Повышение устойчивости гидроэнергетического сектора Таджикистана к изменениям климата

Повышение устойчивости гидроэнергетического сектора Таджикистана к изменениям климата Роб Уилби Университет Лафборо Майкл Фридхоф «SKM» Риченда Коннел и Бен Рабб «Acclimatise» Насредин Миникулов, Анвар Хомидов, Музаффар Шодманов «Таджикгидромет» Надежда Леонидова «Лоиха-Гидроэнерго» Кайраккумская ГЭС и водосброс, вид снизу Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Общие цели этапа I ППУИК (A 4) Две главные цели: 1. подготовить анализ климатической уязвимости гидроэнергетического сектора Таджикистана; Кайраккумское водохранилище, 2012 год Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан) 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 Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Общий вид – Нурек Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Основные задачи этапа I ППУИК (A 4) 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 Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Рамки анализа Сценарии изменения климата Анализ опасных явлений Гидрологические модели РЕГ МВБ СТВ Месячное/годовое испарение Безопасность водохранилища Регулирование речного стока выше по течению Факторы, влияющие на месячный/годовой сток Отложение наносов Водный баланс водохранилища Сценарий регулирования водосброса Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан) Модель выработки электроэн ергии Сценарии восстановления и модернизации

Мероприятие № 1 – Сбор данных и анализ тенденций Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Примеры источников данных Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Местные гидроклиматические тенденции 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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Снежный покров Кривые продолжительности существования снежного покрова (КПС) для верховья бассейна Вахша в 2010 году Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Мероприятие № 2 – Сценарии изменения климата Изменение температуры и количества осадков по всей Азии согласно имитационным моделям MMD – A 1 B. Источник : Christensen et al. (2007). Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Региональные сценарии изменения климата Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Ориентировочные сценарии изменения климата 2050 -е гг. 2080 -е гг. Ориентировочный сценарий ΔT ΔP «Жаркийсухой» Показатель(и), характеризующий(е) наиболее жаркий климат и наиболее быстрое потепление +4°C -10% +6°C -15% Средний Среднее для ансамбля изменение количества осадков и уровня температуры +3°C +5% +4°C +5% +1, 5°C +20% +2°C +30% Показатель(и), характеризующий(е) «Теплый- наиболее влажный климат и влажный» наименее быстрый процесс потепления Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Сценарии испарения 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). Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Неопределенность климатической модели и даунскейлинг Изменения среднегодовой температуры и количества осадков в Худжанде при использовании различных сценариев выбросов парниковых газов к 2080 -м годам Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Применение даунскейлинга 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 Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Мероприятие № 3 – Гидрологическое моделирование Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

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 Ляхшская метеостанция Нарынская метеостанция Подготовленные TRMM оценки для верховий Вахшского бассейна Подготовленные TRMM оценки для бассейна Сыр. Дарьи Среднемесячная температура (°C) Нарынская метеостанция Ляхшская метеостанция Данные по Нарыну, экстраполированные с использованием данных о среднегодовой температуре в Алматы (1881 – 2009 годы) 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 (м 3/с) Измерительная станция в Акжаре Измерительная станция в Дарбанде Нерегулируемый сток Нарына в Токтогульское водохранилище Ирригационные потоки (м 3/с) Крупные ирригационные каналы (см. : Petrov and Navruzov) Площадь снежного покрова (в %) 16 -17 спутниковых снимков NOAA, обработанные с использованием ERDAS IMAGINE Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Моделирование испаряемости 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 Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

1. Регрессионная модель 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) Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

2. Модель водного баланса Q = (A. P. k) + (G. ΔT) – (A. E) ± S ± D Q – величина стока (км 3), Сток Сыр-Дарьи в Акжаре A – площадь бассейна (км 2), 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 (км 3/в год/°C), E – суммарное годовое испарение (км), S – изменение запасов воды выше по течению (км 3), D – забор воды для орошения и сброс в реку сточных вод (км 3). Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан) 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] Сводный график среднесуточного стока в Дарбанде в 2001 – 2010 годах на основе фактических данных и СТВ Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Мероприятие № 4 – Анализ опасных природных явлений Номер Дата 19 29/2/96 Вид Описание НА Повышение уровня воды в реке Сыр-Дарья, уничтожен понтонный мост 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. 36 16/4/96 НА 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 НА Смыто 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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Стихийные бедствия, 1992– 1998 годы Данные ИАЦ о периодичности стихийных бедствий в 1992– 1998 годах (в виде процентной доли от их соответствующего общего числа). Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Возможность (определенного) прогнозирования бедствий Наложение сообщений об оползнях и паводках с 5 по 11 мая 2011 года на данные TRMM о дождевых осадках Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Мероприятие № 5 – Гидроэнергетические сценарии Кайраккумская плотина и здание ГЭС – общий план Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Сценарии стока – сток для реки Нарын выше по течению от Токтогульского водохранилища Calibration based on 7 snow cover images 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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Сценарии стока – сток для реки Нарын выше по течению от Токтогульского водохранилища Calibration based on 15 snow cover images 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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Резюме сценариев изменения стока Сценарии 2050 -е гг. ΔT ΔP «Жаркийсухой» +4°C Средний Кайраккум на Сырдарье (сток в Акжаре) СТВ* РЕГ МВБ Нурек на Вахшском каскаде (сток в Дарбанде) СТВ** СТВ* РЕГ МВБ (18%) (13%) (23%) (16%) (10%) (33%) -10% +16 +20 -50 +25 +34 -8 -34 +3°C +5% +17 +21 +2 +19 +28 -3 0 «Теплыйвлажный» +1, 5°C +20% +18 +19 +55 +12 +18 +4 +35 2080 -е гг. ΔT ΔP СТВ РЕГ МВБ СТВ** РЕГ МВБ «Жаркийсухой» +6 °C -15% +27 +30 -80 +51 +55 -12 -55 Средний +4 °C +5% +22 +27 -5 +29 +38 -4 -6 «Теплыйвлажный» +2 °C +30% +28 +83 +20 +25 +6 +51 * ** Параметры СТВ сдвинуты на 15 дней на каждый градус потепления; Фиксированные параметры, используемые в СТВ (подробнее см. в приложении 1). Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Режим регулируемого притока 1200 1955 - 1975 1986 - 1991 2000 - 2010 1000 800 600 400 200 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Сырдарья – среднемесячный расход (м 3/с) в Акжаре Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан) Nov Dec

Режим регулирования стока Средний уровень воды в Кайраккумском водохранилище (м) в начале каждого месяца Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

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% Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

Сценарий изменения обеспеченной мощности электростанций Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

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 Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

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%) Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)

№ 6 Рекомендации в отношении повышения устойчивости PPCR Workshop on Climate Resilience and the Energy Sector 6 -7 March 2012, Barki Tojik, Dushanbe, Tajikistan

1) Проведение дальнейшей аналитической работы и мониторинга 1. 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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан) Укреплять сеть гидрометрических станций Проанализировать целесообразность сезонного прогнозирования для регулирования уровня воды в водохранилищах

2) Подготовка кадров и взаимодействие 1. 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. Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан) Укреплять национальный потенциал в области оценки климатических рисков посредством развития партнерских отношений, совместной работы и организации обменов Проводить технические семинары по вопросам диагностики климата, оценки климатических рисков и сезонного прогнозирования

3) Инвестиции в гидроэнергетические сооружения Возможные меры на Кайраккумской ГЭС a) 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 Семинар ППУИК по вопросам устойчивости энергетического сектора к изменениям климата 6 – 7 марта 2012 года, «Барки Точик» , Душанбе (Таджикистан)