Gestionarea riscului de inundații pentru centralele hidroelectrice din Franța

Eliberarea apei în condiții de siguranță din baraje în timpul inundațiilor sau al precipitațiilor abundente reprezintă o provocare operațională critică. Tendințele din trecut arată o creștere a precipitațiilor zilnice extreme în sudul Franței, ceea ce poate duce la viituri rapide. Se preconizează că această tendință va continua în viitor. Zăpada și topirea ghețarilor sunt, de asemenea, de așteptat să aibă un impact asupra intrărilor și ieșirilor de baraje pe termen lung. Pierderea de masă a ghețarilor arată deja o accelerare consistentă de-a lungul Alpilor.

Provocarea pentru gestionarea inundațiilor la instalațiile hidroelectrice este de a preveni sau de a reduce la minimum impactul depășirii barajelor asupra comunităților din aval, proprietăților, agriculturii și ecosistemelor, protejând în același timp barajele împotriva defecțiunilor operaționale și a altor daune. Fiecare baraj hidroenergetic prezintă niveluri de risc diferite, iar eficacitatea sistemelor PKW trebuie evaluată separat în fiecare caz.

Sistemul PKW a fost dezvoltat ca răspuns la studiile hidrologice actualizate ale EDF, care au arătat că inundațiile extreme care afectează barajele hidroelectrice au devenit din ce în ce mai frecvente și mai intense. PKW contribuie la adaptarea capacității barajelor pentru a face față efectelor schimbărilor climatice, cum ar fi creșterea precipitațiilor și inundațiile. Obiectivul sistemelor PKW este de a asigura o suprafață mai mare pentru (supra)debitul de apă. Acest lucru crește capacitatea de descărcare a barajului fără a schimba nivelul maxim al rezervorului. Avantajul principal al unei astfel de tehnologii este de a proteja activele hidroenergetice împotriva daunelor, reducând în același timp costurile operaționale în comparație cu sistemele alternative de porți. Alte beneficii includ reducerea impactului în aval în timpul precipitațiilor abundente, precum și asigurarea securității aprovizionării cu energie în timpul unor astfel de evenimente prin reducerea defecțiunilor operaționale.

Valea Chassezac din departamentul Ardèche din regiunea Auvergne-Rhône-Alpes din Franța a fost identificată ca bazin hidrologic cu potențial ridicat în anii 1950. Acest lucru a dus la dezvoltarea a cinci baraje hidroelectrice și a patru hidrocentrale, toate construite între 1961 și 1970. Unul dintre acestea, barajul Malarce, are o înălțime de 28,4 m, o lungime de 111 m și o capacitate de reținere de 2,3 hm³ (și anume 2,3 milioane m³). A devenit operațional în 1968 și are o putere de 16 MW.

PKW pentru barajul Malarce a fost comandat pentru a crește capacitatea maximă de descărcare cu aproximativ 600 m³/ s la un total de 4600 m³/ s. Atunci când nivelurile de apă ale barajului depășesc nivelul din rezervoarele de admisie, apa curge automat peste PKW în rezervoarele de evacuare care intră direct în canalul de scurgere și în aval. Această tehnologie oferă un mijloc de adaptare a barajelor la creșterea riscurilor de inundații preconizate în contextul schimbărilor climatice. PKW din barajul Malarce contribuie la reducerea riscului de deteriorare costisitoare a infrastructurii barajului și a comunităților din aval.

Există mai multe opțiuni de inginerie disponibile pentru gestionarea deversării barajului. Deversoarele de labirint pot fi instalate numai în anumite tipuri de baraje și, de obicei, trebuie instalate în cea mai timpurie etapă de proiectare a barajului. În multe baraje existente există sisteme cu porți pentru gestionarea fluxului. Cu toate acestea, sistemele închise pot eșua în cazuri de saturație din cauza inundațiilor excesive. PKW prezintă adesea cea mai eficientă opțiune pentru gestionarea riscului de inundații la barajele existente. PKW-urile nu au o capacitate maximă, ci oferă în schimb un deversor cu flux liber. Prin urmare, PKW-urile pot gestiona niveluri de debit mult mai mari și pot oferi o soluție mai sigură decât sistemele închise, cu risc minim de funcționare defectuoasă și evacuare mai ușoară a resturilor plutitoare. Spre deosebire de alte tehnici de gestionare a fluxului, PKW evită, de asemenea, erorile umane, deoarece nu necesită operatori umani. Acest lucru este util în situații de urgență, inclusiv inundații rapide și alunecări de teren, în timpul cărora lucrătorii nu pot avea acces la amplasament.

Principalii actori europeni în domeniul tehnologiei PKW sunt Franța, Elveția și Belgia. EDF nu a brevetat sistemul PKW. În schimb, a colaborat pentru a împărtăși tehnologia și perspectivele PKW cu alți jucători din comunitatea hidroenergetică internațională. Într-adevăr, indicând recunoașterea internațională a tehnologiei inovatoare, mai mulți dezvoltatori din întreaga lume (de exemplu, în Algeria, SUA și Africa de Sud) instalează, de asemenea, PKW-uri. În 2015, EDF a primit un premiu pentru soluții climatice din partea Convenției-cadru a Națiunilor Unite asupra schimbărilor climatice pe tema adaptării.

Întrucât un PKW reprezintă o mică componentă a barajului general, acesta nu are un impact explicit care să fie vizibil sau criticat de părțile interesate și de ONG-uri. Prin urmare, participarea părților interesate nu este în mod obișnuit o parte importantă a instalării PKW. Cu toate acestea, la fel ca în cazul tuturor proiectelor majore de inginerie civilă, toate PKW urmează proceduri stricte de evaluare a impactului asupra mediului și trebuie să primească aprobarea guvernului. Aceste proceduri de evaluare a impactului și aprobări, de exemplu prin intermediul CODERST, includ consultări cu ONG-urile și cu părțile interesate.

PKW a fost implementat în diverse instalații hidroelectrice la nivel global. Această răspândire largă a fost facilitată de decizia EDF de a nu breveta această tehnologie. Abordarea colaborativă a dezvoltatorilor originali, care au împărtășit tehnologia cu părțile interesate din întreaga comunitate hidroenergetică, este unul dintre cei mai importanți factori de succes ai tehnologiei. PKW este o soluție ieftină și ușor de instalat în comparație cu alte tehnologii de gestionare a supraîncărcării, cum ar fi sistemele închise. În plus, tehnologia PKW este fiabilă și rezistentă, deoarece nu este nevoie de operațiuni cu echipaj sau de întreținere la scară largă. În cele din urmă, faptul că primul PKW a fost construit de EDF, o societate bine-cunoscută și respectată în sectorul hidroenergetic, a contribuit la convingerea altor proprietari de baraje să instaleze PKW.

Printre provocările legate de PKW se numără adecvarea și accesibilitatea anumitor situri de baraj, în special în regiunile montane. În plus, durata lungă de viață a infrastructurii hidroenergetice și durata ciclurilor de producție înseamnă că răspândirea de noi idei și soluții tehnologice necesită timp în această industrie. În cele din urmă, construcția pe șantierele de baraje are loc, de obicei, numai în lunile de vară, ceea ce adaugă constrângeri suplimentare la instalarea PKW-urilor.

Costul PKW depinde de structura barajului existent, de amplasare și, de asemenea, de amploarea debitului de apă. Accesibilitatea structurii barajului și a echipamentelor asociate are, de asemenea, un impact asupra costurilor. În funcție de baraj, poate fi mai mult sau mai puțin costisitor să instalați modificări, cum ar fi PKW. Instalarea PKW poate costa între 200.000 și câteva milioane de euro. În orice caz, PKW poate fi eficient din punctul de vedere al costurilor, reprezentând o componentă relativ mică a costului total al barajului. Exemple de instalații PKW sunt citate în mod obișnuit ca reprezentând până la 30% din costul total. În timp ce tehnologia actuală a sistemului închis trebuie să fie operată manual și necesită o întreținere regulată costisitoare, PKW-urile nu necesită forță de muncă operațională și este necesară doar o întreținere redusă sau nulă.

Nu există nicio obligație legală în ceea ce privește PKW în Franța, iar legislația în acest domeniu nu este așteptată. Este la latitudinea proprietarilor de baraje să instaleze tehnologia. Cu toate acestea, îmbunătățirea gestionării inundațiilor în instalațiile hidroelectrice se aliniază la unele dintre principiile Directivei 2007/60/CE privind evaluarea și gestionarea riscurilor de inundații.

EDF a dezvoltat primul PKW între 2003 și 2005 la barajul Goulours (Munții Pirinei). Timpul de implementare a PKW variază de la caz la caz. Proiectele mici pot dura câteva luni, în timp ce proiectele mai mari pot dura câțiva ani. În ambele cazuri, limitările apar din cauza caracterului sezonier al lucrărilor de construcție a barajelor. Termenele de aprobare sunt destul de lungi, implicând studii preliminare, proiectare detaliată, licitații, studii de mediu și aprobarea autorităților.

Este dificil să se comenteze durata de viață a acestor investiții, deoarece tehnologia PKW este relativ nouă, iar sfârșitul ciclului de viață nu a fost încă atins. Se preconizează că astfel de structuri din beton precum PKW-urile vor avea aceeași durată de viață ca barajele hidroelectrice sau alte proiecte mari de inginerie civilă (și anume, 50-100 de ani).

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