Aðlögunarmöguleikar fyrir vatnsaflsvirkjanir

Vatnsaflsframleiðsla fer eftir tiltækileika vatns og hefur því áhrif á áhrif loftslagsbreytinga á vatnasvið, einkum eftir tveimur (andstæðum) leiðum. Loftslagsbreytingar geta leitt til vatnsskorts, sem leiðir til minni vatnsflæðis og minni vatnssöfnunar í stíflur og þar með minna magn af vatni sem getur farið í gegnum hverfil eða runnið áranna til að framleiða rafmagn. Á hinn bóginn geta loftslagsbreytingar aukið tíðni og styrk mikillar úrkomu og hraðað snjóbræðslu sem leiðir til aukinnar flóðahættu. Sumir staðir í ESB munu vera líklegri til að vatnsskortur málefni og aðrir fyrir skyndilegum gnægð af vatni: venjulega er gert ráð fyrir að þurrkar verði alvarleg ógn á flestum svæðum nema í Norður-Evrópu, og það sem nú er einu sinni á öld verður tíðara á öllum helstu vatnasviðum Evrópu (EES, 2016). Hins vegar geta bæði fyrirbærin átt sér stað um alla Evrópu, með breytilegri tíðni í breytilegu loftslagi.

Þessi breytileiki væntanlegra vatnsveðurfræðilegra breytinga í Evrópu er rökstuðningur fyrir fyrsta aðlögunarmöguleiknum sem fjallað er um hér. Með hliðsjón af aðlögun að loftslagsbreytingum er mikilvægt fyrir veitur sem reka vatnsaflsvirkjanir að fá ítarlegan skilning á framtíðaraðstæðum sem hver stöð mun starfa við. Loftslagsbreytingar munu leiða til árstíðabundinna breytileika í vatnshringnum, með lengri þurrkum þar sem vatn verður örari en venjulega, fyrr þykknun snjós í fjallahlíðum að uppsprettum og þar af leiðandi miklu innstreymi bræðsluvatns sem og hraðari bráðnun jökla sem leiða til þess að aðgengi að vatni eykst í upphafi. Ef ekki er um að ræða innviði sem stjórna streymi uppstreymi, snemma og meira nóg vor flæði getur verið erfitt fyrir run-of-the-river, með því að valda misræmi milli raforkuframleiðslu og eftirspurnar.

Öll þessi fyrirbæri munu krefjast ítarlegrar endurskoðunar í skipulagningu á rekstri vatnsaflsvirkjana, viðhaldi og hugsanlega loftslagsvörnum verkfræðilegum inngripum. Þar að auki verða nákvæmar sviðsmyndir lykillinn að því að finna sameiginlegar lausnir fyrir samkeppnisnotkun á tímabilum vatnsskorts, með því að hjálpa til við að meta raunverulegar þarfir og líklega tímasetningu krafna hinna ýmsu notenda við hliðina á rafmagnsveitum: bændur, fiskveiðar, íbúðabyggð notkun, vatn flutninga, afþreying, o.fl. Þannig, fyrsta aðlögun valkostur er að setja upp hár upplausn loftslag og vatns-veðurfræði aðstæður fyrir hverja stífla staður og fyrir vatnasvið sem þeir tilheyra, á þann hátt að þeir geta auðveldlega nálgast og skilja með stjórnun rafmagnsveitna og af öllum öðrum notendum innan vettvangsins. Í þessu skyni er hægt að hanna sérstaka loftslagsþjónustu þannig að hún gefi nákvæmar spár um viðeigandi vísa á aðgengilegu sniði.

Í sumum tilvikum geta áætluð loftslagsskilyrði bent til þess að endurskoðun á fyrirhugaðri starfsemi sé hugsanlega ekki nóg og að aðlögun í grunnvirkjum kunni að vera í lagi. Þetta á einkum við þegar búist er við aukinni tíðni mikillar úrkomu sem leiðir til aukins flóða á stíflustöðum. Skaðleg áhrif flóða í stíflu eru m.a. skörun, lekar, skemmdir á búnaði og neikvæð fráliggjandi höggum. Losa þarf skyndilega vatnsmagn vegna flóða á öruggan hátt til að lágmarka tjón á plöntunni og vistkerfi á síðari stigum og innviðum og starfsemi manna. Mikil úrkoma getur einnig haft í för með sér vatnsveðurfræðileg áhrif, s.s. skriðuföll eða óhóflega silting, sem getur dregið úr magni vatns í vatnsgeymi og/eða stíflað vatnsrennsliskerfið.

There ert a tala af verkfræði valkostur sem hægt er að beita til að stjórna stífla leki, sem hægt er að flokka í grundvallaratriðum í spillivegi, hlið kerfi og öryggi innstungur.

Spillibrautir geta haft ýmsar hönnunarform sem miða að því að dreifa á öruggan hátt orku tæmds vatns en tryggja viðeigandi útstreymisrúmmál. They may work automatically when the water in the dam reach a given level or can be coupled with gates that divert the water flow into the spillway. Hönnunarform eru renndar spillibrautir, stigin spillibrautir, bjöllu-munnfallbrautir, syphon spillibrautir, ogee crests, hliðarrásir, völundarhús og píanó-lykill weirs (PKW). Tæknilegir eiginleikar stífla og hljóðfræði og vatnafræði nærliggjandi svæðis ákvarða samrýmanleika tiltekinna tegunda leka við stífluna: þetta felur í sér að ekki eru öll spillikerfi samhæft við allar stíflur.

Hliðakerfi eru röð hliða sem komið er fyrir meðfram stíflunni eða í kringum bjölluop sem hægt er að opna til að stjórna vatnsborði lónsins, einkum til að losa umframmagn vatnsmagns neðan við flóð. Aftur geta þau verið tengd við spillibrautir til að örugglega dreifa hreyfiorkunni í útrennslisvatninu. Þeir eru til staðar í mörgum núverandi stíflum fyrir flæði stjórnun. Hlerunarkerfi geta mistekist ef um er að ræða mettun vegna of mikils flóða.

Fuse innstungur eru órjúfanlegir hlutar jarðstíflu sem eru hannaðir til að þvo út við fyrirfram ákveðin flóðskilyrði. Í grundvallaratriðum starfa þeir sem biðminni sem gleypa og hægja á yfirfallinu og hægt er að fórna vegna þess að kostnaður við að endurbyggja þá er bara lítið brot af kostnaði sem þyrfti að viðhalda ef aðal stíflan var skemmd. Einungis er hægt að setja þau upp með hentugum landfræðilegum og jarðfræðilegum einkennum staðarins og samrýmanlegum forstreymisskilyrðum (t.d. hnakka í hæfilegri fjarlægð frá aðalstíflunni meðfram brún geymisins til að losa umframvatn; traustur berggrunnur fyrir tappann til að standast rof; rás til að beina yfirfallinu frá tenginu að aðalánni til að vernda mannvirki aftan frá).

Venjulega er aðeins hægt að setja upp spillibrautir og hliðakerfi á meðan stíflan stendur yfir, þannig að ísetning endurbótarhluta er almennt ekki valkostur. Þetta á ekki við um öryggistappa og PKW-kerfi. A Climate-ADAPT tilfelli rannsókn á flóð áhættu stjórnun fyrir franska vatnsorku plöntur fjallar kostir og gallar PKWs. PKWS hefur nokkra skýra kosti í samanburði við hefðbundnar rennslisbrautir og hlerunarkerfi, s.s. hagkvæmni þess að setja upp sem endurbótahluti í stíflum sem fyrir eru og þá staðreynd að þau veita flæði án þess að vera bundin af hámarksafkastagetu, þannig að þau geti tekist á við mikið flæði og unnið við öruggari aðstæður en kerfi með hlið, og á algjörlega sjálfvirkan hátt sem krefst ekki mannlegrar íhlutunar.

Mikill aðlögunarvalkostur fyrir innviði er stækkun á afkastagetu verksmiðjunnar með því að byggja stærri stíflur. Þetta kann að vera skynsamlegt við sérstakar aðstæður þar sem búist er við að mikil aukning verði á afrennsli vatns í náinni framtíð og nógu lengi til að unnt sé að endurheimta fjárfestingarkostnaðinn. Þetta getur átt við þegar búist er við bráðnun stórra jökla eins og í tilfellarannsókn frá Íslandi. Notkun þessa möguleika gagnvart ESB er þó líklega mjög takmörkuð vegna mjög ólíkra vatnsvetnafræðilegra og jöklafræðilegra skilyrða.