Zarządzanie ryzykiem powodziowym dla elektrowni wodnych we Francji
Energia wodna jest zasadniczym elementem koszyka energetycznego we Francji, który odpowiada za około 20 % zainstalowanej mocy. Przewiduje się, że zmiany klimatu zwiększą częstotliwość i intensywność ekstremalnych opadów oraz przyspieszą topnienie śniegu, co doprowadziłoby do zwiększonego ryzyka powodziowego. Powodzie mogą niekorzystnie wpływać na tamy powodujące przeładowanie, awarie, uszkodzenia sprzętu i niekorzystne skutki uboczne. Istotne jest, aby operatorzy zapór uwzględniali te zagrożenia i wdrażali w razie potrzeby środki dostosowawcze.
Hydro Engineering Centre (CIH) w Electricité de France (EDF) opracowało system Piano Key Weir (PKW). System PKW to ulepszony system zrzutu przeciwpowodziowego, który pomaga w bezpiecznym uwalnianiu wody z zapór podczas ciężkich opadów. Zwiększona „krelanowana” powierzchnia systemu PKW zapewnia dodatkowy wyciek do zarządzania zwiększonym przepływem wody. Ma to szczególne znaczenie w wąskich wąwozach występujących w niektórych regionach alpejskich, w których zainstalowano PKW.
Obecnie we Francji jest 10 zapór wyposażonych w technologię PKW i około 30 na całym świecie. Tama Malarce omówiona w tym studium przypadku była 6-tą tamą we Francji, która została wyposażona w technologię PKW w celu poprawy zarządzania przepływem wody. Znajduje się nad rzeką Chassezac w Ardèche w południowej Francji.
Opis studium przypadku
Wyzwania
Bezpieczne uwalnianie wody z zapór podczas powodzi lub ciężkich opadów stanowi poważne wyzwanie operacyjne. Wcześniejsze trendy pokazują wzrost ekstremalnych dziennych opadów deszczu w południowej Francji, co może prowadzić do gwałtownych powodzi. Oczekuje się, że tendencja ta utrzyma się w przyszłości. Oczekuje się również, że topnienie śniegu i lodowca wpłynie na dopływ i odpływ zapory w dłuższej perspektywie czasowej. Utrata masy lodowcowej wskazuje już na konsekwentne przyspieszenie w Alpach.
Wyzwaniem dla zarządzania powodziami w elektrowniach wodnych jest zapobieganie lub minimalizowanie skutków przeciążania zapór na społeczności niższego szczebla, mienie, rolnictwo i ekosystemy, a także ochronę zapór przed awarią operacyjną i innymi szkodami. Każda zapora wodna wykazuje różne poziomy ryzyka, a skuteczność systemów PKW musi być w każdym przypadku oceniana oddzielnie.
Cele
System PKW został opracowany w odpowiedzi na zaktualizowane badania hydrologiczne przeprowadzone przez EDF, które wykazały, że ekstremalne powodzie wpływające na zapory wodne stają się coraz częstsze i intensywniejsze. PKWS pomaga dostosować przepustowość zapory do radzenia sobie ze skutkami zmian klimatu, takimi jak zwiększone opady i powodzie. Celem systemów PKW jest zapewnienie zwiększonej powierzchni dla (przepływu) wody. Zwiększa to wydajność rozładowania zapory bez zmiany maksymalnego poziomu zbiornika. Podstawową zaletą takiej technologii jest ochrona zasobów hydroenergetycznych przed uszkodzeniem, przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów operacyjnych w porównaniu z alternatywnymi systemami bramowymi. Inne korzyści obejmują zmniejszenie wpływu niższego szczebla podczas ciężkich opadów atmosferycznych, a także zapewnienie bezpieczeństwa dostaw energii podczas takich zdarzeń poprzez zmniejszenie awarii eksploatacyjnych.
Taktyki adaptacyjne wdrożone w tym przypadku
Rozwiązania
Dolina Chassezac w departamencie Ardèche w regionie Owernia-Rhône-Alpy Francji została zidentyfikowana jako dorzecze hydrologiczne o wysokim potencjale w latach 50. Doprowadziło to do rozwoju pięciu zapór wodnych i czterech elektrowni wodnych, które zostały zbudowane w latach 1961-1970. Jedna z nich, tama Malarce, ma wysokość 28,4 m, długość 111 m i zdolność wstrzymania 2,3 hm3 (tj. 2,3 mln m3). Rozpoczęła działalność w 1968 roku i ma moc 16 MW.
PKW dla zapory Malarce została zlecona do zwiększenia maksymalnej wydajności wyładowania o około 600 m3/sdo 4 600 m 3/s. Gdypoziomwody zapory przekracza poziom w zbiornikach wlotowych, woda automatycznie przepływa przez PKW do zbiorników wylotowych, które biegną prosto do kanału rozlanego i w dół. Technologia ta zapewnia sposób adaptacji zapór do rosnącego ryzyka powodziowego oczekiwanego w związku ze zmianą klimatu. PKW w zaporze Malarce pomaga zmniejszyć ryzyko kosztownych szkód w infrastrukturze zapory i społecznościach niższego szczebla.
Istnieje kilka opcji inżynieryjnych do zarządzania wyciekiem zapory. Wycieki labiryntu mogą być instalowane tylko w niektórych typach zapór i muszą być zwykle instalowane na najwcześniejszym etapie projektowania zapory. Systemy bramowe znajdują się w wielu istniejących zapórach do zarządzania przepływem. Jednak systemy zamknięte mogą zawieść w przypadku nasycenia z powodu nadmiernej powodzi. PKWS często przedstawia najskuteczniejszą opcję zarządzania ryzykiem powodziowym w istniejących tamach. PKWS nie mają maksymalnej pojemności, ale zapewniają swobodny przepływ przepływu. PKWS może zatem zarządzać znacznie wyższymi poziomami przepływu i zapewniać bezpieczniejsze rozwiązanie niż systemy zamknięte, przy minimalnym ryzyku awarii i łatwiejszej ewakuacji odpadów pływających. W przeciwieństwie do innych technik zarządzania przepływem, PKW również unika błędów ludzkich, ponieważ nie wymagają one ludzkich operatorów. Jest to pomocne w sytuacjach awaryjnych, takich jak błyskawiczne powodzie i osuwiska, podczas których pracownicy nie mogą uzyskać dostępu do witryny.
Głównymi europejskimi graczami w technologii PKW są Francja, Szwajcaria i Belgia. EDF nie opatentował systemu PKW. Zamiast tego współpracuje nad dzieleniem się technologią PKW i spostrzeżeniami z innymi graczami w międzynarodowej społeczności hydroenergetycznej. Rzeczywiście, wskazując na międzynarodowe uznanie innowacyjnej technologii, kilku programistów na całym świecie (np. w Algierii, USA i RPA) również instaluje PKW. W 2015 r. EDF otrzymał nagrodę Climate Solutions przyznawaną przez Ramową konwencję Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu na temat przystosowania się do zmiany klimatu.
Przydatność
Sprawa opracowana i wdrożona jako środek przystosowania się do zmiany klimatu.
Dodatkowe Szczegóły
Udział zainteresowanych stron
Ponieważ PKW stanowi niewielki element ogólnej zapory, nie ma wyraźnego wpływu, który jest widoczny lub krytykowany przez zainteresowane strony i organizacje pozarządowe. W związku z tym udział zainteresowanych stron nie jest rutynowo ważną częścią instalacji PKW. Niemniej jednak, podobnie jak w przypadku wszystkich dużych projektów inżynierii lądowej, wszystkie PKW przestrzegają rygorystycznych procedur oceny oddziaływania na środowisko i muszą uzyskać zgodę rządu. Te procedury oceny skutków i zatwierdzenia, na przykład za pośrednictwem CODERST, obejmują konsultacje z organizacjami pozarządowymi i zainteresowanymi stronami.
Czynniki sukcesu i czynniki ograniczające
PKW jest wdrażany w różnych elektrowniach wodnych na całym świecie. Ta szeroka rozpiętość została ułatwiona decyzją EDF o nieopatentowaniu tej technologii. Wspólne podejście pierwotnych deweloperów, którzy dzielili się technologią z interesariuszami w całej społeczności hydroenergetycznej, jest jednym z najważniejszych czynników sukcesu tej technologii. PKW to tanie i łatwe do zainstalowania rozwiązanie w porównaniu z innymi technologiami zarządzania przelewami, takimi jak systemy bramkowe. Ponadto technologia PKW jest niezawodna i sprężysta, ponieważ nie ma potrzeby obsługi załogowej ani konserwacji na dużą skalę. Wreszcie fakt, że pierwszy PKW został zbudowany przez EDF, dobrze znaną firmę, szanowaną w sektorze hydroenergetycznym, pomógł przekonać innych właścicieli zapór do zainstalowania PKW.
Wyzwania związane z PKW obejmują przydatność i dostępność niektórych miejsc zapór, szczególnie w regionach górskich. Ponadto długi okres eksploatacji infrastruktury hydroenergetycznej oraz czas trwania cykli produktowych oznaczają, że rozpowszechnianie nowych pomysłów i rozwiązań technologicznych wymaga czasu w tej branży. Wreszcie, budowa w tamach odbywa się zazwyczaj tylko w miesiącach letnich, co powoduje dalsze ograniczenia instalacji PKW.
Koszty i korzyści
Koszt PKW zależy od istniejącej konstrukcji zapory, lokalizacji, a także od zakresu przepływu wody. Dostępność konstrukcji zapory i związanego z nią wyposażenia również ma wpływ na koszty. W zależności od zapory, instalacja modyfikacji, takich jak PKW, może być mniej lub bardziej kosztowna. Instalacja PKW może kosztować od 200 000 do kilku milionów euro. W każdym razie PKW może być opłacalny, stanowiąc stosunkowo niewielki składnik całkowitego kosztu zapory. Przykłady instalacji PKW są rutynowo cytowane jako pochłaniające do 30 % całkowitego kosztu. Podczas gdy obecna technologia systemu bramkowego musi być obsługiwana ręcznie i wymaga kosztownej regularnej konserwacji, PKW nie wymagają siły roboczej i tylko od niskiego do braku konserwacji.
Aspekty Prawne
WE Francji nie ma obowiązku prawnego dotyczącego PKW i nie przewiduje się przepisów w tej dziedzinie. To do właścicieli zapory należy zainstalowanie technologii. Lepsze zarządzanie powodziami w elektrowniach wodnych jest jednak zgodne z niektórymi zasadami dyrektywy 2007/60/WE w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim.
Czas wdrożenia
EDF opracował pierwszą PKW w latach 2003-2005 w zaporze Goulours (Pyrenées Mountains). Czas wdrożenia PKW różni się w zależności od przypadku. Małe projekty mogą trwać kilka miesięcy, podczas gdy większe projekty mogą zająć kilka lat. W obu przypadkach ograniczenia wynikają z sezonowego charakteru prac budowlanych. Czasy zatwierdzania są dość długie, obejmują wstępne badania, szczegółowe projektowanie, przetargi, badania środowiskowe i zatwierdzenie przez władze.
Okres użytkowania
Trudno jest skomentować żywotność tych inwestycji, ponieważ technologia PKW jest stosunkowo nowa i nie osiągnięto jeszcze końca życia. Oczekuje się, że takie konstrukcje betonowe jak PKW miałyby taki sam okres eksploatacji jak zapory wodne lub inne duże projekty inżynierii lądowej (tj. 50-100 lat).
Źródło informacji
Kontakt
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
Strony internetowe
Źródło
Opublikowane w Climate-ADAPT Nov 22 2022 - Ostatnia modyfikacja w Climate-ADAPT Apr 18 2024
Skontaktuj się z nami w przypadku jakichkolwiek innych zapytań na temat tego studium przypadku lub w celu udostępnienia nowego studium przypadku (e -mail climate.adapt@eea.europa.eu )
Wpływ na zdrowie:
Słowa kluczowe:
Elementy adaptacyjne:
Sektory:
Wpływ klimatu:
Poziom zarządzania:
Charakterystyka geograficzna:
Europe