Woda w Lake Powell, jednym z największych zbiorników w kraju, spadła tak nisko w czasie suszy na Zachodzie , że urzędnicy federalni uciekają się do środków nadzwyczajnych, aby uniknąć wyłączenia elektrowni wodnych na zaporze Glen Canyon.
Zapora w Arizonie, która dostarcza energię elektryczną do siedmiu stanów , nie jest jedyną amerykańską elektrownią wodną, która ma kłopoty.
Kultowa zapora Hoovera , również na rzece Kolorado, zmniejszyła przepływ wody i produkcję energii . Kalifornia zamknęła elektrownię wodną na tamie Oroville na pięć miesięcy z powodu niskiego poziomu wody w 2021 roku, a urzędnicy ostrzegają, że to samo może się zdarzyć w 2022 roku.
Na północnym wschodzie inny problem związany ze zmianą klimatu dotknął tamy w elektrowniach wodnych — zbyt dużo opadów naraz.
Stany Zjednoczone mają ponad 2100 działających zapór hydroelektrycznych , zlokalizowanych w prawie każdym stanie. Odgrywają one zasadniczą rolę w swoich regionalnych sieciach energetycznych. Ale większość została zbudowana w ubiegłym stuleciu w innym klimacie niż dzisiaj.
Wraz ze wzrostem globalnych temperatur i ciągłymi zmianami klimatu, wzrośnie konkurencja o wodę, a sposób zarządzania dostawami energii wodnej w regionach i całej sieci energetycznej w USA będzie musiał ewoluować. Jako inżynierowie badamy krajową produkcję hydroenergetyczną na poziomie systemów. Oto trzy kluczowe kwestie, które należy zrozumieć na temat jednego z najstarszych w kraju źródeł energii odnawialnej w zmieniającym się klimacie.
Energia wodna może robić rzeczy, których inne elektrownie nie potrafią
Energia wodna odpowiada za 6-7 procent całej produkcji energii w USA, ale jest kluczowym źródłem zarządzania amerykańskimi sieciami elektrycznymi.
Ponieważ można ją szybko włączać i wyłączać, energia wodna może pomóc w kontrolowaniu zmian podaży i popytu z minuty na minutę . Może również pomóc w szybkim odbiciu sieci energetycznych, gdy wystąpią przerwy w dostawie prądu. Energia wodna stanowi około 40 procent obiektów sieci elektrycznej w USA, które można uruchomić bez dodatkowego zasilania podczas przerwy w dostawie prądu , po części dlatego, że paliwem potrzebnym do wytwarzania energii jest po prostu woda przechowywana w zbiorniku za turbiną.
Ponadto może również służyć jako gigantyczna bateria do sieci. Stany Zjednoczone mają ponad 40 elektrowni wodnych pompowanych, które pompują wodę pod górę do zbiornika, a następnie przesyłają ją przez turbiny, aby w razie potrzeby wytworzyć energię elektryczną.
Tak więc, chociaż hydroelektryczność stanowi niewielką część produkcji, te zapory są integralną częścią utrzymania przepływu energii w USA.
Zmiany klimatyczne wpływają na elektrownie wodne w różny sposób w różnych regionach
Na całym świecie susza już zmniejszyła produkcję energii wodnej . To, w jaki sposób zmiany klimatu wpłyną na hydroenergetykę w USA, będzie w dużej mierze zależeć od lokalizacji każdej elektrowni.
Na obszarach, gdzie topnienie śniegu wpływa na przepływ rzeki, oczekuje się, że potencjał hydroenergetyczny wzrośnie zimą, kiedy więcej śniegu pada w postaci deszczu, ale następnie zmniejszy się latem, kiedy mniej śniegu pozostanie w stanie roztopowym . Oczekuje się, że ten wzór wystąpi w większości zachodnich Stanów Zjednoczonych, wraz z pogarszającymi się wieloletnimi suszami, które mogą zmniejszyć produkcję energii wodnej , w zależności od pojemności zbiornika.
Północny wschód ma inne wyzwanie. Oczekuje się, że tam nastąpią nasilenie ekstremalnych opadów, które mogą powodować powodzie . Więcej deszczu może zwiększyć potencjał wytwarzania energii i toczą się dyskusje na temat modernizacji większej liczby istniejących zapór do produkcji energii wodnej. Ale ponieważ wiele tam jest również wykorzystywanych do ochrony przeciwpowodziowej, możliwość wytworzenia dodatkowej energii z tych rosnących opadów może zostać utracona, jeśli woda zostanie uwolniona przez kanał przelewowy.
W południowych Stanach Zjednoczonych spodziewane są zmniejszające się opady i wzmożona susza , które prawdopodobnie spowodują zmniejszenie produkcji energii wodnej.
Niektórzy operatorzy sieci stają przed większymi wyzwaniami
Wpływ tych zmian na krajową sieć energetyczną będzie zależał od sposobu zarządzania każdą częścią sieci.
Agencje znane jako organy ds. bilansowania zarządzają podażą i popytem na energię elektryczną w swoim regionie w czasie rzeczywistym.
Największym organem ds. bilansowania pod względem wytwarzania energii wodnej jest Bonneville Power Administration na północnym zachodzie. Może generować około 83 000 megawatogodzin energii elektrycznej rocznie na 59 tamach, głównie w Waszyngtonie, Oregonie i Idaho. Sam kompleks zapory Grand Coulee może wyprodukować wystarczającą ilość energii dla 1,8 miliona domów .
Duża część tego obszaru ma podobny klimat i w przyszłości doświadczy zmian klimatycznych w podobny sposób. Oznacza to, że regionalna susza lub rok bez śniegu może uderzyć w wielu producentów energii wodnej z Bonneville Power Administration w tym samym czasie. Naukowcy odkryli, że wpływ klimatu tego regionu na energię wodną stanowi zarówno ryzyko, jak i szansę dla operatorów sieci, zwiększając wyzwania związane z zarządzaniem latem, ale także zmniejszając niedobory energii elektrycznej w okresie zimowym.
Na Środkowym Zachodzie to zupełnie inna historia. Midcontinent Independent System Operator (MISO) ma 176 elektrowni wodnych na obszarze o 50 procent większym niż Bonneville, od północnej Minnesoty po Luizjanę.
Ponieważ jej elektrownie wodne są bardziej narażone na różne klimaty i skutki regionalne w różnym czasie, MISO i operatorzy o podobnym zasięgu mają możliwość zrównoważenia niedoborów energii wodnej na jednym obszarze z wytwarzaniem na innych obszarach.
Zrozumienie tych regionalnych skutków klimatycznych ma coraz większe znaczenie dla planowania dostaw energii i ochrony bezpieczeństwa sieci, ponieważ organy ds. bilansowania współpracują ze sobą, aby utrzymać włączone światła.
Nadchodzi więcej zmian
Zmiany klimatyczne nie są jedynym czynnikiem, który wpłynie na przyszłość hydroenergetyki. Konkurencyjne wymagania już teraz wpływają na to, czy woda jest przeznaczona do wytwarzania energii elektrycznej, czy do innych zastosowań, takich jak nawadnianie i picie.
Przepisy i przydział wody również zmieniają się w czasie i zmieniają sposób gospodarowania wodą przez zbiorniki, wpływając na hydroelektryczność. Wzrost energii odnawialnej i możliwość wykorzystania niektórych zapór i zbiorników do magazynowania energii również mogą zmienić równanie.
Znaczenie hydroenergetyki w amerykańskiej sieci energetycznej oznacza, że większość tam prawdopodobnie pozostanie, ale zmiany klimatyczne zmienią sposób, w jaki te elektrownie są wykorzystywane i zarządzane.
Caitlin Grady jest adiunktem inżynierii lądowej i środowiskowej oraz pracownikiem naukowym w Rock Ethics Institute w Penn State. Otrzymuje fundusze z Narodowej Fundacji Nauki i Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych.
Lauren Dennis jest doktorantem. student inżynierii lądowej i nauk o klimacie w Penn State. Otrzymuje finansowanie z Narodowej Fundacji Nauki.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Oryginalny artykuł można znaleźć tutaj .
