Forskere foreslår en ramme for evaluering af virkningerne af klimaændringer på Californiens vand- og energisystemer

Mens planeten fortsætter med at varme, de dobbelte udfordringer med faldende vandforsyning og stigende energiefterspørgsel vil intensiveres. Men vand og energi hænger uløseligt sammen. For eksempel, næsten en femtedel af Californiens energi går til vandrelaterede aktiviteter, mens mere end en tiendedel af statens elektricitet kommer fra vandkraft. Mens samfundet forsøger at tilpasse sig én udfordring, den skal sikre, at den ikke forværrer den anden.

Til denne ende, forskere fra UC Santa Barbara, Lawrence Berkeley National Laboratory og UC Berkeley har udviklet en ramme til at evaluere, hvordan forskellige klimatilpasninger kan påvirke denne vand-energi-forbindelse. Deres forskning vises i open access-tidsskriftet Miljøforskningsbreve .

"El- og vandsystemer er forbundet på mange forskellige måder, " sagde medforfatter Ranjit Deshmukh, en adjunkt i afdelingen for miljøvidenskab. "Klimaforandringer forventes at understrege disse forbindelser, så vi præsenterede en ramme, der kortlægger disse indbyrdes afhængigheder og vil sætte os i stand til at forstå og kvantificere deres indvirkning på energi-vand-forbindelsen."

Selvom det ikke er den første undersøgelse, der ser på disse emner, det tager en mere nuanceret tilgang end de papirer, der er kommet før. "Der har været mange analyser af, hvordan klimaændringer kan påvirke vand- og energisektoren hver for sig, men disse undersøgelser så typisk ikke på interaktioner og feedback mellem de to, " sagde hovedforfatter Julia Szinai fra Berkeley Labs Climate and Ecosystem Sciences Division. "Vores papir udvikler en generaliseret ramme, der identificerer, hvordan klimaændringer påvirker disse koblede vand- og elektricitetssystemer og potentielle tilpasninger til fremtidige huller i udbud og efterspørgsel. Ved at gøre det illustrerer vi ofte oversete afvejninger og synergier i forbindelse med tilpasning til klimaændringer."

Rammen bruger systemanalyse til at identificere de største potentielle klimastressfaktorer på vand- og energisektoren. Den kvantificerer handlinger, der vil være nødvendige for at tilpasse sig klimaændringer, og undersøger de tilbagemeldinger, der ville følge af disse handlinger.

"For eksempel, vores ramme viser, hvordan øgede temperaturer på grund af klimaændringer sandsynligvis vil øge efterspørgslen efter elektricitet til aircondition og vandbehovet til kunstvanding, " Forklarede Deshmukh. "Mens tab af snepakning i Sierras og varierende nedbør vil påvirke vandforsyningen, ikke kun til by- og landbrugsbrug, men også til vandkraftproduktion og afkøling af termisk kraftværk."

Californien er afhængig af snepakning i Sierra Nevadas for langsomt at udmåle vand i løbet af året.

Holdet anvendte den ramme, de udviklede til Californien, som er afhængig af sneposen for en god del af sit vand og bruger betydelige mængder energi på at transportere vand fra den nordlige del til den sydlige del af staten. De undersøgte flere tilpasningsstrategier i vandsektoren og fandt ud af, at nogle er energiintensive, mens andre faktisk kan spare både vand og energi.

Forskerne integrerede data på tværs af en række fragmenterede undersøgelser for at estimere den samlede række af mulige vand- og energifremtider for staten under forskellige klimascenarier i slutningen af ​​århundredet. Deres analyse fandt ud af, at to faktorer sandsynligvis vil dominere klimaændringernes direkte indvirkning på Californiens elektricitetssektor:højere airconditionbelastninger og nedsat vandkrafttilgængelighed.

"En af de vigtigste pointer i papiret er, at tilpasning af vores vandsystem til klimaændringer enten kan forværre stress på elnettet markant, eller på bagsiden, det kunne hjælpe med at lindre det, " sagde medforfatter og Berkeley Lab klimaforsker Andrew Jones. "Hvis vi fokuserer på at tilpasse vandsystemet ved at bruge store overførsler af vand på tværs af bassiner, eller ved at bruge energikrævende afsaltning, det vil bare gøre elproblemet meget sværere. Hvis, på den anden side, vi tilpasser vandsystemet ved at spare på vandet, det er faktisk en win-win situation, fordi du også reducerer den energi, der kræves til vand."

I øjeblikket, svimlende 19 % af Californiens elforbrug går til vandrelaterede applikationer, såsom at behandle, transportere, pumpning og opvarmning. Derudover omkring 15 % af statens elproduktion kommer fra vandkraft.

Staten har allerede set nogle virkninger af klimaændringer på sine vandenergisystemer. Langvarige tørkeperioder forværret af klimaændringer har ført til stigninger i elforbruget til grundvandspumpning, og tilsvarende vandkraftunderskud har krævet udskiftning med mere snavsede fossile brændstoffer.

Holdet er sikre på, at klimakrisen vil få stor betydning for statens fremtidige vandforsyninger. Det sagt, effekten er vildt usikker. I værste fald, tilgængelige vandforsyninger kan falde med 25 %; imidlertid, de kan stige 46 %.

"Der er betydelige usikkerheder i klimamodellens fremskrivninger for nedbør, " sagde Deshmukh. "Men uanset disse usikkerheder, tilpasningsforanstaltningerne giver betydelige co-fordele." At spare på vandet ville spare energi såvel som penge for forbrugerne, og give mulighed for større flow i statens naturlige vandløb og floder.

Da holdet anvendte deres rammer på det værst tænkelige scenarie, de fandt ud af, at valget af de mest energitunge tilpasningsstrategier i vandsektoren kunne resultere i en energiubalance så stor som den direkte forårsaget af klimaændringer.

"Jeg tror, ​​at dette er den første undersøgelse, der viser, at vandsektortilpasning kan have lige så stor indflydelse på elsektoren som den direkte effekt af selve klimaændringerne, " sagde Jones.

"Denne undersøgelse har fremhævet fordelen ved koordineret tilpasningsplanlægning mellem de to sektorer, " tilføjede hovedforfatter Szinai, "så vi forbinder nu en mere detaljeret vandressourcestyringsmodel og en elektricitetsplanlægningsmodel, der kan demonstrere modstandsdygtige veje til udbygning af elektricitetsinfrastruktur i det vestlige USA, når klimaændringspåvirkninger inkluderes fra vandsektoren."

Deshmukh leder i øjeblikket et team for at udforske forbindelserne mellem energi, vand og klima ved at kvantificere virkningerne af klimaændringer på vandkraftdæmninger og termiske kraftværker i 12 lande i det sydlige Afrika. Han håber at kunne identificere optimale investeringer i el-infrastruktur.

"Californien har et valg med hensyn til, hvordan det vil tilpasse sin vandsektor til virkningerne af klimaændringer, " Deshmukh udtalte. "Staten kan enten forfølge energiintensive klimatilpasningsforanstaltninger såsom afsaltning eller udvikle en portefølje af foranstaltninger, der maksimerer vandbesparelsespotentialet. Planlæggere og politiske beslutningstagere i vand- og energisektoren er nødt til at koordinere deres handlinger og planer for tilpasning til klimaændringer."