Самая мощная возобновляемая энергия

Можем ли мы использовать удивительную силу рек для восстановления экосистем, а не для нанесения вреда дикой природе?

Основным источником возобновляемой энергии в мире не являются ветер или солнечный свет, а вода. В прошлом году общая мощность гидроэлектростанций достигла рекордных 1308 гигаватт. Для наглядности: один гигаватт равен мощности 1,3 миллиона скаковых лошадей или 2000 быстро идущих Corvette. Энергетические компании по всему миру зависят от гидроэнергии для генерации электричества, так как она дешева, легко хранится и распределяется. К тому же, гидроэнергия производится без сжигания топлива, что позволяет избежать выбросов углекислого газа и других загрязняющих веществ, характерных для традиционных теплоэлектростанций на ископаемом топливе, таких как уголь и природный газ.

Тем не менее, гидроэнергия, как и другие источники, оставляет свой экологический след. Устойчивое развитие экосистем требует решения проблемы, связанной с перекрытием и отклонением крупных водоемов, что может причинить серьезный вред местным видам фауны и их среде обитания. Большинство водосборных бассейнов в мире, многие из которых работают на гидроэнергии более ста лет, серьезно деградировали. Их воды загрязнены, а используемые технологии устарели. Традиционные водохранилища часто представляют собой стоячие водоемы, где легко возникают вредные цветения водорослей, токсичных для людей, рыб, ракообразных и морских млекопитающих.

Большие гидроэлектростанции, значительно изменяя русло рек, угрожают рыбе. Они блокируют пути миграции, а быстро вращающиеся лопасти турбин могут порезать эти существа. Если рыбы проходят мимо лопастей, резкие изменения давления могут оказаться фатальными для них.

Инновации для восстановления экосистем

Можно ли извлечь чистую, возобновляемую энергию из рек, одновременно восстанавливая дикую природу? Инженеры намерены изменить будущее гидроэнергии, используя безопасные для рыб турбины. Например, компания Natel Energy из Калифорнии совместно с инвестиционной фирмой Bill Gates Breakthrough Energy Ventures разрабатывает новую турбину с закругленными лопастями, что значительно повышает выживаемость рыб. Эти инновационные турбины направлены на создание устойчивой к климатическим изменениям гидроэнергии, которая сможет адаптироваться к неопределенным осадкам.

«Наша цель — использовать огромный потенциал гидроэнергии как надежного источника возобновляемой энергии, уменьшив при этом экологический след и затраты», — утверждает Эйб Шнайдер, технический директор Natel. Компактная турбина, безопасная для рыб и обладающая высокой эффективностью, позволяет достичь этой цели.

Традиционные гидроэлектростанции используют силу и давление воды, стремящейся вниз по наклонным желобам. Обычно в конце этого пути находится турбина, которая вращается от воды, производя электрическую энергию для домов и предприятий. Однако это также основной путь для мигрирующих рыб, таких как лосось или угорь, которые могут застрять в механизме из-за узких острых лопастей.

Турбина Natel отличается тем, что оснащена толстыми изогнутыми лопастями, что позволяет удвоить безопасную скорость удара, создавая сравнительно небольшую и недорогую турбину, обеспечивающую безопасный проход для рыб. Такой конструктивный подход приводит к наклонному удару, существенно уменьшая риски. «Толстая лопасть создает зону давления, позволяя отводить материал с ее пути, подобно воздушной подушке для рыб», — объясняет Эйб.

Адаптация к климатическим изменениям

Эйб Шнайдер основал Natel Energy совместно со своей сестрой Гией. Они поняли, что традиционный подход к гидрогенерации не отвечает современным требованиям, так как климатические условия становятся всё более переменчивыми. Долгие засухи и наводнения, вызванные климатическими изменениями, подчеркивают необходимость переосмысленного подхода к гидроэнергии.

«Изменение климата — это изменение воды», — поясняет Гия. «Мы увидели возможность переосмыслить проекты гидроэлектростанций с точки зрения гражданской и экологической инженерии, используя безопасные для рыб турбины и спутниковые снимки». Это особенно актуально в условиях высокой изменчивости климата, так как устойчивый подход позволяет гидроэлектростанции превратиться в экологически чистый источник энергии, предоставляющий дополнительные преимущества, такие как контроль наводнений и орошение.

Турбина Natel соединена со спутниковыми технологиями, позволяющими следить за изменениями условий водосборов, предсказывая поток воды с высокой точностью. Использование машинного обучения помогает создавать модели окружающего ландшафта в реальном времени, что позволяет предсказывать поток воды более точно.

«Эта концепция очень важна для будущего гидроэнергетики, так как предлагает экологически устойчивую альтернативу традиционным гидроэлектрическим системам», — отмечает эксперт в области биологии рыболовства.

Видение Natel, названное Restoration Hydro, отклоняется от традиционных крупных плотин в сторону распределенного подхода, основанного на биомимикрии. Многие реки Северной Америки были когда-то полны древесными остатками и плотинами бобров. Каскады, имитирующие их структуру, замедляют течение воды и способствуют повышению уровня грунтовых вод, что особенно полезно во время засухи.

Данные распределенные системы специально созданы для восстановления речной экосистемы, улучшения качества водоснабжения и поддержки социально-экономического развития местных сообществ, что делает концепцию Natel особенно привлекательной для развивающихся стран. «Наш подход основан на распределенной модели» — говорит Гия, «с меньшими проектами, которые объединяются для совместной работы, что позволяет нам генерировать гидроэнергию без крупных плотин.»

Гидроэлектростанции предоставляют необходимый резервный источник питания во время серьезных отключений. В условиях кризиса, вызванного пандемией Covid-19, спрос на гидроэнергию возрос, так как уровень генерации электричества оставался стабильным благодаря высокой автоматизации процессов.

Хотя технология всё ещё находится на ранних стадиях, турбина Natel уже успешно функционирует. Компания открыла свою первую гидроэлектростанцию в 2019 году, а вторая готовится к запуску в конце этого года. Переход к сетям с низким или нулевым уровнем углерода способствует улучшению надежности и хранения энергии, а значит, и устойчивости к климатическим изменениям, что позволяет лососю плыть вверх по течению.

—

Выбросы от поездок для подготовки этого материала составили 0 кг CO2: автор беседовал с источниками удаленно. Цифровые выбросы этой статьи составляют от 1,2 г до 3,6 г CO2 за просмотр страницы. Узнайте больше о том, как мы подсчитали эту цифру здесь.

—

Присоединяйтесь к миллиону поклонников Future, став нам другом на Facebook, или следите за нами в Twitter или Instagram.

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «Основной список». Подборка интересных материалов из наших редакций, разделов Культуры, Работы и Путешествий, которые будут доставляться вам на почту.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!

Вы также можете найти наши материалы в: