Управление на риска от наводнения за водноелектрически централи във Франция

Безопасното освобождаване на вода от язовири по време на наводнения или обилни валежи представлява критично оперативно предизвикателство. Миналите тенденции показват увеличение на екстремните ежедневни валежи в Южна Франция, което може да доведе до внезапни наводнения. Очаква се тази тенденция да продължи и в бъдеще. Очаква се също така снегът и топенето на ледниците да окажат въздействие върху притока и изтичането на язовири в дългосрочен план. Загубата на маса на ледниците вече показва постоянно ускорение в Алпите.

Предизвикателството пред управлението на наводненията във водноелектрическите съоръжения е да се предотвратят или сведат до минимум въздействията от пресичането на язовири върху общностите надолу по веригата, собствеността, селското стопанство и екосистемите, като същевременно се защитят самите язовири от оперативни повреди и други щети. Всеки язовир за водноелектрическа енергия представлява различни нива на риск и ефективността на PKW системите трябва да се оценява поотделно за всеки отделен случай.

Системата PKW е разработена в отговор на актуализирани хидроложки проучвания на EDF, които показват, че екстремните наводнения, засягащи водноелектрическите язовири, стават все по-чести и интензивни. PKWS спомагат за адаптиране на капацитета на язовирите, за да се справят с последиците от изменението на климата, като например увеличените валежи и наводненията. Целта на PKW системите е да осигурят увеличена площ за (пре)потока на вода. Това увеличава капацитета на язовира, без да променя максималното ниво на резервоара. Основната полза от тази технология е да се защитят водноелектрическите активи от щети, като същевременно се намалят оперативните разходи в сравнение с алтернативните портови системи. Други ползи включват намаляване на въздействията надолу по веригата по време на тежки валежи, както и гарантиране на сигурността на енергийните доставки по време на такива събития чрез намалени експлоатационни повреди.

Долината на Chassezac в департамент Ardèche в региона Auvergne-Rhône-Alpes във Франция е определена като високо потенциален хидроложки басейн през 50-те години на миналия век. Това доведе до изграждането на пет водноелектрически язовира и четири водноелектрически централи, които бяха построени между 1961 и 1970 г. Един от тях, язовирът Malarce, е с височина 28,4 m, дължина 111 m и капацитет за задържане от 2,3 hm³ (т.е. 2,3 милиона m³). Той започва да функционира през 1968 г. и има мощност от 16 MW.

На PKW за язовира Malarce е възложено да увеличи максималния си капацитет за заустване с около 600 m³/s до общо 4 600 m 3/s^.Когато нивото на водата на язовира надвиши нивото във входните резервоари, водата автоматично се влива през PKW в изходните резервоари, които се движат направо в преливника и надолу по течението. Тази технология осигурява средство за адаптиране на язовирите към нарастващия риск от наводнения, очакван при изменението на климата. PKW в язовира Malarce спомага за намаляване на риска от скъпи щети на инфраструктурата на язовирите и на общностите надолу по веригата.

Има няколко инженерни възможности за управление на преливането на язовири. Лабиринтните преливници могат да бъдат инсталирани само в определени видове язовири и обикновено трябва да бъдат инсталирани на най-ранния етап на проектиране на язовира. Затворени системи са въведени в много съществуващи язовири за управление на потоците. Затворените системи обаче могат да се провалят в случаи на насищане поради прекомерно наводняване. PKWS често представляват най-ефективния вариант за управление на риска от наводнения в съществуващите язовири. PKWS нямат максимален капацитет, а вместо това осигуряват преливник със свободен поток. Следователно PKWS може да управлява много по-високи нива на потока и да осигури по-безопасно решение от затворените системи, с минимален риск от неизправност и по-лесна евакуация на плаващи отломки. За разлика от други техники за управление на потоците PKW също избягват човешка грешка, тъй като не изискват човешки оператори. Това е полезно при извънредни ситуации, включително внезапни наводнения и свлачища, по време на които работниците нямат достъп до обекта.

Основните европейски играчи в PKW технологията са Франция, Швейцария и Белгия. EDF не патентова системата PKW. Вместо това тя работи съвместно, за да сподели технологията и прозренията на PKW с други участници в международната водноелектрическа общност. Всъщност, което показва международното признание на иновативната технология, няколко разработчици по света (например в Алжир, САЩ и Южна Африка) също инсталират PKW. През 2015 г. EDF получи награда за решения в областта на климата от Рамковата конвенция на ООН по изменение на климата по темата за адаптацията.

Тъй като PKW представлява малък компонент от цялостната язовирна стена, тя не оказва изрично въздействие, което е видимо или критикувано от заинтересованите страни и НПО. Поради това участието на заинтересованите страни обикновено не е важна част от инсталацията на PKW. Въпреки това, както при всички големи строителни проекти, всички PKW следват строги процедури за оценка на въздействието върху околната среда и трябва да получат одобрение от правителството. Тези процедури за оценка на въздействието и одобрения, например чрез CODERST, включват консултации с НПО и заинтересовани страни.

PKW е внедрена в различни водноелектрически централи в световен мащаб. Това широко разпространение беше улеснено от решението на EDF да не патентова тази технология. Подходът на сътрудничество на оригиналните разработчици, които споделиха технологията със заинтересованите страни в цялата водноелектрическа общност, е един от най-важните фактори за успех на технологията. PKW е евтино и лесно инсталирано решение в сравнение с други технологии за управление на преливането, като например затворени системи. Освен това PKW технологията е надеждна и устойчива, тъй като няма нужда от пилотирани операции или широкомащабна поддръжка. И накрая, фактът, че първата PKW е построена от EDF, добре познато дружество, което е уважавано във водноелектрическия сектор, помогна да се убедят други собственици на язовири да инсталират PKW.

Предизвикателствата, свързани с PKW, включват пригодността и достъпността на някои язовирни обекти, особено в планинските райони. Освен това дългият жизнен цикъл на водноелектрическата инфраструктура и продължителността на продуктовите цикли означават, че разпространението на нови идеи и технологични решения отнема време в тази промишленост. И накрая, строителството на язовирните площадки обикновено се извършва само през летните месеци, което добавя допълнителни ограничения за инсталирането на PKW.

Цената на PKW зависи от съществуващата структура на язовира, местоположението, както и от степента на водния поток. Достъпността на структурата на язовира и свързаното с нея оборудване също оказват влияние върху разходите. В зависимост от язовира, инсталирането на модификации като PKW може да бъде повече или по-малко скъпо. Инсталирането на PKW може да струва между 200,000 и няколко милиона евро. Във всеки случай PKW може да бъде икономически ефективен, като представлява сравнително малък компонент от общите разходи за язовира. Примери за инсталация PKW редовно се цитират като заемащи до 30 % от общите разходи. Докато текущата технология на затворената система трябва да се управлява ръчно и изисква скъпа редовна поддръжка, PKW не изискват работна работна сила и са необходими само ниска или никаква поддръжка.

Няма правно задължение по отношение на PKW във Франция и не се очаква законодателство в тази област. От собствениците на язовири зависи да инсталират технологията. Въпреки това подобреното управление на наводненията във водноелектрическите съоръжения е в съответствие с някои от принципите на Директива 2007/60/ЕО относно оценката и управлението на риска от наводнения.

EDF разработва първата PKW от 2003 г. до 2005 г. в язовир Гулор (Pyrenées Mountains). Времето за изпълнение на PKW варира за всеки отделен случай. Малките проекти могат да отнемат няколко месеца, докато по-големите проекти могат да отнемат няколко години. И в двата случая ограниченията възникват поради сезонния характер на строителството на язовири. Сроковете за одобрение са доста дълги, като включват предварително проучване, подробно проектиране, тръжни процедури, екологични проучвания и одобрение от страна на органите.

Трудно е да се коментира жизненият цикъл на тези инвестиции, тъй като технологията PKW е сравнително нова и все още не е достигната края на жизнения цикъл. Очаква се такива бетонни конструкции като PKW да имат същия жизнен цикъл като водноелектрическите язовири или други големи строителни проекти (т.е. 50—100 години).

Francois Lemperiere
Initial innovator of the PKW system
E-mail: forms92@wanadoo.fr 
Tel.: +33 145344289

Ahmed Ouamane
Initial innovator of the PKW system
University of Biskra, Algeria
E-mail: a.ouamane@univ-biskra.dz 

Frederic Laugier
Dam Safety Engineer
Electricité de France (EDF)
E-mail: frederic.laugier@edf.fr  
Tel.: +33 479606245