Dam reoperation for controlling water-related diseases: the potential for floating solar to compensate hydropower losses

Malaria is one of the leading causes of death in Sub-Saharan Africa, affecting around 200 million people in the region each year. In the proximity of hydropower reservoirs, the presence of large areas with stagnant water creates greater reproduction opportunities for Anopheles mosquitoes, and the number of disease cases is usually higher than in areas where river flow follows its natural variability. In this context, a soft mitigation strategy which is gaining much attention in recent years is controlling the water level in the lake to expose Anopheles eggs right after laying. However, this operation strategy usually leads to unacceptable losses and fluctuation in hydropower production. In this study, we evaluate the potential for floating solar technology to effectively compensate the loss in energy production occurring when avoiding the spread of malaria becomes an important factor in reservoir management. To do so, we implement a modelling framework where the floating solar plant size and the dam operation are jointly optimized with the objective of minimizing energy deficit, costs and malaria spread. As a demonstration, we study the Zambezi River, where the Kariba dam (shared between Zambia and Zambezi) is mainly operated for hydropower production. Here, we explore the potential tradeoffs between power generation and malaria spread by solving a joint planning (solar plant capacity)-control (dam operations) optimization problem using Evolutionary Multi-Objective Direct Policy Search (EMODPS). Numerical results show alternatives employing the use of floating solar minimizes the spread of malaria while increasing energy production with respect of purely management solutions. This highlights the potential of floating solar penetration in tropical climates, and the key role that the technology can play in both controlling water-related diseases and compensating hydropower production, especially in dry seasons.

La malaria é una delle principali cause di morte nell’Africa subsahariana, colpisce ogni anno circa 200 milioni di persone nella regione. In prossimitá dei bacini idroelettrici, la presenza di ampie aree con acqua stagnante crea maggiori opportunitá di riproduzione per le zanzare Anopheles e il numero di casi di malattia é generalmente piú elevato rispetto ad aree in cui il flusso del fiume segue la propria naturale variabilità. In questo contesto, una strategia di mitigazione graduale che sta guadagnando molta attenzione negli ultimi anni é quella di controllare il livello dell’acqua nel lago per esporre le uova di Anopheles subito dopo la loro deposizione. Tuttavia, questa strategia operativa di solito comporta sia perdite che fluttuazioni nella produzione di energia idroelettrica. In questo studio, valutiamo la capacitá della tecnologia solare fluttuante di compensare efficacemente la perdita di produzione di energia, che si verifica quando si vuol evitare la diffusione della malaria, diventando un fattore importante nella gestione del serbatoio. Per fare ció, implementiamo un modello in cui le dimensioni di un impianto solare galleggiante e il funzionamento della diga sono ottimizzati congiuntamente con l’obiettivo di ridurre al minimo il deficit energetico, i costi di installazione e la diffusione della malaria. Come caso di studio, ci siamo occupati del fiume Zambesi, dove la diga di Kariba (condivisa tra Zambia e Zambezi) é utilizzata principalmente per la produzione di energia idroelettrica. Abbiamo quindi esplorato i potenziali compromessi tra la generazione di energia e la diffusione della malaria risolvendo un problema di ottimizzazione combinato, ovvero sia per la pianificazione (capacitá dell’impianto solare) che per la gestione (della diga) utilizzando come metodo l’EMODPS (Evolutionary Multi-Objective Direct Policy Search). I risultati numerici mostrano alternative che, tramite l’impiego del solare galleggiante, minimizzano la diffusione della malaria aumentando la produzione di energia rispetto a soluzioni puramente gestionali. Ció evidenzia il potenziale di penetrazione del solare galleggiante nei climi tropicali e il ruolo chiave che la tecnologia puó svolgere sia nel controllo delle malattie legate all’acqua sia nella compensazione della produzione di energia idroelettrica, specialmente nelle stagioni secche.