Možnosti přizpůsobení pro vodní elektrárny

Výroba vodní energie ze své podstaty závisí na dostupnosti vody, a je proto ovlivněna dopady změny klimatu na povodí, zejména prostřednictvím dvou (protilehlých) cest. Změna klimatu může mít za následek nedostatek vody, což vede k nižším tokům řek a nižší akumulaci vody do přehrad, a tím i k nižšímu množství vody, která může procházet turbínami nebo říčními elektrárnami za účelem výroby elektřiny. Naopak změna klimatu může zvýšit četnost a intenzitu extrémních srážek a urychlit tání sněhu, což vede ke zvýšenému riziku povodní. Některá místa v celé EU budou náchylnější k problémům s nedostatkem vody a jiná k náhlému množství vody: obvykle se očekává, že sucha budou vážnou hrozbou ve většině regionů s výjimkou severní Evropy, a to, co je nyní jednou za století povodně, bude častější ve všech hlavních evropských povodích (EEA, 2016). Oba jevy se však mohou vyskytnout v celé Evropě, přičemž v měnícím se klimatu se frekvence mění.

Tato variabilita očekávaných hydrometeorologických změn v Evropě je důvodem pro první možnost přizpůsobení, která je zde diskutována. Z hlediska přizpůsobení se změně klimatu je zásadní, aby společnosti provozující vodní elektrárny podrobně porozuměly budoucím podmínkám, za nichž bude každá elektrárna provozována. Změna klimatu povede k sezónním změnám vodního kruhu s delšími obdobími sucha, během nichž bude voda vzácnější než obvykle, dřívějším rozmrazováním sněhu na horských svazích v pramenech, a tím i dřívějším výskytem velkých přítoků tající vody, jakož i zrychleným táním ledovců, což povede k počátečnímu zvýšení dostupnosti vody, po němž bude následovat zhoršení dostupnosti vody. Vzhledem k tomu, že neexistují protiproudé infrastruktury pro regulaci toku, mohou být rané a hojnější jarní toky problematické pro průtočné elektrárny, neboť způsobují nesoulad mezi výrobou elektřiny a poptávkou.

Všechny tyto jevy budou vyžadovat důkladnou revizi plánování provozu, údržby a případných inženýrských zásahů v oblasti odolnosti vodních elektráren vůči změně klimatu. Kromě toho budou mít přesné scénáře klíčový význam pro nalezení společných řešení pro konkurenční využití v obdobích nedostatku vody tím, že pomohou posoudit skutečné potřeby a pravděpodobné načasování požadavků různých uživatelů kromě elektrických zařízení: zemědělců, rybolovu, využívání obytných budov, vodní dopravy, rekreace atd. První možností přizpůsobení je tedy vytvoření klimatických a hydrometeorologických scénářů s vysokým rozlišením pro každou lokalitu přehrady a pro povodí, do něhož patří, a to tak, aby byly snadno přístupné a srozumitelné pro vedení elektrických zařízení a pro všechny ostatní uživatele v povodí. Za tímto účelem mohou být konkrétní klimatické služby navrženy tak, aby poskytovaly přesné projekce příslušných ukazatelů v přístupném formátu.

V některých případech mohou předpokládané klimatické podmínky naznačovat, že revize plánovaných činností nemusí být dostatečná a že přizpůsobení infrastruktury může být v pořádku. To platí zejména v případě, kdy se očekává zvýšený výskyt extrémních srážek, což vede ke zvýšenému výskytu záplav v místech přehrad. Nepříznivé účinky zaplavení přehrad zahrnují převýšení, výpadky, poškození zařízení a nepříznivé následné dopady. Náhlé množství vody způsobené povodněmi musí být vypouštěno bezpečně, aby se minimalizovaly škody na elektrárně a navazujících ekosystémech a lidských infrastrukturách a činnostech. Extrémní srážky mohou také vyvolat hydrometeorologické dopady, jako jsou sesuvy půdy nebo nadměrné zanášení, které mohou snížit objem vody v nádrži a/nebo ucpat systém vypouštění vody.

Existuje řada technických možností, které lze použít k řízení úniků přehrady, které mohou být v podstatě seskupeny do přelivů, uzavřených systémů a pojistkových zástrček.

Výpusti mohou mít různé konstrukční tvary, jejichž cílem je bezpečně rozptýlit energii vypouštěné vody a zároveň zajistit požadované odtokové objemy. Mohou pracovat automaticky, když voda v přehradě dosáhne dané úrovně, nebo mohou být spojeny s branami, které odvádějí tok vody do přelivu. Designové tvary zahrnují skluzové přelivy, stupňovité přelivy, přelivy zvonových ústí, syfonové přelivy, hřebeny ogee, boční kanály, labyrintové přelivy a jezy s klavírním klíčem (PKW). Technické vlastnosti přehrady a orografie a hydrologie okolí určují kompatibilitu konkrétních typů přelivů s přehradou: to znamená, že ne všechny systémy přelivů jsou kompatibilní se všemi přehradami.

Systémy s oplocením jsou řada bran instalovaných podél stěny přehrady nebo kolem přelivů v ústí zvonu, které lze otevřít za účelem řízení hladiny vody v nádrži, a zejména za účelem uvolnění přebytečného objemu vody po proudu v případě zaplavení. Opět mohou být spojeny s přelivy, aby bezpečně rozptýlily kinetickou energii vypouštěné vody. Jsou umístěny v mnoha stávajících přehradách pro řízení průtoku. Uzavřené systémy mohou selhat v případech nasycení v důsledku nadměrných povodní.

Pojistkové zástrčky jsou erodovatelné části hrází, které jsou určeny k vyplavení v předem určených zaplavovacích podmínkách. V podstatě fungují jako nárazníky, které absorbují a zpomalují přepad a mohou být obětovány, protože náklady na jejich přestavbu jsou jen malým zlomkem nákladů, které by musely být udržovány, pokud by byla poškozena hlavní přehrada. Mohou být instalovány pouze za přítomnosti vhodných geografických a geologických vlastností lokality a kompatibilních podmínek po proudu (např. sedlo v přiměřené vzdálenosti od hlavní přehrady podél okraje nádrže pro vypouštění přebytečné vody; pevný skalní základ pro zástrčku, aby odolala erozi; kanál pro bezpečné odklonění přepadu od zástrčky k hlavní řece za účelem ochrany konstrukcí po proudu).

Instalace přepadových a vratových systémů se obvykle může uskutečnit pouze ve fázi výstavby přehrady, takže dovybavení obecně není možné. To neplatí pro pojistkové zástrčky a systémy PKW. Případová studie Climate-ADAPT o řízení povodňových rizik pro francouzské vodní elektrárny pojednává o výhodách a nevýhodách PKW. PKW mají ve srovnání s tradičními přelivy a uzavřenými systémy některé jasné výhody, jako je proveditelnost instalace jako dodatečného vybavení stávajících přehrad a také skutečnost, že poskytují volný přeliv, aniž by byly omezeny maximálními limity kapacity, čímž jsou schopny zvládnout vysoké úrovně průtoku a pracovat v bezpečnějších podmínkách než uzavřené systémy a zcela automatickým způsobem, který nevyžaduje lidský zásah.

Extrémní možností přizpůsobení infrastruktury je rozšíření kapacity zařízení výstavbou větších přehrad. To může mít smysl za zvláštních okolností, kdy se očekává, že v blízké budoucnosti dojde k velkému nárůstu odtoku vody, který bude dostatečně dlouhý na to, aby umožnil návratnost investičních nákladů. Tak tomu může být v případě, kdy se očekává zhroucení velkých ledovců, jako je tomu v případové studii z Islandu. Použitelnost této možnosti pro EU je však pravděpodobně velmi omezená kvůli velmi odlišným hydrometeorologickým a glaciologickým podmínkám.

V případě služeb v oblasti klimatu je důležité zapojení příslušných potenciálních uživatelů do procesu společného navrhování služeb. Záleží tedy na tom, jak je služba zamýšlena: pokud je považována za plánovací nástroj pro přísné účely výroby vodní energie, nemusí být zapojení zúčastněných stran hlavním faktorem. Bude-li však přijata širší perspektiva a služba bude navržena tak, aby sloužila všem příslušným uživatelům povodí, povede proces společného navrhování k interakci mezi zástupci všech příslušných kategorií uživatelů. Samozřejmě, že skutečná revize plánovaných činností s ohledem na očekávané dopady změny klimatu pak bude muset být co nejinkluzivnější, aby se úspěšně minimalizovaly budoucí konflikty.

Budování nových infrastruktur, zejména rozšiřování přehrad, vyžaduje zapojení všech uživatelů povodí a dosažení dohody mezi nimi o právech na užívání vody a náhradách.

Výhody poskytování jasných ukazatelů připravených k použití pro plánování využívání vody jsou zcela zřejmé, neboť účinné plánování může být založeno pouze na přesných a dobře srozumitelných informacích. Hlavní problém je zde společný všem klimatickým službám; souvisí s obtížemi, které jsou vlastní jednak identifikaci nejmodernějších vědeckých informací, které jsou skutečně relevantní pro činnosti uživatelů, a jednak balení těchto informací tak, aby formát a jazyk použitý k jejich prezentaci byly netechnické a dostatečně přístupné pro uživatele, kteří nejsou obeznámeni s použitými vědeckými obory. Za tímto účelem má zásadní význam fáze společného návrhu.

Přizpůsobení infrastruktury je ve většině případů omezeno skutečností, že většina přepadových a vratových systémů může být vybudována pouze společně s přehradou, a proto jsou platnou možností pouze pro budoucí projekty v oblasti vodní energie. Hlavní výjimkou je systém PKW, jehož flexibilita a relativně nízké náklady byly projednány v související francouzské případové studii spolu s jeho (údajně menšími) omezeními.

Klimatické služby pro vodní elektrárny jsou obecně poměrně levné ve srovnání s investicemi do infrastruktury. V některých případech lze příslušné údaje získat z projektů, které neprovádějí přímo veřejné služby provozující zařízení, například z výzkumných projektů na úrovni EU, které mohou všem příslušným uživatelům v EU poskytnout (téměř) bezplatný přístup. Konzultační firmy mohou poskytovat více balíčků na míru za tržní ceny, ale lze očekávat, že cenový rozsah takových smluv bude v rozmezí desítek až stovek tisíc eur. Přínosy klimatických služeb se snižují na minimalizaci budoucího vystavení riziku a konfliktu s ostatními uživateli vody a optimalizaci profilu výroby energie s ohledem na očekávané změny profilů dostupnosti vody.

Dodatečná instalace infrastruktury pro kontrolu přebytečného průtoku vody může stát několik set tisíc EUR (200.000 EUR pro společnost PKW, jak uvádí francouzská případová studie) až několik milionů EUR v závislosti na specifických vlastnostech přehrady, pokud jde o umístění, strukturu a průtok vody. Primárními přínosy je jednoznačně snížení očekávaných škod na infrastruktuře vodních elektráren a na navazujících infrastrukturách a ekosystémech, ale také zvýšená schopnost řídit hladinu vody v nádrži; dovybavení proto může vést k hladšímu provozu elektrárny, což může zvýšit ziskovost. Pokud instalace těchto infrastruktur vede k vyšším průměrným objemům vody uložené v nádrži, mohlo by to vést k vyšší výrobě elektřiny, pokud to tržní podmínky dovolí, ale také ke zvýšené úloze nádrže jako nárazníku, který může zlepšit odolnost celého povodí.

Jedinými potenciálně relevantními právními aspekty jsou aspekty související s procesem povolování nových infrastruktur, jako jsou nové infrastruktury pro vypouštění vody, které zabírají dříve nedotčené části povodí, a samozřejmě výstavba větších přehrad. Na tyto projekty se vztahují vnitrostátní předpisy pro povolování nových infrastruktur.

Některé klimatické služby, které jsou rovněž relevantní pro plánování a řízení vodních elektráren, jsou již v rámci programu Copernicus k dispozici. Ad hoc smlouvy o poradenství uzavírané zprostředkovateli mohou poskytnout relevantní klimatické ukazatele během několika měsíců. U protipovodňových infrastruktur závisí doba výstavby na specifických vlastnostech přehrady a může se pohybovat v rozmezí několika měsíců až několika let. Na výstavbu větších přehrad je potřeba několik let.

Životnost klimatických služeb závisí na neustálé aktualizaci a údržbě uživatelských rozhraní, databází a modelů. U modernizace infrastruktury neexistuje jasná indikace, ale pokud je řádně udržována, lze předpokládat, že bude trvat tak dlouho, jak dlouho bude zbytková životnost přehrady (obvykle několik desetiletí). Pojistkové zástrčky mají být záměrně odplaveny při velkých povodních a jejich pravidelná rekonstrukce by měla být zvážena při plánování hydroenergetické infrastruktury, ke které patří. Očekávaná životnost nových přehrad je v průměru 50 let, ale mohou trvat až sto let, i když po 50 letech se zvyšují náklady na údržbu a rizika strukturální stability.