Einen naturfreundlichen Weg in eine nachhaltige Energiezukunft einschlagen

Die bevorstehende UN-Klimakonferenz (COP27), die im November in Ägypten stattfinden wird, richtet die Aufmerksamkeit auf die notwendigen Wege, um die globalen Klimaziele zu erreichen. Eine rasche Dekarbonisierung der Volkswirtschaften ist von zentraler Bedeutung für die Stabilisierung des Klimas, einschließlich der Erreichung von Netto-Null-Energiesystemen bis 2050. Da die Welt jedoch auch mit einer Natur-/Biodiversitätskrise konfrontiert ist und danach strebt, eine Reihe von Entwicklungszielen zu erreichen, müssen diese Pfade ihre Auswirkungen berücksichtigen auf Gemeinschaften und Ökosysteme; Die Stabilisierung des Klimas sollte darauf abzielen, mit der Aufrechterhaltung der Lebenserhaltungssysteme der Erde in Einklang zu stehen.

Einige der Projektionen für das, was erforderlich ist, um Stromversorgungssysteme zu erreichen, die mit dem 1.5° C-Klimaziel eine Verdopplung der globalen Wasserkraftkapazität, wie die aus dem Internationale Energieagentur (IEA) und die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA). Während dies ein geringerer proportionaler Anstieg ist als bei anderen erneuerbaren Energien wie Wind und Solar-PV, die voraussichtlich um mehr als das Zwanzigfache zunehmen werden, stellt eine Verdoppelung der globalen Wasserkraftkapazität nichtsdestotrotz eine dramatische Erweiterung der großen Infrastruktur dar, die sich auf die Flüsse der Welt – und die Vielfalt – auswirken wird Vorteile, die sie Gesellschaften und Volkswirtschaften bieten, von der Süßwasserfischerei, die Hunderte von Millionen ernährt, zum Schutz vor Überschwemmungen und für stabile Deltas.

Nur ein Drittel der größten Flüsse der Welt sind noch frei fließend – und eine Verdoppelung der globalen Wasserkraftkapazität würde dazu führen, dass etwa die Hälfte davon aufgestaut wird, während weniger als erzeugt wird 2 % der benötigten erneuerbaren Erzeugung im Jahr 2050.

Nahezu alle neuen Energieprojekte, einschließlich Wind- und Solarenergie, werden einige negative Auswirkungen haben, aber Verluste eines wichtigen Ökosystemtyps – große, frei fließende Flüsse – in diesem Ausmaß wird große Kompromisse für Mensch und Natur haben auf globaler Ebene. Der Ausbau der Wasserkraft verdient daher eine besonders sorgfältige Planung und Entscheidungsfindung. Hier untersuche ich einige wichtige Themen, die für die Bewertung von Wasserkraft relevant sind, einschließlich Themen, die häufig missverstanden werden.

Kleinwasserkraft wird oft als nachhaltig oder umweltschonend angesehen, aber das ist oft nicht der Fall. Kleine Wasserkraft wird nicht einheitlich definiert (z. B. klassifizieren einige Länder „kleine Wasserkraft“ als alles bis zu 50 MW), wird aber oft als Projekte unter 10 MW kategorisiert. Da von Projekten dieser Größe oft angenommen wird, dass sie geringfügige Auswirkungen auf die Umwelt haben, erhalten kleine Wasserkraftprojekte häufig Anreize oder Subventionen und/oder profitieren von einer begrenzten Umweltprüfung. Allerdings kann die Verbreitung von Kleinwasserkraftwerken erhebliche kumulative Auswirkungen haben. Darüber hinaus kann selbst ein kleines Projekt an einem besonders schlechten Standort überraschend große negative Auswirkungen haben.

Auch die Laufwasserkraft wird oft mit begrenzten negativen Auswirkungen dargestellt, aber einige der Dämme mit den stärksten Auswirkungen auf Flüsse sind Laufwasserdämme. Laufwasserdämme speichern Wasser nicht über lange Zeiträume; die Menge an Wasser, die in das Projekt hineinfließt, ist die gleiche Menge, die aus dem Projekt herausfließt – zumindest täglich. Laufwasserprojekte können jedoch innerhalb eines Tages speichern, wenn sie für „Sunkalpeaking“ betrieben werden, indem sie Wasser den ganzen Tag über speichern und es während einiger Stunden mit Spitzenbedarf freisetzen. Diese Betriebsweise kann erhebliche negative Auswirkungen auf die flussabwärts gelegenen Ökosysteme haben. Da Laufwasserdämme keine großen Stauseen haben, verursachen sie einige der großen Auswirkungen auf Menschen und Flüsse, die mit großen Stauseen verbunden sind, einschließlich der großflächigen Vertreibung von Gemeinden und Unterbrechungen der saisonalen Muster des Flussflusses. Aber diese Unterschiede führen allzu oft zu pauschalen Verallgemeinerungen, dass Laufwasserprojekte keine Auswirkungen auf Flüsse haben – oder selbst die Laufwasserkraft braucht keinen Damm. Während einige Laufwasserprojekte keinen Damm über den gesamten Kanal beinhalten, erfordern viele große Laufwasserprojekte einen Damm, der einen Flusskanal fragmentiert (siehe Foto unten). Diese unangemessene Verallgemeinerung wird besonders problematisch, wenn Befürworter eines Projekts auf seinen Laufwasserstatus verweisen, um zu argumentieren, dass es nur minimale Auswirkungen haben wird. Diese „voreilige Verallgemeinerung“ wurde von Befürwortern des Xayaboury-Staudamms am Mekong verwendet, der große Auswirkungen sowohl auf die Fischmigration als auch auf das Einfangen von Sedimenten hat, die das stromabwärts gelegene Delta benötigt.

Während sich Umweltprüfungen von Wasserkraftdämmen oft auf die örtlichen Bedingungen konzentrieren, können sich negative Auswirkungen sogar Hunderte von Kilometern entfernt von einem Damm zeigen. Wenn Wasserkraftdämme die Bewegung von Wanderfischen blockieren, können sie negative Auswirkungen auf Ökosysteme in einem ganzen Flusseinzugsgebiet haben, sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Damms. Und weil Wanderfische oft zu den wichtigsten Mitwirkenden der Süßwasserfischerei gehören, wirkt sich dies negativ auf Menschen aus, sogar auf einige, die möglicherweise Hunderte von Kilometern von einem Damm entfernt leben. Wasserkraftdämme haben einen Hauptbeitrag geleistet zu dramatischen globalen Verlusten von Wanderfischen, die haben seit 76 um 1970% gesunken, mit hochkarätigen Beispielen wie den Flüssen Columbia und Mekong. Eine zweite Fernwirkung sind Sedimente. Ein Fluss ist mehr als ein Wasserfluss, er ist auch ein Fluss von Sedimenten wie Schlick und Sand. Flüsse lagern dieses Sediment ab, wenn sie in den Ozean münden, wodurch ein Delta entsteht. Deltas können äußerst produktiv sein – sowohl für die Landwirtschaft als auch für die Fischerei – und mehr als 500 Millionen Menschen leben heute in Deltas auf der ganzen Welt, einschließlich denen des Nils, des Ganges, des Mekong und des Jangtse. Wenn jedoch ein Fluss in einen Stausee mündet, verlangsamt sich die Strömung erheblich, und ein Großteil des Sediments fällt heraus und wird hinter dem Damm „gefangen“. Stauseen fangen jetzt ungefähr ein Viertel des globalen jährlichen Sedimentflusses auf –Schlick und Sand, die ansonsten dazu beitragen würden, Deltas angesichts von Erosion und Meeresspiegelanstieg zu erhalten. Einige wichtige Deltas, wie der Nil, haben inzwischen mehr als 90 % ihrer Sedimentversorgung verloren und sinken und schrumpfen nun. Daher können Wasserkraftdämme erhebliche Auswirkungen auf wichtige Ressourcen in großen Flusseinzugsgebieten haben, einschließlich weltweit wichtige Nahrungsmittelversorgung, aber allzu oft konzentriert sich die Umweltprüfung von Wasserkraftprojekten in erster Linie auf die lokalen Auswirkungen.

Die Fischpassage um Dämme herum hat die negativen Auswirkungen von Dämmen auf Wanderfische selten gemildert. Fischpassagen, wie Fischtreppen oder sogar Aufzüge, sind eine übliche Minderungsanforderung für Dämme. Fischpassagen wurden ursprünglich an Flüssen entwickelt, die starke schwimmende und springende Fischarten wie Lachse aufwiesen, aber jetzt werden Passagestrukturen zu Dämmen an großen tropischen Flüssen hinzugefügt – wie dem Mekong oder Nebenflüssen des Amazonas – obwohl es nur sehr begrenzte Daten gibt oder Beispiele dafür, wie die Fischpassage in diesen Flüssen funktioniert. EIN 2012 Überprüfung aller Peer-Review-Studien zur Fischwanderleistung fand heraus, dass die Fischpassage für Lachse viel besser funktionierte als für andere Fischarten; Im Durchschnitt haben Strukturen eine Erfolgsquote von 62 % für Lachse, die stromaufwärts schwimmen. Diese Zahl mag hoch erscheinen, aber die meisten Fische müssen mehrere Dämme hintereinander navigieren; Selbst bei der relativ hohen Erfolgsquote von 62 % an jedem Damm würde weniger als ein Viertel der Lachse erfolgreich drei Dämme passieren. Bei Nichtlachsen lag die Erfolgsquote bei 21 % – selbst mit nur zwei Dämmen werden nur 4 % der Wanderfische erfolgreich sein (siehe unten). Darüber hinaus erfordern die meisten Fische zumindest für Larven oder Jungfische eine Abwanderung stromabwärts, und die Passagerate stromabwärts ist oft sogar noch geringer.

Wasserkraft ist nicht mehr die kostengünstigste erneuerbare Stromerzeugungstechnologie. In den letzten Jahrzehnten sind die Windkosten um etwa ein Drittel und die Solarkosten um 90 % gesunken – und diese Kostensenkungen scheinen sich fortzusetzen. In der Zwischenzeit, Die durchschnittlichen Kosten für Wasserkraft sind in den letzten zehn Jahren etwas gestiegen, sodass Onshore-Windenergie mittlerweile die niedrigsten Durchschnittskosten unter den erneuerbaren Energien ist. Obwohl die durchschnittlichen Kosten immer noch etwas höher sind als bei Wasserkraft, werden jetzt Solarprojekte durchgeführt konsequent den Rekord für das kostengünstigste Energieprojekt aufstellen.

Wasserkraft hat unter den großen Infrastrukturprojekten die höchste Häufigkeit von Verzögerungen und Kostenüberschreitungen. Eine Studie von EY ergab, dass bei 80 Prozent der Wasserkraftprojekte Kostenüberschreitungen mit einer durchschnittlichen Überschreitung von 60 Prozent auftraten. Diese beiden Anteile waren die höchsten unter den Arten von großen Infrastrukturprojekten in ihrer Studie, darunter fossile und nukleare Kraftwerke, Wasserprojekte und Offshore-Windprojekte. Die Studie ergab auch, dass 60 Prozent der Wasserkraftprojekte Verzögerungen mit einer durchschnittlichen Verzögerung von fast drei Jahren aufwiesen, die nur von Kohleprojekten übertroffen wurden, die etwas längere durchschnittliche Verzögerungen aufwiesen.

Wasserkraft kann eine feste Energieerzeugung oder -speicherung zur Unterstützung variabler erneuerbarer Energien wie Wind und Sonne bereitstellen….

Wind und Sonne sind bereits die führende Form der neuen Erzeugung, die jedes Jahr hinzukommt, und Prognosen sehen kohlenstoffarme Netze vor, in denen Wind und Sonne die dominierenden Formen der Erzeugung sind. Aber Stabile Netze brauchen mehr als Wind und Sonne, sie brauchen auch eine Kombination aus stabiler Stromerzeugung und Speicherung, die Netze in Zeiträumen – von Minuten bis Wochen – ausgleicht, wenn die Verfügbarkeit dieser Ressourcen sinkt. Wasserkraft gehört in vielen Netzen zu den Technologien, die feste Energie liefern können. Eine Art von Wasserkraft – Pumpspeicherwasserkraft (PSH) – ist derzeit die dominierende Form der Speicherung im Versorgungsmaßstab in den Netzen (ca. 95 %). In einem PSH-Projekt wird Wasser bei genügend Strom bergauf gepumpt und in einem Oberbecken gespeichert. Wenn Strom benötigt wird, fließt das Wasser bergab zurück in das Unterbecken und erzeugt Strom für das Netz.

…aber diese Leistungen können oft ohne weiteren Verlust frei fließender Flüsse erbracht werden. Untersuchungen, die sich auf Optionen für den Netzausbau konzentrieren, haben gezeigt, dass Länder den zukünftigen Strombedarf oft mit kohlenstoffarmen Optionen decken können, die neue Staudämme an frei fließenden Flüssen vermeiden, entweder durch größere Investitionen in Wind und Sonne als Ersatz für Wasserkraft mit großen negativen Auswirkungen oder durch sorgfältige Standortwahl für neue Wasserkraft die den Bau von Staudämmen an großen frei fließenden Flüssen oder in Schutzgebieten vermeidet. Darüber hinaus können die beiden Stauseen eines Pumpspeicherprojekts an Orten abseits von Flüssen gebaut werden und das Wasser zwischen ihnen hin und her leiten. Forscher der Australian National University kartierten 530,000-Standorte auf der ganzen Welt mit der geeigneten Topographie zur Unterstützung von Off-Channel-Pumpspeichern, wobei nur ein kleiner Bruchteil benötigt wird, um ausreichend Speicher für von erneuerbaren Energien dominierte Netze auf der ganzen Welt bereitzustellen. Vorhandene Stauseen oder andere Besonderheiten wie z verlassene Gruben auch in Pumpspeicherprojekten einsetzbar.

Nicht alle globalen Szenarien, die mit den Klimazielen vereinbar sind, beinhalten eine Verdopplung der Wasserkraft. Obwohl mehrere prominente Organisationen (z. B. IEA und IRENA), die modellieren, wie zukünftige Energiesysteme mit den Klimazielen vereinbar sein können, eine Verdopplung der globalen Wasserkraftkapazität beinhalten, tun dies nicht alle diese Szenarien. Während beispielsweise die IEA- und IRENA-Modelle mindestens 1200 GW an neuer Wasserkraftkapazität bis 2050 umfassen, gehören die vom Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) verwendeten Szenarien zu den 1.5° C-Ziel umfasste ungefähr ein Viertel von ihnen weniger als 500 GW an neuer Wasserkraft. Ebenso die Ein Erdklimamodell, auch im Einklang mit dem 1.5° C-Ziel, umfasst nur etwa 300 GW neue Wasserkraft bis 2050.

Die Wasserkrafterzeugung kann ohne neue Dämme erweitert werden Energiesysteme können Wasserkrafterzeugung hinzufügen ohne neue Wasserkraftdämme auf zwei Arten hinzuzufügen: (1) Nachrüstung bestehender Wasserkraftprojekte mit modernen Turbinen und anderer Ausrüstung; und (2) Hinzufügen von Turbinen zu nicht angetriebenen Dämmen. EIN Studie des US-Energieministeriums fanden heraus, dass diese beiden Ansätze mit den richtigen finanziellen Anreizen 11 GW Wasserkraft zur US-Wasserkraftflotte hinzufügen könnten, was einer Steigerung von 14 % gegenüber der heutigen Kapazität entspricht. Wenn in anderen Ländern der Welt ein ähnliches Potenzial verfügbar wäre, entspricht dies mehr als der Hälfte der zusätzlichen globalen Wasserkraftkapazität, die in der enthalten ist Ein Erdklimamodell bis 2050. Darüber hinaus könnte das Hinzufügen von „schwimmenden Solarprojekten“ auf den Stauseen hinter Wasserkraftdämmen, die nur 10 % ihrer Oberfläche bedecken, hinzukommen 4,000 GW neue Kapazität, das in der Lage ist, etwa doppelt so viel Strom zu erzeugen, wie heute aus der gesamten Wasserkraft gewonnen wird.

Wasserkraft ist anfällig für den Klimawandel, was den Wert diversifizierter Netze unterstreicht. Ich war Erstautor einer Studie dem zufolge bis 2050 61 Prozent aller Wasserkraftdämme weltweit in Becken mit sehr hohem oder extremem Dürre-, Überschwemmungs- oder beidemrisiko liegen werden. Bis 2050 wird 1 von 5 bestehenden Wasserkraftwerken aufgrund des Klimawandels in Gebieten mit hohem Überschwemmungsrisiko liegen, gegenüber 1 von 25 heute. EIN studieren in Nature Climate Change prognostizieren, dass bis Mitte dieses Jahrhunderts bis zu drei Viertel der Wasserkraftprojekte weltweit aufgrund klimabedingter Verschiebungen in der Hydrologie weniger Strom erzeugen werden. Länder, die stark von Wasserkraft abhängig sind, sind anfällig für Dürren, und in vielen Regionen wird dieses Risiko zunehmen. Beispielsweise liefert Wasserkraft fast den gesamten Strom für Sambia und eine Dürre 2016 im südlichen Afrika führte dazu, dass Sambias nationale Stromerzeugung um 40 zurückging%, was immense wirtschaftliche Störungen und Verluste verursacht. Diese Schwachstelle unterstreicht den Wert diversifizierter Erzeugungsquellen innerhalb von Netzen.

Wasserkraft ist nicht immer umstritten, es lassen sich Gemeinsamkeiten finden. Während Naturschutzorganisationen und der Wasserkraftsektor oft eine strittige Beziehung hatten, können Gemeinsamkeiten gefunden werden. In den Vereinigten Staaten beispielsweise haben Vertreter des Wasserkraftsektors, darunter die National Hydropower Association (NHA), und mehrere Naturschutzorganisationen eine „Ungewöhnlicher Dialog für Wasserkraft“ (vollständige Offenlegung: Ich habe meine Organisation, den World Wildlife Fund-US, in diesem Dialog vertreten). Die Teilnehmer des Uncommon Dialogue waren sich einig, dass Wasserkraft eine Schlüsselrolle in einer nachhaltigen Energiezukunft spielt und dass der Schutz und die Renaturierung von Flüssen in den USA Priorität haben sollten. Die Teilnehmer des Uncommon Dialogue unterstützten Gesetze, die mit dieser gemeinsamen Vision im Einklang stehen, und das Infrastrukturgesetz, das letztes Jahr unterzeichnet wurde, umfasste 2.3 Milliarden US-Dollar für die Erhöhung der Wasserkraftkapazität, ohne neue Dämme hinzuzufügen (durch Nachrüstungen und den Antrieb nicht angetriebener Dämme) und für die Entfernung veralteter Dämme zur Wiederherstellung von Flüssen und zur Verbesserung der öffentlichen Sicherheit.