När planeten fortsätter att värmas, de dubbla utmaningarna med minskad vattentillgång och växande energiefterfrågan kommer att intensifieras. Men vatten och energi är oupplösligt sammanlänkade. Till exempel, nästan en femtedel av Kaliforniens energi går till vattenrelaterade aktiviteter, medan mer än en tiondel av statens el kommer från vattenkraft. När samhället försöker anpassa sig till en utmaning, den måste se till att den inte förvärrar den andra.

För detta ändamål, forskare från UC Santa Barbara, Lawrence Berkeley National Laboratory och UC Berkeley har utvecklat ett ramverk för att utvärdera hur olika klimatanpassningar kan påverka denna vatten-energi-nexus. Deras forskning visas i open access-tidskriften Miljöforskningsbrev .

"El- och vattensystem är sammanlänkade på många olika sätt, " sa medförfattaren Ranjit Deshmukh, en biträdande professor vid miljövetenskapliga institutionen. "Klimatförändringar förväntas betona dessa kopplingar så vi presenterade ett ramverk som kartlägger dessa ömsesidiga beroenden och kommer att göra det möjligt för oss att förstå och kvantifiera dess effekter på energi-vatten-kopplingen."

Även om det inte är den första studien som tittar på dessa ämnen, det tar ett mer nyanserat tillvägagångssätt än de tidningar som har kommit tidigare. "Det har gjorts många analyser om hur klimatförändringar kan påverka vatten- och energisektorerna separat, men dessa studier tittade vanligtvis inte på interaktioner och återkopplingar mellan de två, " sa huvudförfattaren Julia Szinai från Berkeley Labs Climate and Ecosystem Sciences Division. "Vår artikel utvecklar ett generaliserat ramverk som identifierar hur klimatförändringar påverkar dessa kopplade vatten- och elsystem och potentiella anpassningar till framtida klyftor i utbud och efterfrågan. Genom att göra det illustrerar vi ofta förbisedda avvägningar och synergier i anpassningen till klimatförändringarna."

Ramverket använder systemanalys för att identifiera de största potentiella klimatstressorerna på vatten- och energisektorerna. Den kvantifierar åtgärder som kommer att behövas för att anpassa sig till klimatförändringarna, och undersöker de återkopplingar som skulle bli resultatet av dessa åtgärder.

"Till exempel, vårt ramverk visar hur ökade temperaturer på grund av klimatförändringar sannolikt kommer att öka efterfrågan på el för luftkonditionering och efterfrågan på vatten för bevattning, Deshmukh förklarade. "Medan förlust av snöpackningar i Sierras och varierande nederbörd kommer att påverka vattenförsörjningen inte bara för stads- och jordbruksbruk, men också för vattenkraftproduktion och kylning av värmekraftverk."

Kalifornien förlitar sig på snöpackning i Sierra Nevadas för att långsamt mäta ut vatten under året.

Teamet tillämpade ramverket de utvecklade till Kalifornien, som förlitar sig på snöpacken för en hel del av sitt vatten och förbrukar betydande mängder energi för att transportera vatten från norra till södra delen av staten. De undersökte flera anpassningsstrategier inom vattensektorn och fann att vissa är energiintensiva medan andra faktiskt kan spara både vatten och energi.

Forskarna integrerade data över ett antal fragmenterade studier för att uppskatta det övergripande utbudet av möjliga vatten- och energiframtider för staten under olika klimatscenarier i slutet av seklet. Deras analys fann att två faktorer sannolikt kommer att dominera klimatförändringens direkta effekter på Kaliforniens elsektor:högre luftkonditioneringsbelastningar och minskad tillgång till vattenkraft.

"En av de viktigaste punkterna i uppsatsen är att en anpassning av vårt vattensystem till klimatförändringarna kan antingen avsevärt förvärra stressen i elnätet, eller på baksidan, det kan hjälpa till att lindra det, " sa medförfattaren och klimatforskaren från Berkeley Lab Andrew Jones. "Om vi ​​fokuserar på att anpassa vattensystemet genom att använda stora överföringar av vatten över bassänger, eller genom att använda energikrävande avsaltning, det kommer bara att göra elproblemet mycket svårare. Om, å andra sidan, vi anpassar vattensystemet genom att spara vatten, det är faktiskt en win-win-situation eftersom du också minskar energin som krävs för vatten."

För närvarande, svindlande 19 % av Kaliforniens elförbrukning går till vattenrelaterade applikationer, som att behandla, transportera, pumpning och uppvärmning. Dessutom, cirka 15 % av elproduktionen i staten kommer från vattenkraft.

Staten har redan sett vissa effekter av klimatförändringar på sina vattenenergisystem. Utdragen torka som förvärrats av klimatförändringarna har lett till toppar i elförbrukningen för grundvattenpumpning, och motsvarande vattenkraftsunderskott har krävt ersättning med smutsigare fossila bränslen.

Teamet är säkra på att klimatkrisen kommer att ha en enorm inverkan på statens framtida vattenförsörjning. Som sagt, effekten är väldigt osäker. I värsta fall, tillgängliga vattentillgångar kan minska med 25 %; dock, de kan öka med 46 %.

"Det finns betydande osäkerheter i klimatmodellens prognoser för nederbörd, sade Deshmukh. "Men oavsett dessa osäkerheter, anpassningsåtgärderna erbjuder betydande fördelar." Att spara vatten skulle spara energi och pengar för konsumenterna, och möjliggöra större flöde i statens naturliga strömmar och floder.

När teamet tillämpade sitt ramverk på det värsta scenariot, de fann att valet av de mest energiintensiva anpassningsstrategierna inom vattensektorn kan resultera i en energiobalans lika stor som den som direkt orsakas av klimatförändringar.

"Jag tror att detta är den första studien som visar att anpassning av vattensektorn kan ha lika stor inverkan på elsektorn som den direkta effekten av klimatförändringarna i sig, sa Jones.

"Denna studie har belyst fördelen med en samordnad anpassningsplanering mellan de två sektorerna, " lade huvudförfattaren Szinai till, "så vi kopplar nu samman en mer detaljerad modell för förvaltning av vattenresurser och en elplaneringsmodell som kan visa motståndskraftiga vägar för att bygga ut elinfrastruktur i västra USA när klimatförändringarnas effekter ingår från vattensektorn."

Deshmukh leder för närvarande ett team för att utforska kopplingarna mellan energi, vatten och klimat genom att kvantifiera effekterna av klimatförändringar på vattenkraftsdammar och värmekraftverk i 12 länder i södra Afrika. Han hoppas kunna identifiera optimala investeringar i elinfrastruktur.

"Kalifornien har ett val i hur man vill anpassa sin vattensektor till effekterna av klimatförändringarna, " Deshmukh påstod. "Staten kan antingen eftersträva energiintensiva klimatanpassningsåtgärder såsom avsaltning eller utveckla en portfölj av åtgärder som maximerar vattenbesparingspotential. Planerare och beslutsfattare inom vatten- och energisektorerna måste samordna sina handlingar och planer för anpassning till klimatförändringarna."