Die wesentliche Zukunft der Wasserkraft wird von Dürren, Überschwemmungen und dem Klimawandel getrübt

Wasserkraft ist unverzichtbar2 5 18 Der Wasserstand des Lake Powell ist inmitten einer zwei Jahrzehnte andauernden Dürre gesunken. Der weiße „Badewannenring“ an den Wänden der Schlucht markiert den Niedergang. Justin Sullivan / Getty Images

Das Wasser im Lake Powell, einem der größten Stauseen der Nation, ist inmitten der Dürre im Westen so tief gefallen, dass es Bundesbeamte sind auf Sofortmaßnahmen zurückgreifen um zu vermeiden, dass die Wasserkraft am Glen Canyon Dam abgeschaltet wird.

Der Arizona-Staudamm, der Strom liefert sieben Staaten, ist nicht das einzige US-Wasserkraftwerk in Schwierigkeiten.

Der ikonische Hoover-Staudamm, ebenfalls am Colorado River, hat verringerte seinen Wasserdurchfluss und seine Stromerzeugung. Kalifornien hat ein Wasserkraftwerk am Oroville-Damm wegen Niedrigwassers im Jahr 2021 für fünf Monate abgeschaltet, und Beamte haben dies getan gewarnt, dass dasselbe passieren könnte von Studenten unterstützt.

Im Nordosten hat ein anderes Problem des Klimawandels die Wasserkraftwerke in Mitleidenschaft gezogen – zu viel Niederschlag auf einmal.

Die Vereinigten Staaten haben über 2,100 in Betrieb Wasserkraftwerke, mit Standorten in fast jedem Staat. Sie spielen eine wesentliche Rolle in ihren regionalen Stromnetzen. Aber die meisten wurden im vergangenen Jahrhundert unter einem anderen Klima gebaut als heute.

Wenn die globalen Temperaturen steigen und sich das Klima weiter ändert, wird der Wettbewerb um Wasser zunehmen, und die Art und Weise, wie die Wasserkraftversorgung innerhalb der Regionen und über das Stromnetz in den USA verwaltet wird, muss sich weiterentwickeln. We Studie als Ingenieure die Wasserkraftproduktion des Landes auf Systemebene. Hier sind drei wichtige Dinge, die Sie über eine der ältesten erneuerbaren Energiequellen der Nation in einem sich ändernden Klima verstehen sollten.

Wasserkraft kann Dinge, die andere Kraftwerke nicht können

Wasserkraft trägt dazu bei 6 % bis 7 % der gesamten Stromerzeugung in den USA, aber es ist eine entscheidende Ressource für die Verwaltung der US-Stromnetze.

Weil es schnell an- und abgeschaltet werden kann, kann Wasserkraft helfen Kontrolle von Angebots- und Nachfrageänderungen von Minute zu Minute. Es kann auch Stromnetzen helfen schnell zurückschlagen wenn Stromausfälle auftreten. Wasserkraft macht etwa 40% der US-amerikanischen Stromnetzanlagen aus, die ohne zusätzliche Stromversorgung während eines Betriebs gestartet werden können Blackout, zum Teil, weil der Brennstoff, der zur Stromerzeugung benötigt wird, einfach das Wasser ist, das im Reservoir hinter der Turbine gespeichert ist.

Darüber hinaus kann es auch dienen als riesige Batterie für das Gitter. In den USA gibt es über 40 Pumpwasserkraftwerke, die Wasser bergauf in einen Stausee pumpen und es später durch Turbinen schicken, um bei Bedarf Strom zu erzeugen.


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Während die Wasserkraft also nur einen kleinen Teil der Stromerzeugung ausmacht, sind diese Dämme ein wesentlicher Bestandteil, um die US-Stromversorgung am Laufen zu halten.

Der Klimawandel wirkt sich regional unterschiedlich auf die Wasserkraft aus

Weltweit hat die Dürre bereits zu einem Rückgang der Wasserkraft geführt Generation. Wie Der Klimawandel wirkt sich auf die Wasserkraft aus in den USA wird die Zukunft zu einem großen Teil vom Standort der einzelnen Werke abhängen.

In Gebieten, in denen schmelzender Schnee den Flussfluss beeinflusst, wird erwartet, dass das Wasserkraftpotenzial im Winter zunimmt, wenn mehr Schnee als Regen fällt, aber dann im Sommer abnimmt, wenn weniger Schneedecke übrig bleibt Schmelzwasser. Es wird erwartet, dass dieses Muster in weiten Teilen des Westens der USA auftritt, zusammen mit einer Verschlechterung mehrjähriger Dürren, die dies könnten einen Teil der Wasserkraftproduktion verringern, je nachdem wie viel Speicherkapazität der Stausee hat.

Der Nordosten hat eine andere Herausforderung. Dort kommt es zu extremen Niederschlägen, die Überschwemmungen verursachen können erwartet zu erhöhen. Mehr Regen kann das Stromerzeugungspotenzial erhöhen, und das gibt es Diskussionen über die Nachrüstung bestehender Staudämme Wasserkraft zu produzieren. Da aber viele Dämme dort auch für den Hochwasserschutz genutzt werden, besteht die Möglichkeit, extra zu produzieren neue Energie dadurch könnten zunehmende Niederschläge verloren gehen, wenn Wasser über eine Überlaufrinne abgelassen wird.

In den südlichen USA abnehmende Niederschläge und verstärkte Trockenheit erwartet, was wahrscheinlich zu einer geringeren Wasserkraftproduktion führen wird.

Einige Netzbetreiber stehen vor größeren Herausforderungen

Die Auswirkung dieser Änderungen auf das nationale Stromnetz hängt davon ab, wie jeder Teil des Netzes verwaltet wird.

Als Bilanzkreise bezeichnete Stellen steuern Stromangebot und -nachfrage ihrer Region in Echtzeit.

Die größte Ausgleichsbehörde in Bezug auf die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist die Bonneville Power Administration im Nordwesten. An 83,000 Staudämmen, hauptsächlich in Washington, Oregon und Idaho, kann es jährlich rund 59 Megawattstunden Strom erzeugen. Allein der Grand Coulee Dam-Komplex kann genug Strom produzieren 1.8 Millionen Häuser.

Ein Großteil dieser Gegend teilt ein ähnliches Klima und wird den Klimawandel erleben in ähnlicher Weise in der Zukunft. Das bedeutet, dass eine regionale Dürre oder ein schneeloses Jahr viele Wasserkraftproduzenten der Bonneville Power Administration gleichzeitig treffen könnte. Forscher haben herausgefunden, dass das Klima dieser Region Auswirkungen auf die Wasserkraft hat stellen sowohl ein Risiko als auch eine Chance dar für Netzbetreiber, indem sie die Herausforderungen des Sommermanagements erhöhen, aber auch die Stromausfälle im Winter verringern.

Wasserkraft ist unverzichtbar 5 18 Ausgleichsbehörden und die Anzahl der Wasserkraftwerke in jedem. Lauren Dennis, CC BY-ND

Im Mittleren Westen ist es eine andere Geschichte. Der Midcontinent Independent System Operator oder MISO verfügt über 176 Wasserkraftwerke auf einer Fläche, die 50 % größer ist als die von Bonneville, von Nord-Minnesota bis Louisiana.

Da seine Wasserkraftwerke mit größerer Wahrscheinlichkeit unterschiedliche Klimazonen und regionale Auswirkungen zu unterschiedlichen Zeiten erfahren, haben MISO und ähnlich breite Betreiber die Möglichkeit, Wasserkraftdefizite in einem Gebiet durch die Erzeugung in anderen Gebieten auszugleichen.

Das Verständnis dieser regionalen Klimaeffekte wird für die Planung der Stromversorgung und den Schutz der Netzsicherheit immer wichtiger, da die Ausgleichsbehörden zusammenarbeiten, um das Licht am Laufen zu halten.

Weitere Veränderungen kommen

Der Klimawandel ist nicht der einzige Faktor, der die Zukunft der Wasserkraft beeinflussen wird. Konkurrierenden Anforderungen bereits beeinflussen ob Wasser für die Stromerzeugung oder andere Verwendungen wie Bewässerung und Trinken zugeteilt wird.

Auch Gesetze und die Wasserzuteilung ändern sich im Laufe der Zeit und verändern die Art und Weise, wie Wasser durch Stauseen verwaltet wird, was sich auf die Wasserkraft auswirkt. Die Zunahme erneuerbarer Energien und das Potenzial, einige Dämme und Stauseen zur Energiespeicherung zu nutzen, könnten die Gleichung ebenfalls ändern.

Die Bedeutung der Wasserkraft im US-amerikanischen Stromnetz bedeutet, dass die meisten Staudämme wahrscheinlich bestehen bleiben werden, aber der Klimawandel wird die Nutzung und Verwaltung dieser Anlagen verändern.Das Gespräch

Über den Autor

Caitlin Grady, Assistenzprofessor für Bau- und Umweltingenieurwesen und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Rock Ethics Institute, Penn State und Lauren Dennis, Ph.D. Studentin des Bauingenieurwesens und der Klimawissenschaften, Penn State

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.


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