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客人的博客

改造水电站能促进绿色能源的发展吗?

在美国,建造大型水坝的时代已经结束,但现有的水坝可以被改造成发电

得梅因河上的红岩坝爱荷华州是美国数千座最初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。

这篇文章最初出现在360年耶鲁大学环境

1969年,美国陆军工兵部队在爱荷华州马里恩县得梅因河上完成了红石坝的建设。红岩大坝是那个年代美国建造的数千座大坝之一,它的设计目的是缓和季节性洪水,使兵团可以随意释放每年春天囤积的150万英亩英尺的融雪。50多年来,除了为当地人提供一个钓鱼和划船的水库外,它所做的就是这些。

这种情况在去年秋天发生了改变,工程师们让水冲进了两个刚穿过大坝混凝土结构的压力管。水流进下面的一个发电站,带动两个水力涡轮机旋转,然后再流回河流,产生的电力足以为爱荷华州、明尼苏达州以及北达科他州和南达科他州的18000多户家庭提供电力。

红岩水电站项目是美国自2000年以来改造的36座水电站中的最新一座,可再生发电能力超过500兆瓦。这只是美国仅在2020年新增的3.3万兆瓦太阳能和风能装机容量的一小部分。但自20世纪20年代大坝建设热潮结束以来,这些改造项目一直是美国水电开发的主要来源th世纪。

各州和联邦政府制定了雄心勃勃的目标,要在2035年前实现大部分电网的脱碳,以避免气候变化的最坏影响。水电和环保倡导者表示,改造大坝提供了一个利用现有基础设施开发可再生能源的机会,同时避免新建大坝对河流造成环境破坏。

“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)说国家水电协会这是一个行业组织。“所以我们作为行业的重点是……开发现有的东西。”

截至1月,联邦能源管理委员会(FERC)有88个改造非动力大坝的项目。水电开发管道主要是在俄亥俄河和密西西比河的水闸和水坝上。此外,还有100多个拟议项目将增加运河和其他管道的发电能力,以及升级现有的水电设施,这些项目加在一起将增加近1500兆瓦的水电装机容量。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

对现有水坝进行改造得到了广泛的政治支持,几项耗资数十亿美元、旨在彻底改造美国老旧水坝基础设施的联邦法案中包括了对改造的激励措施。这些两党提案目前正被国会更大规模的基础设施审议所困,它们的形成和得到了一个不太可能的支持联盟水电行业和环保组织之间的合作,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变得更加紧迫,不可预测的水流会影响水力发电,并对旧水坝造成压力。

环保人士历来将新的水电开发视为禁忌,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,同时又不会加重许多大坝对河流生态系统和社区造成的巨大伤害。但这并不意味着他们认为每个大坝都应该翻新,布莱恩·格雷伯(Brian Graber)说《美国河流》协会该组织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,或者帮助拆除那些应该拆除的大坝。”

在美国9万多座水坝中,只有大约2500座发电,提供了美国约7%的电力,38%的电力来自可再生能源。其余的大坝被称为无动力大坝,建造的目的从灌溉、防洪到航海。“这说明了两件事,”该组织的负责人香农·艾姆斯(Shannon Ames)说低影响水利研究所该组织是一家评估水电项目环境影响的非营利组织。他说:“首先,现有的大坝可能会有更多的水力发电。第二,没有必要建新的大坝。”

据美国能源部(DOE)称,尽管这些无动力大坝中的大多数不能储存足够的水,或者太过偏远,不适合水力发电,但仍有数千座可以改造以发电。在2016年的一次报告该机构发现,改造现有的大坝可以为电网增加多达12,000兆瓦的发电能力,尽管只有4,800兆瓦——足够为200多万家庭供电——在2050年之前是经济可行的。科尔曼说,这些改造项目代表着数十亿美元的潜在投资和数千个工作岗位。

美国能源部报告中提出的其他水电开发的可能途径包括通过升级现有的水电设施、改造运河和管道以及限制新水坝的开发来获得几吉瓦的电力。该报告指出,抽水蓄能水力发电的潜力超过30亿瓦。抽水蓄能水力发电是一种蓄能方法,将多余的电力抽到上层水库,然后在需要电力时通过水力发电涡轮机释放。加在一起,这50亿千瓦的水电将增加目前的水电发电能力了一半

电网的其他好处

美国能源部负责水电项目的韦尔奇(Tim Welch)说,除了减少化石燃料在发电中的份额外,增加更多的水电还可以以其他方式使电网受益。他说,“即使是小型的非发电大坝水电项目——10、15兆瓦甚至更小——也可以在调节电网方面发挥作用”,使其更具弹性。这包括提供“黑启动”功能,在停电后恢复电网能源,或通过备份间歇性的风能和太阳能资源。抽水蓄能水力发电目前占美国总蓄能的90%以上,对于稳固日益变化的电网可能尤其重要。

埃姆斯说:“(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。”“除了季节性波动,当然还有随之而来的干旱,水以一种相当一致的方式流动。”

当然,除非它不是。在密歇根州立大学(Michigan State University)研究可持续水电的工程师亚杜·波克雷尔(Yadu Pokhrel)说,由于气候变化改变了降雨和干旱的模式,“世界各地的可靠流量存在很多问题”。例如,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力发电量减少近20%。

甚至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报,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1890年至今的水力发电量近年来,美国的水力发电能力趋于平稳。美国的能源

虽然并非所有寻求FERC许可的改造项目都将建成,但许多项目正在向前推进。例如,总部位于波士顿的黑麦发展,得到了投资公司的支持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,相当于250兆瓦的发电能力——足以为大约12.5万户家庭供电。在俄亥俄河和阿勒格尼河上,前三个项目——全部由陆军部队运营的水闸和大坝——将于2022年春天开工。

政府的支持至关重要

拉伊发展公司的首席执行官保罗·雅各布斯说:“2500兆瓦的燃煤电厂的日子可能已经过去了。”“所以,我们必须思考如何创造性地取代它们。而这是一个可以发挥重要作用的组成部分。”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电网的最大因素。他说,许多改造项目可以自己支付,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“3r”(修复、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(Annie Kuster)表示介绍了在两党支持下,一项258亿美元的法案被称为21世纪水坝的行为。该法案将扩大资金,并为改造和升级水电大坝提供激励措施,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(约合1.6万公里)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美国河流协会的格雷伯说,目前提交给国会的还包括一项缩减了的23亿美元的库斯特计划,尽管这“比我们认为产生转变效果所需的数量要少得多”。

一般来说,与修建新坝相比,改造现有大坝对环境的影响可以忽略不计,而修建新坝对环境和社会的负面影响已经有据可查。水坝会破坏生态系统,限制物种在河流中上下移动的能力。它们背后的水库可以淹没社区和具有文化意义的地点。随着大坝老化和需要维修,它们可能成为业主的责任,也可能成为下游社区的危险。它们甚至可以是温室气体的排放,因为植物物质淹没在水库腐烂,释放出甲烷和其他温室气体。

格雷伯说,尽管如此,环保组织还是看到了水电在快速降低电网碳排放方面的作用。“它目前是一个重要的能源来源,并将继续发挥这一作用,”他说。我们希望确保以一种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、漏水的大坝对发电没有帮助,”埃姆斯说。“最好有一个成型的大坝。”

但有一个关键的警告,格雷伯说:“我们希望确保那些改造过的大坝也提供一些关键功能,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,在通过增加水电来给大坝一个存在的新理由之前,确保它真的必须存在。


詹姆斯Dinneen她是一名科学和环境记者,现居马萨诸塞州。

一个评论

  1. jlucas26||# 1

    很好. .信息铺天盖地
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