År 2022 ger en snabb internetsökning efter Lake Mead eller Lake Powell häpnadsväckande bilder av torkande sjöbäddar och uttorkad mark.

Megatorkan i sydvästra USA är den torraste – och längsta – på de senaste 1 200 åren, och har tömt vattenreservoarnivåerna till kritiskt låga nivåer under de senaste 22 åren.

Denna ihållande torka har bekymrat beslutsfattare och systemplanerare över tillförlitligheten hos elnätet under försämrade torkaförhållanden och stigande temperaturer. Torka påverkar särskilt vattenkraftsdammar såväl som vissa termoelektriska kraftverk som kräver stora mängder vatten för kylning.

Men en ny rapport från hydrologer vid Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) tyder på att förhållandet mellan torka och vattenkraft är mer nyanserat än det kan verka.

För att få en korrekt bild kombinerade PNNL-hydrologer 20 års årliga kraftgenereringsdata från mer än 600 vattenkraftverk med historiska nederbördsdata från åtta distinkta vattenkraftsklimatregioner i västra USA. Varje vattenkraftsregion står inför unika klimatförhållanden. Unika reservoardriftsförhållanden lägger också till komplexitet. Med hjälp av dessa data extrapolerade hydrologerna vattenkraftproduktion så långt tillbaka som 1900.

De fann att även under de mest allvarliga torka som observerats under de senaste två decennierna har vattenkraften upprätthållit 80 % av den genomsnittliga kraftproduktionsnivån, vilket motsvarar cirka 150 terawattimmar förnybar el – eller ungefär 20 % av elbehovet över hela landet Väst. Denna flexibla kraft hjälper också till att balansera utbud och efterfrågan i det västra nätet.

"Det är en märkbar nedgång - men det är fortfarande mycket förnybar energi", säger Sean Turner, modellerare för vattenresurser på PNNL och huvudförfattare till rapporten.

PNNL-teamet använde maskininlärning och statistisk analys för att kategorisera vattenkraftverk enligt deras årliga genereringsmönster. Denna analys avslöjade distinkta vattenkraftsklimatregioner i väst. Vattenkraftverk väster om Cascades upplever till exempel andra klimatförhållanden än de österut, vilket visar att olika klimatregioner finns i en stor flodbassäng som Columbiafloden.

"När man studerar och karakteriserar torka är instinkten att titta på det från en regional eller statlig nivå, men delstatsgränser kanske inte är det mest relevanta för att förstå torkans effekter på vattenkraft", säger Turner. "Att gruppera dem efter klimatförhållanden leder till en renare bedömning av torkans inverkan på vattenkraften."

Fokusera på helheten

"När människor läser berättelser om en viss damm under en torka, som Glen Canyon Dam, eller en viss stat, som Kalifornien, lämnas de med intrycket att vattenkraft inte kommer att vara särskilt tillförlitlig i framtiden, men en damm representerar bara en liten del av den totala kapaciteten, säger Turner. "Detta betyder att den totala västerländska vattenkraften fortfarande kommer att vara en viktig kraftkälla även under de värsta torkaåren."

Vattenkraftsdammar genererar kraft genom att släppa ut reservoarvatten genom turbiner. Under en torka, med mindre regn och snöfall, rinner mindre vatten in i reservoarer. Med låga reservoarnivåer och mindre vatten att släppa ut, minskar vattenkraftproduktionen.

Men torkan försämrar sällan vattenkraften i alla regioner i västra USA samtidigt, vilket innebär att en region som inte påverkas av torka kan komplettera bristerna i en annan.

Under de senaste 20 åren har det faktiskt inte förekommit en torka som har påverkat alla större regioner för vattenkraftproduktion på en gång.

Till exempel är flodflöden och reservoarnivåer i Kalifornien och sydvästra idag låga på grund av pågående torka, vilket påverkar vattenkraftproduktionen i dessa regioner. Men lejonparten av vattenkraftproduktionen i väst skickas till nätet från Northern Cascades och Columbia River Basin, i Washington, Oregon, Idaho och British Columbia.

"Den nuvarande torkan är allvarlig men det är inte i närheten av att vara det värsta vattenkraftsproduktionsåret för väst och vattenresursförhållandena är faktiskt över genomsnittet just nu i nordväst", säger Turner.

Turner indikerar att en bakåtextrapolering av regional vattenkraft och tillgängliga data om kraftproduktion för 1900-talet båda indikerar att en upprepning av den historiska västerländska torkan 1976–1977 kan vara värre för vattenkraftproduktion än någon annan torka detta århundrade. Till skillnad från de senaste händelserna påverkade den perioden alla större vattenkraftsproducerande regioner i nordvästra och Kalifornien.

Men det är svårt att förutse framtiden.

"Klimatmodellerna är oense om huruvida torkan kommer att bli mer allvarlig eller frekvent i framtiden, eller om området kommer att bli torrare eller blötare när det gäller nederbörd under de kommande hundra åren", säger Turner.

Rekordslagande värmeböljor sätter ytterligare påfrestningar på vattenkraften och elnätet

Den sista veckan i juni 2021, precis i hälarna på en rekordstor värmebölja i Pacific Northwest, började kraftsystemmodelleraren Konstantinos Oikonomou undersöka hur vattenkraftsdammar fungerade under värmeböljan och hur de kunde möta exceptionell belastningsefterfrågan orsakad av konsumenter skruvar upp sin luftkonditionering.

Han fann att värmeböljan faktiskt skapade gynnsamma förutsättningar för vattenkraftverk.

"Snabb snösmältning under värmeböljan hjälpte reservoarer att fyllas med vatten, vilket gjorde det möjligt för vattenkraftverk att möta det ökade belastningsbehovet", säger Oikonomou.

Men forskare undrar vad som kan hända om flera värmeböljor inträffar i följd och vatten från snöpackning inte längre är rikligt.

Hydrologer och modellerare av kraftsystem simulerade effekterna av förvärrade värmeböljor och torka på elnätet. De fann att regionala sammankopplingar är avgörande för att hantera extrema händelser.

I år är Oikonomous forskning inriktad på att skapa ett nytt ramverk för att simulera nätbeteende under extrema väderförhållanden, såsom förvärrade torka och värmeböljor, och under händelser som felaktiga transmissionsledningar. Som en del av detta arbete kommer han att köra en mängd vad-om-scenarier under ett helt år med hjälp av Western Electricity Coordinating Councils storskaliga elnätsmodell.

"Vi använder modellen för att zooma in på särskilda tidsstämplade händelser för att förstå energibrister och vilka andra energiresurser i systemet som måste öka för att kompensera för förlusten av vattenkraft", säger Oikonomou. "Denna information kommer att hjälpa kraftverksoperatörer och systemplanerare att utforska begränsningsstrategier för att stärka nätet mot avbrott." + Utforska vidare

Vattenkraftens framtid är grumlig av torka, översvämningar och klimatförändringar. Det är också viktigt för det amerikanska elnätet