Vízerőművek alkalmazkodási lehetőségei

A vízenergia-termelés természeténél fogva a víz rendelkezésre állásától függ, ezért az éghajlatváltozás vízmedencékre gyakorolt hatásai elsősorban két (ellentétes) útvonalon keresztül befolyásolják. Az éghajlatváltozás vízhiányhoz vezethet, ami alacsonyabb folyóáramláshoz és a víz gátakba történő kisebb mértékű felhalmozódásához vezet, és ezáltal alacsonyabb vízmennyiséghez, amely a turbinákon vagy a folyami erőműveken áramtermelés céljából áthaladhat. Ezzel szemben az éghajlatváltozás növelheti a szélsőséges csapadékesemények gyakoriságát és intenzitását, és felgyorsíthatja a hóolvadást, ami fokozott árvízkockázathoz vezet. Unió-szerte egyes helyszínek hajlamosabbak lesznek a vízhiánnyal kapcsolatos problémákra, mások pedig a hirtelen vízbőségre: jellemzően az aszályok várhatóan komoly fenyegetést jelentenek a legtöbb régióban, kivéve Észak-Európát, és az évszázadonként egyszer előforduló árvizek gyakoribbak lesznek minden nagyobb európai vízgyűjtőben (EEA, 2016). Azonban mindkét jelenség előfordulhat Európa-szerte, változó gyakorisággal a változó éghajlat mellett.

A várható hidrometeorológiai változások Európa-szerte tapasztalható változékonysága indokolja az itt tárgyalt első alkalmazkodási lehetőséget. Az éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodás szempontjából alapvető fontosságú, hogy a vízerőműveket működtető közművek részletesen megértsék az egyes erőművek jövőbeli működési feltételeit. Az éghajlatváltozás a vízkör szezonális változását fogja eredményezni, hosszabb száraz időszakokkal, amelyek során a víz a szokásosnál kevesebb lesz, a hó korábbi olvadása a hegyoldalakon tavasszal, és ezáltal az olvadó víz nagy beáramlásának korábbi előfordulása, valamint a gleccserek gyorsított olvadása, ami a víz rendelkezésre állásának kezdeti növekedését fogja eredményezni, amit a víz rendelkezésre állásának romlása követ. Upstream áramlásszabályozó infrastruktúrák hiányában a korai és bőségesebb tavaszi áramlások problémát jelenthetnek a folyó menti erőművek számára, mivel eltérést okoznak a villamosenergia-termelés és a kereslet között.

Mindezek a jelenségek alapos felülvizsgálatot tesznek szükségessé a vízerőművek üzemeltetésének, karbantartásának és esetlegesen az éghajlatváltozás hatásaival szembeni ellenálló képességre irányuló mérnöki beavatkozások tervezésében. Ezenkívül a pontos forgatókönyvek kulcsfontosságúak lesznek ahhoz, hogy közös megoldásokat találjanak a vízhiányos időszakokban a versengő felhasználásokra, mivel segítenek felmérni a tényleges igényeket és a különböző felhasználók igényeinek várható időzítését az elektromos közművek mellett: mezőgazdasági termelők, halászat, lakossági felhasználás, vízi közlekedés, szabadidős tevékenységek stb. Így az első alkalmazkodási lehetőség az, hogy nagy felbontású éghajlati és hidrometeorológiai forgatókönyveket dolgoznak ki minden egyes gáttelepre és a hozzájuk tartozó vízgyűjtőre vonatkozóan oly módon, hogy azok könnyen hozzáférhetők és érthetők legyenek az elektromos közművek vezetése és a medencén belüli összes többi felhasználó számára. E célból konkrét éghajlat-politikai szolgáltatásokat lehet kialakítani annak érdekében, hogy hozzáférhető formátumban pontos előrejelzéseket nyújtsanak a releváns mutatókról.

Egyes esetekben az előre jelzett éghajlati viszonyok arra utalhatnak, hogy a tervezett tevékenységek felülvizsgálata nem feltétlenül elegendő, és hogy az infrastrukturális alkalmazkodás megfelelő lehet. Ez különösen igaz akkor, ha a szélsőséges csapadékesemények gyakoribb előfordulása várható, ami a gátaknál az áradások gyakoribb előfordulását eredményezi. A gátak elárasztásának káros hatásai közé tartozik a túltöltés, az üzemszünetek, a berendezések károsodása és a lefelé irányuló káros hatások. Az áradások miatti hirtelen vízbőséget biztonságosan kell kibocsátani annak érdekében, hogy minimálisra csökkenjenek az üzemet, valamint a downstream ökoszisztémákat és emberi infrastruktúrákat és tevékenységeket érő károk. A szélsőséges csapadékesemények hidrometeorológiai hatásokat is kiválthatnak, például földcsuszamlásokat vagy túlzott iszaposodást, ami csökkentheti a tározón belül a víz számára rendelkezésre álló mennyiséget és/vagy eltömítheti a vízelvezető rendszert.

Számos mérnöki lehetőség alkalmazható a gátak kiömlésének kezelésére, amelyek alapvetően átömlőkbe, kapuzott rendszerekbe és biztosítékdugókba csoportosíthatók.

A kiömlőnyílások különböző kialakításúak lehetnek, amelyek célja a kibocsátott víz energiájának biztonságos elvezetése, miközben biztosítják a kívánt kiáramlási mennyiségeket. Automatikusan működhetnek, amikor a gátban lévő víz eléri az adott szintet, vagy összekapcsolhatók olyan kapukkal, amelyek a vízáramlást a túlfolyóba irányítják. A tervezési formák közé tartoznak a csúszda kiömlőnyílások, lépcsős kiömlőnyílások, harang-száj kiömlőnyílások, szifon kiömlőnyílások, ogee címerek, oldalcsatornák, labirintus kiömlőnyílások és zongora-kulcs gátak (PKW). A gát műszaki jellemzői, valamint a környező terület domborzata és hidrológiája határozza meg az egyes átömlőnyílás-típusok gáttal való kompatibilitását: ez azt jelenti, hogy nem minden átfolyórendszer kompatibilis az összes gáttal.

A zárt rendszerek a gátfal mentén vagy a harangtorkolatok körül elhelyezett kapuk sorozata, amelyek kinyithatók a tározó vízszintjének kezelésére, és különösen árvíz esetén a lejjebb lévő vízfelesleg felszabadítására. Ismét összekapcsolhatók a kiömlőnyílásokkal, hogy biztonságosan eloszlassák a kibocsátott víz mozgási energiáját. Ezek számos meglévő gáton működnek az áramláskezelés érdekében. A kapuzott rendszerek a túlzott elárasztás miatti telítettség esetén meghibásodhatnak.

A biztosítékdugók a földgát erodálható részei, amelyeket előre meghatározott elárasztási körülmények között történő kimosásra terveztek. Alapvetően pufferként működnek, amelyek elnyelik és lelassítják a túlfolyást, és feláldozhatók, mert az újjáépítésük költsége csak egy kis töredéke azoknak a költségeknek, amelyeket a fő gát károsodása esetén fenn kell tartani. Ezeket csak a helyszín megfelelő földrajzi és geológiai adottságainak, valamint a folyásiránynak megfelelő körülményeknek (pl. a fő gáttól észszerű távolságra lévő nyereg a tározó pereme mentén a felesleges víz elvezetése érdekében; szilárd sziklaalap a dugó számára, hogy ellenálljon az eróziónak; egy csatorna, amely biztonságosan elvezeti a túlfolyást a dugóból a fő folyóba a lejjebb lévő szerkezetek védelme érdekében).

A kiömlőnyílások és kapurendszerek beszerelésére általában csak a gátépítési szakaszban kerülhet sor, így az utólagos felszerelés általában nem lehetséges. Ez nem vonatkozik a biztosíték dugókra és a PKW rendszerekre. A francia vízerőművek árvízkockázat-kezeléséről szóló Climate-ADAPT esettanulmány a PKW-k előnyeit és hátrányait tárgyalja. A PKW-k egyértelmű előnyökkel rendelkeznek a hagyományos átömlőnyílásokkal és zárt rendszerekkel szemben, mint például a meglévő gátakon belüli utólagos felszerelés megvalósíthatósága, valamint az a tény, hogy szabad áramlású átömlőutat biztosítanak anélkül, hogy a maximális kapacitási korlátok korlátoznák őket, így képesek megbirkózni a nagy áramlási szintekkel és biztonságosabb körülmények között dolgozni, mint a zárt rendszerek, és teljesen automatikus módon, amely nem igényel emberi beavatkozást.

Szélsőséges infrastrukturális alkalmazkodási lehetőség az erőmű kapacitásának bővítése nagyobb gátak építésével. Ennek olyan különleges körülmények között lehet értelme, amikor a közeljövőben várhatóan nagymértékű vízlefolyás-növekedés következik be, és ez elég hosszú ahhoz, hogy lehetővé tegye a beruházási költségek megtérülését. Ez akkor fordulhat elő, ha nagy gleccserek olvadása várható, mint egy izlandi esettanulmányban. Ennek a lehetőségnek az EU-ra való alkalmazhatósága azonban valószínűleg nagyon korlátozott a nagyon eltérő hidrometeorológiai és gleccsertani feltételek miatt.