Nước ở Hồ Powell, một trong những hồ chứa lớn nhất của quốc gia, đã xuống thấp trong bối cảnh hạn hán ở phương Tây đến mức các quan chức liên bang phải dùng đến các biện pháp khẩn cấp để tránh đóng cửa thủy điện ở đập Glen Canyon.
Đập Arizona, cung cấp điện cho 7 bang , không phải là nhà máy thủy điện duy nhất của Mỹ gặp sự cố.
Đập Hoover mang tính biểu tượng , cũng nằm trên sông Colorado, đã làm giảm lưu lượng nước và sản xuất điện . California đã đóng cửa một nhà máy thủy điện ở Đập Oroville trong 5 tháng vì mực nước thấp vào năm 2021, và các quan chức đã cảnh báo điều tương tự có thể xảy ra vào năm 2022.
Ở vùng Đông Bắc, một dạng vấn đề biến đổi khí hậu khác đã ảnh hưởng đến các đập thủy điện - lượng mưa quá lớn cùng một lúc.
Hoa Kỳ có hơn 2.100 đập thủy điện đang hoạt động , với các vị trí ở hầu hết các bang. Họ đóng những vai trò thiết yếu trong lưới điện khu vực của họ. Nhưng hầu hết đều được xây dựng trong thế kỷ trước trong điều kiện khí hậu khác với ngày nay.
Khi nhiệt độ toàn cầu tăng và khí hậu tiếp tục thay đổi, cạnh tranh về nước sẽ gia tăng, và cách thức cung cấp thủy điện được quản lý trong các khu vực và trên toàn hệ thống lưới điện ở Mỹ sẽ phải phát triển. Chúng tôi nghiên cứu sản lượng thủy điện của quốc gia ở cấp độ hệ thống với tư cách là các kỹ sư. Dưới đây là ba điều chính cần hiểu về một trong những nguồn năng lượng tái tạo lâu đời nhất của quốc gia trong điều kiện khí hậu thay đổi.
Thủy điện có thể làm được những việc Các nhà máy điện khác không thể
Thủy điện đóng góp từ 6 đến 7% tổng sản lượng điện ở Mỹ, nhưng nó là nguồn lực quan trọng để quản lý lưới điện của Mỹ.
Bởi vì nó có thể nhanh chóng được bật và tắt, năng lượng thủy điện có thể giúp kiểm soát sự thay đổi cung và cầu từng phút . Nó cũng có thể giúp lưới điện nhanh chóng phục hồi khi xảy ra mất điện. Thủy điện chiếm khoảng 40% các cơ sở lưới điện của Hoa Kỳ có thể được khởi động mà không cần nguồn điện bổ sung trong thời gian mất điện , một phần vì nhiên liệu cần thiết để tạo ra điện chỉ đơn giản là nước được giữ trong hồ chứa phía sau tuabin.
Ngoài ra, nó cũng có thể đóng vai trò như một cục pin khổng lồ cho lưới điện. Hoa Kỳ có hơn 40 nhà máy thủy điện bơm nước, bơm nước từ đỉnh núi vào một hồ chứa và sau đó đưa nước qua các tuabin để tạo ra điện khi cần thiết.
Vì vậy, trong khi thủy điện chỉ chiếm một phần nhỏ sản lượng điện, những con đập này là không thể thiếu để giữ cho nguồn cung cấp điện của Hoa Kỳ luôn chảy.
Biến đổi khí hậu ảnh hưởng khác nhau đến thủy điện ở các khu vực khác nhau
Trên toàn cầu, hạn hán đã làm giảm sản lượng thủy điện . Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến thủy điện ở Mỹ trong tương lai sẽ phụ thuộc phần lớn vào vị trí của từng nhà máy.
Ở những khu vực mà tuyết tan ảnh hưởng đến dòng chảy của sông, tiềm năng thủy điện dự kiến sẽ tăng vào mùa đông, khi tuyết rơi nhiều hơn khi mưa, nhưng sau đó giảm vào mùa hè khi ít băng tuyết hơn để trở thành nước tan . Mô hình này dự kiến sẽ xảy ra ở phần lớn miền Tây Hoa Kỳ, cùng với hạn hán nhiều năm ngày càng tồi tệ hơn có thể làm giảm một số sản lượng thủy điện , tùy thuộc vào dung tích chứa của hồ chứa.
Vùng Đông Bắc có một thách thức khác. Ở đó, lượng mưa cực đoan có thể gây ra lũ lụt dự kiến sẽ tăng lên . Mưa nhiều hơn có thể làm tăng tiềm năng phát điện, và có các cuộc thảo luận về việc trang bị thêm các đập hiện có để sản xuất thủy điện. Nhưng vì nhiều đập cũng được sử dụng để kiểm soát lũ lụt, cơ hội sản xuất thêm năng lượng từ lượng mưa ngày càng tăng đó có thể bị mất nếu nước được xả qua kênh tràn.
Ở miền Nam Hoa Kỳ, lượng mưa giảm và hạn hán gia tăng được dự báo, có thể dẫn đến sản lượng thủy điện giảm.
Một số nhà khai thác lưới phải đối mặt với những thách thức lớn hơn
Ảnh hưởng của những thay đổi này đối với lưới điện quốc gia sẽ phụ thuộc vào cách quản lý từng phần của lưới điện.
Các cơ quan được gọi là cơ quan cân đối quản lý cung và cầu điện trong khu vực của họ trong thời gian thực.
Cơ quan cân đối lớn nhất về sản xuất thủy điện là Cơ quan Quản lý Điện Bonneville ở Tây Bắc. Nó có thể tạo ra khoảng 83.000 megawatt-giờ điện hàng năm trên 59 đập, chủ yếu ở Washington, Oregon và Idaho. Chỉ riêng khu phức hợp Grand Coulee Dam có thể sản xuất đủ điện cho 1,8 triệu ngôi nhà .
Phần lớn khu vực này có chung khí hậu và sẽ trải qua biến đổi khí hậu theo cách tương tự trong tương lai. Điều đó có nghĩa là hạn hán trong khu vực hoặc năm không có tuyết có thể ảnh hưởng đến nhiều nhà sản xuất thủy điện của Cơ quan Quản lý Điện lực Bonneville cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng tác động của khí hậu khu vực này đối với thủy điện mang lại cả rủi ro và cơ hội cho các nhà vận hành lưới điện bằng cách gia tăng các thách thức quản lý vào mùa hè nhưng cũng làm giảm tình trạng thiếu điện vào mùa đông.
Ở Trung Tây, đó là một câu chuyện khác. Cơ quan Điều hành Hệ thống Độc lập Giữa Lục địa (MISO) có 176 nhà máy thủy điện trên một khu vực lớn hơn 50% so với Bonneville, từ bắc Minnesota đến Louisiana.
Do các nhà máy thủy điện của nó có nhiều khả năng chịu các tác động khí hậu khác nhau và vùng khác nhau vào những thời điểm khác nhau, nên MISO và các nhà khai thác rộng rãi tương tự có khả năng cân bằng sự thiếu hụt thủy điện ở một khu vực với việc phát điện ở các khu vực khác.
Việc hiểu rõ các tác động khí hậu khu vực này ngày càng cần thiết cho việc lập kế hoạch cung cấp điện và bảo vệ an ninh lưới điện khi các cơ quan quản lý cân bằng phối hợp với nhau để duy trì hoạt động chiếu sáng.
Sẽ có nhiều thay đổi hơn
Biến đổi khí hậu không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến tương lai của thủy điện. Các nhu cầu cạnh tranh đã ảnh hưởng đến việc phân bổ nước cho sản xuất điện hay các mục đích sử dụng khác như tưới tiêu và nước uống.
Luật pháp và phân bổ nước cũng thay đổi theo thời gian và thay đổi cách quản lý nước thông qua các hồ chứa, ảnh hưởng đến thủy điện. Sự gia tăng năng lượng tái tạo và tiềm năng sử dụng một số đập và hồ chứa để lưu trữ năng lượng cũng có thể thay đổi phương trình.
Tầm quan trọng của thủy điện trên toàn lưới điện của Hoa Kỳ có nghĩa là hầu hết các đập đều có thể ở lại đây, nhưng biến đổi khí hậu sẽ thay đổi cách sử dụng và quản lý các nhà máy này.
Caitlin Grady là trợ lý giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường, đồng thời là phó giáo sư nghiên cứu tại Viện Đạo đức Rock tại Penn State. Cô nhận được tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ.
Lauren Dennis là một Tiến sĩ. sinh viên ngành kỹ thuật dân dụng và khoa học khí hậu tại Penn State. Cô nhận được tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia.
Bài viết này được xuất bản lại từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Bạn có thể tìm thấy bài báo gốc ở đây .
