Ny rapport søger at sikre vandkraft bæredygtighed midt i klimaændringer

Det amerikanske energiministeriums Oak Ridge National Laboratory har forsynet vandkraftoperatører med nye data for bedre at forberede sig på ekstreme vejrbegivenheder og ændringer i sæsonbestemt energibehov forårsaget af klimaændringer.

Til den nye rapport brugte ORNL-forskere nedskalerede globale klimafremskrivninger til at simulere fremtidige hydrologiske forhold ved 132 føderale vandkraftanlæg over hele USA. De resulterende fremskrivninger vil gøre det muligt for vandkraftoperatører og politiske beslutningstagere at planlægge for ændrede klimaforhold og reduceret vandtilgængelighed ved at ændre deres driftsplaner og deres brug af vand hver sæson som en del af en overordnet afbødningsstrategi.

"Intensiveringen af ​​fremtidige ekstreme begivenheder, herunder både oversvømmelser og tørke, er et af de mest kritiske problemer, der truer modstandsdygtigheden af ​​amerikanske vandkraftsystemer og infrastruktur," sagde Shih-Chieh Kao, vandkraftprogramleder hos ORNL. "Denne nye normal kræver, at vi tænker anderledes om nuværende operationelle praksis for at tilpasse os et skiftende klima."

Ud over ekstreme begivenheder er en voksende konflikt i vandtilgængelighed kontra energiefterspørgsel en anden udfordring for vandkraftoperatører. En tidligere end forventet snesmeltningssæson i det vestlige USA vil sandsynligvis påvirke vandafstrømningen. Dette kan resultere i mindre vand til vandkraftproduktion i sommermånederne, ligesom energibehovet vokser. Øget fordampning på grund af stigende temperaturer belaster også vandet, der er nødvendigt til oversvømmelseskontrol, navigation, kommunale vandforsyninger og industri- og landbrugsbrug.

Bedre forståelse af disse ændringer er vigtig for fremtidig energiplanlægning. Vandkraft leverer 35 % af vedvarende energi og næsten 7 % af al elektricitet produceret i USA.

ORNL arbejdede sammen med DOE's Water Power Technologies Office og andre føderale agenturer og byggede på to runder af tidligere hydroklimavurderinger udført i løbet af de sidste 10 år. Undersøgelsen fokuserede udelukkende på føderale vandkraftanlæg, som udgør omkring halvdelen af ​​al amerikansk vandkraftkapacitet og leverer en række ikke-krafttjenester til samfundet. Markedsført af DOE Power Marketing Administrations sælges den energi, der produceres på disse faciliteter, primært til offentlige elselskaber og el-kooperativer i landdistrikterne i 33 amerikanske stater.

Indsigt baseret på data

Undersøgelsen var forankret i regelmæssigt opdaterede globale klimafremskrivninger fra Coupled Model Intercomparison Project, som understøtter periodiske undersøgelser fra det mellemstatslige panel om klimaændringer. For at nedskalere klimasignaler bedst muligt for hvert vandskel var forskere imidlertid nødt til at overveje karakteristika, der er unikke for hver enkelt facilitet og lokation.

Fra 2010 til 2013 indsamlede ORNL-forskere en række data om observerede og simulerede klimabegivenheder, historisk generering af vandkraftværker og vandskel- og jordoverfladetræk, der er unikke for hver region. Forskerholdet brugte disse data til at udvikle en vurderingsramme, der kunne projektere vandtilgængeligheden til vandkraftdrift ved at simulere en række forskellige hydrologiske forhold, herunder årlige og sæsonbestemte lufttemperaturer, nedbør, afstrømning fra smeltende sne eller regn og niveauer af tørke.

Fra 2014 til 2017 fokuserede holdet på, hvordan ændringer i klimaet kan påvirke vandkraftproduktionen fra måned til måned og på tværs af sæsoner. Denne forbedring gav nøgledata og fremskrivninger, der gjorde det muligt for vandkraftoperatører at evaluere nuværende driftspraksis med fokus på klimatilpasning.

I den seneste iteration, fra 2018 til 2022, udviklede ORNL en multimodal vurderingsramme for bedre at afsløre usikkerhed og variabilitet i fremtidige vandkraftprojektioner på tværs af regioner. Pacific Northwest National Laboratory og Texas A&M University samarbejdede med ORNL om denne fase af projektet.

Ved at bruge en række numeriske modeller og statistiske metoder nedskalerede forskere globale klimaændringssignaler til fremtidige hydrologiske og vandkraftfremskrivninger på hvert vandskelsted. Hver vurdering omfattede simuleringer af fremtidig strømning, vandkraftdrift og reservoirfordampning. Baseret på disse simuleringer estimerede forskere også fremtidens energibehov påvirket af ændrede klimaforhold.

Balancerer vandtilgængelighed med vandstyring

For at opretholde fordelene ved vandkraft som en vedvarende energikilde vil fleksibilitet være nøglen, og disse modeller giver en stat-for-stat køreplan for langsigtet planlægning.

For at give flere vandkraftinteressenter de værktøjer og data, de har brug for til at planlægge for klimaændringspåvirkninger, udvider DOE sin forskning til ikke-føderale vandkraftanlæg, hvis operatører muligvis ikke har ressourcerne til at studere og løse disse udfordringer.

"Klimasystemet er komplekst," sagde Kao, "men vi kan nu inkorporere mere og mere præcise forudsigelsesmodeller for at forstå potentielle skift i klimaekstremiteter og bestemme, hvad der kan gøres for at afbøde disse ændringer." + Udforsk yderligere

Hvor finder man fakta bag vandkraft