Эта статья — часть серии «Flipping the Switch» о переходе Калифорнии на чистую энергию и его влиянии на жизнь людей. Что работает? Что нет? И сколько это стоит?
Когда Джордан Харрис ездил из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско, он видел бетонные каналы, которые доставляют воду по всему штату, медленно испаряющейся под палящим солнцем Западного побережья.
Большую часть жизни Харрис провел во Франции, где обратил внимание, как деревья защищают каналы и сохраняют драгоценную воду от ветра и солнца.
«Я начал думать: а что если мы сможем сделать что-то подобное в Калифорнии?»
Обширная сеть каналов и акведуков Калифорнии — это артерия штата, доставляющая чистую воду в густонаселенные города и обширные фермерские угодья. Хотя государство давно борется с испарением, ученые UC Davis прогнозируют, что общий объем водных ресурсов Калифорнии может сократиться на 25% к 2050 году — эквивалент двух озер Шаста. Причина — отчасти в повышении температур из-за изменения климата.
Чтобы замедлить потепление, грозящее высушить штат, Калифорния взяла на себя обязательство перейти на 100% чистую электроэнергию к 2045 году.
Сейчас штат производит 62% своей электроэнергии из возобновляемых и безуглеродных источников, наибольший процент которых приходится на солнечную энергию. Но удовлетворение растущего спроса потребует беспрецедентного расширения солнечных и накопительных мощностей.
Вспомнив о раскаленных бетонных каналах, Харрис предложил своему другу Робину Раджу очевидное решение: почему бы не установить солнечные панели на 4000 миль открытых каналов, которые доставляют воду по штату? Панели будут вырабатывать чистую энергию, одновременно ограничивая испарение благодаря затенению канала — беспроигрышный вариант.
Со временем Харрис и Радж основали Solar Aquagrid — организацию, посвященную переосмыслению устаревших каналов. Они партнеры Turlock Irrigation District, UC Merced и Департамента водных ресурсов Калифорнии установили солнечные панели на небольших участках каналов Turlock. Новый «солнечный канал» одновременно защищает воду от испарения и генерирует электроэнергию. Проект назвали Project Nexus — он находится на пересечении потребностей штата в чистой воде и энергии.
Project Nexus тестирует не одну, а три разные модели солнечных каналов. Широкопролетный навес возвышается над одним из 115-футовых каналов Turlock, похожий на крышу амбара. Классический набор наклонных солнечных панелей установлен на 20-футовом канале. Гармошкоподобные убирающиеся панели позиционируются низко через узкий канал и при необходимости скатываются.
Радж нежно называл широкопролетный навес своим
«единственным полем мечты».
Роджер Бейлс, профессор UC Merced, соавтор исследования 2021 года, которое помогло убедить штат инвестировать в этот пилотный проект, говорит, что его первоначальные расчеты показывают: установка панелей над 100 милями узких каналов Turlock позволит сэкономить столько воды, сколько потребляют 2700 домохозяйств в год.
Если установить панели над 100 милями широких каналов, будет сэкономлена вода для 11000 домохозяйств.
Бейлс также оценивает, что узкие и широкие каналы смогут генерировать соответственно 330–1400 мегаватт на 100 миль — достаточно для питания 77000–304000 домохозяйств.
Пилотный проект был полностью завершен и введен в эксплуатацию в прошлом году. В начале месяца Харрис прошелся вдоль солнечных панелей, которые изгибаются над 115-футовым каналом.
«Это беспокойные пространства», — сказал Харрис, указывая на бетонную канаву с мутной водой.
«Так почему бы не воспользоваться тем фактом, что мы это уже сделали, и помочь им работать усерднее, быть более эффективными, производить больше и защищать то, что нас окружает?»
Исследовательская группа также обнаружила множество «побочных выгод», которые делают проект более ценным, чем сумма его водных и энергетических компонентов.
Бейлс отметил, что затенение каналов привело к уменьшению роста водорослей и менее фиксированному росту водных сорняков — это снижает потребность в техническом обслуживании и улучшает качество воды.
Предотвращение нового солнечного развития на естественных землях приносит пользу как людям, так и планете. Бейлс подчеркнул важность сохранения этих земель для поддержания жизни
«в таком виде, в каком мы ее знаем на Земле».
Получение разрешений на строительство на неразвитых землях может быть серьезным препятствием для разработчиков. По данным исследования The Nature Conservancy, строительство на открытом пространстве требует в среднем 621 день, а для проектов на развитых землях — всего 110 дней.
Учитывая многочисленные преимущества, Бейлс сказал, что проект
«просто имеет смысл».
Но только потому, что что-то имеет смысл, это не означает, что его легко реализовать.
«Мы часто говорим о трудностях достижения очевидного», — сказал Харрис.
Проекты, затрагивающие землю, воду и энергию, часто требуют координации множества заинтересованных сторон. Калифорнийские каналы могут управляться государственными или федеральными агентствами водных ресурсов, а также городским руководством и местными оросительными округами. Эти операторы часто не владеют земелью вокруг канала, не говоря уже об инфраструктуре передачи электроэнергии коммунальным предприятиям — одна из самых дорогостоящих частей проектов возобновляемой энергии, по словам Харриса.
Харрис и Радж нашли своего «идеального» партнера в Turlock Irrigation District — 139-летнем округе, управляющем 250 милями каналов и поставляющем воду и электроэнергию почти 5000 фермерам в Центральной долине, выращивающим все от бобов до персиков.
Это один из четырех оросительных округов в Калифорнии, поставляющих как воду, так и розничную электроэнергию, отметил Джош Вимер, представитель Turlock.
Вимер сказал, что проект получил мало возражений со стороны местного населения, отчасти потому что, хотя Оросительный округ потратил некоторое время своего персонала, грант государства в размере 20 миллионов долларов покрыл как исследования, так и инфраструктуру.
Вимер описал проект как «доказательство концепции», которое генерирует всего 1,7 мегаватт энергии — малую часть 56 мегаватт, которые они производят с солнечной фермой в пустыне.
Но площадка канала вмещает не только панели. Бейлс говорит, что они
«установили инструменты для измерения температуры, относительной влажности, скорости ветра, входящего и исходящего излучения, а также прототип инструмента для прямого измерения испарения».
Когда дело доходит до водорослей, панели помогли.
«В прошлом году, когда мы спустили канал в конце сезона орошения, на солнечной стороне канала была четкая граница между ростом водорослей и отсутствием роста там, где было затенение», — сказал Вимер.
Солнечные панели Turlock возвышаются над водой, потому что оросительный округ регулярно чистит каналы с помощью оборудования.
«Это не будет единственным способом это делать», — сказал Вимер, описывая, как они перетаскивают через воду массивную якорную цепь, чтобы вырвать сорняки. Аналогичные панели в Индии и Аризоне устанавливаются низко над каналами, оставляя мало места для типа очистки, который требуется Turlock.
В округе Конtra Costa урбанизированный ландшафт делает любой проект солнечного канала нереалистичным, сказала Дженнифер Аллен, представитель водного округа округа.
Водный округ Contra Costa управляет 48 милями каналов, тянущихся от Knightsen до Martinez. Бюро мелиорации построило эту систему еще в 1930-х годах, когда регион был в основном фермерским — как Turlock.
Сегодня система каналов проходит через задние дворы и общественные парки.
Такой проект, как Project Nexus, не будет работать, потому что рабочим нужен доступ к каналам и у них мало места для работы рядом с ними, сказала Аллен.
Несмотря на то что канал огорожен,
«у нас случаются ситуации, когда машины падают в канал — люди падают в канал, животные падают в канал», — рассказала Аллен, описывая некоторые вызовы, с которыми сталкивается городской водный округ.
«То, что делает Turlock со своими проектами, очень впечатляет, но у нас система каналов другого вида на нашей территории обслуживания», — сказала Аллен. Вместо этого они рассматривают вариант прокладки каналов в трубы, чтобы избежать испарения.
Эндрю Шварц, представитель Департамента водных ресурсов штата, сказал, что они ожидают получения окончательного отчета перед тем, как решить, инвестировать ли в дополнительные проекты.
«Эти каналы сильно отличаются друг от друга — от узких, необлицованных грунтовых каналов, доставляющих оросительную воду на отдельные поля, до бетонных каналов шириной более 100 футов, которые доставляют воду по Калифорнии», — сказал Шварц.
Штат остается сосредоточенным на
«оценке, продолжающемся изучении, потенциальном масштабировании и извлеченных уроках».
«Критически важные изменения инфраструктуры действительно сложны, и если у вас нет науки, чтобы это оправдать расходы и иметь возможность количественно оценить выгоды, то вы не будете масштабировать», — сказал Харрис.
«Нам повезло жить в Калифорнии, где это приоритет и где государственные учреждения открыты для такого уровня изучения и изучения», — сказал Радж.
«Это нельзя воспринимать как должное».
Итоговый отчет выйдет в конце года.