Hochwasserschutzrahmen für Umspannwerke des nationalen Netzes im Vereinigten Königreich

Im Vereinigten Königreich befinden sich mehrere Umspannwerke in Überschwemmungsgebieten. Umspannwerke spielen eine zentrale Rolle im Energieversorgungsnetz. Wenn Überschwemmungen auftreten, können diese ausfallen, was zu kaskadierenden Auswirkungen auf andere Sektoren wie Wasserversorgung, Gesundheitswesen, Verkehr, Kommunikation und Rettungsdienste führt. Starke Winde gehen oft mit Überschwemmungen einher und können weitere Auswirkungen auf das Verteilungsnetz haben, z. B. das Entfernen von Masten und Drähten.

Der Ausfall der Stromversorgung kann weitreichende Auswirkungen auf das Leben der Menschen sowie umfassendere wirtschaftliche Auswirkungen haben, die die indirekten Auswirkungen von Überschwemmungen erheblich verstärken. Die vorübergehende Überschwemmung im Sommer 2007 führte dazu, dass etwa eine halbe Million Menschen keinen Zugang zur Energieversorgung hatten. Die Gesamtkosten dieser Veranstaltung wurden auf über 3,2 Milliarden Pfund geschätzt. Eine Schätzung der wirtschaftlichen Kosten von Winterüberschwemmungen (2015 bis 2016) im Energiesektor (hauptsächlich Verteilung) beträgt 83 Mio. £ (niedrige 75 Mio. £ - hohe 91 Mio. £ zu Preisen von 2015).

Es wird erwartet, dass der Klimawandel das Hochwasserrisiko verschlimmert und die Intensität und Häufigkeit von Hochwasserereignissen erhöht.

Das National Grid Substation Flood Defence Framework ist ein landesweites Programm, das darauf abzielt, die Widerstandsfähigkeit des Stromübertragungsnetzes gegen jede Art von Überschwemmungen (Fluss-, Gezeiten-, Pluvial- und Grundwasserüberschwemmungen sowie potenzielle Überschwemmungen aus Kanalisationen und Abflüssen und Überschwemmungen aufgrund von Stauseenausfällen) zu verbessern. Das spezifische Ziel der im Rahmen dieses Programms durchgeführten Anpassungsmaßnahmen besteht darin, die Umspannwerke der nationalen Netze vor Überschwemmungen zu schützen, indem verhindert wird, dass Wasser in diese Infrastrukturen gelangt, wodurch das Risiko für die Versorgungssicherheit verringert und sichergestellt wird, dass das Übertragungsnetz die Stromversorgung aufrechterhält.

Unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Klimawandels, die in einem Szenario mit hohen Emissionen (UKCP09, entsprechend dem SRES-A1FI-Szenario des IPCC) bis 2080 erwartet werden, wurden Maßnahmen ermittelt und konzipiert, um den Schutz vor einem 1:1000-jährigen Hochwasserereignis zu gewährleisten. In Fällen, in denen dieses Ziel nicht erreichbar ist, wird National Grid diesen Schutz verringern, um ein Hochwasserereignis von 1:200 Jahren zu schützen, wobei die Auswirkungen des Klimawandels bis 2050 je nach einem Szenario mit hohen Emissionen oder einem Hochwasserereignis von 1:1000 auf dem heutigen Niveau berücksichtigt werden.

Der Ansatz zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Netzumspannwerke gegen Überschwemmungen bestand aus zwei Schritten. Der erste Schritt konzentrierte sich auf die Bewertung der Anfälligkeit und des Hochwasserrisikos. Unter Berücksichtigung der erwarteten Auswirkungen des Klimawandels gemäß dem hohen UKCP09-Emissionsszenario wurden Umspannwerke identifiziert, die von einem 1:100-Jahres-, 1:200-Jahres-, 1:1000-Jahres- und 1:1000-Jahres-Überschwemmungsereignis betroffen sind. Der zweite Schritt befasst sich mit der Identifizierung, Konzeption und Umsetzung von Hochwasserschutzlösungen für jedes der kritischen Umspannwerke. Dieser Schritt wurde in zwei Phasen umgesetzt. In der ersten Stufe wurden 11 Umspannwerke mit hohem Risiko identifiziert und geschützt; Dies sind Umspannwerke, die während eines 1:100-jährigen Hochwasserereignisses Auswirkungen haben könnten. Die zweite Stufe konzentriert sich auf den Schutz weiterer 38 Umspannwerke mit mittlerem Risiko; Dies sind Umspannwerke, die im Falle eines 1:200-Jahres- oder 1:1000-Jahres-Hochwasserereignisses Auswirkungen haben könnten. Das Programm begann 2008 und bis 2021 werden alle 49 kritischen Umspannwerke von National Grid (hohes und mittleres Risiko) überschwemmungssicher sein. Weitere schätzungsweise 100 Oberflächenwasserrisikostandorte werden bis 2026 geschützt.

Angewandte Hochwasserresilienzlösungen bestehen aus Kombinationen folgender Praktiken: Überschwemmungsbarrieren; tragbare Hochwasserschutzmaßnahmen; Erdbunde; Überschwemmungstüren und -tore; Entwässerungssysteme und Pumpstationen; Hochwasserspeicher; Maßnahmen auf der Grundlage der Landbewirtschaftung; und koordinierte lokale Lösungen mit der Umweltagentur.

Für größere Standorte mit mehreren Risikopunkten ist der gesamte Standortschutz, der die oben genannten Maßnahmen kombiniert, oft der bevorzugte und effiziente Ansatz, um sicherzustellen, dass das gesamte Betriebsgebiet vor Überschwemmungsgefahren geschützt bleibt. Dies beinhaltet in der Regel den Bau einer harten Überschwemmungswand um den Umfang des Geländes. Dies wurde beispielsweise bei der Umspannstation Walham angewendet, die sich etwas außerhalb von Gloucester in Südwestengland befindet, wo Stahlpfähle um den 1 km langen Umfang des Geländes in den Boden gesteckt wurden, um eine Basis für die Verteidigungsmauer zu bilden. Als nächstes wurde eine Betonguss-Flutmauer zwischen 1,6 und 1,9 m Höhe gebaut, um das Gelände vor einem Überschwemmungsereignis von 1: 1.000 Jahren zu schützen. Fünf Pumpstationen wurden auch installiert, um mögliche Versickerung oder einen Resteintritt von Hochwasser zu bewältigen. Ein weiteres Beispiel ist das Umspannwerk Stella South, das sich in der Nähe des Flusses Tyne in Newburn befindet und einen Betrieb von 132 kV aufweist. Dieses Umspannwerk wurde durch eine harte Hochwasserbarriere und einen weichen Erdschutzbund aus lokalen Materialien geschützt, um die ökologischen Auswirkungen des Baus zu reduzieren. Das Umspannwerk Aberthaw westlich von Cardiff in Südwales ist ein drittes Beispiel. Dieses 132-kV-Umspannwerk ist jetzt durch eine 2,4 m hohe Hochwassermauer aus Beton geschützt.

Der gesamte Standortschutz ist jedoch nicht immer der beste Ansatz, da er das Überschwemmungsgebiet für die Wasserspeicherung verringern und das Hochwasser auf das Gelände benachbarter Häuser umleiten kann. Unter der Voraussetzung, dass die kritische Ausrüstung von Hochwasser unberührt bleibt, kann der Standort auch dann in Betrieb bleiben, wenn der Teil des Standorts Überschwemmungen ausgesetzt ist.

In der Erkenntnis, dass Überschwemmungsrisiken nicht sofort gemindert würden, kaufte National Grid ein anfängliches 1,7 km langes demontierbares Barrieresystem und weitete dieses nach den Überschwemmungsereignissen in den Jahren 2014 bis 2015 auf 2,3 km aus. Mit dieser 2,3 km langen mobilen Verteidigungsausrüstung können mehrere Standorte gleichzeitig geschützt werden: ein sehr großer Standort; oder zwei große Standorte; oder drei Seiten normaler Größe. Derzeit gibt es sieben Anhänger, die in drei Paaren angeordnet sind (der siebte Anhänger trägt zusätzliche Ecken und Ausrüstung), die unabhängig mit einem eigenen Gabelstapler und einer Dieselversorgung für Pumpen betrieben werden können. Die Barriere ist auch für Gasstandorte verfügbar und könnte bei ausreichender Mobilisierungs- und Installationszeit an jedem Standort genutzt werden. 12 x 3.000 Liter Pumpen, die 3 Tonnen pro Minute pumpen können, sind Teil der Barriereausrüstung und werden durch weitere 10 kleinere Pumpen für den Einsatz in kleineren Bereichen wie Gebäuden usw. ergänzt. Barriereübungen werden regelmäßig durchgeführt.

National Grid überwacht witterungsbedingte Risiken rund um die Uhr durch seinen Kontrollraum. Ihre Standorte sind beim Hochwasserwarnsystem der Umweltagentur registriert und erhalten die täglichen Warnungen des Hochwasserprognosezentrums und der Naturgefahrenpartnerschaft. National Grid ist ein teilnehmendes Mitglied des Hochwasservorhersagezentrums und der Arbeitsgruppen der Natural Hazards Partnership, und Daten des MET-Büros und andere Wettervorhersagen werden auf potenzielle Risiken überwacht.

Der National Grid Flood Defence Framework wird nur auf die Stromübertragung angewendet und zur Umsetzung von ETR 138 entwickelt. Die Risikobewertungen wurden von einer Reihe professioneller Beratungsunternehmen durchgeführt. Während der Phasen der Vulnerabilitätsbewertung und der Konzeption von Hochwassermaßnahmen arbeitete National Grid eng mit der britischen Umweltagentur, Natural Resources of Wales, lokalen Behörden, Internal Drainage Boards und ihren Energiepartnern im Rahmen des ETR 138 zusammen. Darüber hinaus hat National Grid bei der Entwicklung des auf ETR 138 basierenden Rahmens die Genehmigung für die Verteidigungspläne des Ministeriums für Wirtschaft, Energie und Industriestrategie (BEIS) und unseres Regulators, Office of Gas and Electricity Markets (Ofgem), beantragt.

Erfolgsfaktoren für die Umsetzung der Anpassungsmaßnahmen im Rahmen des nationalen Hochwasserschutzrahmens für Umspannwerke sind eine klare Vision, klare Zielresilienzniveaus, eine starke Führungsrolle sowie eine gute Zusammenarbeit und Partnerschaft mit lokalen und nationalen Behörden. Da BEIS und Ofgem Unterzeichner sind und an der Erstellung und Aktualisierung des ETR 138 beteiligt sind, hat dies den Prozess der Finanzierung gestrafft und die Investitionen in die Hochwasserresilienz gerechtfertigt.

Lokal relevante einschränkende Faktoren können andere Sektoren einschließen, die nicht auf ein so hohes Resilienzniveau hinarbeiten. Da Überschwemmungsdaten, Modellierung und Erfahrungen aus tatsächlichen Überschwemmungsereignissen ständig reifen und verfeinert werden, schafft dies eine herausfordernde Situation, um ein Zielniveau von 1: 1.000 Widerstandsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Es gibt mehrere Beispielstandorte, an denen der Hochwasserpegel entweder gestiegen oder gesunken ist, was sich dann auf die Lösung der Hochwasserresilienz ausgewirkt hat.

Die Gesamtkosten für die Umsetzung der ersten Phase des National Grid Substation Flood Defence Framework belaufen sich auf rund 117 Millionen Pfund, wobei zusätzliche 59 Millionen Pfund für weitere Investitionen in Resilienz für Oberflächenwasserrisiken erwartet werden. Die Ausgaben für demontierbare Verteidigungsanlagen werden auf 2,5 bis 3 Mio. GBP geschätzt und umfassen den Einsatz sowohl für Übungen als auch für reale Veranstaltungen.

Erwartete Vorteile sind der Schutz vor Überschwemmungen von Umspannwerken des nationalen Netzes und die Aufrechterhaltung der Energieversorgung, wodurch Kaskadeneffekte auf andere Sektoren und Dienstleistungen verhindert werden.

Die wichtigsten rechtlichen Triebkräfte für die Anpassungsmaßnahmen, die Teil des nationalen Hochwasserschutzrahmens für Umspannwerke sind, sind die Hochwasserrisikoverordnung (2009), die Teil des Umsetzungsprozesses der EU-Hochwasserrichtlinie ist, und das britische Klimaschutzgesetz (2008), einschließlich der regelmäßigen Berichtspflichten nach Sektoren.

Die Hochwasserrisikoverordnung von 2009 verpflichtet die lokalen Hochwasserbehörden (LLFAs), die Umweltbehörde und Natural Resources Wales, Hochwasserrisikomanagementpläne (FRMPs) in einem Sechsjahreszyklus auszuarbeiten und zu veröffentlichen. Das UK Climate Change Act fordert, dass National Grid regelmäßig über Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel berichtet. Diese Bewertung und Berichterstattung haben auch dazu geführt, dass National Grid mit Hochwasserschutzmaßnahmen fortfährt.

Das National Grid Substation Flood Defence Framework wurde 2008 ins Leben gerufen. Die Umsetzung des Hochwasserschutzes vor Gezeiten- und Flussrisiken wird voraussichtlich bis 2021 abgeschlossen sein. Wenn jedoch Effizienzgewinne bei der Koordinierung der Arbeiten mit den großen Standortentwicklungs- und Umweltagenturen ermittelt wurden, wird eine kleine Anzahl von Standorten über dieses Datum hinausgehen. Weitere Investitionen in Oberflächenwasserrisiken werden im regulatorischen Berichtszeitraum 2021 bis 2026 getätigt.

Das National Grid Substation Flood Defence Framework umfasst eine Vielzahl spezifischer Maßnahmen, von denen jede eine bestimmte Lebensdauer hat. Im Allgemeinen liegt die Lebensdauer zwischen 30 und 80 Jahren. Das nationale Netz betrachtet Überschwemmungsrisiken als langfristiges Anpassungsproblem und wird eine häufige Überprüfung und Wachsamkeit erfordern.

Douglas Dodds
Environmental Engineer
National Grid Electricity Transmission
E-mail: douglas.dodds@nationalgrid.com 
Tel.: +44 (0)7825 385425