Повышение устойчивости гидроэнергетического сектора Таджикистана к изменениям климата

Повышение устойчивости гидроэнергетического сектора

Таджикистана к изменениям климатаРоб Уилби Университет Лафборо

Майкл Фридхоф «SKM»

Риченда Коннел и Бен Рабб «Acclimatise»

Насредин Миникулов, Анвар Хомидов, Музаффар Шодманов«Таджикгидромет»

Надежда Леонидова «Лоиха-Гидроэнерго»

Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик», Душанбе (Таджикистан)

Кайраккумская ГЭС и водосброс, вид снизу


Общие цели этапа I ППУИК (A4)

Кайраккумское водохранилище, 2012 год

Две главные цели:

1. подготовить анализ климатической уязвимости гидроэнергетического сектора Таджикистана;

2. вынести рекомендации в отношении того, как можно применять результаты этого анализа при планировании инвестиций, включая использование ресурсов этапа II ППУИК, для содействия осуществлению конкретных адаптационных мероприятий, ведущих к повышению устойчивости гидроэнергетического сектора к изменению климата.


Общий вид - Кайраккум


Общий вид – Нурек


Основные задачи этапа I ППУИК (A4)

Шесть мероприятий:

1. Сбор и анализ гидроклиматических тенденций в прошлые годы

2. Подготовка синтеза региональных сценариев изменения климата

3. Разработка гидрологических моделей для оценки последствий 4. Анализ климата параллельно с другими опасными

природными явлениями 5. Оценка возможных сценариев для гидроэнергетики

6. Выбор вариантов повышения устойчивости к изменениям климата


Рамки анализаСценарии изменения

климата

Гидрологические модели РЕГ МВБ СТВ

Регулирование речного стока выше по течению

Факторы, влияющие на месячный/годовой

сток

Месячное/годовое испарение

Анализ опасных явлений

Безопасность водохранилища

Водный баланс водохранилища

Модель выработки электроэн

ергии

Сценарии восстановления и

модернизации

Сценарий регулирования

водосброса

Отложение наносов


Мероприятие №1 – Сбор данных и анализ тенденций

0

1000

2000

3000

4000

5000

1949

1951

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

Ann

ual m

axim

um d

isch

arge

(m

3/s) Aqjar Darband


Примеры источников данных

0

20

40

60

80

100

120

140

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010P

reci

pit

atio

n t

ota

l (m

m)

GPCC-1.0deg

TRMM-0.25deg

SDSM-M20


y = 0.0124x - 24.569R² = 0.0756

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Ann

ual t

empe

ratu

re a

nom

aly

(°C

)

NarynT

y = 0.6043x - 1092.4R² = 0.0509

0

50

100

150

200

250

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Ann

ual p

reci

pita

tion

(%

LTA

)

KhujandP

y = 0.9804x - 1833.8R² = 0.2026

0

50

100

150

200

250

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Ann

ual d

isch

arge

(%

LTA

)

AqjarQ

y = -0.001x + 1.8565R² = 0.0004

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Ann

ual t

empe

ratu

re a

nom

aly

(°C

)

LayhshT

y = 0.6322x - 1148.1R² = 0.1142

0

50

100

150

200

250

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Ann

ual p

reci

pita

tion

(%

LTA

)LayhshP

y = -0.015x + 129.8R² = 0.0003

0

50

100

150

200

250

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Ann

ual d

isch

arge

(%

LTA

)

DarbandQ

Выявленная на основе данных наблюдений динамика среднегодовой температуры [T] , осадков [P] и стоков [Q] для Кайраккума (верхний ряд) и Нурека (средний ряд) по сравнению со средними значениями 1961 – 1990 годов. Красной пунктирной линией для Худжанда отмечен ретроспективный прогноз Миссии спутникового измерения количества осадков в тропиках (TRMM) среднего количества осадков в верховьях бассейна Сырдарьи.

Местные гидроклиматические тенденции


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

16-Mar 16-Apr 16-May 16-Jun 16-Jul 16-Aug 16-Sep

Frac

tion

of

zone

tha

t is

sno

w c

over

ed Zone 1

Zone 2

Zone 3

Zone 4

Zone 5

Zone 6

Zone 7

Zone 8

Кривые продолжительности существования снежного покрова (КПС) для верховья бассейна Вахша в 2010 году

Снежный покров


Мероприятие № 2 – Сценарии изменения климата

Изменение температуры и количества осадков по всей Азии согласно имитационным моделям MMD – A1B.

Источник : Christensen et al. (2007).


0

1

2

3

4

5

6

7

-20 -10 0 10 20 30 40

Tem

pera

ture

chan

ge (°C

)

Precipitation change (%)

Naryn 2050s

A2

A1B

B1

Mean

0

1

2

3

4

5

6

7

-20 -10 0 10 20 30 40

Tem

pera

ture

chan

ge (°C

)


Naryn 2080s

A2

A1B

B1

Mean

0

1

2

3

4

5

6

7

-20 -10 0 10 20 30 40

Tem

pera

ture

chan

ge (°C

)


Layhsh 2050s

A2

A1B

B1

Mean

0

1

2

3

4

5

6

7

-20 -10 0 10 20 30 40

Tem

pera

ture

chan

ge (°C

)


Layhsh 2080s

A2

A1B

B1

Mean

Региональные сценарии изменения климата


Ориентировочные сценарии изменения климата

Ориентировочный сценарий

2050-е гг. 2080-е гг.

ΔT ΔP ΔT ΔP

«Жаркий-сухой»

Показатель(и), характеризующий(е) наиболее жаркий климат и наиболее быстрое потепление

+4°C -10% +6°C -15%

СреднийСреднее для ансамбля изменение количества осадков и уровня температуры

+3°C +5% +4°C +5%

«Теплый-влажный»

Показатель(и), характеризующий(е) наиболее влажный климат и наименее быстрый процесс потепления

+1,5°C +20% +2°C +30%


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70

Cum

ulati

ve li

kelih

ood

Annual PE change (%)

2020s 2050s 2080s

Распределение кумулятивной вероятности увеличения годовой PE (изменения по сравнению с базовым уровнем 1961 – 1990 гг., в %), спрогнозированные с использованием ансамблей, включающих метод оценки PE, сценарий выбросов и результаты МОЦ (для ближайших к Кайраккумскому водохранилищу координатных точек).

Сценарии испарения


0

1

2

3

4

5

6

7

-20 -15 -10 -5 0 5

Tem

per

atu

re c

han

ge

(deg

C)

Annual mean temperature bias (degC)

A1BA2B1SDSM-A2SDSM-B2

Изменения среднегодовой температуры и количества осадков в Худжанде при использовании различных сценариев выбросов парниковых газов к 2080-м годам

Неопределенность климатической модели и даунскейлинг


12

12.5

13

13.5

14

14.5

15

15.5

16

16.5

17

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

An

nu

al

me

an

te

mp

era

ture

(de

gC

)

SDSM

Observed

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

January February March April May June July August September October November December

Mea

n d

aily

tem

per

atu

re (�C

)

Зафиксированные в ходе наблюдений (черная) и рассчитанные методом даунскейлинга (красная) среднегодовые значения температуры в Худжанде

Зафиксированные в ходе наблюдений (черная) и рассчитанные методом даунскейлинга (серая) среднесуточные значения температуры в Ляхше в 1993 году

Применение даунскейлинга


Мероприятие №3 – Гидрологическое моделирование


Данные гидрологического моделирования и анализа чувствительности к изменению климата

Показатель (единица) Кайраккум (1955—2010 годы) Нурек (1961—2010 годы)

Годовая сумма осадков (мм) Худжандская метеостанция

Нарынская метеостанция

Подготовленные TRMM оценки для бассейна Сыр-Дарьи

Ляхшская метеостанция

Подготовленные TRMM оценки для верховий Вахшского бассейна

Среднемесячная температура (°C) Нарынская метеостанция

Данные по Нарыну, экстраполированные с использованием данных о среднегодовой температуре в Алматы (1881 – 2009 годы)

Ляхшская метеостанция

Совокупная ежемесячная испаряемость (мм) Рассчитана с использованием данных о суточных и среднемесячных температурах по формулам Блэйни-Кридла, Хеймона и Тонтуэйта (см. приложение 2)

Годовой сток (м3/с) Измерительная станция в Акжаре

Нерегулируемый сток Нарына в Токтогульское водохранилище

Измерительная станция в Дарбанде

Ирригационные потоки (м3/с) Крупные ирригационные каналы (см.: Petrov and Navruzov)

Площадь снежного покрова (в %) 16-17 спутниковых снимков NOAA, обработанные с использованием ERDAS IMAGINE


0

2

4

6

8

10

12

14

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

PE (m

m/d

ay

Month

(B) Potential Evaporation 2020s

minq1medianq3max

0

2

4

6

8

10

12

14


PE (m

m/d

ay

Month

(C) Potential Evaporation 2050s

0

2

4

6

8

10

12

14


PE (m

m/d

ay

Month

(D) Potential Evaporation 2080s

0

2

4

6

8

10

12

14


PE (m

m/d

ay

Month

(A) Potential Evaporation 1961-1990

ThornthwaiteBlarney-CriddleHamonMass balance

Оценочные значения PE за 1961 – 1990 гг. рассчитаны методами Торнтуэйта, Блэйни-Кридла и Хеймона с учетом фактических значений температуры. Приводятся также оценки PE, рассчитанные на основе баланса масс по Кайраккумскому водохранилищу

Моделирование испаряемости


Фактический (серая линия) и моделированный по РЕГ (черная линия) годовой сток в Акжаре в 1955 – 2010 годах. График также показывает прогнозируемый сток в 2050-х годах, рассчитанный с использованием трех сценариев изменения климата (цветные линии)

1. Регрессионная модель

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Aqj

ar a

nnua

l m

ean

Q (m

3/s)

OBSERVED BASELINE (NO FILL) BASELINE (FILLING)

HOT/DRY WARM/WET ENSEMBLE MEAN


2. Модель водного баланса

Q = (A.P.k) + (G.ΔT) – (A.E) ± S ± D

Q – величина стока (км3),

A – площадь бассейна (км2),

P – годовая сумма осадков (км),

k – поправочный коэффициент,

G – общий сток, образующийся в результате таяния снега и ледника, за год при изменении температуры на ΔT (км3/в год/°C),

E – суммарное годовое испарение (км),

S – изменение запасов воды выше по течению (км3),

D – забор воды для орошения и сброс в реку сточных вод (км3).

0

200

400

600

800

1000

1200

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Cum

ulati

ve d

isch

arge

(km

3)

Observed Modelled

0

200

400

600

800

1000

1200

1960 1970 1980 1990 2000 2010

Cum

ulati

ve d

isch

arge

(km

3)

Observed Modelled

Сток Сыр-Дарьи в Акжаре

Сток Вахша в Дарбанде


3. Модель стока талых вод (СТВ)

Qn+1 = [CSn · αn (Tn + ΔTn) Sn + CR · Pn] A · v (1 – kn-1) + [Qn · rn+1]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

LapseRate

0

1

2

3

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Tcrit

0

0.2

0.4

0.6

0.8

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

DDF

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Cs

0

0.2

0.4

0.6

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Cr

0

0.5

1

1.5

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

RCA

0

200

400

600

800

1000

1200


Mea

n da

ily d

isch

arge

(m

3/s)

Observed SRM

Сводный график среднесуточного стока в Дарбанде в 2001 – 2010 годах на основе фактических данных и СТВ


Мероприятие №4 – Анализ опасных природных явлений

Номер Дата Вид Описание

19 29/2/96 НА Повышение уровня воды в реке Сыр-Дарья, уничтожен понтонный мост

36 16/4/96 НА

Затоплено 100 домов, 3 дома полностью уничтожены, смыто 35 км крупной автомагистрали, 12 арочных мостов, 25 км местных дорог, 3,6 км линии электропередач, 25 км берегоукрепительных сооружений, 25 км водосборных каналов, 5 км обводнительного канала, (данных нет), 23 оросительных колодца и трансформаторная подстанция, снесено 15 водяных мельниц, нанесен ущерб посевам на площади более 100 га, фруктовым садам и виноградникам на площади около 100 га, овощам на площади 12 га, продовольственным культурам на площади 12 га.

93 26/2/97 НА

95 3/3/97 ВЕ

112 25/4/97 ОС

119 11/5/97 ОС Уничтожено 4 км дороги

130 26/5/97 НАСмыто 200 га посевов зерновых культур, 52 многоквартирных дома, в семи местах прорван 8-километровый канал, затоплено 110 т сенажа

131 26/5/97 ОС

138 11/6/97 ОС

156 19/7/97 ОП Уничтожен мост возле санатория Зумрад-2.

159 19/7/97 ОС Уничтожены мост, 500 м дороги, защитные сооружения по берегам рек, 400 м линии электропередач.

192 27/2/98 ОС Смыта плотина, затоплены сельскохозяйственные угодья

196 28/2/98 ВЕ Нанесен ущерб домашним хозяйствам и личному имуществу

Источник: Информационно-аналитический центр (ИАЦ) Таджикистана. Зарегистрированные события вблизи Кайраккума в 1992 – 1998 годах.


05

101520253035404550


Avalanche

05

101520253035404550


Earthquake

05

101520253035404550


Flood

05

101520253035404550


Landslide

05

101520253035404550


Precipitation

05

101520253035404550


Wind

Данные ИАЦ о периодичности стихийных бедствий в 1992–1998 годах (в виде процентной доли от их соответствующего общего числа).

Стихийные бедствия,

1992–1998 годы


Panjakent

Somoniyon

Fayzabad

Rushan

Возможность (определенного) прогнозирования бедствий

Наложение сообщений об оползнях и паводках с 5 по 11 мая 2011 года на данные TRMM о дождевых осадках


Мероприятие № 5 – Гидроэнергетические сценарии

Кайраккумская плотина и здание ГЭС – общий план


Изменение батиметрических показателей

Были рассчитаны кривые зависимости уровня воды от накопленного объема за 1965, 1975 и 2009 годы. Кроме того, имеется первоначальная кривая зависимости уровня воды от накопленного объема за 1957 год.


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Jan

Feb

Mar

Ap

r

May Jun

Jul

Aug

Sep Oct

No

v

Dec

Dai

ly Q

(m

3/s)

2001

Observed

SRM

Hot-dry

Central

Warm-wet

Фактические данные и рассчитанные с использованием СТВ оценки суточного расхода при существующих и изменившихся климатических условиях (сценарии «жаркий-сухой», средний и «теплый-влажный») для 2050-х годов.

Calibration based on 7 snow cover images

Сценарии стока – сток для реки Нарын выше по течению от Токтогульского водохранилища

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Jan

Feb

Mar

Ap

r

May Jun

Jul

Aug

Sep Oct

No

v

Dec

Dai

ly Q

(m

3/s)

2003

Observed

SRM

Hot-dry

Central

Warm-wet


Фактические данные и рассчитанные с использованием СТВ оценки суточного расхода при существующих и изменившихся климатических условиях (сценарии «жаркий-сухой», средний и «теплый-влажный») для 2050-х годов.

Calibration based on 15 snow cover images

Сценарии стока – сток для реки Нарын выше по течению от Токтогульского водохранилища


СценарииКайраккум на Сырдарье

(сток в Акжаре)Нурек на Вахшском каскаде (сток в

Дарбанде)

2050-е гг. ΔT ΔPСТВ*

(18%)

РЕГ

(13%)

МВБ

(23%)

СТВ**

(16%)

СТВ*

(16%)

РЕГ

(10%)

МВБ

(33%)«Жаркий-сухой»

+4°C -10% +16 +20 -50 +25 +34 -8 -34

Средний +3°C +5% +17 +21 +2 +19 +28 -3 0


+1,5°C +20% +18 +19 +55 +12 +18 +4 +35

2080-е гг. ΔT ΔP СТВ РЕГ МВБ СТВ* СТВ** РЕГ МВБ

«Жаркий-сухой»

+6 °C -15% +27 +30 -80 +51 +55 -12 -55

Средний +4 °C +5% +22 +27 -5 +29 +38 -4 -6


+2 °C +30% +28 +28 +83 +20 +25 +6 +51

Резюме сценариев изменения стока

* Параметры СТВ сдвинуты на 15 дней на каждый градус потепления; ** Фиксированные параметры, используемые в СТВ (подробнее см. в приложении 1).


Сырдарья – среднемесячный расход (м3/с) в Акжаре

Режим регулируемого притока


Режим регулирования стока

Средний уровень воды в Кайраккумском водохранилище (м) в начале каждого месяца


Ежемесячная выработка электроэнергии – калиброванная модель

Фактические и рассчитанные с помощью модели данные о ежемесячной выработке электроэнергии на Кайраккумской ГЭС при условии расчетной эффективности в 88%


Сценарий изменения обеспеченной мощности электростанций


Варианты мер адаптации (Кайраккум)

a) Изменение режима регулирования водостока

• Повысить максимальный уровень воды на 0,85 м для увеличения объема воды в водохранилище (при условии сглаживания пиковых значений паводков Токтогульским и Андижанским водохранилищами)

• Изменить режим регулирования водосброса для максимального увеличения напора и сведения к минимуму водослива

b) Структурные/физические изменения

• Довести мощность ГЭС до 147 МВт путем модернизации генераторов и системы контроля

c) Комбинированный подход

• Повысить нормальный подпорный уровень на 0,5 м и довести мощность ГЭС до 147 МВт

d) Прочие меры

• Повысить высоту плотины

• Обеспечить комплексное и согласованное управление работой плотин, расположенных выше по течению

• Установить дополнительный генератор


Результаты реализации различных мер адаптации – при повышении влажности в будущем

Годовая выработка электроэнергии при использовании различных стратегий в случае реализации сценария «РЕГ средний» (увеличение стока на 21%)

PPCR Workshop on Climate Resilience and the Energy Sector6-7 March 2012, Barki Tojik, Dushanbe, Tajikistan

№6 Рекомендации в отношении повышения устойчивости


1) Проведение дальнейшей аналитической работы и мониторинга

1. Укреплять сеть гидрометрических станций

2. Увеличить период измерения снежного покрова

3. Использовать полученные путем измерения данные о водосливе и стоке через турбины для совершенствования модели водного баланса

4. Провести оцифровку гидрометеорологических записей, которые до сих пор существуют в бумажной форме, и удостовериться в их качестве

5. Разработать надежные протоколы оценки маловероятных событий, угрожающих безопасности плотин, в меняющихся условиях

6. Осуществить географическую привязку данных об опасных явлениях для прогнозирования изменения климата

7. Проанализировать целесообразность сезонного прогнозирования для регулирования уровня воды в водохранилищах


2) Подготовка кадров и взаимодействие

1. Укреплять национальный потенциал в области оценки климатических рисков посредством развития партнерских отношений, совместной работы и организации обменов

2. Укреплять возможности управления данными и ведения архивов

3. Наращивать взаимодействие с международными партнерами из числа научных исследований, инженеров и учебных заведений

4. Направлять результаты исследований в рамках ППУИК в международные научные журналы для их изучения другими учеными

5. Проводить технические семинары по вопросам диагностики климата, оценки климатических рисков и сезонного прогнозирования


3) Инвестиции в гидроэнергетические сооружения

Возможные меры на Кайраккумской ГЭСa) Использовать часть резервного объема для приема избыточного притока воды в целях увеличения объема воды в водохранилище

b) Изменить режим регулирования водосброса, с тем чтобы максимально увеличить напор и свести к минимуму водослив

c) Повысить мощность ГЭС в ходе запланированной модернизации

d) Комбинированный подход

e) Принять меры по регулированию содержания наносов

Возможные меры для Вахшского каскада (данные отсутствуют)

a) Строительство Рогунской ГЭС и обусловленное этим изменение режима регулирования водосброса для Нурека

b) Повышение мощности Нурекской ГЭС

c) Меры на случай чрезвычайных ситуаций в случае поступления обоснованных предупреждений об оползнях, вызванных дождями

Documents

Повышение устойчивости гидроэнергетического сектора Таджикистана к изменениям климата