorm van nieuwe generatie die elk jaar wordt toegevoegd en voorspellingen voorzien in koolstofarme netwerken waar wind en zon de dominante vormen van opwekking zijn. Maar stabiele netten hebben meer nodig dan wind en zon, ze hebben ook een combinatie van stevige opwekking nodig en opslag die de roosters in evenwicht houdt gedurende perioden - van minuten tot weken - wanneer de beschikbaarheid van die bronnen afneemt. In veel netten behoort waterkracht tot de technologieën die vaste energie kunnen leveren. Eén type waterkracht - gepompte opslagwaterkracht (PSH) - is momenteel de dominante vorm van opslag op nutsschaal op netten (ongeveer 95%). In een PSH-project wordt water bergopwaarts gepompt wanneer er voldoende stroom is en opgeslagen in een hoger reservoir. Wanneer stroom nodig is, stroomt het water bergafwaarts terug naar het lager gelegen reservoir, waardoor elektriciteit voor het net wordt opgewekt.

…maar deze diensten kunnen vaak worden geleverd zonder verder verlies van vrij stromende rivieren. Onderzoek gericht op opties voor netuitbreiding heeft aangetoond dat landen vaak aan de toekomstige vraag naar elektriciteit kunnen voldoen met koolstofarme opties die nieuwe dammen op vrij stromende rivieren vermijden, hetzij door meer investeringen in wind- en zonne-energie ter vervanging van waterkracht met grote negatieve effecten of door zorgvuldige plaatsing van nieuwe waterkracht dat de ontwikkeling van dammen op grote vrij stromende rivieren of in beschermde gebieden vermijdt. Verder kunnen de twee reservoirs van een pompopslagproject worden gebouwd op locaties weg van rivieren en het water daartussen heen en weer laten circuleren. Onderzoekers van de Australian National University in kaart gebracht 530,000-locaties over de hele wereld met de juiste topografie om off-channel gepompte opslag te ondersteunen, met slechts een kleine fractie die nodig is om voldoende opslag te bieden voor door hernieuwbare energie gedomineerde netten over de hele wereld. Bestaande reservoirs of andere voorzieningen zoals: verlaten mijngroeven kan ook worden gebruikt in projecten voor pompopslag.

Niet alle mondiale scenario's die consistent zijn met klimaatdoelstellingen, omvatten een verdubbeling van waterkracht. Hoewel verschillende prominente organisaties (bijv. IEA en IRENA) die modelleren hoe toekomstige energiesystemen consistent kunnen zijn met klimaatdoelstellingen, een verdubbeling van de wereldwijde waterkrachtcapaciteit bevatten, doen niet al dergelijke scenario's dat. Terwijl de IEA- en IRENA-modellen bijvoorbeeld ten minste 1200 GW aan nieuwe waterkrachtcapaciteit bevatten tegen 2050, behoren tot de scenario's die worden gebruikt door het Intergouvernementeel Panel voor klimaatverandering (IPCC) die consistent zijn met de 1.5° C-doel, ongeveer een kwart daarvan omvatte minder dan 500 GW aan nieuwe waterkracht. Evenzo is de Eén Earth Climate Model, ook consistent met de 1.5° C-doelstelling, omvat slechts ongeveer 300 GW aan nieuwe waterkracht tegen 2050.

Waterkrachtopwekking kan uitbreiden zonder nieuwe dammen Energiesystemen kunnen de opwekking van waterkracht toevoegen zonder op twee manieren nieuwe waterkrachtdammen toe te voegen: (1) bestaande waterkrachtprojecten uitrusten met moderne turbines en andere apparatuur; en (2) het toevoegen van turbines aan niet-aangedreven dammen. EEN studie door het Amerikaanse ministerie van Energie ontdekte dat, met de juiste financiële prikkels, deze twee benaderingen 11 GW aan waterkracht kunnen toevoegen aan de Amerikaanse waterkrachtvloot, een toename van 14% ten opzichte van de huidige capaciteit. Als vergelijkbaar potentieel beschikbaar zou zijn in andere landen over de hele wereld, vertegenwoordigt dat meer dan de helft van de extra wereldwijde waterkrachtcapaciteit die is opgenomen in de Eén Earth Climate Model tegen 2050. Verder zou het toevoegen van "drijvende zonne-energie"-projecten op de reservoirs achter waterkrachtdammen, die slechts 10% van hun oppervlak beslaan, 4,000 GW aan nieuwe capaciteit, in staat om ongeveer twee keer zoveel stroom op te wekken als tegenwoordig uit alle waterkracht wordt opgewekt.

Waterkracht is kwetsbaar voor klimaatverandering, wat de waarde van gediversifieerde netten benadrukt. Ik was hoofdauteur van een studie Daaruit kwam naar voren dat in 2050 61 procent van alle waterkrachtdammen in de wereld zich in stroomgebieden zal bevinden met een zeer hoog of extreem risico op droogte, overstromingen of beide. Tegen 2050 zal 1 op de 5 bestaande waterkrachtdammen zich in gebieden met een hoog overstromingsrisico bevinden als gevolg van klimaatverandering, tegen 1 op 25 vandaag. EEN studeren in Natuur Climate Change voorspelde dat tegen het midden van deze eeuw tot driekwart van de waterkrachtprojecten wereldwijd een verminderde productie zal hebben als gevolg van klimaatgestuurde verschuivingen in de hydrologie. Landen die sterk afhankelijk zijn van waterkracht zijn kwetsbaar voor droogte en in veel regio's zal dit risico toenemen. Waterkracht levert bijvoorbeeld bijna alle elektriciteit voor Zambia en een droogte in 2016 in zuidelijk Afrika zorgde ervoor dat de nationale elektriciteitsopwekking van Zambia met 40 . daalde%, met enorme economische ontwrichting en verliezen tot gevolg. Deze kwetsbaarheid benadrukt de waarde van gediversifieerde bronnen van opwekking binnen netwerken.

Waterkracht is niet altijd controversieel, er zijn raakvlakken. Hoewel natuurbeschermingsorganisaties en de waterkrachtsector vaak een omstreden relatie hebben gehad, zijn er raakvlakken te vinden. In de Verenigde Staten bijvoorbeeld vormden vertegenwoordigers van de waterkrachtsector, waaronder de National Hydropower Association (NHA), en verschillende natuurbeschermingsorganisaties een "Ongewone dialoog voor waterkracht” (volledige openbaarmaking: ik vertegenwoordigde mijn organisatie, Wereld Natuur Fonds-VS, in deze dialoog). Deelnemers aan de Uncommon Dialogue waren het erover eens dat waterkracht een sleutelrol speelt in een duurzame energietoekomst en dat bescherming en herstel van rivieren in de VS een prioriteit moet zijn. De deelnemers aan de Uncommon Dialogue steunden wetgeving die in overeenstemming was met die gedeelde visie en de Infrastructure Bill, die vorig jaar werd ondertekend, omvatte US $ 2.3 miljard voor het vergroten van de waterkrachtcapaciteit zonder nieuwe dammen toe te voegen (door retrofits en het aandrijven van niet-aangedreven dammen)) en voor het verwijderen van verouderde dammen om rivieren te herstellen en de openbare veiligheid te verbeteren.