Merancang Laluan Positif Alam Semula Jadi Ke Masa Depan Tenaga Mampan

Persidangan Perubahan Iklim PBB (COP27) yang semakin hampir, yang akan diadakan di Mesir pada bulan November, menumpukan perhatian kepada laluan yang diperlukan untuk mencapai sasaran iklim global. Penyahkarbonan ekonomi yang cepat adalah penting untuk menstabilkan iklim, termasuk mencapai sistem kuasa sifar bersih menjelang 2050. Tetapi dengan dunia juga menghadapi krisis alam semula jadi/kepelbagaian biologi dan berusaha untuk mencapai satu set matlamat pembangunan, laluan ini mesti mengambil kira kesannya terhadap komuniti dan ekosistem; menstabilkan iklim harus berusaha untuk konsisten dengan mengekalkan sistem sokongan hidup Bumi.

Beberapa unjuran untuk apa yang diperlukan untuk mencapai sistem kuasa selaras dengan 1.5° Sasaran iklim C menampilkan penggandaan kapasiti kuasa hidro global, seperti daripada Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA) dan Agensi Tenaga Diperbaharui Antarabangsa (IRENA). Walaupun itu adalah peningkatan berkadar yang lebih kecil daripada tenaga boleh diperbaharui lain seperti PV angin dan suria, yang diunjurkan meningkat lebih daripada dua puluh kali ganda, namun penggandaan kapasiti kuasa hidro global mewakili pengembangan dramatik infrastruktur utama yang akan menjejaskan sungai-sungai dunia – dan kepelbagaian faedah yang mereka berikan kepada masyarakat dan ekonomi daripada perikanan air tawar yang memberi makan ratusan juta kepada tebatan banjir dan delta yang stabil.

Hanya satu pertiga daripada sungai terbesar di dunia kekal mengalir bebas – dan penggandaan kapasiti kuasa hidro global akan mengakibatkan pembendungan kira-kira separuh daripadanya, sambil menjana kurang daripada 2% daripada penjanaan boleh diperbaharui yang diperlukan pada tahun 2050.

Hampir semua projek tenaga baharu, termasuk angin dan suria, akan menyebabkan beberapa kesan negatif, tetapi kehilangan jenis ekosistem utama—sungai yang besar dan mengalir bebas—pada skala itu akan mempunyai pertukaran besar untuk manusia dan alam semula jadi di peringkat global. Oleh itu, pengembangan kuasa hidro memerlukan perancangan dan membuat keputusan yang berhati-hati. Di sini, saya meneliti beberapa isu utama yang relevan untuk menilai kuasa hidro, termasuk isu yang sering disalah ertikan.

Kuasa hidro yang kecil sering diandaikan sebagai mampan atau impak rendah, tetapi selalunya tidak begitu. Tenaga hidro kecil tidak ditakrifkan secara konsisten (cth, sesetengah negara mengklasifikasikan 'kuasa hidro kecil' sebagai apa-apa sehingga 50 MW) tetapi selalunya dikategorikan sebagai projek di bawah 10 MW. Oleh kerana projek sebesar itu sering diandaikan mempunyai kesan kecil terhadap alam sekitar, projek kuasa hidro kecil sering menerima insentif atau subsidi dan/atau mendapat manfaat daripada kajian semula alam sekitar yang terhad. Walau bagaimanapun, percambahan empangan kuasa hidro kecil boleh menyebabkan kesan kumulatif yang besar. Tambahan pula, walaupun projek kecil di lokasi yang sangat buruk boleh menyebabkan kesan negatif yang sangat besar.

Kuasa hidro larian sungai juga sering ditunjukkan sebagai mempunyai kesan negatif yang terhad, tetapi beberapa empangan yang mempunyai kesan paling tinggi terhadap sungai adalah empangan larian sungai. Empangan larian sungai tidak menyimpan air untuk jangka masa yang lama; jumlah air yang mengalir ke dalam projek adalah sama dengan jumlah yang mengalir keluar daripada projek – sekurang-kurangnya setiap hari. Walau bagaimanapun, projek larian sungai boleh disimpan dalam masa sehari apabila ia beroperasi untuk "hydropeaking", menyimpan air sepanjang hari dan melepaskannya semasa beberapa jam permintaan puncak. Cara operasi ini boleh menyebabkan kesan negatif yang besar terhadap ekosistem sungai hiliran. Oleh kerana empangan larian sungai tidak mempunyai takungan simpanan yang besar, ia tidak menyebabkan beberapa kesan utama kepada manusia dan sungai yang dikaitkan dengan takungan simpanan yang besar, termasuk anjakan besar-besaran komuniti dan gangguan kepada corak aliran sungai bermusim. Tetapi perbezaan ini terlalu kerap membawa kepada generalisasi yang lebih meluas bahawa projek larian sungai tidak mempunyai kesan ke atas sungai - atau walaupun kuasa hidro larian sungai itu tidak memerlukan empangan. Walaupun sesetengah projek larian sungai tidak termasuk empangan merentasi keseluruhan saluran, banyak projek larian sungai yang besar memerlukan empangan yang memecah saluran sungai (lihat foto di bawah). Pengitlakan yang tidak sesuai ini menjadi sangat bermasalah apabila penyokong sesuatu projek menunjukkan status aliran sungainya sebagai singkatan kerana berhujah bahawa ia akan mempunyai kesan yang minimum. "Pengertian tergesa-gesa" itu digunakan oleh penyokong Empangan Xayaboury di Sungai Mekong, yang mempunyai kesan besar terhadap penghijrahan ikan dan penangkapan sedimen yang diperlukan oleh delta hiliran.

Walaupun kajian semula alam sekitar empangan kuasa hidro sering memberi tumpuan kepada keadaan tempatan, kesan negatif sebenarnya boleh nyata walaupun ratusan kilometer jauhnya dari empangan. Apabila empangan kuasa hidro menghalang pergerakan ikan yang berhijrah, ia boleh menyebabkan kesan negatif ke atas ekosistem merentasi seluruh lembangan sungai, kedua-dua hulu dan hilir empangan. Dan kerana ikan migrasi selalunya merupakan antara penyumbang terpenting kepada perikanan air tawar, ini diterjemahkan kepada kesan negatif kepada orang ramai, malah sesetengah yang mungkin tinggal ratusan kilometer dari tapak empangan. Empangan kuasa hidro telah menjadi penyumbang utama kepada kehilangan global dramatik ikan migrasi, yang telah menurun sebanyak 76% sejak 1970, dengan contoh berprofil tinggi seperti sungai Columbia dan Mekong. Kesan jarak jauh kedua ialah sedimen. Sungai adalah lebih daripada aliran air, ia juga aliran sedimen, seperti kelodak dan pasir. Sungai memendapkan sedimen ini apabila mereka memasuki lautan, mewujudkan delta. Delta boleh menjadi sangat produktif—untuk kedua-dua pertanian dan perikanan—dan lebih daripada 500 juta orang kini tinggal di delta di seluruh dunia, termasuk delta di Sungai Nil, Gangga, Mekong dan Yangtze. Walau bagaimanapun, apabila sungai memasuki takungan, arus menjadi perlahan, dan banyak sedimen jatuh dan "terperangkap" di belakang empangan. Takungan kini menangkap kira-kira satu perempat daripada fluks tahunan sedimen global—kelodak dan pasir yang sebaliknya akan membantu mengekalkan delta dalam menghadapi hakisan dan kenaikan paras laut. Beberapa delta utama, seperti Sungai Nil, kini telah kehilangan lebih daripada 90% bekalan sedimen mereka dan kini tenggelam dan mengecut. Oleh itu, empangan kuasa hidro boleh memberi kesan besar ke atas sumber utama merentasi lembangan sungai yang besar, termasuk bekalan makanan yang penting di peringkat global, tetapi, terlalu kerap, kajian semula alam sekitar projek kuasa hidro tertumpu terutamanya pada kesan tempatan.

Laluan ikan di sekitar empangan jarang mengurangkan kesan negatif empangan terhadap ikan yang berhijrah. Laluan ikan, seperti tangga ikan atau lif, adalah keperluan mitigasi biasa untuk empangan. Laluan ikan pada asalnya dibangunkan di sungai yang mempunyai spesies ikan berenang dan melompat yang kuat, seperti salmon, tetapi struktur laluan kini ditambah ke empangan di sungai tropika yang besar-seperti Mekong atau anak sungai ke Amazon-walaupun terdapat data yang sangat terhad atau contoh cara laluan ikan berfungsi di sungai-sungai ini. A 2012 semakan semua kajian semakan rakan sebaya mengenai prestasi laluan ikan mendapati bahawa laluan ikan berfungsi jauh lebih baik untuk salmon daripada jenis ikan lain; secara purata, struktur mempunyai kadar kejayaan 62% untuk salmon berenang di hulu. Jumlah itu mungkin kelihatan tinggi, tetapi kebanyakan ikan mesti menavigasi berbilang empangan berturut-turut; walaupun dengan kadar kejayaan yang agak tinggi sebanyak 62% di setiap empangan, kurang daripada satu perempat salmon akan berjaya melepasi tiga empangan. Bagi bukan salmon, kadar kejayaan ialah 21% – walaupun dengan hanya dua empangan, hanya 4% ikan yang berhijrah akan berjaya (lihat di bawah). Selanjutnya, kebanyakan ikan juga memerlukan penghijrahan hiliran, sekurang-kurangnya untuk larva atau ikan juvana, dan kadar laluan hiliran selalunya lebih rendah.

Tenaga hidro bukan lagi teknologi penjanaan boleh diperbaharui kos terendah. Dalam dekad yang lalu, kos angin telah menurun kira-kira satu pertiga dan kos solar telah menurun sebanyak 90% - dan pengurangan kos ini nampaknya akan berterusan. Sementara itu, kos purata tenaga hidro telah meningkat sedikit sepanjang dekad yang lalu, sehingga angin darat kini telah menjadi kos purata terendah di kalangan tenaga boleh diperbaharui. Walaupun kos puratanya masih lebih tinggi sedikit daripada kuasa hidro, projek solar kini secara konsisten menetapkan rekod untuk projek tenaga kos terendah.

Tenaga hidro mempunyai kekerapan kelewatan dan overrun kos yang paling tinggi di kalangan projek infrastruktur besar. Kajian oleh EY mendapati bahawa 80 peratus projek kuasa hidro mengalami overrun kos dengan purata overrun sebanyak 60 peratus. Kedua-dua perkadaran ini adalah yang tertinggi antara jenis projek infrastruktur besar dalam kajian mereka, termasuk loji kuasa fosil dan nuklear, projek air dan projek angin luar pesisir. Kajian itu juga mendapati bahawa 60 peratus projek kuasa hidro mengalami kelewatan dengan purata kelewatan hampir tiga tahun, melebihi hanya oleh projek arang batu yang mempunyai kelewatan purata lebih lama.

Tenaga hidro boleh membekalkan penjanaan atau penyimpanan tenaga yang kukuh untuk menyokong pembolehubah boleh diperbaharui seperti angin dan solar….

Angin dan solar sudah pun menjadi bentuk utama generasi baharu yang ditambah setiap tahun dan ramalan membayangkan grid karbon rendah di mana angin dan suria merupakan bentuk penjanaan yang dominan. Tetapi grid yang stabil memerlukan lebih daripada angin dan suria, ia juga memerlukan beberapa kombinasi penjanaan firma dan storan yang akan mengimbangi grid sepanjang tempoh—dari minit hingga minggu—apabila ketersediaan sumber tersebut berkurangan. Dalam kebanyakan grid, kuasa hidro adalah antara teknologi yang boleh memberikan tenaga yang kukuh. Satu jenis kuasa hidro—tenaga hidro simpanan (PSH) yang dipam—pada masa ini merupakan bentuk dominan storan skala utiliti pada grid (kira-kira 95%). Dalam projek PSH, air dipam ke atas bukit apabila kuasa banyak dan disimpan di dalam takungan atas. Apabila kuasa diperlukan, air mengalir kembali menuruni bukit ke takungan bawah, menjana elektrik untuk grid.

…tetapi perkhidmatan ini selalunya boleh disediakan tanpa kehilangan sungai yang mengalir bebas. Penyelidikan yang tertumpu pada pilihan untuk pengembangan grid telah menunjukkan bahawa negara selalunya boleh memenuhi permintaan masa depan untuk elektrik dengan pilihan karbon rendah yang mengelakkan empangan baharu di sungai yang mengalir bebas, sama ada melalui pelaburan yang lebih besar dalam angin dan solar untuk menggantikan kuasa hidro dengan kesan negatif yang besar atau melalui penempatan tenaga hidro baru dengan teliti yang mengelakkan pembangunan empangan di sungai utama yang mengalir bebas atau di kawasan terlindung. Selanjutnya, dua takungan projek simpanan yang dipam boleh dibina di lokasi yang jauh dari sungai dan mengitar air berulang-alik di antara mereka. Penyelidik dari Universiti Kebangsaan Australia memetakan Lokasi 530,000 di seluruh dunia dengan topografi yang sesuai untuk menyokong storan pam luar saluran, dengan hanya sebahagian kecil yang diperlukan untuk menyediakan storan yang mencukupi untuk grid yang dikuasai boleh diperbaharui di seluruh dunia. Takungan sedia ada atau ciri lain seperti lubang perlombongan terbiar juga boleh digunakan dalam projek penyimpanan yang dipam.

Tidak semua senario global yang konsisten dengan sasaran iklim termasuk penggandaan kuasa hidro. Walaupun, beberapa organisasi terkemuka (cth, IEA dan IRENA) yang memodelkan bagaimana sistem kuasa masa depan boleh konsisten dengan sasaran iklim termasuk penggandaan kapasiti kuasa hidro global, tidak semua senario sedemikian. Sebagai contoh, manakala model IEA dan IRENA termasuk sekurang-kurangnya 1200 GW kapasiti kuasa hidro baharu menjelang 2050, antara senario yang digunakan oleh Panel Antara Kerajaan Mengenai Perubahan Iklim (IPCC) yang selaras dengan 1.5° Sasaran C, kira-kira satu perempat daripadanya termasuk kurang daripada 500 GW kuasa hidro baharu. Begitu juga dengan Satu Model Iklim Bumi, juga konsisten dengan 1.5° Sasaran C, termasuk hanya kira-kira 300 GW kuasa hidro baharu menjelang 2050.

Penjanaan kuasa hidro boleh berkembang tanpa empangan baru Sistem kuasa boleh menambah penjanaan kuasa hidro tanpa menambah empangan kuasa hidro baharu dalam dua cara utama: (1) memasang semula projek kuasa hidro sedia ada dengan turbin moden dan peralatan lain; dan (2) menambah turbin ke empangan tidak berkuasa. A kajian oleh Jabatan Tenaga AS mendapati bahawa, dengan adanya insentif kewangan yang betul, kedua-dua pendekatan tersebut boleh menambah 11 GW kuasa hidro kepada armada kuasa hidro AS, peningkatan sebanyak 14% daripada kapasiti hari ini. Jika potensi serupa tersedia di negara lain di seluruh dunia, itu mewakili lebih separuh daripada kapasiti tenaga hidro global tambahan yang termasuk dalam Satu Model Iklim Bumi menjelang 2050. Selanjutnya, menambah projek "suria terapung" pada takungan di belakang empangan kuasa hidro, yang meliputi hanya 10% daripada permukaannya, boleh menambah 4,000 GW kapasiti baharu, mampu menjana kira-kira dua kali lebih banyak kuasa daripada yang dijana daripada semua kuasa hidro hari ini.

Tenaga hidro terdedah kepada perubahan iklim, menekankan nilai grid terpelbagai. Saya pengarang utama dalam kajian yang mendapati bahawa, menjelang 2050, 61 peratus daripada semua empangan kuasa hidro global akan berada di lembangan dengan risiko yang sangat tinggi atau ekstrem untuk kemarau, banjir atau kedua-duanya. Menjelang 2050, 1 daripada 5 empangan kuasa hidro sedia ada akan berada di kawasan berisiko banjir tinggi kerana perubahan iklim, meningkat daripada 1 dalam 25 hari ini. A belajar dalam bidang Alam Perubahan Iklim meramalkan bahawa sehingga tiga perempat daripada projek kuasa hidro di seluruh dunia akan mengurangkan penjanaan disebabkan oleh peralihan hidrologi yang didorong oleh iklim menjelang pertengahan abad ini. Negara yang sangat bergantung kepada kuasa hidro terdedah kepada kemarau dan, di banyak wilayah, risiko ini akan meningkat. Sebagai contoh, kuasa hidro menyediakan hampir semua tenaga elektrik untuk Zambia dan kemarau 2016 di selatan Afrika menyebabkan penjanaan elektrik negara Zambia merosot sebanyak 40%, menyebabkan gangguan dan kerugian ekonomi yang besar. Kerentanan ini menekankan nilai sumber penjanaan yang pelbagai dalam grid.

Tenaga hidro tidak selalu menjadi perbalahan, titik persamaan boleh ditemui. Walaupun organisasi pemuliharaan dan sektor kuasa hidro sering mempunyai hubungan yang menjadi perbalahan, titik persamaan boleh didapati. Sebagai contoh, di Amerika Syarikat, wakil sektor tenaga hidro, termasuk Persatuan Tenaga Hidro Kebangsaan (NHA), dan beberapa organisasi pemuliharaan membentuk "Dialog Luar Biasa untuk Tenaga Hidro” (pendedahan penuh: Saya mewakili organisasi saya, World Wildlife Fund-AS, dalam dialog ini). Peserta dalam Dialog Luar Biasa bersetuju bahawa kuasa hidro mempunyai peranan penting dalam masa depan tenaga mampan dan perlindungan dan pemulihan sungai di AS harus menjadi keutamaan. Peserta Dialog Luar Biasa menyokong undang-undang yang selaras dengan visi bersama itu dan Rang Undang-undang Infrastruktur, yang ditandatangani menjadi undang-undang tahun lepas, termasuk AS$2.3 bilion untuk meningkatkan kapasiti kuasa hidro tanpa menambah empangan baharu (melalui pengubahsuaian dan penjanaan empangan tidak berkuasa) dan untuk mengalihkan empangan lama untuk memulihkan sungai dan meningkatkan keselamatan awam.