Översvämningsriskhantering för vattenkraftverk i Frankrike

Att släppa ut vatten på ett säkert sätt från dammar under översvämningar eller kraftig nederbörd utgör en kritisk operativ utmaning. Tidigare trender visar en ökning av extrem daglig nederbörd i södra Frankrike, vilket kan leda till plötsliga översvämningar. Denna trend förväntas fortsätta i framtiden. Snö- och glaciärsmältning förväntas också påverka dammens in- och utflöde på längre sikt. Glaciärmassförlusten visar redan en jämn acceleration över Alperna.

Utmaningen för hantering av översvämningar vid vattenkraftverk är att förhindra eller minimera effekterna av dammöverbelastning på nedströms samhällen, egendom, jordbruk och ekosystem, samtidigt som dammarna själva skyddas mot driftsfel och andra skador. Varje vattenkraftsdamm har olika risknivåer och effektiviteten hos PKW-system måste utvärderas separat i varje enskilt fall.

PKW-systemet utvecklades som svar på uppdaterade hydrologiska studier av EDF, som visade att extrema översvämningar som påverkade vattenkraftsdammar blev allt vanligare och intensivare. PKWs hjälper till att anpassa dammkapaciteten för att hantera klimatpåverkan, såsom ökad nederbörd och översvämningar. Syftet med PKW-system är att ge en ökad yta för (över)flödet av vatten. Detta ökar dammens urladdningskapacitet utan att ändra den maximala reservoarnivån. Den främsta fördelen med sådan teknik är att den skyddar vattenkraftens tillgångar från skador, samtidigt som den minskar driftskostnaderna jämfört med alternativa grindsystem. Andra fördelar är att minska nedströmseffekterna under kraftiga nederbördshändelser, samt att säkerställa en trygg energiförsörjning under sådana händelser genom minskade driftsfel.

Chassezacdalen i departementet Ardèche i regionen Auvergne-Rhône-Alpes i Frankrike identifierades som ett hydrologiskt avrinningsområde med hög potential på 1950-talet. Detta ledde till utvecklingen av fem vattenkraftsdammar och fyra vattenkraftverk, som alla byggdes mellan 1961 och 1970. En av dessa, Malarcedammen, har en höjd på 28,4 m, en längd på 111 m och en källkapacitet på 2,3 hm³ (dvs. 2,3 miljoner m³). Den togs i drift 1968 och har en effekt på 16 MW.

PKW för Malarce-dammen fick i uppdrag att öka sin maximala utsläppskapacitet med cirka 600 m³/s till totalt 4600 m³/s. När dammvattennivån överstiger nivån i inloppstankarna strömmar vatten automatiskt över PKW till utloppstankar som går rakt in i spillvattenkanalen och nedströms. Denna teknik gör det möjligt att anpassa dammarna till de ökade översvämningsrisker som förväntas i samband med klimatförändringarna. PKW i Malarcedammen bidrar till att minska risken för kostsamma skador på damminfrastrukturen och samhällen nedströms.

Det finns flera tekniska alternativ för att hantera dammspill över. Labyrintspill kan endast installeras i vissa typer av dammar och måste vanligtvis installeras vid det tidigaste dammdesignstadiet. Gated system finns på plats i många befintliga dammar för flödeshantering. Dock kan gated system misslyckas i fall av mättnad på grund av överdriven översvämning. PKW är ofta det mest effektiva alternativet för hantering av översvämningsrisker vid befintliga dammar. PKWs har inte en maximal kapacitet utan ger istället ett fritt flöde spillway. PKWs kan därför hantera mycket högre flödesnivåer och ge en säkrare lösning än gated system, med minimal risk för fel och enklare evakuering av flytande skräp. I motsats till andra flödeshanteringstekniker undviker PKWs också mänskliga fel, eftersom de inte kräver mänskliga operatörer. Detta är till hjälp i nödsituationer, inklusive översvämningar och jordskred, under vilka arbetstagare inte kan komma åt platsen.

De viktigaste europeiska aktörerna inom PKW-teknik är Frankrike, Schweiz och Belgien. EDF patenterade inte PKW-systemet. Istället har man samarbetat för att dela PKW-tekniken och insikterna med andra aktörer i det internationella vattenkraftssamhället. Som ett tecken på internationellt erkännande av den innovativa tekniken installerar flera utvecklare runt om i världen (t.ex. i Algeriet, USA och Sydafrika) också PKW. År 2015 mottog EDF ett pris för klimatlösningar från FN:s ramkonvention om klimatförändringar på temat anpassning.

Eftersom en PKW utgör en liten del av den totala dammen har den ingen uttrycklig inverkan som är synlig för eller kritiserad av berörda parter och icke-statliga organisationer. Intressenternas deltagande är därför inte rutinmässigt en viktig del av PKW-installationen. Likväl följer alla PKW-anläggningar, liksom alla större anläggningsprojekt, strikta förfaranden för miljökonsekvensbedömning och måste godkännas av regeringen. Dessa förfaranden för konsekvensbedömningar och godkännanden, till exempel genom CODERST, omfattar samråd med icke-statliga organisationer och berörda parter.

PKW har implementerats i olika vattenkraftverk globalt. Denna stora spridning underlättades av EDF:s beslut att inte patentera denna teknik. Samarbetet mellan de ursprungliga utvecklarna, som delade tekniken med intressenter i hela vattenkraftsamhället, är en av de viktigaste framgångsfaktorerna för tekniken. PKW är en billig och lättinstallerad lösning jämfört med andra överflödshanteringstekniker, såsom gated systems. Dessutom är PKW-tekniken tillförlitlig och motståndskraftig eftersom det inte finns något behov av bemannad verksamhet eller storskaligt underhåll. Slutligen bidrog det faktum att den första PKW byggdes av EDF, ett välkänt företag som är väl respekterat inom vattenkraftssektorn, till att övertyga andra dammägare att installera PKW.

Utmaningarna i samband med PKW är bland annat vissa dammanläggningars lämplighet och tillgänglighet, särskilt i bergsområden. Dessutom innebär vattenkraftinfrastrukturens långa livslängd och produktcyklernas längd att spridningen av nya idéer och tekniska lösningar tar tid i denna bransch. Slutligen byggs dammar vanligtvis endast under sommarmånaderna, vilket innebär ytterligare begränsningar för installationen av PKW.

Kostnaden för PKW beror på den befintliga dammstrukturen, placeringen och även på vattenflödets omfattning. Dammstrukturens tillgänglighet och tillhörande utrustningsbehov påverkar också kostnaderna. Beroende på dammen kan det vara mer eller mindre kostsamt att installera modifieringar som PKW. Installation av PKW kan kosta mellan 200 000 och några miljoner euro. Under alla omständigheter kan PKW vara kostnadseffektiv och utgöra en relativt liten del av den totala kostnaden för dammen. Exempel på PKW-installationer anges rutinmässigt som upp till 30 % av den totala kostnaden. Medan nuvarande gated systemteknik måste manövreras manuellt och kräver dyrt regelbundet underhåll, kräver PKWs inte driftpersonal och endast lågt till inget underhåll behövs.

Det finns ingen rättslig skyldighet när det gäller PKW i Frankrike och lagstiftning på detta område förväntas inte. Det är upp till dammägarna att installera tekniken. Förbättrad hantering av översvämningar vid vattenkraftverk överensstämmer dock med vissa av principerna i direktiv 2007/60/EG om bedömning och hantering av översvämningsrisker.

EDF utvecklade den första PKW från 2003 till 2005 vid Gouloursdammen (Pyrenéerna). Genomförandetiden för PKW varierar från fall till fall. Små projekt kan ta några månader, medan större projekt kan ta några år. I båda fallen uppstår begränsningar på grund av dammbyggets säsongsbetonade karaktär. Godkännandetiderna är ganska långa och omfattar förstudie, detaljerad utformning, upphandling, miljöstudier och myndigheternas godkännande.

Det är svårt att kommentera livslängden för dessa investeringar eftersom PKW-tekniken är relativt ny och uttjänt ännu inte har nåtts. Det förväntas att sådana betongkonstruktioner som PKW skulle ha samma livslängd som vattenkraftsdammar eller andra stora anläggningsprojekt (dvs. 50–100 år).

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