水电是世界上领先的可再生能源。2022 年的水力发电量超过了所有其他可再生能源的总和。但是，尽管水力发电有助于清理我们的电网，但它并不总是对鱼类有利的。
在河流上建造水库的水坝可以改变栖息地。对于一些物种，尤其是那些需要长途迁徙的物种，水电设施可能会成为危险或难以逾越的障碍。
在包括美国、加拿大和欧洲在内的一些地区，政府已经采取了保护措施，以保护生态系统免受水力发电的潜在危害。
新的环境法规可能会使旧设施面临昂贵的翻新，不然就会将它们完全关闭。
这是一个大问题，因为将水电站从电网中撤出会消除一种灵活、低排放的能量来源。这种来源可以帮助我们应对气候变化。
包括不会伤害鱼类的涡轮机在内的新技术，可以帮助公用事业公司和监管机构在河流生态系统和全球气候目标之间取得健康的平衡。
这就是像 Natel Energy 这样的公司的用武之地。Natel 的联合创始人兼首席商务官贾·施奈德（Gia Schneider）表示，该公司自创立起就有两大目标：高性能和保护鱼类。
图 | 机械技师亚历克斯·康恩（Alex Conn）正在制作不会伤害鱼类的涡轮机的模型（来源：NATEL）
该公司正在重新设计水力发电厂的涡轮机。在水流通过设备并带动叶片转动时，这些涡轮机会产生电力。
施奈德说，传统涡轮机叶片的转速可达每秒 30 米。她说，“当又直又薄的叶片转动得如此之快并击中鱼时，糟糕的结果是显而易见的。”
Natel 的涡轮机设计重点是防止快速运动的设备与鱼类发生致命接触。施奈德说，这款涡轮机的叶片有一个更厚的前缘，可以将水推到前面，形成一个停滞区，或者“本质上是鱼的安全气囊”。
它的叶片也是弯曲的，所以即使鱼被击中，也不会发生直接撞击。
该公司已经用一系列物种测试了涡轮机，包括美国鳗鱼、阿莱维鱼和虹鳟。在最近一项针对美国鳗鱼的研究中，科学家发现超过 99% 的鳗鱼在通过 Natel 的设备 48 小时后存活了下来。
相比之下，2010 年的一项研究发现，只有 40% 的被标记的欧洲鳗鱼能够通过水电站的涡轮机，尽管能否存活在很大程度上取决于鳗鱼和相关设备的大小。
改变涡轮机的设计并不能帮助鱼类在所有发电厂生存。在一些拥有很高的水坝的大型发电厂，水压的快速变化会导致鱼类死亡。
但施奈德表示，美国现有水电机组中的一半都可以应用该公司的技术，以使发电厂更安全。
水电是世界上最古老的可再生能源之一。根据国际能源署的数据，到 2030 年，全球 20% 以上的水电发电机组的使用年限将超过 55 年。如今，美国水力发电厂的平均使用年限约为 65 年。
在美国，私营水力发电厂由一个名为联邦能源监管委员会的机构颁发许可证，有效期最长可达 50 年。
根据美国国家水电协会的数据，到 2035 年，大约有 17 吉瓦的水电设施（足以为 1300 万户家庭供电）需要重新申请许可。
自其中许多设施启动以来，环境要求发生了重大变化，一些工厂在试图遵守新规则并继续运营时，可能面临高昂的翻新成本和艰巨的工程工作。
在某些情况下，通过增加滤网的方式来过滤掉水电站进水口中的鱼类是一个潜在的解决方案，但这种系统的安装和维护都会增加巨大的成本。施奈德说，在这些设施中 Natel 的技术代表了一种替代方案。
Natel 已经在美国缅因州和美国俄勒冈州启动了几个项目。施奈德说，这些项目都涉及相对较小的涡轮机，但该公司正在推进更大的项目。
它最近赢得了与一家制造合作伙伴的投标，为现有工厂供应直径三米的大型涡轮机。该公司还将其不会伤害鱼类的涡轮机的设计授权给现有制造商。
公用事业公司是否采用保护鱼类的安全设计，可能取决于它如何影响效率，或者在特定水流量的前提下可以产生多少能量。
施奈德说，在某些情况下，Natel 涡轮机的效率将略低于今天的传统涡轮机。尽管差异很小，但它们仍能代表对于旧设计的改进。
虽然有的设计会在鱼类安全和效率之间进行权衡，但并非所有新型涡轮机都是如此。美国陆军工程兵团 2019 年的一项研究发现，一种新的设计既可以提高鱼类的安全性，同时也能产生更多的动力。
不过，将新的涡轮机安装到水电站并不能解决与该技术相关的所有环境挑战。例如，新设备只适用于下游迁徙，比如鳗鱼从淡水河进入海洋繁殖的过程。我们仍然需要其他解决方案来为上游迁移开辟道路。
挪威自然研究所的高级研究科学家安娜·西尔瓦（Ana T.Silva）说，理想情况下，对许多物种来说，最好的解决方案可能是天然支路或坡道，这样可以让许多物种双向自由通行。
但是，由于空间需求，这些方案不总是能实现的。
图 | 施奈德在水电站拿着一条用于鱼通道测试的大鳟鱼（来源：NATEL）
美国国家海洋和大气管理局下属的 NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）渔业局的高级公共事务官员迈克尔·米尔斯坦（Michael Milstein）表示，长期以来，人们一直在努力改善鱼类通道。
目前的解决方案包括鱼梯，鱼可以在那里游泳或跳到一个又一个更高的水池中通过水坝。对于那些过高的水坝，鱼会被捕获并装上卡车，从而绕过它们。
米尔斯坦说，挑战在于“每条河流都不一样，每条大坝都不一样”。
他补充道，解决方案需要适应每一种情况。当没有旁路时，安全的涡轮机将是最重要的，因为通过设施是鱼类唯一的选择。
保护生态系统和为鱼类提供安全通道的问题在美国西部和世界各地引发了关于现有水电项目的激烈辩论。
米尔斯坦说，即使使用目前最先进的技术，“也不可能总是提供足够的通道”。由于对当地生态系统的影响，美国俄勒冈州和美国北加利福尼亚州的克拉马斯河目前正在拆除几座大坝。
大坝极大地改变了河流走向，摧毁了当地鲑鱼、硬头鳟和鳗鱼的栖息地，并为寄生虫大量在鱼群中繁殖创造了理想的条件。
但施奈德指出，尽管水电设施可能会对环境产生负面影响，但气候变化也可能对野生动物极其有害。
如果关闭太多的水电站，可能会留下一个能量来源缺口，使更多的化石燃料留在电网中，阻碍应对气候变化的努力。
减少水力发电厂对当地环境的影响，有助于确保更多的水力发电厂能够继续运行，产生在我们的电网中发挥重要作用的可再生电力。
施奈德说：“安全的涡轮机不能解决所有问题，我们的河流中有很多很多问题。但我们需要迈出第一步，开始解决所有这些问题，所以这是一个工具。”
作者简介：凯茜·克龙哈特（Casey Crownhart），是《麻省理工科技评论》的气候记者，专注于可再生能源、交通以及技术如何应对气候变化。她还曾是一名自由科学和环境记者，为 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒体撰稿。在从事新闻工作之前，她是一名材料科学的研究员。
支持：Ren
排版：刘雅坤
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