L'acqua nel lago Powell, uno dei più grandi bacini idrici della nazione, è caduta così in basso a causa della siccità occidentale che i funzionari federali stanno ricorrendo a misure di emergenza per evitare di interrompere l'energia idroelettrica presso la diga del Glen Canyon.
La diga dell'Arizona, che fornisce elettricità a sette stati, non è l'unica centrale idroelettrica statunitense in difficoltà.
L'iconica diga di Hoover, anch'essa sul fiume Colorado, ha ridotto il flusso d'acqua e la produzione di energia. La California ha chiuso per cinque mesi una centrale idroelettrica presso la diga di Oroville a causa dei bassi livelli dell'acqua nel 2021 e le autorità hanno avvertito che la stessa cosa potrebbe accadere nel 2022.
Nel nord-est, un diverso tipo di problema del cambiamento climatico ha colpito le dighe idroelettriche:troppe precipitazioni tutte in una volta.
Gli Stati Uniti hanno più di 2.100 dighe idroelettriche operative, con sedi in quasi tutti gli stati. Svolgono ruoli essenziali nelle loro reti elettriche regionali. Ma la maggior parte è stata costruita nel secolo scorso in un clima diverso da quello che affronta oggi.
Man mano che le temperature globali aumentano e il clima continua a cambiare, la competizione per l'acqua aumenterà e il modo in cui l'approvvigionamento idroelettrico viene gestito all'interno delle regioni e attraverso la rete elettrica negli Stati Uniti dovrà evolversi. Studiamo la produzione idroelettrica della nazione a livello di sistemi come ingegneri. Ecco tre cose fondamentali da capire su una delle più antiche fonti di energia rinnovabile della nazione in un clima che cambia.
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L'energia idroelettrica contribuisce dal 6 al 7% di tutta la produzione di energia negli Stati Uniti, ma è una risorsa cruciale per la gestione delle reti elettriche statunitensi.
Poiché può essere attivata e disattivata rapidamente, l'energia idroelettrica può aiutare a controllare i cambiamenti minuto per minuto della domanda e dell'offerta. Può anche aiutare le reti elettriche a riprendersi rapidamente quando si verificano blackout. L'energia idroelettrica costituisce circa il 40% delle strutture della rete elettrica degli Stati Uniti che possono essere avviate senza un'alimentazione aggiuntiva durante un blackout, in parte perché il carburante necessario per generare energia è semplicemente l'acqua contenuta nel serbatoio dietro la turbina.
Inoltre, può anche fungere da batteria gigante per la rete. Gli Stati Uniti hanno oltre 40 centrali idroelettriche di pompaggio, che pompano l'acqua a monte in un bacino idrico e successivamente la inviano attraverso le turbine per generare elettricità secondo necessità.
Quindi, mentre l'energia idroelettrica rappresenta una piccola parte della generazione, queste dighe sono fondamentali per mantenere il flusso di alimentazione degli Stati Uniti.
A livello globale, la siccità ha già ridotto la produzione di energia idroelettrica. Il modo in cui il cambiamento climatico influirà sull'energia idroelettrica negli Stati Uniti dipenderà in gran parte dalla posizione di ciascun impianto.
Nelle aree in cui lo scioglimento della neve influisce sul flusso del fiume, il potenziale idroelettrico dovrebbe aumentare in inverno, quando cade più neve sotto forma di pioggia, ma poi diminuire in estate quando viene lasciato meno manto nevoso per diventare acqua di disgelo. Si prevede che questo andamento si verificherà in gran parte degli Stati Uniti occidentali, insieme al peggioramento della siccità pluriennale che potrebbe ridurre parte della produzione idroelettrica, a seconda della capacità di stoccaggio del bacino idrico.
Il Nordest ha una sfida diversa. Lì si prevede un aumento delle precipitazioni estreme che possono causare inondazioni. Più pioggia può aumentare il potenziale di generazione di energia e ci sono discussioni sull'adeguamento di più dighe esistenti per produrre energia idroelettrica. Ma dal momento che molte dighe sono utilizzate anche per il controllo delle inondazioni, l'opportunità di produrre energia extra da quell'aumento delle precipitazioni potrebbe andare persa se l'acqua viene rilasciata attraverso un canale di troppo pieno.
Negli Stati Uniti meridionali si prevede una diminuzione delle precipitazioni e un'intensificazione della siccità, che probabilmente comporteranno una diminuzione della produzione idroelettrica.
L'effetto di questi cambiamenti sulla rete elettrica nazionale dipenderà da come viene gestita ciascuna parte della rete.
Le agenzie note come autorità di bilanciamento gestiscono la domanda e l'offerta di elettricità della loro regione in tempo reale.
La più grande autorità di bilanciamento in termini di generazione idroelettrica è la Bonneville Power Administration nel nord-ovest. Può generare circa 83.000 megawattora di elettricità all'anno attraverso 59 dighe, principalmente a Washington, Oregon e Idaho. Il complesso della diga di Grand Coulee da solo può produrre energia sufficiente per 1,8 milioni di case.
Gran parte di quest'area condivide un clima simile e in futuro vivrà il cambiamento climatico più o meno allo stesso modo. Ciò significa che un anno regionale di siccità o senza neve potrebbe colpire contemporaneamente molti dei produttori di energia idroelettrica della Bonneville Power Administration. I ricercatori hanno scoperto che gli impatti climatici di questa regione sull'energia idroelettrica rappresentano sia un rischio che un'opportunità per gli operatori di rete, aumentando le sfide di gestione estiva ma anche riducendo le carenze di elettricità invernale.
Nel Midwest, è una storia diversa. Il Midcontinent Independent System Operator (MISO) ha 176 centrali idroelettriche in un'area il 50% più grande di quella di Bonneville, dal Minnesota settentrionale alla Louisiana.
Poiché è più probabile che le sue centrali idroelettriche subiscano climi ed effetti regionali diversi in momenti diversi, MISO e operatori altrettanto ampi hanno la capacità di bilanciare i deficit idroelettrici in un'area con la produzione in altre aree.
Comprendere questi effetti climatici regionali è sempre più essenziale per la pianificazione dell'alimentazione e la protezione della sicurezza della rete, poiché le autorità di bilanciamento lavorano insieme per mantenere le luci accese.
Il cambiamento climatico non è l'unico fattore che influenzerà il futuro dell'energia idroelettrica. La concorrenza della domanda influisce già sul fatto che l'acqua sia destinata alla produzione di elettricità o ad altri usi come l'irrigazione e l'acqua potabile.
Anche le leggi e l'allocazione dell'acqua cambiano nel tempo e cambiano il modo in cui l'acqua viene gestita attraverso i bacini idrici, influenzando l'energia idroelettrica. Anche l'aumento delle energie rinnovabili e la possibilità di utilizzare alcune dighe e bacini idrici per l'accumulo di energia potrebbero cambiare l'equazione.
L'importanza dell'energia idroelettrica nella rete elettrica degli Stati Uniti significa che è probabile che la maggior parte delle dighe rimangano qui, ma il cambiamento climatico cambierà il modo in cui questi impianti vengono utilizzati e gestiti.
Caitlin Grady è assistente professore di ingegneria civile e ambientale e ricercatore associato presso il Rock Ethics Institute della Penn State. Riceve finanziamenti dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti.
Lauren Dennis è un dottorato di ricerca. studente in ingegneria civile e scienze del clima alla Penn State. Riceve finanziamenti dalla National Science Foundation.
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