Det amerikanska energidepartementets Oak Ridge National Laboratory har försett vattenkraftoperatörer med nya data för att bättre förbereda sig för extrema väderhändelser och förändringar i säsongsbetonade energibehov orsakade av klimatförändringar.

För den nya rapporten använde ORNL-forskare nedskalade globala klimatprognoser för att simulera framtida hydrologiska förhållanden vid 132 federala vattenkraftanläggningar över hela USA. De resulterande prognoserna kommer att göra det möjligt för vattenkraftoperatörer och beslutsfattare att planera för förändrade klimatförhållanden och minskad vattentillgång genom att ändra sina driftsscheman och deras användning av vatten varje säsong som en del av en övergripande begränsningsstrategi.

"Intensifieringen av framtida extrema händelser, inklusive både översvämningar och torka, är en av de mest kritiska frågorna som hotar motståndskraften hos amerikanska vattenkraftsystem och infrastruktur", säger Shih-Chieh Kao, programchef för vattenkraft på ORNL. "Denna nya normala kräver att vi tänker annorlunda om nuvarande operativa praxis för att anpassa oss till ett föränderligt klimat."

Förutom extrema händelser är en växande konflikt i vattentillgång kontra energibehov en annan utmaning för vattenkraftoperatörer. En tidigare än väntat snösmältningssäsong i västra USA kommer sannolikt att påverka vattenavrinning. Detta kan resultera i mindre vatten för vattenkraftproduktion under sommarmånaderna, precis som energibehovet ökar. Ökad avdunstning på grund av stigande temperaturer sätter också en belastning på vattnet som behövs för översvämningskontroll, navigering, kommunal vattenförsörjning och industri- och jordbruksanvändning.

Bättre förståelse för dessa förändringar är viktigt för framtida energiplanering. Vattenkraft tillhandahåller 35 % av förnybar energi och nästan 7 % av all el som produceras i USA.

ORNL arbetade med DOE:s Water Power Technologies Office och andra federala myndigheter och bygger på två omgångar av tidigare hydroklimatbedömningar som genomförts under de senaste 10 åren. Studien fokuserade enbart på federala vattenkraftanläggningar, som utgör ungefär hälften av all amerikansk vattenkraftkapacitet och tillhandahåller en mängd olika icke-krafttjänster till samhället. Marknadsförs av DOE Power Marketing Administrations, säljs energin som produceras vid dessa anläggningar främst till offentliga kraftverk och elkooperativ på landsbygden i 33 amerikanska delstater.

Insikter som bygger på data

Studien grundades i regelbundet uppdaterade globala klimatprognoser från Coupled Model Intercomparison Project, som stöder periodiska studier av den mellanstatliga panelen för klimatförändringar. Men för att minska klimatsignalerna på bästa sätt för varje vattendelare var forskare tvungna att överväga egenskaper som är unika för varje anläggning och plats.

Från 2010 till 2013 samlade ORNL-forskare in en mängd olika data om observerade och simulerade klimathändelser, historisk generering av vattenkraftverk och vattendelare och markytor unika för varje region. Forskargruppen använde dessa data för att utveckla ett ramverk för bedömning som skulle kunna projicera vattentillgången för vattenkraftdrift genom att simulera en mängd olika hydrologiska förhållanden, inklusive årliga och säsongsbetonade lufttemperaturer, nederbörd, avrinning från smältande snö eller regn och nivåer av torka.

Från 2014 till 2017 fokuserade teamet på hur klimatförändringar kan påverka vattenkraftproduktionen från månad till månad och över säsonger. Denna förbättring gav nyckeldata och prognoser som gjorde det möjligt för vattenkraftsoperatörer att utvärdera nuvarande operativa praxis med fokus på klimatanpassning.

I den senaste iterationen, från 2018 till 2022, utvecklade ORNL en multimodal bedömningsram för att bättre avslöja osäkerhet och variation i framtida vattenkraftprojektioner över regioner. Pacific Northwest National Laboratory och Texas A&M University samarbetade med ORNL i denna fas av projektet.

Genom att använda en svit av numeriska modeller och statistiska metoder har forskare minskat globala klimatförändringssignaler till framtida hydrologiska och vattenkraftprojektioner vid varje vattendelare. Varje bedömning inkluderade simuleringar av framtida strömflöde, vattenkraftsdrift och reservoaravdunstning. Baserat på dessa simuleringar uppskattade forskarna också framtida energibehov som påverkas av förändrade klimatförhållanden.

Balansera vattentillgång med vattenhantering

För att upprätthålla fördelarna med vattenkraft som en förnybar energikälla, kommer flexibilitet att vara nyckeln, och dessa modeller ger en stat-för-stat färdplan för långsiktig planering.

För att förse fler vattenkraftsintressenter med de verktyg och data de behöver för att planera för klimatförändringens effekter, utökar DOE sin forskning till icke-federala vattenkraftanläggningar, vars operatörer kanske inte har resurserna att studera och ta itu med dessa utmaningar.

"Klimatsystemet är komplext", sa Kao, "men vi kan nu införliva allt mer exakta prediktiva modeller för att förstå potentiella förändringar i klimatextremer och avgöra vad som kan göras för att mildra dessa förändringar." + Utforska vidare

Var kan man hitta fakta bakom vattenkraft