越来越多的证据表明，美国西部现在正处于至少 1200 年来最严重的特大干旱之中。许多地方的地下水供应被过度抽取，干旱、野火和供水萎缩正在使数百万人的气候变化成为个人问题。
作为一名工程师，我一直在与同事一起研究保护供水和促进可再生能源以保护气候的方法。
我们称之为太阳能运河解决方案，它即将在加利福尼亚进行测试。
大约4,000 英里的运河将水输送到全州约 3500 万加利福尼亚人和 570 万英亩的农田。正如我们在 2021 年的一项研究中所解释的那样，用太阳能电池板覆盖这些运河将减少宝贵的水(加利福尼亚最重要的资源之一)的蒸发，并有助于实现该州的可再生能源目标，同时还能节省资金。
美国的第一批大跨度和窄跨度运河原型现在正在加利福尼亚的中央山谷开发。加州大学默塞德分校的研究人员参与了该项目，我们将努力确定这如何成为一个大规模的解决方案。
节约用水和土地
加州容易发生干旱，水是一个持续关注的问题。现在，气候变化带来了更热、更干燥的天气。
过去 10 到 30 年的严重干旱导致水井干涸，导致官员实施限水并引发大规模野火。
与此同时，加州也有雄心勃勃的保护目标。该州的任务是减少地下水抽取，同时保持对农场、城市、野生动物和生态系统的可靠供应。作为一项广泛的气候变化倡议的一部分，2020 年 10 月，州长加文·纽森 (Gavin Newsom) 指示加州自然资源局带头努力，到 2030 年保护 30% 的土地和沿海水域。
加利福尼亚州的大部分雨雪在冬季落在萨克拉门托以北，而其 80% 的用水量发生在南加州，主要是在夏季。这就是为什么运河蜿蜒穿过该州——它是世界上最大的此类系统。我们估计，它们携带的大约 1%-2% 的水在加州炎热的阳光下蒸发掉了。
在 2021 年的一项研究中，我们表明，用太阳能电池板覆盖加利福尼亚州所有 4,000 英里的运河将通过减少蒸发每年节省超过 650 亿加仑的水。这足以灌溉 50,000 英亩的农田或满足超过 200 万人的住宅用水需求。通过将太阳能装置集中在已经被使用的土地上，而不是在未开发的土地上建造，这种方法将帮助加州实现其水资源和土地资源的可持续管理目标。
气候友好型电力
用太阳能电池板遮蔽加利福尼亚的运河将产生大量电力。我们的估计表明，它可以提供约 13 吉瓦的可再生能源容量，这大约是该州为实现其清洁电力目标而需要增加的新能源的一半：到 2030 年 60% 来自无碳能源，到 2045 年 100% 来自可再生能源.
在运河上安装太阳能电池板使这两个系统都更加高效。太阳能电池板将减少运河的蒸发，尤其是在加利福尼亚炎热的夏季。而且由于水的升温速度比陆地慢，因此在面板下方流动的运河水可以将面板冷却 10 华氏度，从而将发电量提高 3%。
这些檐篷还可以在加利福尼亚的许多地方本地发电，从而降低输电损耗和消费者的成本。将太阳能与电池存储相结合有助于在农村地区和服务欠缺的社区建设微电网，使电力系统更加高效和有弹性。这将降低因极端天气、人为错误和野火而导致电力损失的风险。
我们估计，用太阳能电池板跨越运河的成本将高于建造地面安装系统。但是，当我们加入一些共同利益时，例如避免土地成本、节水、减少水草和提高光伏效率，我们发现太阳能运河是更好的投资，并且在太阳能的整个生命周期内提供的电力成本更低安装。这是在考虑改善空气质量和减少温室气体排放对人类健康的好处之前。
对土地的好处
需要明确的是，太阳能运河不仅仅是产生可再生能源和节约用水。建造这些又长又薄的太阳能电池阵列可能会阻止超过 80,000 英亩的农田或自然栖息地被转换为太阳能发电场。
加州为不断增长的全球人口种植粮食，生产美国消费者食用的水果、坚果和蔬菜的 50% 以上。然而，为实现脱碳目标，高达 50% 的新可再生能源产能可以位于农业区，包括大片优质农田。
太阳能运河装置还将保护野生动物、生态系统和具有重要文化意义的土地。大规模的太阳能开发可能导致栖息地丧失、退化和破碎化，这可能会伤害受威胁的物种，例如莫哈韦沙漠龟。
它们还会伤害沙漠中的植物群落，包括对土著部落具有重要文化意义的植物。例如，2012-2014 年在索诺兰和莫哈韦沙漠建造的创世纪太阳能中心破坏了小径和墓地，并损坏了重要的文物，引发了旷日持久的法律冲突。
清除空气 - 和杂草
通过产生清洁电力，太阳能运河可以改善空气质量。
另一个好处是抑制阻塞运河的水草。在印度，开发商自 2014 年以来一直在建造太阳能运河，太阳能板的遮荫限制了杂草的生长，这些杂草堵塞了排水沟并限制了水流。
与这些杂草作斗争是昂贵的，除草剂威胁人类健康和环境。对于加利福尼亚州 100 英尺宽的大型运河，我们估计遮荫运河每英里可节省约 40,000 美元。在全州范围内，每年可节省 6900 万美元。
将太阳能运河带到加利福尼亚
加州老化的电力基础设施导致了灾难性的野火和多日停电。在运河和其他受干扰的土地上建设智能太阳能开发项目可以使电力和水利基础设施更具弹性，同时节约用水、降低成本并帮助应对气候变化。
位于加利福尼亚州圣华金河谷的 Turlock 灌溉区将与项目开发商 Solar Aquagrid、研究人员和其他人合作建造第一个太阳能运河原型，并得到州水资源部的支持。
这个长达一英里的示范项目中的原型以及未来的试点将帮助运营商、开发商和监管机构改进设计、评估协同效益并评估这些系统的性能。有了更多的数据，我们就可以制定出在全州甚至整个西部扩展太阳能运河的战略。
