Riadenie povodňových rizík vodných elektrární vo Francúzsku

Bezpečné uvoľňovanie vody z priehrad počas povodní alebo silných zrážok predstavuje kritickú prevádzkovú výzvu. Minulé trendy ukazujú nárast extrémnych denných zrážok v južnom Francúzsku, čo môže viesť k prívalovým povodniam. Očakáva sa, že tento trend bude pokračovať aj v budúcnosti. Očakáva sa, že topenie snehu a ľadovcov bude mať z dlhodobého hľadiska vplyv aj na prítok a odtok priehrady. Strata hmotnosti ľadovcov už vykazuje konzistentné zrýchlenie v Alpách.

Výzvou pre manažment povodní vo vodných elektrárňach je prevencia alebo minimalizácia vplyvov preťaženia priehrady na spoločenstvá po prúde, majetok, poľnohospodárstvo a ekosystémy a zároveň ochrana samotných priehrad pred prevádzkovým zlyhaním a inými škodami. Každá vodná elektráreň predstavuje rôzne úrovne rizika a účinnosť systémov PKW sa musí hodnotiť osobitne v každom prípade.

Systém PKW bol vyvinutý v reakcii na aktualizované hydrologické štúdie spoločnosti EDF, ktoré ukázali, že extrémne záplavy postihujúce vodné elektrárne sú čoraz častejšie a intenzívnejšie. PKW pomáhajú prispôsobiť kapacitu priehrad tak, aby sa dokázali vyrovnať s dôsledkami zmeny klímy, ako sú zvýšené zrážky a záplavy. Cieľom PKW systémov je zabezpečiť zvýšenú povrchovú plochu pre (pre)tekanie vody. Tým sa zvyšuje vypúšťacia kapacita priehrady bez zmeny maximálnej úrovne nádrže. Hlavnou výhodou takejto technológie je ochrana vodných elektrární pred poškodením a zároveň zníženie prevádzkových nákladov v porovnaní s alternatívnymi systémami brán. Medzi ďalšie prínosy patrí zníženie vplyvov nadol počas silných zrážok, ako aj zaistenie bezpečnosti dodávok energie počas takýchto udalostí prostredníctvom znížených prevádzkových porúch.

Údolie Chassezac v departemente Ardèche v regióne Auvergne-Rhône-Alpes vo Francúzsku bolo v 50. rokoch 20. storočia identifikované ako vysoko potenciálna hydrologická kotlina. To viedlo k výstavbe piatich vodných elektrární a štyroch vodných elektrární, ktoré boli postavené v rokoch 1961 až 1970. Jedna z nich, priehrada Malarce, má výšku 28,4 m, dĺžku 111 m a záchytnú kapacitu 2,3 hm³ (t. j. 2,3 milióna m³). Bol uvedený do prevádzky v roku 1968 a má výkon 16 MW.

Spoločnosť PKW pre priehradu Malarce bola poverená zvýšením svojej maximálnej vypúšťacej kapacity približne o 600 m3/sna celkovo 4600 m3/s.Keď hladina vody v priehrade prekročí hladinu vo vstupných nádržiach, voda automaticky preteká cez PKW do výstupných nádrží, ktoré tečú priamo do únikového kanála a po prúde. Táto technológia poskytuje prostriedky na prispôsobenie priehrad zvyšujúcim sa povodňovým rizikám, ktoré sa očakávajú v dôsledku zmeny klímy. PKW v priehrade Malarce pomáha znižovať riziko nákladných škôd na infraštruktúre priehrady a na nadväzujúcich komunitách.

Existuje niekoľko technických možností, ktoré sú k dispozícii na riadenie prelievania priehrady. Labyrintové priechody sa môžu inštalovať len v určitých typoch priehrad a zvyčajne sa musia inštalovať v najskoršej fáze projektovania priehrady. V mnohých existujúcich priehradách sú zavedené bránové systémy na riadenie toku. Vetrané systémy však môžu zlyhať v prípadoch nasýtenia v dôsledku nadmerného zaplavenia. PKW často predstavujú najúčinnejšiu možnosť manažmentu povodňových rizík v existujúcich priehradách. PKW nemajú maximálnu kapacitu, ale namiesto toho poskytujú voľný prietok. PKW môžu preto riadiť oveľa vyššie úrovne prietoku a poskytnúť bezpečnejšie riešenie ako uzavreté systémy s minimálnym rizikom poruchy a ľahšou evakuáciou plávajúcich nečistôt. Na rozdiel od iných techník riadenia toku sa PKW vyhýbajú aj ľudskej chybe, pretože nevyžadujú ľudských operátorov. Je to užitočné v núdzových situáciách vrátane prívalových povodní a zosuvov pôdy, počas ktorých pracovníci nemajú prístup na miesto.

Hlavnými európskymi hráčmi v technológii PKW sú Francúzsko, Švajčiarsko a Belgicko. EDF nepatentovala systém PKW. Namiesto toho spolupracuje na zdieľaní technológie PKW a poznatkov s ostatnými aktérmi v medzinárodnej komunite vodných elektrární. V skutočnosti, čo svedčí o medzinárodnom uznaní inovačnej technológie, niekoľko vývojárov na celom svete (napr. v Alžírsku, USA a Južnej Afrike) inštaluje aj PKW. V roku 2015 získala spoločnosť EDF od Rámcového dohovoru Organizácie Spojených národov o zmene klímy cenu za klimatické riešenia na tému adaptácie.

Keďže PKW predstavuje malú zložku celkovej priehrady, nemá výslovný vplyv, ktorý by zainteresované strany a mimovládne organizácie videli alebo kritizovali. Účasť zainteresovaných strán preto bežne nie je dôležitou súčasťou inštalácie PKW. Napriek tomu, ako pri všetkých veľkých stavebných projektoch, všetky PKW dodržiavajú prísne postupy posudzovania vplyvov na životné prostredie a musia získať súhlas vlády. Tieto postupy posudzovania vplyvu a schvaľovania, napríklad prostredníctvom systému CODERST, zahŕňajú konzultácie s mimovládnymi organizáciami a zainteresovanými stranami.

PKW bola implementovaná v rôznych vodných elektrárňach po celom svete. Toto široké rozloženie uľahčilo rozhodnutie spoločnosti EDF nepatentovať túto technológiu. Kolaboratívny prístup pôvodných vývojárov, ktorí zdieľali technológiu so zainteresovanými stranami v celej komunite vodných elektrární, je jedným z najdôležitejších faktorov úspechu technológie. PKW je lacné a ľahko inštalovateľné riešenie v porovnaní s inými technológiami riadenia prepadu, ako sú napríklad uzavreté systémy. Technológia PKW je navyše spoľahlivá a odolná, pretože nie je potrebná prevádzka s posádkou ani rozsiahla údržba. Napokon skutočnosť, že prvý PKW postavila spoločnosť EDF, známa spoločnosť, ktorá je uznávaná v odvetví vodnej energie, pomohla presvedčiť ostatných vlastníkov priehrad, aby nainštalovali PKW.

Výzvy týkajúce sa PKW zahŕňajú vhodnosť a prístupnosť určitých lokalít priehrad, najmä v horských regiónoch. Okrem toho dlhá životnosť vodnej infraštruktúry a trvanie výrobných cyklov znamená, že šírenie nových myšlienok a technologických riešení si v tomto odvetví vyžaduje čas. A napokon, výstavba v lokalitách priehrady sa zvyčajne uskutočňuje len v letných mesiacoch, čo pridáva na inštalácií PKW ďalšie obmedzenia.

Náklady na PKW závisia od existujúcej štruktúry priehrady, umiestnenia a tiež od rozsahu prietoku vody. Na náklady má vplyv aj dostupnosť konštrukcie priehrady a potreby súvisiaceho vybavenia. V závislosti od priehrady môže byť inštalácia úprav, ako je PKW, viac alebo menej nákladná. Inštalácia PKW môže stáť 200 000 až niekoľko miliónov eur. V každom prípade môže byť PKW nákladovo efektívna a predstavuje relatívne malú zložku celkových nákladov na priehradu. Príklady inštalácie PKW sa bežne uvádzajú ako zariadenia, ktoré zaberajú až 30 % celkových nákladov. Zatiaľ čo súčasná technológia bránového systému musí byť ovládaná ručne a vyžaduje nákladnú pravidelnú údržbu, PKW nevyžadujú pracovnú silu a je potrebná len nízka až žiadna údržba.

Vo Francúzsku neexistuje žiadna právna povinnosť týkajúca sa PKW a právne predpisy v tejto oblasti sa neočakávajú. Je na majiteľoch priehrady, aby technológiu nainštalovali. Lepšie zvládanie povodní vo vodných elektrárňach je však v súlade s niektorými zásadami smernice 2007/60/ES o hodnotení a manažmente povodňových rizík.

EDF vyvinula prvý PKW v rokoch 2003 až 2005 v priehrade Goulours (Pyrenées Mountains). Čas implementácie PKW sa líši od prípadu k prípadu. Malé projekty môžu trvať niekoľko mesiacov, zatiaľ čo väčšie projekty môžu trvať niekoľko rokov. V oboch prípadoch vznikajú obmedzenia z dôvodu sezónneho charakteru stavebných prác na priehradách. Schvaľovacie lehoty sú pomerne dlhé a zahŕňajú predbežnú štúdiu, podrobný návrh, verejnú súťaž, environmentálne štúdie a schválenie orgánmi.

Je ťažké vyjadriť sa k životnosti týchto investícií, pretože technológia PKW je relatívne nová a koniec životnosti sa ešte nedosiahol. Očakáva sa, že takéto betónové konštrukcie ako PKW by mali rovnakú životnosť ako vodné elektrárne alebo iné veľké inžinierske projekty (t. j. 50 – 100 rokov).

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