Fransa'daki hidroelektrik santralleri için sel riski yönetimi

Seller veya şiddetli yağışlar sırasında barajlardan güvenli bir şekilde su tahliyesi kritik bir operasyonel zorluk teşkil eder. Geçmiş eğilimler, güney Fransa'da aşırı günlük yağışlarda bir artış olduğunu ve bunun da ani sellere yol açabileceğini gösteriyor. Bu eğilimin gelecekte de devam etmesi bekleniyor. Kar ve buzul erimesinin uzun vadede baraj girişini ve çıkışını da etkilemesi bekleniyor. Buzul kütle kaybı zaten Alpler boyunca tutarlı bir ivme gösteriyor.

Hidroelektrik tesislerinde taşkın yönetiminin zorluğu, barajların alt topluluklar, mülkler, tarım ve ekosistemler üzerindeki etkilerini önlemek veya en aza indirmek ve aynı zamanda barajların kendilerini operasyonel arızalara ve diğer hasarlara karşı korumaktır. Her hidroelektrik barajı farklı risk seviyeleri sunar ve PKW sistemlerinin etkinliği her durumda ayrı ayrı değerlendirilmelidir.

PKW sistemi, EDF tarafından güncellenen hidrolojik çalışmalara yanıt olarak geliştirildi ve bu da hidroelektrik barajlarını etkileyen aşırı sellerin daha sık ve yoğun hale geldiğini gösterdi. PKW'ler, artan yağış ve sel gibi iklim değişikliği etkileriyle başa çıkmak için baraj kapasitesini uyarlamaya yardımcı olur. PKW sistemlerinin amacı, suyun (aşırı) akışı için daha fazla yüzey alanı sağlamaktır. Bu, maksimum rezervuar seviyesini değiştirmeden barajın deşarj kapasitesini arttırır. Bu teknolojinin birincil yararı, hidroelektrik varlıklarını hasardan korumak ve aynı zamanda alternatif kapı sistemlerine kıyasla operasyonel maliyetleri azaltmaktır. Diğer faydalar arasında, ağır yağış olayları sırasında aşağı yönlü etkilerin azaltılmasının yanı sıra, bu tür olaylar sırasında azaltılmış operasyonel arızalar yoluyla enerji arzının güvenliğinin sağlanması yer almaktadır.

Fransa'nın Auvergne-Rhône-Alpes bölgesindeki Ardèche bölümündeki Chassezac vadisi, 1950'lerde yüksek potansiyelli bir hidrolojik havza olarak tanımlandı. Bu, 1961 ve 1970 yılları arasında inşa edilen beş hidroelektrik barajı ve dört hidroelektrik santralinin geliştirilmesine yol açtı. Bunlardan biri olan Malarce barajı, 28.4 m yüksekliğe, 111 m uzunluğa ve 2.3 hm³ (yani 2.3 milyon m³⁾stopaj kapasitesine sahiptir. 1968'de faaliyete geçti ve 16 MW'lık bir güç kapasitesine sahip.

Malarce barajı için PKW, maksimum deşarj kapasitesini yaklaşık 600 m³/ s'den toplam 4600 m³/ s'ye çıkarmak üzere görevlendirildi. Bu teknoloji, barajları iklim değişikliği altında beklenen artan sel risklerine uyarlamanın bir yolunu sunuyor. Malarce barajındaki PKW, baraj altyapısına ve aşağı akış topluluklarına maliyetli hasar riskini azaltmaya yardımcı olur.

Baraj dökülmesini yönetmek için çeşitli mühendislik seçenekleri mevcuttur. Labirent dökülme yolları yalnızca belirli baraj türlerine kurulabilir ve genellikle en erken baraj tasarım aşamasında kurulmalıdır. Akış yönetimi için mevcut birçok barajda kapılı sistemler mevcuttur. Bununla birlikte, kapılı sistemler aşırı taşkın nedeniyle doygunluk durumlarında başarısız olabilir. PKW'lar genellikle mevcut barajlarda taşkın riski yönetimi için en etkili seçeneği sunar. PKW'lar maksimum kapasiteye sahip değildir, bunun yerine serbest akışlı bir dökülme yolu sağlar. PKW'ler bu nedenle çok daha yüksek akış seviyelerini yönetebilir ve minimum arıza riski ve yüzen döküntülerin daha kolay tahliyesi ile kapılı sistemlerden daha güvenli bir çözüm sağlayabilir. Diğer akış yönetimi tekniklerinin aksine, PKW'ler insan operatörlerine ihtiyaç duymadıkları için insan hatalarından da kaçınırlar. Bu, işçilerin siteye erişemediği ani sel ve toprak kaymaları da dahil olmak üzere acil durumlarda yardımcı olur.

PKW teknolojisindeki başlıca Avrupalı oyuncular Fransa, İsviçre ve Belçika'dır. EDF, PKW sisteminin patentini almadı. Bunun yerine, PKW teknolojisini ve içgörülerini uluslararası hidroelektrik topluluğundaki diğer oyuncularla paylaşmak için işbirliği içinde çalışıyor. Gerçekten de, yenilikçi teknolojinin uluslararası olarak tanındığını gösteren, dünyanın dört bir yanındaki birçok geliştirici (örneğin Cezayir, ABD ve Güney Afrika'da) de PKW'leri kuruyor. 2015 yılında EDF, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi'nden uyum teması üzerine bir İklim Çözümleri Ödülü aldı.

Bir PKW, genel barajın küçük bir bileşenini temsil ettiğinden, paydaşlar ve STK'lar tarafından görülebilen veya eleştirilen açık bir etkiye sahip değildir. Bu nedenle, paydaş katılımı rutin olarak PKW kurulumunun önemli bir parçası değildir. Bununla birlikte, tüm büyük inşaat mühendisliği projelerinde olduğu gibi, tüm PKW'ler sıkı çevresel etki değerlendirme prosedürlerini takip eder ve hükümet onayı almaları gerekir. Bu etki değerlendirme prosedürleri ve onayları, örneğin CODERST aracılığıyla, STK ve paydaş istişarelerini içerir.

PKW, dünya çapında çeşitli hidroelektrik tesislerinde uygulanmıştır. Bu geniş yayılım, EDF'nin bu teknolojinin patentini almama kararıyla kolaylaştırıldı. Hidroelektrik topluluğundaki paydaşlarla teknolojiyi paylaşan orijinal geliştiricilerin işbirlikçi yaklaşımı, teknolojinin en önemli başarı faktörlerinden biridir. PKW, kapılı sistemler gibi diğer taşma yönetimi teknolojilerine kıyasla ucuz ve kolay kurulu bir çözümdür. Ayrıca, PKW teknolojisi güvenilir ve esnektir, çünkü insanlı operasyonlara veya büyük ölçekli bakıma gerek yoktur. Son olarak, ilk PKW'nin hidroelektrik sektöründe saygın bir şirket olan EDF tarafından inşa edilmesi, diğer baraj sahiplerini PKW'ları kurmaya ikna etmeye yardımcı oldu.

PKW'lerle ilgili zorluklar, özellikle dağlık bölgelerdeki belirli baraj alanlarının uygunluğunu ve erişilebilirliğini içerir. Ayrıca, hidroelektrik altyapısının uzun ömrü ve ürün döngülerinin süresi, bu sektörde yeni fikirlerin ve teknolojik çözümlerin yayılmasının zaman aldığı anlamına gelir. Son olarak, baraj sahalarındaki inşaat genellikle sadece yaz aylarında gerçekleşir ve bu da PKW'lerin kurulumuna daha fazla kısıtlama getirir.

PKW'nin maliyeti mevcut baraj yapısına, konumuna ve ayrıca su akışının derecesine bağlıdır. Baraj yapısının erişilebilirliği ve ilgili ekipman ihtiyaçları da maliyeti etkiler. Baraj bağlı olarak, PKW gibi değişiklikler yüklemek için daha fazla veya daha az maliyetli olabilir. PKW'nin kurulumu 200.000 ila birkaç milyon Euro arasında olabilir. Her durumda, PKW, barajın toplam maliyetinin nispeten küçük bir bileşenini temsil eden düşük maliyetli olabilir. PKW kurulum örnekleri rutin olarak toplam maliyetin% 30'una kadar çıkmaktadır. Mevcut kapılı sistem teknolojisi manuel olarak çalıştırılmalı ve pahalı düzenli bakım gerektirse de, PKW'ler çalışan insan gücü gerektirmez ve sadece düşük veya hiç bakım gerektirmez.

Fransa'da PKW ile ilgili yasal bir zorunluluk yoktur ve bu alandaki mevzuat beklenmemektedir. Teknolojiyi kurmak baraj sahiplerine kalmış. Bununla birlikte, hidroelektrik tesislerinde geliştirilmiş taşkın yönetimi, taşkın risklerinin değerlendirilmesi ve yönetimine ilişkin 2007/60/EC sayılı Direktifin bazı ilkeleriyle uyumludur.

EDF, ilk PKW'yi 2003'ten 2005'e kadar Goulours barajında (Pyrenées Dağları) geliştirdi. PKW uygulama süresi duruma göre değişir. Küçük projeler birkaç ay sürebilirken, daha büyük projeler birkaç yıl sürebilir. Her iki durumda da, baraj inşaat işinin mevsimsel doğası nedeniyle sınırlamalar ortaya çıkmaktadır. Onay süreleri, ön çalışma, ayrıntılı tasarım, ihale, çevre çalışmaları ve yetkililerin onayını içeren oldukça uzundur.

PKW teknolojisi nispeten yeni olduğundan ve kullanım ömrüne henüz ulaşılmadığından, bu yatırımların ömrü hakkında yorum yapmak zordur. PKW'lar gibi beton yapıların hidroelektrik barajları veya diğer büyük inşaat mühendisliği projeleriyle (yani 50-100 yıl) aynı ömre sahip olması beklenmektedir.

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