Nel 2022, una rapida ricerca su Internet del lago Mead o del lago Powell restituisce immagini sorprendenti di fondali lacustri in secca e terra arida.

La mega siccità negli Stati Uniti sudoccidentali è la più secca e la più lunga degli ultimi 1.200 anni, e negli ultimi 22 anni i livelli dei serbatoi d'acqua sono stati ridotti a livelli estremamente bassi.

Questa persistente siccità preoccupa i responsabili politici e i pianificatori di sistema per l'affidabilità della rete elettrica in condizioni di peggioramento della siccità e aumento delle temperature. La siccità colpisce in particolare le dighe idroelettriche e alcune centrali termoelettriche che richiedono grandi quantità di acqua per il raffreddamento.

Ma un nuovo rapporto degli idrologi del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) suggerisce che la relazione tra siccità ed energia idroelettrica è più sfumata di quanto potrebbe sembrare.

Per avere un quadro accurato, gli idrologi del PNNL hanno combinato 20 anni di dati annuali sulla produzione di energia da oltre 600 centrali idroelettriche con i dati storici sulle precipitazioni di otto distinte regioni climatiche degli Stati Uniti occidentali. Ogni regione idroelettrica deve affrontare condizioni climatiche uniche. Anche le condizioni operative uniche del giacimento aggiungono complessità. Utilizzando questi dati, gli idrologi hanno estrapolato la produzione di energia idroelettrica fin dal 1900.

Hanno scoperto che, anche durante le siccità più gravi osservate negli ultimi due decenni, l'energia idroelettrica ha sostenuto l'80% dei livelli medi di generazione di energia, che equivale a circa 150 terawattora di elettricità rinnovabile, o circa il 20% della domanda di elettricità in tutto il Ovest. Questa potenza flessibile aiuta anche a bilanciare domanda e offerta nella rete occidentale.

"Si tratta di un calo notevole, ma è ancora molta energia rinnovabile", ha affermato Sean Turner, modellatore di risorse idriche presso PNNL e autore principale del rapporto.

Il team PNNL ha utilizzato l'apprendimento automatico e l'analisi statistica per classificare gli impianti idroelettrici in base ai loro modelli di generazione annuali. Questa analisi ha rivelato regioni climatiche distinte nell'energia idroelettrica in Occidente. Ad esempio, le centrali idroelettriche a ovest delle Cascades sperimentano condizioni climatiche diverse rispetto a quelle a est, il che dimostra che esistono regioni climatiche diverse in un grande bacino fluviale come il fiume Columbia.

"Quando si studia e si caratterizza la siccità, l'istinto è di guardarla a livello regionale o statale, ma i confini statali potrebbero non essere i più rilevanti per comprendere l'impatto della siccità sull'energia idroelettrica", ha affermato Turner. "Il raggruppamento in base alle condizioni climatiche porta a una valutazione più chiara dell'impatto della siccità sull'energia idroelettrica."

Concentrandosi sul quadro più ampio

"Quando le persone leggono storie su una particolare diga durante una siccità, come la diga del Glen Canyon, o su uno stato particolare, come la California, hanno l'impressione che l'energia idroelettrica non sarà molto affidabile in futuro, ma una diga rappresenta solo un piccola parte della capacità complessiva", ha affermato Turner. "Ciò significa che l'energia idroelettrica occidentale totale sarà ancora una delle principali fonti di approvvigionamento energetico anche durante gli anni di peggiore siccità."

Le dighe idroelettriche generano energia rilasciando l'acqua del serbatoio attraverso le turbine. Durante una siccità, con meno pioggia e nevicate, meno acqua scorre nei bacini idrici. Con bassi livelli di giacimento e meno acqua da rilasciare, la produzione di energia idroelettrica diminuisce.

Ma la siccità raramente compromette l'energia idroelettrica in tutte le regioni degli Stati Uniti occidentali contemporaneamente, il che significa che una regione non colpita dalla siccità potrebbe essere in grado di integrare le carenze in un'altra.

In effetti, negli ultimi 20 anni, non c'è stata una siccità che abbia colpito tutte le principali regioni di produzione idroelettrica contemporaneamente.

Ad esempio, i flussi dei fiumi e i livelli dei bacini idrici in California e nel sud-ovest oggi sono bassi a causa della siccità in corso, che colpisce la produzione di energia idroelettrica in quelle regioni. Ma la parte del leone nella produzione di energia idroelettrica in Occidente viene immessa nella rete dalle Cascate del Nord e dal bacino del fiume Columbia, a Washington, Oregon, Idaho e British Columbia.

"L'attuale siccità è grave, ma non è affatto vicino a essere il peggior anno di produzione di energia idroelettrica per l'Occidente e le condizioni delle risorse idriche sono in realtà al di sopra della media in questo momento nel nord-ovest", ha affermato Turner.

Turner indica che un'estrapolazione all'indietro dell'energia idroelettrica regionale ei dati disponibili sulla produzione di energia per il 20° secolo indicano entrambi che una ripetizione della storica siccità occidentale del 1976-1977 potrebbe essere peggiore per la produzione di energia idroelettrica di qualsiasi altra siccità in questo secolo. A differenza degli eventi recenti, quel periodo ha interessato tutte le principali regioni di produzione di energia idroelettrica del nord-ovest e della California.

Ma è difficile prevedere il futuro.

"I modelli climatici non sono d'accordo sul fatto che la siccità diventi più grave o frequente in futuro, o se l'area diventerà più secca o più umida in termini di precipitazioni nei prossimi cento anni", ha affermato Turner.

Le ondate di calore da record mettono a dura prova l'energia idroelettrica e la rete

Nell'ultima settimana di giugno 2021, proprio sulla scia di un'ondata di caldo record nel nord-ovest del Pacifico, il modellatore di sistemi energetici Konstantinos Oikonomou ha iniziato a studiare come si comportavano le dighe idroelettriche durante l'ondata di caldo e come erano in grado di soddisfare la domanda di carico eccezionale causata dai consumatori alzando l'aria condizionata.

Ha scoperto che l'ondata di caldo ha effettivamente creato condizioni favorevoli per le centrali idroelettriche.

"Il rapido scioglimento del manto nevoso durante l'ondata di caldo ha aiutato i serbatoi a riempirsi d'acqua, il che ha consentito alle centrali idroelettriche di soddisfare l'aumento della domanda di carico", ha affermato Oikonomou.

Ma i ricercatori si chiedono cosa potrebbe succedere se si verificano più ondate di calore consecutivamente e l'acqua del manto nevoso non è più abbondante.

Idrologi e modellatori di sistemi energetici hanno simulato gli impatti delle ondate di calore e della siccità combinate sulla rete elettrica. Hanno scoperto che le interconnessioni regionali sono fondamentali per gestire gli eventi estremi.

Quest'anno, la ricerca di Oikonomou si concentra sulla creazione di un nuovo quadro per la simulazione del comportamento della rete in condizioni meteorologiche estreme, come siccità e ondate di calore, e in eventi come linee di trasmissione difettose. Come parte di questo lavoro, eseguirà una serie di scenari ipotetici per un anno intero utilizzando il modello di rete elettrica su larga scala del Western Electricity Coordinating Council.

"Utilizziamo il modello per ingrandire particolari eventi con timestamp per comprendere le carenze energetiche e quali altre risorse energetiche nel sistema hanno dovuto aumentare per compensare la perdita di energia idroelettrica", ha affermato Oikonomou. "Queste informazioni aiuteranno gli operatori di centrali elettriche e i pianificatori di sistema a esplorare strategie di mitigazione per rafforzare la rete contro le interruzioni". + Esplora ulteriormente

Il futuro dell'energia idroelettrica è offuscato da siccità, inondazioni e cambiamenti climatici. È anche essenziale per la rete elettrica statunitense