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Il nuovo rapporto mira a garantire la sostenibilità dell’energia idroelettrica in mezzo ai cambiamenti climatici

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Il nuovo rapporto garantisce la sostenibilità dell'energia idroelettrica in mezzo ai cambiamenti climatici

ORNL sta studiando come il cambiamento climatico possa influire sulla disponibilità di acqua per impianti idroelettrici come la diga di Shasta e il lago in California. Credito: US Bureau of Reclamation

L’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha fornito agli operatori idroelettrici nuovi dati per prepararsi meglio agli eventi meteorologici estremi e ai cambiamenti nella domanda stagionale di energia causati dai cambiamenti climatici.

Per il nuovo rapporto, i ricercatori dell’ORNL hanno utilizzato proiezioni climatiche globali ridimensionate per simulare le condizioni idrologiche future in 132 impianti idroelettrici federali negli Stati Uniti. Le proiezioni risultanti consentiranno agli operatori idroelettrici e ai responsabili politici di pianificare il cambiamento delle condizioni climatiche e la ridotta disponibilità di acqua spostando i loro programmi operativi e il loro uso dell’acqua ogni stagione come parte di una strategia di mitigazione generale.

“L’intensificarsi di futuri eventi estremi, comprese inondazioni e siccità, è una delle questioni più critiche che minacciano la resilienza dei sistemi idroelettrici e delle infrastrutture statunitensi”, ha affermato Shih-Chieh Kao, responsabile del programma di energia idrica dell’ORNL. “Questa nuova normalità ci richiede di pensare in modo diverso alle attuali pratiche operative per adattarci a un clima che cambia”.

Oltre agli eventi estremi, un’altra sfida per gli operatori idroelettrici è il crescente conflitto tra disponibilità idrica e domanda di energia. È probabile che una stagione di scioglimento delle nevi negli Stati Uniti occidentali prima del previsto abbia un impatto sul deflusso idrico. Ciò può comportare una minore quantità di acqua per la produzione di energia idroelettrica nei mesi estivi, proprio mentre cresce la domanda di energia. L’aumento dell’evaporazione a causa dell’aumento delle temperature sta anche mettendo a dura prova l’acqua necessaria per il controllo delle inondazioni, la navigazione, l’approvvigionamento idrico municipale e l’uso industriale e agricolo.

Una migliore comprensione di questi cambiamenti è importante per la futura pianificazione energetica. L’energia idroelettrica fornisce il 35% dell’energia rinnovabile e quasi il 7% di tutta l’elettricità prodotta negli Stati Uniti

ORNL ha collaborato con l’Ufficio per le tecnologie dell’energia idrica del DOE e altre agenzie federali, basandosi su due cicli di precedenti valutazioni idroclimatiche condotte negli ultimi 10 anni. Lo studio si è concentrato esclusivamente sugli impianti idroelettrici federali, che costituiscono circa la metà di tutta la capacità idroelettrica degli Stati Uniti e forniscono una varietà di servizi non energetici alla comunità. Commercializzata da DOE Power Marketing Administrations, l’energia prodotta in queste strutture viene venduta principalmente a servizi di pubblica utilità e cooperative elettriche rurali in 33 stati degli Stati Uniti.

Approfondimenti basati sui dati

Lo studio è stato radicato nelle proiezioni climatiche globali regolarmente aggiornate del progetto Coupled Model Intercomparison, che supporta studi periodici del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici. Tuttavia, per ridurre al meglio i segnali climatici per ogni spartiacque, i ricercatori hanno dovuto considerare caratteristiche uniche per ciascuna struttura e posizione.

Dal 2010 al 2013, i ricercatori dell’ORNL hanno raccolto una varietà di dati su eventi climatici osservati e simulati, generazione storica di centrali idroelettriche e caratteristiche di spartiacque e superficie terrestre uniche per ciascuna regione. Il team di ricerca ha utilizzato questi dati per sviluppare un quadro di valutazione in grado di proiettare la disponibilità di acqua per il funzionamento dell’energia idroelettrica simulando una varietà di condizioni idrologiche, comprese le temperature dell’aria annuali e stagionali, le precipitazioni, il deflusso dovuto allo scioglimento della neve o della pioggia e i livelli di siccità.

Il nuovo rapporto garantisce la sostenibilità dell'energia idroelettrica in mezzo ai cambiamenti climatici

Un team dell’ORNL ha sviluppato modelli statistici per simulare e valutare le condizioni ambientali negli impianti idroelettrici federali negli Stati Uniti. Credito: ORNL, Dipartimento USA di Energia

Dal 2014 al 2017, il team si è concentrato su come i cambiamenti climatici potrebbero influire sulla produzione di energia idroelettrica di mese in mese e in tutte le stagioni. Questo miglioramento ha fornito dati e proiezioni chiave che hanno consentito agli operatori idroelettrici di valutare le attuali pratiche operative con particolare attenzione all’adattamento climatico.

Nell’iterazione più recente, dal 2018 al 2022, ORNL ha sviluppato un quadro di valutazione multimodale per rivelare meglio l’incertezza e la variabilità nelle proiezioni future dell’energia idroelettrica tra le regioni. Il Pacific Northwest National Laboratory e la Texas A&M University hanno collaborato con ORNL in questa fase del progetto.

Utilizzando una suite di modelli numerici e metodi statistici, i ricercatori hanno ridimensionato i segnali dei cambiamenti climatici globali in future proiezioni idrologiche e idroelettriche in ciascuna posizione spartiacque. Ciascuna valutazione includeva simulazioni del flusso futuro, delle operazioni idroelettriche e dell’evaporazione dei giacimenti. Sulla base di queste simulazioni, i ricercatori hanno anche stimato la futura domanda di energia influenzata dalle mutevoli condizioni climatiche.

Bilanciare la disponibilità idrica con la gestione dell’acqua

Per sostenere i vantaggi dell’energia idroelettrica come fonte di energia rinnovabile, la flessibilità sarà fondamentale e questi modelli forniscono una tabella di marcia stato per stato per la pianificazione a lungo termine.

Per fornire a più parti interessate dell’energia idroelettrica gli strumenti e i dati di cui hanno bisogno per pianificare gli impatti dei cambiamenti climatici, il DOE sta estendendo la sua ricerca agli impianti idroelettrici non federali, i cui operatori potrebbero non avere le risorse per studiare e affrontare queste sfide.

“Il sistema climatico è complesso”, ha affermato Kao, “ma ora possiamo incorporare modelli predittivi sempre più precisi per comprendere i potenziali cambiamenti negli estremi climatici e determinare cosa si può fare per mitigare questi cambiamenti”.


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