编者按：水力在美国电力结构中占6%以上，提供其他再生能源缺少的弹性，但是水坝带来的副作用的反应却越来越强烈，最新研究理论显示，用太阳能板取代全美的水力发电厂，只需13%的空间。

根据一项新研究，理论上，用太阳能板取代全美的水力发电厂，只需13%的空间。研究人员表示，这个少得惊人的数字显示，逐步淘汰水力发电这种号称再生、却会严重破坏生态系统的能源生产方式，其实是个有吸引力的选项。

目前，水力是美国电力结构很重要的一部分，占6%以上，提供其他再生能源缺少的弹性。但随着现有水力发电站接近寿命终点，以及影响环境的风险日益增加，美国可能有越来越多水坝被淘汰。如果不继续盖水坝，就需要以其他技术取代，而这份发表在“自然永续性”（Nature Sustainability）期刊的新研究主张，大规模推广太阳能是一个潜在的选项。

作者强调本研究为“纯理论”，但考量水坝对美国河道的压力，仍值得考虑用其他再生能源作为替代方案。


大型水坝为环境带来“严重伤害”

水坝在美国已有超过一个世纪的历史，世界上第一座水力发电厂于1882年在威斯康辛州开始运作。1940年，水力发电占全美发电量的40%。

今天，许多发展中国家正试图复制这种快速成长模式。安哥拉、缅甸等国家正投资大型水力发电计划，以号称比化石燃料还要环保的方式发电。

然而在已经有水力发电厂的地区，对水坝带来的副作用的反应却越来越强烈。

研究主持人、纽约城市大学水域保育生物学家沃德曼（John Waldman）指出，许多环保人士认为水坝是“河流的血栓”，对生态系统造成了“严重伤害” 。

他说，最典型的受害动物是洄游鱼类，如鲑鱼和鲥鱼，由于迁徙路径受阻，部分地区洄游鱼类下降了几个数量级。

水坝也会导致当地生物多样性下降、沉积物增加，当水库中的水变暖时，河水温度也随之发生变化。

水坝甚至会成为碳排放源，因为淹水的大片土地会导致水中微生物排出甲烷和其他温室气体。

因此，过去的30年间美国已经拆除了1000多座水坝，科学家也发现状况有显著的改善。

世界自然基金会（WWF）全球淡水科学家欧普曼（Jeff Opperman）博士表示，拆除大坝是解决淡水物种“急遽减少”最有效的方法之一。20年前缅因州肯纳贝克河上的爱德华兹大坝被拆除后，河中产卵的鲱鱼数量增加了近百倍。

水力发电为电网带来的“调度弹性”

目前为止美国已拆除的水坝对国家整体电力组合的贡献相对小，但如果打算拆除更大的水坝，势必得找到替代方案。

这可能不是很容易，因为水坝提供了必要的电网服务。美国能源部的水力发电愿景报告预测，水力发电对电网规划和营运的贡献未来将会增加，“具体来说，水力发电可以快速根据电力负载和发电设备之间的差异迅速增加和减少发电量，这有助于将其他再生能源（如风能和太阳能）整合到电网中。”

但随着美国许多老旧水坝的利润减少并且寿命即将结束，沃德曼说其他再生能源可能可以取代部分老化的水坝，甚至提供部分的稳定性。


大规模更换

在他们的“思想实验”中，沃德曼和团队利用美国陆军工程兵团的国家水坝库存资料，来确定需要多少公顷的工业规模光伏（PV）电池才可取代现有水坝所产生的电力。

他们计算出，如果美国本土所有2,603个水坝（即夏威夷和阿拉斯加以外的48州）都被拆除换成太阳能电池板，将只占其水库所覆盖面积的13%。

在部分地区，这个差异特别明显。像佛罗里达目前四座水坝共26,520公顷，换成太阳能板不过一个纽约中央公园的面积（339.94公顷）。

作者表示他们没有考量安装太阳能板的成本，因为成本和地点高度相关。

沃德曼表示，这么做的整体正效应是换回自由流动的河流，替代的再生能源也不必只有一种，“放干一个水库可以换回大片的土地。可以在水库底下铺太阳能板，也可以放些在水面上漂...水库通常在山谷里，也许能延着山脊架设风机，也许利用流体动力学或分流方法获取一些水能而不会阻挡河流。”

然而，虽然将美国400万公顷的水库缩小到一个特拉华州（美国第二小的州）的面积听起来似乎很吸引人，但沃尔德曼承认，对于许多水坝而言，这根本不可行。尤其水坝经常提供重要的额外社会效益，包括饮用水供应、防洪和娱乐活动。沃尔德曼指出，“尽管我知道我们永远不可能拆除美国2,603座水坝，但在有所选择时，还是有很大的空间可以往这个方向考虑。”

而且，尽管太阳能板占用的空间较小，还是有其他潜在问题，象是可能会破坏栖息地并导致生物多样性流失。“根据定义，以前的水库将沿着河流兴建，而那些土地......通常是野生动植物最有价值的栖息地，也往往是重要的休闲娱乐场所。”

针对这些问题，作者指出过去的研究显示，和其他形式的发电相比，太阳能发电的危害较小。他们也指出，用太阳能取代水力发电可以不要在水库进行。

弥补电网的不足

国际水电协会沟通主任亨利（Will Henley）表示，水力发电厂的稳定性不太容易被太阳能取代，建议采用整合两种形式的发电系统：“与其用太阳能取代水力发电，更永续的方法是优先考虑水力发电现代化投资，结合两种技术优势。今日太阳能板可以安装在水库表面或与水库相邻，增加而非取代整体水库发电量。”

沃德曼说，虽然水力发电确实提供了关键的电网服务，但它们提供的电力也并非总是一致，而且可能受干旱等气候现象的影响，不如用一系列替代再生技术建立“能源公园”，利用水力发电厂的现有电力线，还具备“光靠水力发电不足以提供的稳定性”。

基于这些机会，对许多有丰富太阳能资源的发展中国家来说，单一大型水力发电厂规划其实是“重大错误”，可能破坏自然水道。然而在美国，欧普曼说这个问题几乎没有实际意义，因为全美各地的老水坝和老化中的大坝都没有对电力做出重大贡献，让许多河流恢复自由流动，不需要拆除大型重要水电大坝。 

原标题：用太阳能取代全美水力发电 土地需求仅为水库面积的13%