Expansion de l'hydroélectricité et amélioration de la gestion en réponse à l'augmentation de la fonte des glaciers en Islande

La hausse des températures mondiales causée par le changement climatique devrait entraîner une augmentation de la fonte des glaciers en Islande, augmentant ainsi le débit d'eau dans les centrales hydroélectriques. Presque tous les glaciers islandais ont perdu de la masse depuis le début des années 1990; cette tendance devrait se poursuivre avec le réchauffement climatique. Il a été prévu que presque aucun glacier islandais ne sera laissé en 2200. Le débit des rivières glaciaires augmentera en même temps que la fonte des glaces. Le ruissellement devrait culminer au cours des 50 prochaines années, après quoi le ruissellement de la fonte glaciaire devrait diminuer jusqu'au niveau de zéro en 2200.

Pour l'année 2015, l'augmentation des scénarios d'afflux utilisant le climat de 2015 est environ 10% plus élevée que ce qui avait été prédit par les enregistrements climatiques historiques. Les scénarios d'entrée représentent les entrées historiques depuis les années 1950 jusqu'à aujourd'hui qui ont été projetées pour (a) certaines années dans l'avenir en utilisant à la fois les tendances historiques estimées de la température et des précipitations et les tendances futures prévues en raison du changement climatique. À ce jour, le système électrique existant a été principalement en mesure d'utiliser cette augmentation du flux sans investissement. Le volume des entrées devrait augmenter de 15 % supplémentaires d'ici 2050 par rapport à 2015. Le système d'alimentation existant ne peut utiliser que 30% de cette augmentation. Sans modifications aux centrales hydroélectriques existantes, le reste de l'augmentation du débit devrait être déversé sur les déversoirs. Pour utiliser pleinement les débits accrus, il faudra augmenter à la fois la capacité installée des turbines et le stockage des réservoirs dans les centrales hydroélectriques existantes.

Le réchauffement de l'atmosphère sous le changement climatique provoque une fonte accélérée des glaciers, ce qui entraîne une augmentation du débit d'eau dans les centrales hydroélectriques. Le premier objectif de Landsvirkjun (la compagnie nationale d'électricité) est d'améliorer les projections du débit d'eau sous le changement climatique. De meilleures projections facilitent les mesures d'adaptation qui minimisent les déversements d'eau inutiles à travers les déversoirs. Ces mesures comprennent la modification des plans de gestion des réservoirs, l'installation d'infrastructures supplémentaires et/ou la refonte de l'infrastructure existante pour gérer l'augmentation du ruissellement. Un co-bénéfice est une protection accrue contre les inondations, car les réservoirs peuvent fonctionner comme une capacité tampon supplémentaire en cas d'inondation extrême.

En collaboration avec d'autres gouvernements nordiques et des agences de recherche dans le cadre du groupe Norden, Landsvirkjun utilise la modélisation hydrologique pour projeter le débit futur de l'eau, en tenant compte des impacts du changement climatique. Les projections sur le débit futur des rivières ont été améliorées grâce à l'utilisation des données de température et de précipitations observées, et les courbes surface-volume-élévation des glaciers ont été ajustées en fonction des tendances des simulations de modèles climatiques. Ces informations ont ensuite été intégrées dans un modèle hydrologique pour produire des débits corrigés qui tiennent compte du changement climatique. Landsvirkjun a intégré des débits corrigés dans ses stratégies de gestion des réservoirs. L'organisation met à jour la série de débits et, par la suite, sa gestion des réservoirs, tous les cinq ans pour tenir compte de l'évolution des conditions climatiques. Pour la nouvelle conception et la rénovation des anciennes installations, Landsvirkjun utilise comme spécification de conception qui tient compte des flux futurs dans les 15 ans et au-delà.

La série de débits corrigés de Landsvirkjun utilise les données de la CIPV ainsi que des résultats spécifiques pour l'Islande, tels que la distribution saisonnière attendue des changements de température et de précipitations. La série de débits est ensuite étalonnée chaque année en fonction des résultats de la surveillance. Ces résultats sont utilisés pour ajuster la gestion des réservoirs et pour évaluer d'éventuelles refontes et mises à niveau des centrales électriques actuelles ainsi que des propositions de projets futurs. Essentiellement, la gestion et la conception des actifs existants et prévus sont ajustées pour tirer parti de l'augmentation des flux glaciaires, sur la base de données améliorées sur les flux actuels et futurs. Ces mesures se traduisent par une augmentation de la production d'énergie renouvelable en Islande, en raison de la réduction des pertes de ressources en eau par les déversoirs.

La centrale hydroélectrique de Búrfell fournit un exemple où l'amélioration des données sur le débit d'eau a rendu une expansion économiquement réalisable: la capacité de la centrale a été portée de 70 MW à 100 MW. Landsvirkjun a décidé de construire une nouvelle centrale hydroélectrique, qui prolonge la centrale d'origine et réduit sa charge. La nouvelle extension de Búrfell a été construite sous terre pour des raisons économiques et de durabilité; il est opérationnel depuis juin 2018. La centrale hydroélectrique de Búðarháls est un nouveau projet mis en service en 2014. La capacité de cette centrale est passée des 80 MW initialement prévus à 95 MW en réponse au changement climatique. Le projet hydroélectrique de Hvammur est un projet futur, où la capacité a également été augmentée sur la base des flux corrigés, passant de 82 MW à 95 MW. Le projet Hvammur a été approuvé par le Parlement islandais dans le cadre du «plan directeur pour la protection de la nature et l’utilisation de l’énergie» (voir la section sur les aspects juridiques), mais aucune décision n’a été prise pour commencer la construction.

L'entreprise a collaboré avec Norden pour identifier et analyser les impacts du changement climatique sur les systèmes d'énergie renouvelable. Norden est une initiative de collaboration régionale, impliquant des gouvernements et des agences de recherche du Danemark, de la Finlande, de l'Islande, de la Norvège, de la Suède, des îles Féroé, du Groenland et des îles Åland. Le programme est financé par le Conseil nordique des ministres.

Dans cette recherche collaborative, les données de température et de précipitations observées, ainsi que les courbes surface-volume-élévation des glaciers, ont été ajustées en fonction des tendances du modèle climatique. Des données historiques sur la fonte des glaciers et l'augmentation prévue du ruissellement et du volume d'eau qui en résulte ont été obtenues. Cet échange de connaissances et de recherches entre les pays scandinaves a permis de constituer une base de données probantes bien développée qui est examinée par un consortium de recherche et, à ce titre, diffusée dans la communauté au sens large.

La conception de l'extension des sites hydroélectriques actuels a fait l'objet d'une consultation publique dans le cadre de la procédure d'évaluation des incidences sur l'environnement, comme le garantit la loi. L'acceptation a également été recherchée par l'application du protocole d'évaluation de la durabilité de l'hydroélectricité (HSAP) pour le projet hydroélectrique de Hvammur et pour l'exploitation de la centrale hydroélectrique de Blanda. Ce dernier a reçu le prix Blue Planet de l'IHA en 2017.

Facteurs de succès:

• La collaboration avec d'autres compagnies d'électricité, universités et institutions a facilité et renforcé la crédibilité des efforts d'adaptation; cela s’est fait principalement par l’intermédiaire du consortium Norden.
• Le Conseil exécutif de Landsvirkjun est impliqué dans le processus d'adaptation
• Une approche progressive de l'adaptation au changement climatique: tous les cinq ans, les tendances passées et les projections des précipitations et de la température sont examinées, tandis qu'un calibrage annuel des modèles est effectué sur la base des résultats de la surveillance, afin d'ajuster la gestion actuelle et les investissements réalisés par Landvirkjun.
• Compte tenu de l'incertitude des projections climatiques, Landsvirkjun maintient des plans alternatifs qui peuvent être mis en œuvre si le scénario sélectionné s'avère inexact. Ces plans alternatifs comprennent des accords de réduction avec les principaux consommateurs, où une partie des ventes annuelles d'énergie sous contrat peut être réduite, en plus d'avoir des plans prêts pour la construction de nouveaux projets d'hydroélectricité renouvelable, de géothermie et d'énergie éolienne.

Facteur limitatif:

• L'augmentation du débit d'eau devrait être temporaire. Les flux de fonte des glaces devraient atteindre un plateau d’ici à 2030 et rester constants par la suite jusqu’en 2080. D'ici 2080, le volume des glaciers aura tellement diminué que les débits commenceront à diminuer. Ce phénomène à long terme a peu d'effets sur les décisions actuelles, qui ont un horizon de décision de 50 ans. Une fois que les flux sont revenus aux niveaux des années 1990, c’est-à-dire avant que les glaciers islandais ne commencent à perdre de la masse, les centrales hydroélectriques existantes peuvent avoir une capacité un peu plus élevée que nécessaire.

Coûts :

• Le coût de l'investissement dans des projets de recherche dans le cadre d'une initiative collaborative scandinave (Norden) était modéré, d'environ 1 million d'euros.
• Le coût de la modification des plans de gestion du réservoir est modéré et se reflète dans les coûts internes, tels que l'ajout de 2 à 3 membres du personnel.
• Le coût de la modification de la conception des actifs prévus (dans la plupart des cas, la capacité des projets hydroélectriques est augmentée) est élevé, de l'ordre de dizaines de millions d'euros.

Principaux avantages:

• L'amélioration de la modélisation hydrologique a fourni des informations précieuses pour la prise de décision concernant les investissements futurs dans les centrales hydroélectriques.
• L'augmentation de la capacité de production de 10 % à ce jour en réponse à l'augmentation des débits d'eau due aux changements climatiques actuels et projetés augmente les revenus annuels.

L'augmentation de la capacité des réservoirs peut assurer une capacité tampon contre les inondations extrêmes, ce qui conduit à une protection accrue contre les inondations. Les inondations les plus extrêmes en Islande sont les inondations glaciaires dues aux éruptions volcaniques. Les inondations provoquées par les éruptions glaciaires sont plus fréquentes en Islande qu'ailleurs dans le monde en raison de l'interaction des volcans avec les glaciers.

Le «plandirecteur pour la protection de la nature et l’utilisation de l’énergie»est un outil permettant de concilier les intérêts concurrents de la conservation de la nature et de la production d’énergie à l’échelle nationale et aux premiers stades de la planification. Toutefois, l’aspect de l’adaptation au changement climatique n’est pas pris en considération lors de ces étapes de planification, et il n’est pas non plus inclus dans le cadre de la procédure d’évaluation des incidences sur l’environnement. Un aspect important à prendre en considération est qu’en Islande, l’hydroélectricité fournit 73 % de sa part d’énergie renouvelable et constitue donc une contribution importante au bouquet énergétique islandais.

Il a fallu quatre ans (2006 à 2010) à la société Landsvirkjun pour utiliser des séries de débit corrigées dans la prise de décision sur la gestion des réservoirs et les décisions d'investissement sur les actifs futurs. L'installation d'une capacité supplémentaire dans la centrale de Búrfell a pris un peu plus de deux ans à compter du début de la construction (2016).

L'évaluation de la fonte attendue des glaciers et donc du volume d'eau pour la production hydroélectrique est effectuée tous les cinq ans et calibrée par les résultats de la surveillance sur une base annuelle. En conséquence, les décisions d'investissement et de gestion sont prises sur la base d'une évaluation actualisée, en tenant compte des mesures historiques et des projections futures. Cette stratégie a un horizon temporel de 50 ans, car le retour sur investissement pour les projets hydroélectriques est calculé sur une période de 50 ans, et les projections de ruissellement des glaciers peuvent être faites sur une telle période avec suffisamment de confiance.

Óli Grétar Blöndal Sveinsson,
Landsvirkjun
Executive VP of Research and Development
E-mail: Oli.Gretar.Sveinsson@landsvirkjun.is 

Úlfar Linnet,
Landsvirkjun
Manager of Resources Department
E-mail: Ulfar.Linnet@landsvirkjun.is 

Halldór Björnsson
Icelandic Met Office
Head of Atmospheric research group
E-mail: halldor@vedur.is 

Landsvirkjun et Iceland Met Office