برنامه ریزی مخزن جدید: ابزاری جدید برای طراحی نیروگاه های آبی کم کربن

تجدید نظر در انرژی آبی “پاک”.

برای مدت طولانی، انرژی آبی به عنوان یک منبع انرژی کم کربن در نظر گرفته می شد، اما در طول 15 سال گذشته مطالعات نشان داده است که مخازن می توانند منبع اصلی انتشار گازهای گلخانه ای باشند. هنگامی که زمین برای ایجاد یک مخزن زیر آب می رود، چرخه کربن اساساً تغییر می کند. پوشش گیاهی در حال پوسیدگی، مواد آلی حمل شده توسط حوضه های آبخیز در بالادست و رشد جلبک ها در مخزن به تولید دی اکسید کربن و متان کمک می کند. اندازه این انتشارات بسته به شرایط خاص سایت و شیوه های عملیاتی مخزن به طور گسترده ای متفاوت است.

را هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) فاکتورهای انتشار پیش فرض را برای مخازن با تخصیص مقادیر یکسان به همه مخازن در یک منطقه آب و هوایی معین یا در عرض های جغرافیایی مشابه فراهم می کند. همچنین میانگین شدت انتشار انرژی آبی 24 gCO2 (معادل دی اکسید کربن) در هر کیلووات ساعت را گزارش می دهد. با این حال، کار ما نشان می دهد که اینها مقادیر پیش‌فرض و ارقام میانگین طیف وسیعی از انتشار را پوشش می‌دهنداز نزدیک به صفر در برخی از مخازن تا سطوح بالاتر از نیروگاه های سوخت فسیلی در برخی دیگر.

بیشتر تخمین‌های جهانی و منطقه‌ای انتشار مخازن هنوز به این عوامل انتشار ساده یا به داده‌های برون‌یابی شده از چند مکان بررسی‌شده بستگی دارد. نتیجه این است تصویر ناقص در مورد اینکه چگونه مخازن واقعاً بر تعادل کربن سیاره تأثیر می گذارند. با توسعه پروژه های برق آبی جدید در سراسر جهان، این شکاف دانش حتی بیشتر می شود. ما متوجه شدیم که نیاز واقعی به ابزارهای بهتر و دقیق‌تری وجود دارد که به سیاست‌گذاران و توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا فراتر از این فرضیات ساده‌تر بروند.

چالش میانمار

ما تصمیم گرفتیم ابزاری ایجاد کنیم تا به پزشکان و محققان کمک کند نه تنها انتشار گازهای گلخانه ای، بلکه اثرات زیست محیطی گسترده تر مخازن را در کل مناطق اندازه گیری کنند. میانمار نمونه آزمایشی کاملی را برای رویکرد جدید ما ارائه کرد. جغرافیای متنوع این کشور – از سواحل استوایی گرفته تا کوه های شمالی – منجر به تغییرات گسترده ای در دما، بارندگی و پوشش گیاهی می شود که آن را به آزمایشگاهی ایده آل برای مطالعه چگونگی تأثیر این عوامل بر انتشار تبدیل می کند.

در عین حال، میانمار با تصمیمات زیرساختی فوری مواجه است: بیش از 70 پروژه پیشنهادی برق آبی با ظرفیت کل 25865 مگاوات، همراه با افزایش تقاضا برای مخازن آبیاری برای مبارزه با تشدید خشکسالی در منطقه خشک مرکزی. اما این طرح ها دارای خطراتی هستند. بسیاری از سدهای پیشنهادی بر رودخانه‌های ایراوادی و سالوین، دو تا از آخرین رودخانه‌های بزرگ آزاد جهان و کانون‌های تنوع زیستی تأثیر می‌گذارند. درست گرفتن این تصمیمات – متعادل کردن نیازهای انرژی، امنیت غذایی و حفاظت از محیط زیست و در عین حال به حداقل رساندن انتشار کربن – به ابزارهای بهتری نیاز دارد.

یافته های ما شگفت آور بود. شدت انتشار در مخازن میانمار از کمتر از 1 gCO₂e/kWh، مشابه باد و خورشید، تا بیش از 1600 gCO2e/kWh، بالاتر از زغال سنگ است. یک مخزن کم عمق، گرم و کم عمق می تواند بیش از 5000 gCO₂e/m منتشر کند.² هر سال، در حالی که یک مخزن عمیق و کوهستانی ممکن است کمتر از 500 گرم CO2 در متر مربع منتشر کند.². این تنوع نشان می دهد که جایی که ما تانک می سازیم تفاوت بزرگی ایجاد می کند. با این حال، بیشتر برنامه ریزی ها و مطالعات امکان سنجی هنوز به ساده تکیه می کنند “عوامل انتشار” توسط IPCC، اگر اصلا وجود داشته باشد، و بنابراین این تفاوت های خاص سایت را به طور کامل از دست می دهد.

اتوماسیون با شفافیت روبرو می شود

برای برآورد دقیق انتشار گازهای گلخانه ای، چارچوب جدیدی ایجاد کردیم که سه نوآوری را ترکیب می کند.

• ابتدا، ما فرآیند جمع‌آوری داده‌های ورودی مورد نیاز برای تخمین ردپای انتشار مخازن را خودکار کردیم، به دنبال رویکرد مدل‌سازی مورد استفاده در ابزار مخزن گاز گلخانه ای (G-res).. پلت فرم G-res مبتنی بر مدل های تجربی است که از تعداد زیادی از مطالعه انتشار مخزن منتشر شده است. این شامل 37 متغیر محیطی و فیزیکی – از جمله دما، بارندگی، نوع خاک، پوشش جنگلی، عمق مخزن و شیب حوضه – برای تخمین انتشار خالص انسانی است.. یعنی تفاوت بین آنچه که مخزن ساطع می کند و آنچه که چشم انداز طبیعی در غیاب آن منتشر می کند را محاسبه می کند. به طور سنتی، جمع آوری این داده ها برای هر مخزن زمان بر است. نرم افزار منبع باز ما، GeoCARETاین چالش را با اتصال به Google Earth Engine برای تجزیه و تحلیل خودکار مجموعه داده‌های فضایی جهانی برطرف می‌کند. در حدود پنج دقیقه در یک سد، GeoCARET تمام پارامترهای لازم را استخراج کرده و آنها را برای استفاده آماده می کند.

• دوم، ما یک پیاده‌سازی رایگان و منبع باز از مدل G-res را توسعه دادیم که با ماژول‌های جدید برای تخمین انتشار CO2، CH4 و N2O بهبود یافته است. این نرم افزار، بازپخشیک چارچوب یکپارچه برای ارزیابی تمام گازهای گلخانه ای مرتبط با مخازن اصلی فراهم می کند. هنگامی که با GeoCARET ادغام می شود، RE-Emission یک گردش کار کاملاً خودکار را برای تخمین دقیق انتشار گازهای گلخانه ای مخزن در مقیاس ملی یا منطقه ای با استفاده از مدل های واضح فضایی امکان پذیر می کند. با استفاده از RE-Emission، ما جامع ترین مدل انتشار مخزن موجود را برای ارزیابی از مقیاس ملی تا منطقه ای ایجاد کرده ایم.

• در نهایت، ما این مدل‌های پیچیده را با استفاده از هوش مصنوعی قابل توضیح (xAI) شفاف کردیم. ما راه‌های بصری ایجاد کرده‌ایم تا نشان دهیم دقیقاً چه عواملی باعث انتشار هر سایت می‌شوند. برای طراحانی که یک سد بالقوه را ارزیابی می کنند، نمودارهای تجزیه ما داستان پشت اعداد را نشان می دهد: این مخزن دارای انتشار بالایی است زیرا زمین های جنگلی را در دره ای گرم و کم عمق با رواناب زیاد مواد مغذی سیل می کند.