Le Laboratoire national d'Oak Ridge du Département américain de l'énergie a fourni aux opérateurs hydroélectriques de nouvelles données pour mieux se préparer aux phénomènes météorologiques extrêmes et aux changements dans la demande énergétique saisonnière causés par le changement climatique.

Pour le nouveau rapport, les chercheurs de l'ORNL ont utilisé des projections climatiques mondiales à échelle réduite pour simuler les conditions hydrologiques futures dans 132 installations hydroélectriques fédérales à travers les États-Unis. Les projections qui en résultent permettront aux opérateurs hydroélectriques et aux décideurs de planifier l'évolution des conditions climatiques et la réduction de la disponibilité de l'eau en modifiant leurs horaires d'exploitation et leur utilisation de l'eau chaque saison dans le cadre d'une stratégie globale d'atténuation.

"L'intensification des futurs événements extrêmes, y compris les inondations et les sécheresses, est l'un des problèmes les plus critiques menaçant la résilience des systèmes et des infrastructures hydroélectriques américains", a déclaré Shih-Chieh Kao, responsable du programme d'énergie hydraulique à l'ORNL. "Cette nouvelle normalité nous oblige à penser différemment les pratiques opérationnelles actuelles pour nous adapter au changement climatique."

En plus des événements extrêmes, un conflit croissant entre la disponibilité de l'eau et la demande d'énergie est un autre défi pour les opérateurs hydroélectriques. Une saison de fonte des neiges plus précoce que prévu dans l'ouest des États-Unis est susceptible d'avoir un impact sur le ruissellement des eaux. Cela peut se traduire par moins d'eau pour la production d'hydroélectricité pendant les mois d'été, tout comme la demande d'énergie augmente. L'évaporation accrue due à la hausse des températures exerce également une pression sur l'eau nécessaire à la lutte contre les inondations, à la navigation, à l'approvisionnement en eau municipale et à l'utilisation industrielle et agricole.

Une meilleure compréhension de ces changements est importante pour la planification énergétique future. L'hydroélectricité fournit 35 % de l'énergie renouvelable et près de 7 % de toute l'électricité produite aux États-Unis.

L'ORNL a travaillé avec le Water Power Technologies Office du DOE et d'autres agences fédérales, en s'appuyant sur deux séries d'évaluations hydroclimatiques précédentes menées au cours des 10 dernières années. L'étude s'est concentrée uniquement sur les installations hydroélectriques fédérales, qui représentent environ la moitié de toute la capacité hydroélectrique des États-Unis et fournissent une variété de services non électriques à la communauté. Commercialisée par les DOE Power Marketing Administrations, l'énergie produite dans ces installations est vendue principalement aux services publics d'électricité et aux coopératives d'électricité rurales dans 33 États américains.

Insights basés sur des données

L'étude s'appuie sur des projections climatiques mondiales régulièrement mises à jour du projet d'intercomparaison de modèles couplés, qui soutient des études périodiques du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat. Cependant, pour réduire au mieux les signaux climatiques de chaque bassin versant, les chercheurs ont dû tenir compte des caractéristiques propres à chaque installation et à chaque emplacement.

De 2010 à 2013, les chercheurs de l'ORNL ont recueilli une variété de données sur les événements climatiques observés et simulés, la génération historique de centrales hydroélectriques et les caractéristiques des bassins versants et de la surface terrestre uniques à chaque région. L'équipe de recherche a utilisé ces données pour développer un cadre d'évaluation qui pourrait projeter la disponibilité de l'eau pour l'exploitation hydroélectrique en simulant une variété de conditions hydrologiques, y compris les températures de l'air annuelles et saisonnières, les précipitations, le ruissellement dû à la fonte des neiges ou à la pluie et les niveaux de sécheresse.

De 2014 à 2017, l'équipe s'est concentrée sur l'impact des changements climatiques sur la production d'hydroélectricité d'un mois à l'autre et d'une saison à l'autre. Cette amélioration a fourni des données et des projections clés qui ont permis aux opérateurs hydroélectriques d'évaluer les pratiques opérationnelles actuelles en mettant l'accent sur l'adaptation au climat.

Dans l'itération la plus récente, de 2018 à 2022, l'ORNL a développé un cadre d'évaluation multimodal pour mieux révéler l'incertitude et la variabilité des projections futures de l'hydroélectricité dans les régions. Le Pacific Northwest National Laboratory et la Texas A&M University ont collaboré avec l'ORNL sur cette phase du projet.

En utilisant une suite de modèles numériques et de méthodes statistiques, les chercheurs ont réduit les signaux du changement climatique mondial dans les futures projections hydrologiques et hydroélectriques à chaque emplacement du bassin versant. Chaque évaluation comprenait des simulations du débit futur, des opérations hydroélectriques et de l'évaporation du réservoir. Sur la base de ces simulations, les chercheurs ont également estimé la demande énergétique future affectée par l'évolution des conditions climatiques.

Équilibrer la disponibilité de l'eau avec la gestion de l'eau

Pour conserver les avantages de l'hydroélectricité en tant que source d'énergie renouvelable, la flexibilité sera essentielle, et ces modèles fournissent une feuille de route État par État pour la planification à long terme.

Afin de fournir à davantage d'acteurs de l'hydroélectricité les outils et les données dont ils ont besoin pour planifier les impacts du changement climatique, le DOE étend ses recherches aux installations hydroélectriques non fédérales, dont les exploitants peuvent ne pas disposer des ressources nécessaires pour étudier et relever ces défis.

"Le système climatique est complexe", a déclaré Kao, "mais nous pouvons désormais intégrer des modèles prédictifs de plus en plus précis pour comprendre les changements potentiels des extrêmes climatiques et déterminer ce qui peut être fait pour atténuer ces changements". + Explorer plus loin

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