Варианти за адаптиране на водноелектрически централи

Производството на водноелектрическа енергия по дефиниция зависи от наличието на вода и следователно е повлияно от въздействието на изменението на климата върху водните басейни, главно чрез два (противоположни) пътя. Изменението на климата може да доведе до недостиг на вода, което води до по-ниски речни потоци и по-ниско натрупване на вода в язовири, а оттам и до по-малко количество вода, което може да преминава през турбини или течения на речните централи за генериране на електроенергия. От друга страна, изменението на климата може да увеличи честотата и интензивността на екстремните валежи и да ускори топенето на сняг, което води до повишен риск от наводнения. Някои места в ЕС ще бъдат по-податливи на проблеми с недостига на вода, а други — към внезапно изобилие на вода: обикновено се очаква сушите да бъдат сериозна заплаха в повечето региони, с изключение на Северна Европа, а наводненията, които сега са веднъж на век, ще бъдат по-чести във всички големи европейски речни басейни (ЕАОС, 2016 г.). И двата феномена обаче могат да се появят в цяла Европа с променящи се честоти в променящ се климат.

Тази променливост на очакваните хидрометеорологични промени в цяла Европа е обосновката за първия вариант за адаптация, разгледан тук. От гледна точка на адаптирането към изменението на климата е от решаващо значение комуналните дружества, работещи с водноелектрически централи, да получат подробна представа за бъдещите условия, при които всяка централа ще работи. Изменението на климата ще доведе до сезонни колебания на водния кръг, с по-дълги периоди на суша, по време на които водата ще бъде по-оскъдна от обикновено, по-ранно размразяване на снега по планинските склонове на изворите и по-ранна поява на големи притоци на топяща се вода, както и ускорено топене на ледниците, което ще доведе до първоначално увеличаване на наличността на вода, последвано от влошаване на наличието на вода. При липса на инфраструктури за контрол на потоците нагоре по веригата, ранните и по-изобилни пролетни потоци могат да бъдат проблематични за излитащите централи, тъй като водят до несъответствие между производството и търсенето на електроенергия.

Всички тези явления ще изискват задълбочено преразглеждане на планирането на експлоатацията, поддръжката и евентуално инженерните интервенции на водноелектрическите централи. Освен това точните сценарии ще бъдат ключови, за да се намерят общи решения за конкурентни употреби по време на периоди на недостиг на вода, като се подпомогне измерването на действителните нужди и вероятния график на търсенето от страна на различните потребители, освен електрическите комунални услуги: земеделски стопани, рибарство, жилищно ползване, воден транспорт, отдих и т.н. По този начин първата възможност за адаптиране е създаването на климатични и хидрометеорологични сценарии с висока разделителна способност за всеки язовир и за речния басейн, към който принадлежат, така че те да могат лесно да бъдат достъпни и разбрани от управлението на електрическите комунални услуги и от всички други потребители в басейна. За тази цел специфичните услуги, свързани с климата, могат да бъдат проектирани така, че да предоставят точни прогнози на съответните показатели в достъпен формат.

В някои случаи прогнозните климатични условия може да предполагат, че преразглеждането на планираните дейности може да не е достатъчно и че е възможно инфраструктурната адаптация да е в ред. Такъв е по-специално случаят, когато се очаква увеличаване на екстремните валежи, което води до увеличаване на наводненията в язовирните площадки. Неблагоприятните последици от наводняването на язовири включват претоварване, прекъсвания, повреди на оборудването и неблагоприятни въздействия надолу по веригата. Внезапното изобилие на вода, дължащо се на наводнения, трябва да се зауства безопасно, за да се сведат до минимум щетите за централата и за екосистемите надолу по веригата, както и за човешките инфраструктури и дейности. Екстремните валежи могат също така да предизвикат хидрометеорологични въздействия като свлачища или прекомерно навиване, което може да намали наличния обем вода в резервоара и/или да запуши системата за изхвърляне на вода.

Има редица инженерни опции, които могат да бъдат приложени за управление на разливи на язовири, които могат да бъдат групирани в преливници, затворени системи и предпазители.

Преливниците могат да имат различни дизайнерски форми, насочени към безопасно разсейване на енергията на заустваната вода, като същевременно осигуряват желаните обеми на оттичане. Те могат да работят автоматично, когато водата в язовира достигне дадено ниво или може да бъде съчетана с порти, които отклоняват водния поток към преливника. Дизайнерските форми включват преливници за улеи, стъпаловидни преливници, преливници за камбанария, сифонни преливници, огейски гребени, странични канали, преливници на лабиринт и бентове на клавишите за пиано (PKW). Техническите характеристики на язовира и на орографията и хидрологията на околния район определят съвместимостта на специфични видове преливници с язовира: това означава, че не всички преливни системи са съвместими с всички язовири.

Затворените системи са серия от порти, инсталирани по стената на язовира или около преливниците на камбаната, които могат да бъдат отворени за управление на нивото на водата в резервоара и по-специално за освобождаване на излишния обем вода надолу по течението в случай на наводнение. Отново, те могат да бъдат съчетани с преливници за безопасно разсейване на кинетичната енергия на заустваната вода. Те са разположени в много съществуващи язовири за управление на потоците. Затворените системи могат да се провалят в случаи на насищане поради прекомерно наводняване.

Предпазителите са ерозими части на земен язовир, които са предназначени да се измиват при предварително определени условия на наводнение. По принцип те действат като буфери, които абсорбират и забавят преливника и могат да бъдат пожертвани, защото цената на възстановяването им е само малка част от разходите, които би трябвало да се поддържат, ако основният язовир бъде повреден. Те могат да бъдат инсталирани само при наличие на подходящи географски и геоложки характеристики на площадката и при съвместими условия надолу по течението (напр. седло на разумно разстояние от главния язовир по ръба на резервоара за изхвърляне на излишната вода; солидна скална основа за щепсела, за да издържа на ерозия; канал за безопасно отклоняване на преливника от щепсела към главната река, за да се защитят структурите надолу по веригата).

Обикновено инсталирането на преливници и портални системи може да се извършва само по време на фазата на изграждане на язовира, като по този начин модернизирането обикновено не е опция. Това не се отнася за предпазители и PKW системи. В проучване на Climate-ADAPT относно управлението на риска от наводнения за френските водноелектрически централи се обсъждат плюсовете и минусите на PKW. PKWS имат някои ясни предимства в сравнение с традиционните преливници и затворени системи, като например осъществимостта на инсталирането като преоборудване в рамките на съществуващите язовири и факта, че те осигуряват преливник за свободен поток, без да бъдат ограничавани от максималните ограничения на капацитета, като по този начин са в състояние да се справят с високите нива на потока и да работят при по-безопасни условия от затворените системи, и по напълно автоматичен начин, който не изисква човешка намеса.

Екстремна инфраструктурна адаптация е разширяването на капацитета на централата чрез изграждане на по-големи язовири. Това може да има смисъл при особени обстоятелства, при които се очаква в близко бъдеще да настъпи голямо увеличение на водния отток и достатъчно дълго, за да се даде възможност за възстановяване на инвестиционните разходи. Такъв може да бъде случаят, когато се очаква разтопяване на големи ледници, както в проучване на случай от Исландия. Приложимостта на този вариант по отношение на ЕС обаче вероятно е много ограничена поради много различните хидрометеорологични и ледникови условия.