Opções de adaptação para centrais hidroelétricas

A produção de energia hidroelétrica depende, por definição, da disponibilidade de água e é, por conseguinte, afetada pelos impactos das alterações climáticas nas bacias hidrográficas, principalmente através de duas vias (opostas). As alterações climáticas podem resultar em escassez de água, conduzindo a caudais fluviais mais baixos e a uma menor acumulação de água em barragens e, por conseguinte, a uma menor quantidade de água que pode passar através de turbinas ou de estações fluviais para gerar eletricidade. Por outro lado, as alterações climáticas podem aumentar a frequência e a intensidade dos fenómenos de precipitação extrema e acelerar o degelo, conduzindo a um aumento do risco de inundações. Alguns locais em toda a UE serão mais propensos a problemas de escassez de água e outros a uma súbita abundância de água: normalmente, prevê-se que as secas constituam uma ameaça grave na maioria das regiões, exceto no norte da Europa, e as inundações que são agora uma vez por século serão mais frequentes em todas as principais bacias hidrográficas europeias (AEA, 2016). No entanto, ambos os fenómenos podem ocorrer em toda a Europa, com frequências variáveis num clima em mudança.

Esta variabilidade das alterações hidrometeorológicas esperadas em toda a Europa é a justificação para a primeira opção de adaptação aqui discutida. Numa perspetiva de adaptação às alterações climáticas, é crucial que os serviços públicos que exploram centrais hidroelétricas obtenham uma compreensão pormenorizada das condições futuras em que cada central funcionará. As alterações climáticas resultarão na variação sazonal do círculo hídrico, com períodos de seca mais longos durante os quais a água será mais escassa do que o habitual, no degelo precoce da neve nas encostas das montanhas nas nascentes e, por conseguinte, na ocorrência mais precoce de grandes afluxos de água de fusão, bem como no degelo acelerado dos glaciares, que resultará num aumento inicial da disponibilidade de água, seguido de um agravamento da disponibilidade de água. Na ausência de infraestruturas de controlo dos fluxos a montante, os fluxos de nascentes precoces e mais abundantes podem ser problemáticos para as centrais fluviais, causando um desfasamento entre a produção de eletricidade e a procura.

Todos estes fenómenos exigirão uma revisão exaustiva do planeamento das intervenções de engenharia de exploração, manutenção e eventual resistência às alterações climáticas das centrais hidroelétricas. Além disso, serão fundamentais cenários precisos para encontrar soluções partilhadas para utilizações concorrentes em períodos de escassez de água, ajudando a avaliar as necessidades reais e o calendário provável das necessidades dos vários utilizadores para além dos serviços públicos elétricos: agricultores, pescas, utilização residencial, transporte por água, lazer, etc. Assim, uma primeira opção de adaptação consiste em estabelecer cenários climáticos e hidrometeorológicos de alta resolução para cada barragem e para a bacia hidrográfica a que pertencem, de forma a que possam ser facilmente acedidos e compreendidos pela gestão dos serviços públicos elétricos e por todos os outros utilizadores dentro da bacia. Para o efeito, podem ser concebidos serviços climáticos específicos para fornecer projeções exatas dos indicadores pertinentes num formato acessível.

Em alguns casos, as condições climáticas previstas podem sugerir que uma revisão das atividades planeadas pode não ser suficiente e que a adaptação das infraestruturas pode estar em ordem. Tal é particularmente o caso quando se prevê um aumento da ocorrência de fenómenos de precipitação extrema, resultando num aumento da ocorrência de inundações nos locais das barragens. Os efeitos adversos da inundação de barragens incluem overtopping, interrupções, danos ao equipamento e impactos adversos a jusante. A súbita abundância de água devido a inundações deve ser descarregada de forma segura, a fim de minimizar os danos para a instalação e para os ecossistemas a jusante, bem como para as infraestruturas e atividades humanas. Eventos de precipitação extrema também podem desencadear impactos hidrometeorológicos, como deslizamentos de terras ou assoreamento excessivo, o que pode reduzir o volume disponível de água dentro de um reservatório e/ou obstruir o sistema de descarga de água.

Há uma série de opções de engenharia que podem ser aplicadas para gerir os derrames de barragens, que podem ser basicamente agrupados em derrames, sistemas fechados e fichas de fusíveis.

Os derrames podem ter várias formas de projeto destinadas a dissipar com segurança a energia da água descarregada enquanto garantem os volumes de saída desejados. Eles podem funcionar automaticamente quando a água na barragem atinge um determinado nível ou podem ser acoplados com portões que desviam o fluxo de água para o derrame. As formas de projeto incluem derrames de calha, derrames escalonados, derrames de boca de sino, derrames de sifão, cristas de ogee, canais laterais, derrames de labirinto e açudes de teclas de piano (PKW). As características técnicas de uma barragem e da orografia e hidrologia da área circundante determinam a compatibilidade de tipos específicos de derrames com a barragem, o que implica que nem todos os sistemas de derrames são compatíveis com todas as barragens.

Os sistemas revestidos são uma série de portões instalados ao longo da parede da barragem ou em torno dos derrames da boca do sino que podem ser abertos para gerir o nível da água do reservatório e, em especial, para libertar o excesso de volume de água a jusante em caso de inundações. Mais uma vez, eles podem ser acoplados com derrames para dissipar com segurança a energia cinética da água descarregada. Eles estão em vigor em muitas barragens existentes para a gestão do fluxo. Os sistemas revestidos podem falhar em casos de saturação devido a inundações excessivas.

As fichas de fusíveis são secções erodíveis de uma barragem de terra, concebidas para serem lavadas em condições de inundação predeterminadas. Basicamente, atuam como amortecedores que absorvem e retardam o transbordamento e podem ser sacrificados porque o custo de reconstruí-los é apenas uma pequena fração dos custos que teriam de ser sustentados se a barragem principal fosse danificada. Só podem ser instalados na presença de características geográficas e geológicas adequadas do local e de condições compatíveis a jusante (por exemplo, um selim a uma distância razoável da barragem principal ao longo da borda do reservatório para descarregar o excesso de água; uma base sólida de rocha para o tampão, a fim de resistir à erosão; um canal para desviar com segurança o excesso do tampão para o rio principal, a fim de proteger as estruturas a jusante).

Normalmente, a instalação de derrames e sistemas de portões só pode ocorrer durante a fase de construção da barragem, pelo que a adaptação não é geralmente uma opção. Isto não se aplica às fichas de fusíveis e aos sistemas PKW. Um estudo de caso Climate-ADAPT sobre a gestão dos riscos de inundações para as centrais hidroelétricas francesas discute os prós e os contras dos PKW. Os PKW têm algumas vantagens claras em comparação com os derrames tradicionais e os sistemas fechados, tais como a viabilidade da instalação como reequipamento em barragens existentes e o facto de proporcionarem um derrame de fluxo livre sem serem limitados por limites máximos de capacidade, sendo assim capazes de lidar com elevados níveis de fluxo e de trabalhar em condições mais seguras do que os sistemas fechados, e de uma forma completamente automática que não requer intervenção humana.

Uma opção de adaptação infra-estrutural extrema é a expansão da capacidade da planta através da construção de barragens maiores. Tal pode fazer sentido em circunstâncias específicas em que se prevê um grande aumento do escoamento da água num futuro próximo e suficientemente longo para permitir a recuperação dos custos de investimento. Tal pode ser o caso quando se espera o derretimento de grandes glaciares, como num estudo de caso da Islândia. No entanto, a aplicabilidade desta opção à UE é provavelmente muito limitada devido às condições hidrometeorológicas e glaciológicas muito diferentes.

Para os serviços climáticos, o que importa é a participação dos potenciais utilizadores pertinentes no processo de conceção conjunta dos serviços. Assim, depende da forma como o serviço é concebido: se for visto como um instrumento de planeamento para fins rigorosos de produção de energia hidroelétrica, a participação das partes interessadas pode não ser um fator importante. No entanto, se for adotada uma perspetiva mais ampla e o serviço for concebido para servir todos os utilizadores pertinentes da bacia hidrográfica, o processo de conceção conjunta conduzirá a uma interação entre representantes de todas as categorias de utilizadores pertinentes. Naturalmente, a revisão efetiva das atividades planeadas à luz dos impactos esperados das alterações climáticas terá de ser tão inclusiva quanto possível para minimizar com êxito os conflitos futuros.

A construção de novas infra-estruturas, em especial os alargamentos das barragens, exige a participação de todos os utilizadores das bacias hidrográficas e a obtenção de um acordo entre eles sobre os direitos de utilização da água e as compensações.

As vantagens de fornecer indicadores claros e prontos a utilizar para o planeamento da utilização da água são bastante evidentes, uma vez que um planeamento eficiente só pode basear-se em informações exatas e bem compreendidas. A principal questão aqui é comum a todos os serviços climáticos; tem a ver com a dificuldade intrínseca de, por um lado, identificar as informações científicas de ponta efetivamente relevantes para as atividades dos utilizadores e, por outro, empacotar essas informações de tal forma que o formato e a linguagem utilizados para as apresentar não sejam técnicos e sejam suficientemente acessíveis para os utilizadores que não estão familiarizados com as disciplinas científicas aplicadas. Para o efeito, a fase de conceção conjunta é crucial.

A adaptação das infraestruturas é, na maioria dos casos, limitada pelo facto de a maioria dos sistemas de derrames e portões só poderem ser construídos em conjunto com a barragem e, por conseguinte, serem uma opção válida apenas para futuros projetos hidroelétricos. A principal exceção é o sistema PKW, cuja flexibilidade e custos relativamente baixos foram discutidos num estudo de caso francês conexo , juntamente com as suas limitações (supostamente menores).

Os serviços climáticos para a energia hidroelétrica são, em geral, bastante baratos em comparação com os investimentos em infraestruturas. Em alguns casos, os dados pertinentes podem ser extraídos de projetos não realizados diretamente pelos serviços públicos que exploram as centrais, por exemplo, de projetos de investigação a nível da UE que podem proporcionar acesso (quase) gratuito a todos os utilizadores pertinentes da UE. As empresas de consultoria podem fornecer pacotes mais personalizados a taxas de mercado, mas a gama de preços de tais contratos pode ser de dezenas a cem mil euros. Os benefícios dos serviços climáticos resumem-se a minimizar a exposição futura ao risco e o conflito com outros utilizadores de água, e a otimizar o perfil de geração de energia, tendo em conta as alterações esperadas nos perfis de disponibilidade de água.

A instalação a posteriori de infraestruturas para controlar o fluxo excessivo de água pode custar de várias centenas de milhares de euros (200 000 para a PKW, tal como indicado no estudo de caso francês) a vários milhões de euros, dependendo das características específicas da barragem, em termos de localização, estrutura e fluxo de água. Os principais benefícios são claramente a redução dos danos esperados para a infraestrutura da central hidroelétrica e para as infraestruturas e ecossistemas a jusante, mas também uma maior capacidade de gerir os níveis de água dentro do reservatório; portanto, a adaptação pode trazer um funcionamento mais suave da central, o que pode aumentar a rentabilidade. Quando a instalação dessas infraestruturas conduz a volumes médios de água mais elevados armazenados no reservatório, tal pode resultar numa maior produção de eletricidade, se as condições do mercado o permitirem, mas também num papel acrescido do reservatório como amortecedor que pode melhorar a resiliência de toda a bacia hidrográfica.

Os únicos aspectos jurídicos potencialmente relevantes são os relacionados com o processo de autorização de novas infra-estruturas, tais como novas infra-estruturas de descarga de água que ocupam partes anteriormente intocadas da bacia hidrográfica e, claro, a construção de barragens de maior dimensão. Estes projectos estão sujeitos à regulamentação nacional em matéria de licenciamento de novas infra-estruturas.

Alguns serviços climáticos também relevantes para o planeamento e a gestão das centrais hidroelétricas já estão disponíveis no âmbito do Copernicus. Os contratos de consultoria ad hoc celebrados por intermediários podem fornecer indicadores climáticos pertinentes em poucos meses. No caso das infraestruturas de controlo de inundações, os tempos de construção dependem das características específicas da barragem e podem variar entre alguns meses e alguns anos. São necessários alguns anos para construir barragens maiores.

A vida útil dos serviços climáticos depende da atualização e manutenção constantes das interfaces de utilizador, das bases de dados e dos modelos. No caso das adaptações de infraestruturas, não existe uma indicação clara, mas, se forem devidamente mantidas, pode presumir-se que durarão o tempo de vida residual da barragem (geralmente várias décadas). As fichas de fusíveis devem, por definição, ser lavadas em caso de grandes inundações e a sua reconstrução periódica deve ser tida em conta no planeamento da infraestrutura hidroelétrica a que pertencem. A expectativa de vida útil das novas barragens é, em média, de 50 anos, mas podem durar até um século, embora com custos de manutenção crescentes e riscos para a estabilidade estrutural após 50 anos.