Hydropower in flood diverting tunnel in Finna, Norway

Abstract

Denne avhandlingen undersøker det økonomiske potensialet og miljøaspektene ved å kombinere vannkraftproduksjon i en planlagt flomtunnel i elven Finna, som leder vann forbi bygda Vågåmo. Et sentralt aspekt har vært å akseptere betydelige mengder minstevannføring i det påvirkede elvestrekket, da vannkraft er et sekundært formål ved flomtunnelsystemet.

For dette har fire mulige inntakssteder blitt vurdert, med kostnadsestimater for konstruksjon og produksjonssimuleringer for å finne deres økonomiske potensial. To inntakssteder, Sælatunga og Åssårhagen, ble funnet å ikke ha økonomisk potensial når man kjørte simuleringer med en minstevannføring på 2 $m^3/s$ (16\% av $Q_{m}$). De to andre inntaksstedene, Nørdre Holen og Åmothaugen, ble funnet å ha økonomisk potensial.

Nørdre Holen var økonomisk fordelaktig for minstevannføringer på 2 og 4 m^3/s (16% og 33% av Q_m) ved bruk av moderate til svært positive prisscenarier, 6 m^3/s (49% av Q_m) ved bruk av høy-moderate til svært positive prisscenarier, og 8 m^3/s (66% av Q_m) ved bruk av svært positive prisscenarier.

Åmothaugen var økonomisk fordelaktig for minstevannføringer på 2, 4 og 6 m^3/s (17%, 33% og 50% av Q_m) ved bruk av moderate til svært positive prisscenarier, 8 m^3/s (67% av Q_m) ved bruk av høy-moderate til svært positive prisscenarier, og 10 m^3/s (84% av Q_m) ved bruk av svært positive prisscenarier.

Miljøvurderinger ble utført ved bruk av IHA-metoden for et inntak ved Åmothaugen, ved å sammenlignende vannføringen før implementering av vannkraft, med en antatt eksisterende flomtunnel, og etter implementering av vannkraft. Resultatene fra IHA-analysen viste større påvirkninger ved drift av pelton-turbiner, og at minstevannføring og turbinens kapasitet har betydelig innvirkning på hydrologiske endringer, og favoriserer høy minstevannføring og lav turbinkapasitet.

De månedlige vannføringsmengdene reduseres betydelig etter implementering av vannkraft, spesielt i perioder med forventet høyere vannføring, og for lav minstevannføring. De årlige maksimale verdiene med kortere varighet påvirkes i liten grad, mens det er en klar reduksjon av de 30-dagers og 90-dagers årlige maksimum. Antallet høye puls-hendelser og gjennomsnittlig varighet av disse reduseres, i større grad for lavere minstevannføring og turbinkapasiteter, og mer moderat for høyere minstevannføring og turbinkapasiteter. Hastigheten på vannføringens reduksjon og økning reduseres, noe også antallet på økning og reduksjon i vannføringen gjør. Generelt reduseres gjennomsnittlig vannføring i perioder med vanligvis høy vannføring, og variasjonen i vannføringen er mer stabil, med lavere antall og varighet på høye pulser.

Finna ser ut til å være et potensielt sted for bygging av en flomtunnel i kombinasjon med vannkraftproduksjon, som samtidig aksepterer en betydelig mengde minstevannføring.

This thesis is investigating the economic potential, and environmental aspects, of combining hydropower production in a planned flood tunnel in the river Finna, diverting water passed the village of Vågåmo. A key aspect has been to accept considerable amounts of minimum discharge in the by-pass section, as the hydropower aspect is a secondary purpose of the flood tunnel system.

For this, four possible intake sites have been considered, estimating their costs of construction and simulating their production, finding their economic potential. Two intake sites, Sælatunga and Åssårhagen, were found to have no economic potential when running simulations with a minimum discharge of 2 m^3/s (16% of Q_m). The two other intake sites, Nørdre Holen and Åmothaugen, were found to have economic potential.

Nørdre Holen were economically beneficial for minimum discharges of 2 and 4 m^3/s (16% and 33% of $Q_{m}$) considering moderate to highly positive price scenarios, of 6 m^3/s (49% of Q_m) considering high-moderate to highly positive price scenarios, and of 8 m^3/s (66% of Q_m) considering highly positive price scenarios.

Åmothaugen were economically beneficial for minimum discharges of 2, 4 and 6 m^3/s (17%, 33% and 50% of Q_m) considering moderate to highly positive price scenarios, of 8 m^3/s (67% of Q_m) considering high-moderate to highly positive price scenarios, and of 10 m^3/s (84% of Q_m) considering highly positive price scenarios.

Environmental assessments were done, using the IHA-method for an intake at Åmothaugen, comparing the discharge pre-implementation of hydropower, assuming an existing flood tunnel, and post-implementation of hydropower. The results from the IHA analysis showed greater impacts when running pelton turbines, and that minimum discharge and turbine capacity have significant affection on the hydrologial alteration, favoring high minimum discharge and low turbine capacities.

The monthly discharge magnitudes are reduced significantly after implementation of hydropower, especially for periods of expected higher flows, and for low minimum discharge. The shorter duration annual maximums are affected in a small degree, while there is a clear reduction of the 30-day and 90-day annual maximums. The high pulse count and mean duration are also reduced, strongly for the lower minimum discharge and turbine capacities, and more moderat for the higher minimum discharge and turbine capacities. The fall and rise rates and counts are also reduced, but in a very small degree for the rise. In general, the average flow is reduced during the periods with regularly higher flow, and the fluctuation of the flow is more stable, with lower amount and magnitude of pulses.

Finna looks to be a potential location for the construction of a flood tunnel in combination with hydropower production, accepting a considerable amount of minimum discharge.