Overstromingsrisicobeheer voor waterkrachtcentrales in Frankrijk

Het veilig afvoeren van water uit dammen tijdens overstromingen of zware neerslag vormt een kritieke operationele uitdaging. Trends uit het verleden laten een toename zien van extreme dagelijkse regenval in Zuid-Frankrijk, wat kan leiden tot plotselinge overstromingen. Deze trend zal zich naar verwachting in de toekomst voortzetten. Het smelten van sneeuw en gletsjers zal naar verwachting ook op langere termijn van invloed zijn op de in- en uitstroom van dammen. Het verlies van gletsjermassa toont al een consistente versnelling in de Alpen.

De uitdaging voor overstromingsbeheer in waterkrachtcentrales bestaat erin de gevolgen van overtopping van dammen voor stroomafwaartse gemeenschappen, eigendommen, landbouw en ecosystemen te voorkomen of tot een minimum te beperken, en tegelijkertijd de dammen zelf te beschermen tegen operationele storingen en andere schade. Elke waterkrachtdam vertoont verschillende risiconiveaus en de doeltreffendheid van PKW-systemen moet in elk geval afzonderlijk worden beoordeeld.

Het PKW-systeem werd ontwikkeld als reactie op bijgewerkte hydrologische studies van EDF, waaruit bleek dat extreme overstromingen die van invloed waren op waterkrachtdammen frequenter en intenser werden. PKW’s helpen de damcapaciteit aan te passen om het hoofd te bieden aan de gevolgen van klimaatverandering, zoals toegenomen neerslag en overstromingen. Het doel van PKW-systemen is om een groter oppervlak te bieden voor de (over)stroming van water. Dit verhoogt de afvoercapaciteit van de dam zonder het maximale reservoirniveau te veranderen. Het belangrijkste voordeel van dergelijke technologie is om waterkrachtactiva te beschermen tegen schade en tegelijkertijd de operationele kosten te verlagen in vergelijking met alternatieve poortsystemen. Andere voordelen zijn het verminderen van stroomafwaartse effecten tijdens zware neerslaggebeurtenissen en het waarborgen van de energievoorzieningszekerheid tijdens dergelijke gebeurtenissen door minder operationele storingen.

De vallei van Chassezac in het departement Ardèche in de Franse regio Auvergne-Rhône-Alpes werd in de jaren vijftig geïdentificeerd als een potentieel hydrologisch bekken. Dit leidde tot de ontwikkeling van vijf waterkrachtdammen en vier waterkrachtcentrales, die allemaal werden gebouwd tussen 1961 en 1970. Een daarvan, de dam van Malarce, heeft een hoogte van 28,4 m, een lengte van 111 m en een capaciteit van 2,3 hm³ (d.w.z. 2,3 miljoen m³). Het werd operationeel in 1968 en heeft een vermogen van 16 MW.

De PKW voor de dam van Malarce kreeg de opdracht om de maximale afvoercapaciteit met ongeveer 600 m3/s te verhogen tot een totaal van 4600 m3/s. Wanneer het waterpeil van de dam het niveau in de inlaattanks overschrijdt, stroomt het water automatisch over de PKW in uitlaattanks die rechtstreeks in het overloopkanaal en stroomafwaarts lopen. Deze technologie biedt een middel om dammen aan te passen aan de toenemende overstromingsrisico's die worden verwacht in het kader van de klimaatverandering. De PKW in de dam van Malarce helpt het risico op kostbare schade aan daminfrastructuur en stroomafwaartse gemeenschappen te verminderen.

Er zijn verschillende technische opties beschikbaar voor het beheer van dam spill over. Labyrinth spillways kunnen alleen in bepaalde soorten dammen worden geïnstalleerd en moeten meestal in de vroegste fase van het damontwerp worden geïnstalleerd. Afgesloten systemen zijn aanwezig in veel bestaande dammen voor stroombeheer. Omheinde systemen kunnen echter falen in gevallen van verzadiging als gevolg van overmatige overstromingen. PKW's vormen vaak de meest effectieve optie voor overstromingsrisicobeheer bij bestaande dammen. PKW's hebben geen maximale capaciteit, maar zorgen in plaats daarvan voor een vrije doorstroming. PKW's kunnen daarom veel hogere stroomniveaus beheren en een veiligere oplossing bieden dan gated systemen, met een minimaal risico op storingen en gemakkelijkere evacuatie van drijvend puin. In tegenstelling tot andere flowmanagementtechnieken vermijden PKW's ook menselijke fouten, omdat ze geen menselijke operators vereisen. Dit is nuttig in noodsituaties, waaronder plotselinge overstromingen en aardverschuivingen, waarbij werknemers geen toegang hebben tot de site.

De belangrijkste Europese spelers op het gebied van PKW-technologie zijn Frankrijk, Zwitserland en België. EDF heeft het PKW-systeem niet gepatenteerd. In plaats daarvan heeft het samengewerkt om de PKW-technologie en inzichten te delen met andere spelers in de internationale waterkrachtgemeenschap. Uit internationale erkenning van de innovatieve technologie blijkt inderdaad dat verschillende ontwikkelaars over de hele wereld (bijvoorbeeld in Algerije, de VS en Zuid-Afrika) ook PKW's installeren. In 2015 ontving EDF een Climate Solutions Award van het Raamverdrag van de Verenigde Naties inzake klimaatverandering met als thema adaptatie.

Aangezien een PKW een klein onderdeel van de totale dam vormt, heeft het geen expliciete impact die zichtbaar is voor of bekritiseerd wordt door belanghebbenden en NGO's. Daarom is participatie van belanghebbenden niet routinematig een belangrijk onderdeel van de PKW-installatie. Niettemin volgen alle PKW's, zoals bij alle grote civieltechnische projecten, strikte milieueffectbeoordelingsprocedures en moeten ze goedkeuring van de overheid krijgen. Deze effectbeoordelingsprocedures en goedkeuringen, bijvoorbeeld via CODERST, omvatten raadplegingen van ngo's en belanghebbenden.

De PKW is wereldwijd geïmplementeerd in verschillende waterkrachtcentrales. Deze brede verspreiding werd vergemakkelijkt door het besluit van EDF om deze technologie niet te octrooieren. De gezamenlijke aanpak van de oorspronkelijke ontwikkelaars, die de technologie deelden met belanghebbenden in de hele waterkrachtgemeenschap, is een van de belangrijkste succesfactoren van de technologie. PKW is een goedkope en eenvoudig te installeren oplossing in vergelijking met andere technologieën voor overloopbeheer, zoals gated systemen. Bovendien is PKW-technologie betrouwbaar en veerkrachtig, omdat er geen behoefte is aan bemande operaties of grootschalig onderhoud. Ten slotte hielp het feit dat de eerste PKW werd gebouwd door EDF, een bekend bedrijf dat goed wordt gerespecteerd in de waterkrachtsector, andere dameigenaren ervan te overtuigen PKW's te installeren.

Uitdagingen met betrekking tot PKW’s zijn onder meer de geschiktheid en toegankelijkheid van bepaalde damlocaties, met name in berggebieden. Bovendien betekent de lange levensduur van waterkrachtinfrastructuur en de duur van de productcycli dat de verspreiding van nieuwe ideeën en technologische oplossingen tijd kost in deze industrie. Ten slotte vindt de bouw op damlocaties meestal alleen in de zomermaanden plaats, wat verdere beperkingen toevoegt aan de installatie van PKW's.

De kosten van de PKW zijn afhankelijk van de bestaande damstructuur, locatie en ook van de omvang van de waterstroom. De toegankelijkheid van de damstructuur en de bijbehorende uitrustingsbehoeften hebben ook gevolgen voor de kosten. Afhankelijk van de dam kan het meer of minder duur zijn om aanpassingen zoals PKW te installeren. Installatie van PKW kan tussen de 200.000 en een paar miljoen euro kosten. In ieder geval kan de PKW kostenefficiënt zijn, wat neerkomt op een relatief klein deel van de totale kosten van de dam. De voorbeelden van PKW-installatie worden routinematig aangehaald als nemend tot 30% van de totale kosten. Hoewel de huidige gated systeemtechnologie handmatig moet worden bediend en duur regelmatig onderhoud vereist, vereisen PKW's geen werkende mankracht en is er slechts weinig tot geen onderhoud nodig.

Er is geen wettelijke verplichting met betrekking tot PKW in Frankrijk en wetgeving op dit gebied wordt niet verwacht. Het is aan de eigenaren van de dam om de technologie te installeren. Een beter overstromingsbeheer in waterkrachtcentrales sluit echter wel aan bij een aantal beginselen van Richtlijn 2007/60/EG inzake de beoordeling en het beheer van overstromingsrisico's.

EDF ontwikkelde de eerste PKW van 2003 tot 2005 bij de stuwdam van Goulours (Pyreneeën). De implementatietijd van PKW varieert van geval tot geval. Kleine projecten kunnen een paar maanden duren, terwijl grotere projecten een paar jaar kunnen duren. In beide gevallen ontstaan beperkingen als gevolg van het seizoensgebonden karakter van damconstructies. Goedkeuringstijden zijn vrij lang, met voorstudie, gedetailleerd ontwerp, aanbesteding, milieustudies en de goedkeuring van de autoriteiten.

Het is moeilijk om commentaar te geven op de levensduur van deze investeringen, aangezien PKW-technologie relatief nieuw is en het einde van de levensduur nog niet is bereikt. Verwacht wordt dat betonnen constructies als PKW's dezelfde levensduur zullen hebben als waterkrachtdammen of andere grote civieltechnische projecten (d.w.z. 50-100 jaar).

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