Potenziale idroelettrico in Afghanistan ed effetti dei cambiamenti climatici : il progetto ElettriKabul

Because of the future global politics on greenhouse gases reduction, each country must be energy independent using renewable energy sources. This must be the goal of developing countries too, that through the new plants of renewable energy can guarantee better life conditions to their populations. Hydropower is a renewable energy source. The goal of this work is to evaluate the hydroelectric potential of the Kabul River Basin, in Afghanistan, to estimate the percentage of population that can use the electric energy produced in the existent plants, if these plants worked with their maximum potential. Now plants can not use all turbines because these are damaged for conflicts of the last decades. An hydrological model has been calibrated for this scope, to evaluate the water availability during the year and in different years, in the basin and sub-basins, and in different climatic and morphologic areas of the afghan territory. The second goal of the work is to repeat the evaluation for the future, until the end of the century, to highlight effects of climate change on the management of water resources and on the electric energy production. For the hydrologic model, observed on the ground data of temperature and precipitation, available for Afghanistan and Pakistan, are used as input. Then, other data are added: data of the APHRODITE project and precipitation data of the satellite of the Tropical Rainfall Measuring System (TRMM). In the end, for the calibration, discharge data of the USGS, in some sections of the river, are used. The model gives as output the discharge in defined sections, in this case in the proximity of the plants, and the different contributions to the flux. With the results of the model, the management of reservoirs of plants is simulated, and the available discharge for hydroelectric is calculated. The estimation of produced electric energy is done considering plants as run-of-river too, to show the differences between the two methods of plant management. Finally, the hydrologic model is used to simulate the hydrologic cycle until 2100 to estimate the future discharge and the future electric energy produced in the existent plants. Three climatic scenarios RCP (Representative Concentration Pathways), individuated by the Fifth Assessment Report of IPCC in base on mitigation politics, are considered: RCP 2.6, 4.5, 8.5. For each scenario, data of temperature and precipitation from three global climatic models are used: EC–Earth, ECHAM6, CCSM4. For each model a downscaling operation is done, to obtain data with a similar resolution to hydrologic model’s one (3 km x 3 km). Each model has shown an increase of future temperature, but different pathways of precipitation, so, of discharge.

Nell’ottica delle future politiche globali di riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra, ciascun Paese deve avere come obiettivo quello di raggiungere l’autosufficienza energetica tramite fonti di energia rinnovabile. Questo deve essere anche lo scopo dei Paesi in via di sviluppo, che tramite l’installazione di nuovi impianti ad energia rinnovabile potrebbero garantire condizioni di vita migliori alle loro popolazioni. L’energia idroelettrica si colloca fra queste fonti di energia rinnovabile. Lo scopo di questo elaborato è quello di valutare il potenziale idroelettrico del bacino del fiume Kabul, in Afghanistan, per stimare la popolazione che potrebbe essere servita se gli impianti esistenti funzionassero al massimo della loro potenzialità, cosa che attualmente non avviene a causa delle condizioni di questi impianti, in parte danneggiati dai continui conflitti che si sono svolti nel Paese negli ultimi decenni. Con questo obiettivo è stato calibrato un modello idrologico per il bacino, cioè un modello matematico che simuli il ciclo idrologico, che permetta di valutare l’andamento della disponibilità della risorsa idrica nel corso dell’anno e durante gli anni, che sia affidabile anche a scala di sottobacino e per le diverse aree climatiche e morfologiche che caratterizzano il territorio afghano. Il secondo obiettivo dell’elaborato è quello di ripetere la valutazione anche per il futuro, fino a fine secolo, per evidenziare gli effetti che i cambiamenti climatici avranno sulla gestione delle risorse idriche e sulla produzione di energia elettrica. Per il modello idrologico sono stati utilizzati come input dati di temperatura e precipitazione osservati al suolo a disposizione dell’Afghanistan e di parte del Pakistan, Nazione di cui fa parte un’area del bacino del fiume Kabul. Questi dati sono successivamente stati integrati con i dati del progetto APHRODITE e con i dati di precipitazione provenienti dal satellite del Tropical Rainfall Measuring System (TRMM). Infine, per la calibrazione del modello sono stati utilizzati dati di portata misurata in alcune sezioni del bacino, fornite dall’USGS. Il modello fornisce in output sia le portate nelle sezioni di chiusura considerate, in questo caso le sezioni corrispondenti alle dighe, sia i contributi al deflusso idrologico. Con i risultati del modello è stata simulata la gestione degli invasi a monte degli impianti idroelettrici, da cui è stata calcolata la portata disponibile per la produzione di energia elettrica. Il calcolo dell’energia elettrica prodotta è stato effettuato anche considerando gli impianti ad acqua fluente, per mostrare le differenze dei due metodi di gestione degli impianti. Infine, il modello idrologico è stato utilizzato per simulare il ciclo idrologico futuro fino al 2100 e stimare le portate che si avranno in alveo, da cui nuovamente calcolare l’energia elettrica che sarà possibile produrre negli impianti esistenti. Sono stati considerati tre diversi scenari climatici RCP (Representative Concentration Pathways) individuati dal Quinto Rapporto sul clima dell’IPCC in base a tre diverse politiche di mitigazione: RCP 2.6, 4.5, 8.5. Per ogni scenario sono stati utilizzati i dati di temperatura e precipitazione forniti da tre modelli climatici globali: EC–Earth, ECHAM6 e CCSM4. Per ogni modello è stato necessario fare un’operazione di downscaling per ottenere i dati ad una risoluzione paragonabile a quella del modello idrologico utilizzato (3 km x 3 km). Ogni modello ha mostrato un aumento futuro delle temperature, ma ha fornito risultati diversi, sia aumenti che riduzioni a seconda del modello, in termini di precipitazione, quindi di portata.