Energija koja dolazi iz hidroelektrana predstavlja najveći udio obnovljive energije u svijetu i vjerojatno će ostati primarni svjetski izvor obnovljive energije 2024. godine, prema Međunarodnoj agenciji za energiju (IEA). Budući da će sljedećih nekoliko godina biti kritično za ograničavanje efekata globalnog zatopljenja i za drastično smanjenje upotrebe fosilnih goriva, ovaj će obnovljivi izvor energije biti važan u našem prijelazu na 100% čistu i zelenu energiju. Pogledajmo prednosti i nedostatke hidroelektrične energije.
Što je hidroelektrana?
Danas se u svakodnevnom životu koristimo različitim izvorima energije, a električna energija je jedna od najznačajnijih. Ne bismo mogli zamisliti svoj život bez toga. Proizvodnja električne energije moguća je putem različitih energetskih postrojenja kao što su termoelektrane, nuklearne elektrane, hidroelektrane, solarne i geotermalne elektrane te mnoge druge elektrane.
Hidroelektrana je najpraktičnije i najlakše dostupno električno postrojenje koje proizvodi najmanje onečišćenja. Budući da hidro označava vodu, energija se u hidroenergetskim objektima stvara strujanjem vodenih tokova. Uronimo dalje u činjenice o hidroelektrani.
Kako radi hidroelektrana?
Prije nego što zaronimo u prednosti i nedostatke hidroelektrične energije, važno je prvo razumjeti što je hidroelektrana i kako funkcionira.
Hidroelektrična energija, koja se dobiva kroz niz hidroenergetskih tehnologija, oslanja se na sposobnost proizvodnje električne energije pomoću sile kretanja vode. Voda može dolaziti iz mnogih izvora, iz prirodnih tokova plime i oseke ili valova, rijeka ili projekata cjevovoda koje je napravio čovjek poput akumulacija, brana ili kanala za navodnjavanje.
Hidroelektrična energija djeluje na gotovo isti mehanizam kao energija vjetra s kretanjem zraka. Kako bi iskoristili kinetičku snagu vode koja teče, turbine su ugrađene u vodu i, dok voda prolazi kroz turbinu, uzrokuje okretanje lopatica, vrteći generator i stvarajući električnu energiju. U slučaju vjetroelektrana to su vjetroturbine.
Energija proizvedena kinetičkom energijom vode može se jednostavno izmjeriti izračunima toka struje i dostupnog pada, kroz koji tok struje može pretvoriti tu hidrauličku energiju u električnu.
Zemlje s najvećim rastom proizvodnje hidroenergije su Kina i Brazil, a posljednjih godina njima se pridružila i Turska.
Prednosti hidroelektrana
Postoji niz prednosti proizvodnje hidroelektrične energije u odnosu na proizvodnju energije iz fosilnih goriva. Evo 8 prednosti hidroelektrana:
Smanjenje globalne emisije stakleničkih plinova
Hidroelektrična energija nudi jasnu korist jer pomaže u smanjenju naše ovisnosti o fosilnim gorivima, stoga smanjuje globalne emisije stakleničkih plinova i u konačnici pomaže globalnom prijelazu na zelenu i obnovljivu energiju.
Čist i obnovljivi izvor energije
Budući da se hidroelektrična energija oslanja na vodu, prirodni resurs, ona je sama po sebi čist i obnovljiv izvor energije. A budući da hidroelektrična energija uvelike ovisi o kruženju vode u prirodi (hidrološki ciklus), proizvodnja hidroenergije veća je u regijama s većom količinom padalina i oborina, što se uglavnom događa u zemljama u razvoju, poput Kine, Južne Amerike i Afrike.
Najpouzdaniji obnovljivi izvor energije
U usporedbi s drugim oblicima obnovljive energije, poput energije vjetra ili Sunca, hidroenergija je najmanje pod utjecajem godišnjih doba i vremenskih prilika jer je sposobna pohraniti velike količine vode kroz svoju branu, stvarajući u biti banku vode koju ljudi mogu koristiti kad se ukaže potreba.
Niski troškovi rada i održavanja
Troškovi rada i održavanja niži su nego kod drugih elektrana: izgradnja hidroelektrana zahtijeva masivnu infrastrukturu za izgradnju brana. Dakle, novac ili financije su potrebne za rane faze, ali manje nego u drugim elektranama.
Veća učinkovitost u odnosu na druge elektrane obnovljivih izvora
Još jedan čimbenik zbog kojeg je hidroelektrana bolja od ostalih postrojenja obnovljivih izvora energije je veća učinkovitost: to je daleko najbolje uspostavljen način proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora. Prema najnovijim podacima, globalni ponderirani prosječni faktor kapaciteta hidroelektrana iznosio je 47 posto. Stoga ne čudi da proizvodnja hidroelektrične energije čini 17% svjetske električne energije, doprinoseći najvećim udjelom električne energije iz obnovljivih izvora. Uistinu, od 2020. hidroenergija proizvodi više od svih drugih obnovljivih tehnologija zajedno. Dodatno, hidroelektrana može ograničiti protok vode kroz svaku turbinu kako bi se mijenjao učinak, što ju čini učinkovitijom i “rasipa” manje riječne vode.
Potrošnja hidroelektrana je vrlo fleksibilna
Hidroelektrane nude fleksibilnost i sigurnost za elektroenergetske sustave. Mnoge hidroelektrane mogu vrlo brzo povećavati i smanjivati proizvodnju električne energije. U isto vrijeme, može se relativno lako zaustaviti i ponovno pokrenuti kako bi se njena aktivnost prilagodila naglim promjenama u potražnji ili kako bi se kompenzirale fluktuacije u opskrbi iz drugih izvora električne energije.
Ne zahtijevaju upotrebu goriva
Gorivo nije potrebno: Hidroelektrane ne trebaju gorivo jer protok vode pokreće sve. Hidroelektrana ne koristi vodu za stvaranje energije na isti način kao druge elektrane.
Hidroelektrana iziskuje manje radne snage
Za nadzor rada postrojenja hidroelektrana potreban je malen broj ljudi. To smanjuje operativne troškove hidroenergetskih objekata, čineći ih isplativijima za državu.
Hidroenergetski projekti također potiču gospodarska ulaganja u zemljama u razvoju, kao što se vidi s “Ulaganjem od juga prema jugu”, rastućim fenomenom u kojem zemlje u razvoju podržavaju međusobni tehnološki i financijski prijenos hidroenergije. Od 2004. do 2012. trgovina opremom i dijelovima hidroenergije porasla je s manje od 10% na približno 50% ukupne svjetske trgovine.
Nedostaci hidroelektrana
Hidroelektrična energija je tehnički “čisti” izvor energije, ali postoje ekološke posljedice njezinog iskorištavanja za velike količine energije. Evo 8 posljedica koje dolaze s razvojem hidroenergetskih sustava:
Oštećenje staništa divljih životinja i migracijskih putova
Izgradnja velikih akumulacijskih ili pumpnih hidroelektrana uključuje blokiranje, preusmjeravanje ili promjenu prirodnog toka riječnih sustava.
Jedan problem koji se javlja kod blokiranja prirodnog toka rijeke je istovremeno blokiranje važnih migracijskih ruta za ribe. Razmnožavanje mnogih vrsta riba ovisi o unutarnjim rijekama; blokirajući riječni tok branama, ribe ne mogu doći do svojih mjesta razmnožavanja.
Tijekom vremena, pregrađene rijeke dovode do drastičnog smanjenja ribljih populacija, što ima negativne implikacije na zdravlje riječnih ekosustava, kao i na ljudske zalihe hrane. Neke hidroelektrane koriste riblje staze kako bi pomogle ribljim populacijama da prijeđu pregrađene rijeke, ali ti uređaji rijetko su dovoljno veliki da podrže masovne migracije.
Osim toga, pregrađivanje rijeka također često smanjuje protok vode i sedimenta do opasnih razina, što utječe na populacije divljih životinja nizvodno. Nizak protok vode nizvodno, kao i nizak protok hranjivih tvari, mogu dovesti do gubitka staništa i zdrave vode za životinje.
Poremećaj riječnih sustava
Hidroelektrane mijenjaju prirodna staništa slatkovodnih vrsta u područjima na kojima se nalaze. Mijenjaju koncentraciju hranjivih tvari, temperaturu vode i tok rijeke. Nizvodni tok rijeke trpi gubitak vode i opterećenja muljem, smanjujući kvalitetu vode. Te promjene izravno utječu na ekološke značajke rijeka koje štete autohtonim biljkama i vrstama riba.
Istraživanja također pokazuju da brane utječu na produktivnost i stabilnost estuarija. Istraživanje dviju pregrađenih rijeka duž pacifičke obale Meksika pokazalo je brzu obalnu recesiju. To je dovelo do gubitka staništa za vodeni život i smanjenja bioraznolikosti.
Utjecaj klimatskih promjena na korištenje hidroenergije je velik
Kako učinci klimatskih promjena postaju sve nestalniji, neke regije doživljavaju manje padalina, dok druge očekuje daleko više padalina i ekstremni vremenski uvjeti. Promjenjivi ili čak nestabilni hidrološki ciklusi zauzvrat utječu na sposobnost elektrana da proizvode snagu i električnu energiju.
Na primjer, nedavna povijesna niska razina vode u jezeru Powell, važnom vodenom tijelu u SAD-u i glavnom rezervoaru rijeke Colorado, ugrozila je dostupnost vode za 40 milijuna ljudi i desetke zajednica koje ovise o rijeci za pitku vodu. To je također izazvalo zabrinutost zbog nadolazećeg rizika za branu Glen Canyon i za zadovoljenje buduće potražnje za hidroelektričnom energijom ako kritično niske razine vode zbog porasta temperatura i pogoršanja suša postanu učestalije. Drugim riječima, iako je hidroenergija pod manjim utjecajem vremenskih prilika, klimatske promjene svakako utječu na nju.
Mogućnost postojanja spora oko prava na vodu zbog dotoka rijeke
Sporovi oko prava na vodu su posljednjih godina usporavali i komplicirali razvoj novih brana. Na primjer, Egipat, Etiopija i Sudan nisu uspjeli riješiti spor oko prava na vodu usred izgradnje Velike etiopijske renesansne brane u Adis Abebi na rijeci Plavi Nil. Brana, koja bi trebala postati najveća afrička hidroelektrana, mogla bi proizvesti 6 000 megavata električne energije za desetke milijuna Etiopljana. Ali postoji sve veća zabrinutost zbog protoka vode Nila s branom, osobito tijekom sušnih razdoblja. Pregovori koji su u tijeku pokrivaju pitanja koja uključuju količinu vode i vrijeme potrebno za dovršetak punjenja brane.
Isto tako, brane hidroelektrana u Kini ograničile su dotok vode u rijeku Mekong, koja je jedna od najvažnijih vodenih tijela na svijetu koja također teče kroz Tajland, Laos, Kambodžu i Vijetnam, a podržava život i hranu 60 milijuna ljudi. Studija je otkrila da su brane zadržale velike količine vode tijekom štetne suše u nizvodnim zemljama 2019. unatoč tome što je Kina iskusila razine vode iznad prosjeka uzvodno.
Dodatak nizvodnim nevoljama bila su iznenadna ispuštanja vode iz Kine, koja je često dolazila nenajavljeno i potopila usjeve koji su bili zasađeni u blizini obala zbog suše. Lokalni ribari žale se da se njihov ulov suočio s velikim padom, dok poljoprivredna žetva stagnira zbog dugotrajnih suša i nepredvidivih poplava.
Izgradnja brana je skupa
Trošak izgradnje brane je znatan: početni trošak izgradnje infrastrukture, kao što je brana, je značajan. Hidroenergija zahtijeva velika početna ulaganja u novcu, ali drugi objekti za proizvodnju električne energije zahtijevaju manje novca za izgradnju postrojenja hidroelektrana i postavljanje strojeva.
Upotreba golemog prostora
Većina hidroelektrana ima branu i akumulaciju, koje zauzimaju veliku površinu zemlje. Ponekad prikladne lokacije hidroelektrana pokrivaju domove ljudi, važna prirodna područja, poljoprivredno zemljište ili povijesne znamenitosti. Fizički izgled okoliša oko područja brane doživljava značajne promjene.
Štetne su za život u vodi
Nasipi smanjuju sposobnost riba da pristupe svojim mrijestilištima, što utječe na druga stvorenja koja se oslanjaju na ribu za prehranu. Okolno stanište rijeka je ograničeno kada se smanji prolaz vode, te ribe ne mogu doći do vode.
Društevni utjecaj hidroelektrana
Osim utjecaja na okoliš, izgradnja rezervoara može imati i društvene troškove. Zemljište potrebno za izgradnju brana možda je već zauzeto ljudima ili utječe na njihov život. Istraživanja su dokazala da je jedna od posljedica hidroelektrana narušena egzistencija u ušćima. To može uzrokovati raseljavanje etničkih skupina i kršenje ljudskih prava.
Rastu li ulaganja u hidroenergetsku tehnologiju?
Instalirani kapacitet hidroenergije nastavlja stabilan rast, iako sporijim tempom od ostalih zelenih energija. Što se tiče ulaganja, postoje važne razlike između različitih regija: u Sjevernoj i Južnoj Americi te u Europi ne očekuje se značajan rast tijekom 2020-ih i zapravo se očekuje mogući zastoj ili čak blago smanjenje. Kina prednjači u pokretanju hidroenergetskog sektora, ali Bliski istok, mnoge afričke zemlje i druga gospodarstva u nastajanju također igraju ulogu.
Čak i ako relativna važnost hidroenergije neznatno opadne u nadolazećim godinama – zbog dramatičnog povećanja solarne fotonaponske energije i, prije svega, energije vjetra – njezina će uloga ostati odlučujuća: gotovo 60% svjetske zelene energije generira se u hidroelektranama (prema podacima IEA za 2020.).
Naposljetku, u sljedećih nekoliko godina očekuju se velika ulaganja u modernizaciju postojećih elektrana, koja će ponuditi značajne prednosti u smislu učinkovitosti, dijelom zahvaljujući uslugama uravnoteženja mreže koje postaju sve potrebnije kako se udio proizvodnje iz neprogramiranih obnovljivih izvora raste.
Pomaže li hidroenergija ruralnim gospodarstvima?
Stoljećima, od svoje početne upotrebe za pokretanje vodenica, snaga vode iskorištavana je u korist razvoja zajednica.
U slučaju velikih postrojenja koristi također uključuju otvaranje radnih mjesta, dok svi hidroenergetski objekti pružaju obilan izvor energije koji je prilagodljiv lokalnim energetskim potrebama, omogućujući zajednicama da se približe energetskoj samodostatnosti.
Mala postrojenja, prikladna za udaljenija područja ili manje industrijalizirane kontekste, temeljna su prilika za podršku lokalnom gospodarskom rastu. Kao što je objavljeno u raznim znanstvenim publikacijama, to će pomoći ruralnim gospodarstvima samo ako su postrojenja planirana i projektirana na odgovarajući način, ne toliko u tehničkom smislu, već u smislu uključivanja svih dionika.
Štoviše, hidroelektrane također mogu osigurati vodu iz cijevi za piće ili za navodnjavanje, dodajući dodatne prednosti uz opskrbu električnom energijom.
Ima li dovoljno hidroenergije za sve?
Ogromne vodene mase koje se mogu naći na velikim nadmorskim visinama nude znatnu količinu potencijalne gravitacijske energije, a iskorištavanje samo njezinog djelića može osigurati obilje električne energije. Jedna velika hidroelektrana može u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe milijuna ljudi. Gotovo posvuda u svijetu postoje vodotoci koji se mogu koristiti za proizvodnju hidroelektrične energije, a na nekim lokacijama geografija područja i dostupnost vode znače da postoji golem potencijal.
U 2020. dodatna hidroelektrična energija instalirana u cijelom svijetu premašila je 18 GW, dosegnuvši tako ukupno više od 1200 GW – a potencijal za rast je još uvijek golem, posebno u zemljama u kojima hidroenergija još nije široko iskorištena.
Koja je najveća hidroelektrana na svijetu?
S najvećom branom hidroelektrane na svijetu, Kina je vodeći proizvođač hidroelektrične energije. Rijeku Yangtze drži brana Tri klanca u Kini. Duga je 2333 metra, a visoka je 185 metara. Ogromno zar ne? Njeni generatori proizvode dovoljno energije da mogu lako isporučiti 22.500 megavata energije.
Brana Tri klanca uzrokovala je opsežne poplave i raseljavanje ljudi i životinja tijekom svoje izgradnje.
Ovih dana iscrpljuje rijeku Yangtze od kisika i zaustavlja mulj koji teče nizvodno. Ovaj mulj je kroz povijest učvršćivao riječne obale i sada će ova područja učiniti sklonijima eroziji i poplavama. Zapravo, Šangaj, jedan od najvažnijih kineskih gradova, nalazi se na ravnici mulja koju je ispirala rijeka Jangce.
Bez obzira na to, emisije od izgaranja ugljena da bi se postigla ista izlazna snaga bile bi ogromne. Trebali biste sagorjeti preko 12.000 tona ugljena da biste proizveli istu količinu energije za jedan sat (22.500 MWh).
Brane poput ove mogu imati velik utjecaj na okoliš, no diskutabilno je je li taj utjecaj ozbiljan poput ugljena, koji je najpopularnija alternativa.
Hidroenergija ovisi o dostupnosti vode: je li to problem?
Suočene s opskrbom vodom koja može varirati tijekom vremena, što naravno predstavlja potencijalne probleme, hidroelektrane postaju sve fleksibilnije. Danas čak i veliko postrojenje može prijeći iz stanja potpunog mirovanja u stanje pune snage, i obrnuto, za nekoliko minuta. Varijabilnost vremenskih i klimatskih uvjeta stoga se može kompenzirati akumulacijama koje se drže uzvodno, poput brana.
Ono što je potencijalni nedostatak tada postaje prednost: protok vode može se lako regulirati na temelju energetskih potreba. A zahvaljujući specifičnijim inovacijama kao što je optimizacija protoka, voda se može pumpati natrag na višu razinu kako bi energija bila spremna i dostupna kada je to potrebno. To je slučaj kako u kratkom roku, primjerice tijekom različitih doba dana, tako i u dužim vremenskim okvirima, sa sezonskim varijacijama i razdobljima suše.
Mreža električne energije već upravlja varijabilnošću na temelju potražnje kupaca, koja se mijenja tijekom dana i iz dana u dan, i štoviše, može koristiti različite izvore pohrane na temelju programa Demand Response (DR) i sofisticiranih elektroničkih kontrola. Konačno, napredak u pohranjivanju energije omogućio je ublažavanje povremenosti obnovljivih izvora bez potrebe za izgaranjem fosilnih goriva.
Koji je izvor energije najpouzdaniji?
Najpouzdanija elektrana koja koristi neobnovljive izvore energije je nuklearna elektrana. No, kao što se može očekivati, postoje ozbiljni ekološki i sigurnosni problemi povezani s ovom vrstom napajanja.
Među elektranama koje koriste obnovljivu energiju najpouzdanije su hidroelektrane i geotermalne elektrane. Zapravo, hidroelektrane su pouzdanije od solarnih instalacija ili vjetroelektrana.
Razlog za to je što su za zalihe vode u akumulaciji hidroelektrane, ili čak cijelom riječnom sustavu, obično potrebni mjeseci da se iscrpe zbog slabih oborina. Čak ni kratkotrajna suša vjerojatno neće prekinuti opskrbu strujom. S druge strane, Sunčeva svjetlost i vjetar mogu nestati u roku od nekoliko minuta.
Koliki je prosječni životni vijek hidroelektrane?
U slučaju hidroelektrana rijetko se govori o potpunoj demontaži objekta, već o modernizaciji objekata poput brana i cjevovoda. Elementi koje je najčešće potrebno mijenjati su hidrauličke turbine koje rade kao generatori pretvarajući snagu vode u električnu energiju.
Životni vijek ovih turbina je od 40 do 80 godina, no ponekad se mogu zamijeniti i ranije ako nove, učinkovitije tehnologije postanu dostupne.
Neke velike hidroelektrane već rade više od 120 godina i još uvijek su u punom pogonu. U drugim slučajevima, međutim, klimatske promjene – s povećanom učestalošću i žestinom suša ili smanjenjem raspoložive vode koju one mogu donijeti – dovele su do zatvaranja postrojenja.
Utječu li hidroelektrane na zdravlje ljudi?
Niti jedna recenzirana medicinska ili znanstvena studija nikada nije utvrdila vezu između hidroelektrana i negativnih učinaka na ljudsko zdravlje. Naprotiv, prelaskom na obnovljivu energiju kojoj pridonosi hidroenergija izbjeći će se dodatne emisije plinova koji mijenjaju klimu i drugih atmosferskih onečišćivača povezanih s javnozdravstvenim problemima, uz smanjenje potrošnje vode koja je često neophodna za rad energetskih postrojenja na fosilna goriva.
Koji je glavni nedostatak hidroelektrane?
Glavni nedostatak hidroelektrana je njihov utjecaj na okoliš, kako tijekom, tako i nakon izgradnje. Iako su izvori obnovljivi, moglo bi biti teško nazvati ih “zelenima”, jer lokalne zajednice životinja i ljudi mogu biti pod negativnim utjecajem generacijama.
Štoviše, ako u obzir uzmete uništavanje ponora ugljika, tada ugljični otisak postrojenja može biti varljivo visok.