31.08.2022

ГЭС в борьбе за чистую энергию и биоразнообразие. Создание гидроэнергетики, защищающей реки и рыбу


АЛАМЕДА, Калифорния – 12 июля 2022 г.

   

Natel Energy и ведущее научно-исследовательское учреждение Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) завершили серию научных исследований, которые подтверждают в среднем более 99% безопасного прохождения ключевых видов мигрирующих рыб благодаря уникальной конструкции турбины Natel, устанавливая новый стандарт безопасности рыбы в гидроэнергетике и значительный прогресс в борьбе за сохранение биоразнообразия при одновременном развитии производства возобновляемой энергии.

Чтобы сохранить глобальное потепление на уровне 1,5°C, количество энергии, вырабатываемой водой, должно удвоиться к 2050 году. Но в США и во всем мире гидроэлектростанции нарушают связь между реками, причиняя ущерб рыбе и речным экосистемам и вызывая споры вокруг чистого воздействия гидроэлектроэнергии на окружающую среду. Три испытания, проведенные Natel и PNNL, продемонстрировали, что новая конструкция турбины революционизирует взаимосвязь между гидроэнергетикой и безопасностью рыбы, позволяя эффективно вырабатывать возобновляемую энергию, обеспечивая при этом безопасный проход вниз по течению для всех видов и размеров рыб.

“Команда Natel стремится найти инновационные способы смягчения последствий двойного кризиса - изменения климата и утраты биоразнообразия; поэтому мы построили восстановительную гидротурбину (RHT) для выработки чистой энергии и обеспечения безопасного прохода рыб, обитающих в наших водах, вниз по течению”, - сказала Джиа Шнайдер, соучредитель и генеральный директор Natel Energy. “Чтобы сдвинуть с мертвой точки проблему изменения климата, гидроэнергетика должна быть частью решения. Наши исследования с PNNL показывают, что гидроэнергетика может сохранить виды рыб, которые имеют решающее значение для общественного и экологического здоровья, помогая планете достичь чистого нулевого уровня выбросов”.

Результаты последних научных исследований — создание нового прецедента в отрасли

Самый последний тест Natel / PNNL на 186 крупных радужных форелях длиной до 500 мм (19,7 дюйма) не выявил существенной разницы между рыбой, прошедшей через турбину диаметром 1,9 метра (примерно 6 футов) Natel, и контрольной группой, что указывает на то, что RHT обеспечивает безопасное прохождение нескольких самых крупных рыб, когда-либо успешно прошедших через компактную гидротурбину.

Более ранние испытания более мелкой радужной форели, прошедшей через турбину Natel, продемонстрировали 100% выживаемость, как и испытания 174 американских угрей, многие из которых были длиннее диаметра турбины. Успешное безопасное прохождение американских угрей (занесенных МСОП в список находящихся под угрозой исчезновения) через компактную гидротурбину не имеет аналогов в отрасли, и исследование Natel является первым в истории, в котором была сделана видеозапись прохождения угрей через турбину.

Проблема между выживанием рыбы и традиционной гидроэнергетикой реальна

По данным NOAA Fisheries, в США более двух миллионов плотин ежегодно препятствуют миграции рыбы, включая два проверенных вида. Статус-кво для прохода рыбы заключался в том, чтобы исключить рыбу из гидротурбин с использованием экранов для направления рыбы на альтернативные маршруты вниз по течению, что может задержать миграцию и подвергнуть рыбу хищникам. Тем не менее, многие рыбы по-прежнему попадают в турбины, где они подвергаются травматическим повреждениям или гибели и не могут продолжать свой жизненный цикл.

В то время как некоторые гидроэлектростанции продемонстрировали безопасный проход рыбы через турбину, ни одно существующее решение еще не может быть применено широко. Один из подходов заключается в использовании медленно вращающегося оборудования, в котором рыбам легко ориентироваться, но эта технология ограничена установками, производящими менее 1 МВт мощности. На нескольких крупномасштабных (>50 МВт) установках, которые предусматривают сохранение рыбы, диаметр турбины составляет более 6 м, в то время как безопасный проход был продемонстрирован только для мелких рыб длиной ~ 200 мм. RHT Natel является первым в отрасли, который обеспечивает безопасный проход для крупной рыбы через небольшие турбины, а также предлагает конфигурации турбин, которые поддерживают широкий диапазон выходной мощности, подходящей как для малых, так и для крупных гидроэлектростанций.

Возможность для турбин, безопасных для рыбы

“Мы спроектировали турбины Natel для включения рыбы, что означает, что рыба может безопасно следовать по течению реки непосредственно через гидроэлектростанции, не подвергаясь исключению из них с помощью тонких экранов и длительных задержек при миграции при переходе к системам обхода ниже по течению”, - сказал соучредитель и технический директор Natel Эйб Шнайдер. “Включение рыбы может быть самым простым и наиболее экономичным способом обеспечения безопасного прохождения рыбы вниз по течению, позволяя при этом гидроэлектростанциям работать в обычном режиме и без высоких затрат, связанных с экранами для исключения рыбы и периодическими остановками в периоды миграции. Исследования, которые мы провели с PNNL, помогли подтвердить рыбную безопасность нашей уникальной конструкции турбины, подчеркнув ее потенциал для модернизации существующих гидроэлектростанций, которые блокируют миграцию вниз по течению, и для разработки новых установок, которые поддерживают связь с реками ниже по течению”.

Помимо положительного воздействия на здоровье популяции рыб, турбина Natel может повысить экономическую эффективность проекта до 20% за счет модернизации и может снизить затраты на установку до 10%. Объединенные результаты трех исследований Natel и PNNL закладывают основу для новой эры безопасной для рыб гидроэнергетики, которая может ускорить переход к возобновляемой энергосистеме при сохранении водного биоразнообразия.

Для получения дополнительной информации о Natel и их постоянных усилиях по поддержке усовершенствованного, безопасного для рыбы подхода к гидроэнергетике – press@natelenergy.com.

О компании Natel Energy

Natel Energy, Inc., предоставляет интеллектуальные решения в области водоснабжения, энергетики и охраны окружающей среды в условиях меняющегося климата. Являясь независимым производителем электроэнергии, Natel приобретает и модернизирует действующие гидроэлектростанции и разрабатывает новые гидроустановки с низким уровнем воздействия, которые безопасны для рыбы, улучшают связь с реками и обеспечивают надежную возобновляемую энергию. В своей работе Natel руководствуется методами восстановления рек и дополняется программным обеспечением для мониторинга и прогнозирования от Upstream Tech, компании, которую Natel приобрела в 2017 году. Собственный портфель аппаратного и программного обеспечения Natel и подход, основанный на природе, революционизируют ландшафты гидроэнергетики и экологической разведки. Natel - частная компания, расположенная в Аламеде, штат Калифорния, США. Посетите www.natelenergy.com для получения дополнительной информации.


Создание гидроэнергетики, защищающей реки и рыбу

 

Natel Energy, АВТОР: ЭМИ ГУНИЯ   29 ИЮНЯ 2022 Г.


Восстановительная гидротурбина Natel (RHT) оснащена уникально толстыми лопастями, которые позволяют рыбе безопасно проходить через турбину и продолжать миграцию вниз по течению.

Гидроэлектростанция Монро, Мадрас, штат Орегон, в 2020 году.

 

Гидроэнергетика - крупнейший в мире источник возобновляемой энергии, вырабатывающий около 16% мирового объема электроэнергии. И она будет продолжать играть ключевую роль, поскольку мир стремится достичь нулевых показателей, не в последнюю очередь потому, что, подобно батарее, она может накапливать огромное количество энергии для запаса и быстро высвобождать ее в моменты пикового спроса.

Но, несмотря на то, что ВИЭ лучше подходят для климата, становится все более очевидным, что возобновляемые источники энергии могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Согласно исследованию Nature, проведенному в 2019 году группой международных исследователей под руководством Университета Макгилла и Всемирного фонда дикой природы, только 37% из 246 самых длинных рек в мире остаются свободными - без каких-либо искусственных плотин, водохранилищ или других сооружений, контролирующих движение воды. Гидроэнергетика может не только разрушить местные сообщества, но и повлиять на экосистемы, качество воды и биоразнообразие. Например, каждая пятая рыба, которая проходит через обычную турбину, получает смертельные травмы, по данным группы исследователей из Института экологии пресноводных и внутреннего рыболовства имени Лейбница в Германии. Это может иметь особенно разрушительные последствия для мигрирующих видов, таких как лосось, осетр и угорь, икре которых, возможно, придется проходить по этим опасным маршрутам вниз по течению, чтобы добраться до моря.

Однако, брат и сестра Эйб и Джиа Шнайдер пытаются это изменить. Они основали компанию Natel Energy в 2009 году, чтобы обеспечить наиболее устойчивое использование гидроэнергетики. Компания создала турбину, которая, по их словам, безопасна для рыбы, и их подход заключается в модернизации существующих гидроэлектростанций с их турбинами, чтобы рыба могла безопасно проходить, а также в строительстве новых проектов с низким уровнем воздействия на течение реки, которые не требуют плотин, что делает их минимально разрушительными для системы реки, насколько это возможно.

На данный момент у Natel есть два действующих проекта в Мадрасе, штат Орегон, и Фридом, штат Мэн, и еще несколько находятся в стадии разработки; в этом году компания планирует реализовать еще два проекта, один в Вирджинии, а другой в Австрии.

“Мы с братом глубоко заботимся о том, чтобы это развитие происходило таким образом, чтобы поддерживать устойчивые результаты в реках, потому что реки - это наша жизненная сила”, - говорит Джиа, генеральный директор компании со штаб-квартирой в Аламеде, штат Калифорния.


Джиа Шнайдер, соучредитель и генеральный директор Natel, восхищается американским угрем в системе рециркуляции аквакультуры, которую Natel поддерживает для проведения уникальных испытаний прохода рыбы в штаб-квартире компании в Аламеде, штат Калифорния, в 2021 году.

 Все дело в воде

Эйб и Джиа Шнайдер получили инженерные степени в Массачусетском технологическом институте на рубеже 21-го века. Впоследствии они выбрали разные карьерные пути — Джиа работала в сфере финансов и энергетики, а Эйб был инженером—механиком, - но в 2009 году они вместе со своим покойным отцом основали компанию Natel с целью создания гидроэнергетических систем, которые помогают, а не вредят экосистемам. Это навязчивая идея, которая является личной для них обоих. Их отец, изобретатель технологии возобновляемых источников энергии, в детстве рассказывал им об изменении климата.

Выросшая в Техасе, Джиа вспоминает, как подростком отправилась со своим отцом на рафтинг в знак протеста против крупного гидроэнергетического проекта в Канаде. В подростковом возрасте братья и сестры также регулярно брали отпуск, чтобы порыбачить на реке в Колорадо. Они заметили, что ветвь реки с бобровыми плотинами процветает, в то время как другая ветвь, где плотины были сняты скотоводческой компанией, нет. По словам Эйба, их теория заключалась в том, что скотоводческая компания убрала плотины, чтобы улучшить выпас скота, потому что они думали, что бобровые плотины затопили луга, но на самом деле бобровые плотины создали их. Осознание того, что естественные плотины играют решающую роль в поддержании здоровой среды обитания, помогло вдохновить их на будущий подход к гидротехническому планированию.

В отличие от крупных гидроэлектростанций, которые могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду, Natel хотела сделать турбины, которые позволили бы рекам максимально поддерживать их естественный сток для защиты здоровой экосистемы. Философия дизайна компании “restoration hydro”, которая включает в себя концепцию биомимикрии — учиться у природы и подражать ей для создания более экологичных конструкций — сочетает турбину, защищенную от рыбы, с малоударными конструкциями на стратегических объектах, которые используют и имитируют природный ландшафт. Сооружения проекта восстановления гидроэлектростанций могут имитировать бобровые плотины, естественные бревенчатые заторы или скальные арки, и, в зависимости от реки и окружающей среды, можно было бы установить турбины без фактического перекрытия реки, что резко изменило бы ландшафт.

При этом цель restoration hydro - помочь восстановить водораздел и экологические функции, которые могли быть повреждены естественным путем или в результате обычных гидроэнергетических проектов. Кроме того, в отличие от традиционных гидроэнергетических проектов, этот проект поддерживает подпитку грунтовых вод — когда вода просачивается сквозь землю, пополняя водоносные горизонты, — снижает риски наводнений и засухи и улучшает качество воды.

“Каждый гидропроект - это также водный проект, а не просто энергетический проект”, - говорит Джиа.

Борьба с биоразнообразием и климатическим кризисом

Чтобы быть менее опасными для водной флоры и фауны, гидроэнергетические турбины Natel, защищенные от рыбы, имеют более толстые и крутые лопасти, чем обычные гидроэнергетические турбины. Тупые края лопастей отклоняют рыбу, в то время как их наклон снижает вероятность прямого удара. Natel говорит, что его уникальная конструкция лопастей обеспечивает выживаемость рыбы более чем на 99%.

Джиа говорит, что думая о борьбе с изменением климата, нельзя упускать из виду кризис биоразнообразия. В течение многих лет исследователи изучали, как сделать гидроэнергетические проекты менее вредными для окружающей среды, при этом некоторые используют экраны для предотвращения попадания рыбы в плотины. И в некоторых местах крупные гидроэнергетические проекты вышли из моды. Другие отрасли возобновляемой энергетики также экспериментируют в этом направлении: ветроэнергетические компании работают над тем, чтобы сделать турбины более безопасными для птиц, например, путем покраски одной из лопастей ротора в черный цвет, чтобы сделать ее более заметной для птиц, в то время как все больше внимания уделяется негативному воздействию солнечных ферм на биоразнообразие, когда земля расчищается, чтобы освободить место для панелей.

В исследовании, проведенном Тихоокеанской Северо-Западной национальной лабораторией, соучредитель и технический директор Natel Эйб Шнайдер в 2021 году осматривает американского угря в трубе, заполненной водой, после его безопасного прохождения через восстановительную гидротурбину (RHT).

 “В конце концов, нам нужно получать мегаватты, и чистые мегаватты, возобновляемые мегаватты, [которые] лучше, чем мегаватты ископаемого топлива в контексте изменения климата”, - говорит она. “Но я действительно думаю, что мы должны уделять приоритетное внимание биоразнообразию, потому что, когда вы приближаетесь к общей картине, мы сталкиваемся не только с кризисом изменения климата на земле в целом, мы также сталкиваемся с реальным кризисом биоразнообразия”.

Экологически чистый и экономичный

Когда Джиа и Эйб основали Natel, они были сосредоточены на том, как улучшить гидроэнергетику для рек. В то же время они знали, что “никто в финансовой или энергетической сфере не захочет жертвовать эффективностью или стоимостью”, - говорит она. “Мы включили в это уравнение то, что мы также хотели, чтобы оно было безопасным для рыбы и соединяло реки, и мы подумали:"Мы сопоставим эти критерии проектирования с другими ограничениями, а затем используем это для управления процессом проектирования”.

Компания Natel утверждает, что стоимость выработки электроэнергии с использованием ее турбин составляет около 4-8 центов за киловатт-час, или 40-80 долларов за мегаватт-час (диапазон затрат зависит от размера турбины или установки; более крупные турбины и установки, как правило, приводят к некоторой экономии). Сравните это с типичными крупными гидроэнергетическими проектами в Северной Америке, где, по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, в среднем стоимость новых проектов, построенных за последнее десятилетие, составляла около 8 центов за киловатт-час.

Турбина Natel также устраняет необходимость в экранах для рыбы, снижая как первоначальные, так и текущие расходы на такие вещи, как техническое обслуживание, а компактность турбин означает, что строительные работы по строительству установок с использованием турбин Natel являются менее сложными. “Это примерно так же эффективно, как любая обычная гидротурбина, но она безопасна для рыбы”, - говорит Джиа.

Джиа и Эйб надеются, что то, что они делают, может помочь продемонстрировать более устойчивый подход к возобновляемой энергетике — доказать, что компаниям не нужно выбирать между тем, что полезно для окружающей среды, и тем, что работает экономически.