Gestión del riesgo de inundación para centrales hidroeléctricas en Francia

Liberar el agua de forma segura de las presas durante inundaciones o fuertes precipitaciones presenta un desafío operativo crítico. Las tendencias pasadas muestran un aumento de las precipitaciones diarias extremas en el sur de Francia, lo que puede provocar inundaciones repentinas. Se espera que esta tendencia continúe en el futuro. También se espera que la nieve y el derretimiento de los glaciares tengan un impacto en la entrada y salida de la presa a largo plazo. La pérdida de masa de los glaciares ya muestra una aceleración constante a través de los Alpes.

El desafío para la gestión de inundaciones en las instalaciones hidroeléctricas es prevenir o minimizar los impactos de la superposición de presas en las comunidades aguas abajo, la propiedad, la agricultura y los ecosistemas, al tiempo que protege las presas contra fallas operativas y otros daños. Cada presa hidroeléctrica presenta diferentes niveles de riesgo y la eficacia de los sistemas de PKW debe evaluarse por separado en cada caso.

El sistema PKW se desarrolló en respuesta a los estudios hidrológicos actualizados de EDF, que mostraron que las inundaciones extremas que afectaban a las presas hidroeléctricas eran cada vez más frecuentes e intensas. Los PKW ayudan a adaptar la capacidad de las presas para hacer frente a los impactos del cambio climático, como el aumento de las precipitaciones y las inundaciones. El objetivo de los sistemas PKW es proporcionar una mayor superficie para el (sobre)flujo de agua. Esto aumenta la capacidad de descarga de la presa sin cambiar el nivel máximo del depósito. El principal beneficio de esta tecnología es proteger los activos hidroeléctricos de los daños, al tiempo que reduce los costos operativos en comparación con los sistemas de compuertas alternativos. Otros beneficios incluyen la reducción de los impactos aguas abajo durante eventos de fuertes precipitaciones, así como garantizar la seguridad del suministro de energía durante dichos eventos a través de la reducción de fallas operativas.

El valle de Chassezac en el departamento de Ardèche en la región de Auvernia-Ródano-Alpes de Francia fue identificado como una cuenca hidrológica de alto potencial en la década de 1950. Esto llevó al desarrollo de cinco presas hidroeléctricas y cuatro centrales hidroeléctricas, que se construyeron entre 1961 y 1970. Una de ellas, la presa de Malarce, tiene una altura de 28,4 m, una longitud de 111 m y una capacidad de retención de 2,3 hm³ (es decir, 2,3 millones de m^3). Se puso en funcionamiento en 1968 y tiene una capacidad de energía de 16MW.

El PKW para la presa de Malarce se encargó de aumentar su capacidad máxima de descarga en alrededor de 600 m³/ s a un total de 4600 m³/ s. Cuando los niveles de agua de la presa superan el nivel en los tanques de entrada, el agua fluye automáticamente sobre el PKW en tanques de salida que corren directamente hacia el canal del aliviadero y aguas abajo. Esta tecnología proporciona un medio para adaptar las presas a los crecientes riesgos de inundación que se esperan bajo el cambio climático. El PKW en la presa de Malarce ayuda a reducir el riesgo de daños costosos a la infraestructura de la presa y a las comunidades aguas abajo.

Hay varias opciones de ingeniería disponibles para gestionar el derrame de la presa. Los vertederos laberínticos solo pueden instalarse en ciertos tipos de presas y, por lo general, deben instalarse en la etapa más temprana de diseño de la presa. Existen sistemas cerrados en muchas presas existentes para la gestión del flujo. Sin embargo, los sistemas cerrados pueden fallar en casos de saturación debido a inundaciones excesivas. Los PKW a menudo presentan la opción más efectiva para la gestión del riesgo de inundación en las presas existentes. Los PKW no tienen una capacidad máxima, sino que proporcionan un aliviadero de flujo libre. Por lo tanto, los PKW pueden gestionar niveles de flujo mucho más altos y proporcionar una solución más segura que los sistemas cerrados, con un riesgo mínimo de mal funcionamiento y una evacuación más fácil de los escombros flotantes. A diferencia de otras técnicas de gestión de flujo, los PKW también evitan errores humanos, ya que no requieren operadores humanos. Esto es útil en situaciones de emergencia, incluyendo inundaciones repentinas y deslizamientos de tierra, durante los cuales los trabajadores no pueden acceder al sitio.

Los principales actores europeos en la tecnología PKW son Francia, Suiza y Bélgica. EDF no patentó el sistema PKW. En cambio, ha estado trabajando en colaboración para compartir la tecnología y los conocimientos de PKW con otros actores de la comunidad hidroeléctrica internacional. De hecho, lo que indica el reconocimiento internacional de la tecnología innovadora, varios desarrolladores de todo el mundo (por ejemplo, en Argelia, Estados Unidos y Sudáfrica) también están instalando PKW. En 2015, EDF recibió un Premio de Soluciones Climáticas de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático sobre el tema de la adaptación.

Dado que un PKW representa un pequeño componente de la presa general, no tiene un impacto explícito que sea visible o criticado por las partes interesadas y las ONG. Por lo tanto, la participación de las partes interesadas no es rutinariamente una parte importante de la instalación de PKW. Sin embargo, al igual que con todos los grandes proyectos de ingeniería civil, todos los PKW siguen estrictos procedimientos de evaluación de impacto ambiental y necesitan recibir la aprobación del gobierno. Estos procedimientos de evaluación de impacto y aprobaciones, por ejemplo a través de CODERST, incluyen consultas con ONG y partes interesadas.

El PKW se ha implementado en varias instalaciones hidroeléctricas a nivel mundial. Esta amplia difusión se vio facilitada por la decisión de EDF de no patentar esta tecnología. El enfoque colaborativo de los desarrolladores originales, que compartieron la tecnología con las partes interesadas de toda la comunidad hidroeléctrica, es uno de los factores de éxito más importantes de la tecnología. PKW es una solución barata y fácil de instalar en comparación con otras tecnologías de gestión de desbordamiento, como los sistemas cerrados. Además, la tecnología PKW es confiable y resistente, ya que no hay necesidad de operaciones tripuladas o mantenimiento a gran escala. Por último, el hecho de que el primer PKW fuera construido por EDF, una empresa muy conocida y respetada en el sector de la energía hidroeléctrica, ayudó a convencer a otros propietarios de presas para que instalaran PKW.

Los desafíos relacionados con los PKW incluyen la idoneidad y accesibilidad de ciertos sitios de presas, particularmente en regiones montañosas. Además, la larga vida útil de la infraestructura hidroeléctrica y la duración de los ciclos de los productos significan que la difusión de nuevas ideas y soluciones tecnológicas lleva tiempo en esta industria. Por último, la construcción en los sitios de las presas generalmente se lleva a cabo solo en los meses de verano, lo que agrega más restricciones a la instalación de PKW.

El costo del PKW depende de la estructura de la presa existente, la ubicación y también de la extensión del flujo de agua. La accesibilidad de la estructura de la presa y las necesidades de equipos asociados también repercuten en el costo. Dependiendo de la presa, puede ser más o menos costoso instalar modificaciones como PKW. La instalación de PKW puede costar entre 200.000 y unos pocos millones de euros. En cualquier caso, el PKW puede ser rentable, representando un componente relativamente pequeño del costo total de la presa. Los ejemplos de instalación de PKW se citan rutinariamente como tomando hasta el 30% del costo total. Si bien la tecnología actual del sistema cerrado debe operarse manualmente y requiere un mantenimiento regular costoso, los PKW no requieren mano de obra operativa y solo se necesita un mantenimiento bajo o nulo.

No hay ninguna obligación legal con respecto a PKW en Francia y no se espera legislación en esta área. Depende de los propietarios de la presa instalar la tecnología. Sin embargo, la mejora de la gestión de las inundaciones en las instalaciones hidroeléctricas se ajusta a algunos de los principios de la Directiva 2007/60/CE relativa a la evaluación y gestión de los riesgos de inundación.

EDF desarrolló el primer PKW de 2003 a 2005 en la presa de Goulours (montañas de los Pirineos). El tiempo de implementación de PKW varía caso por caso. Los proyectos pequeños pueden tomar algunos meses, mientras que los proyectos más grandes pueden tomar algunos años. En ambos casos, las limitaciones surgen debido a la naturaleza estacional de los trabajos de construcción de presas. Los plazos de aprobación son bastante largos, ya que implican un estudio preliminar, un diseño detallado, licitaciones, estudios medioambientales y la aprobación de las autoridades.

Es difícil comentar sobre la vida útil de estas inversiones ya que la tecnología PKW es relativamente nueva y aún no se ha alcanzado el final de la vida útil. Se espera que las estructuras de hormigón como las PKW tengan la misma vida útil que las presas hidroeléctricas u otros grandes proyectos de ingeniería civil (es decir, 50-100 años).

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