Mogućnosti prilagodbe za hidroelektrane

Proizvodnja hidroenergije po definiciji ovisi o dostupnosti vode i stoga na nju utječu učinci klimatskih promjena na vodne bazene, uglavnom putem dvaju (suprotnih) putova. Klimatske promjene mogu dovesti do nestašice vode, što dovodi do nižih riječnih tokova i manjeg nakupljanja vode u brane, a time i do manje količine vode koja može proći kroz turbine ili protjecati kroz riječne elektrane kako bi se proizvela električna energija. S druge strane, klimatske promjene mogu povećati učestalost i intenzitet ekstremnih oborina i ubrzati otapanje snijega, što dovodi do povećanog rizika od poplava. Neke lokacije diljem EU-a bit će sklonije problemima nestašice vode, a druge iznenadnom obilju vode: obično se očekuje da će suše biti ozbiljna prijetnja u većini regija osim u sjevernoj Europi, a ono što se sada događa jednom u stoljeću poplave će biti češće u svim većim europskim riječnim slivovima (EEA, 2016.). Međutim, oba fenomena mogu se pojaviti diljem Europe, s promjenjivim frekvencijama u promjenjivoj klimi.

Ta varijabilnost očekivanih hidrometeoroloških promjena diljem Europe razlog je za prvu opciju prilagodbe o kojoj se ovdje raspravlja. Iz perspektive prilagodbe klimatskim promjenama ključno je da komunalne službe koje upravljaju hidroelektranama dobiju detaljno razumijevanje budućih uvjeta u kojima će svaka elektrana raditi. Klimatske promjene rezultirat će sezonskim varijacijama vodenog kruga, s duljim sušnim razdobljima tijekom kojih će voda biti oskudnija nego inače, ranijim odmrzavanjem snijega na planinskim padinama u izvorima, a time i ranijom pojavom velikih priljeva topivih voda, kao i ubrzanim otapanjem ledenjaka što će rezultirati početnim povećanjem dostupnosti vode nakon čega će uslijediti pogoršanje dostupnosti vode. U nedostatku infrastrukture za kontrolu protoka na početku proizvodnog lanca rani i obilniji proljetni tokovi mogu biti problematični za protočna postrojenja jer uzrokuju neusklađenost između proizvodnje električne energije i potražnje.

Sve te pojave zahtijevat će temeljitu reviziju planiranja rada, održavanja i mogućih inženjerskih intervencija za zaštitu od klimatskih promjena u hidroelektranama. Nadalje, točni scenariji bit će ključni za pronalaženje zajedničkih rješenja za konkurentne upotrebe tijekom razdoblja nestašice vode jer će pomoći u mjerenju stvarnih potreba i vjerojatnog vremenskog okvira zahtjeva različitih korisnika osim električnih komunalnih usluga: poljoprivrednici, ribarstvo, stambena upotreba, vodni prijevoz, rekreacija itd. Stoga je prva opcija prilagodbe utvrđivanje klimatskih i hidrometeoroloških scenarija visoke razlučivosti za svaku lokaciju brane i za riječni sliv kojem pripadaju tako da im uprava elektroenergetskih poduzeća i svi drugi korisnici u slivu mogu lako pristupiti i razumjeti ih. U tu svrhu mogu se osmisliti posebne klimatske usluge kako bi se osigurala točna predviđanja relevantnih pokazatelja u pristupačnom formatu.

U nekim slučajevima predviđeni klimatski uvjeti mogu upućivati na to da revizija planiranih aktivnosti možda nije dovoljna i da bi infrastrukturna prilagodba mogla biti uredna. To je osobito slučaj kada se očekuje povećana pojava ekstremnih oborina, što rezultira povećanom pojavom poplava na mjestima brana. Štetni učinci poplavljivanja brana uključuju prelijevanje, prekide rada, oštećenje opreme i štetne učinke nizvodno. Iznenadno obilje vode zbog poplava mora se sigurno ispustiti kako bi se štete na biljci i nizvodnim ekosustavima te ljudskoj infrastrukturi i aktivnostima svele na najmanju moguću mjeru. Ekstremne oborine također mogu izazvati hidrometeorološke utjecaje kao što su klizišta ili prekomjerno natapanje, što može smanjiti volumen dostupan za vodu unutar rezervoara i / ili začepiti sustav ispuštanja vode.

Postoji niz inženjerskih opcija koje se mogu primijeniti za upravljanje izlijevanjem brane, koje se u osnovi mogu grupirati u preljevne putove, zatvorene sustave i osigurače.

Izlazni kanali mogu imati različite oblike dizajna usmjerene na sigurno rasipanje energije ispuštene vode, istodobno osiguravajući željene količine ispusta. Mogu raditi automatski kada voda u brani dosegne određenu razinu ili se mogu spojiti s vratima koja preusmjeravaju protok vode u preljev. Oblikovani su preljevni kanali, preljevni kanali sa stepenicama, preljevni kanali sa zvonom, preljevni kanali sa sifonom, ogee grbovi, bočni kanali, preljevni kanali s labirintom i preljevi s klavirskim ključem (PKW). Tehničke značajke brane te orografija i hidrologija okolnog područja određuju kompatibilnost određenih vrsta preljeva s branom: to znači da nisu svi sustavi prelijevanja kompatibilni sa svim branama.

Protupožarni sustavi niz su vrata postavljenih duž zida brane ili oko izljeva zvona koja se mogu otvoriti kako bi se upravljalo razinom vode u spremniku, a posebno kako bi se u slučaju poplave ispustio višak vode nizvodno. Ponovno, mogu se spojiti s preljevnim kanalima kako bi se sigurno raspršila kinetička energija ispuštene vode. Nalaze se u mnogim postojećim branama za upravljanje protokom. Gated sustavi mogu otkazati u slučajevima zasićenja zbog prekomjernih poplava.

Čepovi osigurača su erodabilni dijelovi zemljane brane koji su dizajnirani za ispiranje u unaprijed određenim uvjetima naplavljivanja. Uglavnom djeluju kao puferi koji apsorbiraju i usporavaju prelijevanje i mogu se žrtvovati jer je trošak njihove obnove samo mali dio troškova koji bi se morali održati ako je glavna brana oštećena. Mogu se ugraditi samo ako postoje odgovarajuće zemljopisne i geološke značajke lokacije i kompatibilni nizvodni uvjeti (npr. sedlo na razumnoj udaljenosti od glavne brane duž ruba spremnika za ispuštanje viška vode; čvrsti kameni temelj za čep kako bi izdržao eroziju; kanal za sigurno preusmjeravanje prelijevanja s utikača na glavnu rijeku kako bi se zaštitile nizvodne strukture).

Obično se ugradnja sustava preljeva i vrata može odvijati samo tijekom faze izgradnje brane, stoga naknadna ugradnja obično nije opcija. To se ne odnosi na osigurače i PKW sustave. Studija slučaja Climate-ADAPT o upravljanju rizicima od poplava za francuske hidroelektrane raspravlja o prednostima i nedostacima PKW-a. PKW-i imaju neke jasne prednosti u usporedbi s tradicionalnim preljevima i zatvorenim sustavima, kao što je izvedivost ugradnje kao naknadne ugradnje unutar postojećih brana i činjenica da pružaju preljev slobodnog protoka bez ograničenja maksimalnih kapaciteta, čime se mogu nositi s visokim razinama protoka i raditi u sigurnijim uvjetima od zatvorenih sustava te na potpuno automatski način koji ne zahtijeva ljudsku intervenciju.

Ekstremna mogućnost infrastrukturne prilagodbe je proširenje kapaciteta postrojenja izgradnjom većih brana. To bi moglo imati smisla u posebnim okolnostima u kojima se očekuje veliko povećanje otjecanja vode u bliskoj budućnosti i dovoljno dugo da se omogući povrat troškova ulaganja. To može biti slučaj kada se očekuje otapanje velikih ledenjaka, kao u studiji slučaja s Islanda. Međutim, primjenjivost te mogućnosti na EU vjerojatno je vrlo ograničena zbog vrlo različitih hidrometeoroloških i glacioloških uvjeta.