Резервація племені Гіла-Ревер, Арізона. Приблизно за 53 кілометри на південь від Фенікса автомагістраль I-10 перетинає лінію сонячних панелей, що простягаються по пустелі, наче іризаційна змія. Форма сонячної станції повторює контур каналу, причому панелі слугують навісами, що захищають воду від безжального сонця та вітрів сонорської пустелі.
Панелі почали виробляти енергію минулого листопада для племен Ак’імел О’отам і Пі Пош, відомих разом як Гіла-Ревер Індіанська Спільнота (GRIC), на їхній резервації в центральній Арізоні. Це перший подібний проект в США. Спільнота вивчає вплив панелей на воду в каналі, сподіваючись, що вони захистять цей цінний ресурс від нещадного сонця та вітру пустелі.
У вересні планується розпочати ще один експериментальний проект GRIC з метою збереження води при виробництві електрики: плаваючі сонячні панелі. Поєднуючи навіси над каналами та новий проект з плаваючими фотогальванічними панелями на резервуарі, який вони будують, GRIC сподівається згодом забезпечити всі свої канали та зрошувальні системи сонячною електрикою, перетворившись на одного з найбільш інноваційних споживачів води на Заході.
Інвестиції спільноти приходять у критичний час для річки Колорадо, яка постачає воду приблизно 40 мільйонам людей у семи західних штатах, Мексиці та 30 племенам, включаючи GRIC. Щорічне споживання води з річки постійно перевищує її запаси, а багаторічна посуха, частково спричинена зміною клімату, продовжує залишати водні рівні в озерах Пауелл і Мід неймовірно низькими.
Ідея покриття води сонячними панелями не є новою, але для деяких представляє елегантний спосіб вирішення проблеми нестачі води на Заході. Це може зменшити випаровування, виробляти більше безвуглецевої електрики та зменшити частоту роботи дамб для виробництва енергії.
Однак досі ця технологія не була включена до поточних переговорів щодо річки Колорадо між штатами Верхнього басейну—Колорадо, Нью-Мексико, Юта та Вайомінг—а також штатами Нижнього басейну—Арізона, Каліфорнія та Невада, племенами та Мексикою. Всі вони повинні погодитися на скорочення водних розподілів системи, щоб підтримувати здатність річки постачати воду та електрику для жителів і фермерів.
«Люди в США ще не знають про плаваючі сонячні панелі»,— зазначив Скотт Янг, колишній аналітик політики в законодавчому органі штату Невада. «Вони не готові розглядати це і намагатися врахувати» у переговорах.
Кілька західних водних менеджерів, з якими спілкувалися, висловили готовність дізнатися більше про плаваючу сонячну енергію—Колорадо навіть вивчало цю технологію через пілотні проекти. Але, окрім проекту GRIC, ніхто не знав про плани з впровадження плаваючих сонячних панелей у басейні. Деякі зазначили, що високі та незвичайні будівельні методи та потенційно скромні заощадження води є основними перешкодами для розвитку плаваючої сонячної енергії в США.
Приваблива технологія з компромісами
Виноробня в окрузі Напа, Каліфорнія, впровадила перші плаваючі сонячні панелі в США на зрошувальному ставку у 2007 році. Країна ще була далеко від прийняття федерального законодавства для боротьби зі зміною клімату, і технологія розвивалася повільно. Як показує аналіз Bloomberg, станом на 2022 рік більшість з 13 гігават потужності плаваючої сонячної енергії у світі було збудовано в Азії.
На відміну від багатьох азіатських країн, у США є безліч незаселених земель, на яких можна будувати сонячні установки, зазначив Пратік Джоші, інженер-дослідник Національної лабораторії відновлювальної енергії (NREL). «Навіть якщо плаваюча сонячна енергія може грати меншу роль, я думаю, це важлива роль у диверсифікації нашої енергетичної системи та зменшенні навантаження на використання землі»,— сказав він.
Цього лютого NREL опублікувала дослідження, яке показало, що плаваюча сонячна енергія на резервуарах задам може забезпечити достатньо електрики для живлення 100 мільйонів американських домів, але лише за умови використання всіх розроблювальних площ на кожному резервуарі.
Озеро Пауелл може вмістити майже 15 гігават плаваючої сонячної енергії, займаючи лише 23% своєї поверхні, а озеро Мід може виробляти понад 17 гігават електроенергії на 28% своєї поверхні. Таке масштабне розвиток «певно, не відбудеться»,— сказав Джоші, але навіть якщо проект використовує тільки частину розроблювальної площі, «можна отримати багато потужності з відносно невеликого відсотка цих резервуарів басейну Колорадо».
Дослідження не вимірювало, скільки міг би запобігти випаровування плаваючої сонячної енергії, але попередні дослідження NREL показали, що фотогальванічні панелі—іноді називані «плаваючими фотогальваніками», коли вони встановлені на резервуарах—також можуть заощадити воду, змінивши спосіб використання гідроенергії.
Частина енергії дамби могла б надходити від сонячних панелей, розташованих на резервуарі, щоб запобігти скиданню води лише для виробництва електрики. Навіть у грудні, коли типова західна дамба перебуває на межі спрощення, озера з плаваючими панелями можуть все ще мати достатньо води для виробництва гідроелектрики, зменшуючи залежність від більш дорогих резервних джерел енергії з газових електростанцій.
Джоші спілкувався з розробниками та водними менеджерами щодо плаваючої сонячної енергії раніше і зазначив, що є «бажання розпочати цю технологію». Проте сама технологія не є досконалою.
Сонячні установки можуть бути приблизно на 20% дорожчими для встановлення на воді, ніж на землі, в першу чергу через додаткові витрати на буї, які підтримують панелі на плаву, згідно з доповіддю NREL за 2021 рік. Охолоджуючий ефект води може підвищити ефективність панелей, але плаваючі сонячні панелі можуть виробляти трохи менше енергії, ніж аналогічні вироби на суші, оскільки їх не можна нахиляти так безпосередньо у бік сонця.
І хоча панелі, ймовірно, зменшать втрату води з резервуарів, вони можуть також збільшити викиди парникових газів з водного об’єкта, що, у свою чергу, нагріває клімат та збільшує випаровування. Цього січня дослідники Корнельського університету виявили, що покриття плаваючою сонячною енергією більше 70% поверхні ставу призводило до
збільшення викидів CO2 та метану. Такий вплив «повинен розглядатися не лише для водооб’єкта, на якому впроваджуються плаваючі панелі, але й у більш широкому контексті компромісів при переході енергетичного виробництва з суші на воду»,— написали автори дослідження.
«Будь-яка енергетична технологія має свої компроміси»,— сказав Джоші, і у випадку плаваючої сонячної енергії деякі її переваги—зменшене випаровування та використання землі—можуть не бути легкими для вираження в грошовому еквіваленті.
Срібний свинець
Серед прихильників плаваючої сонячної енергії на Заході, можна виокремити Скотта Янга. Після виходу на пенсію у 2016 році він витратив багато років свого 18-річного досвіду роботи в законодавчому органі штату Невада на дослідження впливу запропонованих законопроектів, особливо в енергетичному секторі.
У похмурий, вітряний день у травні на півдні Вайомінгу, поблизу свого дому, Янг розповів, що протягом останніх двох років він популяризував технологію серед учасників переговорів щодо річки Колорадо, членів Конгресу, екологічних груп і інших водних менеджерів з семи штатів басейну, наполегливо закликаючи їх розглянути переваги плаваючих сонячних установок на озерах Пауелл і Мід.
Янг виріс у районі затоки Сан-Франциско, приблизно за 64 кілометри від піонерських плаваючих сонячних панелей у Напі. Він наголосив, що не має жодних зв’язків з індустрією; він просто стурбований західняк, який хоче урізноманітнити енергетичний мікс регіону та заощадити якомога більше води.
Але поки що, коли він зміг привернути чию-небудь увагу, його пропозиція в око впадала з млявим інтересом. «Зазвичай реакція звучить так: «О, цікаво»,— сказав Янг, одягнений у чорну куртку, червону сорочку на ґудзиках та таку ж кепку, яка підкреслювала його кругле, щире обличчя. «Але далі ніхто не йде».
Бюро відновлення «не отримувало жодних офіційних пропозицій щодо плаваючої сонячної енергії на своїх резервуарах»,— зазначив представник агентства, додавши, що бюро уважно слідкує за цією технологією.
У 2021 році Бюро відновлення оцінило разом з NREL, що плаваюча сонячна енергія на його резервуарах могла б забезпечити приблизно 1,5 терават-годин електрики, що достатньо для живлення близько 100 мільйонів домів. Проте, окрім можливого втручання у відпочинок, водне життя та безпеку води, вплив плаваючої сонячної енергії на випаровування виявився надзвичайно важким для загального моделювання.
Так багато екологічних факторів визначають, як вода втрачається або споживається в резервуарі—сонячна інтенсивність, вітер, вологість, циркуляція води, глибина води та температура—що автори дослідження зробили висновок, що Бюро «повинно бути обережним у заявках підрядника щодо заощаджень на випаровуванні» без конкретних досліджень для кожного конкретного місця. Ті самі фактори впливають на ефективність панелей і, як наслідок, на кількість гідроелектричної енергії, що має бути вироблено з резервуара, який вони покривають.
Доповідь також показала, що річка Колорадо має великий потенціал для плаваючої сонячної енергії—більше, ніж будь-який інший басейн на Заході. Це особливо вірно для Верхнього басейну, де Янг був у захваті від підходу Колорадо до технології.
У 2023 році штат прийняв закон, який зобов’язує кілька агентств досліджувати використання плаваючої сонячної енергії. Минулого грудня Комісія з охорони води Колорадо опублікувала свої результати та оцінювала, що штат може заощадити до 407,000 акр-футів води, впроваджуючи плаваючу сонячну енергію на певних резервуарах. Один акр-фут покриває один акр води на висоту одного фута або 325,851 галона—приблизно три роки води для родини з чотирьох осіб.
Коли Янг побачив дослідження Колорадо, що кількісно оцінює заощадження від плаваючої сонячної енергії, він відчув надію. «407,000 акр-футів з одного штату»,— сказав він. «Я сподівався, що це приверне увагу людей».
«Таку кількість води можна зберегти, використовуючи понад 100,000 акрів водної поверхні»,— сказав Коул Бедфорд, головний оператор Комісії з охорони води Колорадо, в електронному листі. «На деяких з цих резервуарів система [плавучої сонячної енергії] зменшить цінність відпочинку настільки, що вона не буде доречною»,— сказав він. «На інших, завдання з відпочинку, генерації електроенергії та збереження води можуть бути збалансовані».
Колорадо не планує розвивати ще один проект за результатами цього дослідження, і Бедфорд сказав, що технологія не є панацеєю для переговорів щодо річки Колорадо.
«Хоча плаваюча сонячна енергія є одним з інструментів у нашому арсеналі збереження води, єдиним справжнім рішенням для проблем, що виникають у басейні річки Колорадо, є перехід на стійкі та сталкові способи використання ресурсів»,— сказав він.
Деякі з найбільших і найбільш посушливих міст Заходу, таких як Фенікс і Денвер, транспортують воду з річки Колорадо до жителів, що живуть сотні миль від басейну, використовуючи комплекс інфраструктури, яка повинна надійно працювати у жорсткому терені. Як і їхні колеги на рівні штатів, водні менеджери в цих містах чули про плаваючі енергетичні установки, але кажуть, що ця технологія на сьогоднішній день є занадто молодою та дорогою для впровадження в США.
В Арізоні Центральний проект Арізони (CAP) постачає більшість води з річки Колорадо, яку використовують Фенікс, Тусон, племена та інші громади південної Арізони, через 336-мильний канал, що проходить через пустелю, і озеро Плейзент, яке є резервуаром обсягом 811,784 акр-фут.
Хоча CAP слідкує за впровадженням сонячних панелей над каналами GRIC, у них немає термінових планів збудувати сонячні установки над своїми каналами або над озером Плейзент, згідно з Дерріном Франком, заступником генерального директора CAP з операцій, енергетики, інженерії та обслуговування, частково через те, що місто Пеорія технічно володіє поверхневими водами.
Повне покриття каналу сонячними панелями, щоб заощадити 4,000 акр-футів, які випаровуються з нього, може виявитися неймовірно дорогим для CAP. «Вартість за акр-фут [збереженої води] може складати десятки, а можливо й сотні тисяч доларів»,— сказав Франком, головним чином через роботу з новими обладнанням і методами будівництва. «Врешті-решт»,— продовжив він, «ці витрати ляжуть на наших платників», що дає CAP причину шукати інші менш витратні способи збереження води, як-от програми охорони води, або шукати нові джерела води.
Зростаючі витрати, пов’язані з будівництвом сонячних панелей у воді замість на землі, роблять такі проекти неприйнятними для Denver Water, найбільшого водного підприємства Колорадо, яке транспортує воду з басейну річки Колорадо через Скелясті гори до клієнтів на передньому краї. «Плаваюча сонячна енергія не вигідна для нас з багатьох причин»,— сказав Тодд Хартман, прес-секретар компанії. «Якщо ми вирішимо додати ще сонячних ресурсів—до чого ми зараз намагаємося, то маємо чимало можливостей на суші».
GRIC витратила приблизно 5,6 мільйона доларів, профінансованих за рахунок грантів Закону про зменшення інфляції, на будівництво 3,000 футів сонячних панелей над каналом, згідно з Девідом ДеЙонгом, директором проекту для іригаційного округу спільноти.
«Якщо ви можете зберегти воду двома способами—чому б і ні?»
— Скотт Янг, колишній аналітик політики Невади
Янг усвідомлює, що немає єдиного рішення для проблем, які мучать басейн річки Колорадо, і він знає, що плаваюча сонячна енергія не є досконалою технологією. Натомість він вважає її «срібним свинцем», за його терміном, наведеним Джоном Ентсмінгером, генеральним менеджером Управління водних ресурсів Південної Невади—технологією, яку можна впроваджувати поряд із цілою низкою змін поведінки, щоб допомогти зберегти річку Колорадо.
Зважаючи на тривалість і інтенсивність посухи на Заході та зростаючий попит на воду та чисту енергію, Янг вважає, що США мають діяти негайно, щоб закріпити цю технологію в рамках управління водними ресурсами на Заході в майбутньому.
Оскільки посуха на Заході посилюється, «я думаю, що більше законодавців звернуть на це увагу»,— сказав він. «Якщо ви можете зберегти воду двома способами—чому б і ні?»
«Ми не дізнаємося, поки не спробуємо»
Якщо все пройде за планом, резервуар західної сторони GRIC буде завершений і готовий до зберігання води річки Колорадо до кінця липня. Спільнота планує покрити трохи менше 60% поверхні озера плаваючими сонячними панелями.
«Чи знаємо ми напевно, що це буде на 100% ефективно та безпечно? Ні»,— сказав ДеЙонг, проектний директор GRIC для іригаційного округу. «Але ми не знатимемо, поки не спробуємо».
Панелі GRIC матимуть кілька переваг у порівнянні з проектами на озерах Мід або Пауелл, які, напевно, не матимуть. Резервуар західної сторони не буде відкритий для відпочинку, що обмежить вплив панелей на людей. Крім того, громада вже має кошти—гранти Закону про зменшення інфляції та частину власних коштів—для фінансування проекту.
Однак амбіції GRIC в сонячній енергії можуть бути під загрозою через ворожу позицію щодо сонячної та вітрової енергії з боку Білого дому та республіканців у Конгресі, а проект може стати вразливим в умовах зростаючої нестабільності економіки. Після повернення до влади президент Дональд Трамп, за підтримки мільярдера Ілона Маска, здійснив великі скорочення в фінансуванні відновлювальної енергії в Агентстві з охорони навколишнього середовища. Невідомо, чи і в якій мірі Бюро відновлення зменшило свої грантові програми.
«Під керівництвом президента Дональда Трампа департамент працює над скороченням бюрократичних витрат та забезпеченням ефективного використання коштів платників податків»,— сказав представник Міністерства внутрішніх справ, яке контролює відновлення. «Це включає забезпечення того, щоб проекти Бюро відновлення, які використовують кошти з Закону про інфраструктурні інвестиції та робочі місця та Закону про зменшення інфляції, відповідали пріоритетам адміністрації. Проекти оцінюються окремо за періодом виконання, критичністю та іншими критеріями. Проекти були схвалені для виконання в рамках цього процесу, щоб критична робота могла продовжуватися».
Тарифи Трампа можуть спричинити збільшення витрат до межі бюджету громади, що може або зменшити розмір установки, або викликати затримки у запрошення пропозицій, зазначив ДеЙонг.
«Я знаю напевно, що це надихає цілком нове покоління захисників води—тих, хто хоче повернутися і щоб зайнятися цією передовою технологією».
— Губернатор GRIC Стівен Роу Льюіс
Хоча громада вивчатиме панелі над каналами, щоб зрозуміти вплив на ефективність сонячних панелей, аналогічне дослідження над панелями на резервуарі західної сторони не буде проводитися, хоча ДеЙонг сказав, що вони були на зв’язку з NREL щодо можливості дослідження їх. Проект буде частиною системи, яка, можливо, колись зможе компенсувати всі електричні запити та вуглецевий слід ірригаційної системи GRIC.
«Спільноті подобаються такі інноваційні проекти. Мені також подобаються такі інноваційні проекти»,— сказав губернатор GRIC Стівен Роу Льюіс, коли стояв біля каналів у квітні. Льюіс зібрав своє темне волосся в довгий хвіст і був одягнений у синю сорочку, що відповідала кольору неба.
«Я знаю точно, що це надихає нове покоління захисників води—тих, хто хоче повернутися й займатися цією передовою технологією»,— сказав він. «Я не можу бути більш гордим за нашу команду за те, що це зреалізовано».
ДеЙонг вважає, що багато інших водних менеджерів по всьому Заходу можуть багато чому навчитися з того, що відбувається в GRIC. Насправді резервуар західної сторони був навмисно побудований поблизу автомагістралі I-10, щоб люди, які проїжджають повз, могли одного дня побачити плаваючу сонячну енергію, яку спільнота має намір збудувати там.
«Це може стати зміною парадигми на Західному узбережжі США»,— сказав він. «Ми розуміємо, що всі проекти, які ми реалізуємо, є пілотними. Жоден з них не є масштабним. Але це лише початок.»