Obvladovanje poplavne ogroženosti za hidroelektrarne v Franciji

Varen izpust vode iz jezov med poplavami ali močnimi padavinami predstavlja ključni operativni izziv. Pretekli trendi kažejo povečanje ekstremnih dnevnih padavin v južni Franciji, kar lahko povzroči nenadne poplave. Pričakuje se, da se bo ta trend nadaljeval tudi v prihodnosti. Taljenje snega in ledenikov naj bi dolgoročno vplivalo tudi na dotok in odtok jezov. Izguba mase ledenikov že kaže enakomerno pospeševanje po Alpah.

Izziv za obvladovanje poplav v hidroelektrarnah je preprečiti ali čim bolj zmanjšati vplive preobremenitve jezov na nižje ležečih skupnostih, premoženju, kmetijstvu in ekosistemih, hkrati pa zaščititi same jezove pred odpovedjo obratovanja in drugo škodo. Vsak jez vodne energije predstavlja različne stopnje tveganja, učinkovitost sistemov PKW pa je treba oceniti za vsak primer posebej.

Sistem PKW je bil razvit kot odgovor na posodobljene hidrološke študije družbe EDF, ki so pokazale, da so ekstremne poplave, ki prizadenejo jezove hidroelektrarn, vse pogostejše in intenzivnejše. PKWs pomagajo prilagoditi zmogljivost jezov za spopadanje z vplivi podnebnih sprememb, kot so povečane padavine in poplave. Cilj sistemov PKW je zagotoviti večjo površino za (pre)tok vode. S tem se poveča zmogljivost praznjenja jezu, ne da bi se spremenila najvišja raven rezervoarja. Glavna korist takšne tehnologije je zaščita hidroelektrarn pred škodo, hkrati pa zmanjšanje operativnih stroškov v primerjavi z alternativnimi sistemi vrat. Druge koristi vključujejo zmanjšanje vplivov nižje v prodajni verigi med močnimi padavinami in zagotavljanje zanesljivosti oskrbe z energijo med takimi dogodki z zmanjšanjem operativnih napak.

Dolina Chassezac v departmaju Ardèche v regiji Auvergne-Rhône-Alpes v Franciji je bila v petdesetih letih 20. stoletja opredeljena kot hidrološka kotlina z velikim potencialom. To je privedlo do razvoja petih hidroelektrarn in štirih hidroelektrarn, ki so bile zgrajene med letoma 1961 in 1970. Eden od njih, jez Malarce, ima višino 28,4 m, dolžino 111 m in zmogljivost zadržanja 2,3 hm³ (tj. 2,3 milijona m^3). Delovati je začel leta 1968 in ima moč 16 MW.

PKW za jez Malarce je bil naročen za povečanje njegove največje zmogljivosti praznjenja za približno 600 m³/s na skupno 4600 m³/s. Ko nivo vode v jezu preseže nivo v vtočnih rezervoarjih, voda samodejno teče čez PKW v iztočne rezervoarje, ki tečejo naravnost v kanal za razlitje in dolvodno. Ta tehnologija omogoča prilagajanje jezov vse večji poplavni ogroženosti, ki se pričakuje zaradi podnebnih sprememb. PKW v jezu Malarce pomaga zmanjšati tveganje drage škode na infrastrukturi jezu in skupnostih nižje v prodajni verigi.

Obstaja več inženirskih možnosti, ki so na voljo za upravljanje prelivanja jezov. Labirintske prelivne poti se lahko namestijo le v nekaterih vrstah jezov in jih je običajno treba namestiti v najzgodnejši fazi načrtovanja jezov. V številnih obstoječih jezovih so nameščeni galirani sistemi za upravljanje pretoka. Vendar pa lahko zaprti sistemi odpovejo v primerih zasičenosti zaradi prevelikih poplav. PKW pogosto predstavljajo najučinkovitejšo možnost za obvladovanje poplavne ogroženosti na obstoječih jezovih. PKW nimajo največje zmogljivosti, temveč zagotavljajo prosto pretočno razlitje. PKW lahko zato upravljajo veliko višje ravni pretoka in zagotavljajo varnejšo rešitev kot sistemi z zapornicami, z minimalnim tveganjem okvare in lažjo evakuacijo plavajočih odpadkov. V nasprotju z drugimi tehnikami upravljanja pretoka se PKW izogibajo tudi človeškim napakam, saj ne zahtevajo človeških upravljavcev. To je koristno v izrednih razmerah, vključno z nenadnimi poplavami in zemeljskimi plazovi, v katerih delavci ne morejo dostopati do lokacije.

Glavni evropski akterji na področju tehnologije PKW so Francija, Švica in Belgija. Družba EDF ni patentirala sistema PKW. Namesto tega je sodeloval pri izmenjavi tehnologije PKW in vpogledov z drugimi akterji v mednarodni hidroenergetski skupnosti. Dejansko, kar kaže na mednarodno priznanje inovativne tehnologije, več razvijalcev po vsem svetu (npr. v Alžiriji, ZDA in Južni Afriki) prav tako namešča PKW. Družba EDF je leta 2015 od Okvirne konvencije Združenih narodov o spremembi podnebja prejela nagrado za podnebne rešitve na temo prilagajanja.

Ker PKW predstavlja majhen del celotnega jezu, nima izrecnega učinka, ki bi bil viden deležnikom in nevladnim organizacijam ali bi ga ti kritizirali. Zato sodelovanje zainteresiranih strani ni rutinsko pomemben del namestitve PKW. Kljub temu vsi PKW, tako kot vsi večji gradbeni projekti, upoštevajo stroge postopke presoje vplivov na okolje in potrebujejo odobritev vlade. Ti postopki ocene učinka in odobritve, na primer prek CODERST, vključujejo posvetovanja z nevladnimi organizacijami in zainteresiranimi stranmi.

PKW se izvaja v različnih hidroelektrarnah po vsem svetu. To široko razširjenost je olajšala odločitev družbe EDF, da te tehnologije ne bo patentirala. Sodelovalni pristop prvotnih razvijalcev, ki so tehnologijo delili z deležniki v celotni hidroenergetski skupnosti, je eden najpomembnejših dejavnikov uspeha tehnologije. PKW je poceni in enostavno nameščena rešitev v primerjavi z drugimi tehnologijami za upravljanje prelivanja, kot so zaporni sistemi. Poleg tega je tehnologija PKW zanesljiva in odporna, saj ni potrebe po operacijah s posadko ali obsežnem vzdrževanju. Nazadnje, dejstvo, da je prvo PKW zgradila družba EDF, znana in spoštovana družba v sektorju vodne energije, je pomagalo prepričati druge lastnike jezov, da namestijo PKW.

Izzivi, povezani s PKW, vključujejo primernost in dostopnost nekaterih jezov, zlasti v gorskih regijah. Poleg tega dolga življenjska doba hidroenergetske infrastrukture in trajanje proizvodnih ciklov pomenita, da je za širjenje novih idej in tehnoloških rešitev v tej industriji potreben čas. Nazadnje, gradnja na jezovih običajno poteka le v poletnih mesecih, kar dodatno omejuje namestitev PKW.

Stroški PKW so odvisni od obstoječe jezovske strukture, lokacije in obsega vodnega toka. Dostopnost konstrukcije jezu in s tem povezane potrebe po opremi prav tako vplivajo na stroške. Odvisno od jezu je lahko namestitev sprememb, kot je PKW, bolj ali manj draga. Namestitev PKW lahko stane od 200.000 do nekaj milijonov evrov. V vsakem primeru je lahko PKW stroškovno učinkovita in predstavlja razmeroma majhen del skupnih stroškov jezu. Primeri namestitve PKW so rutinsko navedeni kot prevzem do 30 % skupnih stroškov. Medtem ko je treba trenutno tehnologijo zaprtega sistema upravljati ročno in zahteva drago redno vzdrževanje, PKW-ji ne potrebujejo delovne sile in vzdrževanje je potrebno le malo ali nič.

V zvezi s PKW v Franciji ni pravne obveznosti in zakonodaja na tem področju se ne pričakuje. Lastniki jezov morajo namestiti tehnologijo. Vendar je izboljšano obvladovanje poplav v hidroelektrarnah v skladu z nekaterimi načeli Direktive 2007/60/ES o oceni in obvladovanju poplavne ogroženosti.

Družba EDF je prvi PKW razvila med letoma 2003 in 2005 na jezu Goulours (gorovje Pireneji). Čas izvajanja PKW se razlikuje od primera do primera. Majhni projekti lahko trajajo nekaj mesecev, medtem ko lahko večji projekti trajajo nekaj let. V obeh primerih se omejitve pojavijo zaradi sezonske narave gradbenih del na jezu. Časi odobritve so precej dolgi, vključujejo predhodne študije, podrobno zasnovo, razpise, okoljske študije in odobritev organov.

Težko je komentirati življenjsko dobo teh naložb, saj je tehnologija PKW razmeroma nova in konec življenjske dobe še ni dosežen. Pričakuje se, da bodo take betonske konstrukcije, kot so PKW, imele enako življenjsko dobo kot jezovi za hidroelektrarne ali drugi veliki gradbeni projekti (tj. 50–100 let).

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