Droogte 2022: De westerse megadrought schaadt de energieproductie

Er is veel water nodig om stroom te maken.

Van draaiende turbines tot hydraulisch breken tot raffinage van brandstof, de waterstroom is van cruciaal belang voor de stroom van elektronen en warmte. Over 40 procent van de wateronttrekkingen – water uit grondwater- of oppervlaktebronnen — in de Verenigde Staten naar energieproductie gaan. Het overgrote deel van dat aandeel wordt gebruikt om elektriciteitscentrales te koelen. Op zijn beurt heeft het energie nodig om water te extraheren, te zuiveren, te transporteren en af ​​te leveren.

Dus als de temperatuur stijgt en het waterpeil daalt, komt de energiesector onder druk te staan. De gevolgen van watertekorten spelen zich nu af in delen van het Amerikaanse Westen, waar een uitgestrekte, decennialange droogte drastische bezuinigingen op de opwekking van waterkracht. Tegelijkertijd heeft uitzonderlijke hitte geduwd energievraag naar recordhoogte. Naarmate het klimaat verandert, zullen deze spanningen toenemen.

Het Milieuprogramma van de Verenigde Naties waarschuwde deze maand dat als de droogte aanhoudt, de twee grootste waterkrachtcentrales in de VS – Lake Mead en Lake Powell – uiteindelijk zouden kunnen bereiken “dode poolstatus,” waar het waterpeil te laag wordt om stroomafwaarts te stromen. Lake Mead voedt de Hoover Dam, die een vermogen heeft van meer dan 2.000 megawatt, terwijl Lake Powell generatoren aandrijft met een piek van 1.300 megawatt bij de Glen Canyon Dam.

Nationaal geïntegreerd droogte-informatiesysteem

“De watervoorziening voor landbouw, visserij, ecosystemen, industrie, steden en energie is niet langer stabiel gezien de antropogene klimaatverandering,” Camille Calimlim Touton, commissaris van het Bureau of Reclamation, vertelde het Congres in juni.

Nu de productie van waterkracht de afgelopen maanden is gedaald, aardgascentrales vullen de leegte in de Verenigde Staten, wat leidt tot nog meer uitstoot van broeikasgassen die de planeet opwarmen.

Dit is niet alleen een probleem in de VS. Extreem weer over de hele wereld, verergerd door klimaatverandering, veroorzaakt allerlei soorten spanningen op elektriciteitsnetten. Frankrijk heeft moeten uitgang beteugelen van zijn kerncentrales omdat het water dat ze gebruiken voor koeling te veel opwarmde. Franse kerncentrales hebben ook rechten ontvangen voor: heter water afvoeren terug de rivieren in om aan de vraag naar energie te voldoen. Lage waterstanden in de De Rijn dreigt de kolen- en benzinetransporten te verstoren in Duitsland.

Naarmate de gemiddelde temperatuur blijft stijgen, zullen in veel delen van de wereld de vraag naar energie toenemen en de voorziening beperkt worden, met water als de belangrijkste factor aan beide kanten van de vergelijking.

Het goede nieuws is dat de energiesector leert meer te doen met minder water. In de VS is het totale waterverbruik per eenheid energie is de laatste jaren aan het afnemen. Maar die trend zal moeten versnellen om mensen koel te houden in een warmere wereld.

Hoe droogte de energieproductie opdroogt

De energiesector gebruikt water anders dan huishoudens, boerderijen en fabrieken, want hoewel er veel voor nodig is, wordt veel van dat water niet opgebruikt, maar gaat het terug naar reservoirs, rivieren en meren. Een dam kan water afgeven om een ​​turbine te laten draaien om elektriciteit op te wekken en dat water kan bijvoorbeeld stroomafwaarts weer worden gebruikt door een andere dam.

In de VS komt 90 procent van de elektriciteit uit thermische centrales. Ze gebruiken een brandstof – steenkool, gas, nucleair – om water in stoom te koken om een ​​turbine te laten draaien die een generator laat draaien. Dat water zit in een gesloten kringloop. Om de stoom te condenseren, putten deze planten echter vaak uit waterbronnen om af te koelen. De meeste Amerikaanse elektriciteitscentrales gebruiken ook een gesloten circuit voor koeling, recirculatie van water met minimaal verlies, maar 36 procent van de centrales gebruikt “eenmaal erdoorheen” afkoelen, water opnemen uit een bron en het vervolgens weer afvoeren in het meer, de rivier of de oceaan waar het vandaan kwam.

“De [thermal] energiecentrales kunnen veel water onttrekken, maar ze geven er 98 procent van terug, bij een hogere temperatuur, “zei Bridget Scanlon, een senior onderzoeker bij het Bureau of Economic Geology aan de Universiteit van Texas Austin. “Ze ‘consumeren’ niet veel.”

Kolen-, gas- en kerncentrales hebben ook niet per se zoet water nodig en kunnen putten uit brak water of andere bronnen die niet geschikt zijn om te drinken. Zo hoeven ze niet te concurreren met steden en boerderijen om zoet water.

Maar droogte heeft op verschillende manieren nog steeds rechtstreekse gevolgen voor de elektriciteitsopwekking. Voor waterkrachtcentrales betekent een lager waterpeil in een reservoir dat er minder energie beschikbaar is om elektriciteit te produceren. Reservoirs zoals Lake Powell, achter de Glen Canyon Dam, slaan zoveel water op dat ze zelfs tijdens droogtejaren constante stroom kunnen blijven leveren. Maar de langdurige uitdroging in het westen van de VS heeft deze reserves opgebruikt.

RJ Sangosti/MediaNews Group/Denver Post via Getty Images

“Dat zijn zulke grote reservoirs dat er meerjarige droogtes nodig zijn om een ​​significante deuk in de waterkrachtproductie te zetten, maar dat begint te gebeuren,” zei Jordan Kern, een assistent-professor bosbouw en milieuhulpbronnen aan de North Carolina State University. “Er is bezorgdheid, niet deze zomer, maar mogelijk volgende zomer en in de toekomst, dat het waterpeil zo laag zou kunnen zijn dat de Hoover Dam misschien geen elektriciteit kan produceren.”

Voor thermische installaties betekent droogte dat er in het algemeen minder water is, inclusief de marginale waterbronnen die ze kunnen gebruiken. Dat wordt verergerd tijdens hittegolven, waar de watertemperatuur stijgt en lagere waterstanden ervoor zorgen dat bronnen sneller opwarmen. Door gebruik te maken van warmer water werken energiecentrales minder efficiënt, waardoor ze minder elektriciteit kunnen produceren. Energiecentrales verwarmen het water dat ze gebruiken voor koeling voordat het wordt teruggevoerd naar de bron. Te veel van dit hete water dat terug in de natuur wordt gepompt, kan schade toebrengen aan dieren in het wild, daarom regelt de Environmental Protection Agency dit “Warmte vervuiling.” Tijdens hittegolven worden energiecentrales geconfronteerd met limieten voor de hoeveelheid water die ze aan de natuur kunnen teruggeven, of ze moeten speciale vergunningen krijgen om normaal te kunnen blijven werken.

Droogte belemmert ook de productie van brandstof voor energie. Hydraulisch breken, de techniek die de meeste olie en gas in de VS oplevert, vereist enorme hoeveelheden water die ondergronds worden gepompt om gesteente te breken en fossiele brandstoffen vrij te maken. Gemiddeld verbruikt een frackingbron ongeveer 4 miljoen gallons water. Ook het raffineren van olie verbruikt veel water: it takes 1,5 vaten water om 1 vat ruwe olie te verwerken.

Met minder water om rond te gaan, worden al deze energieactiviteiten moeilijker en duurder.

Dat gezegd hebbende, heeft de westelijke VS tot nu toe geen grote stroomstoringen of fabriekssluitingen gezien zoals die in Europa deze zomer. Een belangrijke reden is dat de regio enorm is, met honderden energiecentrales die zijn verbonden via een enorm elektriciteitsnet, waaronder meer dan 600 waterkrachtcentrales. Hoewel veel energiecentrales te maken hebben met productietekorten als gevolg van de droogte, zijn er genoeg andere generatoren die het gat kunnen vullen, en het is veel gemakkelijker om elektriciteit in het hele land te shunteren dan water.

“Het verlies van die projecten betekent niet dat het licht uitgaat voor gewone mensen,” zei Sean Turnereen modelleur van waterbronnen bij het Pacific Northwest National Laboratory.

En terwijl sommige bekkens, zoals de Colorado-rivier, bijna leeg zijn, hebben andere regio’s zoals de Pacific Northwest dit jaar een overdaad aan water gehad, versterkt door de stevige sneeuwval van de afgelopen winter. Dat heeft ertoe bijgedragen dat waterkracht uit de regio naar bovengemiddelde niveaus is gestegen. “Als je een algemeen beeld neemt van waterkracht in het hele Westen, is het verhaal anders dan wat je zou overwegen als je alleen naar die geïsoleerde gevallen kijkt waar droogte echt zijn impact heeft”, zei Turner.

Citizens of the Planet/Education Images/Universal Images Group via Getty Images

In Texas was de situatie echter moeilijker. Een groot deel van de staat wordt gedekt door zijn eigen elektriciteitsnet dat grotendeels niet integreert in het bredere netwerk in het Westen. Als gevolg hiervan kan Texas niet gemakkelijk stroom van elders kopen en moet het binnen zijn grenzen aan zijn eigen vraag voldoen. Droogte in combinatie met een recordvraag deze zomer bracht ERCOT, de netbeheerder van de staat, ertoe om Texanen te verzoeken om elektriciteit besparen en water.

Hoewel het elektriciteitsnet tot dusver stand heeft gehouden, wordt de dreiging van droogte voor de energieproductie alleen maar groter, verergerd door klimaatverandering.

“In de toekomst zullen droogte en ernstige hittegolven druk blijven uitoefenen op elektriciteitsgeneratoren, met name waterkracht en grote thermische installaties”, zei Kelly Twomey Sanderseen universitair hoofddocent civiele en milieutechniek aan de Universiteit van Zuid-Californië, in een e-mail.

De lange, stoffige weg om energie minder dorstig te maken

Gelukkig zijn er manieren om minder water te gebruiken om energie op te wekken. In de VS is het bedrag van water nodig voor stroom is gedaald van 14.928 gallons per megawattuur in 2015 naar 11.857 per MWh in 2020. Dat komt grotendeels door de verschuiving naar aardgasgestookte centrales die efficiënter elektriciteit opwekken en minder water nodig hebben voor koeling. De toename van wind- en zonne-energie, die beide een minimum aan water nodig hebben, heeft ook de vraag naar water verminderd.

Sommige energiecentrales gebruiken nu droge koeling, een technologie die 95 procent minder water nodig heeft dan conventionele methoden. De compromissen zijn dat droge koelsystemen duurder zijn om te installeren en meer energie nodig hebben om te werken, waardoor energiecentrales minder efficiënt zijn. Dus een droog koelsysteem op een kolen- of gascentrale kan uiteindelijk water besparen, maar leiden tot meer uitstoot van broeikasgassen.

Amerikaanse Energy Information Administration

Om zich echt voor te bereiden op een warmere, drogere toekomst, zullen planners echter verder moeten denken en handelen dan individuele energiecentrales. Het Westen heeft een diverse mix van energiebronnen nodig om ervoor te zorgen dat de sterke punten van de een de zwakheden van de ander kunnen compenseren.

Voorbereiding van de energiesector op toekomstige watertekorten vereist ook een heroverweging van een aantal van de beleidslijnen die de situatie hebben helpen creëren. Water in het stroomgebied van de Colorado-rivier is berucht overbezetmet meer waterclaims dan er water rondgaat, waardoor een systeem ontstaat dat kan leiden tot snellere uitputting van het water.

Aan de vraagzijde bevinden veel van de snelst groeiende regio’s in de VS zich op plaatsen met extreme waterstress en hogere temperaturen.

US Census Bureau

Om deze vraagpiek te verminderen, zijn efficiëntere koelsystemen nodig, stadsplanning die is ontworpen om warmte te verminderen en striktere waterbesparing.

Anders is het Westen klaar voor nog meer energietekorten, verergerd door watertekorten en een stijgende vraag naar stroom uit de heetste regio’s, vooral langs de door droogte uitgedroogde Colorado-rivier.

“Zonder significante verandering in het waterbeheer en de vraag vanuit het bassin, is het waarschijnlijk dat dit soort situaties zich opnieuw zullen voordoen,” zei Turner.