رسم مسار إيجابي للطبيعة نحو مستقبل للطاقة المستدامة

يركز مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ (COP27) الذي يقترب من انعقاده في مصر في نوفمبر ، الاهتمام على المسارات اللازمة لتحقيق أهداف المناخ العالمية. إن إزالة الكربون بسرعة من الاقتصادات أمر أساسي لتحقيق الاستقرار في المناخ ، بما في ذلك تحقيق صافي أنظمة الطاقة الصفرية بحلول عام 2050. ولكن مع مواجهة العالم أيضًا أزمة طبيعة / التنوع البيولوجي والسعي لتحقيق مجموعة من أهداف التنمية ، يجب أن تأخذ هذه المسارات في الاعتبار تأثيرها على المجتمعات والنظم البيئية ؛ يجب أن يسعى استقرار المناخ إلى أن يكون متسقًا مع الحفاظ على أنظمة دعم الحياة على الأرض.

العديد من الإسقاطات لما هو مطلوب لتحقيق أنظمة طاقة متوافقة مع 1.5° يتميز الهدف المناخي C بمضاعفة قدرة الطاقة الكهرومائية العالمية ، مثل تلك الموجودة في الوكالة الدولية للطاقة (وكالة الطاقة الدولية) و الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (إيرينا). في حين أن هذه زيادة نسبية أصغر من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية ، والتي من المتوقع أن تزيد بأكثر من عشرين ضعفًا ، إلا أن مضاعفة قدرة الطاقة الكهرومائية العالمية تمثل مع ذلك توسعًا كبيرًا في البنية التحتية الرئيسية التي ستؤثر على أنهار العالم - وعلى التنوع. الفوائد التي تقدمها للمجتمعات والاقتصادات من مصايد المياه العذبة التي تغذي مئات الملايين من الناس لتخفيف آثار الفيضانات واستقرار مناطق الدلتا.

فقط ثلث أكبر أنهار العالم لا يزال يتدفق بحرية - وستؤدي مضاعفة قدرة الطاقة الكهرومائية العالمية إلى بناء السدود لنحو نصف هؤلاء ، مع توليد أقل من 2٪ من الطاقة المتجددة المطلوبة عام 2050.

ستتسبب جميع مشاريع الطاقة الجديدة تقريبًا ، بما في ذلك طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، في بعض الآثار السلبية ، ولكن خسائر من نوع رئيسي من النظم البيئية - أنهار كبيرة وحرة التدفق - على هذا النطاق سيكون لها مفاضلات كبيرة للناس والطبيعة على المستوى العالمي. على هذا النحو ، فإن التوسع في الطاقة الكهرومائية يستحق التخطيط الدقيق واتخاذ القرار بشكل خاص. هنا ، أقوم بدراسة بعض القضايا الرئيسية ذات الصلة بتقييم الطاقة الكهرومائية ، بما في ذلك القضايا التي كثيرا ما يساء فهمها.

غالبًا ما يُفترض أن الطاقة الكهرومائية الصغيرة مستدامة أو منخفضة التأثير ، ولكن هذا ليس هو الحال في كثير من الأحيان. لا يتم تعريف الطاقة الكهرومائية الصغيرة بشكل ثابت (على سبيل المثال ، تصنف بعض البلدان "الطاقة الكهرومائية الصغيرة" على أنها أي شيء يصل إلى 50 ميجاوات) ولكن غالبًا ما يتم تصنيفها على أنها مشروعات أقل من 10 ميجاوات. نظرًا لأن المشروعات بهذا الحجم غالبًا ما يكون لها تأثيرات طفيفة على البيئة ، غالبًا ما تتلقى مشروعات الطاقة الكهرومائية الصغيرة حوافز أو إعانات و / أو تستفيد من مراجعة بيئية محدودة. ومع ذلك ، فإن تكاثر سدود الطاقة الكهرومائية الصغيرة يمكن أن يتسبب في آثار تراكمية كبيرة. علاوة على ذلك ، حتى مشروع صغير في موقع سيئ بشكل خاص يمكن أن يتسبب في آثار سلبية كبيرة بشكل مدهش.

غالبًا ما يتم تقديم الطاقة الكهرومائية الجارية من النهر على أنها ذات تأثيرات سلبية محدودة ، لكن بعض السدود ذات التأثير الأكبر على الأنهار هي سدود مجاري الأنهار. لا تخزن سدود جريان النهر المياه لفترات طويلة من الزمن ؛ كمية المياه المتدفقة إلى المشروع هي نفس الكمية المتدفقة من المشروع - على الأقل على أساس يومي. ومع ذلك ، يمكن لمشاريع جريان النهر أن تخزن في غضون يوم واحد عندما تعمل من أجل "التكثيف المائي" ، وتخزين المياه على مدار اليوم وإطلاقها خلال ساعات قليلة من ذروة الطلب. يمكن أن يتسبب أسلوب التشغيل هذا في آثار سلبية كبيرة على النظم البيئية للنهر في اتجاه مجرى النهر. نظرًا لأن سدود جريان النهر لا تحتوي على خزانات تخزين كبيرة ، فإنها لا تسبب بعض التأثيرات الرئيسية على الناس والأنهار المرتبطة بخزانات التخزين الكبيرة ، بما في ذلك النزوح على نطاق واسع للمجتمعات واضطراب الأنماط الموسمية لتدفق الأنهار. لكن هذه الاختلافات غالبًا ما تؤدي إلى تعميمات أكثر شمولًا بأن مشاريع جريان النهر ليس لها تأثيرات على الأنهار - أو حتى تلك الطاقة الكهرومائية الجارية في مجرى النهر لا تتطلب سدًا. في حين أن بعض مشاريع جريان النهر لا تتضمن سدًا عبر القناة بأكملها ، إلا أن العديد من مشاريع جريان النهر الكبيرة تتطلب سدًا يشظي قناة نهرية (انظر الصورة أدناه). يصبح هذا التعميم غير المناسب مشكلة بشكل خاص عندما يشير مؤيدو المشروع إلى حالة جريان النهر على أنها اختصار للحجة بأنه سيكون له تأثير ضئيل. تم استخدام هذا "التعميم المتسرع" من قبل مؤيدي سد Xayaboury على نهر Mekong ، والذي له تأثيرات كبيرة على كل من هجرة الأسماك وحبس الرواسب التي تحتاجها دلتا المصب.

بينما تركز المراجعات البيئية لسدود الطاقة الكهرومائية غالبًا على الظروف المحلية ، يمكن أن تظهر التأثيرات السلبية في الواقع حتى على بعد مئات الكيلومترات من السد. عندما تمنع سدود الطاقة الكهرومائية حركة الأسماك المهاجرة ، فإنها يمكن أن تسبب آثارًا سلبية على النظم البيئية عبر حوض النهر بأكمله ، سواء في أعلى أو أسفل السد. ولأن الأسماك المهاجرة غالبًا ما تكون من بين أهم المساهمين في مصايد المياه العذبة ، فإن هذا يترجم إلى آثار سلبية على الناس ، حتى بعض الذين قد يعيشون على بعد مئات الكيلومترات من موقع السد. كانت سدود الطاقة الكهرومائية من المساهمين الأساسيين إلى الخسائر العالمية الهائلة في الأسماك المهاجرة انخفض بنسبة 76٪ منذ 1970، مع أمثلة بارزة مثل نهري كولومبيا وميكونغ. التأثير الثاني لمسافات طويلة هو الرواسب. النهر هو أكثر من مجرد تدفق للمياه ، إنه أيضًا تدفق للرواسب ، مثل الطمي والرمل. ترسب الأنهار هذه الرواسب عندما تدخل المحيط ، مما يؤدي إلى إنشاء دلتا. يمكن أن تكون الدلتا منتجة للغاية - لكل من الزراعة ومصايد الأسماك - ويعيش أكثر من 500 مليون شخص الآن في مناطق الدلتا حول العالم ، بما في ذلك النيل والغانج وميكونغ ويانغتسي. ومع ذلك ، عندما يدخل نهر إلى خزان ، يتباطأ التيار بشكل كبير ، ويتساقط جزء كبير من الرواسب ويحتجز خلف السد. تستوعب الخزانات الآن ما يقرب من ربع التدفق السنوي العالمي للرواسب -الطمي والرمل الذي من شأنه أن يساعد في الحفاظ على مناطق الدلتا في مواجهة التعرية وارتفاع مستوى سطح البحر. فقدت بعض مناطق الدلتا الرئيسية ، مثل نهر النيل ، الآن أكثر من 90٪ من إمداداتها من الرواسب وهي الآن تغرق وتتقلص. وبالتالي ، يمكن أن يكون لسدود الطاقة الكهرومائية تأثيرات كبيرة على الموارد الرئيسية عبر أحواض الأنهار الكبيرة ، بما في ذلك إمدادات غذائية ذات أهمية عالمية ، ولكن ، في كثير من الأحيان ، تركز المراجعة البيئية لمشاريع الطاقة الكهرومائية في المقام الأول على التأثيرات المحلية.

نادرًا ما أدى مرور الأسماك حول السدود إلى تخفيف الآثار السلبية للسدود على الأسماك المهاجرة. يعتبر ممر الأسماك ، مثل سلالم الأسماك أو حتى المصاعد ، من متطلبات التخفيف الشائعة للسدود. تم تطوير ممر الأسماك في الأصل على الأنهار التي لديها أنواع أسماك قوية للسباحة والقفز ، مثل السلمون ، ولكن تتم الآن إضافة هياكل الممرات إلى السدود على الأنهار الاستوائية الكبيرة - مثل نهر ميكونغ أو روافد الأمازون - على الرغم من وجود بيانات محدودة للغاية أو أمثلة على كيفية عمل ممر الأسماك في هذه الأنهار. أ مراجعة عام 2012 لجميع الدراسات التي تمت مراجعتها من قبل الأقران حول أداء ممرات الأسماك وجد أن ممر الأسماك يعمل بشكل أفضل مع السلمون مقارنة بأنواع الأسماك الأخرى ؛ في المتوسط ​​، تمتلك الهياكل معدل نجاح بنسبة 62 ٪ لسباحة السلمون في المنبع. قد يبدو هذا الرقم مرتفعًا ، لكن يجب على معظم الأسماك أن تتنقل في سدود متعددة على التوالي ؛ حتى مع معدل النجاح المرتفع نسبيًا البالغ 62٪ في كل سد ، فإن أقل من ربع سمك السلمون سيمر بنجاح بثلاثة سدود. بالنسبة لغير السلمون ، كانت نسبة النجاح 21٪ - حتى مع وجود سدين فقط ، فإن 4٪ فقط من الأسماك المهاجرة ستنجح (انظر أدناه). علاوة على ذلك ، تتطلب معظم الأسماك أيضًا هجرة في اتجاه مجرى النهر ، على الأقل بالنسبة لليرقات أو الأسماك الصغيرة ، وغالبًا ما يكون معدل المرور في اتجاه مجرى النهر أقل.

الطاقة الكهرومائية لم تعد أقل تكلفة لتكنولوجيا توليد الطاقة المتجددة. في العقود الماضية ، انخفضت تكلفة الرياح بنحو الثلث وانخفضت تكلفة الطاقة الشمسية بنسبة 90٪ - ومن المرجح أن تستمر هذه التخفيضات في التكلفة. في أثناء، زاد متوسط ​​تكلفة الطاقة الكهرومائية إلى حد ما خلال العقد الماضي ، بحيث أصبحت الرياح البرية الآن أقل متوسط ​​تكلفة بين مصادر الطاقة المتجددة. على الرغم من أن متوسط ​​تكلفتها لا يزال أعلى قليلاً من الطاقة الكهرومائية ، إلا أن مشاريع الطاقة الشمسية الآن حدد باستمرار الرقم القياسي لمشروع الطاقة الأقل تكلفة.

تمتلك الطاقة الكهرومائية أعلى تواتر للتأخير وتجاوز التكاليف بين مشاريع البنية التحتية الكبيرة. وجدت دراسة أجرتها EY أن 80 في المائة من مشاريع الطاقة الكهرومائية شهدت تجاوزات في التكاليف بمتوسط ​​تجاوز 60 في المائة. كانت هاتان النسبتان الأعلى بين أنواع مشاريع البنية التحتية الكبيرة في دراستهما ، بما في ذلك محطات الطاقة الأحفورية والنووية ، ومشاريع المياه ومشاريع الرياح البحرية. ووجدت الدراسة أيضًا أن 60 في المائة من مشاريع الطاقة الكهرومائية شهدت تأخيرات بمتوسط ​​تأخير يقارب ثلاث سنوات ، ولم يتجاوزها سوى مشاريع الفحم التي كان متوسط ​​التأخير فيها أطول قليلاً.

يمكن أن توفر الطاقة الكهرومائية توليدًا ثابتًا للطاقة أو تخزينها لدعم مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة مثل الرياح والطاقة الشمسية….

تعد طاقة الرياح والطاقة الشمسية بالفعل الشكل الرائد للجيل الجديد الذي يتم إضافته كل عام وتتصور التوقعات شبكات منخفضة الكربون حيث تكون الرياح والطاقة الشمسية هي الأشكال المهيمنة للتوليد. ولكن ستحتاج الشبكات المستقرة إلى أكثر من طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، بل ستحتاج أيضًا إلى مزيج من الجيل الثابت والتخزين الذي سيوازن بين الشبكات خلال الفترات - من دقائق إلى أسابيع - عندما ينخفض ​​توفر هذه الموارد. في العديد من الشبكات ، تعد الطاقة الكهرومائية من بين التقنيات التي يمكن أن توفر طاقة ثابتة. أحد أنواع الطاقة الكهرومائية - الطاقة الكهرومائية للتخزين التي يتم ضخها (PSH) - هو الشكل السائد حاليًا للتخزين على نطاق المرافق على الشبكات (حوالي 95٪). في مشروع PSH ، يتم ضخ المياه صعودًا عندما تكون الطاقة وفيرة وتخزينها في خزان علوي. عندما تكون هناك حاجة للطاقة ، يتدفق الماء عائدًا إلى أسفل منحدر إلى الخزان السفلي ، لتوليد الكهرباء للشبكة.

... ولكن يمكن تقديم هذه الخدمات في كثير من الأحيان دون مزيد من فقدان الأنهار التي تتدفق بحرية. أظهرت الأبحاث التي تركز على خيارات توسيع الشبكة أن البلدان يمكنها في كثير من الأحيان تلبية الطلب المستقبلي على الكهرباء بخيارات منخفضة الكربون تتجنب السدود الجديدة على الأنهار التي تتدفق بحرية ، إما من خلال زيادة الاستثمار في طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتحل محل الطاقة الكهرومائية مع تأثيرات سلبية كبيرة أو من خلال تحديد مواقع الطاقة الكهرومائية الجديدة بدقة يتجنب تطوير السدود على الأنهار الرئيسية المتدفقة أو في المناطق المحمية. علاوة على ذلك ، يمكن بناء خزانين لمشروع تخزين بالضخ في مواقع بعيدة عن الأنهار وتدوير المياه بينهما ذهابًا وإيابًا. تعيين باحثين من الجامعة الوطنية الأسترالية مواقع 530,000 حول العالم مع التضاريس المناسبة لدعم التخزين الذي يتم ضخه خارج القناة ، مع وجود جزء صغير فقط مطلوب لتوفير مساحة تخزين كافية للشبكات التي تهيمن عليها الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم. الخزانات الموجودة أو الميزات الأخرى مثل حفر التعدين المهجورة يمكن استخدامها أيضًا في مشاريع التخزين بالضخ.

لا تتضمن جميع السيناريوهات العالمية المتوافقة مع الأهداف المناخية مضاعفة الطاقة الكهرومائية. على الرغم من أن العديد من المنظمات البارزة (على سبيل المثال ، وكالة الطاقة الدولية والوكالة الدولية للطاقة المتجددة) التي تضع نموذجًا لكيفية توافق أنظمة الطاقة المستقبلية مع الأهداف المناخية تتضمن مضاعفة قدرة الطاقة الكهرومائية العالمية ، إلا أن هذه السيناريوهات ليست كلها. على سبيل المثال ، في حين أن نموذجي الوكالة الدولية للطاقة والوكالة الدولية للطاقة المتجددة يشتملان على 1200 جيجاوات على الأقل من قدرة الطاقة الكهرومائية الجديدة بحلول عام 2050 ، من بين السيناريوهات المستخدمة من قبل الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) والتي تتوافق مع 1.5° الهدف C ، شمل ربعهم تقريبًا أقل من 500 جيجاوات من الطاقة الكهرومائية الجديدة. وبالمثل ، فإن نموذج مناخ الأرض، بما يتفق أيضًا مع 1.5° الهدف C ، يشمل فقط حوالي 300 جيجاواط من الطاقة الكهرومائية الجديدة بحلول عام 2050.

يمكن أن يتوسع توليد الطاقة الكهرومائية بدون سدود جديدة يمكن أن تضيف أنظمة الطاقة توليد الطاقة الكهرومائية دون إضافة سدود جديدة للطاقة الكهرومائية بطريقتين أساسيتين: (1) تعديل مشاريع الطاقة الكهرومائية الحالية مع التوربينات الحديثة والمعدات الأخرى ؛ و (2) إضافة التوربينات إلى السدود غير العاملة بالطاقة. أ دراسة من قبل وزارة الطاقة الأمريكية وجدت أنه مع وجود الحوافز المالية المناسبة ، يمكن أن يضيف هذان النهجان 11 جيجاوات من الطاقة الكهرومائية لأسطول الطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة ، بزيادة قدرها 14٪ عن السعة الحالية. إذا توفرت إمكانات مماثلة في بلدان أخرى حول العالم ، فإن ذلك يمثل أكثر من نصف قدرة الطاقة الكهرومائية العالمية الإضافية المدرجة في نموذج مناخ الأرض بحلول عام 2050. علاوة على ذلك ، فإن إضافة مشاريع "الطاقة الشمسية العائمة" على الخزانات خلف سدود الطاقة الكهرومائية ، والتي تغطي 10٪ فقط من سطحها ، يمكن أن تضيف 4,000 جيجاواط من السعة الجديدة، قادرة على توليد ما يقرب من ضعف الطاقة التي يتم توليدها من جميع الطاقة الكهرومائية اليوم.

الطاقة الكهرومائية عرضة لتغير المناخ ، مما يؤكد على قيمة الشبكات المتنوعة. كنت المؤلف الرئيسي في الدراسة التي وجدت أنه بحلول عام 2050 ، سيكون 61 في المائة من جميع سدود الطاقة الكهرومائية العالمية في أحواض ذات مخاطر عالية جدًا أو شديدة للتعرض للجفاف أو الفيضانات أو كليهما. بحلول عام 2050 ، سيكون 1 من كل 5 سدود للطاقة الكهرومائية في مناطق معرضة لخطر الفيضانات بسبب تغير المناخ ، ارتفاعًا من 1 من كل 25 اليوم. أ الدراسة في طبيعة تغير المناخ توقع أن ما يصل إلى ثلاثة أرباع مشاريع الطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء العالم ستقلل من التوليد بسبب التحولات التي يحركها المناخ في الهيدرولوجيا بحلول منتصف هذا القرن. البلدان التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة الكهرومائية معرضة للجفاف ، وفي العديد من المناطق ، سيزداد هذا الخطر. على سبيل المثال ، توفر الطاقة الكهرومائية كل الكهرباء تقريبًا لزامبيا وجفاف عام 2016 في جنوب إفريقيا تسبب في انخفاض توليد الكهرباء الوطني في زامبيا بمقدار 40٪ ، مما تسبب في اضطرابات وخسائر اقتصادية هائلة. يؤكد هذا الضعف على قيمة المصادر المتنوعة للجيل داخل الشبكات.

الطاقة الكهرومائية ليست دائمًا محل نزاع ، ويمكن إيجاد أرضية مشتركة. في حين أن منظمات الحفظ وقطاع الطاقة الكهرومائية كانت بينهما علاقة خلافية في كثير من الأحيان ، يمكن العثور على أرضية مشتركة. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، قام ممثلو قطاع الطاقة الكهرومائية ، بما في ذلك الرابطة الوطنية للطاقة الكهرومائية (NHA) ، والعديد من منظمات الحفظ بتشكيل "حوار غير مألوف للطاقة الكهرومائية"(الإفصاح الكامل: لقد مثلت منظمتي ، World Wildlife Fund-US ، في هذا الحوار). اتفق المشاركون في "الحوار غير المألوف" على أن الطاقة الكهرومائية لها دور رئيسي في مستقبل الطاقة المستدامة وأن حماية الأنهار واستعادتها في الولايات المتحدة يجب أن تكون أولوية. دعم المشاركون في حوار غير مألوف تشريعات تتفق مع تلك الرؤية المشتركة ، وتضمن مشروع قانون البنية التحتية ، الذي تم توقيعه في العام الماضي ، 2.3 مليار دولار أمريكي لزيادة قدرة الطاقة الكهرومائية دون إضافة سدود جديدة. (من خلال عمليات التعديل التحديثي وتشغيل السدود غير العاملة بالطاقة) ولإزالة السدود المتقادمة لاستعادة الأنهار وتحسين السلامة العامة.