Гидроэнергия

Можешь ли ты обеспечить энергией целые города, используя только воду?

Есть возобновляемый источник энергии - самый мощный из всех, и он вырабатывает гораздо больше электричества, чем ветер или солнце ^[1,2,3]. Это гидроэнергия, которая использует движение воды для выработки огромного количества энергии.

Энергетический переход уже идёт полным ходом, и у гидроэнергетики огромный потенциал ^[3,4,5]. Пока ветровая и солнечная энергетика быстро растут, для достижения нулевых нетто-выбросов к 2050 году нужно так же ускорить развитие гидроэнергетики ^[5-9].

Итак, какие последние достижения есть у этой технологии, и как раскрыть её настоящую силу?

С самого зарождения цивилизации люди понимали, что вода - это сила. Если ты перенесёшься на 2 000 лет назад, в Древнюю Грецию, то увидишь, что среди красивых гор и залитых солнцем лугов греки уже использовали водяные колёса, чтобы молоть пшеницу в муку ^[10,11,12].

Позже римляне сделали этот процесс промышленным, создав невероятную фабрику в Барбегале на юге Франции ^[13-18]. Археологи считают, что 16 мельниц на воде производили там до 25 метрических тонн ^[16,17] муки в день - достаточно, чтобы прокормить всех жителей соседнего города Арль ^[11,16,18].

На протяжении веков человечество продолжало находить новые способы использовать силу воды. Сегодня гидроэнергетика даёт около 14 % мировой выработки электричества ^[1,2], уступая только углю и ископаемому газу.

Но как это работает? Есть три основных типа гидроэлектростанций ^[19]:

Тип 1: водохранилище.

Самый распространённый тип использует большую плотину на реке, чтобы создать водохранилище выше остальной части реки. Когда нужна энергия, воду из верхнего водохранилища выпускают вниз по течению. Благодаря разнице высот текущая вода вращает ряд турбин, установленных ниже и подключённых к генераторам ^[19]. И вуаля, генераторы вырабатывают электричество.

Но строительство водохранилища - большой проект: оно затапливает землю и перекрывает естественное течение реки ^[20]. Но есть и другой вариант…

Тип 2: деривационная гидроэлектростанция.

Эта простая система широко используется по всему миру и может работать как с плотиной, так и без неё. По сути, когда река естественно течёт под уклон, ты создаёшь небольшой отвод - так часть речной воды направляется в канал. Затем вода из канала проходит по трубе вниз, вращает турбины и готово: электричество! ^[19,20]

Но возможна ли гидроэнергетика вообще без реки рядом? Да…

Тип 3: гидроаккумулирование.

Здесь есть два водохранилища: одно ниже, другое выше. Это можно сочетать с другим возобновляемым источником энергии, например солнечной энергетикой.

Днём, когда светит солнце, солнечные панели могут вырабатывать больше электричества, чем нужно. Обычно эта лишняя электроэнергия пропала бы зря, но если ты сможешь направить её на работу насоса, то сможешь закачать воду вверх, в верхнее водохранилище ^[19-23].

Ночью, когда солнце не светит, а спрос на электричество обычно выше, воду можно выпустить из верхнего водохранилища, чтобы запустить турбины и вырабатывать электричество по требованию.

Это как огромная перезаряжаемая водяная батарея. На самом деле такие гидроаккумулирующие системы обеспечивают более 90 % мирового долгосрочного накопления энергии ^[5,22].

Гидроэнергетические системы не обязательно требуют огромного строительства. Они могут быть намного меньше и даже поместиться у тебя во дворе. Тебе нужны лишь перепад высоты и доступ к достаточному объёму падающей воды ^[24]. И пусть размер тебя не обманывает! Крошечная местная система может дать достаточно энергии для небольшой деревни ^[19,25,26].

Так может ли гидроэнергетика помочь проложить путь к нулевым нетто-выбросам?

К сожалению, с гидроэнергетикой не всё так гладко: она сталкивается с некоторыми трудностями ^[27,28].

Первая проблема - социальная: такие строительные проекты могут привести к переселению людей. Для большой плотины с водохранилищем сотням тысяч людей может понадобиться покинуть свои дома и переехать в другое место ^[29-32].

Вторая проблема - экологическая: при плохом планировании плотины могут нанести огромный ущерб окружающей среде и обитающим там животным ^[33-36].

Но при правильном подходе и новых решениях гидроэнергетика может сыграть важную роль в сокращении выбросов CO₂ ^[27,37]. Предлагаются решения: ^[38,39]

Например, консультации с местными сообществами дают им право голоса при принятии решений, чтобы они могли напрямую получить пользу от проекта ^[40,41].

Также необходимо проводить оценки воздействия на окружающую среду, или ОВОС, чтобы свести к минимуму вред для природы вокруг ^[42,43,44].

Эксперты также стараются разработать более совершенные технологии, например рыбоходы и безопасные для рыб турбины ^[45,46,47].

Кажется, мир забыл о гидроэнергетике, но она похожа на спящего гиганта, чей мировой потенциал всё ещё в основном не использован. И хорошо. По оценкам, чтобы достичь нулевых нетто-выбросов к 2050 году, нужно будет удвоить мировые мощности гидроэнергетики ^[5,6].

По мере роста ветровой и солнечной энергетики также будет необходимо расширять гидроаккумулирование, чтобы поддерживать эти непостоянные источники энергии ^[5,22,23].

При ответственном планировании гидроэнергетика может возглавить переход от ископаемого топлива, потому что она мощная, надёжная и доступна по требованию.