Anpassningsalternativ för vattenkraftverk

Vattenkraftproduktionen är per definition beroende av tillgången på vatten och påverkas därför av klimatförändringarnas effekter på avrinningsområden, främst genom två (motsatta) vägar. Klimatförändringar kan leda till vattenbrist, vilket leder till lägre flodflöden och lägre ackumulering av vatten i dammar, och därmed till en lägre mängd vatten som kan passera genom turbiner eller run-of flodanläggningarna för att generera el. Omvänt kan klimatförändringar öka frekvensen och intensiteten av extrema nederbördshändelser och påskynda snösmältning, vilket leder till ökad översvämningsrisk. Vissa platser i EU kommer att vara mer utsatta för problem med vattenbrist och andra för plötslig vattentillgång: Vanligtvis förväntas torka vara ett allvarligt hot i de flesta regioner utom norra Europa, och de översvämningar som nu inträffar en gång per århundrade kommer att vara vanligare i alla större europeiska avrinningsområden (EEA,2016). Båda fenomenen kan dock förekomma över hela Europa, med föränderliga frekvenser i ett föränderligt klimat.

Denna variation i förväntade hydrometeorologiska förändringar i Europa är den logiska grunden för det första anpassningsalternativ som diskuteras här. I ett klimatanpassningsperspektiv är det avgörande för allmännyttiga företag som driver vattenkraftverk att få en detaljerad förståelse för de framtida förhållanden under vilka varje anläggning kommer att drivas. Klimatförändringarna kommer att leda till säsongsvariation i vattencirkeln, med längre torra perioder under vilka vatten kommer att vara knappare än vanligt, tidigare upptining av snö på bergssluttningarna i källorna och därmed tidigare förekomst av stora inflöden av smältvatten samt accelererad smältning av glaciärer som kommer att leda till en initial ökning av vattentillgången följt av en försämring av vattentillgången. I avsaknad av infrastruktur för flödeskontroll uppströms kan tidiga och rikligare fjäderflöden vara problematiska för flodkraftverk, eftersom de orsakar en obalans mellan elproduktion och efterfrågan.

Alla dessa fenomen kommer att kräva en grundlig översyn av planeringen av vattenkraftverkens drift, underhåll och eventuellt klimatsäkring av tekniska åtgärder. Dessutom kommer exakta scenarier att vara avgörande för att hitta gemensamma lösningar för konkurrerande användningsområden under perioder av vattenbrist, genom att hjälpa till att mäta de faktiska behoven och den sannolika tidpunkten för efterfrågan från de olika användarna vid sidan av elbolag: Jordbrukare, fiske, bostadsanvändning, vattentransport, rekreation osv. Ett första anpassningsalternativ är därför att upprätta högupplösta klimatscenarier och hydrometeorologiska scenarier för varje dammplats och för det avrinningsområde som de tillhör, på ett sätt som gör att de lätt kan nås och förstås av elbolagens förvaltning och av alla andra användare i avrinningsområdet. För detta ändamål kan specifika klimattjänster utformas för att tillhandahålla korrekta prognoser av de relevanta indikatorerna i ett tillgängligt format.

I vissa fall kan prognostiserade klimatförhållanden tyda på att en översyn av planerade verksamheter kanske inte är tillräcklig och att infrastrukturanpassning kan vara på sin plats. Detta är särskilt fallet när en ökad förekomst av extrema nederbördshändelser förväntas, vilket leder till en ökad förekomst av översvämningar på dammplatser. Skadliga effekter av dammöversvämningar inkluderar överbelastning, avbrott, skador på utrustning och negativa nedströmseffekter. Den plötsliga vattenmängden på grund av översvämningar måste släppas ut på ett säkert sätt för att minimera skadorna på anläggningen och på ekosystemen nedströms samt på mänsklig infrastruktur och verksamhet. Extrema nederbördshändelser kan också utlösa hydrometeorologiska effekter som jordskred eller överdriven siltning, vilket kan minska volymen tillgänglig för vatten inom en reservoar och / eller täppa till vattenutsläppssystemet.

Det finns ett antal tekniska alternativ som kan tillämpas för att hantera dammspill, som i princip kan grupperas i spillvägar, gated system och säkringspluggar.

Spillways kan ha olika designformer som syftar till att säkert avleda energin i det urladdade vattnet samtidigt som de önskade utflödesvolymerna säkerställs. De kan fungera automatiskt när vattnet i dammen når en viss nivå eller kan kopplas till grindar som avleder vattenflödet i spillwayen. Design former inkluderar rännor spillways, stegade spillways, bell-mouth spillways, syphon spillways, ogee crests, sidokanaler, labyrint spillways och piano-key weirs (PKW). De tekniska egenskaperna hos en damm och orografin och hydrologin i det omgivande området avgör kompatibiliteten hos specifika typer av spillvägar med dammen: Detta innebär att inte alla avloppssystem är kompatibla med alla dammar.

Gated system är en serie grindar som installeras längs dammväggen eller runt klockmynningsspill som kan öppnas för att hantera reservoarens vattennivå och i synnerhet för att frigöra nedströms överskottsvattenvolym i händelse av översvämning. Återigen kan de kombineras med spillvägar för att säkert sprida den kinetiska energin i det utsläppta vattnet. De finns på plats i många befintliga dammar för flödeshantering. Gated system kan misslyckas i fall av mättnad på grund av överdriven översvämning.

Säkringspluggar är eroderbara delar av en jorddamm som är utformade för att tvättas ut under förutbestämda översvämningsförhållanden. I grund och botten fungerar de som buffertar som absorberar och saktar ner överflödet och kan offras eftersom kostnaden för att återuppbygga dem bara är en liten bråkdel av de kostnader som skulle behöva upprätthållas om huvuddammen skadades. De får endast installeras om det finns lämpliga geografiska och geologiska förhållanden på platsen och kompatibla nedströmsförhållanden (t.ex. en sadel på ett rimligt avstånd från huvuddammen längs behållarens kant för att släppa ut överskottsvatten, en solid berggrund för pluggen för att motstå erosion; en kanal för att säkert avleda bräddavloppet från pluggen till huvudälven för att skydda strukturer nedströms).

Vanligtvis kan installation av spillvägar och grindsystem endast ske under dammbyggfasen, vilket innebär att eftermontering i allmänhet inte är ett alternativ. Detta gäller inte för säkringspluggar och PKW-system. En Climate-ADAPT fallstudie om hantering av översvämningsrisker för franska vattenkraftverk diskuterar fördelarna och nackdelarna med PKWs. PKW har några tydliga fördelar jämfört med traditionella spillvägar och gated-system, såsom möjligheten att installera som eftermontering i befintliga dammar och det faktum att de ger ett fritt flöde spillway utan att begränsas av maximala kapacitetsgränser, vilket gör att man kan hantera höga flödesnivåer och arbeta under säkrare förhållanden än gated-system, och på ett helt automatiskt sätt som inte kräver mänsklig inblandning.

Ett extremt infrastrukturanpassningsalternativ är utbyggnad av anläggningskapaciteten genom att bygga större dammar. Detta kan vara meningsfullt under särskilda omständigheter där en stor ökning av vattenavrinningen förväntas ske inom en nära framtid och tillräckligt länge för att investeringskostnaderna ska kunna täckas. Detta kan vara fallet när en härdsmälta av stora glaciärer förväntas, som i en fallstudie från Island. Möjligheten att tillämpa detta alternativ på EU är dock förmodligen mycket begränsad på grund av de mycket olika hydrometeorologiska och glaciologiska förhållandena.