Umělá inteligence ke strategickému rozmístění vodních elektráren v Amazonii

Tým vědců z Cornelské univerzity vyvinul výpočetní model, který využívá umělou inteligenci k tomu, aby našel nejvýhodnější kombinace míst k výstavbě přehrad pro vodní elektrárny. Výpočetní model by měl být využit zejména pro snížení emisí skleníkových plynů, a snížit tak emise přehradní vodní elektrárny na vyrobenou MWh.

Vodní elektrárny využívající přehradní hráze mohou poskytnout velké množství energie s nízkou uhlíkovou stopou rovnající se solárním a větrným elektrárnám. Avšak bez strategického plánování mohou některé přehrady emitovat vysoké množství skleníkových plynů. Zaplavením oblastí při výstavbě přehrad pro vodní elektrárny se rozkladem rostlin uvolňuje do ovzduší metan. V závislosti na lokaci se mohou emise z těchto vodních děl lišit i o dva řády.

Ve studii od Institutu enviromentálního inženýrství sídlícím ve Švýcarsku bylo zjištěno, že emise vodních elektráren jsou mnohem vyšší, než se původně očekávalo a globální průměr dosahuje hodnoty 173 kg CO2 a 2,95 kg CH4 na vyrobenou MWh.

Stovky vodních elektráren jsou v současné době navrhovány k výstavbě v Amazonské pánvi, což by mohlo mít za následek velké zvýšení emisí skleníkových plynů v regionu.

„Pokud stavíte elektrárny po jedné, bez strategického plánování – což je většinou způsob jejich vzniku – je zde velmi nízká šance, že řešení bude optimální. Neoptimální výstavba přehrad může vést k nežádoucím výsledkům s emisemi na vysoké úrovni, které nejsou kompatibilní s budoucí energetickou strategií,“ uvedl Rafael Almeida spoluautor studie Snížení emisí skleníkových plynů amazonské vodní energie se strategickým plánováním.

Model dokáže vyhodnotit kombinaci vodních elektráren, která bude emitovat nejnižší množství skleníkových plynů pro zadaný výkon.

V současné době je v Amazonské pánvi (která pokrývá více než třetinu plochy jižní Ameriky) v provozu či ve výstavbě 158 vodních elektráren. Jejich celkový instalovaný výkon dosahuje 32,6 GW, tedy v průměru 206 MW na jednu. K výstavbě je navrhováno dalších 351 projektů, jejichž celkový výkon by byl 91,8 GW.

Odhad vědců je, že v současné době emitují vodní elektrárny v Amazonii 14 Tg CO2 za rok (uváděno pro 100letý horizont), zhruba 2 % skleníkových plynů ze světových vodních rezervoárů. Pokud by došlo k výstavbě všech navrhovaných přehradních vodních elektráren, zvýšily by se emise přibližně pětkrát.

Ze studie je zřejmé, že emise se značně liší pro elektrárny vystavěné ve více než 500 metrech nad mořem, a pro elektrárny vystavěné pod touto hranicí. Zatímco 92 % elektráren vystavěných ve vyšší nadmořské výšce než 500 m.n.m. by měly intenzitu pod 80 kg CO2 na MWh v horizontu 100 let, u elektráren v níže než 500 m.n.m je to pouze 36 %.

Studie uvádí, že pomocí optimalizace je možné, aby zhruba 80 % navrhovaných vodních elektráren (o výkonu okolo 75 GW) mělo nižší intenzitu než 80 kg CO2 na vyrobenou MWh. Naproti tomu nestrategické využití zhruba 15 GW z celkového navrhovaného výkonu – což je v současnosti instalovaný výkon Bolívie, Ekvádoru a Peru – by mohlo vyústit v portfolio vodních elektráren, které by emitovalo vysoké množství skleníkových plynů.

Klimaticky příznivé projekty

Intenzita emisí je silně spjata s výkonovou hustotou projektu, a ta je následně jedním z nástrojů v Rámcové smlouvě OSN o změně klimatu. Projekty, které mají výkonovou hustotu vyšší než 4 MW na km2, jsou brány jako vhodné pro udělení emisních povolenek a financování.

I když může být výkonová hustota dobrým pomocným ukazatelem k hodnocení projektu, mohou mít projekty se stejnou výkonovou hustotou rozdílné emise na vyrobenou MWh. Data naznačují, že projekty s výkonovou hustotou vyšší než 9,5 MW na km2 budou emitovat méně než 80 kg CO na MWh. Zhruba polovina navrhovaných projektů v Amazonii tuto hranici převyšovat nebude a ze současných odhadů jejich výkonová hustota vychází na méně než 9,5 MW na km2.