Gestione del rischio di alluvioni per le centrali idroelettriche in Francia
L'energia idroelettrica è una parte essenziale del mix energetico in Francia, che rappresenta circa il 20 % della capacità installata. Si prevede che i cambiamenti climatici aumentino la frequenza e l'intensità degli eventi di precipitazioni estreme e accelerino la fusione delle nevi, il che comporterebbe un aumento del rischio di alluvioni. Le inondazioni possono influenzare negativamente le dighe causando sovraccarico, interruzioni, danni alle attrezzature e impatti negativi a valle. È essenziale che gli operatori delle dighe prendano in considerazione questi rischi e attuino, se necessario, misure di adattamento.
Il centro di ingegneria idro (CIH) di Electricité de France (EDF) ha sviluppato il sistema Piano Key Weir (PKW). Il sistema PKW è un sistema di scarico alluvionale migliorato che aiuta a rilasciare l'acqua in modo sicuro dalle dighe durante i forti eventi di precipitazione. L'aumento della superficie "crenelata" del sistema PKW fornisce un'ulteriore fuoriuscita per gestire l'aumento del flusso d'acqua. Ciò è particolarmente rilevante nelle strette gole presenti in alcune delle regioni alpine in cui sono state installate le PKW.
Ci sono ora 10 dighe in Francia dotate di tecnologia PKW e circa 30 in tutto il mondo. La diga Malarce discussa in questo caso di studio è stata la6º diga in Francia ad essere equipaggiata con la tecnologia PKW allo scopo di migliorare la gestione del flusso idrico. Si trova sul fiume Chassezac ad Ardèche, nel sud della Francia.
Descrizione del caso studio
Sfide
Rilasciare acqua in modo sicuro dalle dighe durante inondazioni o forti precipitazioni rappresenta una sfida operativa critica. Le tendenze passate mostrano un aumento delle precipitazioni giornaliere estreme nel sud della Francia, che può portare a inondazioni improvvise. Questa tendenza dovrebbe continuare in futuro. Anche lo scioglimento della neve e del ghiacciaio dovrebbe avere un impatto sull'afflusso e sul deflusso di dighe a lungo termine. La perdita di massa del ghiacciaio mostra già una costante accelerazione attraverso le Alpi.
La sfida per la gestione delle inondazioni negli impianti idroelettrici consiste nel prevenire o ridurre al minimo gli impatti del superamento delle dighe sulle comunità a valle, sulla proprietà, sull'agricoltura e sugli ecosistemi, proteggendo al contempo le dighe stesse da guasti operativi e altri danni. Ogni diga idroelettrica presenta livelli di rischio diversi e l'efficacia dei sistemi PKW deve essere valutata separatamente in ciascun caso.
Obiettivi
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. Il PKWS contribuisce 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 superficie maggiore per il (over)flusso di 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 cancello alternativi. Altri vantaggi includono la riduzione degli impatti a valle durante i forti eventi di precipitazione, nonché la garanzia della sicurezza dell'approvvigionamento energetico durante tali eventi attraverso la riduzione dei guasti operativi.
Opzioni di adattamento implementate in questo caso
Soluzioni
La valle di Chassezac nel dipartimento dell'Ardèche nella regione dell'Alvernia-Rodano-Alpi in Francia è stata identificata come un 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 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 potenza di 16 MW.
Il PKW per la diga Malarce è stato incaricato di aumentare la sua capacità massima di scarico di circa 600 m3/s per un totale di 4 600 m 3/s.Quando i livelli d'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 fuoriuscita e a valle. Questa tecnologia fornisce un mezzo per adattare le dighe all'aumento dei rischi di alluvione previsti dai cambiamenti climatici. Il PKW nella diga di Malarce aiuta a ridurre il rischio di costosi danni alle infrastrutture dighe e alle comunità a valle.
Ci sono diverse opzioni di ingegneria disponibili per la gestione della fuoriuscita della diga. Le fuoriuscite del labirinto possono essere installate solo in determinati tipi di dighe e di solito devono essere installate alla prima fase di progettazione della diga. I sistemi gated sono in vigore in molte dighe esistenti per la gestione del flusso. Tuttavia, i sistemi gated possono fallire in caso di saturazione a causa di inondazioni eccessive. PKWS spesso presenta l'opzione più efficace per la gestione del rischio di alluvione nelle dighe esistenti. I PKWS non hanno una capacità massima ma forniscono invece una fuoriuscita a flusso libero. PKWS può 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, le PKW evitano anche l'errore umano, poiché non richiedono operatori umani. Questo 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 della tecnologia PKW sono Francia, Svizzera e Belgio. EDF non ha brevettato il sistema PKW. Invece ha lavorato in collaborazione 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 installando anche PKW. Nel 2015, EDF ha ricevuto un premio per le soluzioni climatiche dalla Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici sul tema dell'adattamento.
Rilevanza
Caso sviluppato e implementato come misura di adattamento ai cambiamenti climatici.
Dettagli aggiuntivi
Partecipazione degli attori interessatI
Poiché un PKW rappresenta una piccola componente della diga complessiva, non ha un impatto esplicito visibile o criticato dalle parti interessate e dalle ONG. Pertanto, la partecipazione degli stakeholder non è di routine una parte importante dell'installazione di PKW. Tuttavia, come per tutti i principali progetti di ingegneria civile, tutti i PKW seguono rigorose procedure di valutazione dell'impatto ambientale e devono ricevere l'approvazione del governo. Tali procedure e approvazioni di valutazione d'impatto, ad esempio tramite CODERST, comprendono le ONG e le parti interessate.
Successo e fattori limitanti
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 gli stakeholder di tutta la comunità idroelettrica, è uno dei fattori di successo più importanti della tecnologia. PKW è una soluzione economica e facilmente installata rispetto ad altre tecnologie di gestione overflow, come i sistemi gated. Inoltre, la tecnologia PKW è affidabile e resiliente poiché non c'è bisogno di operazioni con equipaggio o di manutenzione su larga scala. Infine, il fatto che il primo PKW sia stato costruito da EDF, una nota azienda che è ben rispettata nel settore dell'energia idroelettrica, ha contribuito a convincere altri proprietari di dighe a installare PKW.
Le sfide relative ai PKW includono l'idoneità e l'accessibilità di alcuni siti di diga, in particolare nelle regioni montane. Inoltre, la lunga durata delle infrastrutture idroelettriche e la durata dei cicli di prodotto fanno sì che la diffusione di nuove idee e soluzioni tecnologiche richieda tempo in questo settore. Infine, la costruzione nei siti di diga di solito avviene solo nei mesi estivi, il che aggiunge ulteriori vincoli all'installazione di PKW.
Costi e benefici
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 delle relative attrezzature ha un impatto sul costo. A seconda della diga, potrebbe essere più o meno costoso installare modifiche come PKW. L'installazione di PKW può costare tra 200.000 e qualche milione 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 regolarmente citati come l'assunzione fino al 30 % del costo totale. Mentre l'attuale tecnologia del sistema gated deve essere azionata manualmente e richiede una costosa manutenzione regolare, i PKW non richiedono manodopera operativa e solo bassa o nessuna manutenzione è necessaria.
Aspetti legali
Non vi è alcun obbligo legale in materia di PKW in Francia e la legislazione in questo settore non è prevista. Spetta ai proprietari delle dighe installare la tecnologia. Tuttavia, una migliore gestione delle inondazioni 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.
Tempo di implementazione
EDF ha sviluppato il primo PKW dal 2003 al 2005 presso la diga Goulours (Monti 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 stagionalità dei lavori di costruzione di dighe. I tempi di approvazione sono piuttosto lunghi, che comprendono studi preliminari, progettazione dettagliata, gare d'appalto, studi ambientali e l'approvazione delle autorità.
Durata
È difficile commentare la durata di questi investimenti poiché la tecnologia PKW è relativamente nuova e non è ancora stata raggiunta la fine del ciclo di vita. Si prevede che tali strutture concrete come le PKW avranno la stessa durata delle dighe idroelettriche o di altri grandi progetti di ingegneria civile (cioè 50-100 anni).
Informazioni di riferimento
Contatto
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
Siti Web
Riferimento
Pubblicato in Climate-ADAPT Nov 22 2022 - Aggiornamento più recente in Climate-ADAPT Apr 18 2024
Si prega di contattarci per qualsiasi altra richiesta su questo caso di studio o per condividere un nuovo caso di studio (e -mail climate.adapt@eea.europa.eu )
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