Stækkun vatnsafls og bætt stjórnun til að bregðast við aukinni jökulbráðnun á Íslandi

Búist er við að hækkandi hnattrænt hitastig af völdum loftslagsbreytinga valdi aukinni jökulbráðningu hér á landi og eykur þannig vatnsflæði í vatnsaflsvirkjunum. Nánast allir íslenskir jöklar hafa verið að missa massa frá því snemma á tíunda áratugnum. búist er við að þessi þróun haldi áfram með hlýnunarloftslaginu. Spáð hefur verið að nánast engir íslenskir jöklar verði skildir eftir árið 2200. Rennslið í jökulám mun aukast samhliða jökulbráðnun. Búist er við að afrennslið muni ná hámarki næstu 50 árin, en eftir það er búist við að afrennsli frá ísbráði lækki upp í núll árið 2200.

Árið 2015 er aukning á innstreymi miðað við árið 2015 um 10 % meiri en gert var ráð fyrir í sögulegum loftslagsskýrslum. Í innstreymissviðsmyndinni er sögulegt innstreymi frá því á sjötta áratugnum og fram til dagsins í dag sem hefur verið áætlað að a) verði ákveðin ár inn í framtíðina með því að nota bæði áætlaða sögulega þróun í hitastigi og úrkomu og áætluð framtíðarþróun vegna loftslagsbreytinga. Hingað til hefur núverandi raforkukerfi verið að mestu leyti fær um að nýta þessa aukningu í flæði án fjárfestingar. Áætlað er að innstreymi aukist um 15 % til viðbótar árið 2050 samanborið við 2015. Núverandi orkukerfi getur aðeins nýta 30 % af þeirri aukningu. Án breytinga á vatnsaflsvirkjunum, sem fyrir eru, er búist við að afgangurinn af auknu rennsli fari yfir rennslisleiðirnar. Til að nýta aukinn rennslishraða þarf að auka bæði uppsetta hverfilgetu og geymslugeymsla í núverandi vatnsaflsvirkjunum.

Hlýnun andrúmsloftsins undir loftslagsbreytingum veldur hraðari bráðnun jökla, sem leiðir til aukins vatnsflæðis í vatnsaflsstöðvum. Fyrsta markmið Landsvirkjunar er að bæta spár um vatnsflæði undir loftslagsbreytingum. Betri spár auðvelda aðlögunarráðstafanir sem lágmarka óþarfa vatnsleka í gegnum spillibrautirnar. Þessar ráðstafanir fela í sér breytingar á lónum, uppsetningu viðbótargrunnvirkja og/eða endurhönnun fyrirliggjandi grunnvirkja til að stjórna aukinni afrennsli. Samávinningur er aukin flóðvörn, þar sem lónin geta virkað sem auka biðminni þegar um er að ræða mikil flóð.

Í samstarfi við aðrar norrænar ríkisstjórnir og rannsóknarstofnanir innan hópsins Norden notar Landsvirkjun vatnsfræðilíkön til að varpa ljósi á vatnsflæði til framtíðar og taka tillit til áhrifa loftslagsbreytinga. Spár um framtíðarflæði ár voru bættar með því að nota mælingar á hitastigi og úrkomugögnum og jökulsvæða-rúmmálsferlar voru aðlagaðir í samræmi við þróun úr hermun loftslagslíkana. Þessar upplýsingar voru síðan færðar inn í vatnafræðilegt líkan til að framleiða leiðrétt flæði sem tekur mið af loftslagsbreytingum. Landsvirkjun felldi leiðrétt flæði inn í lónsstjórnunarstefnu sína. Stofnunin uppfærir flæðisröðina og í framhaldi af því stjórnun lónsins, á fimm ára fresti til að endurspegla loftslagsbreytingar. Fyrir nýja hönnun og endurnýjun eldri virkjana notar Landsvirkjun sem hönnunarforskrift sem tekur tillit til framtíðarflæðis innan 15 ára og lengur.

Leiðrétt flæðisröð Landsvirkjunar notar gögn úr IPPC ásamt sértækum niðurstöðum fyrir Ísland, s.s. áætlaða árstíðabundna dreifingu breytinga á hitastigi og úrkomu. Streymisraðirnar eru kvarðaðar frekar árlega á grundvelli vöktunarniðurstaðna. Þessar niðurstöður eru notaðar til að aðlaga lónsstjórnun og til að meta hugsanlega endurhönnun og uppfærslu núverandi virkjana auk tillagna um framtíðarverkefni. Í meginatriðum er stjórnun og hönnun núverandi og fyrirhugaðra eigna leiðrétt til að nýta sér aukna jökulflæði, byggt á bættum gögnum um núverandi og framtíðarflæði. Þessar aðgerðir leiða til aukinnar framleiðslu á endurnýjanlegri orku á Íslandi vegna minnkaðs vatnstaps í gegnum leka.

Í Búrfellsvirkjun er dæmi um bætt vatnsflæðisgögn sem gerðu útþenslu efnahagslega hagkvæma: afkastageta virkjunarinnar var aukin úr 70 MW í 100 MW. Landsvirkjun ákvað að byggja nýja vatnsaflsvirkjun sem stækkar upprunalegu virkjunina og dregur úr álagi. Ný stækkun Búrfells var byggð neðanjarðar af efnahagslegum og sjálfbærum ástæðum. hún hefur verið starfrækt síðan í júní 2018. Búðarhálsvirkjun er nýtt verkefni sem unnið var að á árinu 2014. Afkastageta versins var aukin úr upphaflega áætlaðri 80 MW í 95 MW til að bregðast við loftslagsbreytingum. Hvammsvirkjun er framtíðarverkefni þar sem afkastagetan hefur einnig verið aukin miðað við leiðrétt flæði úr 82 MW í 95 MW. Hvammur verkefnið hefur verið samþykkt af Alþingi undir "Master Plan for Nature Protection and Energy Utilisation" (sjá kaflann um lagalega þætti) en ekki hefur verið tekin ákvörðun um að hefja framkvæmdir.

Fyrirtækið vann með Norden að því að greina og greina áhrif loftslagsbreytinga á endurnýjanleg orkukerfi. Norden er svæðisbundið samstarfsverkefni með stjórnvöldum og rannsóknarstofnunum frá Danmörku, Finnlandi, Íslandi, Noregi, Svíþjóð, Færeyjum, Grænlandi og Álandseyjum. Áætlunin er fjármögnuð af Norrænu ráðherranefndinni

Í þessari samstarfsrannsókn voru mæld hitastigs- og úrkomugögn, sem og jökulsvæða-rúmmálsferlar, aðlagaðir í samræmi við þróun loftslagslíkans. Söguleg gögn um jökulbráðnun og áætlaða aukningu á afrennsli og magn vatnsins sem af því hlýst. Þessi miðlun þekkingar og rannsókna meðal skandinavísku landanna tryggir vel þróaðan gagnagrunn sem er yfirfarinn af rannsóknarsamtökum og sem slík dreift í samfélaginu.

Samráð við almenning hefur verið tekið þátt í hönnun á stækkun núverandi vatnsaflsstöðva með málsmeðferð við mat á umhverfisáhrifum, eins og tryggt er með lögum. Einnig hefur verið leitað samþykkis með því að beita matsáætlun um sjálfbærni vatnsafls (HSAP) fyrir Hvammsvirkjun og rekstur Blanda vatnsaflsvirkjunar. Sú síðarnefnda hlaut Blue Planet verðlaunin frá IHA árið 2017.

Árangursþættir:

• Samstarf við önnur orkufyrirtæki, háskóla og stofnanir auðveldaði og efldi trúverðugleika aðlögunaraðgerða; þetta var fyrst og fremst gert í gegnum norrænt samstarf.
• Framkvæmdastjórn Landsvirkjunar tekur þátt í aðlögunarferlinu
• Skref fyrir skref í átt að aðlögun að loftslagsbreytingum: á fimm ára fresti er farið yfir fyrri þróun og spár um úrkomu og hitastig, en árleg kvörðun líkana er gerð út frá niðurstöðum vöktunar til að stilla núverandi stjórnun og fjárfestingu Landvirkjunar.
• Í ljósi óvissu í loftslagsspám viðheldur Landsvirkjun öðrum áætlunum sem hægt er að hrinda í framkvæmd ef sviðsmyndin, sem valin er, reynist ónákvæm. Slíkar áætlanir fela í sér að hafa skerðingarsamninga við helstu neytendur, þar sem hægt er að draga úr hluta af árlegri orkusölu, auk þess að gera áætlanir um smíði nýrra endurnýjanlegra vatnsafls-, jarðhita- og vindorkuverkefna.

Takmarkandi stuðull:

• Búist er við að aukið vatnsflæði verði tímabundið. Áætlað er að ísbræðsluflæði verði náð eigi síðar en 2030 og haldist stöðugt eftir það allt að 2080. Árið 2080 mun rúmmál jöklanna hafa minnkað svo mikið að flæðið mun byrja að minnka. Þetta langtíma fyrirbæri hefur lítil áhrif á núverandi ákvarðanir, sem hafa ákvörðun sjóndeildarhring 50 ár. Þegar flæðið er komið aftur á 1990, þ.e. áður en íslensku jöklarnir byrjuðu að missa massa, geta vatnsaflsvirkjanir sem fyrir eru verið nokkuð meiri en þörf var á.

Kostnaður:

• Kostnaður við að fjárfesta í rannsóknarverkefnum sem hluti af norrænu samstarfsverkefni (Norden) var hóflegur, um 1 milljón evra.
• Kostnaður við breytingar á stjórnunaráætlunum lónsins er hóflegur og endurspeglast sem innri kostnaður, svo sem að bæta 2-3 starfsmönnum við.
• Kostnaður við að breyta hönnun áætlaðra eigna (í flestum tilvikum er afkastageta vatnsaflsverkefna aukin) er hár, í röð tuga milljóna evra.

Helstu kostir:

• Bætt vatnalíkön hafa skilað verðmætum upplýsingum til ákvarðanatöku um framtíðarfjárfestingar í vatnsaflsvirkjunum.
• Aukin framleiðslugeta sem nemur 10 % fram til þessa vegna aukins vatnsflæðis vegna núverandi loftslagsbreytinga og verkefna er að auka árstekjur.

Aukin afkastageta lóns getur tryggt biðstöðu gegn miklum flóðum og þannig leitt til aukinnar flóðavarna. Mesta flóð á Íslandi eru jökulhlaup vegna eldgosa. Jöklar eru algengari á Íslandi en annars staðar í heiminum vegna samspils eldfjalla við jökla.

Rammaáætlunum náttúruvernd og orkunýtingu ertæki til að samræma samkeppnishagsmuni náttúruverndar og orkuframleiðslu á landsvísu og við fyrsta skipulagsstig. Þó er ekki tekið tillit til loftslagsaðlögunar á þessum skipulagsstigum og er hann ekki heldur hluti af ferlinu við mat á umhverfisáhrifum. Mikilvægt er að hafa í huga að vatnsorka á Íslandi er að skila 73 % af hlutdeild sinni í endurnýjanlegri orku og er því mikilvægt framlag til orkusamsetningar Íslands.

Það tók fjögur ár (2006 til 2010) að nota leiðrétta flæðisflokka við ákvarðanatöku um lónstjórn og fjárfestingarákvarðanir um framtíðareignir. Uppsetning aukaflutningsgetu í Búrfellsvirkjun tók rúm tvö ár frá upphafi framkvæmda (2016).

Mat á væntanlegum jökli bráðnar og þar af leiðandi vatnsmagn fyrir vatnsaflsframleiðslu fer fram á fimm ára fresti og kvarðað með mælingum árlega. Þar af leiðandi eru fjárfestingar- og stjórnunarákvarðanir teknar á grundvelli uppfærðs mats, að teknu tilliti til sögulegra mælinga og framtíðarspáa. Þessi stefna hefur 50 ára tímabil, vegna þess að arðsemi fjárfestingar í vatnsaflsvirkjunum er reiknuð yfir 50 ára tímabil og hægt er að gera afrennslisspár frá jöklum á slíku tímabili með nægilegu trausti.

Óli Grétar Blöndal Sveinsson,
Landsvirkjun
Executive VP of Research and Development
E-mail: Oli.Gretar.Sveinsson@landsvirkjun.is 

Úlfar Linnet,
Landsvirkjun
Manager of Resources Department
E-mail: Ulfar.Linnet@landsvirkjun.is 

Halldór Björnsson
Icelandic Met Office
Head of Atmospheric research group
E-mail: halldor@vedur.is 

Landsvirkjun og Veðurstofan