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 două căi (opuse). Schimbările climatice pot duce la un deficit de apă, ceea ce duce la scăderea debitelor 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 instalațiile fluviale pentru a genera energie electrică. În schimb, schimbările climatice pot crește frecvența și intensitatea fenomenelor de precipitații 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: de obicei, se preconizează că secetele vor reprezenta o amenințare gravă în majoritatea regiunilor, cu excepția Europei de Nord, 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 apărea în întreaga Europă, cu frecvențe în schimbare într-un climat în schimbare.

Această variabilitate a schimbărilor hidrometeorologice preconizate în Europa reprezintă justificarea primei opțiuni de adaptare discutate aici. Din perspectiva adaptării la schimbările climatice, este esențial ca utilitățile care exploatează 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 mai timpurie a zăpezii pe versanții munților în izvoare 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 care funcționează pe râuri, cauzând o neconcordanță între producția de energie electrică și cerere.

Toate aceste fenomene vor necesita o revizuire aprofundată a planificării exploatării, întreținerii și, eventual, a intervențiilor inginerești de imunizare la schimbările climatice ale hidrocentralelor. În plus, scenariile exacte vor fi esențiale pentru a găsi soluții comune pentru utilizări concurente în perioadele de deficit de apă, contribuind la măsurarea 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 accesate și înțelese cu ușurință 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 adecvată. Acest lucru este valabil în special atunci când se preconizează o creștere a numărului de evenimente de precipitații extreme, ceea ce duce la o creștere a numărului de inundații în siturile barajelor. Printre efectele negative ale inundării barajelor se numără supraîncărcarea, întreruperile, deteriorarea echipamentelor și efectele negative din 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. Fenomenele de precipitații extreme pot declanșa, de asemenea, impacturi hidrometeorologice, cum ar fi alunecări de teren sau aluviuni 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 prize de siguranță.

Canalele de scurgere pot avea diferite forme de proiectare menite să disipeze în siguranță energia apei evacuate, asigurând în același timp volumele de evacuare 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 jgheab, deversoare în trepte, deversoare clopot-gură, deversoare sifon, creste ogee, canale laterale, deversoare labirint și baraje pian-cheie (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 deversoare sunt compatibile cu toate barajele.

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

Fișele de siguranțe 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 reconstruirii lor este doar o mică parte din costurile care ar trebui suportate 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 eroziunii; un canal pentru a devia în siguranță supraîncărcarea de la dop la râul principal pentru a proteja structurile din aval).

De obicei, instalarea căilor de scurgere și a sistemelor 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 au unele avantaje clare în comparație cu deversoarele tradiționale și sistemele îngrădite, cum ar fi fezabilitatea instalării ca modernizări în barajele existente și faptul că acestea oferă un deversor cu flux liber fără a fi constrânse de limitele maxime de capacitate, fiind astfel capabile să facă față unor niveluri ridicate de flux și să funcționeze în condiții mai sigure decât sistemele îngrădite și într-un mod complet automat, care nu necesită intervenție umană.

O opțiune extremă de adaptare a infrastructurii este extinderea capacității centralelor prin construirea unor 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. Acesta poate fi cazul 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.

Pentru serviciile climatice, ceea ce contează este implicarea potențialilor utilizatori relevanți în procesul de co-proiectare a serviciilor. Prin urmare, depinde de modul în care este conceput serviciul: dacă este considerat un instrument de planificare în scopuri stricte de producere a energiei hidroelectrice, implicarea părților interesate poate să nu fie un factor major. Cu toate acestea, dacă se adoptă o perspectivă mai largă și serviciul este conceput astfel încât să deservească toți utilizatorii relevanți ai bazinului hidrografic, procesul de proiectare în comun va conduce la o interacțiune între reprezentanții tuturor categoriilor de utilizatori relevante. Desigur, revizuirea efectivă a activităților planificate în lumina impactului preconizat al schimbărilor climatice va trebui să fie cât mai incluzivă posibil pentru a minimiza cu succes conflictele viitoare.

Construirea de noi infrastructuri, în special extinderea barajelor, necesită implicarea tuturor utilizatorilor bazinelor hidrografice și ajungerea la un acord între aceștia cu privire la drepturile de utilizare a apei și la compensații.

Avantajele furnizării unor indicatori clari și gata de utilizare pentru planificarea utilizării apei sunt destul de evidente, deoarece planificarea eficientă se poate baza numai pe informații exacte și bine înțelese. Principala problemă în acest caz este comună tuturor serviciilor climatice; ea se referă la dificultatea intrinsecă, pe de o parte, de a identifica informațiile științifice de ultimă generație relevante efectiv pentru activitățile utilizatorilor și, pe de altă parte, de a ambala astfel de informații astfel încât formatul și limba utilizate pentru a le prezenta să fie netehnice și suficient de accesibile pentru utilizatorii care nu sunt familiarizați cu disciplinele științifice aplicate. În acest scop, etapa de co-proiectare este esențială.

Adaptarea infrastructurii este, în majoritatea cazurilor, limitată de faptul că majoritatea sistemelor de deversoare și de porți pot fi construite numai împreună cu barajul și, prin urmare, reprezintă o opțiune valabilă numai pentru viitoarele proiecte hidroenergetice. Principala excepție este sistemul PKW, a cărui flexibilitate și costuri relativ scăzute au fost discutate într-un studiu de caz francez conex, împreună cu limitările sale (considerate minore).

Serviciile climatice pentru energia hidroelectrică sunt, în general, destul de ieftine în comparație cu investițiile în infrastructură. În unele cazuri, datele relevante pot fi extrase din proiecte care nu sunt întreprinse direct de utilitățile care exploatează centralele, de exemplu din proiecte de cercetare la nivelul UE, care pot oferi acces (aproape) gratuit tuturor utilizatorilor relevanți din UE. Firmele de consultanță pot oferi pachete mai personalizate la ratele pieței, dar gama de prețuri a unor astfel de contracte poate fi de așteptat să se încadreze între zeci și sute de mii de euro. Beneficiile serviciilor climatice se reduc la minimizarea expunerii viitoare la risc și a conflictelor cu alți utilizatori de apă și la optimizarea profilului de generare a energiei electrice, având în vedere modificările preconizate ale profilurilor de disponibilitate a apei.

Retehnologizarea infrastructurilor pentru controlul debitului excesiv de apă poate costa de la câteva sute de mii de euro (200 000 pentru PKW, astfel cum s-a raportat în studiul de caz francez) la câteva milioane de euro, în funcție de caracteristicile specifice ale barajului, în ceea ce privește amplasarea, structura și debitul de apă. Principalele beneficii sunt în mod clar reducerea daunelor preconizate pentru infrastructura centralelor hidroelectrice și pentru infrastructurile și ecosistemele din aval, dar și o capacitate sporită de gestionare a nivelurilor apei în cadrul rezervorului; prin urmare, modernizarea poate duce la o funcționare mai lină a centralei, ceea ce poate crește profitabilitatea. Atunci când instalarea unor astfel de infrastructuri conduce la volume medii mai mari de apă stocate în rezervor, acest lucru ar putea duce la o producție mai mare de energie electrică dacă condițiile de piață permit acest lucru, dar și la un rol sporit al rezervorului ca tampon care poate îmbunătăți reziliența întregului bazin hidrografic.

Singurele aspecte juridice potențial relevante sunt cele legate de procesul de autorizare a noilor infrastructuri, cum ar fi noile infrastructuri de deversare a apei care ocupau porțiuni anterior virgine ale bazinului hidrografic și, bineînțeles, construirea unor baraje mai mari. Aceste proiecte fac obiectul reglementărilor naționale privind autorizarea de noi infrastructuri.

Unele servicii climatice relevante și pentru planificarea și gestionarea centralelor hidroelectrice sunt deja disponibile în cadrul programului Copernicus. Contractele de consultanță ad-hoc încheiate de intermediari pot furniza indicatori climatici relevanți în câteva luni. Pentru infrastructurile de control al inundațiilor, durata de construcție depinde de caracteristicile specifice ale barajului și poate varia între câteva luni și câțiva ani. Sunt necesari câțiva ani pentru a construi baraje mai mari.

Durata de viață a serviciilor climatice depinde de actualizarea și întreținerea constantă a interfețelor pentru utilizatori, a bazelor de date și a modelelor. În ceea ce privește recondiționările infrastructurii, nu există nicio indicație clară, dar, dacă sunt întreținute în mod corespunzător, se poate presupune că acestea vor dura atât timp cât durata de viață reziduală a barajului (de obicei, câteva decenii). Fișele de siguranțe ar trebui, prin proiectare, să fie spălate la evenimentele majore de inundații, iar reconstrucția lor periodică ar trebui luată în considerare în planificarea infrastructurii hidroelectrice de care aparțin. Durata de viață preconizată a noilor baraje este, în medie, de 50 de ani, dar acestea pot dura până la un secol, deși cu creșterea costurilor de întreținere și a riscurilor la adresa stabilității structurale după 50 de ani.