Vatnsaflskerfi sem eru þolin fyrir loftslagsbreytingum

Vatnsorkuframleiðsla er, samkvæmt skilgreiningu, háð aðgengi að vatni og verður því fyrir áhrifum af áhrifum loftslagsbreytinga á vatnasvið, aðallega eftir tveimur (gagnstæðum) leiðum. Loftslagsbreytingar geta leitt til vatnsskorts, sem leiðir til lægri árflæðis og minni uppsöfnunar vatns í stíflur, og þar með til lægra magns vatns sem getur farið í gegnum hverfla eða rennsli árveranna til að framleiða rafmagn. Loftslagsbreytingar geta hins vegar aukið tíðni og styrk öfgakenndra úrkomuatburða og flýtt fyrir snjóbræðslu, sem leiðir til aukinnar flóðahættu. Sumir staðir í ESB verða líklegri til vatnsskortsvandamála og aðrir til skyndilegrar gnægðar vatns: Venjulega er gert ráð fyrir að þurrkar séu alvarleg ógn á flestum svæðum nema Norður-Evrópu og það sem nú er flóð á einni öld verður tíðara í öllum helstu vatnasvæðum Evrópu (EEA, 2016). Hins vegar geta bæði fyrirbærin átt sér stað um alla Evrópu, með breyttri tíðni í breytilegu loftslagi.

Þessi breytileiki áætlaðra vatnaveðurbreytinga í Evrópu er grunnurinn að fyrsta aðlögunarvalkostinum sem fjallað er um hér. Í ljósi aðlögunar að loftslagsbreytingum er mikilvægt að veitur sem reka vatnsaflsvirkjanir fái nákvæman skilning á framtíðaraðstæðum sem hver stöð mun starfa við. Loftslagsbreytingar munu leiða til árstíðabundins breytileika í vatnshringnum, með lengri þurrum álögum þar sem vatn verður af skornum skammti en venjulega, fyrr þiðnun snjós í fjallshlíðunum í uppsprettum og þar af leiðandi fyrr tilkomu mikils innstreymis bráðnandi vatns sem og hraðari bráðnun jökla sem mun leiða til upphaflegrar aukningar á framboði vatns og þar á eftir versnun á framboði vatns. Ef ekki er um að ræða grunnvirki sem stýra flæði á fyrri stigum getur snemma og í ríkari mæli verið vandkvæðum bundið að því er varðar ver sem reka ána með því að valda misræmi milli raforkuframleiðslu og eftirspurnar.

Öll þessi fyrirbæri munu krefjast ítarlegrar endurskoðunar á skipulagi reksturs vatnsaflsvirkjana, viðhalds og hugsanlega loftslagsheldra tæknilegra inngripa. Þar að auki munu nákvæmar sviðsmyndir vera lykilatriði til að finna sameiginlegar lausnir fyrir samkeppni á tímum vatnsskorts með því að hjálpa til við að meta raunverulegar þarfir og líklega tímasetningu krafna hinna ýmsu notenda við hliðina á rafmagnsveitum: Þannig er fyrsti aðlögunarmöguleiki að setja upp loftslags- og vatnsveðursviðsmyndir með mikilli upplausn fyrir hvert stíflusvæði og vatnasviðið sem þau tilheyra, þannig að auðvelt sé að nálgast þær og skilja þær með stjórnun rafveitna og allra annarra notenda innan vatnasviðsins. Í þessu skyni er hægt að hanna sértæka loftslagsþjónustu til að veita nákvæmar spár um viðeigandi vísa á aðgengilegu sniði.

Í sumum tilvikum geta veðurskilyrði, sem spáð er fyrir um, bent til þess að endurskoðun á fyrirhugaðri starfsemi sé e.t.v. ekki nóg og að aðlögun að grunnvirkjum geti verið í lagi. Þetta á einkum við þegar búist er við aukinni úrkomu sem leiðir til aukins flóðs á stíflusvæðum. Skaðleg áhrif flóða í stíflu eru m.a. skörun, bilanir, skemmdir á búnaði og skaðleg áhrif á neðanstreymi. Fljótandi vatnsmagn vegna flóða þarf að losa á öruggan hátt til að lágmarka tjón á stöðinni og vistkerfum á síðari stigum, mannvirkjum og starfsemi. Öfgakennd úrkoma getur einnig haft áhrif á veðurfar, s.s. skriðuföll eða of mikla votheysmyndun, sem getur dregið úr því magni vatns sem er tiltækt í lóni og/eða stíflað vatnslosunarkerfið.

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

Spillways geta haft ýmis hönnunarform sem miða að því að dreifa örugglega orku losaðs vatns en tryggja viðeigandi útstreymisrúmmál. Þeir geta virkað sjálfkrafa þegar vatnið í stíflunni nær tilteknu stigi eða hægt er að tengja það við hlið sem beina vatnsflæðinu inn í hellinn. Hönnun form eru rennu spillways, steig spillways, bjalla-munn spillways, syphon spillways, ogee Crests, hlið sund, völundarhús spillways og píanó-lykill weirs (PKW). Tæknilegir eiginleikar stíflu og landslags- og vatnafræði svæðisins í kring ákvarða samhæfi tiltekinna tegunda af lekabrautum við stífluna: þetta felur í sér að ekki eru öll spillway kerfi samhæft við allar stíflur.

Götukerfi eru röð hliða sem eru sett upp meðfram stífluveggnum eða í kringum bjölluop sem hægt er að opna til að stjórna vatnsborði lónsins og einkum til að losa umframvatnsmagn niður á við ef flæðir inn. Aftur má tengja þau við lekaleiðir til að dreifa hreyfiorku losaða vatnsins á öruggan hátt. Þeir eru til staðar í mörgum núverandi stíflur fyrir flæði stjórnun. Mettuð kerfi geta mistekist ef um er að ræða mettun vegna of mikils flæðis.

Fuse innstungur eru erodible hlutar jarðstíflu sem eru hönnuð til að þvo út í fyrirfram ákveðnum flóðum. Í grundvallaratriðum þeir starfa sem biðminni sem gleypa og hægja á flæða og hægt er að fórna vegna þess að kostnaður við að endurbyggja þá er bara lítið brot af kostnaði sem þyrfti að vera viðvarandi ef helstu stíflan var skemmd. Einungis er hægt að koma þeim fyrir í viðurvist viðeigandi landfræðilegra og jarðfræðilegra einkenna svæðisins og samrýmanlegra neðanstreymisaðstæðna (t.d. hnakkur í hæfilegri fjarlægð frá aðalstíflunni meðfram brún geymisins til að losa umframvatn; solid rokk grunnur fyrir stinga í því skyni að standast rof; rás til að beina yfirfallinu örugglega frá innstungunni að aðalánni til að vernda mannvirki á síðari stigum).

Venjulega, uppsetningu spillways og hlið kerfi geta aðeins farið fram á stíflu byggingu áfanga, þannig retrofitting er yfirleitt ekki valkostur. Þetta á ekki við um fuse innstungur og PKW kerfi. A Climate-ADAPT Case study on flood risk management for French hydropower plants discusss the pros and cons of PKWs. PKWs hafa nokkra skýra kosti í samanburði við hefðbundna spillways og hlið kerfi, svo sem hagkvæmni uppsetningu sem retrofits innan núverandi stíflur og eins og sú staðreynd að þeir veita frjálst flæði spillway án þess að vera bundin við hámarks getu marka, þannig að vera fær um að takast á við mikið flæði og vinna í öruggari aðstæður en hlið kerfi, og á alveg sjálfvirkan hátt sem þarf ekki manna íhlutun.

An Extreme infrastructural aðlögun valkostur er stækkun getu plantna með því að byggja stærri stíflur. Þetta kann að vera skynsamlegt við sérstakar aðstæður þar sem búist er við mikilli aukningu á vatnsafrennsli í náinni framtíð og nógu lengi til að hægt sé að endurheimta fjárfestingarkostnaðinn. Þetta getur verið raunin þegar búist er við bráðnun stórra jökla, eins og í dæmisögu frá Íslandi. Hins vegar er notkun þessa valkosts fyrir ESB líklega mjög takmörkuð vegna mjög mismunandi veðurfars- og jöklafræðilegra aðstæðna.

Að því er varðar loftslagsþjónustu skiptir máli aðkomu viðeigandi hugsanlegra notenda að samhönnunarferli þjónustunnar. Það fer því eftir því hvernig þjónustan er ætluð: ef litið er á það sem skipulagstæki fyrir stranga vatnsaflsframleiðslu er ekki víst að þátttaka hagsmunaaðila sé stór þáttur. Ef hins vegar er tekið upp víðara sjónarhorn og þjónustan er hönnuð til að þjóna öllum viðkomandi notendum vatnasviðsins mun samhönnunarferlið leiða til samspils milli fulltrúa allra viðkomandi notendaflokka. Auðvitað þarf raunveruleg endurskoðun á fyrirhugaðri starfsemi í ljósi væntanlegra áhrifa á loftslagsbreytingar þá að vera eins samþætt og mögulegt er til að lágmarka framtíðarárekstra með góðum árangri.

Að byggja ný grunnvirki, einkum stækkun stíflunnar, krefst þátttöku allra vatnasviðanotenda og að samkomulag náist meðal þeirra um réttindi til vatnsnotkunar og bætur.

Kostirnir við að veita skýrar og tilbúnar vísbendingar um áætlanagerð um vatnsnotkun eru nokkuð augljósir, þar sem skilvirk áætlanagerð getur aðeins byggst á nákvæmum og vel þekktum upplýsingum. Aðalatriðið hér er sameiginlegt öllum loftslagsþjónustum; það hefur í för með sér þann vanda að sanngreina, annars vegar, nýjustu og fullkomnustu vísindalegu upplýsingar sem skipta raunverulega máli fyrir starfsemi notenda og hins vegar að pakka slíkum upplýsingum á þann hátt að sniðið og tungumálið, sem notað er til að setja þær fram, sé ekki nógu tæknilegt og aðgengilegt fyrir notendur sem ekki þekkja þær vísindagreinar sem notaðar eru. Í þessu skyni er samhönnunarstigið mikilvægt.

Aðlögun innviða takmarkast í flestum tilfellum af því að flest spilli- og hliðakerfi er aðeins hægt að byggja saman við stífluna og eru því aðeins gildur kostur fyrir vatnsaflsverkefni í framtíðinni. Helsta undantekningin er PKW kerfið, en sveigjanleiki þess og tiltölulega lítill kostnaður hefur verið ræddur í tengdri franskri tilviksrannsókn, ásamt (sem tilkynnt er um minniháttar) takmörkunum þess.

Loftslagsþjónusta vegna vatnsafls er almennt nokkuð ódýr miðað við fjárfestingar í grunnvirkjum. Í sumum tilvikum er hægt að sækja viðeigandi gögn úr verkefnum sem ekki eru framkvæmd beint af veitum sem reka stöðvarnar, t.d. úr rannsóknarverkefnum á vettvangi ESB sem geta veitt (næstum) frjálsan aðgang fyrir alla viðkomandi notendur ESB. Ráðgjafarfyrirtæki geta veitt sérsniðnari pakka á markaðsverði, en búast má við að verðbil slíkra samninga verði innan tugi til hundrað þúsund evra. Hagur af loftslagsþjónustu sjóða niður til að lágmarka framtíðaráhættu og átök við aðra vatnsnotendur og hámarka orkuframleiðslusniðið í ljósi væntanlegra breytinga á vatnsframboðssniðum.

Endurnýjun innviða til að stjórna umfram vatnsflæði getur kostað frá nokkur hundruð þúsund evrum (200.000 fyrir PKW, eins og greint er frá í frönsku dæmisögunni) til nokkurra milljóna evra eftir sérstökum eiginleikum stíflunnar, hvað varðar staðsetningu, uppbyggingu og vatnsflæði. Helsti ávinningurinn er greinilega að draga úr áætluðu tjóni á innviðum vatnsaflsvirkjunar og innviðum og vistkerfum á síðari stigum, en einnig aukin geta til að stjórna vatnsborði í lóninu; Þess vegna getur retrofitting leitt til sléttari reksturs álversins, sem getur aukið arðsemi. Þegar uppsetning slíkra grunnvirkja leiðir til hærra meðalvatnsmagns sem geymt er í lóninu gæti það leitt til aukinnar raforkuframleiðslu ef markaðsaðstæður leyfa, en einnig í auknu hlutverki fyrir lónið sem jafnalausn sem getur bætt viðnámsþol alls vatnasviðsins.

Einu lagalegu hliðarnar, sem hugsanlega skipta máli, eru þær sem tengjast leyfisveitingarferlinu fyrir ný grunnvirki, s.s. ný grunnvirki fyrir vatnslosun sem áður voru í óspilltum hlutum vatnasviðsins, og auðvitað byggingu stærri stífla. Þessi verkefni falla undir innlendar reglur um leyfi fyrir nýjum grunnvirkjum.

Sum loftslagsþjónusta, sem einnig skiptir máli fyrir skipulagningu og stjórnun vatnsaflsvirkjana, er þegar fyrir hendi innan Kópernikusaráætlunarinnar. Sérstakir ráðgjafarsamningar milliliða geta veitt viðeigandi veðurfarsvísa á nokkrum mánuðum. Að því er varðar grunnvirki fyrir flóðavarnir eru byggingartímar háðir sérstökum eiginleikum stíflunnar og geta verið breytilegir á milli nokkurra mánaða og fárra ára. Nokkur ár þarf til að byggja stærri stíflur.

Ævitími loftslagsþjónustu er háður stöðugri uppfærslu og viðhaldi notendaviðmóta, gagnagrunna og líkana. Að því er varðar endurbótahluti í grunnvirki er engin skýr vísbending en ef þeim er rétt viðhaldið má gera ráð fyrir að þeir endist eins lengi og eftirstandandi endingartími stíflunnar (venjulega í nokkra áratugi). Fuse innstungur eru með hönnun sem ætlað er að skola burt á helstu flóðum atburðum, og reglubundna uppbyggingu þeirra ætti að íhuga í skipulagningu vatnsorku innviði sem þeir tilheyra. Lífslíkur nýrra stífla eru að meðaltali 50 ár, en þær geta varað í allt að öld, þó með auknum viðhaldskostnaði og stöðugleikaáhættu eftir 50 ár.