Modifica del potenziale idroelettrico in risposta al cambiamento climatico in alcuni impianti idroelettrici in Etiopia

The aim of this thesis is to evaluate the influence of climate change on three hydropower plants located in Ethiopia. The plants are: Gerd, Gibe I, Gibe II and Gibe III. The Gerd hydropower plant is in the Blue Nile area but threst of the plants are in the Omo region, in the south of Ethiopia, so the areas have two different hydrological behavior. A hydrological model, by Politecnico di Milano, is used to describe the areas with two components: the hydrological budget and the flow routing. It is a semi-distributed model, because it does the hydrological-budget for every cell, but the flow routing does not consider the presence of channels in the cells. All the discharges are transmitted to the near cells. The model has to be calibrated with historical precipitation and temperature data (1965-1988). In the reports AR5 and AR6 there are the projection of temperature an precipitation up to 2100, but they are large scale projections. With the downscaling the projections are transformed from large scale to small scale, usable in hydrological model. Then, with a optimization model of the hydropower production, it is evaluated the hydropower potential in 2040-2049 and 2090-2099, compared with 2010-2019. There will be an increase of production, because the discharges increase up to 2099. But the increase is higher in the middle of the century, and smaller at the end, in the Gerd and Gibe III hydropower plants. They damp the effects of climate change with the tank dimensions (Gerd) and the management rules (Gibe III). In Gibe I there will be a decrease of production, because the discharge decrease. In conclusion, there will be influence of climate change, and the production will change. Initially the production will increase, because the precipitation, so the discharges, will increase. At the end of the century the will, also, increase of production, but the will be less than the middle of century. The increase of production is an effect of climate change, because the tropical zone increase her influence, but in the long term the discharges will decrease and as a result the production.

Lo scopo della tesi è quello di prevedere il cambiamento del potenziale idroelettrico in tre bacini artificiali in Etiopia, Gerd, Gibe I, II e III. Partendo dai dati di precipitazione e temperatura misurati, si è utilizzato il modello idrologico sviluppato dal D.I.C.A del Politecnico di Milano, che esegue un bilancio idrologico ed un flow-routing per trovare la portata in una seziona di chiusura. Dalle previsioni di temperatura e precipitazione contenute nell'AR5 e AR6 con il downscaling si sono ricavati i dati futuri puntuali nelle stazioni di calibrazioni. Riutilizzando il modello idrologico con le nuove informazioni di temperatura e precipitazione si sono costruite 21 serie di portate dal 1989 al 2100. Si parla di 21 serie perchè nei report 'AR5 e AR6 si considerano diversi scenari di emissioni e di sviluppo socio-economici. Nello specifico nell'AR5 sono considerati percorsi di emissione detti RCP che comprendono un futuro in cui ci saranno riduzioni nelle emissioni ad un futuro con incremento delle stesse e conseguentemente incremento della temperatura oltre i 2 ° C. Il rapporto $AR6$ considera invece degli scenari socio-economici, detti SSP, con una forbice che comprende scenari di crescita sostenibile e scenari di crescita non-sostenibile senza cura verso le politiche ambientali. Dalle serie future si è implementata l'ottimizzazione degli impianti, puntando al massimo guadagno che il gestore potrebbe ottenere, con le portate in ingresso, volumi a disposizione e caratteristiche degli impianti. Ogni impianto è stato trattato indipendentemente. Le simulazioni future mostrano risultati diversi a seconda dell'impianto. L'impianto di Gerd grazie al volume invasato, riuscirà a limitare gli effetti del cambiamento climatico, però a fine secolo si cominciano a vedere i cali di produzione rispetto a metà secolo. L'impianto di Gibe I risentirà dei cambiamenti, con evidenti cali di produzione. L'ultimo impianto mostra degli incrementi di produzione, perchè aumenta la portata in ingresso, ma sono degli incrementi molto piccoli, quasi trascurabili, sia a metà che fine secolo. In conclusione, essendo i bacini idrografici, guidati dalle piogge, con aumenti di quest'ultime a seguito delle maggiori evapotraspirazione dovute all'incremento di temperatura, aumenteranno i deflussi alle dighe. Conseguentemente aumenterà la produzione, ma questa sarà una situazione provvisoria, che muterà con riduzioni di portata verso fine secolo, e diminuzione della produzione.