Tracciare un percorso positivo della natura verso un futuro energetico sostenibile

L'imminente Conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (COP27), che si terrà in Egitto a novembre, focalizza l'attenzione sui percorsi necessari per raggiungere gli obiettivi climatici globali. Una rapida decarbonizzazione delle economie è fondamentale per stabilizzare il clima, compreso il raggiungimento di sistemi energetici netti zero entro il 2050. Ma con il mondo che sta affrontando anche una crisi della natura/biodiversità e si sforza di raggiungere una serie di obiettivi di sviluppo, questi percorsi devono tenere conto del loro impatto su comunità ed ecosistemi; stabilizzare il clima dovrebbe sforzarsi di essere coerente con il mantenimento dei sistemi di supporto vitale della Terra.

Molte delle proiezioni su ciò che è necessario per realizzare sistemi di alimentazione coerenti con la 1.5° L'obiettivo climatico C prevede un raddoppio della capacità idroelettrica globale, come quelle del Agenzia internazionale per l'energia (AIE) e il Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA). Sebbene si tratti di un aumento proporzionale minore rispetto ad altre energie rinnovabili come l'eolico e il solare fotovoltaico, che si prevede aumenteranno di oltre venti volte, un raddoppio della capacità idroelettrica globale rappresenta comunque una drammatica espansione delle principali infrastrutture che interesseranno i fiumi del mondo e le diverse benefici che forniscono alle società e alle economie dalla pesca d'acqua dolce che alimenta centinaia di milioni di persone per la mitigazione delle inondazioni e delta stabili.

Solo un terzo dei fiumi più grandi del mondo continua a scorrere liberamente – e un raddoppio della capacità idroelettrica globale comporterebbe lo sbarramento di circa la metà di quelle, generando meno di 2% della produzione rinnovabile necessaria nel 2050.

Quasi tutti i nuovi progetti energetici, inclusi eolico e solare, causeranno alcuni impatti negativi, ma perdite di un tipo di ecosistema importante (fiumi grandi e a flusso libero) a quella scala avrà importanti compromessi per le persone e la natura a livello globale. In quanto tale, l'espansione dell'energia idroelettrica merita una pianificazione e un processo decisionale particolarmente attenti. Qui, esamino alcune questioni importanti rilevanti per la valutazione dell'energia idroelettrica, comprese le questioni che sono spesso fraintese.

La piccola energia idroelettrica è spesso considerata sostenibile o a basso impatto, ma spesso non è così. La piccola energia idroelettrica non è definita in modo coerente (ad esempio, alcuni paesi classificano la "piccola energia idroelettrica" ​​come qualcosa fino a 50 MW), ma è spesso classificata come progetti inferiori a 10 MW. Poiché spesso si presume che progetti di tali dimensioni abbiano un impatto minore sull'ambiente, i piccoli progetti idroelettrici spesso ricevono incentivi o sussidi e/o beneficiano di una revisione ambientale limitata. Tuttavia, la proliferazione di piccole dighe idroelettriche può causare notevoli impatti cumulativi. Inoltre, anche un piccolo progetto in una posizione particolarmente sfavorevole può causare impatti negativi sorprendentemente grandi.

Anche l'energia idroelettrica fluviale è spesso presentata come avente impatti negativi limitati, ma alcune delle dighe con il maggiore impatto sui fiumi sono dighe fluviali. Le dighe fluviali non immagazzinano acqua per lunghi periodi di tempo; la quantità di acqua che scorre nel progetto è la stessa della quantità che defluisce dal progetto, almeno su base giornaliera. Tuttavia, i progetti run-of-river possono essere immagazzinati entro un giorno quando funzionano per "hydropeaking", immagazzinando acqua durante il giorno e rilasciandola durante alcune ore di picco della domanda. Questa modalità di funzionamento può causare gravi impatti negativi sugli ecosistemi fluviali a valle. Poiché le dighe fluviali non hanno grandi serbatoi di stoccaggio, non causano alcuni dei principali impatti sulle persone e sui fiumi associati ai grandi serbatoi di stoccaggio, compreso lo spostamento su larga scala delle comunità e l'interruzione dei modelli stagionali del flusso del fiume. Ma queste differenze troppo spesso portano a generalizzazioni più radicali che i progetti run-of-river non hanno impatto sui fiumi – o anche quell'energia idroelettrica fluviale non richiede una diga. Mentre alcuni progetti di corsi d'acqua non includono una diga sull'intero canale, molti grandi progetti di corsi d'acqua richiedono una diga che frammenti un canale fluviale (vedi foto sotto). Questa generalizzazione inappropriata diventa particolarmente problematica quando i fautori di un progetto indicano il suo stato di fiume come una scorciatoia per sostenere che avrà un impatto minimo. Quella "generalizzazione frettolosa" è stata impiegata dai sostenitori della diga di Xayaboury sul fiume Mekong, che sta avendo importanti impatti sia sulla migrazione dei pesci che sulla cattura dei sedimenti necessari al delta a valle.

Sebbene le revisioni ambientali delle dighe idroelettriche si concentrino spesso sulle condizioni locali, gli impatti negativi possono effettivamente manifestarsi anche a centinaia di chilometri di distanza da una diga. Quando le dighe idroelettriche bloccano il movimento dei pesci migratori, possono causare impatti negativi sugli ecosistemi di un intero bacino fluviale, sia a monte che a valle della diga. E poiché i pesci migratori sono spesso tra i più importanti contributori alla pesca d'acqua dolce, ciò si traduce in impatti negativi sulle persone, anche alcune che potrebbero vivere a centinaia di chilometri da una diga. Le dighe idroelettriche sono state un contributo principale a drammatiche perdite globali di pesci migratori, che hanno rifiutato di 76% da 1970, con esempi di alto profilo come i fiumi Columbia e Mekong. Un secondo impatto a lunga distanza è il sedimento. Un fiume è più di un flusso d'acqua, è anche un flusso di sedimenti, come limo e sabbia. I fiumi depositano questo sedimento quando entrano nell'oceano, creando un delta. I delta possono essere estremamente produttivi, sia per l'agricoltura che per la pesca, e più di 500 milioni di persone ora vivono nei delta in tutto il mondo, compresi quelli del Nilo, del Gange, del Mekong e dello Yangtze. Tuttavia, quando un fiume entra in un bacino, la corrente rallenta considerevolmente e gran parte del sedimento cade e rimane "intrappolato" dietro la diga. I bacini idrici ora catturano circa un quarto del flusso annuale globale di sedimenti:limo e sabbia che altrimenti aiuterebbero a mantenere i delta di fronte all'erosione e all'innalzamento del livello del mare. Alcuni delta chiave, come il Nilo, hanno ora perso più del 90% della loro fornitura di sedimenti e ora stanno affondando e restringendosi. Pertanto, le dighe idroelettriche possono avere un impatto importante sulle risorse chiave nei grandi bacini fluviali, tra cui forniture alimentari di importanza mondiale, ma, troppo spesso, la revisione ambientale dei progetti idroelettrici si concentra principalmente sugli impatti locali.

Il passaggio dei pesci intorno alle dighe ha raramente mitigato gli impatti negativi delle dighe sui pesci migratori. Il passaggio dei pesci, come scale per pesci o anche ascensori, è un requisito di mitigazione comune per le dighe. Il passaggio dei pesci è stato originariamente sviluppato su fiumi che avevano potenti specie di pesci nuotatori e saltellanti, come il salmone, ma ora le strutture di passaggio vengono aggiunte alle dighe sui grandi fiumi tropicali, come il Mekong o gli affluenti dell'Amazzonia, sebbene i dati siano molto limitati o esempi di come funziona il passaggio dei pesci in questi fiumi. UN Revisione del 2012 di tutti gli studi sottoposti a revisione paritaria sulle prestazioni di passaggio dei pesci ha scoperto che il passaggio del pesce funzionava molto meglio per il salmone che per altri tipi di pesce; in media, le strutture hanno una percentuale di successo del 62% per il nuoto del salmone a monte. Quel numero può sembrare alto, ma la maggior parte dei pesci deve attraversare più dighe di seguito; anche con il tasso di successo relativamente alto del 62% in ciascuna diga, meno di un quarto del salmone supererebbe con successo tre dighe. Per i non salmoni, il tasso di successo è stato del 21%: anche con solo due dighe, solo il 4% dei pesci migratori avrà successo (vedi sotto). Inoltre, la maggior parte dei pesci richiede anche la migrazione a valle, almeno per i pesci larvali o giovanili, e il tasso di passaggio a valle è spesso anche inferiore.

L'energia idroelettrica non è più la tecnologia di generazione rinnovabile più economica. Negli ultimi decenni, il costo dell'eolico è diminuito di circa un terzo e il costo del solare è diminuito del 90% e sembra probabile che queste riduzioni dei costi continueranno. Nel frattempo, il costo medio dell'energia idroelettrica è leggermente aumentato negli ultimi dieci anni, tanto che l'eolico onshore è ora diventato il costo medio più basso tra le energie rinnovabili. Sebbene il suo costo medio sia ancora leggermente superiore all'energia idroelettrica, il solare è ora in progetto ha costantemente stabilito il record per il progetto energetico a minor costo.

L'energia idroelettrica ha la più alta frequenza di ritardi e sforamenti dei costi tra i grandi progetti infrastrutturali. Uno studio di EY ha rilevato che l'80% dei progetti idroelettrici ha subito un superamento dei costi con un superamento medio del 60%. Entrambe queste proporzioni erano le più alte tra i tipi di grandi progetti infrastrutturali nel loro studio, comprese centrali fossili e nucleari, progetti idrici e progetti eolici offshore. Lo studio ha anche rilevato che il 60% dei progetti idroelettrici ha subito ritardi con un ritardo medio di quasi tre anni, superato solo dai progetti a carbone che hanno avuto ritardi medi leggermente più lunghi.

L'energia idroelettrica può fornire una solida generazione o stoccaggio di energia a sostegno di fonti rinnovabili variabili come l'eolico e il solare….

L'eolico e il solare sono già la principale forma di nuova generazione aggiunta ogni anno e le previsioni prevedono reti a basse emissioni di carbonio in cui l'eolico e il solare sono le forme di generazione dominanti. Ma le reti stabili avranno bisogno di più di eolico e solare, avranno anche bisogno di una combinazione di generazione aziendale e storage in grado di bilanciare le griglie durante i periodi, da minuti a settimane, in cui la disponibilità di tali risorse diminuisce. In molte reti, l'energia idroelettrica è tra le tecnologie in grado di fornire energia costante. Un tipo di energia idroelettrica, l'energia idroelettrica di stoccaggio pompata (PSH), è attualmente la forma dominante di stoccaggio su scala industriale sulle reti (circa il 95%). In un progetto PSH, l'acqua viene pompata in salita quando l'energia è abbondante e immagazzinata in un serbatoio superiore. Quando è necessaria l'energia elettrica, l'acqua rifluisce a valle verso il serbatoio inferiore, generando elettricità per la rete.

…ma questi servizi spesso possono essere forniti senza ulteriore perdita di fiumi a flusso libero. La ricerca incentrata sulle opzioni per l'espansione della rete ha dimostrato che i paesi possono spesso soddisfare la domanda futura di elettricità con opzioni a basse emissioni di carbonio che evitano nuove dighe sui fiumi a flusso libero, sia attraverso maggiori investimenti in eolico e solare in sostituzione dell'energia idroelettrica con grandi impatti negativi o attraverso attenta localizzazione di nuova energia idroelettrica che eviti lo sviluppo di dighe su grandi fiumi a flusso libero o in aree protette. Inoltre, i due serbatoi di un progetto di stoccaggio con pompaggio possono essere costruiti in luoghi lontani dai fiumi e far scorrere l'acqua avanti e indietro tra di loro. I ricercatori dell'Australian National University hanno mappato Posizioni 530,000 in tutto il mondo con la topografia appropriata per supportare lo stoccaggio con pompaggio fuori canale, con solo una piccola frazione necessaria per fornire uno stoccaggio sufficiente per le reti dominate da fonti rinnovabili in tutto il mondo. Serbatoi esistenti o altre caratteristiche come pozzi minerari abbandonati può essere utilizzato anche in progetti di stoccaggio con pompaggio.

Non tutti gli scenari globali coerenti con gli obiettivi climatici includono un raddoppio dell'energia idroelettrica. Sebbene, diverse organizzazioni di spicco (ad esempio, IEA e IRENA) che modellano come i futuri sistemi energetici possono essere coerenti con gli obiettivi climatici includono un raddoppio della capacità idroelettrica globale, non tutti questi scenari lo fanno. Ad esempio, mentre i modelli IEA e IRENA includono almeno 1200 GW di nuova capacità idroelettrica entro il 2050, tra gli scenari utilizzati dall'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) che sono coerenti con l'1.5° C target, circa un quarto di essi includeva meno di 500 GW di nuova energia idroelettrica. Allo stesso modo, il Un modello di clima terrestre, coerentemente anche con la 1.5° C target, include solo circa 300 GW di nuova energia idroelettrica entro il 2050.

La produzione di energia idroelettrica può espandersi senza nuove dighe I sistemi di alimentazione possono aggiungere la produzione di energia idroelettrica senza aggiungere nuove dighe idroelettriche in due modi principali: (1) adattare i progetti idroelettrici esistenti con moderne turbine e altre apparecchiature; e (2) aggiunta di turbine a dighe non alimentate. UN studio del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha scoperto che, con i giusti incentivi finanziari in atto, questi due approcci potrebbero aggiungere 11 GW di energia idroelettrica alla flotta idroelettrica statunitense, un aumento del 14% rispetto alla capacità odierna. Se un potenziale simile fosse disponibile in altri paesi del mondo, ciò rappresenterebbe più della metà della capacità idroelettrica globale aggiuntiva inclusa nel Un modello di clima terrestre entro il 2050. Inoltre, l'aggiunta di progetti "solari galleggianti" sui bacini idrici dietro le dighe idroelettriche, che coprono solo il 10% della loro superficie, potrebbe aggiungere 4,000 GW di nuova capacità, in grado di generare circa il doppio dell'energia prodotta oggi da tutta l'energia idroelettrica.

L'energia idroelettrica è vulnerabile ai cambiamenti climatici, sottolineando il valore delle reti diversificate. Ero autore principale di uno studio che ha rilevato che, entro il 2050, il 61% di tutte le dighe idroelettriche globali sarà in bacini con un rischio molto elevato o estremo di siccità, inondazioni o entrambi. Entro il 2050, 1 dighe idroelettriche su 5 esistenti si troveranno in aree ad alto rischio di inondazioni a causa dei cambiamenti climatici, rispetto a 1 su 25 oggi. UN studio Nature Climate Change ha previsto che fino a tre quarti dei progetti idroelettrici in tutto il mondo avranno una produzione ridotta a causa dei cambiamenti climatici nell'idrologia entro la metà di questo secolo. I paesi che dipendono fortemente dall'energia idroelettrica sono vulnerabili alla siccità e, in molte regioni, questo rischio aumenterà. Ad esempio, l'energia idroelettrica fornisce quasi tutta l'elettricità per lo Zambia e una siccità del 2016 nell'Africa meridionale ha causato un calo del 40% della produzione di elettricità nazionale dello Zambia%, causando enormi disagi economici e perdite. Questa vulnerabilità sottolinea il valore delle fonti di generazione diversificate all'interno delle reti.

L'energia idroelettrica non è sempre controversa, si può trovare un terreno comune. Sebbene le organizzazioni per la conservazione e il settore idroelettrico abbiano spesso avuto una relazione controversa, è possibile trovare un terreno comune. Ad esempio, negli Stati Uniti, rappresentanti del settore idroelettrico, tra cui la National Hydropower Association (NHA), e diverse organizzazioni per la conservazione hanno formato un "Dialogo non comune per l'energia idroelettrica” (rilevamento completo: ho rappresentato la mia organizzazione, World Wildlife Fund-US, in questo dialogo). I partecipanti all'Uncommon Dialogue hanno convenuto che l'energia idroelettrica ha un ruolo chiave in un futuro energetico sostenibile e che la protezione e il ripristino dei fiumi negli Stati Uniti dovrebbero essere una priorità. I partecipanti a Uncommon Dialogue hanno sostenuto una legislazione coerente con quella visione condivisa e il disegno di legge sulle infrastrutture, firmato lo scorso anno, includeva 2.3 miliardi di dollari per aumentare la capacità idroelettrica senza aggiungere nuove dighe (attraverso retrofit e alimentazione di dighe non alimentate) e per la rimozione delle vecchie dighe per ripristinare i fiumi e migliorare la sicurezza pubblica.