Risikostyring av oversvømmingar ved vasskraftverk i Frankrike

Frigjering av vatn trygt frå dammar under flaum eller kraftig nedbør gjev ei kritisk operasjonell utfordring. Tidlegare trendar viser ein auke i ekstrem dagleg nedbør i Sør-Frankrike, noko som kan føre til flaumflaumar. Denne trenden forventast å halde fram i framtida. Snø- og isbresmelting forventast òg å påverke demningas inn- og utstrømning på lengre sikt. Breens massetap viser allereie ein jamn akselerasjon over Alpane.

Utfordringa for flaumstyring ved vasskraftanlegg er å forhindre eller minimere verknaden av dam-overtopping på nedstraums samfunn, eigedom, landbruk og økosystemar, samstundes som dei beskyttar dammane sjølv mot operasjonell svikt og annan skade. Kvar vasskraftdammen presenterer ulike risikonivå og effektiviteten av PKW systemer må vurderast separat i kvart enkelt tilfelle.

PKW-systemet vart utvikla som svar på oppdaterte hydrologiske studiar av EDF, som viste at ekstreme flaumar som påverkar vasskraftdammar vart hyppigare og intensere. PKWs bidreg til å tilpasse damkapasiteten til å takle klimaendringar som auka nedbør og flaum. Målet med PKW-systemer er å gje eit auka overflateareal for (over)straumning av vatn. Dette aukar utsleppskapasiteten til dammen utan å endre det maksimale reservoarnivået. Den primære fordelen med slik teknologi er å beskytte vasskraftaktiva mot skade, samtidig som driftskostnadane reduserast samanlikna med alternative portsystemer. Andre fordelar inkluderer å redusere nedstraumseffektar under store nedbørshendingar, samt å sikre energiforsyninga under slike hendingar gjennom reduserte driftsfeil.

Chassezac-dalen i departementet Ardèche i Auvergne-Rhône-Alpes-regionen i Frankrike vart identifisert som eit hydrologisk basseng med høgt potensial på 1950-talet. Dette førte til utbygging av fem vasskraftdammar og fire vasskraftverk, som alle vart bygget mellom 1961 og 1970. Ei av desse, Malarce-dammen, har ei høgde på 28,4 m, ei lengd på 111 m og ein tilbakehaldingskapasitet på 2,3 hm³ (dvs. 2,3 millionar m^3). Den vart sett i drift i 1968 og har ein kapasitet på 16 MW.

PKW for Malarce-dammen vart bestilt for å auke sin maksimale utsleppskapasitet med rundt 600 m^3/stil totalt 4 600 m^3/s.Når damvassnivået overstig nivået i innløpstankane, strøymer vatnet automatisk over PKW til utløpstankar som går rett inn i overløpskanalen og nedstraums. Denne teknologien gjev eit middel til å tilpasse dammar til aukande flaumrisiko som forventast under klimaendringar. PKW i Malarce-dammen bidreg til å redusere risikoen for kostbar skade på daminfrastruktur og nedstraums samfunn.

Det er flere tekniske alternativar tilgjengeleg for å handtere damspel over. Labyrinth speleways kan berre installerast i visse typar dammar og må vanlegvis installerast på den tidlegaste dam design scenen. Gated systemer er på plass i mange eksisterande dammar for straumningsstyring. Imidlertid kan gated systemer mislukkast i tilfelle av metning på grunn av overdriven flaum. PKWs presenterer ofte det mest effektive alternativet for flaumrisikostyring ved eksisterande dammar. PKWs har ikkje maksimal kapasitet, men gjev i staden ein fri flyt overløp. PKWs kan derfor handtere mykje høgare straumningsnivå og gje ei sikrare løysing enn inngjerda systemar, med minimal risiko for funksjonsfeil og enklare evakuering av flytande rusk. I motsetnad til andre straumningsstyringsteknikkar unngår PKWs òg menneskelege feil, sidan dei ikkje krev menneskelege operatørar. Dette er nyttig i naudssituasjonar, inkludert flash flaum og jordskred, der arbeidstakarar ikkje kan få tilgang til området.

Dei viktigaste europeiske aktørane innan PKW-teknologi er Frankrike, Sveits og Belgia. EDF tok ikkje patent på PKW-systemet. I staden har dei samarbeidd om å dele PKW-teknologien og innsikta med andre aktørar i det internasjonale vasskraftsamfunnet. Faktisk, noko som indikerer internasjonal anerkjenning av den innovative teknologien, installerer flere utviklarar over heile verd (til dømes i Algerie, USA og Sør-Afrika) òg PKWs. I 2015 mottok EDF ein Climate Solutions Award frå FNs rammekonvensjon om klimaendringar om temaet tilpasning.

Sidan ein PKW representerer ein liten del av den totale demninga, har den ikkje ein eksplisitt innverknad som er synleg for eller kritisert av interessentar og frivillige organisasjonar. Interessentmedverknad er difor ikkje rutinemessig ein viktig del av PKW-installasjonen. Likevel, som med alle store anleggsprosjekter, følgjer alle PKWs strenge miljøkonsekvensvurderingsprosedyrar og må få myndigheitsgodkjenning. Prosedyrane for konsekvensutgreiingar og godkjenningar, til dømes gjennom CODERST, inkluderer NGO- og interessentkonsultasjonar.

PKW er implementert i ulike vasskraftanlegg globalt. Denne breie spreiinga vart lagt til rette av EDFs beslutning om ikkje å patentere denne teknologien. Den samarbeidande tilnærminga til dei opphavlege utviklarane, som delte teknologien med interessentar i heile vasskraftsamfunnet, er ein av dei viktigaste suksessfaktorane for teknologien. PKW er ei billig og enkelt installert løysing samanlikna med andre overløpsstyringsteknologiar, til dømes gated-systemer. Vidare er PKW-teknologien påliteleg og robust sidan det ikkje er behov for bemanna operasjonar eller vedlikehald i stor skala. Til slutt, det faktum at den første PKW vart bygget av EDF, eit velkjent selskap som er respektert i vasskraftsektoren, bidro til å overtyde andre dameigarar om å installere PKWs.

Utfordringar knytte til PKWs inkluderer eignethet og tilgjengelegheit av visse damområde, spesielt i fjellområde. Vidare betyr den lange levetida til vasskraftinfrastrukturen og varigheita av produktsyklusane at spreiing av nye idear og teknologiske løysingar tek tid i denne bransjen. Endeleg føregår bygging på damplassar vanlegvis berre i sommarmånadane, noko som legg ytterlegare begrensningar på installasjonen av PKWs.

Kostnaden for PKW avheng av eksisterande dam struktur, plassering og òg på omfanget av vasstraumen. Tilgjengelegheit av damstrukturen og tilhøyrande utstyrsbehov påverkar òg kostnadene. Avhengig av demninga, kan det vere meir eller mindre kostbart å installere modifikasjonar som PKW. Installasjon av PKW kan koste mellom 200000 og nokre få millionar euro. I alle fall kan PKW vera kostnadseffektiv, noko som representerer ein relativt liten del av den totale kostnaden for dammen. Døme på PKW installasjon er rutinemessig sitert som å ta opp til 30 % av den totale kostnaden. Medan dagens gated system teknologi må betenast manuelt og krev dyrt regelmessig vedlikehald, krev PKWs ikkje driftspersonell og berre lite eller ingen vedlikehald er naudsynt.

Det er inga juridisk forpliktalse når det gjeld PKW i Frankrike, og lovgiving på dette området forventast ikkje. Det er opp til eigarane å installere teknologien. Betre flaumhandtering ved vasskraftanlegg er imidlertid i samsvar med nokre av prinsippa i direktiv 2007/60/EF om vurdering og handtering av flaumrisiko.

EDF utvikla den første PKW frå 2003 til 2005 ved Goulours-dammen (Pyrenées-fjella). PKW implementeringstid varierer frå sak til sak. Små prosjekter kan ta nokre månader, medan større prosjekter kan ta nokre år. I begge tilfelle oppstår begrensningar på grunn av sesongmessig karakter av damkonstruksjonsarbeid. Godkjenningstidene er ganske lange, med forundersøkingar, detaljert design, anbod, miljøundersøkingar og godkjenning frå styresmaktene.

Det er vanskeleg å kommentere levetida til desse investeringane sidan PKW-teknologien er relativt ny og levetida enno ikkje er nådd. Det forventast at slike betongkonstruksjonar som PKWs vil ha same levetid som vasskraft dammar eller andre store anleggsprosjekter (dvs. 50-100 år).

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