Implications of large hydro dams for decarbonising Ghana's energy consistent with Paris climate objectives

• DOI: 10.1016/j.esd.2022.10.011
• Publication Date: 2022-11-03T05:10:14Z
• Authors: Jaise Kuriakose; Kevin Anderson; Deborah Darko; Emmanuel Obuobie; Alice Larkin; Salifu Addo
• Keywords: Renewable energy; 330; Economics; 0211 other engineering and technologies; Optimal Operation of Water Resources Systems; Ocean Engineering; 02 engineering and technology; Greenhouse gas; Environmental protection; Quantum mechanics; 7. Clean energy; Environmental science; 12. Responsible consumption; Climate change mitigation; Engineering; Electricity; Natural resource economics; 11. Sustainability; Indoor Air Pollution in Developing Countries; 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering; Climate change; Hydro-Economic Models; Biology; Water Science and Technology; Electricity generation; Ecology; Physics; 1. No poverty; Bio-energy with carbon capture and storage; Power (physics); Pollution; Integrated Management of Water, Energy, and Food Resources; 13. Climate action; FOS: Biological sciences; Electrical engineering; Environmental Science; Physical Sciences; Hydropower

Hydropower is a renewable source of electricity generation that is a common feature of Nationally Determined Contributions (NDC), especially in developing countries. However, far from benign, research shows that significant greenhouse gas (GHG) emissions emanate from shallow reservoirs when they are sited in the tropics. Ghana provides a case study for exploring the implications of hydro reservoir emissions within a future energy system consistent with the Paris climate objectives. Being a fast-developing country, Ghana needs to generate significant amounts of low-carbon electricity to meet growing demand over the coming 30 years. Analysis of existing Ghanaian dams (Akosombo, Kpong and Bui) and the forthcoming Pwalugu dam suggests that their average emissions intensities (gCO2/kWh) are similar to those of coal-fired power stations during the first 30 years of their operating lifetime. The case study demonstrates that cumulative (post-2020) carbon dioxide emissions from the planned and identified hydro resources will consume 40 % of Ghana's Paris-compliant carbon budget, yet provide just under 1 % of its future energy demand (under Paris-compliant scenarios). The analysis suggests that new hydropower in the tropics can significantly reduce the emission space available for other sectors such as transport and industry when faced with a highly restricted emissions budget. In conclusion, for Ghana specifically, rather than constructing more dams, energy efficiency and diversifying renewable energy supply options, including floating solar power, would deliver an energy transition for Ghana that is much more closely aligned with the Paris goals.<br/>L'hydroélectricité est une source renouvelable de production d'électricité qui est une caractéristique commune des contributions déterminées au niveau national (CDN), en particulier dans les pays en développement. Cependant, loin d'être bénignes, les recherches montrent que des émissions importantes de gaz à effet de serre (GES) émanent de réservoirs peu profonds lorsqu'ils sont situés sous les tropiques. Le Ghana fournit une étude de cas pour explorer les implications des émissions des réservoirs hydroélectriques dans un futur système énergétique conforme aux objectifs climatiques de Paris. Étant un pays en développement rapide, le Ghana doit générer des quantités importantes d'électricité à faible émission de carbone pour répondre à la demande croissante au cours des 30 prochaines années. L'analyse des barrages ghanéens existants (Akosombo, Kpong et Bui) et du prochain barrage de Pwalugu suggère que leurs intensités moyennes d'émissions (gCO2/kWh) sont similaires à celles des centrales au charbon au cours des 30 premières années de leur vie opérationnelle. L'étude de cas démontre que les émissions cumulées de dioxyde de carbone (après 2020) provenant des ressources hydroélectriques prévues et identifiées consommeront 40 % du budget carbone conforme à Paris du Ghana, tout en fournissant un peu moins de 1 % de sa demande énergétique future (selon les scénarios conformes à Paris). L'analyse suggère que les nouvelles centrales hydroélectriques dans les tropiques peuvent réduire considérablement l'espace d'émission disponible pour d'autres secteurs tels que les transports et l'industrie face à un budget d'émissions très restreint. En conclusion, pour le Ghana en particulier, plutôt que de construire plus de barrages, l'efficacité énergétique et la diversification des options d'approvisionnement en énergie renouvelable, y compris l'énergie solaire flottante, offriraient une transition énergétique pour le Ghana qui est beaucoup plus étroitement alignée sur les objectifs de Paris.<br/>الطاقة الكهرومائية هي مصدر متجدد لتوليد الكهرباء وهي سمة مشتركة للمساهمات المحددة وطنيًا (NDC)، خاصة في البلدان النامية. ومع ذلك، بعيدًا عن كونها حميدة، تُظهر الأبحاث أن انبعاثات غازات الدفيئة الكبيرة تنبعث من الخزانات الضحلة عند وجودها في المناطق المدارية. تقدم غانا دراسة حالة لاستكشاف الآثار المترتبة على انبعاثات الخزانات المائية ضمن نظام طاقة مستقبلي يتوافق مع أهداف باريس المناخية. كونها دولة سريعة النمو، تحتاج غانا إلى توليد كميات كبيرة من الكهرباء منخفضة الكربون لتلبية الطلب المتزايد على مدى السنوات الثلاثين المقبلة. يشير تحليل السدود الغانية الحالية (أكوسومبو وكبونغ وبوي) وسد بوالوغو القادم إلى أن متوسط شدة انبعاثاتها (gCO2/kWh) يشبه تلك الخاصة بمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم خلال الثلاثين عامًا الأولى من عمرها التشغيلي. توضح دراسة الحالة أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التراكمية (بعد عام 2020) من الموارد المائية المخطط لها والمحددة ستستهلك 40 ٪ من ميزانية الكربون المتوافقة مع باريس في غانا، ولكنها توفر أقل بقليل من 1 ٪ من طلبها المستقبلي على الطاقة (في إطار سيناريوهات متوافقة مع باريس). يشير التحليل إلى أن الطاقة الكهرومائية الجديدة في المناطق المدارية يمكن أن تقلل بشكل كبير من مساحة الانبعاثات المتاحة لقطاعات أخرى مثل النقل والصناعة عندما تواجه ميزانية انبعاثات مقيدة للغاية. في الختام، بالنسبة لغانا على وجه التحديد، بدلاً من بناء المزيد من السدود، فإن كفاءة الطاقة وتنويع خيارات إمدادات الطاقة المتجددة، بما في ذلك الطاقة الشمسية العائمة، ستوفر انتقالًا للطاقة لغانا يتماشى بشكل أوثق مع أهداف باريس.<br/>La energía hidroeléctrica es una fuente renovable de generación de electricidad que es una característica común de las contribuciones determinadas a nivel nacional (NDC), especialmente en los países en desarrollo. Sin embargo, lejos de ser benigno, la investigación muestra que las emisiones significativas de gases de efecto invernadero (GEI) emanan de reservorios poco profundos cuando se encuentran en los trópicos. Ghana proporciona un estudio de caso para explorar las implicaciones de las emisiones de los yacimientos hidroeléctricos dentro de un sistema energético futuro consistente con los objetivos climáticos de París. Al ser un país de rápido desarrollo, Ghana necesita generar cantidades significativas de electricidad baja en carbono para satisfacer la creciente demanda en los próximos 30 años. El análisis de las presas ghanesas existentes (Akosombo, Kpong y Bui) y la próxima presa de Pwalugu sugiere que sus intensidades medias de emisión (gCO2/kWh) son similares a las de las centrales eléctricas de carbón durante los primeros 30 años de su vida útil. El estudio de caso demuestra que las emisiones acumuladas (posteriores a 2020) de dióxido de carbono de los recursos hidroeléctricos planificados e identificados consumirán el 40 % del presupuesto de carbono de Ghana que cumple con los requisitos de París, pero proporcionarán poco menos del 1 % de su demanda futura de energía (en escenarios que cumplen con los requisitos de París). El análisis sugiere que la nueva energía hidroeléctrica en los trópicos puede reducir significativamente el espacio de emisiones disponible para otros sectores, como el transporte y la industria, cuando se enfrenta a un presupuesto de emisiones muy restringido. En conclusión, para Ghana específicamente, en lugar de construir más represas, la eficiencia energética y la diversificación de las opciones de suministro de energía renovable, incluida la energía solar flotante, ofrecerían una transición energética para Ghana que está mucho más alineada con los objetivos de París.<br/>