In 2022 levert een snelle internetzoektocht naar Lake Mead of Lake Powell verrassende beelden op van uitdrogende meerbeddingen en uitgedroogd land.

De megadroogte in het zuidwesten van de Verenigde Staten is de droogste en langste in de afgelopen 1200 jaar, waardoor de waterreservoirs in de afgelopen 22 jaar tot een kritiek laag niveau zijn gedaald.

Deze aanhoudende droogte maakt beleidsmakers en systeemplanners bezorgd over de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet bij verslechterende droogte en stijgende temperaturen. Droogtes hebben met name gevolgen voor waterkrachtcentrales en sommige thermo-elektrische centrales die grote hoeveelheden water nodig hebben voor koeling.

Maar een nieuw rapport van hydrologen van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) suggereert dat de relatie tussen droogte en waterkracht genuanceerder is dan het lijkt.

Om een ​​nauwkeurig beeld te krijgen, combineerden hydrologen van PNNL 20 jaar aan jaarlijkse energieopwekkingsgegevens van meer dan 600 waterkrachtcentrales met historische neerslaggegevens van acht verschillende waterkrachtregio's in het westen van de Verenigde Staten. Elke waterkrachtregio heeft te maken met unieke klimatologische omstandigheden. Unieke bedrijfsomstandigheden van het reservoir voegen ook complexiteit toe. Met behulp van deze gegevens hebben de hydrologen de opwekking van waterkracht al in 1900 geëxtrapoleerd.

Ze ontdekten dat waterkracht, zelfs tijdens de meest ernstige droogtes van de afgelopen twee decennia, 80% van het gemiddelde stroomopwekkingsniveau heeft ondersteund, wat overeenkomt met ongeveer 150 terawattuur aan hernieuwbare elektriciteit - of ongeveer 20% van de elektriciteitsvraag in de hele wereld. westen. Deze flexibele stroom helpt ook om vraag en aanbod in het westerse net in evenwicht te brengen.

"Dat is een merkbare dip, maar het is nog steeds veel hernieuwbare energie", zegt Sean Turner, modelleur van waterbronnen bij PNNL en hoofdauteur van het rapport.

Het PNNL-team gebruikte machine learning en statistische analyse om waterkrachtcentrales te categoriseren op basis van hun jaarlijkse opwekkingspatronen. Deze analyse onthulde verschillende klimaatregio's op het gebied van waterkracht in het Westen. Waterkrachtcentrales ten westen van de Cascades ervaren bijvoorbeeld andere klimatologische omstandigheden dan die in het oosten, wat aantoont dat er verschillende klimaatregio's bestaan ​​in een groot stroomgebied zoals de Columbia River.

"Bij het bestuderen en karakteriseren van droogte is het instinct om ernaar te kijken vanaf een regionaal of staatsniveau, maar staatsgrenzen zijn misschien niet het meest relevant om de effecten van droogte op waterkracht te begrijpen," zei Turner. "Door ze te groeperen op klimatologische omstandigheden kunnen we de impact van droogte op waterkracht beter inschatten."

Focus op het grotere geheel

"Als mensen verhalen lezen over een bepaalde dam tijdens een droogte, zoals Glen Canyon Dam, of een bepaalde staat, zoals Californië, krijgen ze de indruk dat waterkracht in de toekomst niet erg betrouwbaar zal zijn, maar één dam vertegenwoordigt slechts een klein deel van de totale capaciteit", aldus Turner. "Dit betekent dat de totale westerse waterkracht nog steeds een belangrijke bron van stroomvoorziening zal zijn, zelfs tijdens de ergste droogtejaren."

Hydro-elektrische dammen wekken energie op door reservoirwater via turbines vrij te laten. Tijdens een droogte, met minder regen en sneeuwval, stroomt er minder water in reservoirs. Met lage reservoirniveaus en minder water om vrij te geven, neemt de productie van waterkrachtcentrales af.

Maar droogte schaadt zelden waterkrachtcentrales in alle regio's van het westen van de Verenigde Staten tegelijk, wat betekent dat een regio die niet door droogte wordt getroffen, tekorten in een andere regio kan aanvullen.

In feite is er de afgelopen 20 jaar geen droogte geweest die alle grote waterkrachtregio's tegelijk heeft getroffen.

De rivierstromen en reservoirniveaus in Californië en het zuidwesten zijn tegenwoordig bijvoorbeeld laag als gevolg van aanhoudende droogte, die de opwekking van waterkracht in die regio's beïnvloedt. Maar het leeuwendeel van de opwekking van waterkracht in het Westen wordt naar het elektriciteitsnet gestuurd vanuit de Northern Cascades en Columbia River Basin, in Washington, Oregon, Idaho en British Columbia.

"De huidige droogte is ernstig, maar het komt lang niet in de buurt van het slechtste jaar voor de productie van waterkracht in het Westen en de omstandigheden voor de watervoorziening zijn momenteel bovengemiddeld in het noordwesten," zei Turner.

Turner geeft aan dat een achterwaartse extrapolatie van regionale waterkracht en de beschikbare gegevens over stroomopwekking voor de 20e eeuw beide aangeven dat een herhaling van de historische westerse droogte van 1976-1977 erger zou kunnen zijn voor waterkrachtopwekking dan enige andere droogte deze eeuw. In tegenstelling tot recente gebeurtenissen had die periode gevolgen voor alle grote waterkrachtregio's in het noordwesten en Californië.

Maar het is moeilijk om de toekomst te voorspellen.

"De klimaatmodellen zijn het niet eens over de vraag of de droogte in de toekomst ernstiger of frequenter zal worden, of dat het gebied de komende honderd jaar droger of natter zal worden in termen van neerslag", zei Turner.

Recordbrekende hittegolven leggen extra druk op waterkracht en het elektriciteitsnet

In de laatste week van juni 2021, precies op de hielen van een recordbrekende hittegolf in de Pacific Northwest, begon Konstantinos Oikonomou, modelbouwer van energiesystemen, te onderzoeken hoe waterkrachtdammen tijdens de hittegolf presteerden en hoe ze konden voldoen aan de uitzonderlijke vraag naar belasting veroorzaakt door consumenten hun airconditioning harder zetten.

Hij ontdekte dat de hittegolf juist gunstige omstandigheden schiep voor waterkrachtcentrales.

"Snel smelten van sneeuw tijdens de hittegolf hielp reservoirs met water te vullen, waardoor waterkrachtcentrales konden voldoen aan de toegenomen vraag naar belasting", zei Oikonomou.

Maar onderzoekers vragen zich af wat er zou kunnen gebeuren als er meerdere hittegolven achter elkaar optreden en water uit een sneeuwlaag niet langer overvloedig is.

Hydrologen en modelbouwers van energiesystemen simuleerden de effecten van verergerde hittegolven en droogte op het elektriciteitsnet. Ze ontdekten dat regionale verbindingen van cruciaal belang zijn om extreme gebeurtenissen te beheersen.

Dit jaar is het onderzoek van Oikonomou gericht op het creëren van een nieuw raamwerk voor het simuleren van netwerkgedrag onder extreme weersomstandigheden, zoals toenemende droogte en hittegolven, en onder gebeurtenissen zoals defecte transmissielijnen. Als onderdeel van dit werk zal hij een heel jaar lang verschillende wat-als-scenario's uitvoeren met behulp van het grootschalige elektriciteitsnetmodel van de Western Electricity Coordinating Council.

"We gebruiken het model om in te zoomen op bepaalde gebeurtenissen met een tijdstempel om energietekorten te begrijpen en welke andere energiebronnen in het systeem moesten toenemen om het verlies van waterkracht te compenseren", zegt Oikonomou. "Deze informatie zal exploitanten van elektriciteitscentrales en systeemplanners helpen bij het verkennen van mitigatiestrategieën om het net te versterken tegen uitval." + Verder verkennen

De toekomst van waterkracht staat in het teken van droogte, overstromingen en klimaatverandering. Het is ook essentieel voor het Amerikaanse elektriciteitsnet