為可持續能源未來規劃一條自然積極的道路

即將於 27 月在埃及舉行的聯合國氣候變化大會 (COP2050) 將注意力集中在實現全球氣候目標所需的途徑上。 經濟的快速脫碳對於穩定氣候至關重要，包括到 XNUMX 年實現淨零電力系統。但隨著世界也面臨自然/生物多樣性危機並努力實現一系列發展目標，這些途徑必須將其影響考慮在內社區和生態系統； 穩定氣候應努力與維持地球生命支持系統保持一致。

實現符合 1.5 的電力系統所需的一些預測° C 氣候目標的特點是全球水電容量翻倍，例如來自 國際能源署 (IEA) 和 國際可再生能源機構 （國際可再生能源署）。 雖然與風能和太陽能光伏等其他可再生能源（預計將增長 XNUMX 倍以上）相比，增長的比例要小一些，但全球水電容量翻番仍然代表著將影響世界河流的主要基礎設施的急劇擴張——以及多樣化的它們為社會和經濟帶來的好處來自為數億人提供食物的淡水漁業，以減輕洪水和穩定的三角洲。

世界上最大的河流中只有三分之一保持自由流動 – 全球水電裝機容量翻番將導致其中約一半的水電裝機，而發電量將低於 2 年所需可再生能源發電量的 2050%.

幾乎所有的新能源項目，包括風能和太陽能，都會造成一些負面影響，但主要生態系統類型的損失——大型、自由流動的河流——在這種規模上 將對人與自然進行重大權衡 在全球範圍內。 因此，水電擴建需要特別仔細的規劃和決策。 在這裡，我研究了與評估水電有關的一些主要問題，包括經常被誤解的問題。

小水電通常被認為是可持續的或低影響的， 但通常情況並非如此. 小水電的定義不一致（例如，一些國家將“小水電”歸類為 50 兆瓦以下的任何項目），但通常歸類為 10 兆瓦以下的項目。 由於這種規模的項目通常被認為對環境的影響較小，因此小型水電項目通常會獲得獎勵或補貼和/或從有限的環境審查中受益。 然而，小型水電大壩的擴散會造成相當大的累積影響。 此外，即使是在一個特別差的地方進行的小型項目也會造成驚人的巨大負面影響。

徑流式水電也經常被認為具有有限的負面影響， 但對河流影響最大的一些水壩是徑流式水壩. 徑流水壩不會長時間蓄水； 流入項目的水量與流出項目的水量相同——至少每天如此。 然而，徑流項目可以在一天內為“水峰”運行而儲存，全天儲存水，並在需求高峰的幾個小時內釋放。 這種運營模式會對下游河流生態系統造成重大負面影響。 由於徑流式大壩沒有大型蓄水池，它們不會對與大型蓄水池相關的人和河流造成一些重大影響，包括大規模的社區遷移和河流流動季節性模式的破壞。 但這些差異往往導致更廣泛的概括，即徑流項目不會對河流產生影響——或者 即使是徑流式水力發電也不需要大壩. 雖然一些徑流項目不包括橫跨整個河道的大壩，但許多大型徑流項目確實需要一個破壞河道的大壩（見下圖）。 當一個項目的支持者指出它的河流狀態是爭辯說它的影響最小時，這種不恰當的概括變得特別成問題。 湄公河沙耶武里大壩的支持者採用了這種“倉促的概括”，該大壩對魚類洄游和下游三角洲所需的沉積物捕集產生了重大影響。

雖然水電大壩的環境審查通常側重於當地條件，但負面影響實際上甚至可以在距離大壩數百公里的地方表現出來。 當水電大壩阻礙洄游魚類的運動時，它們會對整個流域的生態系統造成負面影響，包括大壩上游和下游。 而且由於洄游魚類通常是淡水漁業最重要的貢獻者之一，這會對人們產生負面影響，甚至對一些可能居住在離壩址數百公里的人來說也是如此。 水電大壩是主要貢獻者 導致全球洄游魚類的巨大損失， 自76以來下降了1970％，還有哥倫比亞河和湄公河等高調的例子。 第二個遠距離影響是沉積物。 河流不僅僅是水的流動，它也是泥沙的流動，例如淤泥和沙子。 河流進入海洋時會沉積這些沉積物，形成三角洲。 三角洲對農業和漁業的生產力非常高，現在有超過 500 億人生活在世界各地的三角洲，包括尼羅河、恒河、湄公河和長江。 然而，當河流進入水庫時，水流會顯著減慢，大部分沉積物會掉落並“困”在大壩後面。 水庫現在捕獲了全球每年沈積物流量的大約四分之一——淤泥和沙子，否則將有助於在面對侵蝕和海平面上升時維持三角洲。 一些重要的三角洲，如尼羅河，現在已經失去了 90% 以上的沉積物供應，並且正在下沉和縮小。 因此，水電大壩可能對大型流域的關鍵資源產生重大影響，包括 全球重要的糧食供應， 但是，水電項目的環境審查往往主要關注當地影響。

水壩周圍的魚道很少能減輕水壩對洄游魚類的負面影響。 魚道，例如魚梯甚至升降機，是大壩的常見緩解要求。 魚道最初是在具有強大游泳和跳躍魚類（如鮭魚）的河流上開發的，但現在正在向大型熱帶河流（如湄公河或亞馬遜河的支流）上的水壩添加通道結構，儘管數據非常有限或這些河流中魚道如何運作的例子。 一個 2012 年對所有關於魚類通過性能的同行評審研究的回顧 發現魚道對鮭魚的效果要好於其他類型的魚； 平均而言，結構有 62% 的成功率讓鮭魚逆流而上。 這個數字可能看起來很高，但大多數魚必須連續通過多個水壩； 即使每座水壩的成功率相對較高（62%），也只有不到四分之一的鮭魚能成功通過三座水壩。 對於非鮭魚，成功率為 21%——即使只有兩個水壩，也只有 4% 的洄游魚類會成功（見下文）。 此外，大多數魚類也需要下游洄游，至少對於幼魚或幼魚而言，下游通過率往往更低。

水電不再是成本最低的可再生能源發電技術。 在過去的幾十年裡，風能的成本下降了大約三分之一，太陽能的成本下降了 90%——而且這些成本的降低似乎會繼續下去。 同時， 過去十年，水電的平均成本有所增加，陸上風電現已成為可再生能源中平均成本最低的. 雖然其平均成本仍略高於水電，但現在的太陽能項目 持續創造最低成本能源項目的記錄.

在大型基礎設施項目中，水電的延誤和成本超支頻率確實最高。 安永的一項研究發現，80% 的水電項目經歷了成本超支，平均超支率為 60%。 這兩個比例都是他們研究的大型基礎設施項目類型中最高的，包括化石和核電站、水利項目和海上風電項目。 該研究還發現，60% 的水電項目出現平均延遲近三年的延誤，只有平均延誤時間稍長的煤炭項目超過。

水電可以提供穩定的能源生產或儲存，以支持風能和太陽能等可變可再生能源……

風能和太陽能已經是每年新增的主要發電形式，並且預測設想低碳電網，其中風能和太陽能是主要的發電形式。 但 穩定的電網需要的不僅僅是風能和太陽能，它們還需要一些穩固的發電組合 和存儲將在這些資源的可用性下降期間（從幾分鐘到幾週）平衡網格。 在許多電網中，水電是可以提供穩定能源的技術之一。 一種水電——抽水蓄能水電（PSH）——目前是電網公用事業規模存儲的主要形式（約 95%）。 在 PSH 項目中，當電力充足時，水被抽上山並儲存在上部水庫中。 當需要電力時，水會向下流回較低的水庫，為電網發電。

…但這些服務通常可以在不進一步損失自由流動的河流的情況下提供。 以電網擴建方案為重點的研究表明，各國通常可以通過低碳方案來滿足未來的電力需求，避免在自由流動的河流上建造新水壩，要么通過 加大風能和太陽能投資以替代水電 有很大的負面影響或通過 新水電的精心選址 這避免了在主要自由流動的河流或保護區內開發大壩。 此外，抽水蓄能項目的兩個水庫可以建在遠離河流的地方，並在它們之間來回循環水。 澳大利亞國立大學的研究人員繪製了地圖 530,000位於世界各地 具有適當的地形以支持通道外抽水蓄能，只需一小部分即可為世界各地以可再生能源為主的電網提供足夠的存儲。 現有的水庫或其他特徵，例如 廢棄的礦坑 也可用於抽水蓄能工程。

並非所有符合氣候目標的全球情景都包括水電翻番。 雖然，模擬未來電力系統如何與氣候目標保持一致的幾個著名組織（例如，IEA 和 IRENA）包括將全球水電容量增加一倍，但並非所有此類情景都如此。 例如，雖然 IEA 和 IRENA 模型包括到 1200 年至少 2050 吉瓦的新水電容量，但政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 使用的情景與 1.5° C 目標，其中約四分之一包括不到 500 吉瓦的新水電。 同樣， 一個地球氣候模型，也與 1.5 一致° C 目標，到 300 年僅包括約 2050 吉瓦的新水電。

無需新水壩即可擴大水力發電 電力系統可以增加水力發電 在不增加新水電大壩的情況下，主要有兩種方式：(1) 用現代渦輪機和其他設備改造現有水電項目； (2) 在無動力水壩中增加渦輪機。 一個 美國能源部研究 發現，在適當的財政激勵措施下，這兩種方法可以為美國水電船隊增加 11 吉瓦的水電，比目前的容量增加 14%。 如果世界其他國家也有類似的潛力，那將佔全球水電新增裝機容量的一半以上。 一個地球氣候模型 到 2050 年。此外，在水電大壩後面的水庫中增加“浮動太陽能”項目，僅覆蓋其表面的 10%，可以增加 新增產能 4,000 吉瓦，能夠產生大約兩倍於當今所有水力發電所產生的電力。

水電易受氣候變化影響，強調多元化電網的價值。 我是 一項研究的主要作者 研究發現，到 2050 年，全球 61% 的水電大壩將位於乾旱、洪水或兩者兼有的高風險或極端風險的流域。 到 2050 年，由於氣候變化，五分之一的現有水電大壩將位於洪水風險高的地區，而目前這一比例為 1 分之一。 一個 學習 自然氣候變化 預測到本世紀中葉，由於氣候驅動的水文變化，全球多達四分之三的水電項目將減少發電量。 高度依賴水電的國家容易受到干旱的影響，在許多地區，這種風險將會增加。 例如，水電為贊比亞和 2016 年南部非洲的干旱提供了幾乎所有的電力 導致贊比亞全國發電量下降 40%，造成巨大的經濟破壞和損失。 這種脆弱性強調了電網內多樣化發電來源的價值。

水電並不總是有爭議的，可以找到共同點。 雖然保護組織和水電部門經常存在有爭議的關係，但可以找到共同點。 例如，在美國，包括國家水電協會 (NHA) 在內的水電部門代表和幾個保護組織組成了“不尋常的水電對話”（完全披露：在這次對話中，我代表我的組織——美國世界自然基金會）。 罕見對話的參與者一致認為，水電在可持續能源的未來中發揮著關鍵作用，美國河流的保護和恢復應該是優先事項。 罕見對話參與者支持符合共同願景的立法，去年簽署成為法律的基礎設施法案包括 2.3 億美元用於在不增加新水壩的情況下增加水電容量 （通過改造和為無動力水壩供電) 以及拆除老化的水壩以恢復河流和改善公共安全。