According to regional climate models, the scenarios (even the most optimistic ones) forecasted by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) show an increase of the air temperature and a decrease of the rainfall in areas with Mediterranean climate (e.g., the Mediterranean basin, Western USA, Southern Africa and North-Eastern Brazil) [Field14], confirmed by in situ observations [Vargas10]. In some cases, a change in the precipitation regime could occur, with no net increase or decrease in the annual rainfall. In all cases, these changes are expected to be more intense over the land than over the sea. Consequently, these geographical areas will suffer a decrease in water resources [Field14], and the uses of the water available in dams will have to be modified. For instance, there will be water constraints on hydropower, i.e., use of this stored water for electricity production will become more limited, since it will have to be saved for irrigation of crops and human consumption, as occurred in Spain in 2017 due to generalized draught. Namely, a global temperature warming of 3ºC could reduce hydropower potential by 15–20% in countries such as Greece, Portugal and Spain [Tobin18]. Hydropower variability is also a current concern. Namely, if we analyze the hydroelectric production of 2017 at the 1-MW mini hydraulic Valteína dam, property of the Som Energia electrical cooperative, that year the annual production was 175.425 GWh, with a monthly average of 14.6 GWh, but varying between a minimum of 95 MWh in May to a maximum of 95 GWh in March (which actually computed for more than half of the annual production).
Meanwhile, the known environmental impact of fossil fuels on the climate change is driving a migration towards green energy, mostly from renewable energies, in order to reduce emissions of green-house gases (GHG) [deCastro19]. Renewable energies offer many options to meet the growing demand for energy, particularly in the context of pursuing economic development while considering social and environmental issues. These energy sources have the potential to provide energy services with zero (or almost) emissions of both pollutants and GHG [Koua15]. In this context, focusing on renewable energies as primary source of energy in the future is fundamental.
Future projections of wind energy density (WED) in Europe for the time periods 2021–2060 and 2061–2100, reveal a likely increase of mean annual WED over Northern and Central Europe, and a likely decrease over Southern Europe [Reyers16] (see image below), due to a likely decrease in the intensity of synoptic winds in the latter areas. These projections also predict a stronger intra-annual variability of WED over most of Europe, and thus a higher irregularity of wind energy production in future decades [Reyers16]. Other recent works suggest also a drop in WED in the mid latitudes of the Northern hemisphere [Karna17], and in Portugal, for instance, where wind power may decrease by 10 or 20% in winter and spring, and by 25 or 35% in autumn [Nogue19]. In another work, wind speed projections for Spain and Portugal show a slight downward trend for both 1961–2011 (–0.016 m/(s·decade)) and 1979–2008 (–0.010 m/(s·decade)) [Azor14]. Given this possible decrease of wind energy production from synoptic winds, it is essential to explore the wind resource associated with other regimes such as thermal winds, which show higher regularity and periodicity [Chrust13]. In addition, “as sea-breeze circulations expand both landward and seaward”, their importance will keep growing [Hughes18]. "Only northern Europe, the northwest portion of the Iberian Peninsula, the Gulf of Lyon, the Strait of Gibraltar, and the northwest coast of Turkey show no change or increase in wind power" [deCastro19]. Renewable energy is crucial in fighting climate change as it provides clean and sustainable energy sources and offers an alternative to fossil fuel combustion, which is the largest contributor to ocean and atmospheric warming.
[Spanish]
Las predicciones del Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) muestran un descenso de la precipitación y/o cambio del régimen de precipitaciones en áreas de clima Mediterráneo, como la cuenca del Mediterráneo Occidental, cambios que serán más intensos en el interior que en la costa [1–3]. Una de las consecuencias de estas amenazas debidas al calentamiento global, confirmadas por medidas in situ [4,5], es que los recursos hídricos se verán reducidos [3], y los usos del agua disponible en embalses, en éstas y otras áreas geográficas, deberán ser modificados, por ejemplo, teniendo que reservarse el agua disponible para consumo humano y riego de cultivos, mientras que su uso para producción de energía hidroeléctrica se verá más limitado, como sucedió en España en 2017 por la sequía generalizada [6]. De hecho, un calentamiento global de 3ºC podría reducir la energía hidro-eléctrica disponible en un 15–20% en países como Grecia, Portugal y España [7]. Cabe destacar también que la demanda de agua fresca se está acelerando, en línea con el incremento de la población mundial, y los estamentos políticos y la ciudadanía muestran una preocupación creciente por unos recursos hídricos en descenso o agotándose, y sobre si serán capaces de satisfacer la demanda en un escenario de escasez en el futuro que se avecina [8]. Además, en las próximas décadas, muchas presas y embalses alcanzarán el final de su vida operativa, no estando ya disponibles para producir energía hidroeléctrica a partir de entonces [9]. Asimismo, en países como España, por ejemplo, no existe un plan nacional claramente definido para sustituir o prolongar la vida de sus centrales nucleares, que en su mayoría están también cerca de finalizar su vida operativa [6,10].
Por otro lado, proyecciones futuras de output de energía eólica (Eout) para los periodos 2021–2060 y 2061–2100, revelan un incremento del promedio anual de Eout en Europa Central y Septentrional, pero un posible descenso en el Sur de Europa [11], ligado a un descenso de la intensidad de los vientos sinópticos. Estas proyecciones también predicen una variabilidad intra-anual de Eout más acusada en Europa [11], y, por tanto, una mayor irregularidad de la producción de energía eólica de vientos sinópticos en las décadas futuras. Otros estudios recientes también sugieren una caída de Eout en las latitudes medias del hemisferio norte [12]; en Portugal, por ejemplo, Eout puede caer un 10–20% en invierno y primavera, y un 25–35% en otoño [13], mientras que proyecciones de velocidad del viento en España y Portugal indican una ligera tendencia descendiente para los periodos 1961–2011 (–0.016 m/(s·década)) y 1979–2008 (–0.010 m/(s·década)). Así pues, en este escenario es interesante explorar los recursos eólicos asociados a otros regímenes de viento a aparte de los vientos sinópticos, como los vientos térmicos en zonas costeras y zonas de montaña [14].
Finalmente, la preocupación por el impacto ambiental de los combustibles fósiles (como su influencia en el cambio climático) está impulsando una migración hacia energías verdes, mayormente energías renovables [15,16], para reducir la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). Las energías renovables ofrecen una miríada de posibilidades para satisfacer la demanda creciente de energía, y en particular en el contexto de la búsqueda del desarrollo económico, teniendo en cuenta los aspectos sociales y ambientales. Estas fuentes de energía tienen el potencial de proporcionar servicios energéticos con emisiones nulas (o casi) tanto de contaminantes como de GEI [15].
[1] L. Bernstein, Climate Change 2007: Synthesis Report - Summary for Policymakers, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Valencia, Spain, 2007
[2] S. Somot, F. Sevault, M. Déqué, M. Crépon, 21st century climate change scenario for the Mediterranean using a coupled atmosphere-ocean regional climate model, Glob. Planet. Change. 63 (2008) 112–126. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2007.10.003
[3] C.B. Field, Technical summary, in: Clim. Chang. 2014 Impacts, Adapt. Vulnerability. Part A Glob. Sect. Asp. Contrib. Work. Gr. II to Fifth Assess. Rep. Intergov. Panel Clim. Chang., 1st ed., Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2014: pp. 35–94
[4] M. Vargas-Yáñez, M. Jesús García, J. Salat, M.C. García-Martínez, J. Pascual, F. Moya, Warming trends and decadal variability in the Western Mediterranean shelf, Glob. Planet. Change. 63 (2008) 177–184. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2007.09.001
[5] M. Vargas-Yáñez, F. Moya, M.C. García-Martínez, E. Tel, P. Zunino, F. Plaza, J. Salat, J. Pascual, J.L. López-Jurado, M. Serra, Climate change in the Western Mediterranean Sea 1900-2008, J. Mar. Syst. 82 (2010) 171–176. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2010.04.013
[6] X. Grau, Rebaixar el rebut de la llum és possible, Ara.Cat - Emprenem. (2017). https://emprenem.ara.cat/creixer/Rebaixar-rebut-llum-possible_0_1900609945.html (accessed January 30, 2018)
[7] I. Tobin, W. Greuell, S. Jerez, F. Ludwig, R. Vautard, M.T.H. van Vliet, F.-M. Bréon, Vulnerabilities and resilience of European power generation to 1.5oC, 2oC and 3oC warming, Environ. Res. Lett. 13 (2018) 044024. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aab211
[8] E. Ali, Wind–water hybrid system for power generation using still waters, Renew. Sustain. Energy Rev. 44 (2015) 611–613. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.01.014
[9] T. Hoium, Why wind and solar may have to fill in for America, (2017). https://www.fool.com/investing/2017/02/18/why-wind-and-solar-may-have-to-fill-in-for-america.aspx (accessed May 24, 2018)
[10] R. Rejón, El nuevo Gobierno debe decidir si prolonga otra década las centrales nucleares, Eldiario.Es. (2016). https://www.eldiario.es/sociedad/Espana-prorroga-centrales-nucleares_0_573943363.html (accessed January 26, 2018)
[11] M. Reyers, J. Moemken, J.G. Pinto, Future changes of wind energy potentials over Europe in a large CMIP5 multi-model ensemble, Int. J. Climatol. 36 (2016) 783–796. https://doi.org/10.1002/joc.4382
[12] K.B. Karnauskas, J.K. Lundquist, L. Zhang, Southward shift of the global wind energy resource under high carbon dioxide emissions, Nat. Geosci. 11 (2017) 38–43. https://doi.org/10.1038/s41561-017-0029-9
[13] M. Nogueira, P.M.M. Soares, R. Tomé, R.M. Cardoso, High-resolution multi-model projections of onshore wind resources over Portugal under a changing climate, Theor. Appl. Climatol. 136 (2019) 347–362. https://doi.org/10.1007/s00704-018-2495-4
[14] J. Mazon, J.I. Rojas, J. Jou, A. Valle, D. Olmeda, C. Sanchez, An assessment of the sea breeze energy potential using small wind turbines in peri-urban coastal areas, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. (2015). https://doi.org/10.1016/j.jweia.2015.01.002
[15] B.K. Koua, P.M.E. Kof, P. Gbaha, S. Touré, Present status and overview of potential of renewable energy in Cote d’Ivoire, Renew. Sustain. Energy Rev. 41 (2015) 907–914. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.09.010
[16] M. DeCastro, X. Costoya, S. Salvador, D. Carvalho, M. Gomez-Gesteria, F.J. Sanz-Larruga, L. Gimeno, An overview of offshore wind energy resources in Europe under present and future climate, Ann. N. Y. Acad. Sci. 1436 (2019) 70–97. https://doi.org/10.1111/nyas.13924
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