Rozbudowa elektrowni wodnych i lepsze zarządzanie w odpowiedzi na zwiększone topnienie lodowców na Islandii

Oczekuje się, że rosnące globalne temperatury spowodowane zmianami klimatu spowodują wzrost topnienia lodowców na Islandii, zwiększając w ten sposób przepływ wody w elektrowniach wodnych. Prawie wszystkie islandzkie lodowce tracą masę od początku lat 90. Oczekuje się, że tendencja ta utrzyma się wraz z ociepleniem klimatu. Przewiduje się, że w 2200 roku prawie żadne islandzkie lodowce nie zostaną pozostawione. Przepływ w rzekach lodowcowych wzrośnie wraz z topnieniem lodowcowym. Oczekuje się, że spływ osiągnie szczyt w ciągu najbliższych 50 lat, po czym oczekuje się, że spływ z topnienia lodowców spadnie do poziomu zera w 2200 roku.

W 2015 r. wzrost scenariuszy napływu z wykorzystaniem klimatu z 2015 r. jest o około 10% wyższy niż przewidywano w historycznych zapisach klimatycznych. Scenariusze napływu przedstawiają historyczne napływy od lat 50. XX wieku do dnia dzisiejszego, które przewidywano na a) określony(-e) rok(-y) w przyszłości, z wykorzystaniem zarówno szacowanych historycznych tendencji w zakresie temperatury i opadów, jak i prognozowanych przyszłych tendencji wynikających ze zmiany klimatu. Do tej pory istniejący system elektroenergetyczny był w większości w stanie wykorzystać ten wzrost przepływu bez inwestycji. Przewiduje się, że do 2050 r. wielkość napływu wzrośnie o dodatkowe 15 % w porównaniu z 2015 r. Istniejący system energetyczny może wykorzystać tylko 30% tego wzrostu. Oczekuje się, że bez modyfikacji istniejących elektrowni wodnych pozostała część zwiększonego przepływu zostanie rozlana na rozlewiska. Aby w pełni wykorzystać zwiększone natężenia przepływu, konieczne będzie zwiększenie zarówno zainstalowanej mocy turbiny, jak i pojemności zbiorników w istniejących elektrowniach wodnych.

Ocieplenie atmosfery w warunkach zmiany klimatu powoduje przyspieszone topnienie lodowców, co skutkuje zwiększonym przepływem wody w elektrowniach wodnych. Pierwszym celem Landsvirkjun (krajowego przedsiębiorstwa energetycznego) jest poprawa prognoz przepływu wody w związku ze zmianą klimatu. Lepsze prognozy ułatwiają środki dostosowawcze, które minimalizują niepotrzebne wycieki wody przez wycieki. Środki te obejmują modyfikację planów gospodarowania zbiornikami, instalację dodatkowej infrastruktury lub przeprojektowanie istniejącej infrastruktury w celu zarządzania zwiększonym odpływem. Dodatkową korzyścią jest zwiększona ochrona przeciwpowodziowa, ponieważ zbiorniki mogą funkcjonować jako dodatkowa pojemność buforowa w przypadku ekstremalnych powodzi.

We współpracy z innymi nordyckimi rządami i agencjami badawczymi w ramach grupy Norden, Landsvirkjun wykorzystuje modelowanie hydrologiczne do prognozowania przyszłego przepływu wody, biorąc pod uwagę wpływ zmian klimatu. Prognozy dotyczące przyszłego przepływu rzek zostały poprawione dzięki wykorzystaniu obserwowanych danych dotyczących temperatury i opadów, a krzywe powierzchnia-objętość-wzniesienie lodowca zostały dostosowane zgodnie z trendami z symulacji modeli klimatycznych. Informacje te zostały następnie wprowadzone do modelu hydrologicznego w celu uzyskania skorygowanych przepływów, które uwzględniają zmianę klimatu. Landsvirkjun włączył skorygowane przepływy do swoich strategii zarządzania zbiornikami. Organizacja aktualizuje serię przepływów, a następnie zarządza zbiornikami co pięć lat, aby odzwierciedlić zmieniające się warunki klimatyczne. W przypadku nowych projektów i modernizacji starszych zakładów Landsvirkjun wykorzystuje jako specyfikację projektową, która uwzględnia przyszłe przepływy w ciągu 15 lat i później.

Skorygowane serie przepływów Landsvirkjun wykorzystują dane z IPPC, a także konkretne wyniki dla Islandii, takie jak oczekiwany sezonowy rozkład zmian temperatury i opadów. Seria przepływów jest dodatkowo kalibrowana co roku na podstawie wyników monitorowania. Ustalenia te są wykorzystywane do dostosowania zarządzania zbiornikami oraz do oceny ewentualnych przeprojektowań i modernizacji obecnych elektrowni, a także propozycji przyszłych projektów. Zasadniczo zarządzanie i projektowanie istniejących i planowanych aktywów jest dostosowywane w celu wykorzystania zwiększonych przepływów lodowców, w oparciu o ulepszone dane dotyczące obecnych i przyszłych przepływów. Środki te skutkują zwiększoną produkcją energii ze źródeł odnawialnych w Islandii ze względu na mniejsze straty zasobów wodnych spowodowane wyciekami.

Elektrownia wodna Búrfell stanowi przykład, w którym ulepszone dane dotyczące przepływu wody umożliwiły ekonomiczną rozbudowę: moc elektrowni zwiększono z 70 MW do 100 MW. Landsvirkjun postanowił zbudować nową elektrownię wodną, która rozbudowuje pierwotną elektrownię i zmniejsza jej obciążenie. Nowa rozbudowa Búrfell została zbudowana pod ziemią ze względów ekonomicznych i zrównoważonego rozwoju; działa od czerwca 2018 r. Elektrownia wodna Búðarháls to nowy projekt oddany do użytku w 2014 roku. W odpowiedzi na zmianę klimatu moc tej elektrowni zwiększono z pierwotnie planowanych 80 MW do 95 MW. Projekt Hvammur Hydropower jest projektem przyszłościowym, w którym moc została również zwiększona w oparciu o skorygowane przepływy, z 82 MW do 95 MW. Projekt Hvammur został zatwierdzony przez parlament islandzki w ramach głównego planu ochrony przyrody i wykorzystania energii (zob. sekcja dotycząca aspektów prawnych), ale nie podjęto decyzji o rozpoczęciu budowy.

Firma współpracowała z Norden w celu zidentyfikowania i przeanalizowania wpływu zmian klimatu na systemy energii odnawialnej. Norden to regionalna inicjatywa współpracy, w której uczestniczą rządy i agencje badawcze z Danii, Finlandii, Islandii, Norwegii, Szwecji, Wysp Owczych, Grenlandii i Wysp Alandzkich. Program jest finansowany przez Nordycką Radę Ministrów.

W tych wspólnych badaniach obserwowane dane dotyczące temperatury i opadów, a także krzywe powierzchnia-objętość-wzniesienie lodowca, zostały skorygowane zgodnie z trendami modelu klimatycznego. Uzyskano dane historyczne dotyczące topnienia lodowców i przewidywanego wzrostu spływu i wynikającej z tego objętości wody. Ta wymiana wiedzy i badań między krajami skandynawskimi zapewniła dobrze rozwiniętą bazę dowodową, która jest weryfikowana przez konsorcjum badawcze i jako taka rozpowszechniana w szerszej społeczności.

Konsultacje społeczne zostały włączone do projektu rozbudowy obecnych elektrowni wodnych w drodze procedury oceny oddziaływania na środowisko, co gwarantuje ustawa. Poszukiwano również akceptacji poprzez zastosowanie protokołu oceny zrównoważonego rozwoju energii wodnej (HSAP) w odniesieniu do projektu hydroenergetycznego Hvammur i eksploatacji elektrowni wodnej Blanda. Ten ostatni otrzymał nagrodę Blue Planet Prize od IHA w 2017 roku.

Czynniki sukcesu:

• Współpraca z innymi przedsiębiorstwami energetycznymi, uniwersytetami i instytucjami ułatwiła i zwiększyła wiarygodność działań dostosowawczych; Dokonano tego głównie za pośrednictwem konsorcjum Norden.
• Zarząd Landsvirkjun jest zaangażowany w proces adaptacji
• Stopniowe podejście do przystosowania się do zmiany klimatu: co pięć lat dokonuje się przeglądu przeszłych tendencji i prognoz opadów oraz temperatury, a na podstawie wyników monitorowania przeprowadza się coroczną kalibrację modeli w celu dostosowania bieżącego zarządzania i inwestycji poczynionych przez Landvirkjun.
• Biorąc pod uwagę niepewność prognoz klimatycznych, Landsvirkjun utrzymuje alternatywne plany, które można wdrożyć, jeśli wybrany scenariusz okaże się niedokładny. Takie alternatywne plany obejmują ograniczenie umów z głównymi odbiorcami, w ramach których można ograniczyć część zakontraktowanej rocznej sprzedaży energii, a także przygotowanie planów budowy nowych projektów w zakresie energii wodnej ze źródeł odnawialnych, geotermalnej i wiatrowej.

Czynnik ograniczający:

• Oczekuje się, że zwiększony przepływ wody będzie tymczasowy. Przewiduje się, że przepływy związane z topnieniem lodu osiągną płaskowyż do 2030 r., a następnie utrzymają się na stałym poziomie do 2080 r. Do 2080 r. objętość lodowców zmniejszy się tak bardzo, że przepływy zaczną się zmniejszać. To długoterminowe zjawisko ma niewielki wpływ na bieżące decyzje, których horyzont decyzyjny wynosi 50 lat. Po powrocie przepływów do poziomów z lat 90., tj. zanim islandzkie lodowce zaczęły tracić masę, istniejące elektrownie wodne mogą mieć nieco większą moc niż potrzeba.

Koszty:

• Koszt inwestycji w projekty badawcze w ramach skandynawskiej inicjatywy współpracy (Norden) był umiarkowany i wynosił około 1 mln euro.
• Koszt modyfikacji planów zarządzania zbiornikami jest umiarkowany i znajduje odzwierciedlenie w kosztach wewnętrznych, takich jak dodanie 2-3 pracowników.
• Koszt modyfikacji projektu planowanych aktywów (w większości przypadków zwiększa się przepustowość projektów hydroenergetycznych) jest wysoki, rzędu dziesiątek milionów euro.

Główne korzyści:

• Ulepszone modelowanie hydrologiczne dostarczyło cennych informacji na potrzeby podejmowania decyzji dotyczących przyszłych inwestycji w elektrownie wodne.
• Zwiększenie dotychczasowych zdolności wytwórczych o 10 % w odpowiedzi na zwiększone przepływy wody spowodowane obecnymi i planowanymi zmianami klimatu zwiększa roczne dochody.

Instalacje o zwiększonej pojemności zbiorników mogą zapewnić zdolność buforową przed ekstremalnymi powodziami, prowadząc w ten sposób do zwiększonej ochrony przeciwpowodziowej. Najbardziej ekstremalnymi powodziami na Islandii są powodzie lodowcowe spowodowane erupcjami wulkanów. Powodzie lodowcowe są bardziej powszechne na Islandii niż gdzie indziej na świecie ze względu na interakcję wulkanów z lodowcami.

„Centralnyplan ochrony przyrody i wykorzystania energii”jest narzędziem umożliwiającym pogodzenie konkurencyjnych interesów ochrony przyrody i produkcji energii w skali krajowej i na najwcześniejszych etapach planowania. Aspekt przystosowania się do zmiany klimatu nie jest jednak brany pod uwagę na tych etapach planowania i nie jest również uwzględniany w procedurze oceny oddziaływania na środowisko. Ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest fakt, że w Islandii energia wodna dostarcza 73 % energii ze źródeł odnawialnych i jako taka stanowi ważny wkład w koszyk energetyczny Islandii.

Przedsiębiorstwo Landsvirkjun potrzebowało czterech lat (2006–2010) na zastosowanie skorygowanych szeregów przepływów przy podejmowaniu decyzji dotyczących zarządzania zbiornikami i decyzji inwestycyjnych dotyczących przyszłych aktywów. Instalacja dodatkowej mocy w elektrowni Búrfell trwała nieco ponad dwa lata od rozpoczęcia budowy (2016 r.).

Ocenę przewidywanego topnienia lodowców, a tym samym ilości wody w elektrowniach wodnych przeprowadza się co pięć lat i kalibruje w drodze corocznego monitorowania wyników. W rezultacie decyzje dotyczące inwestycji i zarządzania podejmowane są na podstawie zaktualizowanej oceny, z uwzględnieniem pomiarów historycznych i prognoz na przyszłość. Strategia ta ma horyzont czasowy 50 lat, ponieważ zwrot z inwestycji w projekty hydroenergetyczne jest obliczany na okres 50 lat, a prognozy spływu z lodowców można wykonać w takim okresie z wystarczającą pewnością.

Óli Grétar Blöndal Sveinsson,
Landsvirkjun
Executive VP of Research and Development
E-mail: Oli.Gretar.Sveinsson@landsvirkjun.is 

Úlfar Linnet,
Landsvirkjun
Manager of Resources Department
E-mail: Ulfar.Linnet@landsvirkjun.is 

Halldór Björnsson
Icelandic Met Office
Head of Atmospheric research group
E-mail: halldor@vedur.is 

Landsvirkjun i Islandia Met Office