Opțiuni de adaptare pentru centralele hidroelectrice

Producția de energie hidroelectrică depinde, prin definiție, de disponibilitatea apei și, prin urmare, este afectată de impactul schimbărilor climatice asupra bazinelor hidrografice, în principal prin intermediul a două căi (opuse). Schimbările climatice pot duce la deficit de apă, ceea ce duce la debite mai mici ale râurilor și la o acumulare mai mică de apă în baraje și, prin urmare, la o cantitate mai mică de apă care poate trece prin turbine sau prin curgerea centralelor fluviale pentru a genera energie electrică. În schimb, schimbările climatice pot crește frecvența și intensitatea precipitațiilor extreme și pot accelera topirea zăpezii, ceea ce duce la creșterea riscului de inundații. Unele locații din întreaga UE vor fi mai predispuse la probleme legate de deficitul de apă, iar altele la abundența bruscă a apei: în general, se preconizează că secetele vor reprezenta o amenințare gravă în majoritatea regiunilor, cu excepția nordului Europei, iar inundațiile care au loc în prezent o dată la un secol vor fi mai frecvente în toate bazinele hidrografice europene majore (AEM,2016). Cu toate acestea, ambele fenomene pot avea loc în întreaga Europă, cu frecvențe în schimbare într-un climat în schimbare.

Această variabilitate a schimbărilor hidrometeorologice preconizate în întreaga Europă este justificarea pentru prima opțiune de adaptare discutată aici. Din perspectiva adaptării la schimbările climatice, este esențial ca utilitățile care operează centrale hidroelectrice să înțeleagă în detaliu condițiile viitoare în care va funcționa fiecare centrală. Schimbările climatice vor avea ca rezultat variații sezoniere ale cercului apei, cu perioade mai lungi de secetă, în timpul cărora apa va fi mai rară decât de obicei, decongelarea timpurie a zăpezii pe versanții montani în timpul izvoarelor și, prin urmare, apariția mai timpurie a unor fluxuri mari de apă care se topește, precum și topirea accelerată a ghețarilor, ceea ce va duce la o creștere inițială a disponibilității apei, urmată de o înrăutățire a disponibilității apei. În absența unor infrastructuri de control al fluxului în amonte, fluxurile de primăvară timpurii și mai abundente pot fi problematice pentru centralele de tip „run-of-the-river”, cauzând o neconcordanță între producția de energie electrică și cerere.

Toate aceste fenomene vor necesita o revizuire aprofundată a planificării intervențiilor inginerești de exploatare, întreținere și, eventual, imunizare la schimbările climatice a centralelor hidroelectrice. În plus, scenariile exacte vor fi esențiale pentru a găsi soluții comune pentru utilizări concurente în perioadele de deficit de apă, contribuind la evaluarea nevoilor reale și a calendarului probabil al cererilor diferiților utilizatori, pe lângă utilitățile electrice: fermieri, pescuit, utilizare rezidențială, transport pe apă, recreere etc. Astfel, o primă opțiune de adaptare este stabilirea unor scenarii climatice și hidrometeorologice de înaltă rezoluție pentru fiecare sit de baraj și pentru bazinul hidrografic din care fac parte, astfel încât acestea să poată fi ușor accesate și înțelese de gestionarea utilităților electrice și de toți ceilalți utilizatori din cadrul bazinului. În acest scop, pot fi concepute servicii climatice specifice pentru a furniza proiecții exacte ale indicatorilor relevanți într-un format accesibil.

În unele cazuri, condițiile climatice preconizate pot sugera că o revizuire a activităților planificate ar putea să nu fie suficientă și că adaptarea infrastructurii ar putea fi în ordine. Acest lucru este valabil în special atunci când se preconizează o creștere a numărului de precipitații extreme, ceea ce duce la o creștere a numărului de inundații în siturile de baraj. Efectele adverse ale inundării barajelor includ depășirea, întreruperile, deteriorarea echipamentelor și impacturile negative în aval. Abundența bruscă de apă cauzată de inundații trebuie evacuată în condiții de siguranță pentru a reduce la minimum daunele aduse instalației și ecosistemelor din aval, precum și infrastructurilor și activităților umane. Evenimentele de precipitații extreme pot declanșa, de asemenea, impacturi hidrometeorologice, cum ar fi alunecări de teren sau nămoluri excesive, care pot reduce volumul disponibil pentru apă într-un rezervor și/sau pot bloca sistemul de evacuare a apei.

Există o serie de opțiuni de inginerie care pot fi aplicate pentru a gestiona scurgerile de baraj, care pot fi practic grupate în deversoare, sisteme închise și dopuri de siguranță.

Căile de scurgere pot avea diferite forme de proiectare care vizează disiparea în siguranță a energiei apei evacuate, asigurând în același timp volumele de ieșire dorite. Acestea pot funcționa automat atunci când apa din baraj atinge un anumit nivel sau pot fi cuplate cu porți care deviază fluxul de apă în deversor. Formele de design includ deversoare pentru jgheaburi, deversoare în trepte, deversoare pentru gura clopotului, deversoare pentru sifon, creste de ogee, canale laterale, deversoare pentru labirint și baraje cu clape de pian (PKW). Caracteristicile tehnice ale unui baraj și ale orografiei și hidrologiei zonei înconjurătoare determină compatibilitatea anumitor tipuri de deversoare cu barajul: acest lucru implică faptul că nu toate sistemele de deversare sunt compatibile cu toate barajele.

Sistemele cu porți sunt o serie de porți instalate de-a lungul peretelui barajului sau în jurul deversoarelor gurii clopotului care pot fi deschise pentru a gestiona nivelul apei din rezervor și, în special, pentru a elibera volumul de apă în exces în aval în caz de inundații. Din nou, acestea pot fi cuplate cu deversoare pentru a disipa în siguranță energia cinetică a apei evacuate. Acestea sunt în vigoare în multe baraje existente pentru gestionarea fluxului. Sistemele cu porți pot eșua în caz de saturație din cauza inundațiilor excesive.

Dopurile de siguranță sunt secțiuni erodabile ale unui baraj de pământ care sunt proiectate să se spele în condiții de inundații predeterminate. Practic, ele acționează ca tampoane care absorb și încetinesc revărsarea și pot fi sacrificate, deoarece costul reconstrucției lor este doar o mică parte din costurile care ar trebui să fie susținute în cazul în care barajul principal a fost deteriorat. Acestea pot fi instalate numai în prezența unor caracteristici geografice și geologice adecvate ale sitului și a unor condiții compatibile în aval (de exemplu, o șa la o distanță rezonabilă de barajul principal de-a lungul marginii rezervorului pentru a evacua excesul de apă; o fundație solidă de rocă pentru dop pentru a rezista la eroziune; un canal pentru devierea în condiții de siguranță a revărsării de la ștecher la râul principal pentru a proteja structurile din aval).

De obicei, instalarea de deversoare și sisteme de porți poate avea loc numai în timpul fazei de construcție a barajului, astfel încât modernizarea nu este, în general, o opțiune. Acest lucru nu se aplică fișelor de siguranțe și sistemelor PKW. Un studiu de caz Climate-ADAPT privind gestionarea riscului de inundații pentru centralele hidroelectrice franceze discută avantajele și dezavantajele PKW. PKW-urile prezintă unele avantaje clare în comparație cu deversoarele și sistemele închise tradiționale, cum ar fi fezabilitatea instalării ca retehnologizări în cadrul barajelor existente și faptul că acestea asigură un deversor cu flux liber fără a fi constrânse de limitele de capacitate maximă, fiind astfel capabile să facă față unor niveluri ridicate de flux și să funcționeze în condiții mai sigure decât sistemele închise și într-un mod complet automat, care nu necesită intervenție umană.

O opțiune extremă de adaptare a infrastructurii este extinderea capacității centralei prin construirea de baraje mai mari. Acest lucru poate avea sens în anumite circumstanțe în care se preconizează o creștere semnificativă a scurgerilor de apă în viitorul apropiat și suficient de lungă pentru a permite recuperarea costurilor de investiții. Acest lucru se poate întâmpla atunci când se preconizează topirea unor ghețari mari, ca într-un studiu de caz din Islanda. Cu toate acestea, aplicabilitatea acestei opțiuni în UE este probabil foarte limitată din cauza condițiilor hidrometeorologice și glaciologice foarte diferite.