Διαχείριση κινδύνων πλημμύρας για υδροηλεκτρικούς σταθμούς στη Γαλλία

Η απελευθέρωση νερού με ασφάλεια από φράγματα κατά τη διάρκεια πλημμυρών ή μεγάλων βροχοπτώσεων αποτελεί μια κρίσιμη επιχειρησιακή πρόκληση. Οι τάσεις του παρελθόντος δείχνουν αύξηση των ακραίων ημερήσιων βροχοπτώσεων στη νότια Γαλλία, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε αστραπιαίες πλημμύρες. Η τάση αυτή αναμένεται να συνεχιστεί και στο μέλλον. Το χιόνι και το λιώσιμο των παγετώνων αναμένεται επίσης να επηρεάσουν την εισροή και την εκροή φραγμάτων μακροπρόθεσμα. Η απώλεια μάζας των παγετώνων δείχνει ήδη μια σταθερή επιτάχυνση στις Άλπεις.

Η πρόκληση για τη διαχείριση των πλημμυρών στις εγκαταστάσεις υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι η πρόληψη ή η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων της υπέρβασης των φραγμάτων στις κατάντη κοινότητες, την ιδιοκτησία, τη γεωργία και τα οικοσυστήματα, προστατεύοντας παράλληλα τα ίδια τα φράγματα από λειτουργικές αστοχίες και άλλες ζημίες. Κάθε υδροηλεκτρικό φράγμα παρουσιάζει διαφορετικά επίπεδα κινδύνου και η αποτελεσματικότητα των συστημάτων PKW πρέπει να αξιολογείται χωριστά σε κάθε περίπτωση.

Το σύστημα PKW αναπτύχθηκε ως απάντηση σε επικαιροποιημένες υδρολογικές μελέτες της EDF, οι οποίες έδειξαν ότι οι ακραίες πλημμύρες που επηρεάζουν τα υδροηλεκτρικά φράγματα γίνονται όλο και πιο συχνές και έντονες. Η PKWS συμβάλλει στην προσαρμογή της ικανότητας των φραγμάτων για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής, όπως η αύξηση των βροχοπτώσεων και οι πλημμύρες. Στόχος των συστημάτων PKW είναι να παρέχουν αυξημένη επιφάνεια για την (υπερ)ροή του νερού. Αυτό αυξάνει την ικανότητα απόρριψης του φράγματος χωρίς να αλλάζει το μέγιστο επίπεδο ταμιευτήρα. Το πρωταρχικό όφελος αυτής της τεχνολογίας είναι η προστασία των υδροηλεκτρικών περιουσιακών στοιχείων από ζημίες, ενώ παράλληλα μειώνεται το λειτουργικό κόστος σε σύγκριση με τα εναλλακτικά συστήματα πυλών. Άλλα οφέλη περιλαμβάνουν τη μείωση των κατάντη επιπτώσεων κατά τη διάρκεια σοβαρών βροχοπτώσεων, καθώς και τη διασφάλιση της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού κατά τη διάρκεια τέτοιων συμβάντων μέσω μειωμένων λειτουργικών αστοχιών.

Η κοιλάδα Chassezac στο διαμέρισμα Ardèche της περιφέρειας Auvergne-Rhône-Alpes της Γαλλίας χαρακτηρίστηκε ως υδρολογική λεκάνη υψηλού δυναμικού στη δεκαετία του 1950. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη πέντε υδροηλεκτρικών φραγμάτων και τεσσάρων υδροηλεκτρικών σταθμών, οι οποίοι κατασκευάστηκαν όλα μεταξύ 1961 και 1970. Ένα από αυτά, το φράγμα Malarce, έχει ύψος 28,4 m, μήκος 111 m και ικανότητα παρακράτησης 2,3 hm³ (δηλαδή 2,3 εκατομμύρια m³). Τέθηκε σε λειτουργία το 1968 και έχει ισχύ 16 MW.

Το PKW για το φράγμα Malarce ανατέθηκε να αυξήσει τη μέγιστη ικανότητα απόρριψης κατά περίπου 600 m³/s σε συνολικά 4 600 m 3/s^.Όταν η στάθμη των υδάτων φράγματος υπερβαίνει το επίπεδο των δεξαμενών εισόδου, το νερό ρέει αυτόματα πάνω από το PKW σε δεξαμενές εξόδου που τρέχουν κατευθείαν στο κανάλι χύτευσης και κατάντη. Η τεχνολογία αυτή παρέχει ένα μέσο προσαρμογής των φραγμάτων στους αυξανόμενους κινδύνους πλημμύρας που αναμένονται στο πλαίσιο της κλιματικής αλλαγής. Το PKW στο φράγμα Malarce συμβάλλει στη μείωση του κινδύνου δαπανηρών ζημιών στις υποδομές φραγμάτων και στις κατάντη κοινότητες.

Υπάρχουν διάφορες επιλογές εφαρμοσμένης μηχανικής διαθέσιμες για τη διαχείριση της διαρροής φράγματος. Οι διαρροές λαβυρίνθου μπορούν να εγκατασταθούν μόνο σε ορισμένους τύπους φραγμάτων και πρέπει συνήθως να εγκατασταθούν στο νωρίτερο στάδιο σχεδιασμού του φράγματος. Περιφραγμένα συστήματα υπάρχουν σε πολλά υπάρχοντα φράγματα για τη διαχείριση της ροής. Ωστόσο, τα περιφραγμένα συστήματα μπορεί να αποτύχουν σε περιπτώσεις κορεσμού λόγω υπερβολικής πλημμύρας. Η PKWS παρουσιάζει συχνά την πιο αποτελεσματική επιλογή για τη διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας στα υφιστάμενα φράγματα. Τα PKWS δεν έχουν μέγιστη χωρητικότητα, αλλά παρέχουν ένα χυτήριο ελεύθερης ροής. Ως εκ τούτου, η PKWS μπορεί να διαχειριστεί πολύ υψηλότερα επίπεδα ροής και να προσφέρει μια ασφαλέστερη λύση από τα περιφραγμένα συστήματα, με ελάχιστο κίνδυνο δυσλειτουργίας και ευκολότερη εκκένωση των πλωτών συντριμμιών. Σε αντίθεση με άλλες τεχνικές διαχείρισης ροής, τα PKW αποφεύγουν επίσης το ανθρώπινο λάθος, δεδομένου ότι δεν απαιτούν ανθρώπινους χειριστές. Αυτό είναι χρήσιμο σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, συμπεριλαμβανομένων των αστραπιαίων πλημμυρών και των κατολισθήσεων, κατά τη διάρκεια των οποίων οι εργαζόμενοι δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση στον χώρο.

Οι κυριότεροι Ευρωπαίοι παίκτες στην τεχνολογία PKW είναι η Γαλλία, η Ελβετία και το Βέλγιο. Η EDF δεν κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το σύστημα PKW. Αντ’ αυτού, εργάζεται συνεργατικά για να μοιραστεί την τεχνολογία και τις γνώσεις της PKW με άλλους παράγοντες της διεθνούς υδροηλεκτρικής κοινότητας. Πράγματι, υποδεικνύοντας τη διεθνή αναγνώριση της καινοτόμου τεχνολογίας, αρκετοί προγραμματιστές σε όλο τον κόσμο (π.χ. στην Αλγερία, τις ΗΠΑ και τη Νότια Αφρική) εγκαθιστούν επίσης PKW. Το 2015, η EDF έλαβε βραβείο κλιματικών λύσεων από τη σύμβαση-πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την κλιματική αλλαγή με θέμα την προσαρμογή.

Δεδομένου ότι ένα PKW αντιπροσωπεύει μια μικρή συνιστώσα του συνολικού φράγματος, δεν έχει σαφή αντίκτυπο που να είναι ορατός ή να επικρίνεται από τα ενδιαφερόμενα μέρη και τις ΜΚΟ. Ως εκ τούτου, η συμμετοχή των ενδιαφερόμενων μερών δεν αποτελεί συνήθως σημαντικό μέρος της εγκατάστασης PKW. Ωστόσο, όπως συμβαίνει με όλα τα μεγάλα έργα πολιτικού μηχανικού, όλα τα PKW ακολουθούν αυστηρές διαδικασίες εκτίμησης περιβαλλοντικών επιπτώσεων και πρέπει να λάβουν έγκριση από την κυβέρνηση. Οι εν λόγω διαδικασίες εκτίμησης επιπτώσεων και εγκρίσεις, για παράδειγμα μέσω του CODERST, περιλαμβάνουν διαβουλεύσεις με ΜΚΟ και ενδιαφερόμενα μέρη.

Το PKW έχει εφαρμοστεί σε διάφορες εγκαταστάσεις υδροηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως. Η ευρεία αυτή εξάπλωση διευκολύνθηκε από την απόφαση της EDF να μην κατοχυρώσει με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την τεχνολογία αυτή. Η συνεργατική προσέγγιση των αρχικών προγραμματιστών, οι οποίοι μοιράστηκαν την τεχνολογία με τους ενδιαφερόμενους σε όλη την υδροηλεκτρική κοινότητα, είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες επιτυχίας της τεχνολογίας. Το PKW είναι μια φθηνή και εύκολα εγκατεστημένη λύση σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες διαχείρισης υπερχείλισης, όπως τα περιφραγμένα συστήματα. Επιπλέον, η τεχνολογία PKW είναι αξιόπιστη και ανθεκτική, δεδομένου ότι δεν υπάρχει ανάγκη για επανδρωμένες λειτουργίες ή συντήρηση μεγάλης κλίμακας. Τέλος, το γεγονός ότι το πρώτο PKW κατασκευάστηκε από την EDF, μια γνωστή εταιρεία που είναι σεβαστή στον τομέα της υδροηλεκτρικής ενέργειας, βοήθησε να πειστούν άλλοι ιδιοκτήτες φραγμάτων να εγκαταστήσουν PKW.

Οι προκλήσεις που σχετίζονται με τα PKW περιλαμβάνουν την καταλληλότητα και την προσβασιμότητα ορισμένων φραγμάτων, ιδίως στις ορεινές περιοχές. Επιπλέον, η μακρά διάρκεια ζωής των υποδομών υδροηλεκτρικής ενέργειας και η διάρκεια των κύκλων προϊόντων σημαίνουν ότι η διάδοση νέων ιδεών και τεχνολογικών λύσεων απαιτεί χρόνο σε αυτόν τον κλάδο. Τέλος, η κατασκευή σε φράγματα συνήθως πραγματοποιείται μόνο κατά τους θερινούς μήνες, γεγονός που προσθέτει περαιτέρω περιορισμούς στην εγκατάσταση των PKW.

Το κόστος του PKW εξαρτάται από την υφιστάμενη δομή του φράγματος, τη θέση του καθώς και από την έκταση της ροής του νερού. Η προσβασιμότητα της δομής του φράγματος και του σχετικού εξοπλισμού έχει επίσης αντίκτυπο στο κόστος. Ανάλογα με το φράγμα, μπορεί να είναι περισσότερο ή λιγότερο δαπανηρό να εγκαταστήσετε τροποποιήσεις όπως PKW. Η εγκατάσταση της PKW μπορεί να κοστίσει μεταξύ 200,000 και μερικά εκατομμύρια ευρώ. Σε κάθε περίπτωση, το PKW μπορεί να είναι οικονομικά αποδοτικό, αντιπροσωπεύοντας μια σχετικά μικρή συνιστώσα του συνολικού κόστους του φράγματος. Παραδείγματα εγκατάστασης PKW αναφέρονται συνήθως ότι απορροφούν έως και το 30 % του συνολικού κόστους. Ενώ η τρέχουσα τεχνολογία περιφραγμένων συστημάτων πρέπει να λειτουργεί χειροκίνητα και απαιτεί ακριβή τακτική συντήρηση, τα PKW δεν απαιτούν λειτουργικό εργατικό δυναμικό και απαιτείται μόνο χαμηλή σε καμία συντήρηση.

Δεν υπάρχει νομική υποχρέωση όσον αφορά την PKW στη Γαλλία και δεν αναμένεται νομοθεσία στον τομέα αυτό. Εναπόκειται στους ιδιοκτήτες φραγμάτων να εγκαταστήσουν την τεχνολογία. Ωστόσο, η βελτιωμένη διαχείριση των πλημμυρών στις υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις ευθυγραμμίζεται με ορισμένες από τις αρχές της οδηγίας 2007/60/ΕΚ για την αξιολόγηση και τη διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας.

Η EDF ανέπτυξε το πρώτο PKW από το 2003 έως το 2005 στο φράγμα Goulours (Ορεινά των Πυρηναίων). Ο χρόνος υλοποίησης της PKW ποικίλλει κατά περίπτωση. Τα μικρά έργα μπορεί να διαρκέσουν μερικούς μήνες, ενώ τα μεγαλύτερα έργα μπορούν να διαρκέσουν μερικά χρόνια. Και στις δύο περιπτώσεις, προκύπτουν περιορισμοί λόγω του εποχιακού χαρακτήρα των εργασιών κατασκευής φραγμάτων. Οι χρόνοι έγκρισης είναι αρκετά μακροχρόνιοι και περιλαμβάνουν προκαταρκτική μελέτη, λεπτομερή σχεδιασμό, υποβολή προσφορών, περιβαλλοντικές μελέτες και έγκριση των αρχών.

Είναι δύσκολο να σχολιάσουμε τη διάρκεια ζωής αυτών των επενδύσεων, δεδομένου ότι η τεχνολογία PKW είναι σχετικά νέα και δεν έχει ακόμη επιτευχθεί το τέλος του κύκλου ζωής τους. Αναμένεται ότι οι συγκεκριμένες κατασκευές όπως τα PKW θα έχουν την ίδια διάρκεια ζωής με τα υδροηλεκτρικά φράγματα ή άλλα μεγάλα έργα πολιτικού μηχανικού (δηλαδή 50-100 έτη).

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