Možnosti přizpůsobení vodních elektráren

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 vést k nedostatku vody, což vede k nižším průtokům řek a nižší akumulaci vody do přehrad, a tudíž k nižšímu množství vody, která může procházet turbínami nebo proudem říčních elektráren za účelem výroby elektřiny. Změna klimatu může naopak 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 závažnou hrozbou ve většině regionů s výjimkou severní Evropy, a povodně, které se v současnosti vyskytují jednou za století,budou častější ve všech hlavních evropských povodích ( EEA, 2016). Oba jevy se však mohou vyskytnout po celé Evropě, přičemž v měnícím se klimatu se mění frekvence.

Tato variabilita očekávaných hydrometeorologických změn v Evropě je důvodem pro první variantu přizpůsobení, která je zde diskutována. Z hlediska přizpůsobení se změně klimatu je zásadní, aby podniky provozující vodní elektrárny podrobně porozuměly budoucím podmínkám, v nichž bude každá elektrárna provozována. Změna klimatu bude mít za následek sezónní změny vodního kruhu s delšími obdobími sucha, během nichž bude voda vzácnější než obvykle, dřívější rozmrazování sněhu na horských svazích v pramenech, a tudíž dřívější výskyt velkých přílivů tající vody, jakož i urychlené tání ledovců, které bude mít za následek počáteční zvýšení dostupnosti vody následované zhoršením dostupnosti vody. Vzhledem k tomu, že neexistuje infrastruktura pro řízení toku v horní části toku, mohou být časné a hojnější jarní toky problematické pro provozy na řece, neboť způsobují nesoulad mezi výrobou elektřiny a poptávkou po ní.

Všechny tyto jevy budou vyžadovat důkladnou revizi při plánování provozu, údržby a případných inženýrských zásahů do odolnosti vodních elektráren vůči změně klimatu. Přesné scénáře budou navíc klíčové pro nalezení společných řešení pro konkurenční využití v obdobích nedostatku vody tím, že pomohou odhadnout skutečné potřeby a pravděpodobné načasování požadavků různých uživatelů kromě elektrických zařízení: zemědělci, rybolov, rezidenční využití, vodní doprava, rekreace atd. První možností přizpůsobení je tedy vytvoření klimatických a hydrometeorologických scénářů s vysokým rozlišením pro každou lokalitu přehrady a pro povodí, k němuž patří, a to způsobem, který je snadno přístupný a srozumitelný vedení elektrických zařízení a všem ostatním uživatelům v povodí. Za tímto účelem mohou být konkrétní služby v oblasti klimatu 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 srážkových jevů, což vede ke zvýšenému výskytu povodní na místech přehrad. Nepříznivé účinky zaplavení přehrady zahrnují překrytí, 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 dostupné 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.

Roztoky mohou mít různé konstrukční tvary, jejichž cílem je bezpečně rozptýlit energii vypouštěné vody a zároveň zajistit požadované objemy odtoku. Mohou pracovat automaticky, když voda v přehradě dosáhne dané úrovně, nebo mohou být spojeny s branami, které odvádějí průtok vody do přelivu. Konstrukční tvary zahrnují skluzy, stupňovité přelivy, přelivy zvon-ústí, přelivy syfonu, hřebeny ogee, boční kanály, labyrintové přelivy a jezy klavírních kláves (PKW). Technické vlastnosti přehrady a orografie a hydrologie okolí určují kompatibilitu konkrétních typů přelivů s přehradou: To znamená, že ne všechny přepadové systémy jsou kompatibilní se všemi přehradami.

Otevírací systémy jsou řada bran instalovaných podél stěny přehrady nebo kolem 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 zavedeny v mnoha stávajících přehradách pro řízení průtoku. Gated systémy mohou selhat v případech nasycení v důsledku nadměrného zaplavení.

Pojistkové zátky jsou erodovatelné části zemní přehrady, které jsou určeny k vymytí v předem stanovených podmínkách zaplavení. V podstatě fungují jako nárazníky, které absorbují a zpomalují přetečení a mohou být obětovány, protože náklady na jejich přestavbu jsou jen malým zlomkem nákladů, které by musely být zachovány, pokud by byla poškozena hlavní přehrada. Mohou být instalovány pouze za přítomnosti vhodných zeměpisných a geologických charakteristik lokality a slučitelných 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 ze zástrčky do hlavní řeky za účelem ochrany konstrukcí po proudu).

Instalace přelivů a vratových systémů se obvykle může uskutečnit pouze ve fázi výstavby přehrady, takže dovybavení obecně není možné. To neplatí pro pojistkové zástrčky a PKW systémy. 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 určité jasné výhody, jako je proveditelnost instalace jako modernizace stávajících přehrad a skutečnost, že poskytují přeliv volného toku, aniž by byly omezeny maximálními limity kapacity, a jsou tak schopny vyrovnat se s vysokými úrovněmi 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, a to dostatečně dlouho na to, aby bylo možné pokrýt investiční náklady. 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.