Tørke, klimaforandringer truer fremtiden for amerikansk vandkraft

Vandet i Lake Powell, et af landets største reservoirer, er faldet så lavt midt i den vestlige tørke, at føderale embedsmænd griber til nødforanstaltninger for at undgå at lukke ned for vandkraft ved Glen Canyon Dam.

Arizona-dæmningen, som leverer elektricitet til syv stater, er ikke det eneste amerikanske vandkraftværk i problemer.

Den ikoniske Hoover Dam, også ved Colorado-floden, har reduceret dens vandgennemstrømning og kraftproduktion. Californien lukkede et vandkraftværk ved Oroville-dæmningen i fem måneder på grund af lav vandstand i 2021, og embedsmænd har advaret om, at det samme kan ske i 2022.

I det nordøstlige har en anden form for klimaændringsproblem påvirket vandkraftdæmninger - for meget nedbør på én gang.

USA har mere end 2.100 operationelle vandkraftdæmninger, med placeringer i næsten alle stater. De spiller væsentlige roller i deres regionale elnet. Men de fleste blev bygget i det sidste århundrede under et andet klima, end de står over for i dag.

Efterhånden som de globale temperaturer stiger, og klimaet fortsætter med at ændre sig, vil konkurrencen om vand øges, og den måde, hvorpå vandkraftforsyningen styres inden for regioner og på tværs af elnettet i USA, vil skulle udvikle sig. Vi studerer landets vandkraftproduktion på systemniveau som ingeniører. Her er tre vigtige ting at forstå om en af ​​landets ældste kilder til vedvarende energi i et klima i forandring.

1. Vandkraft kan gøre ting, andre kraftværker ikke kan
2. Klimaændringer påvirker vandkraft forskelligt i forskellige regioner
3. Nogle netoperatører står over for større udfordringer
4. Der kommer flere ændringer

Vandkraft kan gøre ting, andre kraftværker ikke kan

Vandkraft bidrager med 6 til 7 procent af al elproduktion i USA, men det er en afgørende ressource til at styre de amerikanske elnet.

Fordi den hurtigt kan tændes og slukkes, kan vandkraft hjælpe med at kontrollere udbuds- og efterspørgselsændringer fra minut til minut. Det kan også hjælpe elnet med hurtigt at komme tilbage, når der opstår strømsvigt. Vandkraft udgør omkring 40 procent af de amerikanske elnetfaciliteter, der kan startes uden en ekstra strømforsyning under en strømafbrydelse, til dels fordi det brændstof, der er nødvendigt for at generere strøm, simpelthen er vandet i reservoiret bag turbinen.

Derudover kan den også fungere som et kæmpe batteri til nettet. USA har over 40 pumpede vandkraftværker, som pumper vand op ad bakke i et reservoir og senere sender det gennem turbiner for at generere elektricitet efter behov.

Så selvom vandkraft repræsenterer en lille del af produktionen, er disse dæmninger en integreret del af at holde den amerikanske strømforsyning flydende.

Klimaændringer påvirker vandkraft forskelligt i forskellige regioner

Globalt har tørke allerede reduceret vandkraftproduktionen. Hvordan klimaændringer påvirker vandkraft i USA fremover vil i høj grad afhænge af de enkelte anlægs placering.

I områder, hvor smeltende sne påvirker flodstrømmen, forventes vandkraftpotentialet at stige om vinteren, når der falder mere sne som regn, men derefter falde om sommeren, når der er mindre snepakning tilbage til smeltevand. Dette mønster forventes at forekomme i store dele af det vestlige USA, sammen med forværrede tørker på flere år, der kan reducere noget vandkraftproduktion, afhængigt af hvor meget lagerkapacitet reservoiret har.

Nordøst har en anden udfordring. Der forventes ekstrem nedbør, der kan forårsage oversvømmelser, at stige. Mere regn kan øge elproduktionspotentialet, og der er diskussioner om at eftermontere flere eksisterende dæmninger for at producere vandkraft. Men da mange dæmninger der også bruges til oversvømmelseskontrol, kan muligheden for at producere ekstra energi fra den stigende nedbør gå tabt, hvis vandet frigives gennem en overløbskanal.

I det sydlige USA forventes faldende nedbør og intensiveret tørke, hvilket sandsynligvis vil resultere i reduceret vandkraftproduktion.

Nogle netoperatører står over for større udfordringer

Effekten af ​​disse ændringer på landets elnet vil afhænge af, hvordan hver del af nettet styres.

Agenturer kendt som balancemyndigheder styrer deres regions elforsyning og -efterspørgsel i realtid.

Den største balancemyndighed med hensyn til vandkraftproduktion er Bonneville Power Administration i det nordvestlige. Det kan generere omkring 83.000 megawatt-timer elektricitet årligt på tværs af 59 dæmninger, primært i Washington, Oregon og Idaho. Alene Grand Coulee Dam-komplekset kan producere strøm nok til 1,8 millioner hjem.

Meget af dette område deler et lignende klima og vil opleve klimaændringer på nogenlunde samme måde i fremtiden. Det betyder, at en regional tørke eller et sneløst år kan ramme mange af Bonneville Power Administrations vandkraftproducenter på samme tid. Forskere har fundet ud af, at denne regions klimapåvirkninger på vandkraft udgør både en risiko og mulighed for netoperatører ved at øge sommerens ledelsesudfordringer, men også mindske vinterens elektricitetsmangel.

I Midtvesten er det en anden historie. Midcontinent Independent System Operator (MISO) har 176 vandkraftværker på tværs af et område, der er 50 procent større end Bonnevilles, fra det nordlige Minnesota til Louisiana.

Da dets vandkraftværker er mere tilbøjelige til at opleve forskellige klimaer og regionale virkninger på forskellige tidspunkter, har MISO og tilsvarende brede operatører mulighed for at udligne vandkraftunderskud i ét område med produktion i andre områder.

Forståelse af disse regionale klimaeffekter er i stigende grad afgørende for planlægning af strømforsyning og beskyttelse af netsikkerhed, efterhånden som balancemyndigheder arbejder sammen om at holde lyset tændt.

Flere ændringer kommer

Klimaændringer er ikke den eneste faktor, der vil påvirke vandkraftens fremtid. Konkurrerende krav har allerede indflydelse på, om vand allokeres til elproduktion eller andre formål såsom kunstvanding og drikkevand.

Love og vandtildeling ændrer sig også over tid og ændrer, hvordan vandet styres gennem reservoirer, hvilket påvirker vandkraften. Stigningen i vedvarende energi og potentialet for at bruge nogle dæmninger og reservoirer til energilagring kan også ændre ligningen.

Betydningen af ​​vandkraft på tværs af det amerikanske elnet betyder, at de fleste dæmninger sandsynligvis vil blive her, men klimaændringer vil ændre, hvordan disse værker bruges og forvaltes.

Caitlin Grady er assisterende professor i civil- og miljøteknik og forskningsassistent ved Rock Ethics Institute i Penn State. Hun modtager støtte fra National Science Foundation og US Department of Agriculture.

Lauren Dennis er en Ph.D. studerende i civilingeniør og klimavidenskab ved Penn State. Hun modtager støtte fra National Science Foundation.

Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Du kan finde oprindelig artikel her .