Vízerőművek árvízkockázatának kezelése Franciaországban

Árvizek vagy erős csapadék esetén a víz gátakból való biztonságos kiengedése kritikus működési kihívást jelent. A múltbeli tendenciák a szélsőséges napi csapadékmennyiség növekedését mutatják Dél-Franciaországban, ami villámárvizekhez vezethet. Ez a tendencia várhatóan a jövőben is folytatódni fog. A hó és a gleccserek olvadása várhatóan hosszabb távon is hatással lesz a gát beáramlására és kiáramlására. A gleccserek tömegvesztesége már egyenletes gyorsulást mutat az Alpokban.

A vízerőművek árvízkezelése előtt álló kihívás az, hogy megelőzzék vagy minimálisra csökkentsék a gátak túltöltésének a downstream közösségekre, a tulajdonra, a mezőgazdaságra és az ökoszisztémákra gyakorolt hatásait, ugyanakkor megvédjék magukat a gátakat a működési hibáktól és más károktól. Minden egyes vízerőmű gát különböző kockázati szinteket képvisel, és a PKW-rendszerek hatékonyságát minden esetben külön-külön kell értékelni.

A PKW-rendszert az EDF frissített hidrológiai tanulmányaira válaszul fejlesztették ki, amelyek azt mutatták, hogy a vízerőművek gátjait érintő szélsőséges árvizek egyre gyakoribbak és intenzívebbek. A szennyvíztisztító telepek segítenek a gátak kapacitásának kiigazításában, hogy meg tudjanak birkózni az éghajlatváltozás hatásaival, például a megnövekedett csapadékkal és áradásokkal. A PKW rendszerek célja, hogy nagyobb felületet biztosítsanak a víz (túl)áramlásához. Ez növeli a gát ürítési kapacitását anélkül, hogy megváltoztatná a maximális tartályszintet. Az ilyen technológia elsődleges előnye, hogy megvédi a vízenergia-eszközöket a károktól, miközben csökkenti a működési költségeket az alternatív kapurendszerekhez képest. Az egyéb előnyök közé tartozik a lefelé irányuló hatások csökkentése a súlyos csapadékesemények során, valamint az energiaellátás biztonságának biztosítása az ilyen események során a működési hibák csökkentése révén.

A franciaországi Auvergne-Rhône-Alpes régióban, Ardèche megyében található Chassezac völgyét az 1950-es években nagy potenciállal rendelkező hidrológiai medenceként azonosították. Ez öt vízerőmű gát és négy vízerőmű építéséhez vezetett, amelyek mindegyike 1961 és 1970 között épült. Ezek egyike, a Malarce gát 28,4 m magas, 111 m hosszú és 2,3 hm³ (azaz 2,3 millió m³⁾visszatartó kapacitással rendelkezik. 1968-ban kezdte meg működését, és 16 MW teljesítménykapacitással rendelkezik.

A malarcei duzzasztógát PKW-jét azzal bízták meg, hogy mintegy 600 m^3/s-malnövelje maximális kiürítési kapacitását összesen 4600 m^3/s-ra.Amikor a duzzasztógát vízszintje meghaladja a bemeneti tartályok szintjét, a víz automatikusan átfolyik a PKW-n a kimeneti tartályokba, amelyek egyenesen a kiömlőcsatornába és az folyásirányba vezetnek. Ez a technológia lehetővé teszi a gátak alkalmazkodását az éghajlatváltozás miatt várható növekvő árvízkockázatokhoz. A malarcei duzzasztógátban található PKW segít csökkenteni a duzzasztógát-infrastruktúra és a downstream közösségek költséges károsodásának kockázatát.

Számos mérnöki lehetőség áll rendelkezésre a gát átfolyásának kezelésére. A labirintus-túlfolyókat csak bizonyos típusú gátakba lehet beépíteni, és általában a gát legkorábbi tervezési szakaszában kell beépíteni. Számos meglévő gáton nyílászárók vannak a vízáramlás szabályozására. A kapuzott rendszerek azonban meghibásodhatnak a túlzott elárasztás miatti telítettség esetén. A szennyvíztisztító telepek gyakran a leghatékonyabb lehetőséget jelentik az árvízkockázat kezelésére a meglévő gátaknál. A PKW-k nem rendelkeznek maximális kapacitással, hanem szabad áramlást biztosítanak. A PKW-k ezért sokkal nagyobb áramlási szinteket képesek kezelni, és biztonságosabb megoldást kínálnak, mint a kapuzott rendszerek, minimális hibakockázattal és az úszó törmelék könnyebb evakuálásával. Más áramláskezelési technikákkal ellentétben a PKW-k az emberi hibákat is elkerülik, mivel nem igényelnek emberi kezelőket. Ez olyan vészhelyzetekben hasznos, mint a villámárvizek és földcsuszamlások, amelyek során a munkavállalók nem tudnak hozzáférni a helyszínhez.

A PKW technológia legfontosabb európai szereplői Franciaország, Svájc és Belgium. Az EDF nem szabadalmaztatta a PKW-rendszert. Ehelyett azon dolgozik, hogy megossza a PKW technológiát és betekintést a nemzetközi vízenergia-közösség más szereplőivel. Az innovatív technológia nemzetközi elismertségét jelzi, hogy világszerte több fejlesztő (pl. Algériában, az Egyesült Államokban és Dél-Afrikában) is telepít PKW-ket. 2015-ben az EDF megkapta az ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezményének „Climate Solutions Award” díját az alkalmazkodás témájában.

Mivel a PKW a teljes gát kis részét képezi, nincs olyan kifejezett hatása, amely látható lenne az érdekelt felek és a nem kormányzati szervezetek számára, vagy amelyet bírálnának. Ezért az érdekelt felek részvétele rutinszerűen nem fontos része a PKW-létesítmények telepítésének. Mindazonáltal, mint minden nagyobb építőmérnöki projekt esetében, minden PKW szigorú környezeti hatásvizsgálati eljárásokat követ, és kormányzati jóváhagyást kell kapnia. Ezek a hatásvizsgálati eljárások és jóváhagyások – például a CODERST keretében – nem kormányzati szervezetekkel és érdekelt felekkel folytatott konzultációkat is magukban foglalnak.

A PKW-t világszerte különböző vízerőművekben vezették be. Ezt a széles körű elterjedést megkönnyítette az EDF azon döntése, hogy nem szabadalmaztatja ezt a technológiát. Az eredeti fejlesztők együttműködésen alapuló megközelítése, akik megosztották a technológiát az érdekelt felekkel a vízenergia-közösségben, a technológia egyik legfontosabb sikertényezője. A PKW olcsó és könnyen telepíthető megoldás más túlcsordulás-kezelési technológiákhoz, például a kapuzott rendszerekhez képest. Ezenkívül a PKW technológia megbízható és rugalmas, mivel nincs szükség személyzettel végzett műveletekre vagy nagymértékű karbantartásra. Végül az a tény, hogy az első PKW-t az EDF, egy jól ismert, a vízenergia-ágazatban elismert vállalat építette, segített meggyőzni a többi gáttulajdonost a PKW-k telepítéséről.

A szennyvíztisztító telepekkel kapcsolatos kihívások közé tartozik egyes gáttelepek alkalmassága és megközelíthetősége, különösen a hegyvidéki régiókban. Továbbá a vízenergia-infrastruktúra hosszú élettartama és a termékciklusok időtartama azt jelenti, hogy az új ötletek és technológiai megoldások terjedése időbe telik ebben az iparágban. Végezetül, a gátak építésére általában csak a nyári hónapokban kerül sor, ami további korlátokat szab a PKW-k telepítésének.

A PKW költsége a meglévő gátszerkezettől, a helyszíntől és a vízáramlás mértékétől is függ. A gátszerkezet és a kapcsolódó berendezések hozzáférhetősége szintén hatással van a költségekre. A gáttól függően többé-kevésbé költséges lehet az olyan módosítások telepítése, mint a PKW. A PKW üzembe helyezése 200 000 és néhány millió euró között lehet. Mindenesetre a PKW költséghatékony lehet, mivel a gát teljes költségének viszonylag kis részét teszi ki. A PKW telepítésére vonatkozó példákat rutinszerűen úgy említik, hogy azok a teljes költség akár 30%-át is kitehetik. Míg a jelenlegi kapuzott rendszertechnológiát manuálisan kell működtetni, és költséges rendszeres karbantartást igényel, a PKW-k nem igényelnek működő munkaerőt, és csak alacsony vagy semmilyen karbantartásra nincs szükség.

Franciaországban a PKW-re vonatkozóan nincs jogi kötelezettség, és e területen nem várható jogszabály. A gáttulajdonosok feladata a technológia telepítése. A vízerőművek jobb árvízkezelése azonban összhangban van az árvízkockázatok értékeléséről és kezeléséről szóló 2007/60/EK irányelv egyes elveivel.

Az EDF 2003 és 2005 között fejlesztette ki az első PKW-t a Goulours-gátnál (Pyrénées-hegység). A PKW végrehajtási ideje eseti alapon változik. A kis projektek néhány hónapot vehetnek igénybe, míg a nagyobb projektek néhány évig tarthatnak. Mindkét esetben korlátozások merülnek fel a gátépítés szezonális jellege miatt. A jóváhagyási idő meglehetősen hosszú, beleértve az előzetes tanulmányt, a részletes tervezést, a pályáztatást, a környezetvédelmi tanulmányokat és a hatóságok jóváhagyását.

Nehéz kommentálni e beruházások élettartamát, mivel a PKW-technológia viszonylag új, és még nem érte el az élettartam végét. Várható, hogy az olyan betonszerkezetek, mint a PKW-k, ugyanolyan élettartamúak lesznek, mint a vízerőművek gátjai vagy más nagy mélyépítési projektek (azaz 50–100 év).

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