Устойчиви на изменението на климата преносни, разпределителни мрежи и услуги за електроенергия

Срутването на захранващите кабели причинява временна загуба на енергия за потребителите и води до допълнителни разходи за ремонт за доставчиците на електроенергия. Бурите могат да повредят електропроводите и по този начин да причинят прекъсвания на електрозахранването и прекъсвания на електрозахранването чрез пряко или непряко въздействие (напр. падащи дървета). Освен това бурите могат да увеличат скоростта на светкавиците, допълнителна причина за прекъсвания на електрозахранването чрез повреда на електропроводите. Падането на дърветата, причинено от няколко фактора, включително силни ветрове, натрупване на вода в почвата (което води до по-лесно изкореняване), натрупване на сняг или осветление, може да има същия резултат. Въпреки това степента, в която валежите и ветровите бури причиняват падането на дърветата, зависи от възрастта и обиколката на въпросните дървета. Натрупването и последващото натрупване на сняг по преносните и разпределителните линии, особено при наличие на висока влажност и температури около 0 °C (т.нар. „мокър сняг“), може да доведе до счупване на електропроводи и срутване на електропреносни кули с високо напрежение.

Подземното окабеляване позволява адаптиране на електропреносните и електроразпределителните системи към изменението на климата, тъй като защитава ключова част от инфраструктурата от гореспоменатите въздействия на изменението на климата. Монтирането на подземно окабеляване включва три преобладаващи техники: поставяне на кабели в бетонни корита, поставяне на кабелите в подземни тунели или директно заравяне на кабелите.

Чрез поставяне на кабели под земята могат да бъдат избегнати повечето от неблагоприятните метеорологични условия, на които са изложени традиционните преносни инфраструктури. Това до голяма степен се отнася до валежите и бурите. Подземното окабеляване може да облекчи изискването за допълнителни и по-чести инвестиции в поддръжката и ремонта на преносната инфраструктура. Очакваните ползи включват по-сигурни енергийни доставки с по-малко случаи на прекъсвания на електрозахранването, свързани с метеорологичните условия, като същевременно се постигат икономии на разходи в дългосрочен план поради намалената поддръжка и ремонти.

Бурите не са единствената свързана с климата опасност, която засяга електроенергийните мрежи. Много високите температури на околната среда, като например тези, които се появяват по време на горещи вълни, застрашават преноса и разпределението, тъй като могат да причинят увисване на линиите; намаленото им освобождаване от земята може да бъде опасно за широката общественост. Увисването може да доведе и до контакт с дървета и други структури, което може да доведе до токов удар или пожари. Повечето европейски държави са въвели разпоредби за поддържане на минимално разстояние между електропроводите и земята или структурите, за да се гарантира, че се избягват потенциални случаи на токов удар или пожари. По-високите температури на околната среда изискват електрическият ток, който преминава през въздушните електропроводи, да бъде намален, за да се предотврати прегряването на оборудването. По-топлите електропроводи също могат да доведат до намалена ефективност (понижаване на рейтинга). Тези въздействия увеличават рисковете от аварии, прекъсвания на електрозахранването и каскадни повреди на мрежата, което има отрицателни последици за рентабилността на засегнатите комунални услуги и за благосъстоянието на засегнатото население. Тези въздействия се утежняват от нарастващото търсене на електроенергия, което се дължи и на увеличеното използване на климатици. Вариантите за адаптиране за справяне с тези въздействия включват:

• Инсталиране на по-високи стълбове на електропроводите,
• Инсталиране на проводници с по-горещи експлоатационни граници или прилагане на използването на проводници с ниско налягане.
• Увеличаването на минималната проектна температура на новите въздушни линии е особено рентабилен вариант, чието постигане обикновено би увеличило проектната височина на дървените стълбове с 0,5 метра.
• Разработване на софтуерен инструмент за оптимизиране на рейтингите на въздушните линии.

В случай на оптимизиране на софтуера, всички опции в този клас включват инсталиране или промяна на инфраструктурата на място, в градски, промишлени, селски и природни райони. Поради това взаимодействието на заинтересованите страни на местно равнище (със собствениците на земя, местните органи и широката общественост) по маршрутите на инсталираните/модернизираните мрежи е от решаващо значение, за да се гарантира социалната приемливост и навременното и икономически ефективно разгръщане на инфраструктурите. За подземните кабели координацията с други кабелни предприятия може да намали икономическите разходи и да сведе до минимум неудобството за местните общности, като ограничи продължителността на дейностите по копаене до абсолютния минимум.

Подземното окабеляване зависи от наличието на правилната технология и ноу-хау по отношение на инсталирането, мониторинга и управлението. Сътрудничеството с други структури за подземно окабеляване, като телекомуникационните компании, спомага за свеждане до минимум на смущенията за населението чрез изкопни дейности, а поделянето на разходите за изкопни дейности намалява разходите, поемани от всеки субект. Въпреки че подземното окабеляване може да бъде изложено на нови климатични опасности, по-специално от наводнения и движения на почвата, свързани със свлачища, досега тези рискове остават хипотетични. Изкопните работи, дължащи се на други дейности по строителство или поддръжка, представляват ключов риск от повреда на инсталираните подземни кабели. Този риск може да бъде намален чрез прилагане на дигитализация и ГИС технология към подземните кабели, за да се информират багерите за местоположението на подземните кабели.

Основната разлика между подземните и надземните кабели е начинът, по който се осигурява електрическа изолация. Надземните кабели са изолирани от въздуха, който ги заобикаля, най-евтиното и най-просто изолационно решение. Подземните кабели трябва да бъдат изолирани, за да се избегнат загубите на електроенергия и рисковете от токов удар чрез пряк контакт с почвата. Електрическото съпротивление, генерирано от изолацията, генерира топлина и следователно загуби при преноса. Това изисква по-големи и/или множество кабели, за да се компенсират загубите, и охладителна система (принудителна вентилация, вода или газове) за разсейване на топлината. Подземните кабели трябва да бъдат заровени в окопите, да бъдат защитени от случайни повреди и да бъдат достъпни с лекота, когато е необходима поддръжка. Като цяло това води до по-голямо използване на земята от подземни кабели в сравнение с надземните кабели по време на монтажа, въпреки че веднъж погребани, използването на земята и визуалните въздействия, които генерират, са значително по-ниски.

Поддръжката на подземни кабели е много по-сложна и скъпа от тази на въздушните кабели: „ако възникне повреда на подземен кабел 400 kV, той е средно в неработно състояние за период, 25 пъти по-дълъг от въздушните линии 400 kV. Това се дължи главно на дългото време, необходимо за локализиране, изкопаване и извършване на технически необходими ремонти. Тези дейности по поддръжка и ремонт също струват значително повече“ (National Grid, 2015 г.).

И накрая, съществуват технически ограничения за използването на земята в близост до кабели, специфични за подземните линии. Освен необходимостта от резервиране на земя, за да се осигури достъп до линиите за целите на поддръжката, съществуват и ограничения за засаждането на дървета и живи плетове над кабелите или в рамките на 3 m от кабелния изкоп, за да се предотврати навлизането на растителност. Корените на дърветата могат да проникнат в обкръжението на кабела, което от своя страна може да повлияе на рейтинга на кабела или дори да доведе до физическо увреждане на кабела. Подобно на въздушните линии, растежът на дърветата се обезсърчава и контролира под проводниците на въздушната линия или на разстояния, където дърветата могат да паднат върху линиите. Ще има и ограничения за височината на машините или особено високите превозни средства, като например селскостопанско оборудване, в близост до надземните линии от съображения за безопасност. В градските райони земната повърхност, използвана за заровени кабели, далеч надвишава тази, която се изисква за еквивалентно оценена въздушна линия. В миналото кабелите са били насочвани под пътища, за да се избегне изваждането на земя от алтернативно използване; въпреки това смущенията в движението по време на разследване на неизправности и ремонти могат да бъдат значителни. Когато кабелите се монтират чрез директно заравяне в селските райони, съществуват ограничения за използването на селскостопанско оборудване за дълбоко отглеждане, за да се избегне рискът от повреда. Заравянето на кабели с високо напрежение също е по-сложно от полагането на газови и водопроводни тръби. Освен това на всеки 500—1000 m трябва да се изграждат подземни съвместни заливи, които са с бетонна облицовка и са по-широки от самите окопи.

За осигуряване на климатичната устойчивост на въздушните кабели от решаващо значение е подробното познаване на бъдещите местни климатични условия с висока разделителна способност, за да се планират необходимите интервенции. Ясно предимство на получаването на най-точните сценарии за въздушни кабели е свързано с разбирането до каква степен те могат да продължат да бъдат валиден вариант. Ако се очаква екстремните събития да засегнат значително зоните, в които са инсталирани или планирани надземни кабелни мрежи, в крайна сметка може да се обмисли преминаване към подземно окабеляване. Дори при по-малко екстремни обстоятелства идентифицирането на маршрутите, които ще бъдат изложени в най-малка степен в бъдеще на горепосочените заплахи за надземното окабеляване, може да помогне за планирането на бъдещото развитие на мрежата.

Освен преките бъдещи въздействия върху климата както за подземните, така и за въздушните мрежи, е важно да се получи информация за бъдещите пазарни условия, при които ще работят операторите на преносни системи (ОПС) и операторите на разпределителни системи (ОРС).

По принцип разходите за експлоатация на подземни кабели са приблизително същите като тези за въздушните кабели (National Grid, 2015 г.). Капиталовите разходи, свързани с изграждането на подземни линии, обаче са много по-високи от тези за надземни кабели. Алонсо и Грийнуел (2013 г.) отчитат 4 до 14 пъти по-високи разходи за изграждане на подземни кабели въз основа на проучване от 2011 г. на Комисията за обществени услуги на Уисконсин. Действителните разходи обаче зависят от геоложките и географските характеристики на трасето на кабелите, метода на инсталиране (разходите за инсталиране на тунела са по-големи от преките заравяния), преносния капацитет на линията и избраните варианти за изолиране и охлаждане на подземните кабели.

Повдигането на височината на стълбовете е сравнително евтино: проучване на случай на въздушни линии в Обединеното кралство съобщава, че разходите за закупуване на дървени въздушни стълбове с височина 0,5 метра зависят от височината на оригиналния стълб, но те могат да бъдат едва около 10 британски лири (11 евро) на стълб.

За въздушните кабели специфичните национални норми във всяка страна от ЕС регулират максималната височина на стълбовете и минималното разстояние от земята.

Изграждането на въздушни или подземни електропроводи е подчинено на националните разпоредби за издаване на разрешителни, както и на всяка друга голяма инфраструктура. Съществуват редица специфични екологични недостатъци, които трябва да бъдат взети предвид в процеса на издаване на разрешителни. В селските райони трябва да се направи оценка на нарушаването на флората и фауната, земеползването и археологическите обекти. В това отношение въздушните линии обикновено са по-малко разрушителни от подземните кабели и причиняват по-малко смущения. В конкретни случаи обаче подземните кабели могат да окажат значително положително въздействие върху някои застрашени видове; например те могат да намалят смъртността, дължаща се на сблъсъци на електропроводи в мигриращи или пребиваващи популации от птици (Bernardino et al., 2018 г.). Както в градската, така и в селската среда, прекъсването на земята е по-голямо при полагане на подземни кабели, отколкото при издигане на надземни кули. Обемът на почвата, изкопана за подземен кабел, където са инсталирани два кабела на фаза, е около 14 пъти повече, отколкото за еквивалентен маршрут над въздушната линия. Растителността трябва да бъде разчистена по протежение и отстрани на окопите, за да се даде възможност за изграждане и свързан достъп на превозните средства.

Времето за изпълнение варира в зависимост от местните географски и геоложки условия и използвания метод на инсталиране. Въпреки това, той е значително по-дълъг за подземни кабели в сравнение с надземните кабели.

Кабелите, независимо дали са надземни или подземни, обикновено са проектирани да работят в продължение на 60 години. В проучване на конкретен случай в Обединеното кралство се съобщава, че очакваният експлоатационен срок на дървените стълбове, които поддържат въздушни линии, е сравним: 40-60 години.