Stjórnun flóðaáhættu fyrir vatnsaflsvirkjanir í Frakklandi

Losun vatns á öruggan hátt frá stíflum í flóðum eða mikilli úrkomu er mikil áskorun í rekstri. Fyrri þróun sýnir aukna daglega úrkomu í Suður-Frakklandi, sem getur leitt til flass flóða. Búist er við að þessi þróun haldi áfram í framtíðinni. Einnig er búist við að snjór og jöklar muni hafa áhrif á innstreymi og útstreymi til lengri tíma litið. Massatap jökla sýnir nú þegar stöðuga hröðun yfir Alpana.

Áskorunin fyrir stjórnun flóða í vatnsorkustöðvum er að koma í veg fyrir eða draga úr áhrifum af stíflueyðingu á síðari samfélög, eignir, landbúnað og vistkerfi, en einnig að vernda stíflurnar sjálfar gegn bilun í rekstri og öðru tjóni. Hver vatnsaflsvirkjun hefur mismunandi áhættustig og virkni PKW-kerfa verður að meta sérstaklega í hverju tilviki fyrir sig.

PKW kerfið var þróað til að bregðast við uppfærðum vatnafræðilegum rannsóknum EDF, sem sýndu að mikil flóð sem höfðu áhrif á vatnsaflsstíflur voru að verða tíðari og ákafari. PKWS hjálpar til við að laga stíflugetu til að takast á við loftslagsbreytingar eins og aukna úrkomu og flóð. Markmiðið með PKW-kerfum er að auka yfirborðsflöt fyrir (yfir)flæði vatns. Þetta eykur losunargetu stíflunnar án þess að breyta hámarksstöðulóns. Helsti ávinningurinn af slíkri tækni er að vernda vatnsorku eignir gegn skemmdum, en einnig draga úr rekstrarkostnaði samanborið við önnur hlið kerfi. Annar ávinningur felur í sér að draga úr fráliggjandi áhrifum í miklum úrkomuatburðum, auk þess að tryggja öryggi orku í slíkum tilvikum með því að draga úr bilunum í rekstri.

Dalur Chassezac í sýslunni Ardèche í Auvergne-Rhône-Alpes-héraði í Frakklandi var skilgreindur sem hugsanleg vatnasvæði á sjötta áratugnum. Þetta leiddi til þróunar fimm vatnsaflsvirkjana og fjögurra vatnsaflsvirkjana sem allar voru byggðar á árunum 1961 til 1970. Ein þeirra, Malarce stíflan, er 28,4 m, lengd 111 m og kyrrstöðugetan 2,3 hm^{3 (þ.e.} 2,3 milljónir m³). Það varð í rekstri árið 1968 og hefur aflgetu 16 MW.

PKW fyrir Malarce stíflan var ráðin til að auka hámarks losunargetu sína um 600 m³/s í samtals 4 600 m 3/s^.Þegar stíflan er yfir stigi í inntaksgeymunum rennur vatn sjálfkrafa yfir PKW í úttakstanka sem renna beint inn í útfallsrásina og neðan. Þessi tækni er leið til að laga stíflur að aukinni flóðahættu sem búist er við vegna loftslagsbreytinga. PKW í Malarce stíflunni hjálpar til við að draga úr hættu á kostnaðarsömu tjóni á stíflugrunnvirkjum og á síðari samfélögum.

Það eru nokkrir verkfræði valkostir í boði til að stjórna stíflu leka yfir. Völundarhúsum er aðeins hægt að setja upp í ákveðnum gerðum stífla og verður venjulega að setja upp á fyrsta stífluhönnunarstigi. Hlið kerfi eru til staðar í mörgum núverandi stíflum fyrir flæði stjórnun. Hins vegar geta hlerunarkerfi mistekist ef um er að ræða mettun vegna of mikils flóða. PKWS býður oft upp á árangursríkasta valkostinn fyrir stjórnun flóðaáhættu við núverandi stíflur. PKWS hefur ekki hámarksgetu en í staðinn veita frjálst flæði helli. PKWS getur því stjórnað miklu hærra flæði og veitt öruggari lausn en hlerunarkerfi, með lágmarksáhættu á bilun og auðveldara að rýma fljótandi rusl. Öfugt við aðrar flæðisstjórnunaraðferðir forðast PKW einnig mannleg mistök, þar sem þeir þurfa ekki mennska rekstraraðila. Þetta er gagnlegt í neyðartilvikum, þar á meðal flass og skriðuföll, þar sem starfsmenn geta ekki fengið aðgang að staðnum.

Helstu leikmenn Evrópu í PKW tækni eru Frakkland, Sviss og Belgía. EDF hefur ekki einkaleyfi á PKW kerfinu. Þess í stað hefur það verið að vinna saman að því að deila PKW tækni og innsýn með öðrum leikmönnum í alþjóðlegu vatnsaflssamfélaginu. Reyndar, sem gefur til kynna alþjóðlega viðurkenningu á nýsköpunartækni, eru nokkrir verktaki um allan heim (td í Alsír, Bandaríkjunum og Suður-Afríku) einnig að setja upp PKWs. Árið 2015 hlaut EDF Climate Solutions Award frá Rammasamningi Sameinuðu þjóðanna um loftslagsbreytingar um þema aðlögunar.

Þar sem PKW er lítill hluti af heildarstíflunni hefur það ekki bein áhrif sem hagsmunaaðilar og frjáls félagasamtök sjáanleg eða gagnrýna. Þess vegna er þátttaka hagsmunaaðila ekki reglulega mikilvægur hluti af PKW uppsetningu. Engu að síður, eins og með öll helstu byggingarverkfræðiverkefni, fylgja allir PKW strangar verklagsreglur um mat á umhverfisáhrifum og þurfa að fá samþykki stjórnvalda. Þessar aðferðir við mat á áhrifum og samþykki, t.d. í gegnum CODERST, fela í sér frjáls félagasamtök og samráð hagsmunaaðila.

PKW hefur verið hrint í framkvæmd í ýmsum vatnsaflsstöðvum á heimsvísu. Þessi breiður útbreiðslu var auðveldaður með ákvörðun EDF um að einkaleyfi á þessari tækni. Samstarfsaðferð upprunalegu verktaki, sem deildi tækni með hagsmunaaðilum um vatnsaflssamfélagið, er einn mikilvægasti árangur tækninnar. PKW er ódýr og auðvelt að setja upp lausn miðað við aðra overflow stjórnun tækni, svo sem hlið kerfi. Enn fremur er PKW tækni áreiðanleg og seig þar sem engin þörf er á mönnuðum rekstri eða viðhaldi í stórum stíl. Að lokum, sú staðreynd að fyrsta PKW var byggt af EDF, vel þekkt fyrirtæki sem er vel virt í vatnsaflsgeiranum, hjálpaði til við að sannfæra aðra stíflueigendur til að setja upp PKWs.

Áskoranir sem tengjast PKWs fela í sér hentugleika og aðgengi tiltekinna stíflastaða, einkum á fjöllum svæðum. Enn fremur hefur langur endingartími innviða vatnsafls og tímalengd vöruhringrása að útbreiðsla nýrra hugmynda og tæknilausna tekur tíma í þessum iðnaði. Að lokum, framkvæmdir á stíflusvæðum fer venjulega aðeins fram á sumrin, sem bætir frekari takmörkunum við uppsetningu PKWs.

Kostnaður við PKW fer eftir núverandi stífla uppbyggingu, staðsetningu og einnig á umfangi vatnsrennslis. Aðgengi að stíflunni og tilheyrandi búnaði þarf einnig að hafa áhrif á kostnaðinn. Það fer eftir stíflunni, það getur verið meira eða minna dýrt að setja upp breytingar eins og PKW. Uppsetning PKW getur kostað á milli 200,000 og nokkrar milljónir evra. Í öllum tilvikum getur PKW verið kostnaðarhagkvæmur, sem táknar tiltölulega lítinn þátt í heildarkostnaði við stífluna. Dæmi um PKW uppsetningu eru reglulega vitnað sem taka allt að 30 % af heildarkostnaði. Þó að núverandi gangsett kerfi tækni verður að vera stjórnað handvirkt og krefst dýrs reglulegs viðhalds, PKW þurfa ekki að stjórna mannafla og aðeins lítið sem ekkert viðhald er þörf.

Það er engin lagaskylda varðandi PKW í Frakklandi og ekki er gert ráð fyrir löggjöf á þessu sviði. Það er undir stíflueigendum komið að setja upp tæknina. Hins vegar er bætt stjórnun flóða í vatnsaflsstöðvum í samræmi við nokkrar af meginreglunum í tilskipun 2007/60/EB um mat og stjórnun á flóðaáhættu.

EDF þróaði fyrsta PKW frá 2003 til 2005 við Goulours-stífluna (Pyrenées Mountains). PKW framkvæmdartími er breytilegur í hverju tilviki fyrir sig. Lítil verkefni geta tekið nokkra mánuði, en stærri verkefni geta tekið nokkur ár. Í báðum tilvikum verða takmarkanir vegna árstíðabundinnar byggingarframkvæmda. Samþykktartímar eru nokkuð langir, með forathugun, nákvæma hönnun, útboð, umhverfisrannsóknir og samþykki yfirvalda.

Það er erfitt að tjá sig um líftíma þessara fjárfestinga þar sem PKW tækni er tiltölulega ný og lok lífsins hefur ekki enn verið náð. Gert er ráð fyrir að slík steypu mannvirki eins og PKWs myndi hafa sama líftíma og vatnsorku stíflur eða önnur stór byggingarverkfræði verkefni (þ.e. 50-100 ár).

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