Možnosti prispôsobenia pre vodné elektrárne

Výroba vodnej energie vo svojej podstate závisí od dostupnosti vody, a preto je ovplyvnená vplyvmi zmeny klímy na povodia, najmä prostredníctvom dvoch (opačných) ciest. Zmena klímy môže mať za následok nedostatok vody, čo vedie k nižším riečnym tokom a nižšej akumulácii vody do priehrad, a teda k nižšiemu množstvu vody, ktorá môže prechádzať turbínami alebo odtokom riečnych elektrární na výrobu elektrickej energie. Naopak, zmena klímy môže zvýšiť frekvenciu a intenzitu extrémnych zrážok a urýchliť topenie snehu, čo vedie k zvýšenému riziku povodní. Niektoré lokality v celej EÚ budú náchylnejšie na problémy s nedostatkom vody a iné na náhle množstvo vody: vo väčšine regiónov s výnimkou severnej Európy sa zvyčajne očakáva, že suchá budú vážnou hrozbou, a to, čo je teraz raz za storočie, bude častejšie vo všetkých veľkých európskych povodiach riek (EEA, 2016). Oba javy sa však môžu vyskytnúť v celej Európe s meniacimi sa frekvenciami v meniacej sa klíme.

Táto variabilita očakávaných hydrometeorologických zmien v celej Európe je dôvodom prvej možnosti adaptácie, o ktorej sa tu diskutuje. Z hľadiska adaptácie na zmenu klímy je nevyhnutné, aby verejné služby, ktoré prevádzkujú vodné elektrárne, podrobne porozumeli budúcim podmienkam, v ktorých bude každá elektráreň v prevádzke. Zmena klímy bude mať za následok sezónne zmeny vodného kruhu s dlhšími obdobiami sucha, počas ktorých bude voda vzácnejšia ako zvyčajne, skoršie rozmrazovanie snehu na horských svahoch v prameňoch, a teda skorší výskyt veľkého prítoku roztápajúcej sa vody, ako aj zrýchlené topenie ľadovcov, ktoré bude mať za následok počiatočné zvýšenie dostupnosti vody a následné zhoršenie dostupnosti vody. Pri absencii infraštruktúry na riadenie toku v hornej časti toku môžu byť skoré a hojnejšie jarné toky problematické pre tečúce elektrárne, pretože spôsobujú nesúlad medzi výrobou elektrickej energie a dopytom po nej.

Všetky tieto javy si budú vyžadovať dôkladnú revíziu plánovania prevádzky, údržby a prípadne technických zásahov na zabezpečenie odolnosti proti zmene klímy vo vodných elektrárňach. Presné scenáre budú okrem toho kľúčové pri hľadaní spoločných riešení pre konkurenčné použitia v obdobiach nedostatku vody tým, že pomôžu posúdiť skutočné potreby a pravdepodobné načasovanie dopytu rôznych používateľov okrem elektrických zariadení: poľnohospodárov, rybárov, domácností, vodnej dopravy, rekreácie atď. Prvou možnosťou prispôsobenia je teda vytvorenie klimatických a hydrometeorologických scenárov s vysokým rozlíšením pre každú priehradu a pre povodie rieky, do ktorého patria, takým spôsobom, aby boli ľahko prístupné a zrozumiteľné pre manažment elektrických zariadení a pre všetkých ostatných používateľov v rámci povodia. Na tento účel možno navrhnúť osobitné klimatické služby tak, aby poskytovali presné projekcie príslušných ukazovateľov v prístupnom formáte.

V niektorých prípadoch môžu predpokladané klimatické podmienky naznačovať, že revízia plánovaných činností nemusí byť dostatočná a že prispôsobenie infraštruktúry môže byť v poriadku. Platí to najmä v prípade, keď sa očakáva zvýšený výskyt extrémnych zrážok, čo má za následok zvýšený výskyt povodní na miestach priehrad. Nepriaznivé účinky zaplavenia priehrad zahŕňajú preplnenie hrádze, výpadky, poškodenie zariadenia a nepriaznivé následné vplyvy. Náhle množstvo vody v dôsledku povodní sa musí vypúšťať bezpečne, aby sa minimalizovali škody na elektrárni a na nadväzujúcich ekosystémoch a ľudskej infraštruktúre a činnostiach. Extrémne zrážky môžu tiež vyvolať hydrometeorologické vplyvy, ako sú zosuvy pôdy alebo nadmerné zakalenie, ktoré môžu znížiť objem dostupný pre vodu v nádrži a/alebo upchať systém vypúšťania vody.

Existuje celý rad technických možností, ktoré možno použiť na riadenie únikov priehrady, ktoré môžu byť v podstate zoskupené do rozliatych kanálov, uzatvorených systémov a poistkových zástrčiek.

Rozliate cesty môžu mať rôzne dizajnové tvary zamerané na bezpečné rozptyľovanie energie vypúšťanej vody a zároveň na zabezpečenie požadovaného objemu odtoku. Môžu fungovať automaticky, keď voda v priehrade dosiahne danú úroveň, alebo môžu byť spojené s bránami, ktoré odvádzajú prietok vody do priechodu. Konštrukčné tvary zahŕňajú rozliate žľaby, stupňovité rozliate žľaby, rozliate žľaby zvonových úst, syfónové rozliate žľaby, hrebene ogee, bočné kanály, labyrintové rozliate žľaby a piano-key weirs (PKW). Technické vlastnosti priehrady a orografia a hydrológia okolitej oblasti určujú kompatibilitu špecifických typov únikových ciest s priehradou: to znamená, že nie všetky systémy únikových ciest sú kompatibilné so všetkými priehradami.

Strešné systémy sú séria brán inštalovaných pozdĺž hrádze alebo okolo otvorov zvonových ústí, ktoré možno otvoriť na riadenie hladiny vody v nádrži, a najmä na uvoľňovanie nadbytočného objemu vody po prúde v prípade zaplavenia. Opäť môžu byť spojené s rozliatím, aby bezpečne rozptýlili kinetickú energiu vypúšťanej vody. Sú zavedené v mnohých existujúcich priehradách na riadenie toku. Strešné systémy môžu zlyhať v prípadoch nasýtenia v dôsledku nadmerných povodní.

Poistkové zátky sú erodovateľné časti zemnej priehrady, ktoré sú určené na vymývanie za vopred stanovených povodňových podmienok. V podstate pôsobia ako nárazníky, ktoré absorbujú a spomaľujú prepad a môžu byť obetované, pretože náklady na ich obnovu predstavujú len malý zlomok nákladov, ktoré by museli byť zachované, ak by bola poškodená hlavná priehrada. Môžu sa inštalovať len za prítomnosti vhodných geografických a geologických vlastností lokality a zlučiteľných podmienok na dolnom toku (napr. sedlo v primeranej vzdialenosti od hlavnej priehrady pozdĺž okraja nádrže na vypúšťanie prebytočnej vody; pevný skalný základ zátky na odolávanie erózii; kanál na bezpečné odvádzanie prepadu zo zátky do hlavnej rieky na ochranu konštrukcií na dolnom toku).

Inštalácia priechodov a bránových systémov sa zvyčajne môže uskutočniť len počas fázy výstavby priehrady, takže dodatočná montáž vo všeobecnosti nie je možná. Nevzťahuje sa to na poistkové zástrčky a systémy PKW. Prípadová štúdia Climate-ADAPT o manažmente povodňových rizík pre francúzske vodné elektrárne sa zaoberá výhodami a nevýhodami PKW. PKW majú určité jasné výhody v porovnaní s tradičnými únikovými kanálmi a uzatvorenými systémami, ako je uskutočniteľnosť inštalácie ako dodatočného vybavenia v rámci existujúcich priehrad a skutočnosť, že poskytujú únikový kanál s voľným tokom bez obmedzenia maximálnymi kapacitnými limitmi, čím sú schopné zvládnuť vysoké úrovne prietoku a pracovať v bezpečnejších podmienkach ako uzatvorené systémy a úplne automatickým spôsobom, ktorý si nevyžaduje ľudský zásah.

Extrémnou možnosťou prispôsobenia infraštruktúry je rozšírenie kapacity elektrárne budovaním väčších priehrad. To môže mať zmysel za osobitných okolností, keď sa očakáva, že v blízkej budúcnosti dôjde k veľkému nárastu odtoku vody, ktorý bude dostatočne dlhý na to, aby umožnil návratnosť investičných nákladov. Môže ísť o prípad, keď sa očakáva roztavenie veľkých ľadovcov, ako sa uvádza v prípadovej štúdii z Islandu. Uplatniteľnosť tejto možnosti na EÚ je však pravdepodobne veľmi obmedzená z dôvodu veľmi odlišných hydrometeorologických a glaciologických podmienok.

V prípade klimatických služieb je dôležité zapojenie príslušných potenciálnych používateľov do procesu spoločného navrhovania služieb. Závisí to teda od toho, ako je služba zamýšľaná: ak sa považuje za nástroj plánovania na prísne účely výroby vodnej energie, zapojenie zainteresovaných strán nemusí byť hlavným faktorom. Ak sa však prijme širšia perspektíva a služba je navrhnutá tak, aby slúžila všetkým príslušným používateľom povodia, proces spoločného navrhovania povedie k interakcii medzi zástupcami všetkých príslušných kategórií používateľov. Samozrejme, skutočná revízia plánovaných činností vzhľadom na očakávané vplyvy zmeny klímy bude potom musieť byť čo najinkluzívnejšia, aby sa úspešne minimalizovali budúce konflikty.

Budovanie nových infraštruktúr, najmä rozširovanie priehrad, si vyžaduje zapojenie všetkých užívateľov povodí a dosiahnutie dohody medzi nimi o právach na využívanie vody a kompenzáciách.

Výhody poskytovania jasných a pripravených ukazovateľov pre plánovanie využívania vody sú celkom zrejmé, pretože efektívne plánovanie môže byť založené len na presných a dobre pochopených informáciách. Hlavná otázka je v tomto prípade spoločná pre všetky klimatické služby; súvisí s ťažkosťami, ktoré na jednej strane súvisia s identifikáciou najnovších vedeckých informácií, ktoré sú skutočne relevantné pre činnosti používateľov, a na druhej strane s balením takýchto informácií tak, aby formát a jazyk použitý na ich prezentáciu boli netechnické a dostatočne prístupné pre používateľov, ktorí nie sú oboznámení s uplatňovanými vedeckými disciplínami. Na tento účel je rozhodujúca fáza spoločného navrhovania.

Prispôsobenie infraštruktúry je vo väčšine prípadov obmedzené skutočnosťou, že väčšinu systémov únikových ciest a brán možno vybudovať len spolu s priehradou, a preto sú platnou možnosťou len pre budúce projekty v oblasti vodnej energie. Hlavnou výnimkou je systém PKW, o ktorého flexibilite a relatívne nízkych nákladoch sa diskutovalo v súvisiacej francúzskej prípadovej štúdii spolu s jeho (údajne malými) obmedzeniami.

Klimatické služby pre vodnú energiu sú vo všeobecnosti pomerne lacné v porovnaní s investíciami do infraštruktúry. V niektorých prípadoch možno príslušné údaje získať z projektov, ktoré priamo nevykonávajú verejné služby prevádzkujúce elektrárne, napríklad z výskumných projektov na úrovni EÚ, ktoré môžu poskytnúť (takmer) bezplatný prístup všetkým relevantným používateľom v EÚ. Konzultačné firmy môžu poskytovať viac prispôsobených balíkov za trhové sadzby, ale možno očakávať, že cenové rozpätie takýchto zmlúv bude v rozmedzí desiatok až stotisíc eur. Prínosy klimatických služieb sa znižujú na minimalizáciu budúceho vystavenia riziku a konfliktu s inými používateľmi vody a optimalizáciu profilu výroby energie vzhľadom na očakávané zmeny v profiloch dostupnosti vody.

Dodatočná inštalácia infraštruktúr na kontrolu nadmerného prietoku vody môže stáť od niekoľkých stoviek tisíc EUR (200 000 EUR v prípade PKW, ako sa uvádza vo francúzskej prípadovej štúdii) do niekoľkých miliónov EUR v závislosti od osobitných vlastností priehrady, pokiaľ ide o polohu, štruktúru a prietok vody. Primárnym prínosom je jednoznačne zníženie očakávaných škôd na infraštruktúre vodných elektrární a na nadväzujúcich infraštruktúrach a ekosystémoch, ale aj zvýšená schopnosť riadiť hladiny vody v nádrži; dodatočné vybavenie preto môže priniesť hladšiu prevádzku elektrárne, čo môže zvýšiť ziskovosť. Ak inštalácia takýchto infraštruktúr povedie k vyšším priemerným objemom vody uskladnenej v nádrži, mohlo by to viesť k vyššej výrobe elektrickej energie, ak to trhové podmienky umožnia, ale aj k posilneniu úlohy nádrže ako nárazníka, ktorý môže zlepšiť odolnosť celého povodia.

Jedinými potenciálne relevantnými právnymi aspektmi sú tie, ktoré sa týkajú procesu povoľovania nových infraštruktúr, ako sú nové infraštruktúry na vypúšťanie vody, ktoré zaberajú predtým nedotknuté časti povodia, a samozrejme výstavba väčších priehrad. Tieto projekty podliehajú vnútroštátnym predpisom na povoľovanie nových infraštruktúr.

V rámci programu Copernicus sú už k dispozícii niektoré služby v oblasti klímy, ktoré sú relevantné aj pre plánovanie a riadenie vodných elektrární. Ad hoc konzultačné zmluvy sprostredkovateľov môžu poskytnúť relevantné klimatické ukazovatele v priebehu niekoľkých mesiacov. V prípade protipovodňových infraštruktúr závisí čas výstavby od špecifických vlastností priehrady a môže sa pohybovať od niekoľkých mesiacov do niekoľkých rokov. Na vybudovanie väčších priehrad je potrebných niekoľko rokov.

Životnosť klimatických služieb je podmienená neustálou aktualizáciou a údržbou používateľských rozhraní, databáz a modelov. V prípade modernizácie infraštruktúry neexistuje jasný náznak, ale ak sa správne zachová, možno predpokladať, že bude trvať tak dlho, ako je zostatková životnosť priehrady (zvyčajne niekoľko desaťročí). Poistkové zátky sa majú podľa návrhu zmyť pri veľkých povodňových udalostiach a ich pravidelná rekonštrukcia by sa mala zvážiť pri plánovaní infraštruktúry vodnej energie, do ktorej patria. Očakávaná životnosť nových priehrad je v priemere 50 rokov, ale môžu trvať až storočie, aj keď s rastúcimi nákladmi na údržbu a rizikami štrukturálnej stability po 50 rokoch.