Vesivoimaloiden mukauttamisvaihtoehdot

Vesivoiman tuotanto riippuu lähtökohtaisesti veden saatavuudesta, minkä vuoksi siihen vaikuttavat ilmastonmuutoksen vaikutukset vesistöalueisiin pääasiassa kahden (vastakkaisen) reitin kautta. Ilmastonmuutos voi johtaa veden niukkuuteen, mikä johtaa jokien virtausten vähenemiseen ja veden vähäisempään kertymiseen patoihin ja siten pienempään vesimäärään, joka voi kulkea turbiinien tai jokivoimaloiden läpi sähkön tuottamiseksi. Toisaalta ilmastonmuutos voi lisätä äärimmäisten sademäärien esiintymistiheyttä ja voimakkuutta ja nopeuttaa lumen sulamista, mikä lisää tulvariskiä. Jotkin paikat eri puolilla EU:ta ovat alttiimpia veden niukkuuteen liittyville ongelmille ja toiset äkilliselle veden runsaudelle: kuivuuden odotetaan yleensä olevan vakava uhka useimmilla alueilla Pohjois-Eurooppaa lukuun ottamatta, ja nyt kerran vuosisadassa esiintyvät tulvat ovat yleisempiä kaikilla Euroopan suurimmilla vesistöalueilla (EEA, 2016). Molempia ilmiöitä voi kuitenkin esiintyä kaikkialla Euroopassa, ja niiden esiintymistiheys muuttuu muuttuvassa ilmastossa.

Tämä odotettavissa olevien hydrometeorologisten muutosten vaihtelevuus eri puolilla Eurooppaa on tässä tarkasteltavan ensimmäisen sopeutumisvaihtoehdon peruste. Ilmastonmuutokseen sopeutumisen näkökulmasta on ratkaisevan tärkeää, että vesivoimalaitoksia käyttävät laitokset saavat yksityiskohtaisen käsityksen tulevaisuuden olosuhteista, joissa kukin laitos toimii. Ilmastonmuutos aiheuttaa vesikierron kausivaihtelua, jolloin kuivat jaksot ovat tavallista pidempiä, jolloin vesi on tavallista niukempaa, lumen sulaminen rinteillä varhaisemmassa vaiheessa keväisin ja siten suurten sulamisvesivirtojen esiintyminen varhaisemmassa vaiheessa sekä jäätiköiden nopeampi sulaminen, mikä johtaa veden saatavuuden lisääntymiseen ja sen jälkeen veden saatavuuden heikkenemiseen. Koska tuotantoketjun alkupään virtausta ohjaavia infrastruktuureja ei ole, varhaiset ja runsaammat jousivirrat voivat olla ongelmallisia jokivoimaloille, koska ne aiheuttavat sähköntuotannon ja -kysynnän välisen epäsuhdan.

Kaikkia näitä ilmiöitä on tarkistettava perusteellisesti vesivoimalaitosten käytön, kunnossapidon ja mahdollisesti ilmastokestävyyden varmistavien teknisten toimenpiteiden suunnittelussa. Lisäksi tarkat skenaariot ovat avainasemassa, jotta löydetään yhteisiä ratkaisuja kilpaileviin käyttötarkoituksiin veden niukkuuden aikana, sillä ne auttavat arvioimaan todellisia tarpeita ja todennäköisiä ajoituksia eri käyttäjien vaatimuksille sähkölaitosten lisäksi: maanviljelijät, kalastus, asuminen, vesiliikenne, virkistys jne. Ensimmäinen sopeutumisvaihtoehto on laatia korkearesoluutioiset ilmasto- ja hydrometeorologiset skenaariot kullekin patopaikalle ja vesistöalueelle, johon ne kuuluvat, siten, että ne ovat helposti sähkölaitosten johdon ja kaikkien muiden vesistöalueen käyttäjien saatavilla ja ymmärrettävissä. Tätä varten voidaan suunnitella erityisiä ilmastopalveluja, joiden avulla saadaan tarkkoja ennusteita asiaankuuluvista indikaattoreista saavutettavassa muodossa.

Joissakin tapauksissa ennustetut ilmasto-olosuhteet saattavat viitata siihen, että suunniteltujen toimien tarkistaminen ei ehkä riitä ja että infrastruktuuriin sopeutuminen voi olla paikallaan. Näin on erityisesti silloin, kun äärimmäisten sademäärien odotetaan lisääntyvän, mikä johtaa tulvien lisääntymiseen patoalueilla. Patotulvien haittavaikutuksia ovat ylikuormitus, seisokit, laitevauriot ja haitalliset vaikutukset alajuoksulla. Tulvista johtuva äkillinen veden runsaus on päästettävä turvallisesti vesistöön, jotta voidaan minimoida laitokselle ja alajuoksun ekosysteemeille sekä ihmisen infrastruktuureille ja toiminnalle aiheutuvat vahingot. Äärimmäiset sademäärät voivat myös aiheuttaa hydrometeorologisia vaikutuksia, kuten maanvyörymiä tai liiallista lietettä, jotka voivat vähentää vesisäiliössä olevan veden määrää ja/tai tukkia vedenpoistojärjestelmän.

On olemassa useita teknisiä vaihtoehtoja, joita voidaan soveltaa patovuotojen hallintaan, jotka voidaan periaatteessa ryhmitellä vuotoihin, aidattuihin järjestelmiin ja sulakepistokkeisiin.

Viemäreissä voi olla erilaisia suunnittelumuotoja, joiden tarkoituksena on hajottaa tyhjennetyn veden energia turvallisesti varmistaen samalla halutut ulosvirtausmäärät. Ne voivat toimia automaattisesti, kun padon vesi saavuttaa tietyn tason tai ne voidaan kytkeä portteihin, jotka ohjaavat veden virtauksen vuotoon. Suunnittelun muotoja ovat kourun vuodot, askeltetut vuodot, kello-suu-vuodot, syphon-vuodot, ogee-harjakset, sivukanavat, labyrintti-vuodot ja piano-avainpadot (PKW). Padon tekniset ominaisuudet sekä ympäröivän alueen orografia ja hydrologia määrittävät tiettyjen valumatyyppien yhteensopivuuden padon kanssa: Tämä merkitsee sitä, että kaikki vuototiejärjestelmät eivät ole yhteensopivia kaikkien patojen kanssa.

Aidatut järjestelmät ovat sarja portteja, jotka on asennettu padon seinämän viereen tai kellonsuun vuotojen ympärille ja jotka voidaan avata säiliön vedenkorkeuden hallitsemiseksi ja erityisesti ylimääräisen vesimäärän vapauttamiseksi alavirtaan tulvien yhteydessä. Jälleen ne voidaan yhdistää vuotoputkiin, jotta tyhjennetyn veden kineettinen energia haihtuu turvallisesti. Ne ovat käytössä monissa nykyisissä padoissa virtauksen hallintaa varten. Gated-järjestelmät voivat epäonnistua liiallisen tulvimisen aiheuttaman kylläisyyden tapauksissa.

Sulaketulpat ovat maapadon kuluvia osia, jotka on suunniteltu huuhtoutumaan ennalta määrätyissä tulvaolosuhteissa. Pohjimmiltaan ne toimivat puskureina, jotka absorboivat ja hidastavat ylivuotoa, ja ne voidaan uhrata, koska niiden uudelleenrakentamisen kustannukset ovat vain pieni osa kustannuksista, jotka olisi katettava, jos pääpato vaurioituisi. Ne voidaan asentaa vain, jos alueen maantieteelliset ja geologiset ominaisuudet ovat asianmukaiset ja jos alajuoksulla on yhteensopivat olosuhteet (esim. satula kohtuullisella etäisyydellä pääpadosta säiliön reunaa pitkin ylimääräisen veden johtamiseksi; kiinteä kalliopohja pistokkeelle eroosion kestämiseksi; kanava, jolla ylivuoto ohjataan turvallisesti pistokkeesta pääjokeen alajuoksun rakenteiden suojaamiseksi).

Yleensä läikkymistiet ja porttijärjestelmät voidaan asentaa vain padon rakennusvaiheessa, joten jälkiasennus ei yleensä ole vaihtoehto. Tämä ei koske sulakepistokkeita ja PKW-järjestelmiä. Ranskan vesivoimaloiden tulvariskien hallintaa koskevassa Climate-ADAPT-tapaustutkimuksessa käsitellään PKW: n etuja ja haittoja. PKW: llä on joitakin selviä etuja verrattuna perinteisiin vuotoihin ja aidattuihin järjestelmiin, kuten mahdollisuus asentaa ne jälkiasennuksina olemassa oleviin patoihin ja se, että ne tarjoavat vapaan virtauksen vuodon ilman, että enimmäiskapasiteettirajoitukset rajoittavat niitä, joten ne pystyvät selviytymään suurista virtaustasoista ja toimimaan turvallisemmissa olosuhteissa kuin aidatut järjestelmät ja täysin automaattisella tavalla, joka ei edellytä ihmisen toimintaa.

Äärimmäinen infrastruktuurin mukauttamisvaihtoehto on laitoksen kapasiteetin laajentaminen rakentamalla suurempia patoja. Tämä voi olla järkevää erityisolosuhteissa, joissa hulevesien määrän odotetaan kasvavan merkittävästi lähitulevaisuudessa ja riittävän kauan, jotta investointikustannukset voidaan kattaa. Näin voi olla silloin, kun suurten jäätiköiden odotetaan sulavan, kuten Islannista tehdyssä tapaustutkimuksessa. Tämän vaihtoehdon sovellettavuus EU:hun on kuitenkin todennäköisesti hyvin rajallinen, koska hydrometeorologiset ja jäätikköolosuhteet ovat hyvin erilaiset.