Možnosti prilagoditve za hidroelektrarne

Proizvodnja vodne energije je po definiciji odvisna od razpoložljivosti vode, zato nanjo vplivajo vplivi podnebnih sprememb na vodne bazene, predvsem po dveh (nasprotnih) poteh. Podnebne spremembe lahko povzročijo pomanjkanje vode, kar vodi do manjših rečnih tokov in manjšega kopičenja vode v jezovih ter s tem do manjše količine vode, ki lahko preide skozi turbine ali rečne elektrarne za proizvodnjo električne energije. Nasprotno pa lahko podnebne spremembe povečajo pogostost in intenzivnost ekstremnih padavin ter pospešijo taljenje snega, kar lahko poveča poplavno ogroženost. Nekatere lokacije po vsej EU bodo bolj izpostavljene težavam s pomanjkanjem vode, druge pa nenadnemu obilju vode: običajno se pričakuje, da bodo suše resno ogrozile večino regij, razen severne Evrope, poplave, ki se zdaj pojavljajo enkrat v stoletju, pa bodo pogostejše v vseh večjih evropskih povodjih (EEA, 2016). Vendar se lahko oba pojava pojavita po vsej Evropi s spreminjajočimi se frekvencami v spreminjajočem se podnebju.

Ta spremenljivost pričakovanih hidrometeoroloških sprememb po Evropi je razlog za prvo tukaj obravnavano možnost prilagajanja. Z vidika prilagajanja podnebnim spremembam je ključnega pomena, da javne službe, ki upravljajo hidroelektrarne, podrobno razumejo prihodnje pogoje, v katerih bo vsaka elektrarna delovala. Podnebne spremembe bodo povzročile sezonske spremembe vodnega kroga z daljšimi sušnimi obdobji, v katerih bo vode manj kot običajno, zgodnejšim odtajanjem snega na gorskih pobočjih v izvirih in s tem zgodnejšim pojavom velikih pritokov talilne vode ter pospešenim taljenjem ledenikov, kar bo povzročilo začetno povečanje razpoložljivosti vode, čemur bo sledilo poslabšanje razpoložljivosti vode. Ker ni infrastrukture za nadzor pretoka na začetku dobavne verige, so lahko zgodnji in obilnejši spomladanski tokovi problematični za pretočne elektrarne, saj povzročajo neskladje med proizvodnjo električne energije in povpraševanjem po njej.

Vse te pojave bo treba temeljito revidirati pri načrtovanju obratovanja in vzdrževanja hidroelektrarn ter po možnosti inženirskih posegov za zaščito pred podnebnimi spremembami. Poleg tega bodo natančni scenariji ključni za iskanje skupnih rešitev za konkurenčne uporabe v obdobjih pomanjkanja vode, saj bodo pomagali oceniti dejanske potrebe in verjeten časovni okvir potreb različnih uporabnikov poleg električnih podjetij: kmetje, ribištvo, stanovanjska raba, vodni promet, rekreacija itd. Prva možnost prilagajanja je torej določitev podnebnih in hidrometeoroloških scenarijev visoke ločljivosti za vsako območje jezov in za povodje, ki mu pripadajo, tako da so zlahka dostopni in razumljivi za vodstvo elektroenergetskih podjetij in vse druge uporabnike v povodju. V ta namen se lahko oblikujejo posebne podnebne storitve, da se zagotovijo natančne projekcije ustreznih kazalnikov v dostopni obliki.

V nekaterih primerih lahko napovedane podnebne razmere kažejo, da revizija načrtovanih dejavnosti morda ne bo zadostovala in da bo morda potrebna infrastrukturna prilagoditev. To zlasti velja, kadar se pričakuje povečan pojav ekstremnih padavin, kar ima za posledico povečan pojav poplav na jezovih. Škodljivi učinki poplavljanja jezov vključujejo prehitevanje, izpade, poškodbe opreme in škodljive vplive nižje v verigi. Nenadno obilje vode zaradi poplav je treba varno izpustiti, da se čim bolj zmanjša škoda za obrat in nižje ležeče ekosisteme ter človeško infrastrukturo in dejavnosti. Ekstremne padavine lahko povzročijo tudi hidrometeorološke vplive, kot so zemeljski plazovi ali prekomerno zamuljevanje, ki lahko zmanjšajo količino vode, ki je na voljo v rezervoarju, in/ali zamašijo sistem za odvajanje vode.

Obstaja več inženirskih možnosti, ki jih je mogoče uporabiti za upravljanje razlitij jezov, ki jih je mogoče v bistvu združiti v prelivne poti, zaporne sisteme in varovalke.

Razlitja imajo lahko različne oblikovne oblike, katerih cilj je varno razpršiti energijo izpuščene vode, hkrati pa zagotoviti želene količine odtoka. Lahko delujejo samodejno, ko voda v jezu doseže določeno raven ali se lahko poveže z vrati, ki preusmerijo tok vode v preliv. Oblikovne oblike vključujejo žlebove, stopničaste žlebove, žlebove, sifonske žlebove, ogee grebene, stranske kanale, labirintne žlebove in jezove s klavirskim ključem (PKW). Tehnične značilnosti jezu ter orografija in hidrologija okolice določajo združljivost posameznih vrst pretočnih kanalov z jezom: to pomeni, da niso vsi pretočni sistemi združljivi z vsemi jezovi.

Garancijski sistemi so niz vrat, nameščenih ob steni jezu ali okoli prelivnih poti ustja zvona, ki se lahko odprejo za upravljanje vodne gladine rezervoarja in zlasti za izpust presežne količine vode dolvodno v primeru poplav. Ponovno se lahko povežejo s prelivnimi potmi, da varno razpršijo kinetično energijo izpuščene vode. Vzpostavljene so na številnih obstoječih jezovih za upravljanje pretoka. Gaated sistemi lahko odpovejo v primerih zasičenosti zaradi prekomernih poplav.

Varovalni čepi so erodabilni deli zemeljskega jezu, ki so zasnovani tako, da se izperejo v vnaprej določenih poplavnih razmerah. V bistvu delujejo kot blažilci, ki absorbirajo in upočasnijo prelivanje in jih je mogoče žrtvovati, ker so stroški njihove obnove le majhen del stroškov, ki bi jih bilo treba nositi, če bi bil poškodovan glavni jez. Namestijo se lahko le ob ustreznih geografskih in geoloških značilnostih lokacije ter združljivih pogojih v smeri toka (npr. sedež na razumni razdalji od glavnega jezu vzdolž roba rezervoarja za odvajanje odvečne vode; trdna kamnita podlaga za vtič, da vzdrži erozijo; kanal za varno preusmeritev preliva iz čepa v glavno reko, da se zaščitijo dolvodne strukture).

Običajno se lahko pretočni kanali in sistemi zapornic namestijo le v fazi gradnje jezu, zato naknadno opremljanje na splošno ni mogoče. To ne velja za varovalke in PKW sisteme. Študija primera Climate-ADAPT o obvladovanju poplavne ogroženosti za francoske hidroelektrarne obravnava prednosti in slabosti PKW. PKW imajo nekaj očitnih prednosti v primerjavi s tradicionalnimi pretočnimi kanali in zapornimi sistemi, kot sta izvedljivost namestitve kot naknadne vgradnje v obstoječe jezove in dejstvo, da zagotavljajo pretočno območje prostega pretoka, ne da bi bili omejeni z omejitvami največje zmogljivosti, s čimer se lahko spopadajo z visokimi ravnmi pretoka in delajo v varnejših pogojih kot zaporni sistemi ter na popolnoma samodejen način, ki ne zahteva človeškega posredovanja.

Skrajna možnost infrastrukturnega prilagajanja je povečanje zmogljivosti elektrarn z gradnjo večjih jezov. To je lahko smiselno v posebnih okoliščinah, v katerih se pričakuje veliko povečanje odtekanja vode v bližnji prihodnosti in dovolj dolgo, da se omogoči povračilo stroškov naložbe. To se lahko zgodi, kadar se pričakuje taljenje velikih ledenikov, kot v študiji primera z Islandije. Vendar je uporabnost te možnosti za EU verjetno zelo omejena zaradi zelo različnih hidrometeoroloških in ledeniških razmer.