Il retrofit di dighe per l'idroelettrico può fornire una spinta di energia verde?

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Nel 1969, il Corpo degli Ingegneri dell'Esercito degli Stati Uniti terminò la costruzione della diga di Red Rock sul fiume Des Moines nella contea di Marion, Iowa. Una delle migliaia di dighe degli Stati Uniti costruite in quel decennio, il suo scopo era quello di moderare le inondazioni stagionali, consentendo al Corpo di liberare i milioni e mezzo di piedi di neve sciolta sequestrati ogni primavera a piacimento. E per più di 50 anni, oltre a fornire alla gente del posto un bacino idrico in cui pescare e andare in barca, non ha fatto altro.

Le cose sono cambiate lo scorso autunno quando gli ingegneri hanno lasciato che l'acqua scorresse in due condotte forzate appena perforate attraverso la struttura in cemento della diga. Scorrendo in una centrale elettrica sottostante, l'acqua ha fatto girare due turbine idroelettriche prima di riversarsi nel fiume, generando abbastanza elettricità per alimentare più di 18.000 case in Iowa, Minnesota, Nord e Sud Dakota.

Più di un decennio di lavoro, il progetto Red Rock è l'ultimo di 36 dighe statunitensi retrofittate per generare energia idroelettrica dal 2000, che rappresentano oltre 500 megawatt di capacità di generazione rinnovabile. Questa è solo una frazione dei 33.000 megawatt di capacità di energia solare ed eolica che gli Stati Uniti hanno aggiunto nel solo 2020. Ma questi retrofit sono stati la principale fonte di sviluppo dell'energia idroelettrica negli Stati Uniti dalla fine del boom della costruzione di dighe del 20 ° secolo. E con obiettivi ambiziosi da parte degli stati e del governo federale di decarbonizzare gran parte della rete entro il 2035 per evitare i peggiori effetti del cambiamento climatico, i sostenitori dell'energia idroelettrica e dell'ambiente affermano che il retrofit delle dighe rappresenta un'opportunità per sfruttare le infrastrutture esistenti per l'energia rinnovabile evitando gli impatti distruttivi per l'ambiente di nuove dighe sui fiumi.

"L'era della costruzione di grandi dighe è essenzialmente finita", ha affermato LeRoy Coleman, portavoce della National Hydropower Association, un gruppo industriale. "Quindi il nostro obiettivo come industria è … sviluppare su ciò che è là fuori".

Il retrofit delle dighe è supportato da un'improbabile alleanza tra l'industria idroelettrica e gruppi ambientalisti.

A gennaio, 88 progetti per il retrofit di dighe non alimentate erano nella pipeline di sviluppo dell'energia idroelettrica della Federal Energy Regulatory Commission (FERC), principalmente su chiuse e dighe sui fiumi Ohio e Mississippi. C'erano anche più di 100 progetti proposti per aggiungere la generazione di elettricità a canali e altri condotti, nonché per aggiornare le strutture idroelettriche esistenti, che insieme rappresentano quasi 1.500 megawatt di nuova capacità idroelettrica. Alcuni progetti dovrebbero iniziare già nella primavera del 2022.

Esiste un ampio sostegno politico per il retrofit delle dighe esistenti, con incentivi per il retrofit inclusi in diverse fatture federali multimiliardarie progettate per revisionare l'infrastruttura delle dighe obsolete del paese. Queste proposte bipartisan, attualmente coinvolte nelle più ampie deliberazioni infrastrutturali del Congresso, sono state modellate e sono supportate da un'improbabile alleanza tra l'industria idroelettrica e i gruppi ambientalisti, con l'obiettivo di ammodernare, riabilitare e rimuovere le dighe. I sostenitori della legislazione affermano che il cambiamento climatico e il peggioramento della siccità negli Stati Uniti occidentali conferiscono urgenza alle proposte, con flussi imprevedibili che incidono sulla produzione di energia idroelettrica e stressano le vecchie dighe.

Per gli ambientalisti, che storicamente hanno visto il nuovo sviluppo dell'energia idroelettrica come un anatema, i retrofit offrono una soluzione alternativa, un modo per sfruttare l'acqua per generare energia senza aggiungere all'immenso danno che molte dighe hanno inflitto agli ecosistemi e alle comunità fluviali. Ma ciò non significa che pensino che ogni diga dovrebbe essere riadattata, ha affermato Brian Graber, che dirige il ripristino del fiume presso American Rivers, un'organizzazione senza scopo di lucro che sostiene la rimozione delle dighe e sostiene la nuova legislazione. "Vogliamo che quegli incentivi siano appropriati per aiutare a riadattare quelle dighe che dovrebbero essere rimosse, e altrimenti aiutare a rimuovere le dighe che dovrebbero essere rimosse", ha detto.

Il progetto idroelettrico Red Rock sul fiume Des Moines in Iowa..
Servizi energetici del fiume Missouri

Delle oltre 90.000 dighe negli Stati Uniti, solo circa 2.500 generano energia, fornendo circa il 7% di tutta l'elettricità degli Stati Uniti e il 38% dell'elettricità da fonti rinnovabili. Il resto, costruito per scopi che vanno dall'irrigazione al controllo delle inondazioni alla navigazione, sono conosciute come dighe non alimentate. "Questo dice due cose", ha detto Shannon Ames, che guida il Low Impact Hydro Institute, un'organizzazione no-profit che valuta gli impatti ambientali dei progetti idroelettrici. “Uno, c'è il potenziale per più energia idroelettrica nelle dighe esistenti. E due, non c'è bisogno di costruire una nuova diga".

Sebbene la maggior parte di queste dighe non alimentate non immagazzini abbastanza acqua o siano troppo remote per essere adatte allo sviluppo dell'energia idroelettrica, secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) migliaia potrebbero essere adattate per generare elettricità. In un rapporto del 2016, l'agenzia ha scoperto che il retrofit delle dighe esistenti potrebbe aggiungere fino a 12.000 megawatt di capacità di generazione alla rete, anche se solo 4.800 megawatt – sufficienti per alimentare più di due milioni di case – sarebbero economicamente fattibili da costruire entro il 2050. Questi i retrofit, ha detto Coleman, rappresentano miliardi di dollari di potenziali investimenti e migliaia di posti di lavoro.

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Altre possibili corsie per lo sviluppo dell'energia idroelettrica delineate nel rapporto del DOE includono una manciata di gigawatt dall'aggiornamento degli impianti idroelettrici esistenti, dall'adeguamento di canali e condutture e dallo sviluppo limitato di nuove dighe. Il rapporto citava il potenziale di oltre 30 gigawatt di pompaggio idroelettrico, un metodo di stoccaggio dell'energia in cui l'energia in eccesso viene utilizzata per pompare l'acqua in un serbatoio superiore, che viene poi rilasciato attraverso una turbina idroelettrica quando è necessaria l'energia. Presi insieme, questi circa 50 gigawatt di energia idroelettrica aumenterebbero della metà l'attuale capacità di generazione di energia idroelettrica.

Un disegno di legge federale sulle infrastrutture amplierebbe i finanziamenti per il retrofit e l'aggiornamento delle dighe per l'energia idroelettrica.

Oltre a ridurre la quota di energia elettrica da combustibili fossili, l'aggiunta di più energia idroelettrica potrebbe avvantaggiare la rete in altri modi, ha affermato Tim Welch, che gestisce il programma idroelettrico presso il DOE. "Anche i piccoli progetti idroelettrici in dighe non alimentate – 10, 15 megawatt o anche meno – possono svolgere un ruolo nella regolazione della rete" e nel renderla più resiliente, ha affermato. Ciò include la fornitura di funzionalità di "black start" per ripristinare l'energia alla rete dopo un blackout o il backup delle risorse eoliche e solari intermittenti. L'accumulo idroelettrico di pompaggio, che attualmente fornisce oltre il 90% dello stoccaggio totale di energia negli Stati Uniti, potrebbe essere particolarmente significativo per rafforzare una rete sempre più variabile.

“[Hydropower] è unico tra le rinnovabili perché è praticamente una risorsa 24 ore su 24, 7 giorni su 7", ha affermato Ames. "A parte le fluttuazioni stagionali e, naturalmente, le siccità che si verificano, l'acqua scorre in modo abbastanza coerente".

A meno che, ovviamente, non lo sia. "Ci sono molte domande sul flusso affidabile in tutto il mondo" con i cambiamenti climatici che alterano i modelli di precipitazioni e siccità, ha affermato Yadu Pokhrel, un ingegnere che studia l'energia idroelettrica sostenibile presso la Michigan State University. Ad esempio, l'Environmental Information Agency prevede che l'intensa siccità che attualmente sta facendo appassire gli Stati Uniti occidentali ridurrà la notevole produzione di energia idroelettrica della California di quasi il 20% quest'anno.

Anche le previsioni passate sulla produzione di elettricità da parte dei retrofit idroelettrici si sono rivelate eccessivamente ottimistiche; uno studio sui 36 retrofit completati negli Stati Uniti negli ultimi due decenni ha rilevato che la generazione effettiva è stata sopravvalutata in media di 3,6 volte. Welch ha affermato che il DOE sta investendo pesantemente in migliori previsioni per migliorare la capacità dei progetti idroelettrici di pianificare la siccità e altre condizioni meteorologiche estreme. L'impatto di un clima imprevedibile sulla produzione di energia idroelettrica, ha affermato, è "assolutamente" una preoccupazione.

La capacità idroelettrica degli Stati Uniti si è stabilizzata negli ultimi anni.
Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti

Sebbene non tutti i progetti di retrofit in cerca di licenze con FERC verranno realizzati, molti stanno andando avanti. Ad esempio, Rye Development, con sede a Boston, sostenuta dalla società di investimento Climate Adaptive Infrastructure, ha ottenuto licenze per oltre 750 milioni di dollari di retrofit su 22 dighe, che rappresentano 250 megawatt di capacità di generazione, sufficienti per alimentare circa 125.000 case. La costruzione dei primi tre progetti – tutte le chiuse e le dighe gestite dal corpo dell'esercito sui fiumi Ohio e Allegheny – inizierà nella primavera del 2022.

"I giorni di una centrale a carbone da 2.500 megawatt sono probabilmente passati", ha affermato Paul Jacobs, CEO di Rye Development. “Quindi, dobbiamo pensare a come sostituirli in modo creativo. E questo è un componente che può giocare un ruolo importante in tutto questo". Ha aggiunto che il grado di sostegno statale e federale per la decarbonizzazione della rete è il fattore più importante che determina quanti retrofit verranno effettivamente realizzati. Molti retrofit possono ripagarsi da soli, ma gli incentivi fiscali e lo snellimento del processo di autorizzazione renderebbero fattibili ancora più progetti, ha affermato.

A questo punto, il sostegno federale alle cosiddette "tre R" (riabilitazione, retrofit e rimozione) sembra promettente. Questo mese, la deputata democratica Annie Kuster del New Hampshire ha presentato, con il sostegno bipartisan, un disegno di legge da 25,8 miliardi di dollari chiamato 21st Century Dams Act. Il disegno di legge amplierebbe i finanziamenti e offrirebbe incentivi per il retrofit e l'aggiornamento delle dighe per l'energia idroelettrica, oltre ad aumentare i finanziamenti per la riabilitazione delle dighe. Offrirebbe anche nuovi incentivi e sovvenzioni per rimuovere 1.000 dighe per ricollegare 10.000 miglia di ecosistemi fluviali frammentati.

Il pacchetto infrastrutturale bipartisan da 1,2 trilioni di dollari attualmente all'esame del Congresso include anche una versione ridotta del piano Kuster da 2,3 miliardi di dollari, anche se "molto ridotta rispetto al numero che riteniamo necessario per avere un effetto di trasformazione", ha affermato Graber di American Rivers.

La diga di Hungry Horse nel Montana è stata completata nel 1952 al culmine della grande era della costruzione di dighe negli Stati Uniti.
Justin Mueller / Alamy Foto Stock

In generale, il retrofit di dighe esistenti ha impatti ambientali trascurabili rispetto alla costruzione di una nuova diga, le cui conseguenze ambientali e sociali negative sono ben documentate. Le dighe possono frammentare gli ecosistemi, limitando la capacità delle specie di muoversi su e giù per i fiumi. I serbatoi dietro di loro possono inondare comunità e siti culturalmente significativi. Le dighe possono diventare responsabilità per i proprietari e pericoli per le comunità a valle man mano che invecchiano e richiedono riparazioni. Possono anche essere una fonte di emissioni di gas serra, poiché la materia vegetale inondata nei giacimenti marcisce, rilasciando metano e altri gas serra.

Tuttavia, i gruppi di conservazione vedono un ruolo per l'energia idroelettrica nella decarbonizzazione rapida della rete, ha affermato Graber. "Attualmente è una fonte di energia significativa e continuerà ad avere quel ruolo", ha detto. “E vogliamo assicurarci che le operazioni siano gestite in modo ecologico”.

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Il retrofit si inserisce in quella visione, ha affermato Ames del Low Impact Hydro Institute, soprattutto quando il retrofit non comporta l'alterazione del flusso di un fiume. I retrofit possono anche aiutare con la manutenzione della diga: "Una diga guasta e che perde non aiuta con la produzione di energia", ha detto Ames. "È meglio avere una diga in forma".

Ma c'è un avvertimento chiave, ha detto Graber: "Vogliamo assicurarci che quelle dighe che vengono adattate siano le dighe che forniscono anche alcune funzioni critiche, cose come l'approvvigionamento idrico o il controllo delle inondazioni, o che siano dighe che produrranno una quantità significativa di potere." Cioè, prima di dare a una diga una nuova ragione per esistere aggiungendo energia idroelettrica, assicurati che debba davvero esserci.

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