Vesivoima

Vesivoiman historiaa

Eräänä historiallisena selityksenä Euroopan teollisen mahdin muuta maailmaa nopeammalle kehitykselle pidetään jokien määrää ja siten vesivoiman saatavuutta. Vaikka vesivoimalla jauhettiin viljaa jo antiikin ajan Kaksoisvirtainmaassa, nousi Eurooppa maailmanmahdiksi vesivoiman laajan käytön ansiosta. Ranskalaisessa Troyesin kaupungissa oli samanaikaisesti toiminnassa 40 vesiratasta, joiden voimaa hyödynnettiin kaikessa mahdollisessa; suurien leipomoiden uuneja kuumentavista palkeista aina metallin valssaukseen asti. Vesirattaiden käyttämät puristimet ja prässit mahdollistivat huopien suurtuotannon, jolla oli lähes yhtä suuri sotilaallinen merkitys kuin varsinaisella asetuotannollakin. Vielä Napoleonin sotien aikaan tykinputket porattiin lähes poikkeuksetta vesivoimalla, vaikka höyrykone jo teki tuloaan. Vesirattaan aikaa kutsutaan esiteolliseksi aikakaudeksi.

Ympäristövaikutukset

Energian varastointi ja kulutushuippujen tasaaminen on helppoa tekojärvien ansiosta, joihin varastoidun veden potentiaalienergia hyödynnetään sähkön kulutushuippujen aikana vesivoimalassa. Hyötysuhde on erittäin hyvä, ja voimalan huolto- ja hoitokustannukset ovat alhaiset. Vesivoiman tuotantoa voidaan säätää helposti ja nopeasti, ja siksi niitä käytetään erityisesti säätövoiman tuotannossa. Vesivoiman tuotantoa siis lisätään kulutushuippujen ajaksi ja vähennetään alhaisen kulutuksen aikana, mikä poikkeaa merkittävästi esimerkiksi ydinvoimaloista, jotka ovat parhaimmillaan jatkuvan täyden tehon tuottajina. Tekoaltaiden säätelyvoiman käytöllä voidaan korvata hiilidioksidipäästöjä aiheuttavia hiilivoimaloita säätelytehon tuottajina.
Vesivoimaa hankitaan usein patoamalla suuret määrät vettä tekojärviksi, jolloin saadaan keskitettyä suuret määrät energiaa hydrostaattiseksi paineeksi. Näin vesivoimaloiden tehoa ja hyötysuhdetta voidaan lisätä merkittävästi. Tekojärvien alle peittyy usein suuria alueita pakottaen väestönsiirtoihin. Usein tekojärven peittämässä maaperässä piilevät saasteet liukenevat veteen. Suuret patoaltaat jättävät helposti alleen alueita, joilla voi olla arkeologisia tai kulttuurillisia muistomerkkejä tai arvokkaita luontokohteita: esimerkkinä Assuanin pato Egyptissä.
Arvokkaiden viljelysmaiden jääminen patojen hukuttamaksi on ongelmana erityisesti Kiinassa rakennettaessa Kolmen rotkon patoa. Sen muodostamaan tekojärveen kertyy raskasmetalleja ja muita saasteita, joiden sitten pelätään siirtyvän kaloihin entistä voimakkaammin. Siten tekoaltaissa tavanomaista kalojen kasvatusta ei voida toteuttaa. Tulvien aikaan padon ylivuotoluukut avataan ja tällöin patoaltaan keräämiä saasteita purkautuu kerralla suuria määriä aiheuttaen luonnolle šokin.

Päästöt

Vesivoima on lähes päästötöntä, koska se ei tuota välittömästi lainkaan päästöjä. Boreaalisella vyöhykkeellä kuten Kanadassa ja Pohjois-Euroopassa vesivoimaloiden kasvihuonekaasupäästöt ovat tyypillisesti pienet fossiilisia polttoaineita käyttäviin voimaloihin nähden. Vesivoiman aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä tehtyjen elinkaarimallien mukaan kylmässä ilmanalassa vesivoimala tuottaa välillisesti päästöjä 15 grammaa CO₂-ekv./kWh. Vesivoiman aiheuttamat hiilidioksidipäästöt ovat noin 30–60 kertaa vähemmän kuin vaihtoehtoisten fossiilisten energiantuotantomuotojen aiheuttamat päästöt. 
Teoreettisten laskelmien mukaan trooppisilla alueilla vesivoiman aiheuttamat päästöt saattavat olla huomattavasti suuremmat kuin muilla alueilla. Todellisia päästöjä ei ole kuitenkaan mitattu, jonka takia asiasta ei ole varmuutta. Trooppisten alueiden mahdollisesti korkeammat hiilidioksidipäästöt johtuvat siitä, että kasvimateriaali hajoaa paikallaan pysyvän veden alla anaerobisessa eli hapettomassa ympäristössä vapauttaen hiilidioksidia ja metaania. Metaanin ilmastoa lämmittävä vaikutus on kuitenkin toisinaan jätetty vesivoimaa koskevista päästölaskelmista pois. Maailman patokomission raportin mukaan sellaiset padot, joiden sähköntuotanto on pieni patoaltaan pinta-alaan nähden (alle 100 wattia neliömetriä kohden) johtuen esimerkiksi patoaltaan mataluudesta, ja joiden patoaltaiden alle jääviä metsiä ei kaadeta ja puunrunkoja viedä pois, kasvihuonekaasupäästöjä voidaan verrata fossiilisten polttoaineiden päästöihin. Yksi tällainen voimala on Balbinan vesivoimala Brasiliassa; 112 MW voimala on paikoin ainoastaan neljän metrin syvyinen ja sen on arvioitu aiheuttavan kolmen miljoonan tonnin hiilipäästöt ensimmäisten 20 vuoden aikana. Kasvihuonekaasupäästöjä on kuitenkin mahdollista ehkäistä raivaamalla tekoaltaiden hukuttamia metsiköitä jälkikäteen.

Vaikutukset kalakantoihin

Vesivoiman vaikutukset kalakantoihin ovat pahimmillaan dramaattisia patojen estäessä vaeltavien kalalajien nousun, ja koska muutoin virtauksien mukana liikkuva orgaaninen aines jää paikoilleen alentamaan veden happipitoisuutta.

Norjan vesivoima ja Suomi

Norjan vuoristojen ja vuonojen olosuhteet tarjoavat poikkeuksellisen hyvät mahdollisuudet vesivoimalaitosten rakentamiseen. Atlantilta tulevat pilvet nousevat vuorten rinteitä ylös jäähtyen ja tiivistyen sateiksi, jotka täyttävät tekojärvet tehokkaasti. Lisäksi patoaltaita ruokkivat vuorten jäätiköiden sulamisvedet. Norja myy ylimääräisen sähkönsä muihin Pohjoismaiden sähköpörssissä, Nordpoolissa. Sen lisäksi maa myy ulkomaille tuottamansa öljyn ja kaasun, sillä se saa vesivoimaloista tarvitsemansa perusenergian. Norjan vähäsateisina kesinä Suomi joutuu käyttämään enemmän kalliita hiilivoimaloitaan, jolloin sekä sähkön hinta nousee että ilmastoa lämmittävät saastepäästöt kasvavat. Asian merkitys kasvaa Euroopan unionin sisäisen päästökaupan myötä. Toisaalta Norjan sateiden ennustetaan kasvavan ilmaston lämpenemisen seurauksena.