Tilpasningsmuligheder for vandkraftværker

Vandkraftproduktion afhænger pr. definition af tilgængeligheden af vand og påvirkes derfor af klimaændringernes indvirkning på vandområder, hovedsagelig gennem to (modsatte) veje. Klimaændringer kan resultere i vandknaphed, hvilket fører til lavere flodstrømme og lavere akkumulering af vand i dæmninger og dermed til en lavere mængde vand, der kan passere gennem turbiner eller gennemløb af flodanlæggene for at producere elektricitet. Omvendt kan klimaændringer øge hyppigheden og intensiteten af ekstreme nedbørshændelser og fremskynde snesmeltning, hvilket fører til øget risiko for oversvømmelse. Nogle steder i EU vil være mere udsatte for problemer med vandknaphed og andre for pludselig overflod af vand: typisk forventes tørke at være en alvorlig trussel i de fleste regioner undtagen Nordeuropa, og hvad der nu engang er oversvømmelser i århundredet, vil være hyppigere i alle større europæiske vandløbsoplande (EEA, 2016). Begge fænomener kan imidlertid forekomme over hele Europa med skiftende frekvenser i et klima i forandring.

Denne variation i de forventede hydrometeorologiske ændringer i hele Europa er begrundelsen for den første tilpasningsmulighed, der behandles her. I et klimatilpasningsperspektiv er det afgørende for forsyningsselskaber, der driver vandkraftværker, at få en detaljeret forståelse af de fremtidige forhold, som hvert anlæg skal fungere under. Klimaændringerne vil resultere i sæsonmæssige variationer i vandcirklen med længere tørre perioder, hvor der vil være knaphed på vand end normalt, tidligere optøning af sne på bjergskråningerne i kilder og dermed tidligere forekomst af store tilstrømninger af smeltevand samt fremskyndet smeltning af gletsjere, hvilket vil resultere i en indledende stigning i vandtilgængeligheden efterfulgt af en forværring af vandtilgængeligheden. I mangel af infrastrukturer til styring af opstrømsstrømme kan tidlige og mere rigelige fjederstrømme være problematiske for vandløbsanlæg ved at forårsage et misforhold mellem elproduktion og -efterspørgsel.

Alle disse fænomener vil kræve en grundig revision af planlægningen af vandkraftværkers drift, vedligeholdelse og eventuelt klimasikringstekniske indgreb. Desuden vil nøjagtige scenarier være afgørende for at finde fælles løsninger til konkurrerende anvendelser i perioder med vandknaphed ved at hjælpe med at måle de faktiske behov og den sandsynlige timing af kravene fra de forskellige brugere ved siden af elværker: landbrugere, fiskeri, beboelse, vandtransport, rekreation osv. En første tilpasningsmulighed er således at opstille klimatiske og hydrometeorologiske scenarier med høj opløsning for hvert dæmningssted og for det vandløbsopland, de tilhører, på en sådan måde, at de let kan tilgås og forstås af elværkernes forvaltning og af alle andre brugere i bassinet. Med henblik herpå kan specifikke klimatjenester udformes, så de giver nøjagtige fremskrivninger af de relevante indikatorer i et tilgængeligt format.

I nogle tilfælde kan de forventede klimaforhold tyde på, at en revision af de planlagte aktiviteter måske ikke er tilstrækkelig, og at infrastrukturtilpasningen kan være i orden. Dette er især tilfældet, når der forventes en øget forekomst af ekstreme nedbørshændelser, hvilket resulterer i en øget forekomst af oversvømmelser ved dæmningssteder. Negative virkninger af dæmningsoversvømmelser omfatter overtopping, udfald, skader på udstyr og negative nedstrømspåvirkninger. Den pludselige overflod af vand som følge af oversvømmelser skal udledes sikkert for at minimere skaderne på anlægget og de nedstrøms økosystemer og menneskelige infrastrukturer og aktiviteter. Ekstrem nedbør kan også udløse hydrometeorologiske påvirkninger såsom jordskred eller overdreven siltning, hvilket kan reducere den mængde vand, der er til rådighed i et reservoir, og/eller tilstoppe vandudledningssystemet.

Der er en række tekniske muligheder, der kan anvendes til at styre dæmningsudslip, som grundlæggende kan grupperes i spillways, gated systemer og sikringspropper.

Spillways kan have forskellige designformer, der har til formål at sprede energien fra det udledte vand sikkert og samtidig sikre de ønskede udstrømningsmængder. De kan arbejde automatisk, når vandet i dæmningen når et givet niveau eller kan kobles med porte, der omdirigerer vandstrømmen ind i udslippet. Design former omfatter skakt spillways, trinvise spillways, klokke-mund spillways, syfon spillways, ogee kamme, sidekanaler, labyrint spillways og klaver-key weirs (PKW). En dæmnings tekniske karakteristika og det omgivende områdes orografi og hydrologi er afgørende for, om bestemte typer af udslip er forenelige med dæmningen: Dette indebærer, at ikke alle afløbssystemer er kompatible med alle dæmninger.

Lukkede systemer er en række porte, der er installeret langs dæmningsvæggen eller omkring klokkemundinger, og som kan åbnes for at styre reservoirets vandstand og navnlig frigive overskydende vandmængde nedstrøms i tilfælde af oversvømmelse. Again, they may be coupled with spillways to safely dissipate the kinetic energy of the discharged water. De er på plads i mange eksisterende dæmninger til flowstyring. Gated systemer kan mislykkes i tilfælde af mætning på grund af overdreven oversvømmelse.

Sikringspropper er eroderbare dele af en jorddæmning, som er beregnet til at blive skyllet ud under forudbestemte oversvømmelsesforhold. Dybest set fungerer de som buffere, der absorberer og bremser overløbet og kan ofres, fordi omkostningerne ved at genopbygge dem kun er en lille brøkdel af de omkostninger, der skulle bæres, hvis hoveddæmningen blev beskadiget. De må kun installeres, hvis der er passende geografiske og geologiske forhold i området og kompatible forhold nedstrøms (f.eks. en sadel i en rimelig afstand fra hoveddæmningen langs reservoirets kant til udledning af overskydende vand, et solidt klippefundament til stikket for at modstå erosion; en kanal til sikker afledning af overløbet fra proppen til hovedfloden for at beskytte strukturer nedstrøms).

Normalt kan installation af udslip og portsystemer kun finde sted i dæmningens konstruktionsfase, og derfor er eftermontering generelt ikke en mulighed. Dette gælder ikke for sikringsstik og PKW-systemer. Et Climate-ADAPT casestudie om styring af oversvømmelsesrisiko for franske vandkraftværker diskuterer fordele og ulemper ved PKW'er. PKW'er har nogle klare fordele i forhold til traditionelle spillways og gated systemer, såsom muligheden for installation som eftermontering inden for eksisterende dæmninger og det faktum, at de giver et frit flow spillway uden at være begrænset af maksimale kapacitetsgrænser, og dermed være i stand til at klare høje flowniveauer og arbejde under sikrere forhold end gated systemer og på en helt automatisk måde, der ikke kræver menneskelig indgriben.

En ekstrem infrastrukturtilpasningsmulighed er udvidelse af anlægskapaciteten ved at bygge større dæmninger. Dette kan give mening under særlige omstændigheder, hvor der forventes en stor stigning i vandafstrømningen i den nærmeste fremtid og længe nok til, at investeringsomkostningerne kan dækkes. Dette kan være tilfældet, når nedsmeltningen af store gletsjere forventes, som i et casestudie fra Island. Anvendeligheden af denne mulighed for EU er dog sandsynligvis meget begrænset på grund af de meget forskellige hydrometeorologiske og glaciologiske forhold.