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 løbe af flodanlæggene for at generere elektricitet. Omvendt kan klimaændringer øge hyppigheden og intensiteten af ekstreme nedbørshændelser og fremskynde snesmeltning, hvilket fører til øget oversvømmelsesrisiko. Nogle steder i hele 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 er oversvømmelser én gang i et århundrede, vil være hyppigere i alle større europæiske vandløbsoplande (EEA, 2016). Begge fænomener kan dog forekomme over hele Europa med skiftende frekvenser i et skiftende klima.

Denne variabilitet i de forventede hydrometeorologiske ændringer i Europa er begrundelsen for den første tilpasningsmulighed, der drøftes her. I et klimatilpasningsperspektiv er det afgørende for forsyningsselskaber, der driver vandkraftværker, at få en detaljeret forståelse af de fremtidige forhold, som hvert anlæg vil fungere under. Klimaændringerne vil resultere i sæsonmæssige variationer i vandcirklen med længere tørre perioder, hvor vand vil være knappere end normalt, tidligere optøning af sne på bjergskråningerne i kilder og dermed tidligere forekomst af store tilstrømninger af smeltende vand 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 regulering af opstrømsstrømme kan tidlige og mere rigelige forårsstrømme være problematiske for vandløbsanlæg ved at forårsage et misforhold mellem elproduktion og -efterspørgsel.

Alle disse fænomener vil kræve en grundig revision af planlægningen af vandkraftværkernes 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 ud over 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 forvaltningen af elværker og af alle andre brugere i oplandet. 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 en tilpasning af infrastrukturen kan være i orden. Dette er navnlig tilfældet, når der forventes en øget forekomst af ekstreme nedbørshændelser, hvilket resulterer i en øget forekomst af oversvømmelser på dæmningssteder. Skadelige virkninger af dæmningsoversvømmelser omfatter overfyldning, udfald, beskadigelse af 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. Ekstreme nedbørshændelser kan også udløse hydrometeorologiske påvirkninger såsom jordskred eller overdreven tilsmudsning, 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 håndtere dæmningsspild, som grundlæggende kan grupperes i spildveje, indkapslede systemer og sikringsstik.

Spillways kan have forskellige designformer, der har til formål at sprede energien fra det udledte vand sikkert, samtidig med at de ønskede udstrømningsmængder sikres. De kan arbejde automatisk, når vandet i dæmningen når et givet niveau eller kan kobles med porte, der omdirigerer vandstrømmen ind i udslippet. Designformer omfatter chute spillways, trindelte spillways, klokke-mund spillways, syphon spillways, ogee crests, sidekanaler, labyrint spillways og piano-key weirs (PKW). De tekniske karakteristika ved en dæmning og det omgivende områdes orografi og hydrologi er afgørende for, om specifikke typer af udslip er forenelige med dæmningen: Dette indebærer, at ikke alle udslipningssystemer er kompatible med alle dæmninger.

Gated-systemer er en række porte, der er installeret langs dæmningens væg eller omkring klokkemundinger, og som kan åbnes for at styre reservoirets vandstand og navnlig for at frigive overskydende vandmængde nedstrøms i tilfælde af oversvømmelse. Igen kan de kombineres med spillways for sikkert at sprede den kinetiske energi af det udledte vand. De er på plads i mange eksisterende dæmninger til flow management. Gated systemer kan mislykkes i tilfælde af mætning på grund af overdreven oversvømmelse.

Sikringspropper er eroderbare sektioner af en jorddæmning, der er designet til at vaske 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 opretholdes, hvis hoveddæmningen blev beskadiget. De kan kun installeres i nærværelse af egnede geografiske og geologiske forhold på lokaliteten og af kompatible nedstrømsforhold (f.eks. en sadel i en rimelig afstand fra hoveddæmningen langs reservoirets rand for at udlede overskydende vand, et solidt klippefundament til proppen for at modstå erosion, en kanal til sikkert at omdirigere overløbet fra proppen til hovedfloden for at beskytte nedstrømsstrukturer).

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

En ekstrem infrastrukturel tilpasningsmulighed 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. Anvendelsen af denne mulighed på EU er dog sandsynligvis meget begrænset på grund af de meget forskellige hydrometeorologiske og glaciologiske forhold.

For klimatjenester er det afgørende, at relevante potentielle brugere inddrages i den fælles udformning af tjenesterne. Det afhænger således af, hvordan tjenesten er beregnet: Hvis den betragtes som et planlægningsværktøj til strenge vandkraftproduktionsformål, er inddragelse af interessenter muligvis ikke en vigtig faktor. Hvis der imidlertid anlægges et bredere perspektiv, og tjenesten er udformet til at betjene alle relevante brugere af vandløbsoplandet, vil den fælles udformningsproces føre til et samspil mellem repræsentanter for alle relevante brugerkategorier. Den faktiske revision af planlagte aktiviteter i lyset af de forventede virkninger af klimaændringerne skal naturligvis være så inklusiv som muligt for at minimere fremtidige konflikter.

Opførelsen af nye infrastrukturer, navnlig udvidelserne af dæmninger, kræver inddragelse af alle brugere af vandløbsoplande, og at der indgås en aftale mellem dem om brugsrettigheder til vand og kompensationer.

Fordelene ved at levere klare og brugsklare indikatorer til planlægning af vandforbrug er helt indlysende, da effektiv planlægning kun kan baseres på nøjagtige og velforståede oplysninger. Hovedspørgsmålet her er fælles for alle klimatjenester. Det har at gøre med de vanskeligheder, der er forbundet med på den ene side at identificere de nyeste videnskabelige oplysninger, der faktisk er relevante for brugernes aktiviteter, og på den anden side at pakke sådanne oplysninger på en sådan måde, at formatet og det sprog, der anvendes til at præsentere dem, er ikke-tekniske og tilgængelige nok for brugere, der ikke er bekendt med de anvendte videnskabelige discipliner. Til dette formål er fasen med fælles design afgørende.

Tilpasningen af infrastrukturen er i de fleste tilfælde begrænset af, at de fleste udslips- og portsystemer kun kan bygges sammen med dæmningen og derfor kun er en gyldig mulighed for fremtidige vandkraftprojekter. Den vigtigste undtagelse er PKW-systemet, hvis fleksibilitet og relativt lave omkostninger er blevet drøftet i et beslægtet fransk casestudie, sammen med dets (angiveligt mindre) begrænsninger.

Klimatjenester til vandkraft er generelt ret billige sammenlignet med infrastrukturinvesteringer. I nogle tilfælde kan relevante data hentes fra projekter, der ikke gennemføres direkte af de forsyningsvirksomheder, der driver anlæggene, f.eks. fra forskningsprojekter på EU-plan, som kan give (næsten) fri adgang for alle relevante EU-brugere. Konsulentfirmaer kan tilbyde mere skræddersyede pakker til markedspriser, men prisintervallet for sådanne kontrakter kan forventes at ligge inden for ti til hundrede tusinde euro. Fordelene ved klimatjenester kan koges ned til at minimere fremtidig risikoeksponering og konflikt med andre vandbrugere og optimere elproduktionsprofilen i lyset af de forventede ændringer i vandtilgængelighedsprofilerne.

Eftermontering af infrastruktur til kontrol af overskydende vandgennemstrømning kan koste fra flere hundrede tusinde euro (200.000 for PKW, som rapporteret i det franske casestudie) til flere millioner euro afhængigt af dæmningens særlige karakteristika med hensyn til placering, struktur og vandgennemstrømning. De primære fordele er klart reduktionen af forventede skader på vandkraftværkets infrastruktur og på downstream-infrastrukturer og økosystemer, men også en øget evne til at styre vandstanden i reservoiret. Derfor kan eftermontering medføre en mere gnidningsløs drift af anlægget, hvilket kan øge rentabiliteten. Når installationen af sådanne infrastrukturer fører til højere gennemsnitlige vandmængder, der lagres i reservoiret, kan dette resultere i højere elproduktion, hvis markedsvilkårene tillader det, men også i en øget rolle for reservoiret som en buffer, der kan forbedre hele vandløbsoplandets modstandsdygtighed.

De eneste potentielt relevante juridiske aspekter er dem, der vedrører godkendelsesprocessen for nye infrastrukturer, såsom nye vandudledningsinfrastrukturer, der bebor tidligere uberørte dele af vandløbsoplandet, og naturligvis opførelsen af større dæmninger. Disse projekter er underlagt de nationale bestemmelser om godkendelse af ny infrastruktur.

Nogle klimatjenester, der også er relevante for planlægning og forvaltning af vandkraftværker, er allerede tilgængelige inden for Copernicus. Ad hoc-rådgivningskontrakter, der indgås af formidlere, kan give relevante klimaindikatorer på få måneder. For infrastrukturer til oversvømmelseskontrol afhænger byggetiden af dæmningens særlige karakteristika og kan variere mellem få måneder og få år. Et par år er nødvendige for at bygge større dæmninger.

Levetiden for klimatjenester er betinget af konstant opdatering og vedligeholdelse af brugergrænseflader, databaser og modeller. For infrastrukturelle eftermonteringer er der ingen klar indikation, men hvis de vedligeholdes korrekt, kan det antages, at de vil vare så længe som dæmningens resterende levetid (normalt flere årtier). Sikringsstik er designet til at blive vasket væk ved større oversvømmelser, og deres periodiske genopbygning bør overvejes i planlægningen af den vandkraftinfrastruktur, de tilhører. Nye dæmningers forventede levetid er i gennemsnit 50 år, men de kan vare i op til et århundrede, om end med stigende vedligeholdelsesomkostninger og strukturelle stabilitetsrisici efter 50 år.