Možnosti přizpůsobení elektroenergetických přenosových a distribučních sítí a infrastruktury

Zhroucení napájecích kabelů způsobuje dočasnou ztrátu energie pro uživatele a přináší dodatečné náklady na opravu pro poskytovatele energie. Bouře mohou poškodit elektrické vedení, a tím způsobit výpadky proudu a výpadky proudu, a to přímým nebo nepřímým dopadem (např. padající stromy). Kromě toho mohou bouře zvýšit rychlost blesků, což je další příčinou výpadků elektrické energie v důsledku poškození elektrického vedení. Pád stromů, způsobený několika faktory, včetně silného větru, akumulace vody v půdě (což vede k snadnějšímu vykořenění), akumulace sněhu nebo osvětlení, může mít stejný výsledek. Rozsah, v jakém srážky a větrné bouře způsobují pád stromů, však závisí na stáří a obvodu dotčených stromů. Akumulace a následné narůstání sněhu na přenosových a distribučních vedeních, zejména za přítomnosti vysoké vlhkosti a teplot kolem 0 °C (tzv. „vlhký sníh“), může způsobit rozbití elektrických vedení a zhroucení vysokonapěťových přenosových věží.

Podzemní kabeláž umožňuje přizpůsobit přenosové a distribuční soustavy elektřiny změně klimatu, protože chrání klíčovou část infrastruktury před výše uvedenými dopady změny klimatu. Instalace podzemní kabeláže zahrnuje tři převažující techniky: umístění kabeláže do betonem vyztužených žlabů, umístění kabelů do podzemních tunelů nebo přímé zahrabání kabelů.

Umístěním kabeláže do podzemí lze zabránit většině nepříznivých povětrnostních podmínek, kterým jsou tradiční přenosové infrastruktury vystaveny nad zemí. Jedná se převážně o srážky a vichřice. Podzemní kabeláž může zmírnit požadavek na další a častější investice do údržby a oprav přenosové infrastruktury. Očekávané přínosy zahrnují bezpečnější dodávky energie s menším počtem výpadků elektrické energie souvisejících s počasím a zároveň dosažení úspor nákladů v dlouhodobém horizontu díky snížené údržbě a opravám.

Bouře nejsou jediným rizikem souvisejícím s klimatem, které ovlivňuje elektrické sítě. Velmi vysoké okolní teploty, jako jsou ty, které se vyskytují během vln veder, ohrožují přenos a distribuci, protože mohou způsobit propad vedení; jejich snížená vzdálenost od půdy může být nebezpečná pro širokou veřejnost. Sagging může také vést ke kontaktu se stromy a jinými strukturami, což by mohlo mít za následek elektrický proud nebo požáry. Většina evropských zemí má zavedeny předpisy pro zachování minimální vzdálenosti mezi elektrickým vedením a zemí nebo konstrukcemi, aby se zabránilo možným případům zásahu elektrickým proudem nebo požárů. Vyšší okolní teploty vyžadují, aby elektrický proud, který prochází nadzemním elektrickým vedením, byl snížen, aby se zabránilo přehřátí zařízení. Teplejší elektrické vedení může také vést ke snížení účinnosti (de-rating). Tyto dopady zvyšují riziko nehod, výpadků elektřiny a kaskádových výpadků sítě, což má negativní dopad na ziskovost dotčených veřejných služeb a na dobré životní podmínky postiženého obyvatelstva. Tyto dopady jsou umocněny rostoucí poptávkou po elektřině, a to i v důsledku zvýšeného využívání klimatizace. Mezi možnosti přizpůsobení se těmto dopadům patří:

• instalace vyšších pólů elektrického vedení,
• Instalace vodičů s vyššími provozními limity nebo použití vodičů s nízkou propustností.
• Zvýšení minimální konstrukční teploty nových tratí trolejového vedení je obzvláště nákladově efektivní možností, jejíž dosažení by obvykle zvýšilo konstrukční výšku dřevěných sloupů o 0,5 metru.
• Vývoj softwarového nástroje pro optimalizaci hodnocení trolejového vedení.

Pokud jde o optimalizaci softwaru, všechny možnosti v této třídě zahrnují instalaci nebo úpravu infrastruktury v terénu, v městských, průmyslových, venkovských a přírodních oblastech. Interakce zúčastněných stran na místní úrovni (s vlastníky půdy, místními orgány a širokou veřejností) na trasách instalovaných/modernizovaných sítí má proto zásadní význam pro zajištění společenské přijatelnosti a včasného a nákladově efektivního zavádění infrastruktur. U podzemních kabelů může koordinace s jinými subjekty kabeláže snížit ekonomické náklady a minimalizovat obtěžování místních komunit tím, že omezí dobu trvání kopání na naprosté minimum.

Podzemní kabeláž je závislá na dostupnosti správné technologie a know-how, pokud jde o instalaci, monitorování a správu. Spolupráce s dalšími subjekty podzemní kabeláže, jako jsou telekomunikační společnosti, pomáhá minimalizovat rušení obyvatel prostřednictvím kopání a sdílení nákladů na kopání snižuje náklady, které každý subjekt nese. Ačkoli by podzemní kabeláž mohla být vystavena novým klimatickým rizikům, zejména v důsledku povodní a pohybů půdy v souvislosti se sesuvy půdy, tato rizika jsou dosud hypotetická. Výkopy v důsledku jiné stavební nebo údržbářské činnosti představují klíčové riziko poškození instalovaných podzemních kabelů. Toto riziko lze snížit použitím digitalizace a technologie GIS na podzemní kabely, aby byla rypadla informována o umístění podzemních kabelů.

Hlavním rozdílem mezi podzemními a nadzemními kabely je způsob, jakým je zajištěna elektrická izolace. Nadzemní kabely jsou izolovány vzduchem, který je obklopuje, což je nejlevnější a nejjednodušší dostupné izolační řešení. Podzemní kabely musí být izolovány, aby se zabránilo ztrátám energie a riziku zásahu elektrickým proudem přímým kontaktem s půdou. Elektrický odpor generovaný izolací vytváří teplo a tím i přenosové ztráty. To vyžaduje větší a/nebo více kabelů, které by kompenzovaly ztráty, a chladicí systém (nucené větrání, voda nebo plyny), který by odváděl teplo. Podzemní kabely musí být pohřbeny v zákopech, chráněny před náhodným poškozením a snadno přístupné v případě potřeby údržby. Celkově to vede k většímu využití půdy podzemními kabely ve srovnání s nadzemními kabely během instalace, ačkoli jakmile jsou pohřbeny, využití půdy a vizuální dopady, které vytvářejí, jsou výrazně nižší.

Údržba podzemních kabelů je mnohem složitější a nákladnější než údržba nadzemních kabelů: „Pokud dojde k poruše podzemního kabelu 400 kV, je v průměru mimo provoz po dobu 25krát delší než nadzemní vedení 400 kV. Důvodem je především dlouhá doba potřebná k lokalizaci, vykopání a provedení technicky potřebných oprav. Tato údržba a opravy rovněž stojí výrazně více“ (National Grid, 2015).

V neposlední řadě existují technická omezení pro využívání půdy v blízkosti kabelů specifických pro podzemní vedení. Kromě nutnosti vyhradit některé pozemky pro zajištění přístupu k tratím pro účely údržby existují také omezení týkající se výsadby stromů a živých plotů přes kabely nebo do 3 m od kabelového příkopu, aby se zabránilo pronikání vegetace. Kořeny stromů mohou proniknout do okolí zásypu kabelu, což může ovlivnit hodnocení kabelu nebo dokonce vést k fyzickému poškození kabelu. Podobně u nadzemních vedení je odrazován a kontrolován růst stromů pod vodiči nadzemního vedení nebo ve vzdálenostech, kde by stromy mohly spadnout na vedení. V blízkosti nadzemního vedení budou z bezpečnostních důvodů rovněž existovat výšková omezení pro strojní zařízení nebo zvláště vysoká vozidla, jako je zemědělské zařízení. V městských oblastech půdorys používaný pro zapuštěné kabely daleko přesahuje půdorys požadovaný pro nadzemní vedení s rovnocenným hodnocením. Kabely byly historicky vedeny pod silnicemi, aby se zabránilo odečtení pozemků z alternativních využití; nicméně narušení dopravy během vyšetřování poruch a oprav může být významné. Pokud jsou kabely instalovány přímým zakopáním ve venkovských oblastech, existují omezení týkající se používání hlubokého obdělávání zemědělských strojů, aby se zabránilo riziku poškození. Zahrabání vysokonapěťových kabelů je také komplikovanější než pokládka plynových a vodních potrubí. Kromě toho musí být každých 500–1 000 m postaveny podzemní společné zátoky, které jsou betonově lemované a širší než samotné zákopy.

Pro zajištění odolnosti nadzemních kabelů vůči změně klimatu má pro plánování nezbytných zásahů zásadní význam podrobná znalost budoucích místních klimatických podmínek při vysokém rozlišení. Jasná výhoda získání nejpřesnějších scénářů pro nadzemní kabely souvisí s pochopením, do jaké míry mohou být i nadále platnou volbou. Pokud se předpokládá, že extrémní události významně ovlivní oblasti, ve kterých jsou instalovány nebo plánovány nadzemní kabelové sítě, může být nakonec zvážen přechod na podzemní kabeláž. I za méně extrémních okolností může identifikace tras, které budou v budoucnu nejméně vystaveny výše uvedeným hrozbám pro nadzemní kabeláž, pomoci při plánování budoucího rozvoje sítě.

Kromě přímých budoucích dopadů na klima v případě podzemních i nadzemních sítí je důležité získat přehled o budoucích tržních podmínkách, v nichž budou provozovatelé přenosových soustav a provozovatelé distribučních soustav působit.

Obecně platí, že provoz podzemních kabelů stojí zhruba stejně jako provoz nadzemních kabelů (National Grid, 2015). Kapitálové náklady spojené s výstavbou podzemních vedení jsou však mnohem vyšší než náklady na nadzemní kabely. Alonso a Greenwell (2013) uvádějí čtyřikrát až čtrnáctkrát vyšší náklady na výstavbu podzemních kabelů na základě studie Komise pro veřejné služby ve Wisconsinu z roku 2011. Skutečné náklady však závisí na geologických a zeměpisných vlastnostech trasy kabelů, způsobu instalace (náklady na instalaci tunelu jsou vyšší než přímé zakopání), přenosové kapacitě vedení a zvolených možnostech izolace a chlazení podzemních kabelů.

Zvedání výšky sloupu je relativně levné: případová studie o nadzemních vedeních ve Velké Británii uvádí, že náklady na pořízení dřevěných nadzemních sloupů o 0,5 metru vyšších závisí na výšce původního sloupu, ale mohou být jen kolem 10 liber (11 EUR) na sloup.

Pokud jde o nadzemní kabely, konkrétní vnitrostátní normy v každé zemi EU upravují maximální výšku sloupů a minimální světlou výšku nad zemí.

Výstavba nadzemního nebo podzemního elektrického vedení podléhá vnitrostátním povolovacím předpisům stejně jako jakákoli jiná významná infrastruktura. V povolovacím řízení je třeba zohlednit řadu konkrétních nedostatků v oblasti životního prostředí. Ve venkovských oblastech musí být posouzeno narušení flóry a fauny, využívání půdy a archeologických nalezišť. V tomto ohledu jsou trolejová vedení obvykle méně rušivá než podzemní kabely a způsobují méně rušení. Ve zvláštních případech však mohou mít podzemní kabely významný pozitivní dopad na některé ohrožené druhy; mohou například snížit úmrtnost způsobenou srážkami elektrického vedení v populacích migrujících nebo rezidentních ptáků (Bernardino et al., 2018). V městském i venkovském prostředí je narušení půdy větší při pokládání podzemních kabelů než při stavbě věží nadzemního vedení. Objem vytěžené zeminy pro podzemní kabel, kde jsou instalovány dva kabely na fázi, je přibližně 14krát větší než u ekvivalentní tratě nadzemního vedení. Vegetace musí být vyčištěna podél a po stranách zákopů, aby se umožnila výstavba a související přístup pro vozidla.

Doba realizace se liší v závislosti na místních geografických a geologických podmínkách a použité metodě instalace. U podzemních kabelů je však ve srovnání s nadzemními kabely podstatně delší.

Kabely, ať už nadzemní nebo podzemní, jsou obvykle navrženy tak, aby byly v provozu po dobu 60 let. Případová studie ve Spojeném království uvádí, že očekávaná životnost dřevěných tyčí, které podporují nadzemní vedení, je srovnatelná: 40-60 let.