L’installation de panneaux solaires sur les canaux californiens pourrait rapporter l’eau, la terre, l’air et le climat -Ecologie, science


Le changement climatique et la rareté de l’eau sont au premier plan dans l’ouest des États-Unis. le climat se réchauffe, une grave sécheresse de plusieurs années est en cours et les approvisionnements en eau souterraine sont surpompés dans de nombreux endroits.

Les États occidentaux poursuivent de nombreuses stratégies pour s’adapter à ces stress et préparer l’avenir. Il s’agit notamment de mesures visant à promouvoir le développement des énergies renouvelables, à conserver l’eau et à gérer de manière plus durable les terres naturelles et exploitables.

En tant qu’ingénieurs travaillant sur des solutions intelligentes face au climat, nous avons trouvé une solution gagnant-gagnant pour l’eau et le climat en Californie avec ce que nous appelons la «solution du canal solaire». À propos 4000 miles de canaux transporter de l’eau à quelque 35 millions de Californiens et 5,7 millions d’acres de terres agricoles à travers l’État. Couvrir ces canaux avec des panneaux solaires réduirait l’évaporation de l’eau précieuse – l’une des ressources les plus critiques de la Californie – et aiderait à atteindre les objectifs de l’État en matière d’énergie renouvelable, tout en économisant de l’argent.

Préserver l’eau et la terre

La Californie est sujettes à la sécheresse, et l’eau est une préoccupation constante. Maintenant, le climat changeant apporte un temps plus chaud et plus sec.

Graves sécheresses au cours des 10 à 30 dernières années puits asséchés, a amené les responsables à mettre en restrictions d’eau et alimenté feux de forêt massifs. À la mi-avril 2021, l’État tout entier était subissant officiellement des conditions de sécheresse.

Dans le même temps, la Californie a des objectifs de conservation ambitieux. L’État a pour mandat de réduire le pompage des eaux souterraines tout en maintenant un approvisionnement fiable aux fermes, aux villes, à la faune et aux écosystèmes. Dans le cadre d’une vaste initiative sur le changement climatique, en octobre 2020, le gouverneur Gavin Newsom a demandé à la California Natural Resources Agency de diriger les efforts. conserver 30% des terres et des eaux côtières d’ici 2030.

La majeure partie de la pluie et de la neige en Californie tombe au nord de Sacramento en hiver, tandis que 80% de sa consommation d’eau se produit dans le sud de la Californie, principalement en été. C’est pourquoi des canaux serpentent à travers l’État – c’est le plus grand système de ce type au monde. Nous estimons qu’environ 1% à 2% de l’eau qu’ils transportent est perdue par évaporation sous le chaud soleil de Californie.

Dans une étude récente, nous avons montré que couvrir les 4 000 miles des canaux de Californie avec des panneaux solaires économiser plus de 65 milliards de gallons d’eau par an en réduisant l’évaporation. C’est suffisant pour irriguer 50 000 acres de terres agricoles ou répondre aux besoins résidentiels en eau de plus de 2 millions de personnes. En concentrant les installations solaires sur des terrains déjà utilisés, au lieu de les construire sur des terrains non aménagés, cette approche aiderait la Californie à atteindre ses objectifs de gestion durable pour les deux. l’eau et terre Ressources.

Une énergie respectueuse du climat

L’ombrage des canaux californiens avec des panneaux solaires générerait des quantités substantielles d’électricité. Nos estimations montrent qu’il pourrait fournir quelque 13 gigawatts de capacité d’énergie renouvelable, soit environ la moitié des nouvelles sources que l’État doit ajouter pour répondre à ses besoins. objectifs d’électricité propre: 60% issus de sources décarbonées d’ici 2030 et 100% renouvelables d’ici 2045.

L’installation de panneaux solaires sur les canaux rend les deux systèmes plus efficaces. Les panneaux solaires réduiraient l’évaporation des canaux, en particulier pendant les étés chauds de Californie. Et comme l’eau se réchauffe plus lentement que la terre, l’eau du canal qui coule sous les panneaux pourrait les refroidir de 10 F, augmenter la production d’électricité jusqu’à 3%.

Ces panneaux pourraient également produire de l’électricité localement dans de nombreuses régions de Californie, abaissant les deux pertes de transmission et les coûts pour les consommateurs. La combinaison de l’énergie solaire et du stockage par batterie peut aider à construire des microréseaux dans les zones rurales et les communautés mal desservies, rendant le système électrique plus efficace et résilient. Cela atténuerait le risque de pertes d’énergie dues aux conditions météorologiques extrêmes, aux erreurs humaines et aux incendies de forêt.

Nous estimons que le coût de franchissement de canaux avec des panneaux solaires est plus élevé que la construction de systèmes au sol. Mais lorsque nous avons ajouté certains des avantages connexes, tels que les coûts fonciers évités, les économies d’eau, l’atténuation des mauvaises herbes aquatiques et l’amélioration de l’efficacité photovoltaïque, nous avons constaté que les canaux solaires étaient un meilleur investissement et fournissaient de l’électricité qui coûtait moins cher sur la durée de vie du solaire. installations.

Les canaux et canaux d'ombrage des panneaux solaires refroidissent les panneaux.
Les panneaux solaires installés sur les canaux augmentent l’efficacité des deux systèmes.
Brandi McKuin, CC BY-ND

Avantages pour la terre

Les canaux solaires sont bien plus que la simple production d’énergie renouvelable et l’économie d’eau. La construction de ces panneaux solaires longs et minces pourrait empêcher la conversion de plus de 80 000 acres de terres agricoles ou d’habitats naturels pour des fermes solaires.

La Californie cultive de la nourriture pour une population mondiale toujours croissante et produit plus de 50% des fruits, noix et légumes que les consommateurs américains mangent. Cependant, jusqu’à 50% de la nouvelle capacité d’énergie renouvelable pour atteindre les objectifs de décarbonisation pourrait être situé dans des zones agricoles, y compris de vastes étendues de terres agricoles de premier ordre.

Les installations de canaux solaires protégeront également la faune, les écosystèmes et les terres culturellement importantes. Les développements solaires à grande échelle peuvent entraîner perte, dégradation et fragmentation de l’habitat, qui peut nuire aux espèces menacées telles que le Tortue du désert de Mojave.

Ils peuvent aussi nuire aux communautés végétales de broussailles du désert, y compris les plantes qui sont culturellement importantes pour les tribus indigènes. A titre d’exemple, la construction du Centre d’énergie solaire Genesis dans les déserts de Sonora et de Mojave en 2012-2014 détruit des sentiers et des sites de sépulture et endommagé d’importants artefacts culturels, provoquant un conflit juridique prolongé.

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Purifier l’air

En produisant de l’électricité propre, les canaux solaires peuvent améliorer la qualité de l’air – un problème grave dans le centre de la Californie, qui a certains des airs les plus sales des États-Unis L’électricité solaire pourrait aider à retirer les moteurs diesel crachant des particules qui pompent de l’eau dans les vallées agricoles californiennes. Cela pourrait également aider à charger un nombre croissant de véhicules électriques légers et lourds qui déplacent les personnes et les biens dans l’État.

Un autre avantage serait de réduire les mauvaises herbes aquatiques qui étranglent les canaux. Dans Inde, où les promoteurs construisent des canaux solaires depuis 2014, l’ombre des panneaux limite la croissance des mauvaises herbes qui bloquent les drains et limitent le débit d’eau.

La lutte contre ces mauvaises herbes avec des herbicides et des équipements mécaniques coûte cher, et les herbicides menacent la santé humaine et l’environnement. Pour les grands canaux de 100 pieds de large en Californie, nous estimons que l’ombrage des canaux permettrait d’économiser environ 40 000 $ US par mile. À l’échelle de l’État, les économies pourraient atteindre 69 millions de dollars par an.

Les panneaux solaires formeraient un toit en verre au-dessus des canaux.
Représentation artistique d’un système de canaux solaires pour la Californie.
Solar Aquagrid LLC, CC BY-ND

Apporter des canaux solaires en Californie

Alors que l’Inde a construit des panneaux solaires sur les canaux et que les États-Unis se développent projets solaires flottants, La Californie manque de prototypes à étudier localement.

Des discussions sont en cours pour les grands et petits projets de démonstration dans la vallée centrale et le sud de la Californie. La construction de prototypes aiderait les opérateurs, les développeurs et les régulateurs à affiner les conceptions, à évaluer les impacts environnementaux, à mesurer les coûts et les avantages du projet et à évaluer les performances de ces systèmes. Avec plus de données, les planificateurs peuvent définir des stratégies pour étendre les canaux solaires dans tout l’État, et potentiellement à travers l’Ouest.

Il faudra au moins une douzaine de partenaires pour planifier, financer et réaliser un projet de canal solaire en Californie. Les partenariats public-privé comprendront probablement des agences gouvernementales fédérales, étatiques et locales, des développeurs de projets et des chercheurs universitaires.

L’infrastructure électrique vieillissante de la Californie a contribué à incendies de forêt catastrophiques et pannes de plusieurs jours. La construction de développements solaires intelligents sur les canaux et autres terres perturbées peut rendre les infrastructures électriques et hydrauliques plus résilientes tout en économisant de l’eau, en réduisant les coûts et en aidant à lutter contre le changement climatique. Nous pensons qu’il s’agit d’un modèle qui devrait être envisagé dans tout le pays – et dans le monde entier.

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