Hidroelektrinių pritaikymo galimybės

Hidroenergijos gamyba iš esmės priklauso nuo vandens prieinamumo, todėl ją veikia klimato kaitos poveikis vandens baseinams, daugiausia dviem (priešingais) būdais. Dėl klimato kaitos gali trūkti vandens, todėl gali sumažėti upių srautai ir vandens kaupimasis į užtvankas, taigi ir vandens kiekis, kuris gali tekėti per turbinas arba upių jėgaines elektros energijai gaminti. Kita vertus, dėl klimato kaitos gali padažnėti ir suintensyvėti ekstremalūs krituliai ir paspartėti sniego tirpsmas, todėl gali padidėti potvynių rizika. Kai kuriose ES vietovėse vandens trūkumo problema bus didesnė, o kitose – staigi vandens gausa: tikėtina, kad sausros paprastai kels didelę grėsmę daugumoje regionų, išskyrus Šiaurės Europą, o dabar kartą per šimtmetį pasitaikantys potvyniai bus dažnesni visuose pagrindiniuose Europos upių baseinuose (EAA, 2016). Tačiau abu reiškiniai gali pasireikšti visoje Europoje, kintant dažniams kintant klimatui.

Šis numatomų hidrometeorologinių pokyčių kintamumas visoje Europoje yra čia aptariamos pirmosios prisitaikymo galimybės loginis pagrindas. Kalbant apie prisitaikymą prie klimato kaitos, labai svarbu, kad komunalinės įmonės, eksploatuojančios hidroelektrines, išsamiai suprastų būsimas sąlygas, kuriomis kiekviena elektrinė veiks. Klimato kaita lems sezoninius vandens rato svyravimus, ilgesnius sausringus laikotarpius, kurių metu vandens bus mažiau nei įprastai, ankstesnį sniego atšilimą kalnų šlaituose pavasarį ir dėl to anksčiau atsiradusį didelį tirpstančio vandens srautą, taip pat spartesnį ledynų tirpimą, dėl kurio iš pradžių padidės vandens prieinamumas, o vėliau pablogės vandens prieinamumas. Nesant pradinės grandies srautų kontrolės infrastruktūros, ankstyvi ir gausesni pavasariniai srautai gali kelti problemų užupio elektrinėms, nes gali atsirasti elektros energijos gamybos ir paklausos neatitikimas.

Dėl visų šių reiškinių reikės nuodugniai peržiūrėti hidroelektrinių eksploatavimo, techninės priežiūros ir galbūt atsparumo klimato kaitai didinimo inžinerinių intervencijų planavimą. Be to, tikslūs scenarijai bus labai svarbūs siekiant rasti bendrus sprendimus dėl konkuruojančio naudojimo vandens trūkumo laikotarpiais, padedant įvertinti faktinius poreikius ir tikėtiną įvairių naudotojų, išskyrus elektros energijos tiekimo įmones: ūkininkų, žuvininkystės, gyvenamųjų namų naudojimo, vandens transporto, poilsio ir kt., poreikių laiką. Taigi, pirmoji prisitaikymo galimybė yra parengti didelės skiriamosios gebos klimato ir hidrometeorologinius scenarijus kiekvienai užtvankai ir upės baseinui, kuriam jie priklauso, taip, kad jie būtų lengvai prieinami ir suprantami elektros energijos tiekimo įmonių vadovybei ir visiems kitiems baseino naudotojams. Šiuo tikslu gali būti parengtos konkrečios klimato paslaugos, kad būtų galima prieinamu formatu pateikti tikslias atitinkamų rodiklių prognozes.

Kai kuriais atvejais prognozuojamos klimato sąlygos gali rodyti, kad planuojamos veiklos peržiūros gali nepakakti ir kad prisitaikymas prie infrastruktūros gali būti tinkamas. Tai ypač aktualu tais atvejais, kai numatoma, kad daugės ekstremalių kritulių, dėl kurių užtvankų vietose kils daugiau potvynių. Neigiamas užtvankų užtvindymo poveikis apima viršūnę, atjungimus, įrangos sugadinimą ir neigiamą poveikį pasroviui. Staigus vandens perteklius dėl potvynių turi būti išleidžiamas saugiai, kad būtų kuo labiau sumažinta žala gamyklai ir pasroviui esančioms ekosistemoms bei žmonių infrastruktūrai ir veiklai. Ekstremalūs krituliai taip pat gali sukelti hidrometeorologinį poveikį, pvz., nuošliaužas ar pernelyg didelį dumblą, dėl kurio gali sumažėti vandens kiekis rezervuare ir (arba) užkimšti vandens išleidimo sistemą.

Yra keletas inžinerinių variantų, kuriuos galima taikyti užtvankos išsiliejimams valdyti, kurie iš esmės gali būti suskirstyti į išsiliejimus, uždarytas sistemas ir saugiklių kištukus.

Išsiliejimai gali turėti įvairias dizaino formas, skirtas saugiai išsklaidyti išleidžiamo vandens energiją, tuo pačiu užtikrinant norimą nutekėjimo tūrį. Jie gali veikti automatiškai, kai vanduo užtvankoje pasiekia tam tikrą lygį, arba gali būti sujungti su vartais, nukreipiančiais vandens srautą į išsiliejimą. Dizaino formos apima latakų išsiliejimus, pakopinius išsiliejimus, varpų ir burnos išsiliejimus, sifono išsiliejimus, ogee keteras, šoninius kanalus, labirinto išsiliejimus ir fortepijono raktų užtvaras (PKW). Techniniai užtvankos ir aplinkinės teritorijos orografijos bei hidrologijos ypatumai lemia konkrečių išsiliejimo vietų tipų suderinamumą su užtvanka: tai reiškia, kad ne visos išsiliejimo vietos sistemos yra suderinamos su visomis užtvankomis.

Vartų sistemos – tai prie užtvankos sienos arba aplink varpo žiočių išsiliejimo vietas įrengtų vartų serija, kurią galima atidaryti siekiant valdyti rezervuaro vandens lygį ir visų pirma išleisti vandens perteklių pasroviui užtvindymo atveju. Vėlgi, jie gali būti sujungti su išsiliejimais, kad saugiai išsklaidytų išleisto vandens kinetinę energiją. Jie yra daugelyje esamų užtvankų srauto valdymui. Prisotintos sistemos gali sugesti dėl per didelio potvynio.

Saugiklių kaiščiai yra eroduojančios žemės užtvankos dalys, suprojektuotos nuplauti iš anksto nustatytomis užtvindymo sąlygomis. Iš esmės jie veikia kaip buferiai, kurie sugeria ir sulėtina perteklių ir gali būti paaukoti, nes jų atstatymo išlaidos yra tik nedidelė išlaidų dalis, kuri turėtų būti išlaikyta, jei pagrindinė užtvanka būtų pažeista. Jie gali būti įrengti tik esant tinkamoms geografinėms ir geologinėms vietos savybėms ir suderinamoms pasroviui esančioms sąlygoms (pvz., balnelis tinkamu atstumu nuo pagrindinės užtvankos išilgai rezervuaro krašto, kad būtų galima išleisti perteklinį vandenį; kietas uolienų pamatas kištukui, kad būtų galima atlaikyti eroziją; kanalas, skirtas saugiai nukreipti pertekėjimą nuo kištuko į pagrindinę upę, kad būtų apsaugotos pasroviui esančios struktūros).

Paprastai išsiliejimo ir vartų sistemos gali būti įrengiamos tik užtvankos statybos etape, todėl modifikavimas paprastai nėra išeitis. Tai netaikoma saugiklių kištukams ir PKW sistemoms. „Climate-ADAPT“ atvejo tyrime dėl potvynių rizikos valdymo Prancūzijos hidroelektrinėse aptariami PKW privalumai ir trūkumai. PKW turi tam tikrų aiškių pranašumų, palyginti su tradicinėmis išsiliejimo vietomis ir gaubtinėmis sistemomis, pavyzdžiui, galimybė jas įrengti kaip esamų užtvankų modifikacijas, taip pat tai, kad jos užtikrina laisvą išsiliejimą be apribojimų dėl didžiausių pajėgumų ribų, taigi gali susidoroti su dideliu srauto lygiu ir dirbti saugesnėmis sąlygomis nei gaubtinės sistemos ir visiškai automatiškai, nereikalaujant žmogaus įsikišimo.

Ekstremalus infrastruktūros pritaikymo variantas yra elektrinių pajėgumų didinimas statant didesnes užtvankas. Tai gali būti prasminga tam tikromis aplinkybėmis, kai tikimasi, kad netolimoje ateityje vandens nuotėkis labai padidės ir bus pakankamai ilgas, kad būtų galima susigrąžinti investicines išlaidas. Taip gali būti tuo atveju, kai tikimasi didelių ledynų tirpimo, kaip nurodyta Islandijos atvejo tyrime . Tačiau šios galimybės taikymas ES tikriausiai yra labai ribotas dėl labai skirtingų hidrometeorologinių ir ledynų sąlygų.

Kalbant apie klimato paslaugas, svarbu, kad atitinkami potencialūs naudotojai dalyvautų bendro paslaugų kūrimo procese. Taigi tai priklauso nuo to, kaip paslauga yra numatyta: jei ji laikoma planavimo priemone griežtai hidroenergijos gamybos tikslais, suinteresuotųjų šalių dalyvavimas gali būti ne pagrindinis veiksnys. Tačiau jei bus pasirinkta platesnė perspektyva ir paslauga bus skirta visiems atitinkamiems upės baseino naudotojams, bendro projektavimo procesas paskatins visų atitinkamų naudotojų kategorijų atstovų sąveiką. Žinoma, faktinis planuojamos veiklos persvarstymas atsižvelgiant į numatomą klimato kaitos poveikį turės būti kuo įtraukesnis, kad ateityje konfliktai būtų sėkmingai sumažinti.

Kuriant naują infrastruktūrą, ypač plečiant užtvankas, turi dalyvauti visi upių baseinų naudotojai ir jie turi susitarti dėl vandens naudojimo teisių ir kompensacijų.

Aiškių ir paruoštų naudoti vandens naudojimo planavimo rodiklių nustatymo privalumai yra gana akivaizdūs, nes veiksmingas planavimas gali būti grindžiamas tik tikslia ir gerai suprantama informacija. Pagrindinis klausimas šiuo atveju yra bendras visoms klimato paslaugoms; jis susijęs su sunkumais, kylančiais, viena vertus, nustatant naujausią mokslinę informaciją, kuri iš tikrųjų yra svarbi naudotojų veiklai, ir, kita vertus, supakuojant tokią informaciją taip, kad jos formatas ir kalba, kuria ji pateikiama, būtų netechniniai ir pakankamai prieinami naudotojams, kurie nėra susipažinę su taikomomis mokslo disciplinomis. Šiuo tikslu labai svarbus bendro projektavimo etapas.

Infrastruktūros pritaikymą daugeliu atvejų riboja tai, kad dauguma išsiliejimo ir vartų sistemų gali būti pastatytos tik kartu su užtvanka, todėl tai yra tinkama galimybė tik būsimiems hidroenergijos projektams. Pagrindinė išimtis yra PKW sistema, kurios lankstumas ir palyginti mažos sąnaudos buvo aptartos susijusiame Prancūzijos atvejo tyrime, kartu su jos (kaip pranešama, nedideliais) apribojimais.

Klimato paslaugos hidroenergijai paprastai yra gana nebrangios, palyginti su investicijomis į infrastruktūrą. Kai kuriais atvejais atitinkamus duomenis galima gauti iš projektų, kurių tiesiogiai nevykdo jėgaines eksploatuojančios komunalinės įmonės, pavyzdžiui, iš ES lygmens mokslinių tyrimų projektų, kurie gali suteikti (beveik) nemokamą prieigą visiems atitinkamiems ES naudotojams. Konsultuojančios įmonės gali pasiūlyti labiau pritaikytus paketus rinkos kainomis, tačiau galima tikėtis, kad tokių sutarčių kainos svyruos nuo dešimčių iki šimtų tūkstančių eurų. Klimato paslaugų nauda – iki minimumo sumažinti būsimą rizikos poveikį ir konfliktus su kitais vandens naudotojais ir optimizuoti energijos gamybos profilį, atsižvelgiant į numatomus vandens prieinamumo profilių pokyčius.

Infrastruktūros įrengimas pertekliniam vandens srautui kontroliuoti gali kainuoti nuo kelių šimtų tūkstančių eurų (200 000 EUR PKW, kaip nurodyta Prancūzijos atvejo tyrime) iki kelių milijonų eurų, priklausomai nuo konkrečių užtvankos ypatybių, susijusių su vieta, struktūra ir vandens srautu. Akivaizdu, kad pagrindinė nauda yra tikėtinos žalos hidroelektrinių infrastruktūrai ir galutinės grandies infrastruktūrai bei ekosistemoms sumažinimas, taip pat didesnis gebėjimas valdyti vandens lygį rezervuare; todėl modifikavimas gali užtikrinti sklandesnį elektrinės veikimą, o tai gali padidinti pelningumą. Kai įrengus tokią infrastruktūrą padidėja vidutinis rezervuare kaupiamo vandens kiekis, elektros energijos gamyba gali padidėti, jei tai leidžia rinkos sąlygos, tačiau rezervuarui taip pat gali tekti svarbesnis vaidmuo kaip rezervuarui, kuris gali padidinti viso upės baseino atsparumą.

Vieninteliai potencialiai svarbūs teisiniai aspektai yra susiję su leidimų naujoms infrastruktūroms, pavyzdžiui, naujoms vandens išleidimo infrastruktūroms, užimančioms anksčiau nesugadintas upės baseino dalis, išdavimo procesu ir, žinoma, didesnių užtvankų statyba. Šiems projektams taikomos nacionalinės taisyklės dėl leidimų naujoms infrastruktūroms išdavimo.

Kai kurios su klimatu susijusios paslaugos, taip pat svarbios hidroelektrinių planavimui ir valdymui, jau teikiamos pagal programą „Copernicus“. Tarpininkų sudarytose ad hoc konsultavimo sutartyse gali būti pateikti svarbūs klimato rodikliai per kelis mėnesius. Potvynių kontrolės infrastruktūros statybos laikas priklauso nuo konkrečių užtvankos ypatybių ir gali skirtis nuo kelių mėnesių iki kelerių metų. Keletą metų reikia statyti didesnes užtvankas.

Klimato paslaugų teikimo trukmė priklauso nuo nuolatinio naudotojų sąsajų, duomenų bazių ir modelių atnaujinimo ir priežiūros. Kalbant apie infrastruktūros modifikavimą, nėra aiškių požymių, tačiau, jei jis bus tinkamai prižiūrimas, galima daryti prielaidą, kad jis truks tol, kol užtvankos likutinis eksploatavimo laikas (paprastai keli dešimtmečiai). Pagal projektą saugiklių kištukai turėtų būti nuplaunami didelių potvynių metu, o planuojant hidroenergijos infrastruktūrą, kuriai jie priklauso, reikėtų atsižvelgti į jų periodinę rekonstrukciją. Tikimasi, kad naujos užtvankos gyvens vidutiniškai 50 metų, tačiau jos gali trukti iki šimtmečio, nors po 50 metų padidės priežiūros išlaidos ir struktūrinio stabilumo rizika.