Em 2022, uma rápida pesquisa na Internet por Lake Mead ou Lake Powell retorna imagens surpreendentes de leitos de lagos secos e terras secas.
A megaseca no sudoeste dos Estados Unidos é a mais seca – e mais longa – nos últimos 1.200 anos, esgotando os níveis dos reservatórios de água para níveis criticamente baixos nos últimos 22 anos.

Essa seca persistente preocupa formuladores de políticas e planejadores de sistemas com a confiabilidade da rede elétrica sob condições de seca cada vez piores e temperaturas crescentes. As secas afetam particularmente as barragens hidrelétricas, bem como algumas usinas termelétricas que requerem grandes quantidades de água para resfriamento.

Mas um novo relatório de hidrólogos do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) sugere que a relação entre seca e energia hidrelétrica é mais sutil do que parece.

Para obter uma imagem precisa, os hidrólogos do PNNL combinaram 20 anos de dados anuais de geração de energia de mais de 600 usinas hidrelétricas com dados históricos de precipitação de oito regiões climáticas hidrelétricas distintas do oeste dos Estados Unidos. Cada região hidrelétrica enfrenta condições climáticas únicas. As condições únicas de operação do reservatório também adicionam complexidade. Usando esses dados, os hidrólogos extrapolaram a geração de energia hidrelétrica já em 1900.

Eles descobriram que, mesmo durante as secas mais severas observadas nas últimas duas décadas, a energia hidrelétrica sustentou 80% dos níveis médios de geração de energia, o que equivale a cerca de 150 terawatts-hora de eletricidade renovável – ou aproximadamente 20% da demanda de eletricidade em todo o mundo. Oeste. Essa energia flexível também ajuda a equilibrar a oferta e a demanda na rede ocidental.

"É uma queda notável - mas ainda é muita energia renovável", disse Sean Turner, modelador de recursos hídricos do PNNL e principal autor do relatório.

A equipe do PNNL usou aprendizado de máquina e análise estatística para categorizar as usinas hidrelétricas de acordo com seus padrões de geração anual. Esta análise revelou regiões climáticas de energia hidrelétrica distintas no Oeste. Por exemplo, as usinas hidrelétricas a oeste das Cascades experimentam condições climáticas diferentes daquelas a leste, o que demonstra que existem diferentes regiões climáticas em uma grande bacia hidrográfica como o rio Columbia.

“Ao estudar e caracterizar a seca, o instinto é olhar para ela em nível regional ou estadual, mas os limites estaduais podem não ser os mais relevantes para entender os impactos da seca na energia hidrelétrica”, disse Turner. “Agrupá-los por condições climáticas leva a uma avaliação mais clara do impacto da seca na energia hidrelétrica”.

Focando no panorama geral

"Quando as pessoas lêem histórias sobre uma barragem em particular durante uma seca, como Glen Canyon Dam, ou um estado em particular, como a Califórnia, eles ficam com a impressão de que a energia hidrelétrica não será muito confiável no futuro, mas uma barragem representa apenas uma pequena parte da capacidade total", disse Turner. “Isso significa que a energia hidrelétrica ocidental total ainda será uma importante fonte de fornecimento de energia, mesmo durante os piores anos de seca”.

As hidrelétricas geram energia liberando a água do reservatório por meio de turbinas. Durante uma seca, com menos chuva e neve, menos água flui para os reservatórios. Com baixos níveis de reservatórios e menos água para liberar, a produção de energia hidrelétrica diminui.

Mas a seca raramente prejudica a energia hidrelétrica em todas as regiões do oeste dos Estados Unidos simultaneamente, o que significa que uma região não afetada pela seca pode ser capaz de suprir as deficiências em outra.

De fato, nos últimos 20 anos, não houve uma seca que tenha afetado todas as grandes regiões de geração hidrelétrica de uma só vez.

Por exemplo, os fluxos dos rios e os níveis dos reservatórios na Califórnia e no sudoeste hoje são baixos devido à seca contínua, que afeta a geração de energia hidrelétrica nessas regiões. Mas a maior parte da geração hidrelétrica no Ocidente é despachada para a rede a partir das Cascatas do Norte e da Bacia do Rio Columbia, em Washington, Oregon, Idaho e Colúmbia Britânica.

“A seca atual é severa, mas não chega nem perto de ser o pior ano de geração de energia hidrelétrica para o oeste e as condições dos recursos hídricos estão acima da média agora no noroeste”, disse Turner.

Turner indica que uma extrapolação para trás da energia hidrelétrica regional e os dados disponíveis sobre geração de energia para o século 20 indicam que uma repetição da seca histórica ocidental de 1976-1977 poderia ser pior para a geração de energia hidrelétrica do que qualquer outra seca neste século. Ao contrário dos eventos recentes, esse período afetou todas as principais regiões geradoras de energia hidrelétrica do Noroeste e da Califórnia.

Mas é difícil prever o futuro.

“Os modelos climáticos discordam sobre se as secas se tornarão mais severas ou frequentes no futuro, ou se a área ficará mais seca ou mais úmida em termos de precipitação nos próximos cem anos”, disse Turner.

Ondas de calor recordes colocam pressão adicional na energia hidrelétrica e na rede

Na última semana de junho de 2021, logo após uma onda de calor recorde no noroeste do Pacífico, o modelador de sistemas de energia Konstantinos Oikonomou começou a investigar como as barragens hidrelétricas se comportavam durante a onda de calor e como elas foram capazes de atender a demanda de carga excepcional causada pelos consumidores ligando o ar condicionado.

Ele descobriu que a onda de calor realmente criou condições favoráveis ​​para usinas hidrelétricas.

“O rápido derretimento de neve durante a onda de calor ajudou os reservatórios a se encherem de água, o que permitiu que as usinas hidrelétricas atendessem à crescente demanda de carga”, disse Oikonomou.

Mas os pesquisadores se perguntam o que poderia acontecer se várias ondas de calor ocorressem consecutivamente e a água da neve não fosse mais abundante.

Hidrologistas e modeladores de sistemas de energia simularam os impactos de ondas de calor combinadas e secas na rede elétrica. Eles descobriram que as interconexões regionais são críticas para gerenciar eventos extremos.

Este ano, a pesquisa de Oikonomou está focada na criação de uma nova estrutura para simular o comportamento da rede sob condições climáticas extremas, como secas e ondas de calor, e em ocorrências como linhas de transmissão defeituosas. Como parte deste trabalho, ele executará uma variedade de cenários hipotéticos por um ano inteiro usando o modelo de rede elétrica de grande escala do Conselho de Coordenação de Eletricidade Ocidental.

“Usamos o modelo para ampliar eventos específicos com registro de data e hora para entender os déficits de energia e quais outros recursos de energia no sistema tiveram que aumentar para compensar a perda de energia hidrelétrica”, disse Oikonomou. "Esta informação ajudará os operadores de usinas de energia e os planejadores de sistemas a explorar estratégias de mitigação para fortalecer a rede contra interrupções". + Explorar mais

O futuro da energia hidrelétrica é obscurecido por secas, inundações e mudanças climáticas. Também é essencial para a rede elétrica dos EUA