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水力发电站的发展

2022-10-11发布,浏览次数:98

  水力发电是世界许多地区的重要电力来源,约占世界电力的24%。巴西和挪威几乎完全依赖水电。在加拿大,60%的发电量来自水力发电。在美国,2,603座水坝生产7.3%的电力,其中几乎一半在华盛顿、加利福尼亚和俄勒冈州生产。

  使用水力发电使两个环境问题相互矛盾:虽然水力发电是可再生的,并且温室气体排放量低于化石燃料,但它对环境的影响是对原生土地和野生动物栖息地的破坏。在这些担忧之间找到适当的平衡对于应对气候变化和生物多样性丧失这双重危机是必要的。

  水电是如何工作的

  水力发电涉及使用水来激活运动部件,而这些运动部件又可以运行磨坊、灌溉系统或涡轮机来发电。最常见的是,当水被大坝挡住时,水力发电就会产生,然后通过与发电发电机相连的涡轮机引导。然后水被释放到大坝下方的河流中。更罕见的径流式水电站也有水坝,但它们后面没有水库。相反,涡轮机由以自然流速流过它们的河水移动。

  最终,水力发电依赖于自然水循环来补充水库或补充河流,使水力发电成为一种可再生过程,几乎不需要化石燃料。化石燃料消耗与许多环境问题有关:例如,从焦油砂中提取石油会产生空气污染;天然气压裂与水污染有关;燃烧化石燃料会产生导致气候变化的温室气体排放。

  费用

  然而,与所有能源一样,无论是否可再生,水电都会产生环境成本。由于应对气候变化的需要使水电越来越有吸引力,权衡环境成本和收益对于确定水电在电力结构中的未来作用至关重要。

  家园的破坏

  没有什么比失去祖先的家园更具有环境破坏性的了。从环境正义的角度来看这个问题,长期以来,水电大坝一直被世界各地的许多人民视为“对他们的土地和文化的殖民化”,因为水电项目经常涉及非自愿流离失所人民。

  捕鱼的障碍

  许多洄游鱼类在河流中游来游去以完成它们的生命周期。溯河鱼类,如鲑鱼、鲟鱼或大西洋鲟鱼,会向上游产卵,而幼鱼则顺流而下到达大海。像美洲鳗鱼一样的落水鱼生活在河流中,直到它们游到海洋中繁殖,幼鳗(幼鳗)孵化后会回到淡水中。水坝显然阻挡了这些鱼的通道。一些水坝配备了鱼梯或其他设备,让它们不受伤害地通过。这些结构的有效性变化很大。3

  洪水制度的变化

  在春季大雨融化后,大坝可以缓冲大量突然出现的水。这对下游社区来说可能是一件好事(见下文的好处),但它也会使河流因周期性涌入的沉积物和自然高流量而饿死,从而为水生生物提供栖息地。为了重现这些生态过程,当局定期向科罗拉多河下游释放大量水,对沿河的原生植被产生积极影响。

  下游影响

  根据大坝的设计,下游释放的水通常来自水库的较深部分。因此,水全年的低温温度几乎相同。这对适应水温的广泛季节性变化的水生生物有负面影响。同样,水坝会捕获来自腐烂植被或附近农田的养分,从而减少下游的养分负荷并影响河流和河岸生态系统。释放水中的低氧含量会杀死下游的水生生物,但可以通过在出口处将空气混入水中来缓解这个问题。4

  汞污染

  汞沉积在燃煤发电厂顺风处的植被上。当新的水库建成时,现在被淹没的植被中发现的汞被释放出来,并被细菌转化为甲基汞。5这种甲基汞在向食物链上游移动时会变得越来越浓缩(这一过程称为生物放大)。捕食性鱼类的消费者,包括人类,随后会接触到危险浓度的有毒化合物。的大型麝鼠瀑布大坝下游在拉布拉多例如,,汞含量正迫使土著因纽特人社区放弃传统习俗。

  蒸发

  水库增加了河流的表面积,从而增加了蒸发损失的水量。在炎热、阳光充足的地区,损失是惊人的:水库蒸发损失的水量超过了家庭用水量。当水蒸发时,会留下溶解的盐分,从而增加下游的盐度水平并损害水生生物。

  来自气候变化的威胁

  蒸发量增加也使水库遭受巨大的气候变化损失。干旱是地球温度上升的一个主要因素,因为曾经拥有足够水力发电的地区,现在越来越多地面临水坝水位低和发电量减少的问题。2021年,美国西部的历史性干旱极大地降低了水电大坝后面的水库水位。在加利福尼亚州,奥罗维尔大坝的容量仅为正常容量的24%。水力发电的下降迫使加州公用事业公司增加天然气发电量,进一步加剧了全球变暖。

  甲烷排放

  被困在水电大坝后面的营养物质被藻类和微生物消耗,进而释放出大量的甲烷,一种强大的温室气体。6在新建的水电项目中尤其如此,因为甲烷排放量会随着大坝的使用寿命而减少。7

  好处

  水电大坝提供的大量相对可靠的电力的主要好处是电力既可再生又低碳排放。

  清洁(呃)可再生电力

  水电是可再生能源,提供美国所有可再生能源发电的37%。检查水电从大坝建设到电力消耗的整个生命周期,水电产生的温室气体排放量大约是化石燃料的五分之一。8水电可能会随季节变化,但其间歇性远不如太阳能和风能,将发挥重要作用预计在可预见的未来,它作为可靠的清洁可再生能源来源。

  能源独立

  作为能源组合的一部分,使用水电意味着更多地依赖国内能源,而不是在环境法规不太严格的地方开采的海外化石燃料。

  防洪

  预计大雨或融雪时可以降低水库水位,从而为危险河流水位下游的社区提供缓冲。

  休闲旅游

  大型水库通常用于钓鱼和划船等休闲活动。最大的水坝还通过旅游业为当地社区创造收入。

  水电的未来

  虽然建造大型水电大坝的鼎盛时期可以追溯到1930年代和1940年代,但水电正在发展中国家扩张。9水电的未来将涉及新建设、大坝拆除、升级以及更清洁替代方案的成本下降。

  大坝拆除

  在美国1970年代之前建造的水坝中,超过一半已达到或超过其50年的预期寿命,这是该国衰败基础设施的一部分。10大坝的退役和拆除随着旧水坝的经济效益减弱而环境成本上升,工作有所增加。大坝拆除虽然不常见,但却是栖息地的成功案例,洄游鱼类种群迅速更新。11

  重新利用和升级现有大坝

  提高现有水电大坝的效率和重新利用现有的非水电大坝是扩大水力发电而不增加其环境影响(尽管也不会减少)的两种方式。在一项试点计划中,美国能源部的水电计划提高了三个水电站的效率,每年为当地电网增加3,000多兆瓦时。当今世界上的水坝中,用于发电的水坝不超过10%。12重新利用它们来发电可以提供额外的估计9%的当前全球水力发电。13

  更清洁的替代品

  评估水电对环境的影响不仅涉及将其与化石燃料进行比较,还涉及将其与化石燃料的影响较小的清洁能源替代品进行比较。任何形式的电力生产都不会产生负面影响,但水力发电的温室气体排放量大约是核能、太阳能和风能的十倍。14

  最近的一项研究估计,使用大约八分之一的现有水库面积,太阳能光伏(PV)面板可以产生与美国所有2,603座水电大坝相同的电量。15用太阳能光伏替换这些水坝,87%的土地将返回野生动物,而剩余的13%可以支持太阳能发电。

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