Řízení povodňových rizik pro vodní elektrárny ve Francii

Bezpečné vypouštění vody z přehrad během povodní nebo silných srážek představuje kritickou provozní výzvu. Minulé trendy ukazují nárůst extrémních denních srážek v jižní Francii, což může vést k přívalovým povodním. Očekává se, že tento trend bude pokračovat i v budoucnu. Očekává se také, že sníh a tání ledovců budou mít v dlouhodobém horizontu dopad na přítok a odtok přehrady. Ztráta hmotnosti ledovce již vykazuje konzistentní zrychlení napříč Alpami.

Výzvou pro zvládání povodní ve vodních elektrárnách je předcházet nebo minimalizovat dopady překrytí přehrady na komunity, majetek, zemědělství a ekosystémy po proudu a zároveň chránit samotné přehrady před provozním selháním a dalšími škodami. Každá vodní elektrárna představuje různou úroveň rizika a účinnost systémů PKW musí být v každém případě hodnocena zvlášť.

Systém PKW byl vyvinut v reakci na aktualizované hydrologické studie společnosti EDF, které ukázaly, že extrémní povodně postihující vodní elektrárny jsou stále častější a intenzivnější. PKW pomáhají přizpůsobit kapacitu přehrady tak, aby se vyrovnala s dopady změny klimatu, jako jsou zvýšené srážky a záplavy. Cílem systémů PKW je zvětšit povrchovou plochu pro (nad)průtok vody. Tím se zvyšuje vypouštěcí kapacita přehrady bez změny maximální hladiny nádrže. Primárním přínosem této technologie je ochrana vodních elektráren před poškozením a zároveň snížení provozních nákladů ve srovnání s alternativními systémy vrat. Mezi další přínosy patří snížení následných dopadů během silných srážek, jakož i zajištění bezpečnosti dodávek energie během těchto událostí prostřednictvím snížení provozních poruch.

Údolí Chassezac v departementu Ardèche v regionu Auvergne-Rhône-Alpes ve Francii bylo v 50. letech 20. století označeno za hydrologickou pánev s vysokým potenciálem. To vedlo k výstavbě pěti vodních přehrad a čtyř vodních elektráren, které byly postaveny v letech 1961 až 1970. Jedna z nich, přehrada Malarce, má výšku 28,4 m, délku 111 m a zadržovací kapacitu 2,3 hm³ (tj. 2,3 milionu m³). Byl uveden do provozu v roce 1968 a má výkon 16 MW.

PKW pro přehradu Malarce byla pověřena zvýšením své maximální vypouštěcí kapacity přibližně o 600 m³/ s na celkem 4600 m³/ s. Když hladina vody v přehradě překročí hladinu v přívodních nádržích, voda automaticky proudí přes PKW do výstupních nádrží, které vedou přímo do přepadového kanálu a po proudu. Tato technologie poskytuje způsob, jak přizpůsobit přehrady rostoucím povodňovým rizikům očekávaným v důsledku změny klimatu. PKW v přehradě Malarce pomáhá snižovat riziko nákladných škod na infrastruktuře přehrady a na navazujících komunitách.

Existuje několik inženýrských možností pro řízení přelití přehrady. Labyrintové přelivy mohou být instalovány pouze v určitých typech přehrad a musí být obvykle instalovány v nejranější fázi návrhu přehrady. Pro řízení průtoku jsou v mnoha stávajících přehradách zavedeny systémy s roubením. Uzavřené systémy však mohou selhat v případě nasycení v důsledku nadměrného zaplavení. PKW často představují nejefektivnější možnost řízení povodňových rizik na stávajících přehradách. PKW nemají maximální kapacitu, ale místo toho poskytují přeliv volného toku. PKW proto mohou řídit mnohem vyšší průtoky a poskytují bezpečnější řešení než uzavřené systémy, s minimálním rizikem poruchy a snadnější evakuací plovoucích nečistot. Na rozdíl od jiných technik řízení toku se PKW rovněž vyhýbají lidským chybám, protože nevyžadují lidské operátory. To je užitečné v nouzových situacích, včetně bleskových povodní a sesuvů půdy, během nichž pracovníci nemají přístup k místu.

Hlavními evropskými hráči v technologii PKW jsou Francie, Švýcarsko a Belgie. EDF nepatentovala systém PKW. Namísto toho spolupracuje na sdílení technologie PKW a poznatků s ostatními hráči v mezinárodní hydroenergetické komunitě. Několik vývojářů po celém světě (např. v Alžírsku, USA a Jižní Africe) také instaluje PKW, což svědčí o mezinárodním uznání této inovativní technologie. V roce 2015 obdržela EDF cenu Climate Solutions Award od Rámcové úmluvy Organizace spojených národů o změně klimatu na téma adaptace.

Vzhledem k tomu, že PKW představuje malou složku celkové přehrady, nemá výslovný dopad, který by byl viditelný nebo kritizovaný zúčastněnými stranami a nevládními organizacemi. Účast zúčastněných stran proto běžně není důležitou součástí instalace PKW. Nicméně, stejně jako u všech velkých stavebních projektů, všechny PKW dodržují přísné postupy posuzování vlivů na životní prostředí a musí získat vládní schválení. Tyto postupy posuzování dopadů a schvalování, například prostřednictvím programu CODERST, zahrnují konzultace s nevládními organizacemi a zúčastněnými stranami.

PKW byla implementována v různých vodních elektrárnách po celém světě. Toto široké rozpětí bylo usnadněno rozhodnutím EDF tuto technologii nepatentovat. Spolupráce původních vývojářů, kteří sdíleli technologii se zúčastněnými stranami v celé hydroenergetické komunitě, je jedním z nejdůležitějších faktorů úspěchu technologie. PKW je levné a snadno instalované řešení ve srovnání s jinými technologiemi řízení přetečení, jako jsou uzavřené systémy. Technologie PKW je navíc spolehlivá a odolná, protože nevyžaduje provoz s posádkou ani rozsáhlou údržbu. Konečně skutečnost, že první PKW byla postavena společností EDF, známou společností, která je respektována v odvětví vodní energie, pomohla přesvědčit ostatní vlastníky přehrad, aby instalovali PKW.

Výzvy týkající se PKW zahrnují vhodnost a dostupnost některých přehradních lokalit, zejména v horských oblastech. Dlouhá životnost hydroenergetické infrastruktury a trvání produktových cyklů navíc znamená, že šíření nových myšlenek a technologických řešení vyžaduje v tomto odvětví čas. Výstavba na staveništích přehrad probíhá obvykle pouze v letních měsících, což ještě více omezuje instalaci PKW.

Náklady na PKW závisí na stávající stavbě přehrady, umístění a také na rozsahu průtoku vody. Na náklady má vliv také přístupnost konstrukce přehrady a potřeby souvisejícího vybavení. V závislosti na přehradě může být instalace úprav, jako je PKW, více či méně nákladná. Instalace PKW může stát mezi 200 000 a několika miliony eur. V každém případě může být PKW nákladově efektivní a představuje relativně malou složku celkových nákladů na přehradu. Příklady instalace PKW jsou běžně uváděny jako náklady až do výše 30 % celkových nákladů. Zatímco současná technologie uzavřeného systému musí být provozována ručně a vyžaduje nákladnou pravidelnou údržbu, PKW nevyžadují provozní pracovní sílu a je nutná pouze nízká až žádná údržba.

Ve Francii neexistuje žádná právní povinnost týkající se společnosti PKW a právní předpisy v této oblasti se neočekávají. Je na majitelích přehrady, aby tuto technologii instalovali. Lepší zvládání povodní ve vodních elektrárnách je však v souladu s některými zásadami směrnice 2007/60/ES o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik.

Společnost EDF vyvinula první PKW v letech 2003 až 2005 na přehradě Goulours (Pyrenées). Doba realizace PKW se liší případ od případu. Malé projekty mohou trvat několik měsíců, zatímco větší projekty mohou trvat několik let. V obou případech vznikají omezení v důsledku sezónní povahy stavebních prací na přehradách. Doba schvalování je poměrně dlouhá a zahrnuje předběžnou studii, podrobný návrh, zadávací řízení, environmentální studie a schválení ze strany orgánů.

Je obtížné komentovat životnost těchto investic, protože technologie PKW je relativně nová a ještě nebylo dosaženo konce životnosti. Očekává se, že takové betonové konstrukce, jako jsou PKW, budou mít stejnou životnost jako vodní elektrárny nebo jiné velké stavební projekty (tj. 50–100 let).

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