米国西部は、少なくとも過去1,200年で最悪の大干ばつに見舞われていると考えられています。
カリフォルニア州では、「ソーラーキャナル」をつくるプロジェクトが進行中です。
運河を太陽光パネルで覆うことは、数十億ガロンの水を節約し、地域で再生可能エネルギーを生み出す鍵となる可能性があります。
成功すれば、ソーラーキャナルは州全域、さらには西部各地へ展開される可能性があります。
増え続ける証拠は、米国西部が現在、過去最悪の大干ばつに見舞われていることを示唆しています。少なくとも過去1,200年で最悪です。多くの地域で地下水が過剰にくみ上げられており、乾燥、山火事、水供給の減少によって、何百万人もの人々にとって気候変動が身近な問題になっています。
私はエンジニアとして同僚たちとともに、水供給を守り、気候を保護するために再生可能エネルギーを拡大する方法に取り組んできました。
私たちはこれを「ソーラーキャナル」構想と呼んでおり、まもなくカリフォルニア州で実証試験が始まります。
約4,000マイルに及ぶ運河が州内の約3,500万人のカリフォルニア州民と、570万エーカーの農地に水を運んでいます。私たちが2021年の研究で説明したように、こうした運河を太陽光パネルで覆えば、カリフォルニア州の最も重要な資源の一つである貴重な水の蒸発を減らし、州の再生可能エネルギー目標の達成に役立つと同時に、費用も節約できます。
米国初の試作設備として、幅の広い運河と狭い運河の両方を対象としたものが、カリフォルニア州セントラルバレーで現在開発されています。カリフォルニア大学マーセド校の研究者もこのプロジェクトに参加しており、これを大規模な解決策にする方法を見極めようとしています。
水と土地を守る
カリフォルニア州は干ばつが起きやすく、水は常に懸念事項です。現在、気候の変化によって、より暑く乾燥した天候がもたらされています。
過去10年から30年にわたる深刻な干ばつによって、井戸が干上がり、当局は水の使用制限を実施し、大規模な山火事も激化しました。
同時に、カリフォルニア州は野心的な保全目標を掲げています。州には、農場、都市、野生生物、地下水のくみ上げを削減する一方で、農場、都市、野生生物、生態系に安定して水を供給する義務があります。幅広い気候変動対策の一環として、2020年10月、ギャビン・ニューサム知事はカリフォルニア州天然資源庁に対し、2030年までに陸地と沿岸水域の30％を保全する取り組みを主導するよう指示しました。
カリフォルニア州では、雨や雪の大半が冬にサクラメント以北に降りますが、水使用量の80％は主に夏季の南カリフォルニアで発生します。そのため運河が州内を縦横に走っています。これは世界最大の運河網です。暑いカリフォルニアの太陽の下で、運河が運ぶ水の約1～2％が蒸発によって失われると私たちは推定しています。
2021年の研究では、カリフォルニア州の運河4,000マイルすべてを太陽光パネルで覆えば、蒸発を減らすことで年間650億ガロンを超える水を節約できることを示しました。これは5万エーカーの農地を灌漑するか、200万人を超える人々の家庭用水需要を満たすのに十分な量です。未開発の土地に太陽光発電設備を建設する代わりに、すでに利用されている土地に集中的に設置することで、この方法は、カリフォルニア州が水と土地資源の双方について、持続可能な管理目標を達成するのに役立ちます。
気候に優しい電力
カリフォルニア州の運河を太陽光パネルで覆えば、相当量の電力を生み出せます。私たちの推計では、再生可能エネルギーの発電容量を約13ギガワット供給できる可能性があり、これは州がクリーン電力目標の達成に向けて追加する必要がある新たな電源の約半分に当たります。目標は、2030年までに電力の60％を炭素を排出しない電源で賄い、2045年までに100％再生可能エネルギーにすることです。
運河の上に太陽光パネルを設置すれば、両方のシステムの効率が高まります。太陽光パネルは、特にカリフォルニア州の暑い夏に運河からの蒸発を抑えます。また、水は陸地よりもゆっくり温まるため、パネルの下を流れる運河の水はパネルを10°F冷やし、発電量を最大3％増やす可能性があります。
こうした屋根状の構造物は、地域で発電することもでき、カリフォルニア州の多くの地域で送電ロスと消費者のコストをともに抑えられます。太陽光発電と蓄電池を組み合わせれば、農村部や十分なサービスを受けていない地域社会でマイクログリッドを構築し、電力システムの効率性と強靱性を高めることができます。これにより、異常気象、人為的ミス、山火事による停電のリスクを軽減できます。
運河をまたぐ太陽光パネルの設置費用は、地上設置型システムの建設費用より高くなると私たちは推定しています。しかし、土地費用の回避、水の節約、水生雑草の抑制、太陽光発電の効率向上など、いくつかの相乗効果を加味すると、ソーラーキャナルはより優れた投資であり、太陽光発電設備の稼働期間全体で、より低コストの電力を供給できることが分かりました。これは、大気質の改善や温室効果ガス排出削減がもたらす人の健康への恩恵を考慮する前の話です。
土地にもたらす恩恵
明確にしておくと、ソーラーキャナルの意義は、再生可能エネルギーの発電と節水だけにとどまりません。細長い太陽光パネル群を建設することで、8万エーカーを超える農地や自然生息地が太陽光発電所に転用されるのを防げる可能性があります。
カリフォルニア州は、増え続ける世界人口のために食料を生産し、米国の消費者が食べる果物、ナッツ、野菜の50％以上を生産しています。しかし、脱炭素化目標の達成に必要な新たな再生可能エネルギー発電容量の最大50％が、農業地域に設置される可能性があり、優良農地の広大な範囲も含まれます。
ソーラーキャナルの設置は、野生生物、生態系、文化的に重要な土地も守ります。大規模な太陽光発電開発は、生息地の喪失、劣化、分断を引き起こし、たとえば絶滅の危機に瀕する種であるモハーベ砂漠リクガメに害を及ぼすおそれがあります。
また、砂漠の低木地帯の植物群落に害を及ぼす可能性もあります。そこには、先住民族にとって文化的に重要な植物も含まれます。一例として、2012～2014年にソノラ砂漠とモハーベ砂漠で建設されたジェネシス太陽エネルギーセンターは、道や埋葬地を破壊し、重要な文化遺物を損傷させ、長期にわたる法的紛争を招きました。
大気と雑草を一掃する
クリーンな電力を生み出すことで、ソーラーキャナルは大気質を改善できます。
もう一つの利点は、運河をふさぐ水生雑草を抑えられることです。インドでは2014年以降、開発事業者がソーラーキャナルを建設しており、パネルが日陰をつくることで、排水路をふさぎ水の流れを妨げる雑草の成長が抑えられています。
こうした雑草の駆除には費用がかかり、除草剤は人の健康と環境を脅かします。カリフォルニア州の幅100フィートの大規模な運河では、日陰をつくることで1マイル当たり約40,000米ドルを節約できると推定しています。州全体では、年間の節約額が6,900万ドルに達する可能性があります。
カリフォルニア州にソーラーキャナルを導入する
老朽化したカリフォルニア州の電力インフラは、壊滅的な山火事や数日間にわたる停電の一因となっています。運河やその他の改変された土地にスマートな太陽光発電設備を建設すれば、水を節約し、コストを削減し、気候変動対策に貢献しながら、電力と水のインフラの強靱性を高めることができます。
カリフォルニア州サンホアキン・バレーのターロック灌漑地区は、州水資源局の支援を受け、プロジェクト開発事業者のSolar Aquagrid、研究者らと連携して、初のソーラーキャナル試作設備を建設します。
この1マイルにわたる実証プロジェクトの試作設備は、今後の実証事業とともに、運営者、開発事業者、規制当局が設計を改良し、相乗効果を評価し、こうしたシステムの性能を検証するのに役立ちます。データをさらに集めることで、ソーラーキャナルを州全域、さらには西部各地へ広げる戦略を描くことができます。
