Upravljanje rizicima od poplava za hidroelektrane u Francuskoj

Sigurno ispuštanje vode iz brana tijekom poplava ili obilnih oborina predstavlja ključan operativni izazov. Dosadašnji trendovi pokazuju povećanje ekstremnih dnevnih padalina u južnoj Francuskoj, što može dovesti do bujičnih poplava. Očekuje se da će se taj trend nastaviti i u budućnosti. Očekuje se i da će otapanje snijega i ledenjaka dugoročno utjecati na dotok i odljev brana. Gubitak mase ledenjaka već pokazuje dosljedno ubrzanje diljem Alpa.

Izazov za upravljanje poplavama u hidroelektranama jest spriječiti ili svesti na najmanju moguću mjeru učinke prelijevanja brana na nizvodne zajednice, imovinu, poljoprivredu i ekosustave te istodobno zaštititi same brane od kvarova u radu i drugih šteta. Svaka hidroenergetska brana predstavlja različite razine rizika, a učinkovitost PKW sustava mora se procijeniti zasebno u svakom slučaju.

Sustav PKW razvijen je kao odgovor na ažurirane hidrološke studije EDF-a, koje su pokazale da ekstremne poplave koje utječu na hidroenergetske brane postaju sve češće i intenzivnije. PKW-i pomažu u prilagodbi kapaciteta brana kako bi se nosile s utjecajima klimatskih promjena kao što su povećane oborine i poplave. Cilj PKW sustava je osigurati povećanu površinu za (prekomjerni) protok vode. Time se povećava kapacitet pražnjenja brane bez promjene maksimalne razine spremnika. Primarna je korist takve tehnologije zaštita hidroenergetske imovine od štete, uz istodobno smanjenje operativnih troškova u usporedbi s alternativnim sustavima vrata. Druge koristi uključuju smanjenje naknadnih učinaka tijekom obilnih padalina, kao i osiguravanje sigurnosti opskrbe energijom tijekom takvih događaja smanjenjem kvarova u radu.

Dolina Chassezac u departmanu Ardèche u francuskoj regiji Auvergne-Rhône-Alpes pedesetih godina 20. stoljeća prepoznata je kao hidrološki bazen visokog potencijala. To je dovelo do razvoja pet hidroelektrana i četiri hidroelektrane, koje su sve izgrađene između 1961. i 1970. godine. Jedna od njih, brana Malarce, visine je 28,4 m, duljine 111 m i kapaciteta zadržavanja 2,3 hm³ (tj. 2,3 milijuna m³). Počeo je s radom 1968. godine i ima snagu od 16 MW.

PKW za branu Malarce naručen je da poveća svoj maksimalni kapacitet pražnjenja za oko 600 m³/ s na ukupno 4600 m³/ s. Kada razina vode brane prijeđe razinu u ulaznim spremnicima, voda automatski teče preko PKW-a u izlazne spremnike koji teku ravno u kanal prelijevanja i nizvodno. Ta tehnologija omogućuje prilagodbu brana sve većim rizicima od poplava koji se očekuju u kontekstu klimatskih promjena. PKW u brani Malarce pomaže smanjiti rizik od skupe štete na infrastrukturi brana i nizvodnim zajednicama.

Postoji nekoliko inženjerskih mogućnosti za upravljanje prelijevanjem brane. Labirintni preljevi mogu se ugraditi samo u određenim vrstama brana i obično se moraju ugraditi u najranijoj fazi projektiranja brane. Gated sustavi postoje u mnogim postojećim branama za upravljanje protokom. Međutim, zatvoreni sustavi mogu propasti u slučajevima zasićenja zbog prekomjernih poplava. PKW-i često predstavljaju najučinkovitiju opciju za upravljanje poplavnim rizicima na postojećim branama. PKW-i nemaju maksimalni kapacitet, već osiguravaju preljev slobodnog protoka. PKW-ovi stoga mogu upravljati mnogo većim razinama protoka i pružiti sigurnije rješenje od zatvorenih sustava, uz minimalan rizik od kvara i lakše evakuacije plutajućeg otpada. Za razliku od drugih tehnika upravljanja protokom, PKW-ovi također izbjegavaju ljudske pogreške jer ne zahtijevaju ljudske operatere. To je korisno u hitnim situacijama, uključujući bujične poplave i klizišta, tijekom kojih radnici ne mogu pristupiti lokaciji.

Glavni europski igrači u PKW tehnologiji su Francuska, Švicarska i Belgija. EDF nije patentirao sustav PKW. Umjesto toga surađivao je na dijeljenju PKW tehnologije i uvida s drugim igračima u međunarodnoj hidroenergetskoj zajednici. Doista, što ukazuje na međunarodno priznanje inovativne tehnologije, nekoliko programera diljem svijeta (npr. u Alžiru, SAD-u i Južnoj Africi) također instalira PKW-e. EDF je 2015. primio nagradu za klimatska rješenja od Okvirne konvencije Ujedinjenih naroda o promjeni klime na temu prilagodbe.

Budući da PKW predstavlja malu komponentu ukupne brane, nema izričit učinak koji je vidljiv dionicima i nevladinim organizacijama ili koji oni kritiziraju. Stoga sudjelovanje dionika nije rutinski važan dio instalacije PKW-a. Ipak, kao i kod svih velikih građevinskih projekata, svi PKW-i slijede stroge postupke procjene utjecaja na okoliš i trebaju dobiti odobrenje vlade. Ti postupci procjene učinka i odobrenja, primjerice putem CODERST-a, uključuju savjetovanja s nevladinim organizacijama i dionicima.

PKW je implementiran u različitim hidroelektranama diljem svijeta. Taj je široki raspon olakšan odlukom EDF-a da ne patentira tu tehnologiju. Suradnički pristup izvornih programera, koji su podijelili tehnologiju s dionicima u hidroenergetskoj zajednici, jedan je od najvažnijih čimbenika uspjeha tehnologije. PKW je jeftino i lako instalirano rješenje u usporedbi s drugim tehnologijama za upravljanje preljevom, kao što su zatvoreni sustavi. Nadalje, PKW tehnologija je pouzdana i otporna jer nema potrebe za operacijama s posadom ili održavanjem velikih razmjera. Naposljetku, činjenica da je prvi PKW izgradio EDF, poznato društvo koje uživa ugled u hidroenergetskom sektoru, pomogla je uvjeriti druge vlasnike brana da instaliraju PKW-e.

Izazovi povezani s PKW-ima uključuju prikladnost i pristupačnost određenih brana, posebno u planinskim regijama. Nadalje, dugi životni vijek hidroenergetske infrastrukture i trajanje proizvodnih ciklusa znači da širenje novih ideja i tehnoloških rješenja zahtijeva vrijeme u ovoj industriji. Konačno, izgradnja na branama obično se odvija samo u ljetnim mjesecima, što dodatno ograničava ugradnju PKW-a.

Trošak PKW ovisi o postojećoj strukturi brane, lokaciji i opsegu protoka vode. Dostupnost strukture brane i povezane potrebe za opremom također utječu na troškove. Ovisno o brani, može biti više ili manje skupo instalirati preinake kao što je PKW. Instalacija PKW-a može koštati između 200.000 i nekoliko milijuna eura. U svakom slučaju, PKW može biti troškovno učinkovit i predstavljati relativno malu komponentu ukupnog troška brane. Primjeri ugradnje PKW-a rutinski se navode kao da obuhvaćaju do 30 % ukupnih troškova. Dok se trenutnom tehnologijom zatvorenog sustava mora rukovati ručno i zahtijeva skupo redovito održavanje, PKW-ovi ne zahtijevaju radnu snagu i potrebno je samo nisko ili nikakvo održavanje.

U Francuskoj ne postoji zakonska obveza u pogledu PKW-a i ne očekuje se zakonodavstvo u tom području. Na vlasnicima brana je da instaliraju tehnologiju. Međutim, poboljšano upravljanje poplavama u hidroelektranama u skladu je s nekim načelima Direktive 2007/60/EZ o procjeni i upravljanju rizicima od poplava.

EDF je razvio prvi PKW od 2003. do 2005. na brani Goulours (Pyrenées Mountains). Vrijeme provedbe PKW-a razlikuje se od slučaja do slučaja. Mali projekti mogu trajati nekoliko mjeseci, dok veći projekti mogu trajati nekoliko godina. U oba slučaja ograničenja nastaju zbog sezonske prirode građevinskih radova na brani. Trajanje odobrenja prilično je dugo, a uključuje preliminarnu studiju, detaljan dizajn, natječaje, studije zaštite okoliša i odobrenje nadležnih tijela.

Teško je komentirati životni vijek tih ulaganja jer je PKW tehnologija relativno nova, a kraj životnog vijeka još nije dosegnut. Očekuje se da bi takve betonske konstrukcije kao što su PKW-ovi imale isti životni vijek kao hidroenergetske brane ili drugi veliki građevinski projekti (tj. 50 – 100 godina).

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