El cambio climático y la escasez de agua están al frente y al centro en el oeste de los EE. UU. El clima de la región se está calentando , se está produciendo una sequía severa de varios años y los suministros de agua subterránea se están bombeando en exceso en muchos lugares.

Los estados occidentales están siguiendo muchas estrategias para adaptarse a estas tensiones y prepararse para el futuro . Estas incluyen medidas para promover el desarrollo de energía renovable, conservar el agua y administrar las tierras naturales y de trabajo de manera más sostenible.

Como ingenieros que trabajan en soluciones climáticamente inteligentes, hemos encontrado un beneficio mutuo para el agua y el clima en California con lo que llamamos la “solución de canal solar”. Aproximadamente 4,000 millas de canales transportan agua a unos 35 millones de californianos y 5.7 millones de acres de tierras agrícolas en todo el estado. Cubrir estos canales con paneles solares reduciría la evaporación del agua preciosa, uno de los recursos más críticos de California, y ayudaría a cumplir con los objetivos de energía renovable del estado, al tiempo que ahorraría dinero.

Conservando agua y tierra

California es propensa a la sequía y el agua es una preocupación constante. Ahora, el clima cambiante está trayendo un clima más cálido y seco.

Las severas sequías en los últimos 10 a 30 años secaron pozos , hicieron que los funcionarios implementaran restricciones de agua y avivaron incendios forestales masivos . A mediados de abril de 2021, todo el estado estaba experimentando oficialmente condiciones de sequía .

Al mismo tiempo, California tiene ambiciosos objetivos de conservación. El estado tiene el mandato de reducir el bombeo de agua subterránea mientras mantiene suministros confiables para granjas, ciudades, vida silvestre y ecosistemas . Como parte de una amplia iniciativa de cambio climático, en octubre de 2020, el gobernador Gavin Newsom ordenó a la Agencia de Recursos Naturales de California que encabezara los esfuerzos para conservar el 30% de la tierra y las aguas costeras para 2030 .

La mayor parte de la lluvia y la nieve de California cae al norte de Sacramento durante el invierno, mientras que el 80% de su uso de agua ocurre en el sur de California , principalmente en verano. Es por eso que los canales serpentean en todo el estado: es el sistema de este tipo más grande del mundo. Estimamos que alrededor del 1% -2% del agua que transportan se pierde por evaporación bajo el cálido sol de California.

En un estudio reciente, mostramos que cubrir las 4,000 millas de los canales de California con paneles solares ahorraría más de 65 mil millones de galones de agua al año al reducir la evaporación. Eso es suficiente para regar 50,000 acres de tierras agrícolas o satisfacer las necesidades de agua residencial de más de 2 millones de personas. Al concentrar las instalaciones solares en terrenos que ya se están utilizando, en lugar de construirlas en terrenos no urbanizados, este enfoque ayudaría a California a cumplir sus objetivos de gestión sostenible de los recursos hídricos y terrestres .

Energía amigable con el clima

Sombrear los canales de California con paneles solares generaría cantidades sustanciales de electricidad. Nuestras estimaciones muestran que podría proporcionar unos 13 gigavatios de capacidad de energía renovable, que es aproximadamente la mitad de las nuevas fuentes que el estado necesita agregar para cumplir con sus objetivos de electricidad limpia : 60% de fuentes libres de carbono para 2030 y 100% renovable para 2045. .

La instalación de paneles solares sobre los canales hace que ambos sistemas sean más eficientes. Los paneles solares reducirían la evaporación de los canales, especialmente durante los calurosos veranos de California. Y debido a que el agua se calienta más lentamente que la tierra, el agua del canal que fluye debajo de los paneles podría enfriarlos en 10 F, aumentando la producción de electricidad hasta en un 3% .

Estos paneles también podrían generar electricidad localmente en muchas partes de California, reduciendo tanto las pérdidas de transmisión como los costos para los consumidores. La combinación de la energía solar con el almacenamiento de baterías puede ayudar a construir microrredes en áreas rurales y comunidades desatendidas, haciendo que el sistema de energía sea más eficiente y resistente. Esto mitigaría el riesgo de pérdidas de energía debido a condiciones climáticas extremas, errores humanos e incendios forestales.

Estimamos que el costo de atravesar canales con paneles solares es más alto que el de construir sistemas montados en el suelo. Pero cuando agregamos algunos de los beneficios colaterales, como costos de tierra evitados, ahorro de agua, mitigación de malezas acuáticas y eficiencia fotovoltaica mejorada, descubrimos que los canales solares eran una mejor inversión y proporcionaban electricidad que costaba menos durante la vida útil de la energía solar. instalaciones.

Beneficios para la tierra

Los canales solares son mucho más que generar energía renovable y ahorrar agua. La construcción de estos paneles solares largos y delgados podría evitar que más de 80,000 acres de tierras agrícolas o hábitats naturales se conviertan en granjas solares.

California cultiva alimentos para una población mundial en constante crecimiento y produce más del 50% de las frutas, nueces y verduras que comen los consumidores estadounidenses. Sin embargo, hasta el 50% de la nueva capacidad de energía renovable para cumplir con los objetivos de descarbonización podría ubicarse en áreas agrícolas , incluidas grandes extensiones de tierras agrícolas de primera.

Las instalaciones de canales solares también protegerán la vida silvestre, los ecosistemas y las tierras de importancia cultural. Los desarrollos solares a gran escala pueden provocar la pérdida, degradación y fragmentación del hábitat , lo que puede dañar a especies amenazadas como la tortuga del desierto de Mojave .

También pueden dañar las comunidades de plantas de matorrales del desierto , incluidas las plantas que son culturalmente importantes para las tribus indígenas. Por ejemplo, la construcción del Centro de Energía Solar Génesis en los desiertos de Sonora y Mojave en 2012-2014 destruyó senderos y cementerios y dañó importantes artefactos culturales , lo que provocó un prolongado conflicto legal.

Limpiando el aire

Al generar electricidad limpia, los canales solares pueden mejorar la calidad del aire, un problema grave en el centro de California, que tiene uno de los aires más sucios de los EE. UU. La electricidad solar podría ayudar a retirar los motores diésel que arrojan partículas y que bombean agua a través de los valles agrícolas de California. También podría ayudar a cargar un número creciente de vehículos eléctricos ligeros y pesados que transportan personas y mercancías por todo el estado.

Otro beneficio más sería frenar las malezas acuáticas que ahogan los canales. En India , donde los desarrolladores han estado construyendo canales solares desde 2014, la sombra de los paneles limita el crecimiento de malezas que bloquean los desagües y restringen el flujo de agua.

Combatir estas malezas con herbicidas y equipos mecánicos es costoso y los herbicidas amenazan la salud humana y el medio ambiente. Para los canales grandes de 100 pies de ancho en California, estimamos que los canales de sombra ahorrarían alrededor de US $ 40,000 por milla. En todo el estado, los ahorros podrían alcanzar los $ 69 millones por año.

Llevando canales solares a California

Mientras que India ha construido paneles solares sobre canales y Estados Unidos está desarrollando proyectos solares flotantes , California carece de prototipos para estudiar localmente.

Se están llevando a cabo discusiones para proyectos de demostración grandes y pequeños en el Valle Central y el Sur de California. La construcción de prototipos ayudaría a los operadores, desarrolladores y reguladores a refinar los diseños, evaluar los impactos ambientales, medir los costos y beneficios del proyecto y evaluar cómo funcionan estos sistemas. Con más datos, los planificadores pueden trazar estrategias para extender los canales solares en todo el estado y potencialmente en todo el oeste.

Se necesitarán una docena o más de socios para planificar, financiar y llevar a cabo un proyecto de canal solar en California. Las asociaciones público-privadas probablemente incluirán agencias gubernamentales federales, estatales y locales, desarrolladores de proyectos e investigadores universitarios.

La envejecida infraestructura de energía de California ha contribuido a incendios forestales catastróficos y cortes de varios días . La construcción de desarrollos solares inteligentes en canales y otras tierras perturbadas puede hacer que la infraestructura de energía y agua sea más resistente al tiempo que ahorra agua, reduce los costos y ayuda a combatir el cambio climático. Creemos que es un modelo que debe considerarse en todo el país y en el planeta.