为可持续能源未来规划一条自然积极的道路

即将于 27 月在埃及举行的联合国气候变化大会 (COP2050) 将注意力集中在实现全球气候目标所需的途径上。 经济的快速脱碳对于稳定气候至关重要，包括到 XNUMX 年实现净零电力系统。但随着世界也面临自然/生物多样性危机并努力实现一系列发展目标，这些途径必须将其影响考虑在内社区和生态系统； 稳定气候应努力与维持地球生命支持系统保持一致。

实现符合 1.5 的电力系统所需的一些预测° C 气候目标的特点是全球水电容量翻倍，例如来自 国际能源署 (IEA) 和 国际可再生​​能源机构 （国际可再生​​能源署）。 虽然与风能和太阳能光伏等其他可再生能源（预计将增长 XNUMX 倍以上）相比，增长的比例要小一些，但全球水电容量翻番仍然代表着将影响世界河流的主要基础设施的急剧扩张——以及多样化的它们为社会和经济带来的好处来自为数亿人提供食物的淡水渔业，以减轻洪水和稳定的三角洲。

世界上最大的河流中只有三分之一保持自由流动 – 全球水电装机容量翻番将导致其中约一半的水电装机，而发电量将低于 2 年所需可再生能源发电量的 2050%.

几乎所有的新能源项目，包括风能和太阳能，都会造成一些负面影响，但主要生态系统类型的损失——大型、自由流动的河流——在这种规模上 将对人与自然进行重大权衡 在全球范围内。 因此，水电扩建需要特别仔细的规划和决策。 在这里，我研究了与评估水电有关的一些主要问题，包括经常被误解的问题。

小水电通常被认为是可持续的或低影响的， 但通常情况并非如此. 小水电的定义不一致（例如，一些国家将“小水电”归类为 50 兆瓦以下的任何项目），但通常归类为 10 兆瓦以下的项目。 由于这种规模的项目通常被认为对环境的影响较小，因此小型水电项目通常会获得奖励或补贴和/或从有限的环境审查中受益。 然而，小型水电大坝的扩散会造成相当大的累积影响。 此外，即使是在一个特别差的地方进行的小型项目也会造成惊人的巨大负面影响。

径流式水电也经常被认为具有有限的负面影响， 但对河流影响最大的一些水坝是径流式水坝. 径流水坝不会长时间蓄水； 流入项目的水量与流出项目的水量相同——至少每天如此。 然而，径流项目可以在一天内为“水峰”运行而储存，全天储存水，并在需求高峰的几个小时内释放。 这种运营模式会对下游河流生态系统造成重大负面影响。 由于径流式大坝没有大型蓄水池，它们不会对与大型蓄水池相关的人和河流造成一些重大影响，包括大规模的社区迁移和河流流动季节性模式的破坏。 但这些差异往往导致更广泛的概括，即径流项目不会对河流产生影响——或者 即使是径流式水力发电也不需要大坝. 虽然一些径流项目不包括横跨整个河道的大坝，但许多大型径流项目确实需要一个破坏河道的大坝（见下图）。 当一个项目的支持者指出它的河流状态是争辩说它的影响最小时，这种不恰当的概括变得特别成问题。 湄公河沙耶武里大坝的支持者采用了这种“仓促的概括”，该大坝对鱼类洄游和下游三角洲所需的沉积物捕集产生了重大影响。

虽然水电大坝的环境审查通常侧重于当地条件，但负面影响实际上甚至可以在距离大坝数百公里的地方表现出来。 当水电大坝阻碍洄游鱼类的运动时，它们会对整个流域的生态系统造成负面影响，包括大坝上游和下游。 而且由于洄游鱼类通常是淡水渔业最重要的贡献者之一，这会对人们产生负面影响，甚至对一些可能生活在离坝址数百公里的人来说也是如此。 水电大坝是主要贡献者 导致全球洄游鱼类的巨大损失， 自76以来下降了1970％，还有哥伦比亚河和湄公河等高调的例子。 第二个远距离影响是沉积物。 河流不仅仅是水的流动，​​它也是泥沙的流动，例如淤泥和沙子。 河流进入海洋时会沉积这些沉积物，形成三角洲。 三角洲对农业和渔业的生产力非常高，现在有超过 500 亿人生活在世界各地的三角洲，包括尼罗河、恒河、湄公河和长江。 然而，当河流进入水库时，水流会显着减慢，大部分沉积物会掉落并“困”在大坝后面。 水库现在捕获了全球每年沉积物流量的大约四分之一——淤泥和沙子，否则将有助于在面对侵蚀和海平面上升时维持三角洲。 一些重要的三角洲，如尼罗河，现在已经失去了 90% 以上的沉积物供应，并且正在下沉和缩小。 因此，水电大坝可能对大型流域的关键资源产生重大影响，包括 全球重要的粮食供应， 但是，水电项目的环境审查往往主要关注当地影响。

水坝周围的鱼道很少能减轻水坝对洄游鱼类的负面影响。 鱼道，例如鱼梯甚至升降机，是大坝的常见缓解要求。 鱼道最初是在具有强大游泳和跳跃鱼类（如鲑鱼）的河流上开发的，但现在正在向大型热带河流（如湄公河或亚马逊河的支流）上的水坝添加通道结构，尽管数据非常有限或这些河流中鱼道如何运作的例子。 一个 2012 年对所有关于鱼类通过性能的同行评审研究的回顾 发现鱼道对鲑鱼的效果要好于其他类型的鱼； 平均而言，结构有 62% 的成功率让鲑鱼逆流而上。 这个数字可能看起来很高，但大多数鱼必须连续通过多个水坝； 即使每座水坝的成功率相对较高（62%），也只有不到四分之一的鲑鱼能成功通过三座水坝。 对于非鲑鱼，成功率为 21%——即使只有两个水坝，也只有 4% 的洄游鱼类会成功（见下文）。 此外，大多数鱼类也需要下游洄游，至少对于幼鱼或幼鱼而言，下游通过率往往更低。

水电不再是成本最低的可再生能源发电技术。 在过去的几十年里，风能的成本下降了大约三分之一，太阳能的成本下降了 90%——而且这些成本的降低似乎会继续下去。 同时， 过去十年，水电的平均成本有所增加，陆上风电现已成为可再生能源中平均成本最低的. 虽然其平均成本仍略高于水电，但现在的太阳能项目 持续创造最低成本能源项目的记录.

在大型基础设施项目中，水电的延误和成本超支频率确实最高。 安永的一项研究发现，80% 的水电项目经历了成本超支，平均超支率为 60%。 这两个比例都是他们研究的大型基础设施项目类型中最高的，包括化石和核电站、水利项目和海上风电项目。 该研究还发现，60% 的水电项目出现平均延迟近三年的延误，只有平均延误时间稍长的煤炭项目超过。

水电可以提供稳定的能源生产或储存，以支持风能和太阳能等可变可再生能源……

风能和太阳能已经是每年新增的主要发电形式，并且预测设想低碳电网，其中风能和太阳能是主要的发电形式。 但 稳定的电网需要的不仅仅是风能和太阳能，它们还需要一些稳固的发电组合 和存储将在这些资源的可用性下降期间（从几分钟到几周）平衡网格。 在许多电网中，水电是可以提供稳定能源的技术之一。 一种水电——抽水蓄能水电（PSH）——目前是电网公用事业规模存储的主要形式（约 95%）。 在 PSH 项目中，当电力充足时，水被抽上山并储存在上部水库中。 当需要电力时，水会向下流回较低的水库，为电网发电。

…但这些服务通常可以在不进一步损失自由流动的河流的情况下提供。 以电网扩建方案为重点的研究表明，各国通常可以通过低碳方案来满足未来的电力需求，避免在自由流动的河流上建造新水坝，要么通过 加大风能和太阳能投资以替代水电 有很大的负面影响或通过 新水电的精心选址 这避免了在主要自由流动的河流或保护区内开发大坝。 此外，抽水蓄能项目的两个水库可以建在远离河流的地方，并在它们之间来回循环水。 澳大利亚国立大学的研究人员绘制了地图 世界各地的530,000地点 具有适当的地形以支持通道外抽水蓄能，只需一小部分即可为世界各地以可再生能源为主的电网提供足够的存储。 现有的水库或其他特征，例如 废弃的矿坑 也可用于抽水蓄能工程。

并非所有符合气候目标的全球情景都包括水电翻番。 虽然，模拟未来电力系统如何与气候目标保持一致的几个著名组织（例如，IEA 和 IRENA）包括将全球水电容量增加一倍，但并非所有此类情景都如此。 例如，虽然 IEA 和 IRENA 模型包括到 1200 年至少 2050 吉瓦的新水电容量，但政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 使用的情景与 1.5° C 目标，其中约四分之一包括不到 500 吉瓦的新水电。 同样， 一个地球气候模型，也与 1.5 一致° C 目标，到 300 年仅包括约 2050 吉瓦的新水电。

无需新水坝即可扩大水力发电 电力系统可以增加水力发电 在不增加新水电大坝的情况下，主要有两种方式：(1) 用现代涡轮机和其他设备改造现有水电项目； (2) 在无动力水坝中增加涡轮机。 一个 美国能源部研究 发现，在适当的财政激励措施下，这两种方法可以为美国水电船队增加 11 吉瓦的水电，比目前的容量增加 14%。 如果世界其他国家也有类似的潜力，那将占全球水电新增装机容量的一半以上。 一个地球气候模型 到 2050 年。此外，在水电大坝后面的水库中增加“浮动太阳能”项目，仅覆盖其表面的 10%，可以增加 新增产能 4,000 吉瓦，能够产生大约两倍于当今所有水力发电所产生的电力。

水电易受气候变化影响，强调多元化电网的价值。 我是 一项研究的主要作者 研究发现，到 2050 年，全球 61% 的水电大坝将位于干旱、洪水或两者兼有的高风险或极端风险的流域。 到 2050 年，由于气候变化，五分之一的现有水电大坝将位于洪水风险高的地区，而目前这一比例为 1 分之一。 一个 留学 自然气候变化 预测到本世纪中叶，由于气候驱动的水文变化，全球多达四分之三的水电项目将减少发电量。 高度依赖水电的国家容易受到干旱的影响，在许多地区，这种风险将会增加。 例如，水电为赞比亚和 2016 年南部非洲的干旱提供了几乎所有的电力 导致赞比亚全国发电量下降 40%，造成巨大的经济破坏和损失。 这种脆弱性强调了电网内多样化发电来源的价值。

水电并不总是有争议的，可以找到共同点。 虽然保护组织和水电部门经常存在有争议的关系，但可以找到共同点。 例如，在美国，包括国家水电协会 (NHA) 在内的水电部门代表和几个保护组织组成了“不寻常的水电对话”（完全披露：在这次对话中，我代表我的组织——美国世界自然基金会）。 罕见对话的参与者一致认为，水电在可持续能源的未来中发挥着关键作用，美国河流的保护和恢复应该是优先事项。 罕见对话参与者支持符合共同愿景的立法，去年签署成为法律的基础设施法案包括 2.3 亿美元用于在不增加新水坝的情况下增加水电容量 （通过改造和为无动力水坝供电) 以及拆除老化的水坝以恢复河流和改善公共安全。