Επιλογές προσαρμογής για υδροηλεκτρικούς σταθμούς

Η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται, εξ ορισμού, από τη διαθεσιμότητα των υδάτων και, ως εκ τούτου, επηρεάζεται από τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στις λεκάνες απορροής, κυρίως μέσω δύο (αντίθετων) οδών. Η κλιματική αλλαγή μπορεί να οδηγήσει σε λειψυδρία, οδηγώντας σε χαμηλότερες ροές ποταμών και χαμηλότερη συσσώρευση νερού σε φράγματα και, ως εκ τούτου, σε μικρότερη ποσότητα νερού που μπορεί να διέλθει μέσω των ανεμογεννητριών ή των εγκαταστάσεων απορροής ποταμών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αντιστρόφως, η κλιματική αλλαγή μπορεί να αυξήσει τη συχνότητα και την ένταση των ακραίων φαινομένων βροχοπτώσεων και να επιταχύνει το λιώσιμο του χιονιού, οδηγώντας σε αυξημένο κίνδυνο πλημμύρας. Ορισμένες τοποθεσίες σε ολόκληρη την ΕΕ θα είναι πιο επιρρεπείς σε προβλήματα λειψυδρίας και άλλες σε ξαφνική αφθονία νερού: τυπικά, οι ξηρασίες αναμένεται να αποτελέσουν σοβαρή απειλή στις περισσότερες περιοχές εκτός από τη βόρεια Ευρώπη, και οι πλημμύρες που είναι τώρα κάποτε στον αιώνα θα είναι συχνότερες σε όλες τις μεγάλες ευρωπαϊκές λεκάνες απορροής ποταμών (ΕΟΠ, 2016). Ωστόσο, και τα δύο φαινόμενα μπορούν να συμβούν σε ολόκληρη την Ευρώπη, με μεταβαλλόμενες συχνότητες σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα.

Αυτή η μεταβλητότητα των αναμενόμενων υδρομετεωρολογικών αλλαγών σε ολόκληρη την Ευρώπη είναι το σκεπτικό για την πρώτη επιλογή προσαρμογής που συζητείται εδώ. Από την άποψη της προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή, είναι ζωτικής σημασίας για τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας που λειτουργούν υδροηλεκτρικούς σταθμούς να κατανοήσουν λεπτομερώς τις μελλοντικές συνθήκες υπό τις οποίες θα λειτουργεί κάθε μονάδα. Η κλιματική αλλαγή θα οδηγήσει σε εποχική διακύμανση του υδάτινου κύκλου, με μεγαλύτερες ξηρές περιόδους κατά τις οποίες το νερό θα είναι πιο σπάνιο από ό, τι συνήθως, νωρίτερα απόψυξη του χιονιού στις πλαγιές των βουνών στις πηγές και, ως εκ τούτου, νωρίτερα εμφάνιση μεγάλων εισροών νερού τήξης, καθώς και επιταχυνόμενη τήξη των παγετώνων που θα οδηγήσει σε αρχική αύξηση της διαθεσιμότητας νερού, ακολουθούμενη από επιδείνωση της διαθεσιμότητας νερού. Ελλείψει υποδομών ελέγχου της ροής ανάντη, οι πρώιμες και πιο άφθονες εαρινές ροές μπορεί να είναι προβληματικές για τις εγκαταστάσεις λειτουργίας του ποταμού, προκαλώντας αναντιστοιχία μεταξύ της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και της ζήτησης.

Όλα αυτά τα φαινόμενα θα απαιτήσουν διεξοδική αναθεώρηση του σχεδιασμού των υδροηλεκτρικών σταθμών, της λειτουργίας, της συντήρησης και ενδεχομένως των μηχανικών παρεμβάσεων θωράκισης στην κλιματική αλλαγή. Επιπλέον, τα ακριβή σενάρια θα είναι καίριας σημασίας για την εξεύρεση κοινών λύσεων για ανταγωνιστικές χρήσεις κατά τη διάρκεια περιόδων λειψυδρίας, βοηθώντας στην εκτίμηση των πραγματικών αναγκών και του πιθανού χρονοδιαγράμματος των απαιτήσεων από τους διάφορους χρήστες εκτός από τις ηλεκτρικές υπηρεσίες κοινής ωφέλειας: οι γεωργοί, η αλιεία, η οικιακή χρήση, η θαλάσσια μεταφορά, η αναψυχή κ.λπ. Έτσι, μια πρώτη επιλογή προσαρμογής είναι η δημιουργία κλιματικών και υδρομετεωρολογικών σεναρίων υψηλής ανάλυσης για κάθε περιοχή φράγματος και για τη λεκάνη απορροής ποταμού στην οποία ανήκουν, κατά τρόπο ώστε να είναι εύκολα προσβάσιμα και κατανοητά από τη διαχείριση των επιχειρήσεων ηλεκτρικής ενέργειας και από όλους τους άλλους χρήστες εντός της λεκάνης. Για τον σκοπό αυτό, συγκεκριμένες υπηρεσίες για το κλίμα μπορούν να σχεδιαστούν κατά τρόπο ώστε να παρέχουν ακριβείς προβλέψεις των σχετικών δεικτών σε προσβάσιμη μορφή.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι προβλεπόμενες κλιματικές συνθήκες μπορεί να υποδηλώνουν ότι η αναθεώρηση των προγραμματισμένων δραστηριοτήτων μπορεί να μην είναι αρκετή και ότι η προσαρμογή των υποδομών μπορεί να είναι σωστή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν αναμένεται αυξημένη εμφάνιση ακραίων φαινομένων βροχόπτωσης, με αποτέλεσμα την αυξημένη εμφάνιση πλημμυρών σε περιοχές φραγμάτων. Οι δυσμενείς επιπτώσεις των πλημμυρών φραγμάτων περιλαμβάνουν την υπερκάλυψη, τις διακοπές λειτουργίας, τη ζημία στον εξοπλισμό και τις δυσμενείς επιπτώσεις κατάντη. Η αιφνίδια αφθονία νερού λόγω πλημμυρών πρέπει να απορρίπτεται με ασφάλεια προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι ζημίες στη μονάδα και στα κατάντη οικοσυστήματα και στις ανθρώπινες υποδομές και δραστηριότητες. Τα ακραία φαινόμενα βροχοπτώσεων μπορούν επίσης να προκαλέσουν υδρομετεωρολογικές επιπτώσεις, όπως κατολισθήσεις ή υπερβολικές προσχώσεις, οι οποίες μπορούν να μειώσουν τον όγκο που διατίθεται για το νερό μέσα σε μια δεξαμενή ή/και να φράζουν το σύστημα απόρριψης νερού.

Υπάρχουν διάφορες επιλογές μηχανικής που μπορούν να εφαρμοστούν για τη διαχείριση των διαρροών φραγμάτων, οι οποίες μπορούν βασικά να ομαδοποιηθούν σε διαρροές, περιφραγμένα συστήματα και βύσματα ασφάλειας.

Οι χύτευση μπορούν να έχουν διάφορα σχήματα σχεδιασμού που στοχεύουν στην ασφαλή διάχυση της ενέργειας του απορριπτόμενου νερού εξασφαλίζοντας παράλληλα τους επιθυμητούς όγκους εκροής. Μπορούν να λειτουργήσουν αυτόματα όταν το νερό στο φράγμα φτάσει σε ένα δεδομένο επίπεδο ή μπορούν να συνδυαστούν με πύλες που εκτρέπουν τη ροή του νερού στο χυτό. Τα σχήματα σχεδιασμού περιλαμβάνουν χύτευση αλεξίπτωτων, βαθμιδωτά χύτευση, χυτήρια καμπάνας-στόματος, χύτευση σιφονιού, κορυφές ogee, πλευρικά κανάλια, λαβύρινθους χύτευσης και κλειδαριές πιάνου (PKW). Τα τεχνικά χαρακτηριστικά ενός φράγματος και της ορογραφίας και της υδρολογίας της γύρω περιοχής καθορίζουν τη συμβατότητα συγκεκριμένων τύπων διαδρόμων με το φράγμα: αυτό σημαίνει ότι δεν είναι όλα τα συστήματα χύτευσης συμβατά με όλα τα φράγματα.

Τα περιφραγμένα συστήματα είναι μια σειρά από πύλες που εγκαθίστανται κατά μήκος του τοίχου του φράγματος ή γύρω από τους χυτήρες στο στόμα του κουδουνιού που μπορούν να ανοίξουν για τη διαχείριση της στάθμης του νερού της δεξαμενής και ιδίως για την απελευθέρωση του πλεονάζοντος όγκου νερού κατάντη σε περίπτωση πλημμύρας. Και πάλι, μπορούν να συνδυαστούν με χυτές για να διαχέουν με ασφάλεια την κινητική ενέργεια του απορριπτόμενου νερού. Υπάρχουν σε πολλά υφιστάμενα φράγματα για τη διαχείριση της ροής. Τα περιφραγμένα συστήματα μπορεί να αποτύχουν σε περιπτώσεις κορεσμού λόγω υπερβολικής πλημμύρας.

Τα βύσματα θρυαλλίδων είναι διαβρώσιμα τμήματα ενός γήινου φράγματος που έχουν σχεδιαστεί για να ξεπλύνονται σε προκαθορισμένες συνθήκες πλημμύρας. Βασικά λειτουργούν ως προσκρουστήρες που απορροφούν και επιβραδύνουν την υπερχείλιση και μπορούν να θυσιαστούν επειδή το κόστος ανοικοδόμησής τους είναι μόνο ένα μικρό μέρος του κόστους που θα έπρεπε να διατηρηθεί εάν το κύριο φράγμα είχε υποστεί ζημιές. Μπορούν να εγκατασταθούν μόνο με την παρουσία κατάλληλων γεωγραφικών και γεωλογικών χαρακτηριστικών του χώρου και συμβατών κατάντη συνθηκών (π.χ. σέλα σε λογική απόσταση από το κύριο φράγμα κατά μήκος του χείλους της δεξαμενής για την απόρριψη πλεονάζοντος νερού· ένα στερεό θεμέλιο βράχου για το βύσμα προκειμένου να αντισταθεί στη διάβρωση. ένα κανάλι για την ασφαλή εκτροπή της υπερχείλισης από το βύσμα στον κύριο ποταμό, προκειμένου να προστατευθούν οι κατάντη δομές).

Συνήθως, η εγκατάσταση των διαδρόμων και των συστημάτων πυλών μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο κατά τη διάρκεια της φάσης κατασκευής του φράγματος, έτσι η μετασκευή δεν είναι γενικά μια επιλογή. Αυτό δεν ισχύει για τα βύσματα ασφάλειας και τα συστήματα PKW. Μια περιπτωσιολογική μελέτη Climate-ADAPT σχετικά με τη διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας για τους γαλλικούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς συζητά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των PKW. Τα PKWS έχουν ορισμένα σαφή πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα παραδοσιακά χυτήρια και τα περιφραγμένα συστήματα, όπως η σκοπιμότητα της εγκατάστασης ως εκ των υστέρων εξοπλισμών εντός των υφιστάμενων φραγμάτων και το γεγονός ότι παρέχουν μια διαρροή ελεύθερης ροής χωρίς να περιορίζονται από τα μέγιστα όρια χωρητικότητας, ώστε να είναι σε θέση να αντεπεξέλθουν στα υψηλά επίπεδα ροής και να λειτουργούν υπό ασφαλέστερες συνθήκες από τα περιφραγμένα συστήματα, και με εντελώς αυτόματο τρόπο που δεν απαιτεί ανθρώπινη παρέμβαση.

Μια ακραία επιλογή προσαρμογής των υποδομών είναι η επέκταση της δυναμικότητας των εγκαταστάσεων με την κατασκευή μεγαλύτερων φραγμάτων. Αυτό μπορεί να έχει νόημα σε ειδικές περιπτώσεις όπου αναμένεται μεγάλη αύξηση της απορροής υδάτων στο εγγύς μέλλον και αρκετά μεγάλη ώστε να καταστεί δυνατή η ανάκτηση του επενδυτικού κόστους. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν αναμένεται η κατάρρευση των μεγάλων παγετώνων, όπως σε μια περιπτωσιολογική μελέτη από την Ισλανδία. Ωστόσο, η δυνατότητα εφαρμογής αυτής της επιλογής στην ΕΕ είναι πιθανώς πολύ περιορισμένη λόγω των πολύ διαφορετικών υδρομετεωρολογικών και παγετώνων συνθηκών.