Kraje rozwijające się planują dramatycznie rozszerzyć produkcję energii hydroelektrycznej w ich rozpaczliwym zapotrzebowaniu na energię elektryczną i nawadnianie. Jest to również strategiczna decyzja, aby wykorzystać własne zasoby. Drugie miejsce po energii jądrowej w zapewnianiu niskowęglowej, długoterminowej i niezawodnej generacji obciążenia podstawowego, hydroenergetyka jest doskonałym sposobem na zwiększenie produkcji energii bez zastawiania przyszłości swojego kraju na dostawy paliw kopalnych z innego kraju.
Ponad sześćset zapór hydroelektrycznych jest obecnie w budowie, a ponad 3000 jest planowanych w najbliższej przyszłości. Większość z tych miejsc znajduje się w Azji i Ameryce Łacińskiej (Vox.com). Podwoiłoby to ilość energii wodnej na świecie (patrz rysunek poniżej).
Ta ilość energii wodnej będzie wymagać około 3 trylionów dolarów inwestycji i wyprodukuje około 60 trylionów kWhs energii elektrycznej do połowy wieku. Zapewniłoby to wodę do nawadniania i moc wystarczającą do wydobycia prawie miliarda ludzi ze skrajnego ubóstwa. A taka ilość energii wodnej pozwoliłaby uniknąć emisji 50 miliardów ton dwutlenku węgla do atmosfery.
Kto by tego nie pokochał?
Kraje rozwijające się planują radykalnie rozszerzyć produkcję energii wodnej w związku z ich… rozpaczliwym zapotrzebowaniem na energię elektryczną i nawadnianie, a także jako strategiczną decyzję o wykorzystaniu własnych zasobów w celu zapewnienia niskoemisyjnego, długoterminowego i niezawodnego wytwarzania obciążenia podstawowego. Ale istnieją ukryte koszty dla planety i wielu obywateli, które muszą zostać złagodzone. W przeciwnym razie czekają nas kolejne niezamierzone konsekwencje. Zapora McNary na rzece Columbia na granicy Waszyngtonu i Oregonu. Źródło: DOE EERE
Ale jest też druga strona tej historii. Dramatyczna ekspansja energetyki wodnej, zwłaszcza w regionach tropikalnych, gdzie znajduje się wiele z tych krajów rozwijających się, będzie miała również dramatyczny wpływ na ekosystemy rzeczne. Pojawiają się nawet pytania o niskoemisyjne aspekty energii wodnej, choć są one przesadzone.
Poszukiwanie taniej energii może spowodować zaporę dla większości ważnych rzek na tej planecie.
Zapory hydroelektryczne mogą zaszkodzić gatunkom ryb rzecznych, z których większość jest już zagrożona lub zagrożona. W rzeczywistości, ryby słodkowodne są jednym z najbardziej zagrożonych grup kręgowców na Ziemi. Utrata tych ryb, nawet lokalnie, może zaszkodzić społeczeństwom i gospodarkom, które są zależne od rzeki. Ponieważ większość z tych społeczeństw jest również biedna i doświadcza szybkiego wzrostu populacji, staje się to podwójnym szokiem.
Top: Ponad sześćset dużych tam hydroelektrycznych jest obecnie w budowie (niebieskie kropki – 17%) … i ponad 3000 są planowane na najbliższą przyszłość (czerwone kropki – 83%), głównie w Azji i Ameryce Łacińskiej. Taki rozwój energetyki wodnej zapewniłby wystarczającą ilość wody do nawadniania i energii elektrycznej, aby wydobyć prawie miliard ludzi ze skrajnego ubóstwa, a także pozwoliłby uniknąć emisji 50 miliardów ton dwutlenku węgla do połowy stulecia. Zauważmy, że żaden z nich nie jest planowany w Stanach Zjednoczonych lub Europie Zachodniej, gdzie znajduje się większość istniejących elektrowni. Na dole: Istniejące zapory hydroelektryczne. Źródło: Christiane Zarfl et al, Aquatic Sciences (DOI: 10.1007/s00027-014-0377-0)
Podczas początkowego podejścia ryb do zapory wodnej ciśnienie wzrasta w pogłębiającej się wodzie za zaporą. Ryby wpływają wtedy do rury zanurzeniowej lub przepływają pod bramką, gdzie następuje gwałtowna dekompresja i wyrzut wody. Prędkość często przekracza prędkość, z jaką ryby mogą kontrolować własne pływanie, rzucając nimi i uderzając o przedmioty, ściany lub inne ryby. W końcu ryba dostaje się do rzeki poniżej tamy, gdzie silne wiry i gwałtowne mieszanie się różnych wód powoduje naprężenia ścinające, które mogą oderwać łuski i płetwy lub spowodować śmierć.
Krzywda fizyczna wynikająca z gwałtownych zmian ciśnienia określana jest mianem urazu barometrycznego lub barotraumy (patrz rysunek barotraumy poniżej). Gwałtowna dekompresja może spowodować wyrwanie narządów wewnętrznych, takich jak jelita, przełyk, żołądek i pęcherze pławne. Ich oczy mogą wyskoczyć.
Pomyśl o barotraumie Arnolda Schwarzeneggera na końcu Total Recall, kiedy został wyrzucony na powierzchnię Marsa, aby umrzeć z powodu dekompresji w jego cienkiej atmosferze.
Urazy poniesione przez ryby przechodzące hydroelektryczne zapory obejmują bycie uderzony o obiekty w … gwałtowne wody i barotrauma – ciśnienie spowodowane szkody, takie jak wyciąganie część ryb wnętrzności na zewnątrz, widziane tutaj jako emboli (pęcherzyki) w oku młodego łososia Chinook jak jego oczy wyskoczyły. Przy gwałtownej dekompresji pęcherz pławny ryby, używany do utrzymania pływalności, może pęknąć, a gaz może dostać się do organów, tkanek, a w tym przypadku do oka. Credit: PNNL Ecology Group
O nasileniu tych szkodliwych skutków decydują:
– głowa robocza lub różnica wysokości wód przed, i za tamą
– projekt elektrowni
– hydrologia terenu
– indywidualna tolerancja każdego gatunku ryb
Znajomość tych efektów powinna pozwolić nam na projektowanie lepszych zapór wodnych przyjaznych dla ryb. Temat ten jest obecnie poważnie badany.
Richard Brown i współpracownicy z Pacific Northwest National Laboratory badają dokładnie barotraumę. Brown zauważa, że pęcherze pławne są szczególnie częstym narządem docelowym, ponieważ znajduje się w nich dużo powietrza. A większość ryb ma pęcherze pławne. Dwa z niewielu wyjątków są minogi i hagfish.
Gatunki takie jak łosoś mają jeden reprodukcyjny epizod w rzece przed śmiercią. Tak więc jedynym etapem życia, na który może mieć wpływ przejście w dół rzeki, jest młody łosoś. Inne ryby, takie jak pstrąg, przechodzą przez turbiny więcej niż raz, ponieważ migrują z powrotem do oceanu po tarle i poruszają się tam i z powrotem w rzece.
Inny problem, według Brown et al, 2014, obejmuje duże rzeki zalewowe w Azji Południowo-Wschodniej, Ameryce Południowej i Australii, gdzie dryfowanie ikry i larw jest powszechną częścią życia wielu ryb i zwiększa prawdopodobieństwo napotkania zapór. Nawet w Ameryce Północnej, ikra, larwy i małe osobniki jesiotra mogą dryfować na duże odległości, a ich kruchość czyni je bardzo podatnymi na barotraumę.
„Zrozumienie ekologii i czasu dryfu larw, jak również czasu pierwszego napełnienia pęcherza pławnego w życiu ryby, będzie kluczowe w zrozumieniu ich podatności na barotraumę.”
Znajomość hydrauliki tam i biologii, cykli życiowych i rozwoju młodych ryb, pozwoli na lepsze projekty tam hydroelektrycznych. Turbiny mogą być modyfikowane w celu uniknięcia gwałtownych, dużych zmian ciśnienia. Pozwoli to również na zmniejszenie zużycia samych turbin. Alternatywne trasy przez system przez ryby, bez przekierowania dużo wody, pozwoli rybom lepiej przetrwać ten gauntlet.
Ale opcje łagodzące są drogie. I nie wiadomo, czy kraje rozwijające się mogą sobie na nie pozwolić lub zdecydują się je wdrożyć. Wzdłuż naszej rzeki Columbia, tutaj w północno-zachodniej części Pacyfiku, od 1950 roku wydano ponad 7 miliardów dolarów na wysiłki mające na celu ratowanie gatunków łososia poprzez wzmocnienie zasobów, budowę przepławek, takich jak drabinki lub stopnie, ekranowanie przekierowań nawadniania, odbudowę siedlisk i zapewnienie przejścia w dół rzeki. Mimo to, nadal polegamy na produkcji wylęgarni wzdłuż rzeki, aby uratować te gatunki przed wyginięciem.
Jednakże obecne rozwiązania w Stanach Zjednoczonych zostały opracowane głównie dla łososia, i mogą nie przenieść się dobrze do różnych gatunków słodkowodnych w różnych miejscach na świecie.
Tamy w regionach tropikalnych stanowią inne wyzwanie niż strefy umiarkowane. Ryby w wielu tropikalnych rzekach zalewowych są przystosowane do nadzwyczajnych zmian między porami mokrymi i suchymi. Reprodukcja i wzrost są zoptymalizowane podczas pory mokrej, kiedy ogromne przepływy wody generują tarło, żłobki i siedliska do żerowania zarówno dla dorosłych jak i młodych ryb.
Podczas pory suchej, całkowite wyschnięcie lub wygenerowanie serii basenów schronienia utrudnia znalezienie siedlisk nadających się do przeżycia. W obu przypadkach, wysoka łączność siedlisk jest krytyczna, aby umożliwić swobodne przemieszczanie się ryb w obrębie i pomiędzy siedliskami rzecznymi i zalewowymi.
Łatwo sobie wyobrazić trudności w zaprojektowaniu tamy hydroelektrycznej w tych ekosystemach, która może zachować prawidłowe sezonowe warunki mokre i suche i działać przy jednoczesnym umożliwieniu swobodnego przemieszczania się pomiędzy różnymi siedliskami.
W związku z tym konieczne jest, abyśmy w rozwiniętym świecie pomogli edukować te rządy, które chcą budować tamy hydroelektryczne i zapewnić nowe projekty przyjazne dla ryb, które, jeśli zostaną przyjęte, przyjdą z zachętami ekonomicznymi od Banku Światowego i Organizacji Narodów Zjednoczonych.
Jeśli świat ma podwoić swoją produkcję wodną, lepiej uczynić ją bezpieczną. I możemy.
W przeciwnym razie, koszty dla planety i jej mieszkańców mogą być większe niż możemy sobie pozwolić.
Post-post notatka: Papier opublikowany właśnie dziś w American Institute of Physics’ Review of Scientific Instruments, opisuje syntetyczną rybę, Sensor Fish, że jest małe urządzenie rurowe wypełnione czujnikami, które analizują fizyczne stresy ryb doświadczają podczas tego gauntlet przez zapory hydroelektryczne i dostarczy danych niezbędnych do projektowania bardziej przyjaznych dla ryb tam.
.