新的分析显示了加州“太阳能运河”的潜力——促进可再生能源和水资源保护

户外太阳能电池板

圣克鲁兹加州大学的研究人员发表的一项新的研究——与加州大学合作水和内华达山脉加州大学默塞德研究所——这表明覆盖加州公共供水网络6350公里的运河与太阳能电池板可能是一种经济上可行的推进可再生能源和节约用水的方法。

随着气候变化增加了许多地区发生干旱的风险,“太阳能运河”的概念在世界各地得到了越来越多的支持。太阳能电池板可以遮蔽运河,以防止水分通过蒸发流失,而且一些类型的太阳能电池板在运河上也能更好地工作,因为更凉爽的环境可以防止它们过热。

印度的试点项目已经证明了几种设计的技术可行性,但还没有大规模部署。加州的运河网络是世界上最大的输水系统,该州面临着一个干旱频发的未来,以及向可再生能源过渡的快速时间表。太阳能运河可以针对这两个挑战,但要想在加州实施,首先需要量化潜在的好处。这正是研究人员在他们发表的论文中要做的自然的可持续性

这项新研究的主要作者、加州大学圣克鲁兹分校环境研究博士后布兰迪·麦库恩说:“虽然用太阳能板覆盖运河是有道理的,因为可再生能源和节水是双赢的,但问题出在细节上。”“一个关键问题是,跨越运河的基础设施是否成本高昂。”

横跨运河的太阳能电池板通常由钢桁架或悬挂电缆支撑,这两种结构都比地面安装太阳能电池板的传统支撑结构更昂贵。但McKuin领导的一项技术经济分析显示,太阳能运河的好处加起来如何超过电缆支撑的安装所增加的成本。事实上,电缆支撑的太阳能运河显示出了20- 50%的高净现值,表明更大的财务回报的投资。

除了太阳能电池板性能的提高和蒸发的节约等好处之外,太阳能电池板的遮阳可以帮助控制水生杂草的生长,这是一个昂贵的运河维护问题。在现有的运河上安装太阳能电池板还可以避免与土地使用相关的成本。现在,这篇新论文已经对这些好处提供了更具体的评估,研究团队的成员希望这可以引导未来在加州进行太阳能运河的实地实验。

“这项研究是一个非常重要的一步,鼓励投资生产可再生能源,同时节约用水,”罗杰包说,一位合作者在纸上是一个著名的加州大学默塞德工程教授,内华达山脉研究所前主任和主管加州大学水。

贝尔斯是2016年启动该项目的最初团队的一员,当时位于旧金山的社会影响机构公民组织与加州大学太阳能和加州大学水学院合作开发了这个概念。从那时起,这项研究发展成了加州大学默塞德分校和加州大学圣克鲁兹分校的合作。

第一作者布兰迪·麦奎因在默塞德完成博士学位时开始研究这个项目,然后在资深作者、UCSC教授埃利奥特·坎贝尔、水资源和食物系统史蒂芬·r·格里斯曼主席和默塞德移植研究员的帮助下继续研究。加州大学默塞德分校教授Joshua Viers和研究员Tapan Pathak为该项目提供咨询,研究生Andrew Zumkehr和Jenny Ta为分析做出贡献。

Zumkehr领导了一项复杂的水文分析,利用来自卫星、气候模型和自动气象站的数据,对全州有太阳能电池板遮挡和没有太阳能电池板遮挡的运河站点的蒸发速率进行建模和比较。然后,McKuin在她的评估中使用这些信息来计算减少蒸发带来的经济效益。

最终,使太阳能运河在经济上可行的是许多综合效益的成本节约,而不是仅仅从减少蒸发中获益。但该研究也指出,利用太阳能运河带来的好处可能会超出直接的经济影响。例如,加州中央谷的太阳能运河每产生一兆瓦的太阳能,就有可能取代15-20台柴油灌溉泵,有助于减少这个空气质量在全美最糟糕的地区之一的污染。

资深作者埃利奥特·坎贝尔(Elliott Campbell)表示,这篇论文所揭示的诸多益处本身就是一个值得发扬光大的重要经验。他认为这些发现不仅是对太阳能运河的评估,而且清楚地说明了空气质量、能源和水资源保护等紧迫的全球问题之间的相互联系。

坎贝尔说:“我们在这里看到的是,当你把水和能量结合在一起时,实际上会有一些令人惊讶的好处。”“有时候,它能让我们更顺利地过渡到更好的生产能源和节约用水的方式。”

2021年3月18日自然的可持续性
DOI: 10.1038 / s41893 - 021 - 00693 - 8

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