Gestione del rischio di alluvioni per le centrali idroelettriche in Francia

Rilasciare l'acqua in modo sicuro dalle dighe durante le inondazioni o le forti precipitazioni rappresenta una sfida operativa critica. Le tendenze passate mostrano un aumento delle precipitazioni giornaliere estreme nel sud della Francia, che possono portare a inondazioni improvvise. Questa tendenza dovrebbe continuare in futuro. Si prevede inoltre che la neve e lo scioglimento dei ghiacciai avranno un impatto sull'afflusso e sul deflusso della diga a lungo termine. La perdita di massa del ghiacciaio mostra già un'accelerazione costante attraverso le Alpi.

La sfida per la gestione delle inondazioni negli impianti idroelettrici è prevenire o ridurre al minimo gli impatti del superamento delle dighe sulle comunità a valle, sulle proprietà, sull'agricoltura e sugli ecosistemi, proteggendo nel contempo le dighe stesse da guasti operativi e altri danni. Ogni diga idroelettrica presenta diversi livelli di rischio e l'efficacia dei sistemi PKW deve essere valutata separatamente in ciascun caso.

Il sistema PKW è stato sviluppato in risposta a studi idrologici aggiornati da EDF, che hanno dimostrato che le inondazioni estreme che colpiscono le dighe idroelettriche stavano diventando più frequenti e intense. Le PKW aiutano ad adattare la capacità delle dighe per far fronte agli impatti dei cambiamenti climatici come l'aumento delle precipitazioni e delle inondazioni. L'obiettivo dei sistemi PKW è quello di fornire una maggiore superficie per il (sovra)flusso dell'acqua. Ciò aumenta la capacità di scarico della diga senza modificare il livello massimo del serbatoio. Il vantaggio principale di tale tecnologia è quello di proteggere le risorse idroelettriche dai danni, riducendo al contempo i costi operativi rispetto ai sistemi di gate alternativi. Altri vantaggi includono la riduzione degli impatti a valle durante gli eventi di forti precipitazioni, nonché la garanzia della sicurezza dell'approvvigionamento energetico durante tali eventi attraverso la riduzione dei guasti operativi.

La valle dello Chassezac, nel dipartimento dell'Ardèche, nella regione francese dell'Alvernia-Rodano-Alpi, è stata identificata come bacino idrologico ad alto potenziale negli anni '50. Ciò ha portato allo sviluppo di cinque dighe idroelettriche e quattro centrali idroelettriche, tutte costruite tra il 1961 e il 1970. Una di queste, la diga di Malarce, ha un'altezza di 28,4 m, una lunghezza di 111 m e una capacità di ritenuta di 2,3 hm³ (cioè 2,3 milioni di m³). È diventato operativo nel 1968 e ha una capacità di potenza di 16 MW.

Il PKW per la diga di Malarce è stato incaricato di aumentare la sua capacità massima di scarico di circa 600 m³/s per un totale di 4600 m³/s. Quando i livelli dell'acqua della diga superano il livello nei serbatoi di ingresso, l'acqua scorre automaticamente sopra il PKW in serbatoi di uscita che corrono direttamente nel canale di scarico e a valle. Questa tecnologia fornisce un mezzo per adattare le dighe ai crescenti rischi di alluvioni previsti dai cambiamenti climatici. La PKW nella diga di Malarce contribuisce a ridurre il rischio di costosi danni alle infrastrutture della diga e alle comunità a valle.

Ci sono diverse opzioni di ingegneria disponibili per la gestione della fuoriuscita della diga. Gli sfioratori del labirinto possono essere installati solo in determinati tipi di dighe e di solito devono essere installati nella prima fase di progettazione della diga. Sistemi recintati sono in atto in molte dighe esistenti per la gestione del flusso. Tuttavia, i sistemi gated possono fallire in caso di saturazione a causa di eccessive inondazioni. Le PKW rappresentano spesso l'opzione più efficace per la gestione del rischio di alluvioni nelle dighe esistenti. I PKW non hanno una capacità massima, ma forniscono invece uno sversamento a flusso libero. I PKW possono quindi gestire livelli di flusso molto più elevati e fornire una soluzione più sicura rispetto ai sistemi gated, con un rischio minimo di malfunzionamento e una più facile evacuazione dei detriti galleggianti. A differenza di altre tecniche di gestione del flusso, i PKW evitano anche l'errore umano, poiché non richiedono operatori umani. Ciò è utile in situazioni di emergenza, tra cui inondazioni improvvise e frane, durante le quali i lavoratori non possono accedere al sito.

I principali attori europei nella tecnologia PKW sono Francia, Svizzera e Belgio. EDF non ha brevettato il sistema PKW. Invece ha lavorato in modo collaborativo per condividere la tecnologia PKW e le intuizioni con altri attori della comunità idroelettrica internazionale. Infatti, indicando il riconoscimento internazionale della tecnologia innovativa, diversi sviluppatori in tutto il mondo (ad esempio in Algeria, Stati Uniti e Sud Africa) stanno anche installando PKW. Nel 2015, EDF ha ricevuto un Climate Solutions Award dalla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici sul tema dell'adattamento.

Poiché una PKW rappresenta una piccola componente della diga complessiva, non ha un impatto esplicito che sia visibile o criticato dalle parti interessate e dalle ONG. Pertanto, la partecipazione delle parti interessate non è di routine una parte importante dell'installazione di PKW. Tuttavia, come per tutti i principali progetti di ingegneria civile, tutte le PKW seguono rigorose procedure di valutazione dell'impatto ambientale e devono ricevere l'approvazione del governo. Tali procedure di valutazione d'impatto e approvazioni, ad esempio tramite CODERST, comprendono consultazioni delle ONG e delle parti interessate.

Il PKW è stato implementato in vari impianti idroelettrici a livello globale. Questa ampia diffusione è stata facilitata dalla decisione di EDF di non brevettare questa tecnologia. L'approccio collaborativo degli sviluppatori originali, che hanno condiviso la tecnologia con le parti interessate in tutta la comunità idroelettrica, è uno dei fattori di successo più importanti della tecnologia. PKW è una soluzione economica e facilmente installabile rispetto ad altre tecnologie di gestione dell'overflow, come i sistemi gated. Inoltre, la tecnologia PKW è affidabile e resistente poiché non vi è alcuna necessità di operazioni con equipaggio o manutenzione su larga scala. Infine, il fatto che la prima PKW sia stata costruita da EDF, una società ben nota e rispettata nel settore idroelettrico, ha contribuito a convincere altri proprietari di dighe a installare PKW.

Le sfide relative alle PKW includono l'idoneità e l'accessibilità di alcuni siti di dighe, in particolare nelle regioni montuose. Inoltre, la lunga durata dell'infrastruttura idroelettrica e la durata dei cicli di prodotto significano che la diffusione di nuove idee e soluzioni tecnologiche richiede tempo in questo settore. Infine, la costruzione nei siti di diga avviene di solito solo nei mesi estivi, il che aggiunge ulteriori vincoli all'installazione di PKW.

Il costo del PKW dipende dalla struttura della diga esistente, dalla posizione e anche dall'entità del flusso d'acqua. Anche l'accessibilità della struttura della diga e le relative esigenze in termini di attrezzature incidono sui costi. A seconda della diga, può essere più o meno costoso installare modifiche come PKW. L'installazione di PKW può costare tra i 200.000 e alcuni milioni di euro. In ogni caso, il PKW può essere efficiente in termini di costi, rappresentando una componente relativamente piccola del costo complessivo della diga. Esempi di installazione di PKW sono abitualmente citati come prendendo fino al 30% del costo totale. Mentre l'attuale tecnologia del sistema gated deve essere azionata manualmente e richiede costose manutenzioni regolari, i PKW non richiedono manodopera operativa ed è necessaria solo una manutenzione minima o nulla.

Non vi è alcun obbligo legale per quanto riguarda PKW in Francia e la legislazione in questo settore non è prevista. Spetta ai proprietari della diga installare la tecnologia. Tuttavia, una migliore gestione delle alluvioni negli impianti idroelettrici è in linea con alcuni dei principi della direttiva 2007/60/CE relativa alla valutazione e alla gestione dei rischi di alluvioni.

EDF ha sviluppato la prima PKW dal 2003 al 2005 presso la diga di Goulours (Pirenei). Il tempo di implementazione di PKW varia caso per caso. I piccoli progetti possono richiedere alcuni mesi, mentre i progetti più grandi possono richiedere alcuni anni. In entrambi i casi, le limitazioni sorgono a causa della natura stagionale dei lavori di costruzione della diga. I tempi di approvazione sono piuttosto lunghi, con studi preliminari, progettazione dettagliata, gare d'appalto, studi ambientali e l'approvazione delle autorità.

È difficile commentare la durata di questi investimenti poiché la tecnologia PKW è relativamente nuova e la fine del ciclo di vita non è ancora stata raggiunta. Si prevede che tali strutture in calcestruzzo come le PKW avranno la stessa durata di vita delle dighe idroelettriche o di altri grandi progetti di ingegneria civile (cioè 50-100 anni).

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