Anpassungsoptionen für Stromübertragungs- und -verteilernetze und -infrastruktur

Kollabierende Stromkabel verursachen vorübergehenden Stromverlust für die Benutzer und führen zu zusätzlichen Reparationskosten für Stromanbieter. Stürme können Stromleitungen beschädigen und somit Stromausfälle und Stromausfälle durch direkte Auswirkungen oder indirekte Auswirkungen (z. B. fallende Bäume) verursachen. Darüber hinaus können Stürme die Blitzrate erhöhen, eine weitere Ursache für Stromausfälle durch Schäden an Stromleitungen. Baumfall, verursacht durch mehrere Faktoren, einschließlich starker Winde, Wasseransammlung im Boden (was zu einer leichteren Entwurzelung führt), Schneeansammlung oder Beleuchtung, kann das gleiche Ergebnis haben. Dennoch hängt das Ausmaß, in dem Niederschlag und Windstürme den Baumfall verursachen, vom Alter und Umfang der betreffenden Bäume ab. Die Akkumulation und anschließende Anhäufung von Schnee auf Übertragungs- und Verteilungsleitungen, insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturen um 0 °C (der sogenannte „Nassschnee“), kann zu Bruch der Stromleitungen und zum Zusammenbruch von Hochspannungsübertragungstürmen führen.

Die unterirdische Verkabelung ermöglicht die Anpassung von Stromübertragungs- und -verteilungssystemen an den Klimawandel, da sie einen wesentlichen Teil der Infrastruktur vor den genannten Auswirkungen des Klimawandels schützt. Die Installation der unterirdischen Verkabelung umfasst drei vorherrschende Techniken: Verkabelung in betonverstärkte Rinnen, Verlegung der Kabel in unterirdische Tunnel oder direkte Verlegung der Kabel.

Durch die Verkabelung unterirdisch können die meisten widrigen Wetterbedingungen, die traditionelle Übertragungsinfrastrukturen oberirdisch ausgesetzt sind, vermieden werden. Dies bezieht sich hauptsächlich auf Niederschlag und Windstürme. Die unterirdische Verkabelung kann die Forderung nach weiteren und häufigeren Investitionen in die Instandhaltung und Reparatur von Übertragungsinfrastrukturen mindern. Zu den erwarteten Vorteilen gehört eine sicherere Energieversorgung mit weniger wetterbedingten Stromausfällen und gleichzeitig Kosteneinsparungen auf lange Sicht durch reduzierte Wartung und Reparaturen.

Stürme sind nicht die einzigen klimabedingten Gefahren, die Stromnetze betreffen. Sehr hohe Umgebungstemperaturen, wie sie bei Hitzewellen auftreten, bedrohen die Übertragung und Verteilung, da sie dazu führen können, dass Leitungen abgesackt werden; ihre reduzierte Landräumung kann für die breite Öffentlichkeit gefährlich sein. Absacken kann auch zu Kontakt mit Bäumen und anderen Strukturen führen, was zu Stromschlägen oder Bränden führen könnte. Die meisten europäischen Länder haben Vorschriften zur Aufrechterhaltung eines Mindestabstands zwischen Stromleitungen und Boden oder Strukturen, um sicherzustellen, dass potenzielle Fälle von Stromschlägen oder Bränden vermieden werden. Höhere Umgebungstemperaturen erfordern, dass der elektrische Strom, der durch Oberleitungen fließt, reduziert werden muss, um eine Überhitzung der Geräte zu verhindern. Wärmere Stromleitungen können auch zu einem verminderten Wirkungsgrad (De-Rating) führen. Diese Auswirkungen erhöhen das Risiko von Unfällen, Stromausfällen und kaskadierenden Netzausfällen, was sich negativ auf die Rentabilität der beteiligten Versorgungsunternehmen und das Wohlergehen der betroffenen Bevölkerung auswirkt. Diese Auswirkungen werden durch den steigenden Strombedarf verstärkt, auch aufgrund des verstärkten Einsatzes von Klimaanlagen. Anpassungsmöglichkeiten zur Bewältigung dieser Auswirkungen umfassen:

• Installation höherer Stromleitungen Pole,
• Montage von Leitern mit heißeren Betriebsgrenzen oder Durchführung der Verwendung von „low-sag“-Leitern.
• Die Erhöhung der minimalen Auslegungstemperatur neuer Oberleitungsstrecken ist eine besonders kostengünstige Option, deren Erreichung in der Regel die Konstruktionshöhe von Holzmasten um 0,5 Meter erhöhen würde.
• Entwicklung eines Softwaretools zur Optimierung der Oberleitungsbewertungen.

IPCC -Kategorien

Strukturell und physisch: Design- und bautechnische Optionen, Strukturell und physisch: technologische Optionen

Stakeholderbeteiligung

Alle Optionen in dieser Klasse beinhalten die Installation oder Änderung von Infrastrukturen vor Ort, in städtischen, industriellen, ländlichen und natürlichen Gebieten. Die Interaktion der Interessenträger auf lokaler Ebene (mit Grundstückseigentümern, lokalen Behörden und der breiten Öffentlichkeit) entlang der Strecken der installierten/aufgerüsteten Netze ist daher von entscheidender Bedeutung, um die soziale Akzeptanz und den rechtzeitigen und kostengünstigen Ausbau der Infrastrukturen zu gewährleisten. Bei unterirdischen Kabeln kann die Koordinierung mit anderen Verkabelungseinheiten die wirtschaftlichen Kosten senken und die Belästigung für die lokalen Gemeinschaften minimieren, indem die Dauer der Grabarbeiten auf das bloße Minimum begrenzt wird.

Erfolgsfaktoren und Hemmnisse

Die unterirdische Verkabelung ist abhängig von der Verfügbarkeit der richtigen Technologie und des Know-hows in Bezug auf Installation, Überwachung und Management. Die Zusammenarbeit mit anderen unterirdischen Verkabelungseinrichtungen, wie z. B. Telekommunikationsunternehmen, trägt dazu bei, Störungen der Bevölkerung durch Grabarbeiten zu minimieren, und die Kostenteilung des Grabvorgangs reduziert die Kosten, die von den einzelnen Unternehmen getragen werden. Obwohl die unterirdische Verkabelung neuen Klimagefahren ausgesetzt sein könnte, insbesondere durch Überschwemmungen und Bodenbewegungen im Zusammenhang mit Erdrutschen, bleiben diese Risiken bislang hypothetisch. Die Ausgrabung aufgrund anderer Bau- oder Wartungstätigkeiten stellt ein wesentliches Risiko für Schäden an installierten Erdkabeln dar. Dieses Risiko kann durch den Einsatz von Digitalisierung und GIS-Technologie auf Erdkabel reduziert werden, um Bagger über den Standort von Erdkabeln zu informieren.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen unterirdischen und oberirdischen Kabeln ist die Art und Weise, wie elektrische Isolierung bereitgestellt wird. Oberleitungskabel sind isoliert durch die Luft, die sie umgibt, die billigste und einfachste Isolierungslösung zur Verfügung. Erdkabel müssen isoliert werden, um Stromverluste und -risiken durch direkten Kontakt mit dem Boden zu vermeiden. Der durch die Isolierung erzeugte elektrische Widerstand erzeugt Wärme und damit Übertragungsverluste. Dies erfordert größere und/oder mehrere Kabel, um die Verluste zu kompensieren und ein Kühlsystem (gezwungene Lüftung, Wasser oder Gase) zur Ableitung von Wärme. Unterirdische Kabel müssen in Gräben vergraben werden, um vor versehentlichen Schäden geschützt zu werden und leicht zugänglich zu werden, wenn Wartungsarbeiten erforderlich sind. Insgesamt führt dies zu einer größeren Nutzung von Land durch unterirdische Kabel im Vergleich zu Oberleitungskabeln während der Installation, obwohl die Landnutzung und die visuellen Auswirkungen, die sie erzeugen, erheblich geringer sind.

Die Wartung von Erdkabeln ist viel komplexer und kostspieliger als die von Oberleitungskabeln: „wenn ein Fehler an einem 400-kV-Erdkabel auftritt, ist er im Durchschnitt 25-mal länger als 400 kV-Freileitungen außer Betrieb. Dies ist vor allem auf die lange Zeit zurückzuführen, die benötigt wird, um technisch bedingte Reparaturen zu finden, auszugraben und durchzuführen. Diese Wartung und Reparaturen kosten auch deutlich mehr“ (National Grid, 2015).

Schließlich gibt es technische Einschränkungen für die Landnutzung in der Nähe von Kabeln, die für U-Bahnen spezifisch sind. Neben der Notwendigkeit, einige Flächen zu reservieren, um den Zugang zu den Leitungen für Wartungszwecke zu sichern, gibt es auch Einschränkungen beim Pflanzen von Bäumen und Hecken über die Kabel oder innerhalb von 3 m des Kabelgrabens, um Eindringungen durch die Vegetation zu verhindern. Baumwurzeln können in die Kabelrückfüllumrandung eindringen, was wiederum die Kabelbewertung beeinträchtigen oder sogar zu einer physischen Beschädigung des Kabels führen kann. In ähnlicher Weise wird das Wachstum von Bäumen unter den Oberleitungsleitern oder in Entfernungen, in denen Bäume auf die Linien fallen könnten, entmutigt und kontrolliert. Es wird auch Höhenbeschränkungen für Maschinen oder besonders hohe Fahrzeuge, wie z. B. landwirtschaftliche Geräte, in der Nähe von Freileitungen aus Sicherheitsgründen geben. In städtischen Gebieten übersteigt die Landfläche, die für vergrabene Kabel verwendet wird, weit diejenige, die für eine gleichwertige Freileitung erforderlich ist. Kabel wurden in der Vergangenheit unter Straßen verlegt, um zu vermeiden, dass Land von alternativen Nutzungen abgezogen wird; Verkehrsstörungen bei Fehleruntersuchungen und -reparaturen können jedoch erheblich sein. Wenn Kabel durch direkte Bestattung in ländlichen Gebieten installiert werden, gibt es Einschränkungen bei der Verwendung von landwirtschaftlichen Tiefbaugeräten, um das Risiko von Schäden zu vermeiden. Das Vergraben von Hochspannungskabeln ist auch komplizierter als die Verlegung von Gas- und Wasserleitungen. Darüber hinaus müssen unterirdische Fugenbuchten, die betoniert sind und breiter als die Gräben selbst sind, alle 500 bis 1 000 m gebaut werden.

Für die Klimasicherheit von Oberleitungskabeln ist ein detailliertes Wissen über zukünftige lokale Klimabedingungen in hoher Auflösung entscheidend, um die notwendigen Eingriffe zu planen. Ein klarer Vorteil der Gewinnung der genauesten Szenarien für Oberleitungskabel hängt mit dem Verständnis zusammen, inwieweit sie weiterhin eine gültige Option sein können. Wenn Extremereignisse die Bereiche, in denen Oberleitungsnetze installiert oder geplant sind, erheblich beeinflussen werden, kann schließlich ein Umstieg auf die unterirdische Verkabelung in Betracht gezogen werden. Selbst unter weniger extremen Umständen kann die Identifizierung der Routen, die in Zukunft den oben genannten Bedrohungen der Overhead-Verkabelung am wenigsten ausgesetzt sind, bei der Planung zukünftiger Netzwerkentwicklung helfen.

Neben direkten zukünftigen Klimaauswirkungen, sowohl für U-Bahn- als auch für Freileitungen, ist es wichtig, Einblicke in die zukünftigen Marktbedingungen zu erhalten, unter denen Übertragungsnetzbetreiber (TSOs) und Verteilernetzbetreiber (DSO) betrieben werden.

Kosten und Nutzen

Im Allgemeinen kostet der Betrieb von unterirdischen Kabeln in etwa das gleiche wie bei Oberleitungskabeln (National Grid, 2015). Allerdings sind die Kapitalkosten im Zusammenhang mit dem Bau von unterirdischen Leitungen viel höher als die für Oberleitungskabel. Alonso und Greenwell (2013) berichten vier- bis 14-mal höhere Baukosten für unterirdische Kabel, basierend auf einer Studie der Public Service Commission of Wisconsin aus dem Jahr 2011. Die tatsächlichen Kosten hängen jedoch von den geologischen und geografischen Merkmalen der Kabelroute, der Installationsmethode (Tunnelinstallationskosten mehr als die direkte Beerdigung), der Übertragungskapazität der Leitung und den gewählten Optionen für die Isolierung und Kühlung von Erdkabeln ab.

Die Erhöhung der Polhöhe ist relativ preiswert: eine Fallstudie zu Freileitungen in Großbritannien berichtet, dass die Kosten für die Beschaffung von Holzmasten 0,5 Meter höher von der Höhe des ursprünglichen Pfostens abhängen, aber sie können nur etwa 10 £ (11 EUR) pro Pol betragen.

Rechtliche Aspekte

Bei Oberleitungskabeln regeln spezifische nationale Normen in jedem EU-Land die maximale Höhe der Pfosten und den minimalen Freiraum vom Boden.

Der Bau von oberirdischen oder unterirdischen Stromleitungen ist wie jede andere wichtige Infrastruktur den nationalen Genehmigungsvorschriften untergeordnet. Es gibt eine Reihe spezifischer Umweltnachteile, die im Genehmigungsverfahren berücksichtigt werden müssen. In ländlichen Gebieten müssen Störungen von Flora und Fauna, Landnutzung und archäologischen Stätten bewertet werden. In dieser Hinsicht sind Freileitungen in der Regel weniger störend als unterirdische Kabel und verursachen weniger Störungen. In bestimmten Fällen können Erdkabel jedoch erhebliche positive Auswirkungen auf einige gefährdete Arten haben; zum Beispiel können sie die Sterblichkeit aufgrund von Stromleitungenkollisionen in Migranten- oder ansässigen Vogelpopulationen verringern (Bernardino et al., 2018). In städtischen und ländlichen Umgebungen ist Landunterbrechung beim Verlegen von unterirdischen Kabeln größer als bei der Errichtung von Oberleitungstürmen. Das Volumen des für ein unterirdisches Kabel ausgegrabenen Bodens, bei dem zwei Kabel pro Phase installiert werden, ist etwa 14-mal höher als bei einer gleichwertigen Oberleitungsstrecke. Die Vegetation muss entlang und an der Seite der Gräben geräumt werden, um den Bau und den damit verbundenen Zugang für Fahrzeuge zu ermöglichen.

Umsetzungszeitraum

Die Umsetzungszeit variiert je nach lokalen geografischen und geologischen Bedingungen und der verwendeten Installationsmethode. Allerdings ist es bei Erdkabeln im Vergleich zu Oberkabeln deutlich länger.

Lebensdauer

Kabel, ob oben oder unterirdisch, sind in der Regel für 60 Jahre in Betrieb. Eine britische Fallstudie berichtet, dass die erwartete Lebensdauer von Holzmasten, die Freileitungen unterstützen, vergleichbar ist: 40-60 Jahre.

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