Panele słoneczne na kanałach nawadniających. Dostarczą prąd i zmniejszą straty wody

Nękana przez susze Kalifornia ma ogromny potencjał, by wykorzystywać promienie słoneczne, które dziś są przekleństwem całego regionu. Ciekawą innowacją, o której mówi się w ostatnich latach, jest pokrycie panelami słonecznymi kalifornijskich kanałów wodnych. Jedno z badań szacuje, iż zabudowanie ich wszystkich mogłoby wygenerować wystarczającą ilość energii, aby zasilić Los Angeles przez większą część roku.

Kalifornia od lat walczy suszą

Od co najmniej 2015 roku Kalifornia walczy z uporczywą suszą, która jest konsekwencją ocieplającego się klimatu. Poniższy wykres pokazuje, iż susze ewidentnie wiążą się z globalnym ociepleniem. Każda kolejna susza była dłuższa lub obejmowała większy procent powierzchni stanu. W tym roku posucha została przerwana przez rekordowo wilgotną zimę. Lato, które teraz trwa, nie przyniosło na szczęście nawrotu suszy. Nie znaczy to jednak, iż problem zniknął, ponieważ następna zima może być mniej łaskawa, a przyszłe lato cieplejsze.

Ilustracja 1. Procent obejmowanej suszą powierzchni stanu Kalifornia w latach 2000-2023. Diagram ilustruje 5 rodzajów suszy od D0 do D4. (Źródło: U.S. Drought Monitor).

U.S. Drought Monitor jest tworzony wspólnie przez National Drought Mitigation Center (NDMC) na Uniwersytecie Nebraski w Lincoln, Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych oraz National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

W 2015 roku ówczesny gubernator Jerry Brown zarządził bezprecedensową 25-procentową redukcję zużycia wody w gospodarstwach domowych. „Stoimy na suchym gruncie, a powinniśmy stać na pięciu stopach (1,5 metra — przyp. red.) śniegu” – mówił wówczas Brown. Rolnicy, którzy zużywają najwięcej wody, zgłosili się na ochotnika, aby cały stan mógł uniknąć głębszych i obowiązkowych cięć. Gubernator wyznaczył także cel, by Kalifornia gwałtownie odeszła od paliw kopalnych, i przynajmniej połowę energii pozyskiwała ze źródeł odnawialnych.

Na wezwaniach i słowach się skończyło. Kiedy przedsiębiorcy Jordan Harris i Robin Raj zapukali do drzwi urzędu miasta z pomysłem dotyczącym zarówno utraty wody, jak i produkcji czystej energii, nie spotkali nikogo, kto chciałby wesprzeć ich projekt.

Globalne ocieplenie skłania do realizacji nowatorskiego projektu

Kolejne lata, kiedy susza trawiła Kalifornię, zaczęły tę sytuację zmieniać. Susze, pożary, perspektywa braku wody i możliwości wystąpienia blackoutu sprawiły, iż firma Harrisa i Raja mogła ruszyć do pracy. Ich przedsiębiorstwo — Solar AquaGrid — przygotowuje się dziś do rozpoczęcia pierwszego projektu. „Wszystko to łączy się w tej chwili” – powiedział Harris, cytowany przez portal Euronews Green. „Czy jest bardziej paląca kwestia, na którą moglibyśmy poświęcić czas?”

Co ciekawe, pomysł jest prosty: zainstalować panele słoneczne nad kanałami, gdzie przez prawie cały rok świeci słońce i występują niedobory wody. To daje nie tylko możliwość produkcji energii elektrycznej, ale ogranicza też parowanie wody z kanału.

Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Merced potwierdza ten pomysł, szacując, iż można zaoszczędzić 63 miliardy galonów wody, pokrywając 6437 kilometrów kanałów Kalifornii panelami słonecznymi. Inaczej mówiąc, panele słoneczne, przykrywając kanały irygacyjne, mogą pozwolić na zachowanie blisko 240 tys. kubików wody. W przeciwnym razie ta woda po prostu wyparuje w palącym słońcu i prędko nie spadnie ze względu na tamtejszy suchy klimat.

Oczywiście taka inwestycja oznacza produkcję energii elektrycznej. Dokładnie 13 gigawatów. To wystarczy dla całego miasta Los Angeles od stycznia do początku października.

Rusza eksperymentalny projekt

Są to oczywiście szacunki, więc nie wiadomo, jak dokładnie wyglądałyby korzyści płynące z instalacji tych paneli. To się niedługo zmieni dzięki Project Nexus, który jest realizowany w Dolinie Kalifornijskiej. Projekt ten został ogłoszony w lutym zeszłego roku i jest finansowany przez władze stanowe. Jego koszt to 20 mln dolarów. Eksperyment ma ruszyć jesienią i zakończyć się pod koniec przyszłego roku. W ramach projektu powstaną trzy, liczące w sumie 2,6 km, odcinki paneli słonecznych na kanałach w hrabstwie Stanislaus.

„Jako pierwszy publiczny okręg irygacyjny w Kalifornii nie boimy się wytyczać nowej ścieżki dzięki projektom pilotażowym, które mogą potencjalnie spełnić nasze cele w zakresie zrównoważonego wykorzystania wody i energii” – powiedział w oświadczeniu Michael Frantz, Gargamel zarządu Okręgu Irygacyjnego Turlock. Okręg ten był pierwszym utworzonym w Kalifornii dystryktem wodnym, założonym w 1887 roku. Dziś dostarcza on wodę dla blisko 5 tys. hodowców.

Jak doszło do realizacji projektu?

Taki sposób produkcji energii w Kalifornii był od dawna omawiany jako rozwiązanie „dwa w jednym”. Wszystko jednak kończyło się na dyskusjach. Jordan Harris i Robin Raj, którzy założyli Solar AquaGrid, zdawali sobie sprawę, iż ludzie potrzebują zachęty, by działać. Najlepiej, żeby było to zaufane źródło. Pomyśleli, iż badania przeprowadzone przez renomowaną instytucję mogą załatwić sprawę. Udało im się zdobyć fundusze dla uniwersytetu, by ci podjęli się badań.

Opublikowane w 2021 roku badania, których wyniki pojawiły się w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature, przyciągnęły uwagę. Skłoniły one nowego gubernatora, Gavina Newsoma, do podjęcia działań. „Wbijmy to w ziemię i zobaczmy, co jest możliwe”, miał wtedy powiedzieć gubernator.

Mniej więcej w tym samym czasie Okręg Irygacyjny Turlock skontaktował się z Uniwersytetem Kalifornijskim. Okręg bowiem chciał podjąć się realizacji projektu solarnego, by spełnić ambitne cele stanu Kalifornia, dotyczące całkowitego odejścia od paliw kopalnych do 2045 roku. Jako iż grunty były zbyt drogie, to pomysł budowy paneli słonecznych na kanałach wydawał się bardziej atrakcyjny.

Ponadto pojawiła się też perspektywa, iż cień rzucany przez panele ograniczy zarastanie kanałów. Usuwanie roślinności kosztowało dystrykt około miliona dolarów rocznie.

Solary wciąż są daleko w tyle

Władze stanowe przeznaczyły na projekt wspominane 20 mln dolarów — na trójstronną współpracę między sektorem prywatnym, publicznym i akademickim. Sama praca naukowców z uniwersytetu też się nie kończy. Mają oni zbadać, jaki wpływ na jakość wody będą miały panele słoneczne.

„Musimy dotrzeć do sedna tych pytań, zanim przedstawimy zalecenia dotyczące tego, jak to zrobić na szerszą skalę” – powiedziała Brandi McKuin, która kieruje pracami badawczymi, cytowana przez redakcję Canary Media.

Kalifornia musi gwałtownie zmienić swój miks energetyczny, w którym wciąż mocno trzymają się paliwa kopalne. Mimo iż węgla prawie w ogóle się nie używa, to paliwa kopalne przez cały czas mają tam swój duży udział. Gaz ziemny to prawie 40 proc. kalifornijskiego miksu. OZE stanowią wciąż tylko jedną trzecią, a Kalifornia, przede wszystkim ze względu na warunki atmosferyczne, ma ogromny potencjał w produkcji czystej energii ze Słońca. w tej chwili stanowi ona jedynie mniej więcej 15 proc. całego miksu.

To bardzo mało jak na stan o takich możliwościach związanych z nasłonecznieniem.

To Indie były pierwsze

Osobliwą ciekawostką jest to, iż to wcale nie wysoko rozwinięta Kalifornia stała się pionierem w produkcji energii ze Słońca w taki sposób. To były Indie.

Projekt tamy i kanału Sardar Sarovar dostarcza wodę do setek tysięcy wiosek w suchych regionach stanu Gudżarat na zachodzie kraju. Ówczesny premier stanu, Narendra Modi (obecnie szef rządu), zainaugurował w 2012 roku realizację projektu budowy paneli słonecznych na kanałach irygacyjnych.

Sun Edison, firma inżynieryjna, obiecała budowę 19 tys. km paneli słonecznych na kanałach. Z projektu, pomimo chęci, kilka jednak wyszło. „Koszty kapitałowe są naprawdę wysokie, a konserwacja stanowi problem” – powiedział Jaydip Parmar, inżynier z Gudżaratu, który nadzoruje kilka małych projektów kanałów słonecznych.

To oczywiście nie oznacza, iż w Indiach się nic nie dzieje. Według raportu tamtejszego Ministerstwa Energii energetyka słoneczna stanowi 16 proc. całego miksu. Całkiem sporo, szczególnie gdy weźmie się pod uwagę 10-proc. udział wiatru.

Olbrzymi potencjał niepozornych kanałów

Wróćmy jednak do Ameryki. Opisany wyżej projekt Nexus nie jest już jedyną inicjatywą. Indiańska społeczność mieszkająca nad rzeką Gila (dopływ Kolorado) otrzymała fundusze na realizację podobnego projektu. Niedawno też grupa ponad stu organizacji ekologicznych wysłała list do Camille Touton — komisarz rządowego Biura Rekultywacji USA — w celu „przyspieszenia powszechnego wdrażania systemów energii fotowoltaicznej”.

Działania, których domagają się organizacje, mają obejmować właśnie takie projekty, jak Nexus. Szacuje się, iż pokrycie panelami słonecznymi 12 tys. km kanałów należących do Biura, dałoby możliwość produkcji ponad 25 gigawatów energii. To wystarczy, by zasilić prawie 20 mln domów i zredukować parowanie wody o dziesiątki mld litrów.

_

Zdjęcie: Andrei Orlov / Shutterstock.com