Het waterpeil van Lake Powell is gedaald tijdens een droogte van twee decennia. De witte 'badkuipring' op de wanden van de kloof markeert het verval. Justin Sullivan / Getty Images
Het water in Lake Powell, een van de grootste stuwmeren van het land, is door de westerse droogte zo laag gezakt dat federale functionarissen toevlucht nemen tot noodmaatregelen om te voorkomen dat de waterkrachtcentrale bij de Glen Canyon Dam wordt uitgeschakeld.
De dam in Arizona, die elektriciteit levert aan zeven staten, is niet de enige Amerikaanse waterkrachtcentrale in moeilijkheden.
De iconische Hoover Dam, ook aan de Colorado-rivier, heeft verminderde de waterstroom en energieproductie. Californië heeft een waterkrachtcentrale bij de Oroville-dam voor vijf maanden gesloten vanwege de lage waterstanden in 2021, en ambtenaren hebben waarschuwde dat hetzelfde zou kunnen gebeuren in 2022.
In het noordoosten heeft een ander soort klimaatveranderingsprobleem gevolgen voor waterkrachtdammen: te veel regen in één keer.
De Verenigde Staten hebben meer dan 2,100 operationele hydro-elektrische dammen, met locaties in bijna elke staat. Ze spelen een essentiële rol in hun regionale elektriciteitsnetwerken. Maar de meeste zijn in de afgelopen eeuw gebouwd onder een ander klimaat dan tegenwoordig.
Naarmate de mondiale temperatuur stijgt en het klimaat blijft veranderen, zal de concurrentie om water toenemen en zal de manier waarop de waterkrachtvoorziening binnen regio's en via het elektriciteitsnet in de VS wordt beheerd, moeten evolueren. We studies de waterkrachtproductie van het land op systeemniveau als ingenieurs. Hier zijn drie belangrijke dingen om te begrijpen over een van de oudste bronnen van hernieuwbare energie van het land in een veranderend klimaat.
Waterkracht kan dingen die andere energiecentrales niet kunnen
Waterkracht draagt bij 6% tot 7% van alle energieopwekking in de VS, maar het is een cruciale hulpbron voor het beheer van de Amerikaanse elektriciteitsnetten.
Omdat het snel kan worden in- en uitgeschakeld, kan waterkracht helpen controle van minuut tot minuut veranderingen in vraag en aanbod. Het kan ook elektriciteitsnetten helpen snel terug stuiteren wanneer black-outs optreden. Waterkracht vormt ongeveer 40% van het elektriciteitsnet in de VS dat kan worden gestart zonder een extra stroomvoorziening gedurende een jaar verduistering, deels omdat de brandstof die nodig is om stroom op te wekken simpelweg het water is dat in het reservoir achter de turbine wordt vastgehouden.
Daarnaast kan het ook dienen als een gigantische batterij voor het rooster. De VS heeft meer dan 40 waterkrachtcentrales met pomp, die water bergopwaarts in een reservoir pompen en het later door turbines sturen om indien nodig elektriciteit op te wekken.
Dus hoewel hydro-elektriciteit een klein deel van de opwekking vertegenwoordigt, zijn deze dammen een integraal onderdeel om de Amerikaanse stroomvoorziening te laten stromen.
Klimaatverandering beïnvloedt waterkracht op verschillende manieren in verschillende regio's
Wereldwijd heeft droogte de waterkracht al verminderd generatie. Hoe klimaatverandering heeft invloed op waterkracht in de VS zal voor een groot deel afhangen van de locatie van elke fabriek.
In gebieden waar smeltende sneeuw de rivierstroom beïnvloedt, wordt verwacht dat het waterkrachtpotentieel in de winter zal toenemen, wanneer er meer sneeuw valt als regen, maar in de zomer zal afnemen wanneer er minder sneeuwlaag overblijft smeltwater. Dit patroon zal naar verwachting optreden in een groot deel van het westen van de VS, samen met verslechterende meerjarige droogtes die zouden kunnen een deel van de productie van waterkracht verminderen, afhankelijk van hoeveel opslagcapaciteit het reservoir heeft.
Het noordoosten heeft een andere uitdaging. Daar is extreme neerslag die overstromingen kan veroorzaken verwachting toenemen. Meer regen kan het stroomopwekkingspotentieel vergroten, en er zijn discussies over het aanpassen van meer bestaande dammen waterkracht te produceren. Maar omdat veel dammen er ook worden gebruikt voor de bestrijding van overstromingen, is er de mogelijkheid om extra te produceren energie-niveau daardoor kan toenemende regenval verloren gaan als water via een overloopkanaal wordt afgevoerd.
In het zuiden van de VS, afnemende neerslag en intensievere droogte worden verwacht, wat waarschijnlijk zal resulteren in een verminderde waterkrachtproductie.
Sommige netbeheerders staan voor grotere uitdagingen
Het effect van deze veranderingen op het elektriciteitsnet van het land zal afhangen van hoe elk deel van het net wordt beheerd.
Agentschappen die balanceringsautoriteiten worden genoemd, beheren de vraag en het aanbod van elektriciteit in hun regio in realtime.
De grootste balanceringsautoriteit op het gebied van hydro-elektrische opwekking is de Bonneville Power Administration in het noordwesten. Het kan jaarlijks ongeveer 83,000 megawattuur elektriciteit opwekken in 59 dammen, voornamelijk in Washington, Oregon en Idaho. Alleen het Grand Coulee Dam-complex kan voldoende stroom produceren voor 1.8 miljoen huizen.
Een groot deel van dit gebied deelt een vergelijkbaar klimaat en zal klimaatverandering ervaren op vrijwel dezelfde manier in de toekomst. Dat betekent dat een regionaal droogte- of sneeuwloos jaar veel van de waterkrachtproducenten van de Bonneville Power Administration tegelijkertijd zou kunnen treffen. Onderzoekers hebben ontdekt dat het klimaat in deze regio van invloed is op waterkracht zowel een risico als een kans bieden voor netbeheerders door de uitdagingen op het gebied van zomerbeheer te vergroten, maar ook door het verminderen van elektriciteitstekorten in de winter.
Evenwichtsautoriteiten en het aantal waterkrachtcentrales in elk. Lauren Dennis, CC BY-SA
In het middenwesten is het een ander verhaal. De Midcontinent Independent System Operator, of MISO, heeft 176 waterkrachtcentrales in een gebied dat 50% groter is dan dat van Bonneville, van het noorden van Minnesota tot Louisiana.
Aangezien de waterkrachtcentrales meer kans hebben om verschillende klimaten en regionale effecten op verschillende tijdstippen te ervaren, hebben MISO en vergelijkbare grote exploitanten de mogelijkheid om waterkrachttekorten in het ene gebied te compenseren met opwekking in andere gebieden.
Het begrijpen van deze regionale klimaateffecten wordt steeds belangrijker voor de planning van de stroomvoorziening en het beschermen van de netbeveiliging, aangezien balanceringsautoriteiten samenwerken om de lichten aan te houden.
Er komt meer verandering
Klimaatverandering is niet de enige factor die de toekomst van waterkracht zal beïnvloeden. Concurrerende eisen al invloed of water wordt toegewezen voor elektriciteitsopwekking of voor ander gebruik zoals irrigatie en drinken.
Wetten en watertoewijzing veranderen ook in de loop van de tijd en veranderen de manier waarop water wordt beheerd via reservoirs, wat gevolgen heeft voor hydro-elektriciteit. De toename van hernieuwbare energie en het potentieel om sommige dammen en reservoirs voor energieopslag te gebruiken, kunnen de vergelijking ook veranderen.
Het belang van waterkracht in het Amerikaanse elektriciteitsnet betekent dat de meeste dammen hier waarschijnlijk zullen blijven, maar klimaatverandering zal de manier waarop deze centrales worden gebruikt en beheerd veranderen.
Over de auteur
Caitlin Grady, universitair docent civiele en milieutechniek en onderzoeksmedewerker bij het Rock Ethics Institute, Penn State en Lauren Dennis, Ph.D. Student Civiele Techniek en Klimaatwetenschappen, Penn State
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Related Books:
De toekomst die we kiezen: de klimaatcrisis overleven
door Christiana Figueres en Tom Rivett-Carnac
De auteurs, die een sleutelrol speelden in de Overeenkomst van Parijs over klimaatverandering, bieden inzichten en strategieën voor het aanpakken van de klimaatcrisis, inclusief individuele en collectieve actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
De onbewoonbare aarde: leven na opwarming
door David Wallace-Wells
Dit boek onderzoekt de mogelijke gevolgen van ongecontroleerde klimaatverandering, waaronder massale uitsterving, voedsel- en waterschaarste en politieke instabiliteit.
Klik voor meer info of om te bestellen
Het Ministerie van de Toekomst: een roman
door Kim Stanley Robinson
Deze roman verbeeldt een wereld in de nabije toekomst die worstelt met de gevolgen van klimaatverandering en biedt een visie op hoe de samenleving zou kunnen transformeren om de crisis het hoofd te bieden.
Klik voor meer info of om te bestellen
Onder een witte lucht: de aard van de toekomst
door Elizabeth Kolbert
De auteur onderzoekt de menselijke impact op de natuurlijke wereld, inclusief klimaatverandering, en het potentieel voor technologische oplossingen om milieu-uitdagingen aan te pakken.
Klik voor meer info of om te bestellen
Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan
onder redactie van Paul Hawken
Dit boek presenteert een alomvattend plan voor het aanpakken van klimaatverandering, inclusief oplossingen uit een reeks sectoren zoals energie, landbouw en transport.
