Вода в озере Пауэлл, одном из крупнейших водохранилищ страны, упала настолько низко из-за засухи на западе , что федеральные чиновники прибегают к чрезвычайным мерам , чтобы избежать отключения гидроэлектростанций на плотине Глен-Каньон.
Плотина в Аризоне, которая снабжает электроэнергией семь штатов , — не единственная гидроэлектростанция США, попавшая в беду.
Знаменитая плотина Гувера , также расположенная на реке Колорадо, сократила расход воды и производство электроэнергии . Калифорния закрыла гидроэлектростанцию на плотине Оровилль на пять месяцев из-за низкого уровня воды в 2021 году, и официальные лица предупредили, что то же самое может произойти в 2022 году.
На северо-востоке другая проблема изменения климата затронула плотины гидроэлектростанций — слишком много осадков выпало одновременно.
В Соединенных Штатах насчитывается более 2100 действующих плотин гидроэлектростанций , расположенных почти в каждом штате. Они играют важную роль в своих региональных энергосистемах. Но большинство из них были построены в прошлом веке в ином климате, чем сегодня.
Поскольку глобальные температуры повышаются, а климат продолжает меняться, конкуренция за воду будет усиливаться, и способ управления гидроэнергетикой в регионах и в энергосистеме США должен будет измениться. Мы изучаем производство гидроэлектроэнергии в стране на системном уровне как инженеры. Вот три ключевых момента, которые нужно понять об одном из старейших в стране источников возобновляемой энергии в меняющемся климате.
Гидроэнергетика может делать то, что другие электростанции не могут
На гидроэнергетику приходится от 6 до 7 процентов всей выработки электроэнергии в США, но она является важнейшим ресурсом для управления электрическими сетями США.
Поскольку гидроэнергетику можно быстро включать и выключать, она помогает контролировать ежеминутные изменения спроса и предложения . Это также может помочь энергосистемам быстро прийти в норму, когда происходят отключения электроэнергии. Гидроэнергетика составляет около 40 процентов объектов электросетей США, которые могут быть запущены без дополнительного источника энергии во время отключения электроэнергии , отчасти потому, что топливом, необходимым для выработки электроэнергии, является просто вода, содержащаяся в резервуаре за турбиной.
Кроме того, он также может служить гигантской батареей для сети. В США более 40 насосных гидроэлектростанций, которые закачивают воду вверх в водохранилище, а затем направляют ее через турбины для выработки электроэнергии по мере необходимости.
Таким образом, в то время как гидроэлектроэнергия представляет собой небольшую часть производства, эти плотины являются неотъемлемой частью поддержания подачи электроэнергии в США.
Изменение климата по-разному влияет на гидроэнергетику в разных регионах
В глобальном масштабе засуха уже привела к сокращению производства гидроэлектроэнергии . То , как изменение климата повлияет на гидроэнергетику в США в будущем, будет в значительной степени зависеть от местоположения каждой электростанции.
Ожидается, что в районах, где таяние снега влияет на речной сток, гидроэнергетический потенциал увеличится зимой, когда больше снега выпадает в виде дождя, но затем уменьшится летом, когда останется меньше снежного покрова, который превратится в талую воду . Ожидается, что такая картина будет наблюдаться на большей части западной части США, наряду с усилением многолетних засух, которые могут снизить выработку гидроэлектроэнергии , в зависимости от емкости водохранилища.
На Северо-Востоке другая проблема. Там ожидается усиление экстремальных осадков, которые могут вызвать наводнения . Больше дождя может увеличить потенциал производства электроэнергии, и ведутся дискуссии о модернизации существующих плотин для производства гидроэлектроэнергии. Но поскольку многие плотины также используются для борьбы с наводнениями, возможность производить дополнительную энергию за счет увеличения количества осадков может быть потеряна, если вода будет сбрасываться через перепускной канал.
На юге США ожидается уменьшение количества осадков и усиление засухи , что, вероятно, приведет к снижению производства гидроэлектроэнергии.
Некоторые операторы сетей сталкиваются с более серьезными проблемами
Влияние этих изменений на энергосистему страны будет зависеть от того, как осуществляется управление каждой частью энергосистемы.
Агентства, известные как балансирующие органы, управляют спросом и предложением электроэнергии в своем регионе в режиме реального времени.
Крупнейшим балансирующим органом с точки зрения выработки гидроэлектроэнергии является Управление энергетики Бонневилля на Северо-Западе. Он может генерировать около 83 000 мегаватт-часов электроэнергии в год на 59 плотинах, в основном в Вашингтоне, Орегоне и Айдахо. Одна только плотина Гранд-Кули может производить достаточно электроэнергии для 1,8 миллиона домов .
Большая часть этой территории имеет схожий климат, и в будущем климат будет меняться примерно так же. Это означает, что региональная засуха или бесснежный год могут одновременно ударить по многим производителям гидроэлектроэнергии Bonneville Power Administration. Исследователи обнаружили, что воздействие климата в этом регионе на гидроэнергетику представляет собой как риск, так и возможность для операторов энергосистем, увеличивая проблемы управления в летнее время, а также снижая дефицит электроэнергии в зимнее время.
На Среднем Западе другая история. Независимый системный оператор Мидконтинента (MISO) имеет 176 гидроэлектростанций на территории, на 50 процентов превышающей площадь Бонневилля, от северной Миннесоты до Луизианы.
Поскольку его гидроэлектростанции с большей вероятностью будут испытывать различные климатические и региональные воздействия в разное время, MISO и аналогичные крупные операторы имеют возможность уравновесить дефицит гидроэнергии в одном районе за счет выработки в других районах.
Понимание этих региональных климатических эффектов становится все более важным для планирования электроснабжения и защиты безопасности сети, поскольку балансирующие органы работают вместе, чтобы поддерживать свет.
Грядут новые изменения
Изменение климата — не единственный фактор, который повлияет на будущее гидроэнергетики. Конкурирующие требования уже влияют на то, выделяется ли вода для производства электроэнергии или других целей, таких как ирригация и питье.
Законы и распределение воды также со временем меняются и изменяют способ управления водой через водохранилища, влияя на гидроэлектроэнергию. Увеличение использования возобновляемых источников энергии и возможность использования некоторых плотин и водохранилищ для хранения энергии также могут изменить уравнение.
Важность гидроэнергетики в энергосистеме США означает, что большинство плотин, скорее всего, останутся, но изменение климата изменит то, как эти станции используются и управляются.
Кейтлин Грейди — доцент кафедры гражданского и экологического строительства и научный сотрудник Института этики рока в Пенсильвании. Она получает финансирование от Национального научного фонда и Министерства сельского хозяйства США.
Лорен Деннис — доктор философии. студент факультета гражданского строительства и климатологии Пенсильванского университета. Она получает финансирование от Национального научного фонда.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Оригинал статьи вы можете найти здесь .
