Balancing renewable energy and river resources by moving from individual assessments of hydropower projects to energy system planning
Creators
-
Jeffrey J. Opperman1
-
Juan Pablo Carvallo2
-
Rafael Kelman
-
Rafael Schmitt3
-
Rafael M. Almeida4
- Emily Chapin
-
Alexander S. Flecker5
- Marc Goichot
- Guenther Grill
-
Julien Harou6, 7
- Joerg Hartmann
-
Jonathan Higgins8
-
Daniel M. Kammen9
- Erik Martin8
- Taina Martins
- Amy Newsock8
-
Carlos A. Rogéliz8
- Justus Raepple8
-
Rajesh Sada10
-
Michele Thieme1
-
K. David Harrison
- 1. World Wildlife Fund
- 2. Lawrence Berkeley National Laboratory
- 3. Stanford University
- 4. The University of Texas Rio Grande Valley
- 5. Cornell University
- 6. University College London
- 7. University of Manchester
- 8. The Nature Conservancy
- 9. University of California, Berkeley
- 10. Nepal Water Conservation Foundation
Description
As governments and non-state actors strive to minimize global warming, a primary strategy is the decarbonization of power systems which will require a massive increase in renewable electricity generation. Leading energy agencies forecast a doubling of global hydropower capacity as part of that necessary expansion of renewables. While hydropower provides generally low-carbon generation and can integrate variable renewables, such as wind and solar, into electrical grids, hydropower dams are one of the primary reasons that only one-third of the world's major rivers remain free-flowing. This loss of free-flowing rivers has contributed to dramatic declines of migratory fish and sediment delivery to agriculturally productive deltas. Further, the reservoirs behind dams have displaced tens of millions of people. Thus, hydropower challenges the world's efforts to meet climate targets while simultaneously achieving other Sustainable Development Goals. In this paper, we explore strategies to achieve the needed renewable energy expansion while sustaining the diverse social and environmental benefits of rivers. These strategies can be implemented at scales ranging from the individual project (environmental flows, fish passage and other site-level mitigation) to hydropower cascades to river basins and regional electrical power systems. While we review evidence that project-level management and mitigation can reduce environmental and social costs, we posit that the most effective scale for finding balanced solutions occurs at the scale of power systems. We further hypothesize that the pursuit of solutions at the system scale can also provide benefits for investors, developers and governments; evidence of benefits to these actors will be necessary for achieving broad uptake of the approaches described in this paper. We test this hypothesis through cases from Chile and Uganda that demonstrate the potential for system-scale power planning to allow countries to meet low-carbon energy targets with power systems that avoid damming high priority rivers (e.g., those that would cause conflicts with other social and environmental benefits) for a similar system cost as status quo approaches. We also show that, through reduction of risk and potential conflict, strategic planning of hydropower site selection can improve financial performance for investors and developers, with a case study from Colombia.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
نظرًا لأن الحكومات والجهات الفاعلة غير الحكومية تسعى جاهدة لتقليل ظاهرة الاحتباس الحراري، فإن الاستراتيجية الأساسية هي إزالة الكربون من أنظمة الطاقة التي ستتطلب زيادة هائلة في توليد الكهرباء المتجددة. وتتوقع وكالات الطاقة الرائدة مضاعفة قدرة الطاقة الكهرومائية العالمية كجزء من التوسع الضروري في مصادر الطاقة المتجددة. في حين توفر الطاقة الكهرومائية توليدًا منخفض الكربون بشكل عام ويمكنها دمج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة، مثل الرياح والطاقة الشمسية، في الشبكات الكهربائية، فإن سدود الطاقة الكهرومائية هي أحد الأسباب الرئيسية وراء بقاء ثلث الأنهار الرئيسية في العالم فقط تتدفق بحرية. وقد ساهم هذا الفقدان للأنهار المتدفقة بحرية في حدوث انخفاضات كبيرة في الأسماك المهاجرة وتوصيل الرواسب إلى الدلتا المنتجة زراعيًا. علاوة على ذلك، أدت الخزانات خلف السدود إلى نزوح عشرات الملايين من الناس. وبالتالي، فإن الطاقة الكهرومائية تتحدى جهود العالم لتحقيق أهداف المناخ مع تحقيق أهداف التنمية المستدامة الأخرى في نفس الوقت. في هذه الورقة، نستكشف استراتيجيات لتحقيق التوسع في الطاقة المتجددة اللازمة مع الحفاظ على الفوائد الاجتماعية والبيئية المتنوعة للأنهار. يمكن تنفيذ هذه الاستراتيجيات على نطاقات تتراوح من المشروع الفردي (التدفقات البيئية وممر الأسماك والتخفيف الآخر على مستوى الموقع) إلى سلاسل الطاقة الكهرومائية إلى أحواض الأنهار وأنظمة الطاقة الكهربائية الإقليمية. بينما نراجع الأدلة على أن الإدارة والتخفيف على مستوى المشروع يمكن أن يقلل من التكاليف البيئية والاجتماعية، فإننا نفترض أن النطاق الأكثر فعالية لإيجاد حلول متوازنة يحدث على نطاق أنظمة الطاقة. كما نفترض أن السعي وراء الحلول على نطاق النظام يمكن أن يوفر أيضًا فوائد للمستثمرين والمطورين والحكومات ؛ وسيكون من الضروري تقديم أدلة على الفوائد التي ستعود على هذه الجهات الفاعلة لتحقيق استيعاب واسع للنهج الموضحة في هذه الورقة. نحن نختبر هذه الفرضية من خلال حالات من تشيلي وأوغندا توضح إمكانية تخطيط الطاقة على نطاق النظام للسماح للبلدان بالوفاء بأهداف الطاقة منخفضة الكربون مع أنظمة الطاقة التي تتجنب سد الأنهار ذات الأولوية العالية (على سبيل المثال، تلك التي من شأنها أن تسبب صراعات مع الفوائد الاجتماعية والبيئية الأخرى) بتكلفة نظام مماثلة مع اقتراب الوضع الراهن. نظهر أيضًا أنه من خلال الحد من المخاطر والصراع المحتمل، يمكن للتخطيط الاستراتيجي لاختيار موقع الطاقة الكهرومائية تحسين الأداء المالي للمستثمرين والمطورين، مع دراسة حالة من كولومبيا.Translated Description (French)
Alors que les gouvernements et les acteurs non étatiques s'efforcent de minimiser le réchauffement climatique, une stratégie primaire est la décarbonisation des systèmes électriques qui nécessitera une augmentation massive de la production d'électricité renouvelable. Les principales agences de l'énergie prévoient un doublement de la capacité hydroélectrique mondiale dans le cadre de cette expansion nécessaire des énergies renouvelables. Alors que l'hydroélectricité fournit généralement une production à faible émission de carbone et peut intégrer des énergies renouvelables variables, telles que l'éolien et le solaire, dans les réseaux électriques, les barrages hydroélectriques sont l'une des principales raisons pour lesquelles seul un tiers des grands fleuves du monde reste fluide. Cette perte de rivières à écoulement libre a contribué à une baisse spectaculaire de l'apport de poissons migrateurs et de sédiments dans les deltas productifs sur le plan agricole. De plus, les réservoirs derrière les barrages ont déplacé des dizaines de millions de personnes. Ainsi, l'hydroélectricité remet en question les efforts du monde pour atteindre les objectifs climatiques tout en atteignant simultanément d'autres objectifs de développement durable. Dans cet article, nous explorons des stratégies pour réaliser l'expansion nécessaire des énergies renouvelables tout en maintenant les divers avantages sociaux et environnementaux des rivières. Ces stratégies peuvent être mises en œuvre à des échelles allant du projet individuel (flux environnementaux, passage des poissons et autres mesures d'atténuation au niveau du site) aux cascades hydroélectriques, aux bassins hydrographiques et aux systèmes électriques régionaux. Bien que nous examinions les preuves que la gestion et l'atténuation au niveau du projet peuvent réduire les coûts environnementaux et sociaux, nous postulons que l'échelle la plus efficace pour trouver des solutions équilibrées se situe à l'échelle des systèmes électriques. Nous émettons en outre l'hypothèse que la recherche de solutions à l'échelle du système peut également apporter des avantages aux investisseurs, aux développeurs et aux gouvernements ; des preuves des avantages pour ces acteurs seront nécessaires pour parvenir à une large adoption des approches décrites dans le présent document. Nous testons cette hypothèse à travers des cas du Chili et de l'Ouganda qui démontrent le potentiel de la planification de l'énergie à l'échelle du système pour permettre aux pays d'atteindre les objectifs énergétiques à faible émission de carbone avec des systèmes électriques qui évitent de barrer les rivières hautement prioritaires (par exemple, celles qui causeraient des conflits avec d'autres avantages sociaux et environnementaux) pour un coût de système similaire à celui du statu quo. Nous montrons également que, grâce à la réduction des risques et des conflits potentiels, la planification stratégique de la sélection des sites hydroélectriques peut améliorer les performances financières des investisseurs et des développeurs, avec une étude de cas en Colombie.Translated Description (Spanish)
A medida que los gobiernos y los actores no estatales se esfuerzan por minimizar el calentamiento global, una estrategia principal es la descarbonización de los sistemas de energía, lo que requerirá un aumento masivo en la generación de electricidad renovable. Las principales agencias de energía pronostican una duplicación de la capacidad hidroeléctrica mundial como parte de esa necesaria expansión de las energías renovables. Si bien la energía hidroeléctrica proporciona generalmente una generación baja en carbono y puede integrar energías renovables variables, como la eólica y la solar, en las redes eléctricas, las represas hidroeléctricas son una de las principales razones por las que solo un tercio de los principales ríos del mundo siguen fluyendo libremente. Esta pérdida de ríos que fluyen libremente ha contribuido a una disminución dramática de los peces migratorios y la entrega de sedimentos a los deltas productivos desde el punto de vista agrícola. Además, los embalses detrás de las presas han desplazado a decenas de millones de personas. Por lo tanto, la energía hidroeléctrica desafía los esfuerzos del mundo para cumplir con los objetivos climáticos y, al mismo tiempo, lograr otros Objetivos de Desarrollo Sostenible. En este documento, exploramos estrategias para lograr la expansión necesaria de la energía renovable y, al mismo tiempo, mantener los diversos beneficios sociales y ambientales de los ríos. Estas estrategias pueden implementarse a escalas que van desde el proyecto individual (flujos ambientales, paso de peces y otras mitigaciones a nivel de sitio) hasta cascadas de energía hidroeléctrica, cuencas fluviales y sistemas regionales de energía eléctrica. Si bien revisamos la evidencia de que la gestión y mitigación a nivel de proyecto puede reducir los costos ambientales y sociales, postulamos que la escala más efectiva para encontrar soluciones equilibradas ocurre en la escala de los sistemas de energía. Además, planteamos la hipótesis de que la búsqueda de soluciones a escala del sistema también puede proporcionar beneficios para los inversores, los desarrolladores y los gobiernos; la evidencia de los beneficios para estos actores será necesaria para lograr una amplia adopción de los enfoques descritos en este documento. Probamos esta hipótesis a través de casos de Chile y Uganda que demuestran el potencial de la planificación de energía a escala de sistema para permitir a los países cumplir con los objetivos de energía baja en carbono con sistemas de energía que evitan la represa de ríos de alta prioridad (por ejemplo, aquellos que causarían conflictos con otros beneficios sociales y ambientales) por un costo de sistema similar al que se aproxima el status quo. También mostramos que, a través de la reducción del riesgo y el conflicto potencial, la planificación estratégica de la selección del sitio hidroeléctrico puede mejorar el desempeño financiero de los inversores y desarrolladores, con un estudio de caso de Colombia.Files
pdf.pdf
Files
(2.8 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:7868234e16ac7f7a497491739da7e9b4
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- موازنة الطاقة المتجددة وموارد الأنهار من خلال الانتقال من التقييمات الفردية لمشاريع الطاقة الكهرومائية إلى تخطيط نظام الطاقة
- Translated title (French)
- Équilibrer les énergies renouvelables et les ressources fluviales en passant des évaluations individuelles des projets hydroélectriques à la planification du système énergétique
- Translated title (Spanish)
- Equilibrar la energía renovable y los recursos fluviales pasando de las evaluaciones individuales de los proyectos hidroeléctricos a la planificación del sistema energético
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4313481919
- DOI
- 10.3389/fenvs.2022.1036653
References
- https://openalex.org/W1177477852
- https://openalex.org/W134837077
- https://openalex.org/W1508444357
- https://openalex.org/W1555935903
- https://openalex.org/W1575942708
- https://openalex.org/W1938465165
- https://openalex.org/W1959878221
- https://openalex.org/W1969483029
- https://openalex.org/W1985757106
- https://openalex.org/W1996832830
- https://openalex.org/W1996950224
- https://openalex.org/W2000337799
- https://openalex.org/W2012406893
- https://openalex.org/W2033980783
- https://openalex.org/W2095375249
- https://openalex.org/W2117690742
- https://openalex.org/W2126925107
- https://openalex.org/W2145380083
- https://openalex.org/W2155432651
- https://openalex.org/W2159846469
- https://openalex.org/W2168459518
- https://openalex.org/W2267278496
- https://openalex.org/W2385855707
- https://openalex.org/W2527674082
- https://openalex.org/W2534918966
- https://openalex.org/W2580417537
- https://openalex.org/W2783956296
- https://openalex.org/W2793476588
- https://openalex.org/W2808082592
- https://openalex.org/W2809783277
- https://openalex.org/W2905127092
- https://openalex.org/W2908071327
- https://openalex.org/W2944057425
- https://openalex.org/W2973706045
- https://openalex.org/W2981783575
- https://openalex.org/W2989091100
- https://openalex.org/W2992122671
- https://openalex.org/W3007469183
- https://openalex.org/W3009119269
- https://openalex.org/W3044318843
- https://openalex.org/W3046391933
- https://openalex.org/W3046751672
- https://openalex.org/W3123521572
- https://openalex.org/W3134408425
- https://openalex.org/W3161301261
- https://openalex.org/W3182095462
- https://openalex.org/W3190118424
- https://openalex.org/W4213164768
- https://openalex.org/W4224268668
- https://openalex.org/W4229044023
- https://openalex.org/W4281727941
- https://openalex.org/W4293182506
- https://openalex.org/W4310356131
- https://openalex.org/W4318071629
- https://openalex.org/W69185635