Una nuova analisi di ricercatori di laboratori universitari e nazionali ha applicato un nuovo approccio di modellazione per la pianificazione dell'infrastruttura di generazione di energia elettrica a lungo termine che considera le condizioni future del clima e delle risorse idriche. Rispetto alle proiezioni tradizionali, che non considerano gli impatti clima-acqua sulla produzione di energia elettrica, i risultati di questo nuovo approccio mostrano che la rete elettrica nazionale potrebbe aver bisogno di un ulteriore 5,3% - 12% della capacità di generazione di energia per soddisfare i requisiti di domanda e affidabilità. Le modifiche ridurrebbero il consumo di acqua e le emissioni di carbonio, potenzialmente contribuendo a mitigare i futuri cambiamenti climatici.

Il nuovo studio, che sarà presentato come articolo di copertina nel numero online del 3 dicembre e nel numero cartaceo del 13 dicembre di Scienze e tecnologie ambientali , è disponibile online da oggi.

"Questa è la prima volta che qualcuno ha modellato la futura infrastruttura elettrica sotto il cambiamento climatico utilizzando un metodo che include controlli di fattibilità per garantire che i risultati soddisfino le soglie di approvvigionamento energetico affidabili in condizioni climatiche e vincoli delle risorse idriche, " ha detto l'autore principale dello studio Ariel Miara, un ricercatore associato senior presso l'Advanced Science Research Center presso il Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) e un'energia, acqua, e ricercatore ambientale con il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "Abbiamo combinato idrologico ad alta risoluzione, centrale termica, e modelli di espansione della capacità per migliorare la fiducia nella pianificazione delle infrastrutture elettriche a lungo termine in caso di futuri impatti clima-acqua. Tipicamente, questo non viene fatto per la pianificazione dell'infrastruttura elettrica, oppure è fatto ma senza verifiche di fattibilità sui risultati. Il nostro approccio ci ha permesso di valutare gli impatti clima-acqua specifici della regione sull'affidabilità dell'alimentazione e di identificare potenziali misure di adattamento per migliorare l'affidabilità".

L'attuale rete degli Stati Uniti si basa molto su centrali termiche che utilizzano carbone, nucleare, e combustibili a gas naturale; questi sono influenzati dalle temperature ambientali calde e necessitano di grandi quantità di acqua per il raffreddamento. Le fonti di energia rinnovabile come il solare fotovoltaico e l'eolico richiedono quantità minime di acqua per il funzionamento in quanto non richiedono raffreddamento, ma queste tecnologie svolgono un ruolo molto minore nella generazione di energia attraverso la rete elettrica odierna. Differenze regionali nella configurazione e nello sviluppo della rete elettrica fino all'anno 2050, insieme ai cambiamenti del clima e della disponibilità di acqua, suggeriscono che alcune regioni potrebbero dover affrontare problemi di affidabilità energetica.

Con il loro studio, i ricercatori hanno posto quattro domande:

• In che modo le future condizioni climatiche e delle risorse idriche influenzeranno quattro scenari di infrastrutture elettriche?
• Come sarà il loro nuovo metodo di modellazione dell'impatto clima-acqua sulla generazione di elettricità rispetto agli sforzi precedenti?
• Quali tipi di scelte tecnologiche sarebbero necessarie per adattarsi alle future condizioni clima-acqua e soddisfare livelli affidabili di generazione di elettricità?
• Quali sono le conseguenze economiche e ambientali che ne derivano?

Per rispondere a queste domande, il team di ricerca ha prima simulato scenari di espansione della capacità per quattro mix di elettricità favorendo diversi tipi di tecnologia (carbone, nucleare, solare, e business as usual) senza considerare gli impatti clima-acqua. Queste proiezioni per l'anno 2050 hanno fornito una comprensione di base dei risultati utilizzando gli attuali approcci di espansione della capacità. Per il loro prossimo passo, i ricercatori hanno preso in considerazione gli impatti clima-acqua su ciascun mix di elettricità. Questo approccio ha permesso loro di valutarne l'effetto su diversi tipi di sistemi e di chiarire i potenziali passaggi di adattamento necessari per ciascuno di essi per soddisfare la domanda di energia. La loro analisi ha rilevato che i margini di riserva di capacità scendono al di sotto di determinati livelli di affidabilità quando le proiezioni di capacità non tengono conto degli impatti clima-acqua, o quando ci provano ma non includono controlli di fattibilità.

"Abbiamo dimostrato che i sistemi di alimentazione possono affrontare sfide di affidabilità senza adattamento clima-acqua, " ha affermato Miara. "Le soluzioni praticabili includevano compromessi nella scelta della tecnologia regionale e in genere più basate sulle rinnovabili rispetto alla generazione di energia termica. Ciò si traduce in un consumo complessivo di acqua ed emissioni inferiori per le nostre esigenze di generazione di elettricità".

"Questa analisi è la pietra angolare di una lunga serie di studi che questo team di ricerca ha prodotto per analizzare le interazioni uniche clima-acqua-ambiente nel contesto della pianificazione energetica a lungo termine in caso di cambiamento climatico, " ha detto Charles Vörösmarty, coautore dello studio e direttore della CUNY ASRC Environmental Sciences Initiative. "Lo studio fornisce informazioni preziose e una tabella di marcia iniziale per gli scienziati, pianificatori di infrastrutture, compagnie elettriche, e comunità per avere conversazioni informate su come pianifichiamo i sistemi futuri."