Energia wodna: Czy przepływ rzek wystarczy, by zasilić świat?

18 minute read

Zaktualizowano Sun Jun 20 2021

Woda na Ziemi jest w ciągłym ruchu: lejący deszcz, płynące rzeki, topniejące lodowce. Cały ten ruch stwarza ogromne możliwości pozyskiwania energii.

Ziemka z parasolką

Jak możemy zamienić ruch wody w energię

Hydroelektrownie (HEP) z zaporami wodnymi wykorzystują energię rzek do wytwarzania energii elektrycznej.

Ile procent całej współczesnej energii odnawialnej pochodzi z energii wodnej?


Energia hydroelektryczna nie jest może tak popularna jak energia wiatrowa i słoneczna, ale obecnie jest zdecydowanie największym źródłem (60%) odnawialnej energii elektrycznej. Odpowiada ona również za około 16% naszej całkowitej produkcji energii elektrycznej.

Wytwarzanie energii z nowoczesnych źródeł odnawialnych (nie obejmuje „tradycyjnych biopaliw", takich jak drewno)

Ponieważ energia wodna jest tak szeroko stosowana, powinniśmy dokładnie rozważyć wszelkie szkody, jakie może wyrządzać. Ale najpierw przyjrzymy się, jak działa.

Jak działa HEP?

Większość energii wodnej na świecie pozyskuje się poprzez budowę dużych zapór.

W jakiej formie energia jest magazynowana w tych zaporach?


Jak działa energia wodna

Kiedy chcemy wykorzystać tę energię, otwieramy małą bramę w tamie, aby przepuścić wodę. Woda wpada przez kanał i obraca turbinę, która napędza generator wytwarzający energię elektryczną (podobnie jak turbiny wiatrowe). Cały proces wygląda tak:

Wytwarzanie energii hydroelektrycznej

Z grubsza rzecz biorąc, jeden metr sześcienny wody spadający co sekundę o jeden metr może wytworzyć 10 kW mocy (w idealnie wydajnym systemie).

Dlaczego używamy tak dużo energii hydroelektrycznej?

Istnieje wiele powodów, aby sądzić, że energia hydroelektryczna jest świetna:

  • prawie zawsze emituje mniej gazów cieplarniach niż spalanie paliw kopalnych (więcej o tym później)
  • jest to zasób odnawialny, co oznacza, że nigdy go nam nie zabraknie (tak długo, jak rzeki będą płynąć)
  • zbiorniki zaporowe mają niezliczoną ilość innych zastosowań poza magazynowaniem energii

Najważniejszą zaletą energii wodnej jest to, że pozwala nam ona magazynować produkowaną przez nią energię.

Podczas gdy energia słoneczna i wiatrowa są świetne w produkcji energii o niskiej emisji dwutlenku węgla, są one całkiem bezużyteczne, gdy nie świeci słońce lub nie wieje wiatr. Mamy dużo większą kontrolę nad energią hydroelektryczną, ponieważ magazynujemy energię w zaporach i wytwarzamy z niej prąd, kiedy tylko chcemy, bez konieczności czekania na zmianę pogody!.

Energia wodna może być również tania. Ponieważ nie wymaga żadnych surowców do działania, koszty operacyjne są niskie. Budowa zapór jest zazwyczaj droga, ale zwykle działają one dłużej niż farmy wiatrowe lub fotowoltaiczne. Ogólnie rzecz biorąc, są tanie:

Koszt różnych źródeł energii

Jak dotąd, energia hydroelektryczna brzmi idealnie. Istnieje jednak kilka poważnych wad, które sprawiają, że energetyka wodna staje się o wiele bardziej problematyczna.

Jak myślisz, co to za wady?


Wszystkie te zmiany składają się na całkiem poważne szkody ekologiczne. Przyjrzyjmy się im po kolei...

Użytkowanie gruntów

Większość naszej produkcji energii wodnej wymaga zalania dużej ilości terenów. Stany Zjednoczone mogłyby produkować taką samą ilość energii z fotowoltaiki, wykorzystując tylko 13% swojej powierzchni!.

Zalewanie terenów w celu budowy zbiorników zaporowych jest złe z wielu powodów. Na przykład: lokalna dzika przyroda może zostać zniszczona, wioski są często zalewane, a ludzie muszą się przeprowadzać. Ale zalewanie terenów ma też przykre skutki dla klimatu:

Jak myślisz, jak zalewanie terenów wpływa na klimat?


Kiedy zalewamy teren, mikroorganizmy znajdujące się w wodzie powoli rozkładają zalane rośliny, uwalniając metan.

Te emisje nie występują tylko przy pierwszym zalaniu zapory. Osad (luźny materiał, taki jak piasek) i materia organiczna naturalnie płyną w dół rzek, ale zostają uwięzione na dnie zapór. Tam stale uwalniają metan przez cały okres eksploatacji zapory.

Zbiorniki mają również tendencję do zwiększania i zmniejszania głębokości w większym stopniu niż naturalne jeziora. To zalewanie i ponowne zalewanie oznacza, że rośliny na brzegu rosną i umierają wielokrotnie, co dodatkowo zwiększa emisję metanu.

Emisje z zalanych zbiorników

Według jednego z szacunków zbiorniki są odpowiedzialne za 1,3% wszystkich emisji gazów cieplarnianych z działalności człowieka - tyle, co cała Kanada!

Mimo to, energia hydroelektryczna prawie zawsze uwalnia znacznie mniej gazów cieplarnianych niż paliwa kopalne (choć zależy to od miejsca budowy zapory). Emisje są szczególnie wysokie, gdy zalewane są lasy bogate w węgiel.

Co możemy zrobić, aby ograniczyć emisje gazów cieplarnianych z energii hydroelektrycznej?


Gdybyśmy dokładnie zaplanowali, gdzie budujemy zapory, moglibyśmy znacznie zmniejszyć ilość uwalnianego przez nie metanu. Ale, niestety, uwalnianie metanu to tylko część problemu…

Jak zapory wpływają na dziką faunę i florę?

Wiele gatunków ryb wędruje w górę rzeki, aby złożyć ikrę. Zapory często sprawiają, że ta podróż staje się bardzo niebezpieczna lub wręcz niemożliwa.

Przepławki pozwalają rybom „przeskoczyć” zaporę, ale są tylko częściowo skuteczne (szczególnie na bardziej stromych zaporach). W niektórych miejscach sytuacja jest tak zła, że lokalne agencje ochrony środowiska muszą transportować ryby ciężarówkami w górę i w dół rzeki!

Przepławki

Woda wypływająca z zapór pochodzi z dna zbiornika. Dlaczego jest to problem?


Gdy pozostawiamy wodę w zbiornikach, zimniejsza woda z mniejszą ilością tlenu opada na dno. Kiedy ją wypuszczamy, warunki w dole rzeki bardzo się zmieniają, utrudniając przetrwanie roślinom i zwierzętom.

Pamiętasz, jak mówiliśmy, że zapory zatrzymują osady w rzece? Osady te dostarczają składników odżywczych dla wielu gatunków, więc kiedy zostają uwięzione w górze rzeki, żywe organizmy w dole rzeki z trudem rosną.

Czy możemy ulepszyć energię wodną?

W przeciwieństwie do innych odnawialnych źródeł energii zapory wodne są uważane za dojrzałą technologię, co oznacza, że pole do ulepszeń jest ograniczone. Dlatego jest mało prawdopodobne, że innowacje technologiczne radykalnie zwiększą ilość energii, jaką zapory mogą produkować.

Co jeszcze moglibyśmy zrobić?

Surfująca Ziemka

Istnieje kilka kreatywnych pomysłów na to, jak możemy wykorzystać energię fal i pływów morskich. Ten naturalny ruch wody może wydawać się dobrą okazją, ale do tej pory nie znaleźliśmy sposobu, aby uczynić go opłacalnym komercyjnie. Dzieje się tak z kilku powodów. Na przykład energia pływów jest obecnie opłacalna tylko w kilku miejscach, gdzie pływy są silne. Podobnie najwięcej energii z fal uzyskuje się na najbardziej wzburzonych morzach, ale morza te powodują również najwięcej szkód, więc urządzenia szybko się tam niszczą.

Podsumowanie

Na pierwszy rzut oka energia wodna wydaje się idealna: jest tania, niskoemisyjna i umożliwia magazynowanie energii. Jednak koszty społeczne i środowiskowe, o których mówiliśmy, sprawiają, że wybór ten staje się dużo bardziej skomplikowany.

Ponadto zmiany klimatyczne i susze mogą powodować wysychanie zbiorników, zmniejszając możliwości energii hydroelektrycznej w wielu częściach globu.

W odpowiedzi na to wszystko rozwój energetyki hydroelektrycznej zwolnił w bogatych krajach, które nie mają już rzek do budowania zapór i mogą sobie pozwolić na inne odnawialne źródła energii. Ale w krajach rozwijających się nadal buduje się duże zapory wodne. Jednak w miarę jak sieci energetyczne będą stawać się coraz bardziej zależne od energii wiatrowej i słonecznej, zapotrzebowanie na możliwość magazynowania energii prawdopodobnie wzrośnie, co może spowodować wzrost zainteresowania energią hydroelektryczną.

W kolejnych rozdziałach przyjrzymy się bliżej temu, dlaczego potrzebujemy tych wszystkich magazynów i jak je uzyskać bez budowania wielkich zapór wodnych.

Następny rozdział