为水电改造大坝能提供绿色能源吗？

随着美国建造大坝的时代结束，越来越多的现有大坝正在改造以生产水电。倡导者说，这些项目避免了新水坝的破坏性影响，并且可以为数百万家庭提供足够的可再生电力。

俄亥俄州的 O'Shaughnessy 大坝正在修复中，并将在 2023 年中期为哥伦布市供电。

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。在那十年建造的数千座美国水坝之一，其目的是缓和季节性洪水，能够随意释放每年春天蓄积的 100 万英亩半的融雪。50 多年来，除了为当地人提供一个可以钓鱼和划船的水库之外，这就是它所做的一切。

去年秋天，当工程师让水涌入两条刚穿过大坝混凝土结构的压力管道时，情况发生了变化。水流入下方的发电站，带动两台水力发电涡轮机旋转，然后再倒回河中，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 18,000 多户家庭供电。

经过十多年的发展，红岩项目是自 2000 年以来美国 36 座水电改造大坝中最新的一座，代表了超过 500 兆瓦的可再生能源发电能力。这只是美国仅在 2020 年增加的 33,000 兆瓦太阳能和风能容量的一小部分。但这些改造一直以来，20大坝建设繁荣结束在美国的水电开发的主要来源届世纪。各州和联邦政府制定了到 2035 年实现大部分电网脱碳以避免气候变化的最坏影响的雄心勃勃的目标，水电和环保倡导者表示，改造大坝提供了利用现有基础设施开发可再生能源的机会，同时避免对环境造成破坏性影响河流上的新水坝。

“建造大坝的时代基本上已经结束，”行业组织国家水电协会的发言人勒罗伊科尔曼说。“因此，我们作为行业的重点是……发展现有的东西。”

改造大坝得到了水电行业和环保组织不太可能的联盟的支持。

截至 1 月，联邦能源管理委员会 (FERC) 的水电开发管道中有88 个改造无动力水坝的项目，主要是俄亥俄河和密西西比河上的水闸和水坝。此外，还有 100 多个拟建项目为运河和其他管道增加发电量，以及升级现有水电设施，共计近 1,500 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。

对现有大坝的改造存在广泛的政治支持，改造的激励措施包含在几项数十亿美元的联邦法案中，旨在检修该国老化的大坝基础设施。这些两党提案目前在国会更大的基础设施审议中受到影响，并得到了水电行业和环保组织之间不太可能结成的联盟的支持，其目的是改造、修复和拆除大坝。该立法的支持者表示，美国西部的气候变化和干旱加剧使提案变得紧迫，不可预测的流量影响了水力发电并给老水坝带来了压力。

对于历来将新水电开发视为诅咒的环保主义者来说，改造提供了一种解决方法，一种利用水发电的方式，而不会增加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改造，美国河流组织的河流修复负责人布赖恩·格拉伯说，美国河流组织是一个倡导拆除大坝并支持新立法的非营利组织。“我们希望这些激励措施能够适当地帮助改造那些应该改造的大坝，否则有助于拆除应该拆除的大坝，”他说。

爱荷华 州得梅因河上的红岩水电项目..密苏里河能源服务

在美国的 90,000 多座大坝中，只有大约 2,500 座发电，提供了大约 7% 的美国电力和 38% 的可再生能源电力。其余的用于灌溉、防洪和导航等用途的水坝被称为无动力水坝。“这说明了两件事，”负责评估水电项目环境影响的非营利组织低影响水电研究所的负责人香农·艾姆斯 (Shannon Ames) 说。“其一，现有大坝有更多水力发电的潜力。第二，没有必要建新水坝。”

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没有储存足够的水，或者太偏僻而不适合水电开发，但可以对数千座进行改造以发电。在 2016 年的一份报告中，该机构发现改造现有大坝可以为电网增加多达 12,000 兆瓦的发电能力，但到 2050 年只有 4,800 兆瓦——足以为超过 200 万个家庭供电——在经济上是可行的。这些Coleman 说，改造意味着数十亿美元的潜在投资和数千个工作岗位。

经过长时间的繁荣，大坝项目的未来充满不确定性。阅读更多。

美国能源部报告中列出的其他可能的水电开发通道包括通过升级现有水电设施、改造运河和管道以及有限开发新水坝获得的几千兆瓦。该报告引用了超过 30 吉瓦的抽水蓄能水力发电的潜力——这是一种储能方法，利用多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。综合来看，这 50 吉瓦左右的水电将使目前的水力发电能力增加一半。

一项联邦基础设施法案将扩大资金以改造和升级水电大坝。

美国能源部管理水电项目的蒂姆韦尔奇说，除了削减化石燃料在发电中的份额外，增加更多的水电还可以通过其他方式使电网受益。“即使是无动力大坝上的小型水电项目——10、15 兆瓦甚至更低——也可以在调节电网方面发挥作用”，并使其更具弹性，他说。这包括提供“黑启动”功能以在停电后为电网恢复能量，或通过备份间歇性风能和太阳能资源。抽水蓄能水电目前占美国总储能的 90% 以上，对于巩固日益变化的电网可能尤其重要。

“[水电] 在可再生能源中是独一无二的，因为它几乎是 24/7 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，水的流动方式非常一致。”

除非，当然，它没有。密歇根州立大学研究可持续水电的工程师 Yadu Pokhrel 说，随着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，环境信息局项目目前枯萎美国西部将于今年近20％减少加州的大幅水电出力激烈的干旱。

甚至过去对水电改造发电量的预测也被证明过于乐观。一项对过去 20 年在美国完成的 36 次改造的研究发现，实际发电量平均高估了 3.6 倍。韦尔奇说，能源部正在大力投资以更好地预测，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。

近年来，美国的水电装机容量已趋于稳定。 美国能源部

尽管并非所有寻求 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，总部位于波士顿的Rye Development在投资公司Climate Adaptive Infrastructure 的支持下获得了超过 7.5 亿美元的改造许可，对 22 座大坝进行了改造，这意味着 250 兆瓦的发电量——足以为大约 125,000 户家庭供电。前三个项目——俄亥俄河和阿勒格尼河上的所有陆军船闸和水坝——的建设将于 2022 年春季开始。

“2,500 兆瓦燃煤电厂的时代可能已经过去了，”Rye Development 的首席执行官 Paul Jacobs 说。“所以，我们必须考虑如何创造性地替换这些。这是一个可以在其中发挥重要作用的组件。” 他补充说，州和联邦对电网脱碳的支持程度是决定实际建设多少改造的最大因素。他说，许多改造可以收回成本，但税收激励措施和简化许可程序将使更多项目变得可行。

在这一点上，联邦政府对所谓的“三个 R”——修复、改造和移除——的支持看起来很有希望。这个月，新罕布什尔州民主党众议员安妮库斯特介绍，与两党的支持，一个$ 25.8十亿法案称为21日世纪水坝法案。该法案将扩大资金并提供激励措施来改造和升级水电大坝，并增加大坝修复的资金。它还将提供新的激励措施和赠款，以拆除 1,000 座水坝，以重新连接 10,000 英里支离破碎的河流生​态系统。

在$ 1.2万亿两党的基础设施包目前在国会面前还包括一个削减，$ 2.3十亿版库斯特的计划，尽管这是“极大地从我们觉得需要有一个转型效果的数量减少，”美国河流的格雷伯说。

蒙大拿州的饥饿马坝于 1952 年竣工，当时正值美国大坝建设时代。 贾斯汀穆勒/阿拉米股票照片

一般来说，与建造新大坝相比，改造现有大坝对环境的影响可以忽略不计，其负面的环境和社会后果已得到充分证明。大坝会破坏生态系统，限制物种在河流中上下移动的能力。它们背后的水库可能会淹没社区和具有重要文化意义的地点。随着水坝老化和需要维修，大坝可能成为业主的责任和下游社区的危害。它们甚至可能成为温室气体排放的来源，因为淹没在水库中的植物腐烂，释放出甲烷和其他温室气体。

尽管如此，保护组织认为水电在快速使电网脱碳方面发挥了作用，Graber 说。“它目前是一种重要的能源，并将继续发挥这一作用，”他说。“而且我们希望确保以环保的方式管理运营。”

低影响水电研究所的艾姆斯说，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。改造还可以帮助大坝维护：“一个失败的、漏水的大坝无助于发电，”艾姆斯说。“最好有一个形状好的大坝。”

但有一个关键的警告，Graber 说：“我们希望确保那些经过改造的大坝也提供一些关键功能，例如供水或防洪，或者它们是能够产生有意义的水量的大坝。的力量。” 也就是说，在通过增加水力发电给大坝一个新的存在理由之前，确保它确实必须存在。