De växande klimatriskerna med en klimatlösning

Även när en brännande, torr sommar avtar mot vintern, spöket av torkan har vägrat lämna scenen. Medan torka definieras som brist på vattenresurser –som kännetecknas av de historiskt låga nivåerna i Mississippifloden förra månaden–det kan lätt metastasera som brist på elektricitet. Vatten är "bränslet" för vattenkraft, fortfarande den ledande källan till förnybar elektricitet som genereras på planeten, och en torka är som ett embargo på det bränslet.

Vattenförvaltare på Coloradofloden bara varnade för ett hotande ”domedagsscenario” där fortsatt torka skulle stoppa elproduktionen vid Glen Canyon Dam. Det scenariot har redan kommit för Kariba Dam, det näst största vattenkraftprojektet i södra Afrika, som tillhandahåller mer än hälften av den el som används av Zambia och Zimbabwe. Karibas reservoar – byggd 1959 är den den största reservoaren i världen i volym—är vid lägsta nivån i dess historia, vilket resulterar i extrema strömavbrott till Zimbabwe och energiransonering i Zambia.

Eftersom vattenkriser blir energikriser är de nu också kriser för klimatåtgärder. För att hjälpa till att uppnå den avkarbonisering av energi som är central för att uppfylla klimatmålen, planerar många länder på en dramatisk utbyggnad av vattenkraften och globala energibyråer förutspår en fördubbling av den globala kapaciteten till 2050. Men på grund av nivån av klimatförändringar som redan är inbakad, kommer torka-drivna embargon på vattenkraftens vattenbränsle sannolikt att bli vanligare och mer utbredda under de kommande decennierna.

Med andra ord, en av de mest utropade lösningarna på klimatkrisen blir mindre tillförlitlig på grund av de negativa effekterna från klimatförändringarna som redan är på gång. Den komplicerade verkligheten har viktiga konsekvenser för hur vi hanterar befintliga vatten- och energisystem, och för de klimatförändringslösningar som kommer ut från den nyligen avslutade FN:s klimatkonferens (COP27).

Förra sommaren, Europa och Kina utstod historiska torka som sänkte floder och dränerade reservoarer som vattenkraftsystem använder för att generera elektricitet. Vattenkraft tillhandahåller 80% av elen till Kinas Sichuan-provins och utökad torka halverade genereringen. En värmebölja förvärrade utmaningen, så samtidigt som produktionen minskade ökade efterfrågan på el för luftkonditionering: efterfrågan på el i Sichuan var upp 25 % jämfört med samma period 2021. Som ett resultat blev tiotusentals kommersiella konsumenter i Sichuan tillsagda att stänga ner tio dagar i augusti.

I Europa drev torkan ner vattenkraftproduktionen Italien, Österrike, Spanien och Portugal.

Sydvästra USA ser ut att förändras mot ett generellt torrare klimat, vilket signalerar långsiktiga utmaningar för både vattenförsörjning och vattenkraft. Vattenkraftsdammar vid Coloradofloden ger el till 5 miljoner människor och deras reservoarer har minskat i årtionden. Bureau of Reclamation rapporterade att det finns en nästan en av tre chans att reservoarnivåerna kommer att sjunka så lågt år 2024 kommer dess 1.3 gigawatt Glen Canyon Dam att sluta generera. Längre ner i Coloradofloden har torkan minskat årlig produktion från Hoover Dam med 22 % eftersom dess reservoar också minskar mot sin "döda pool" (ingen generation) nivå.

Kalifornien får normalt cirka 13 % av sin el från vattenkraft, men under en tid torka som minskade till bara 6 %. Den minskningsnivån innebär utmaningar för platser som Kalifornien och Europa, men med diversifierade nät kan de anpassa sig. Hur är det med länder där vattenkraften dominerar nätet? En torka 2015 minskade vattenkraftproduktionen i Zambia i samma utsträckning som i Kalifornien, förutom vattenkraft tillhandahåller nästan all Zambias el! Det betyder att torka orsakade nationell el generation att minska med 40 %, orsakar rullande strömavbrott och enorma ekonomiska störningar. Det här året ser ut att bli värre.

Dessa exempel visar hur torka kan avslöja sårbarheter i energi- och ekonomiska system som idag är beroende av vattenkraft. Det som verkligen bör fånga vår uppmärksamhet är framtida prognoser: att den globala vattenkraften kommer att fördubblas för att hjälpa till att undvika klimatförändringar, men också att framtiden kommer att se mer torka och vattenbrist på grund av effekterna från klimatförändringarna som nu är oundvikliga (minimering av framtida uppvärmning är avgörande för att undvika ännu större störningar).

Smakämnen International Energy Agency projekterar att södra Afrika kommer att möta ökad torkarisk på grund av klimatförändringar, med tillhörande störningar i vattenkraften. Förutom periodisk torka kommer klimatförändringarna att göra Zambia torrare totalt sett, med minskningar i genomsnittliga flodflöden och en 20% minskning av vattenkraftproduktionen.

Denna ökande risk är inte begränsad till Afrika. En nyligen studera i Natur klimatförändringar fann att, även under det mest optimistiska klimatscenariot, är mer än 60 % av befintliga vattenkraftprojekt i "regioner där avsevärda nedgångar i strömflödet förväntas" år 2050, vilket stiger till 74 % av projekten med större uppvärmning. jag var huvudförfattare på en studie som fann att ungefär en tredjedel av globala vattenkraftprojekt är i regioner som förväntas ha ökad risk för vattenbrist. De två studierna identifierade liknande regioner med störst risk, med båda pekade på Kina, sydvästra USA, Mexiko, södra Europa och Mellanöstern.

Samtidigt finns en fjärdedel av alla planerade vattenkraftsdammar i regioner med medelhög till mycket hög risk för vattenbrist.

Dessa nuvarande och ökande risker för torka och vattenbrist bör informera om planerna för att ta itu med klimatförändringarna, inklusive de som kommer från COP27. Länder bör planera sina energisystem med låga koldioxidutsläpp för nivån av torka och bristrisker som redan är "inbakade" och/eller sannolikt under nuvarande banor. Effekterna av torka på näten i södra Afrika illustrerar sårbarheten på systemnivå hos kraftsystem som är starkt beroende av en källa som är så mottaglig för klimatstörningar

Diversifiering av produktionskällor och klimattålighet bör bli viktiga mål för energiplanerare. Till exempel fungerar solpaneler i allmänhet nära sin toppkapacitet under varma, soliga torkaperioder när andra produktionskällor är stressade (bortsett från vattenkraftsdammar, kärnkrafts- och värmeverk kan också se produktionen minskad under torka på grund av utarmning av kylvatten källor).

Vattenkraft föreslås ofta som ett sätt att stabilisera nät som är starkt beroende av förnybara energikällor som vind och sol, som fluktuerar baserat på variabler som väder och dag-natt-cykeln. Pumpad lagringsvattenkraft– som lyfter vatten från en nedre reservoar till ett "batteri" i övre reservoar redo att generera vid behov – kan tillhandahålla samma tjänst, med både lägre risk från torka och brist samt generellt mycket lägre negativa effekter på floder, fiske och samhällen jämfört med till konventionell vattenkraft.

Vattenkraft har en roll i att lösa klimatutmaningen, men det är absolut nödvändigt att förstå att vattenkraften i sig är mycket mer sårbar för klimatdrivna störningar jämfört med andra förnybara energikällor som vind och sol. Diversifierade nät med låga koldioxidutsläpp ger större motståndskraft inför förändrade klimat och hydrologi – och vi behöver ny regeringspolitik, kraftplanering och finansiella flöden för att stödja deras framtida utveckling.