Les centrales électriques plus anciennes avec des systèmes de refroidissement à passage unique génèrent environ un tiers de toute l'électricité américaine, mais leur future capacité de production sera minée par les sécheresses et la hausse des températures de l'eau liées au changement climatique. Ces impacts seraient exacerbés par les réglementations environnementales qui limitent l'utilisation de l'eau.

La solution n'est pas d'abolir la réglementation, une nouvelle étude de l'Université Duke montre. Il s'agit de mettre au rebut les anciens systèmes de refroidissement.

« Si nous voulons avoir une électricité fiable et, à la fois, protéger les lacs et les rivières qui fournissent de l'eau de refroidissement aux plantes, nous devons moderniser les usines avec des systèmes de refroidissement à recirculation, " a déclaré Lincoln F. Pratson, Professeur d'énergie et d'environnement de la famille Gendell à la Duke's Nicholas School of the Environment.

La nouvelle étude montre que si les eaux de surface se réchauffent de 3 degrés centigrades et que les débits fluviaux baissent de 20 %, ce qui est probable d'ici la fin du siècle, les impacts liés à la sécheresse représenteront environ 20 % de toutes les réductions de capacité des centrales thermoélectriques avec une fois à travers, ou en boucle ouverte, systèmes de refroidissement. Ces réductions comprennent des réductions de capacité ou des fermetures qui pourraient survenir lorsque les niveaux d'eau de surface locaux baissent aux structures de prise d'eau d'une usine.

Les réglementations environnementales qui régissent l'utilisation de l'eau d'une usine et la température maximale de l'eau de refroidissement utilisée qu'elle peut rejeter dans les rivières ou les lacs représenteront une grande partie des 80 % restants des futures fermetures et réductions de capacité, dit Pratson.

"Il est surprenant que les impacts de la sécheresse soient tellement plus importants que ceux des températures plus chaudes, dont nous estimons qu'ils représenteront un peu plus de 2 % des réductions, " a déclaré Candise L. Henry, un doctorat en 2018 diplômé de l'école Duke's Nicholas, qui a dirigé l'étude dans le cadre de sa thèse de doctorat. "Mais il est également surprenant que les impacts de la sécheresse soient tellement plus faibles que les impacts réglementaires."

"Heureusement, presque tous ces impacts pourraient être atténués en passant à des systèmes de refroidissement à recirculation, " dit Henri.

Les centrales thermoélectriques utilisent des turbines à vapeur pour produire leur énergie. Une fois que la vapeur a traversé les turbines, elle doit être refroidie. Les systèmes à passage unique le font en puisant dans l'eau froide des rivières ou des lacs voisins, la faire circuler dans des tuyaux pour absorber la chaleur de la vapeur, et rejeter l'eau chauffée dans la rivière ou le lac.

Dans les systèmes à recirculation, l'eau d'une tour de refroidissement est utilisée pour absorber la chaleur de la vapeur, puis renvoyée vers la tour où la chaleur est libérée par évaporation. Les usines équipées de ce type de système ne rejettent pas d'eau chauffée dans les eaux de surface et n'ont qu'à remplacer la partie de leur alimentation en eau de refroidissement qui est perdue par évaporation, les rendant moins vulnérables aux impacts de la sécheresse et aux réglementations environnementales.

"À l'heure actuelle, il est assez courant que les usines se voient accorder des dérogations provisoires aux règles régissant la température maximale admissible des eaux rejetées, mais si la réglementation se durcit sous les futures administrations, nous pourrions voir plus de réductions ou de fermetures de centrales électriques à passage unique, " dit Henri, qui est maintenant chercheur postdoctoral à la Carnegie Institution for Science de l'Université de Stanford.

Elle et Pratson ont publié leurs conclusions évaluées par des pairs le 8 mars dans Sciences et technologies de l'environnement .

Pour mener leur étude, ils ont analysé sept années de données opérationnelles et météorologiques pour 52 centrales électriques de l'est des États-Unis avec des systèmes de refroidissement à passage unique. En utilisant un modèle de production d'électricité, ils ont passé au peigne fin les données, qui couvraient les années 2007 à 2014, lorsque de graves sécheresses ont affecté une grande partie du sud-est, pour suivre comment les changements horaires des températures de l'eau et des débits locaux ont affecté la puissance maximale de chaque usine.

En exécutant le modèle sous sept scénarios différents de disponibilité en eau et de température, ils ont pu déterminer quel pourcentage des changements totaux de la capacité de production était causé par la hausse de la température de l'eau, quelle partie provient de la diminution du débit d'eau, et combien était lié à la conformité réglementaire. En utilisant les tendances de réchauffement et de débit d'eau prévues pour le siècle à venir, ils ont estimé les impacts futurs probables de chaque facteur.

"Des études antérieures ont regroupé les impacts de la sécheresse, températures de l'eau et régulation environnementale ensemble, " a noté Pratson. " En les séparant, nous obtenons une image beaucoup plus claire de ce que seront les grandes menaces et de ce que nous pouvons faire pour les atténuer."

Le fait que les impacts de la sécheresse seront tellement plus importants que ceux causés par l'eau plus chaude souligne la nécessité de prioriser les stratégies d'atténuation qui se concentrent sur le débit d'eau, il a dit. En plus d'installer des systèmes de refroidissement à recirculation, ces stratégies comprennent l'installation de bassins pour conserver les réserves d'eau de refroidissement; localiser de nouvelles plantes sur de plus grands plans d'eau; et mettre en œuvre des plans de gestion des bassins hydrographiques plus stricts pour réglementer l'utilisation de l'eau par tous les utilisateurs situés sur une rivière ou un lac.