I lyset af tørken leverer vandkraft stadig elektricitet

I 2022 giver en hurtig internetsøgning efter Lake Mead eller Lake Powell forbløffende billeder af udtørrende søsenge og udtørret land.

Megatørken i det sydvestlige USA er den tørreste – og længste – i de sidste 1.200 år, og den har udtømt vandreservoirniveauet til kritisk lave niveauer i løbet af de sidste 22 år.

Denne vedvarende tørke gør politikere og systemplanlæggere bekymrede over pålideligheden af ​​elnettet under forværrede tørkeforhold og stigende temperaturer. Tørke påvirker især vandkraftdæmninger såvel som nogle termoelektriske kraftværker, der kræver store mængder vand til afkøling.

Men en ny rapport fra hydrologer ved Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) antyder, at forholdet mellem tørke og vandkraft er mere nuanceret, end det måske ser ud til.

For at få et præcist billede kombinerede PNNL-hydrologer 20 års årlige elproduktionsdata fra mere end 600 vandkraftværker med historiske nedbørsdata fra otte forskellige vandkraftklimaregioner i det vestlige USA. Hver vandkraftregion står over for unikke klimatiske forhold. Unikke reservoirdriftsforhold tilføjer også kompleksitet. Ved hjælp af disse data ekstrapolerede hydrologerne vandkraftproduktion så langt tilbage som 1900.

De fandt ud af, at selv under de mest alvorlige tørkeperioder, der er observeret i de sidste to årtier, har vandkraft opretholdt 80 % af det gennemsnitlige elproduktionsniveau, hvilket svarer til omkring 150 terawatt-timer vedvarende elektricitet – eller cirka 20 % af elefterspørgslen på tværs af Vest. Denne fleksible strøm hjælper også med at balancere udbud og efterspørgsel i det vestlige net.

"Det er et mærkbart fald - men det er stadig meget vedvarende energi," sagde Sean Turner, vandressourcemodeller hos PNNL og hovedforfatter af rapporten.

PNNL-teamet brugte maskinlæring og statistisk analyse til at kategorisere vandkraftværker i henhold til deres årlige produktionsmønstre. Denne analyse afslørede forskellige vandkraftklimaregioner i Vesten. For eksempel oplever vandkraftværker vest for Cascades andre klimatiske forhold end dem mod øst, hvilket viser, at der findes forskellige klimaregioner i et stort flodbassin som Columbia-floden.

"Når man studerer og karakteriserer tørke, er instinktet at se på det fra et regionalt eller statsligt niveau, men statsgrænser er måske ikke de mest relevante for at forstå tørkens indvirkning på vandkraft," sagde Turner. "At gruppere dem efter klimaforhold fører til en renere vurdering af tørkens indvirkning på vandkraft."

Fokuser på det større billede

"Når folk læser historier om en bestemt dæmning under en tørke, som Glen Canyon Dam, eller en bestemt stat, som Californien, efterlades de med det indtryk, at vandkraft ikke vil være særlig pålidelig i fremtiden, men en dæmning repræsenterer blot en lille del af den samlede kapacitet," sagde Turner. "Det betyder, at den samlede vestlige vandkraft stadig vil være en vigtig kilde til strømforsyning selv under de værste tørkeår."

Vandkraftdæmninger genererer strøm ved at frigive reservoirvand gennem turbiner. Under en tørke, med mindre regn og snefald, strømmer mindre vand ind i reservoirer. Med lave reservoirniveauer og mindre vand at frigive, falder vandkraftproduktionen.

Men tørke forringer sjældent vandkraft i alle regioner i det vestlige USA samtidigt, hvilket betyder, at en region, der ikke er påvirket af tørke, kan være i stand til at supplere underskud i en anden.

Faktisk har der i de sidste 20 år ikke været en tørke, der har påvirket alle større vandkraftproduktionsregioner på én gang.

For eksempel er flodstrømme og reservoirniveauer i Californien og det sydvestlige i dag lave på grund af den vedvarende tørke, som påvirker vandkraftproduktionen i disse regioner. Men brorparten af ​​vandkraftproduktionen i Vesten sendes til nettet fra Northern Cascades og Columbia River Basin i Washington, Oregon, Idaho og British Columbia.

"Den nuværende tørke er alvorlig, men det er ikke i nærheden af ​​at være det værste vandkraftproduktionsår for Vesten, og vandressourceforholdene er faktisk over gennemsnittet lige nu i Nordvest," sagde Turner.

Turner indikerer, at en baglæns ekstrapolering af regional vandkraft og de tilgængelige data om elproduktion for det 20. århundrede begge indikerer, at en gentagelse af den historiske vestlige tørke fra 1976-1977 kunne være værre for vandkraftproduktion end nogen anden tørke i dette århundrede. I modsætning til de seneste begivenheder påvirkede den periode alle større vandkraftproducerende regioner i det nordvestlige og Californien.

Men det er svært at spå om fremtiden.

"Klimamodellerne er uenige om, hvorvidt tørken vil blive mere alvorlig eller hyppig i fremtiden, eller om området vil blive tørrere eller vådere med hensyn til nedbør i løbet af de næste hundrede år," sagde Turner.

Rekordbrækkende hedebølger lægger yderligere pres på vandkraften og nettet

I den sidste uge af juni 2021, lige i hælene på en rekordstor hedebølge i det nordvestlige Stillehav, begyndte elsystemmodeller Konstantinos Oikonomou at undersøge, hvordan vandkraftdæmninger klarede sig under hedebølgen, og hvordan de var i stand til at imødekomme ekstraordinære belastningskrav forårsaget af forbrugere skruer op for deres aircondition.

Han fandt ud af, at hedebølgen faktisk skabte gunstige forhold for vandkraftværker.

"Hurtig sneafsmeltning under hedebølgen hjalp reservoirer med at blive fyldt med vand, hvilket gjorde det muligt for vandkraftværker at imødekomme det øgede belastningsbehov," sagde Oikonomou.

Men forskere spekulerer på, hvad der kan ske, hvis der opstår flere hedebølger efter hinanden, og der ikke længere er rigeligt med vand fra snepakning.

Hydrologer og modelbyggere af elsystemer simulerede virkningerne af sammensatte hedebølger og tørke på elnettet. De fandt ud af, at regionale sammenkoblinger er afgørende for at håndtere ekstreme begivenheder.

I år er Oikonomous forskning fokuseret på at skabe en ny ramme til simulering af netadfærd under ekstreme vejrforhold, såsom forværring af tørke og hedebølger, og under hændelser som defekte transmissionsledninger. Som en del af dette arbejde vil han køre en række hvad-hvis-scenarier i et helt år ved hjælp af Western Electricity Coordinating Councils storstilede elnetmodel.

"Vi bruger modellen til at zoome ind på bestemte tidsstemplede begivenheder for at forstå energimangler, og hvilke andre energiressourcer i systemet skulle øges for at kompensere for tabet af vandkraft," sagde Oikonomou. "Denne information vil hjælpe kraftværksoperatører og systemplanlæggere med at udforske afbødningsstrategier for at befæste nettet mod udfald." + Udforsk yderligere

Vandkraftens fremtid er forplumret af tørke, oversvømmelser og klimaændringer. Det er også vigtigt for det amerikanske elnet