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客人的博客

水电改造大坝能促进绿色能源发展吗?

在美国,建造大型水坝的时代已经结束,但现有的水坝可以通过改造来发电

得梅因河上的红石坝爱荷华州的大坝是美国数千座最初建造时没有任何水力发电能力的大坝之一。现在,人们正在努力改造一些大坝,以生产可再生能源。图片由密苏里河能源服务公司提供。

这篇文章最初发表于耶鲁环境360

1969年,美国陆军工程兵团在爱荷华州马里恩县的得梅因河上完成了红岩大坝的建设。在那十年里,美国修建了数千座大坝,红岩大坝是其中之一,旨在缓解季节性洪水,使兵团可以随意释放每年春天蓄水的150万英亩英尺的融雪。50多年来,除了为当地人提供一个可以钓鱼和划船的水库,这就是它所做的一切。

这种情况在去年秋天发生了变化,工程师们让水流进了刚刚穿过大坝混凝土结构的两个闸门。河水流入下方的一个发电站,在重新流入河流之前,它转动了两个水力涡轮机,产生的电力足以为爱荷华州、明尼苏达州、北达科他州和南达科他州的1.8万多户家庭供电。

红岩大坝是美国自2000年以来进行水电改造的36座大坝中最新的一个,其可再生能源发电能力超过500兆瓦。这只是美国在2020年增加的3.3万兆瓦太阳能和风能容量的一小部分。但自20世纪20年代大坝建设热潮结束以来,这些改造一直是美国水电开发的主要来源th世纪。

美国各州和联邦政府制定了雄心勃勃的目标,要在2035年之前使大部分电网脱碳,以避免气候变化带来的最坏影响。水电和环保倡导者表示,改造大坝提供了一个机会,可以利用现有的基础设施开发可再生能源,同时避免新大坝对河流造成的环境破坏。

“建造大坝的时代基本上已经结束了,”该组织发言人勒罗伊·科尔曼(LeRoy Coleman)说全国水电协会这是一个行业组织。“因此,作为游戏行业,我们的重点是……开发现有的东西。”

截至1月,联邦能源管理委员会(FERC)批准了88个非动力大坝改造项目。水电开发管道主要是俄亥俄河和密西西比河上的船闸和水坝。此外,还提出了100多个增加运河和其他管道发电的项目,以及升级现有水电设施的项目,这些项目加起来代表了近1500兆瓦的新水电装机容量。一些项目最早将于2022年春季破土动工。

各种团体都在支持水电项目

对现有大坝进行改造得到了广泛的政治支持,几项数十亿美元的联邦法案包括了改造的激励措施,这些法案旨在彻底改造该国老化的大坝基础设施。这些两党提案目前正陷于国会更大的基础设施审议之中,它们的形成和支持都不太可能联盟这是水电行业和环保组织之间的对话,目的是改造、修复和拆除大坝。这项立法的支持者说,气候变化和美国西部日益严重的干旱使这项提案更加紧迫,因为不可预测的水流会影响水力发电,并给老大坝带来压力。

环保人士历来将新的水电开发视为一种诅咒,对他们来说,改造提供了一种变通办法,一种利用水发电的方式,而不会加剧许多大坝对河流生态系统和社区造成的巨大危害。但这并不意味着他们认为每座大坝都应该翻新,指导河流修复的布莱恩·格雷伯说《美国河流》协会这是一个倡导拆除大坝并支持新立法的非营利组织。他说:“我们希望这些激励措施是适当的,以帮助改造那些应该改造的大坝,并帮助拆除那些应该拆除的大坝。”

在美国9万多座大坝中,只有大约2500座能发电,提供了美国7%的电力和38%的可再生能源电力。其余的大坝被称为非动力大坝,用于灌溉、防洪和航行等各种用途。“这说明了两件事,”领导该组织的香农·埃姆斯说低冲击水利研究所这是一个评估水电项目对环境影响的非营利组织。“第一,现有大坝有潜力开发更多水力发电。第二,没有必要再建一座新的大坝。”

根据美国能源部(DOE)的说法,虽然这些非动力大坝中的大多数不能储存足够的水,或者太偏远,不适合水电开发,但可以对数千座大坝进行改造,以发电。在2016年报告该机构发现,改造现有大坝可以为电网增加多达1.2万兆瓦的发电能力,但到2050年,经济上可行的建设项目只有4,800兆瓦,足以为200多万户家庭供电。科尔曼说,这些改造意味着数十亿美元的潜在投资和数千个就业机会。

能源部报告中列出的其他可能的水电开发途径包括升级现有水电设施,改造运河和管道,以及有限开发新大坝。该报告指出,抽水蓄能的潜力超过30千兆瓦。抽水蓄能是一种能源储存方法,用剩余的电力将水抽到上层水库,然后在需要电力时通过水力涡轮机释放。总的来说,这50千兆瓦左右的水力发电将增加目前的水力发电能力了一半

电网的其他好处

能源部负责管理水电项目的蒂姆·韦尔奇(Tim Welch)说,除了减少化石燃料在发电中的份额外,增加水力发电还可以在其他方面使电网受益。他说,“即使是在非动力大坝上的小型水电项目——10兆瓦、15兆瓦甚至更少——也能在调节电网方面发挥作用”,并使其更具弹性。这包括提供“黑启动”功能,在停电后将能源恢复到电网,或通过备份间歇性的风能和太阳能资源。抽水蓄能目前占美国总储能的90%以上,对于稳固日益变化的电网尤为重要。

“水电在可再生能源中是独一无二的,因为它几乎是全天候的资源,”艾姆斯说。“除了季节性波动,当然还有随之而来的干旱,水的流动是相当一致的。”

当然,除非它没有。密歇根州立大学(Michigan State University)研究可持续水力发电的工程师亚杜·波克雷尔(Yadu Pokhrel)说,随着气候变化改变降雨和干旱的模式,“全世界都存在很多关于可靠流量的问题”。例如,美国环境信息署项目目前肆虐美国西部的严重干旱将使加州今年的水电产量减少近20%。

即使过去对水电改造发电的预测也被证明过于乐观;一个研究在美国过去20年完成的36次改造中发现,实际发电量平均被高估了3.6倍。韦尔奇说,能源部正在大力投资于更好的预测,以提高水电项目应对干旱和其他极端天气的能力。他说,不可预测的气候对水力发电的影响“绝对”令人担忧。

图表显示了1890年至今的水力发电量近年来,美国的水力发电能力已趋于稳定。美国能源部

虽然并不是所有寻求FERC许可的改造项目都会建成,但许多项目正在向前推进。例如,总部位于波士顿黑麦发展这家投资公司支持他气候适应性基础设施该公司已经获得了22座大坝超过7.5亿美元的改造许可证,发电能力为250兆瓦,足以为大约12.5万户家庭供电。前三个项目——都是陆军部队在俄亥俄河和阿勒格尼河上管理的船闸和大坝——将于2022年春季开始建设。

政府的支持至关重要

拉伊发展公司首席执行官保罗·雅各布斯说:“2500兆瓦燃煤电厂的时代可能已经过去了。”“因此,我们必须考虑如何创造性地取代它们。这是一个可以发挥很大作用的组成部分。”他补充说,州和联邦政府对电网脱碳的支持程度是决定实际建造多少改造的最大因素。他说,许多改造可以收回成本,但税收优惠和简化许可程序将使更多项目可行。

在这一点上,联邦政府对所谓的“三个R”(恢复、改造和拆除)的支持看起来很有希望。本月,新罕布什尔州民主党国会女议员安妮·库斯特说介绍了在共和党和共和党的支持下,一项258亿美元的法案被称为21世纪水坝法案。该法案将扩大资金,并为改造和升级水电站大坝提供激励措施,同时增加大坝修复的资金。它还将提供新的激励措施和拨款,拆除1000座大坝,重新连接1万英里的支离破碎的河流生态系统。

1.2万亿美元的两党基础设施计划目前摆在国会面前的还包括一个23亿美元的库斯特计划,尽管这个数字“大大低于我们认为需要产生变革效果的数字,”美国河流公司的格雷伯说。

一般来说,与建造一座新大坝相比,改造现有大坝对环境的影响可以忽略不计,后者对环境和社会的负面影响是有据可据的。水坝会破坏生态系统,限制物种在河流上下移动的能力。它们背后的水库会淹没社区和文化遗址。随着大坝老化和需要维修,它们可能会成为所有者的负债,并对下游社区构成威胁。他们甚至可以是一个由于水库中被淹没的植物腐烂,释放出甲烷和其他温室气体,导致温室气体的排放。

尽管如此,环保组织还是看到了水电在快速脱碳电网中的作用,Graber说。“它目前是一种重要的能源,并将继续发挥这种作用,”他说。我们希望确保以环保的方式管理运营。”

低影响水利研究所的艾姆斯说,改造符合这一愿景,特别是当改造不涉及改变河流的流量时。改造也有助于大坝的维护:“一个失败的,漏水的大坝对电力生产没有帮助,”艾姆斯说。“最好有一个完好的大坝。”

但有一个关键的警告,Graber说:“我们希望确保那些翻新的大坝也能提供一些关键功能,比如供水或防洪,或者它们是能产生大量电力的大坝。”也就是说,在通过增加水力发电来给大坝一个存在的新理由之前,要确保它确实必须存在。


詹姆斯Dinneen他是一名科学和环境记者,常驻马萨诸塞州。

一个评论

  1. jlucas26||#1

    很好. .信息铺天盖地
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