Επιλογές προσαρμογής για τα δίκτυα και τις υποδομές μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Η κατάρρευση των ηλεκτρικών καλωδίων προκαλεί προσωρινή απώλεια ισχύος στους χρήστες και επιφέρει πρόσθετο κόστος αποκατάστασης για τους παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας. Οι καταιγίδες μπορούν να βλάψουν τα ηλεκτροφόρα καλώδια και, ως εκ τούτου, να προκαλέσουν διακοπές ρεύματος και διακοπές ρεύματος, μέσω άμεσης ή έμμεσης πρόσκρουσης (π.χ. πτώση δέντρων). Επιπλέον, οι καταιγίδες μπορούν να αυξήσουν το ρυθμό των αστραπών, μια περαιτέρω αιτία διακοπών ρεύματος μέσω ζημιών στις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας. Η πτώση δέντρων, που προκαλείται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των ισχυρών ανέμων, της συσσώρευσης νερού στο έδαφος (η οποία έχει ως αποτέλεσμα τον ευκολότερο ξεριζωμό), της συσσώρευσης χιονιού ή του φωτισμού, μπορεί να έχει το ίδιο αποτέλεσμα. Ωστόσο, ο βαθμός στον οποίο οι βροχοπτώσεις και οι ανεμοθύελλες προκαλούν πτώση των δένδρων εξαρτάται από την ηλικία και την περίμετρο των εν λόγω δένδρων. Η συσσώρευση και η επακόλουθη συσσώρευση χιονιού στις γραμμές μεταφοράς και διανομής, ιδίως παρουσία υψηλής υγρασίας και θερμοκρασιών γύρω στους 0 °C (το λεγόμενο «υγρό χιόνι»), μπορεί να προκαλέσει θραύση των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και κατάρρευση των πύργων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης.

Η υπόγεια καλωδίωση επιτρέπει την προσαρμογή των συστημάτων μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας στην κλιματική αλλαγή, δεδομένου ότι προστατεύει ένα βασικό τμήμα της υποδομής από τις προαναφερθείσες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Η εγκατάσταση της υπόγειας καλωδίωσης περιλαμβάνει τρεις κυρίαρχες τεχνικές: τοποθέτηση καλωδίωσης σε γούρνες οπλισμένες με σκυρόδεμα, τοποθέτηση των καλωδίων σε υπόγειες σήραγγες ή άμεση ταφή των καλωδίων.

Με την τοποθέτηση καλωδίωσης υπόγεια, μπορούν να αποφευχθούν οι περισσότερες από τις δυσμενείς καιρικές συνθήκες στις οποίες εκτίθενται οι παραδοσιακές υποδομές μεταφοράς. Αυτό αναφέρεται σε μεγάλο βαθμό σε βροχοπτώσεις και ανεμοθύελλες. Η υπόγεια καλωδίωση μπορεί να μετριάσει την απαίτηση για περαιτέρω και συχνότερες επενδύσεις στη συντήρηση και τις επισκευές των υποδομών μεταφοράς. Τα αναμενόμενα οφέλη περιλαμβάνουν ασφαλέστερο ενεργειακό εφοδιασμό με λιγότερες περιπτώσεις διακοπών ρεύματος που σχετίζονται με τις καιρικές συνθήκες, ενώ παράλληλα επιτυγχάνουν εξοικονόμηση κόστους μακροπρόθεσμα λόγω μειωμένης συντήρησης και επισκευών.

Οι καταιγίδες δεν είναι ο μόνος κίνδυνος που σχετίζεται με το κλίμα και επηρεάζει τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, όπως αυτές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των κυμάτων καύσωνα, απειλούν τη μετάδοση και τη διανομή, καθώς μπορούν να προκαλέσουν χαλάρωση των γραμμών. η μειωμένη απομάκρυνσή τους από τη γη μπορεί να είναι επικίνδυνη για το ευρύ κοινό. Η χαλάρωση μπορεί επίσης να οδηγήσει σε επαφή με δέντρα και άλλες δομές, οι οποίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ηλεκτροπληξία ή πυρκαγιές. Οι περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες έχουν θεσπίσει κανονισμούς για τη διατήρηση ελάχιστης απόστασης μεταξύ των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και του εδάφους ή των κατασκευών, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι αποφεύγονται πιθανές περιπτώσεις ηλεκτροπληξίας ή πυρκαγιών. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος απαιτούν τη μείωση του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από εναέριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, ώστε να αποφεύγεται η υπερθέρμανση του εξοπλισμού. Τα θερμότερα ηλεκτροφόρα καλώδια μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε μειωμένη απόδοση (απομείωση). Οι επιπτώσεις αυτές αυξάνουν τους κινδύνους ατυχημάτων, διακοπών ρεύματος και αλυσιδωτών βλαβών του δικτύου, με αρνητικές επιπτώσεις στην κερδοφορία των εμπλεκόμενων υπηρεσιών κοινής ωφέλειας και στην ευημερία του πληγέντος πληθυσμού. Οι επιπτώσεις αυτές επιδεινώνονται από την αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, μεταξύ άλλων λόγω της αυξημένης χρήσης κλιματισμού. Οι επιλογές προσαρμογής για την αντιμετώπιση αυτών των επιπτώσεων περιλαμβάνουν:

• Εγκατάσταση των υψηλότερων πόλων γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος,
• Εγκατάσταση αγωγών με θερμότερα όρια λειτουργίας ή εφαρμογή της χρήσης αγωγών «χαμηλού σάκου».
• Η αύξηση της ελάχιστης θερμοκρασίας σχεδιασμού των νέων εναέριων γραμμών είναι μια ιδιαίτερα οικονομικά αποδοτική επιλογή, η επίτευξη της οποίας θα αύξανε συνήθως το ύψος σχεδιασμού των ξύλινων στύλων κατά 0,5 μέτρα.
• Ανάπτυξη ενός εργαλείου λογισμικού για τη βελτιστοποίηση των αξιολογήσεων εναέριας γραμμής.

Στην περίπτωση της βελτιστοποίησης λογισμικού, όλες οι επιλογές σε αυτή την κατηγορία περιλαμβάνουν την εγκατάσταση ή την τροποποίηση υποδομών στο έδαφος, σε αστικές, βιομηχανικές, αγροτικές και φυσικές περιοχές. Ως εκ τούτου, η αλληλεπίδραση των ενδιαφερόμενων μερών σε τοπικό επίπεδο (με τους ιδιοκτήτες γης, τις τοπικές αρχές και το ευρύ κοινό) κατά μήκος των διαδρομών των εγκατεστημένων/αναβαθμισμένων δικτύων είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της κοινωνικής αποδοχής και της έγκαιρης και οικονομικά αποδοτικής ανάπτυξης των υποδομών. Για τα υπόγεια καλώδια, ο συντονισμός με άλλους φορείς καλωδίωσης μπορεί να μειώσει το οικονομικό κόστος και να ελαχιστοποιήσει την όχληση των τοπικών κοινοτήτων, περιορίζοντας τη διάρκεια των δραστηριοτήτων εκσκαφής στο ελάχιστο.

Η υπόγεια καλωδίωση εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα της σωστής τεχνολογίας και τεχνογνωσίας όσον αφορά την εγκατάσταση, την παρακολούθηση και τη διαχείριση. Η συνεργασία με άλλους φορείς υπόγειας καλωδίωσης, όπως οι εταιρείες τηλεπικοινωνιών, συμβάλλει στην ελαχιστοποίηση των διαταραχών στους πληθυσμούς μέσω δραστηριοτήτων εκσκαφής και ο επιμερισμός του κόστους των εργασιών εκσκαφής μειώνει το κόστος που βαρύνει κάθε φορέα. Μολονότι η υπόγεια καλωδίωση θα μπορούσε να εκτεθεί σε νέους κλιματικούς κινδύνους, ιδίως από πλημμύρες και μετακινήσεις εδάφους που σχετίζονται με κατολισθήσεις, μέχρι στιγμής οι κίνδυνοι αυτοί παραμένουν υποθετικοί. Η εκσκαφή λόγω άλλης δραστηριότητας κατασκευής ή συντήρησης αποτελεί βασικό κίνδυνο βλάβης των εγκατεστημένων υπόγειων καλωδίων. Ο κίνδυνος αυτός μπορεί να μειωθεί με την εφαρμογή της ψηφιοποίησης και της τεχνολογίας GIS στα υπόγεια καλώδια, για την ενημέρωση των εκσκαφέων σχετικά με τη θέση των υπόγειων καλωδίων.

Μια σημαντική διαφορά μεταξύ υπόγειων και εναέριων καλωδίων είναι ο τρόπος παροχής ηλεκτρικής μόνωσης. Τα εναέρια καλώδια μονώνονται από τον αέρα που τα περιβάλλει, τη φθηνότερη και απλούστερη διαθέσιμη λύση μόνωσης. Τα υπόγεια καλώδια πρέπει να είναι μονωμένα για να αποφεύγονται οι απώλειες ισχύος και οι κίνδυνοι ηλεκτροπληξίας μέσω άμεσης επαφής με το έδαφος. Η ηλεκτρική αντίσταση που παράγεται από τη μόνωση παράγει θερμότητα και ως εκ τούτου απώλειες μετάδοσης. Αυτό απαιτεί μεγαλύτερα και/ή πολλαπλά καλώδια για την αντιστάθμιση των απωλειών και ένα σύστημα ψύξης (αναγκαστικός εξαερισμός, νερό ή αέρια) για τη διάχυση της θερμότητας. Τα υπόγεια καλώδια πρέπει να θάβονται σε χαρακώματα, να προστατεύονται από τυχαίες ζημιές και να είναι προσβάσιμα εύκολα όταν απαιτείται συντήρηση. Συνολικά, αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη χρήση γης από υπόγεια καλώδια σε σύγκριση με τα εναέρια καλώδια κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης, αν και μόλις θαφτούν, η χρήση γης και οι οπτικές επιπτώσεις που παράγουν είναι σημαντικά χαμηλότερες.

Η συντήρηση των υπόγειων καλωδίων είναι πολύ πιο περίπλοκη και δαπανηρή από εκείνη των εναέριων καλωδίων: «εάν παρουσιαστεί βλάβη σε υπόγειο καλώδιο 400 kV, είναι κατά μέσο όρο εκτός λειτουργίας για περίοδο 25 φορές μεγαλύτερη από τις εναέριες γραμμές 400 kV. Αυτό οφείλεται κυρίως στο μεγάλο χρονικό διάστημα που απαιτείται για τον εντοπισμό, την ανασκαφή και την ανάληψη τεχνικά εμπλεκόμενων επισκευών. Η συντήρηση και οι επισκευές αυτές κοστίζουν επίσης σημαντικά περισσότερο» (Εθνικό Δίκτυο, 2015).

Τέλος, υπάρχουν τεχνικοί περιορισμοί στη χρήση γης κοντά σε καλώδια ειδικά για υπόγειες γραμμές. Εκτός από την ανάγκη δέσμευσης ορισμένων εκτάσεων για την εξασφάλιση της πρόσβασης στις γραμμές για λόγους συντήρησης, υπάρχουν επίσης περιορισμοί στη φύτευση δένδρων και φρακτών πάνω από τα καλώδια ή σε απόσταση 3 μέτρων από την τάφρο καλωδίων για την πρόληψη της καταπάτησης από τη βλάστηση. Οι ρίζες των δέντρων μπορούν να διεισδύσουν στο περίβλημα του καλωδίου, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να επηρεάσει την αξιολόγηση του καλωδίου ή ακόμη και να οδηγήσει σε φυσική ζημιά στο καλώδιο. Ομοίως για τις εναέριες γραμμές, η ανάπτυξη δέντρων αποθαρρύνεται και ελέγχεται κάτω από τους αγωγούς εναέριων γραμμών ή σε αποστάσεις όπου τα δέντρα θα μπορούσαν να πέσουν στις γραμμές. Θα υπάρχουν επίσης περιορισμοί ύψους για μηχανήματα ή ιδιαίτερα οχήματα υψηλών προδιαγραφών, όπως ο γεωργικός εξοπλισμός, κοντά σε εναέριες γραμμές για λόγους ασφαλείας. Στις αστικές περιοχές, η επιφάνεια γης που χρησιμοποιείται για τα θαμμένα καλώδια υπερβαίνει κατά πολύ αυτήν που απαιτείται για μια ισοδύναμη εκτιμημένη εναέρια γραμμή. Τα καλώδια έχουν ιστορικά δρομολογηθεί κάτω από δρόμους για να αποφευχθεί η αφαίρεση γης από εναλλακτικές χρήσεις. ωστόσο, η διαταραχή της κυκλοφορίας κατά τη διάρκεια της έρευνας και των επισκευών μπορεί να είναι σημαντική. Όταν τα καλώδια εγκαθίστανται με άμεση ταφή σε αγροτικές περιοχές, υπάρχουν περιορισμοί στη χρήση γεωργικού εξοπλισμού βαθιάς καλλιέργειας για την αποφυγή του κινδύνου ζημιών. Η ταφή των καλωδίων υψηλής τάσης είναι επίσης πιο περίπλοκη από την τοποθέτηση σωλήνων αερίου και νερού. Επιπλέον, οι υπόγειοι κοινοί κόλποι, οι οποίοι είναι επενδυμένοι με σκυρόδεμα και ευρύτεροι από τα ίδια τα χαρακώματα, πρέπει να κατασκευάζονται κάθε 500-1.000 μέτρα.

Για τη θωράκιση των εναέριων καλωδίων έναντι της κλιματικής αλλαγής, η λεπτομερής γνώση των μελλοντικών τοπικών κλιματικών συνθηκών σε υψηλή ανάλυση είναι ζωτικής σημασίας για τον σχεδιασμό των αναγκαίων παρεμβάσεων. Ένα σαφές πλεονέκτημα της απόκτησης των ακριβέστερων σεναρίων για εναέρια καλώδια σχετίζεται με την κατανόηση του βαθμού στον οποίο μπορούν να συνεχίσουν να αποτελούν έγκυρη επιλογή. Εάν προβλέπεται ότι ακραία φαινόμενα θα επηρεάσουν σημαντικά τις περιοχές στις οποίες είναι εγκατεστημένα ή προγραμματίζονται εναέρια καλωδιακά δίκτυα, μπορεί τελικά να ληφθεί υπόψη η μετάβαση στην υπόγεια καλωδίωση. Ακόμη και σε λιγότερο ακραίες συνθήκες, ο εντοπισμός των διαδρομών που θα είναι οι λιγότερο εκτεθειμένες στο μέλλον στις προαναφερθείσες απειλές για την εναέρια καλωδίωση μπορεί να συμβάλει στον σχεδιασμό της μελλοντικής ανάπτυξης του δικτύου.

Εκτός από τις άμεσες μελλοντικές κλιματικές επιπτώσεις, τόσο για τα υπόγεια όσο και για τα εναέρια δίκτυα, είναι σημαντικό να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με τις μελλοντικές συνθήκες της αγοράς στις οποίες θα λειτουργούν οι διαχειριστές συστημάτων μεταφοράς (ΔΣΜ) και οι διαχειριστές συστημάτων διανομής (ΔΣΔ).

Γενικά, η λειτουργία των υπόγειων καλωδίων κοστίζει περίπου το ίδιο με τη λειτουργία των εναέριων καλωδίων (National Grid, 2015). Ωστόσο, το κόστος κεφαλαίου που σχετίζεται με την κατασκευή υπόγειων γραμμών είναι πολύ υψηλότερο από εκείνο των εναέριων καλωδίων. Οι Alonso και Greenwell (2013) αναφέρουν 4 έως 14 φορές υψηλότερο κόστος κατασκευής για υπόγεια καλώδια βάσει μελέτης του 2011 της Επιτροπής Δημόσιας Υπηρεσίας του Ουισκόνσιν. Ωστόσο, το πραγματικό κόστος εξαρτάται από τα γεωλογικά και γεωγραφικά χαρακτηριστικά της διαδρομής των καλωδίων, τη μέθοδο εγκατάστασης (η εγκατάσταση της σήραγγας κοστίζει περισσότερο από την άμεση ταφή), τη δυναμικότητα μεταφοράς της γραμμής και τις επιλογές που έχουν επιλεγεί για τη μόνωση και την ψύξη των υπόγειων καλωδίων.

Η αύξηση του ύψους του στύλου είναι σχετικά φθηνή: μια περιπτωσιολογική μελέτη για τις εναέριες γραμμές στο Ηνωμένο Βασίλειο αναφέρει ότι το κόστος προμήθειας ξύλινων εναέριων στύλων ύψους 0,5 μέτρων εξαρτάται από το ύψος του αρχικού στύλου, αλλά μπορεί να είναι τόσο μικρό όσο περίπου 10 λίρες στερλίνες (11 ευρώ) ανά στύλο.

Για τα εναέρια καλώδια, ειδικοί εθνικοί κανόνες σε κάθε χώρα της ΕΕ ρυθμίζουν το μέγιστο ύψος των πόλων και την ελάχιστη απόσταση από το έδαφος.

Η κατασκευή εναέριων ή υπόγειων γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υπόκειται στους εθνικούς κανονισμούς αδειοδότησης, όπως και κάθε άλλη σημαντική υποδομή. Υπάρχουν ορισμένα συγκεκριμένα περιβαλλοντικά μειονεκτήματα που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη διαδικασία αδειοδότησης. Στις αγροτικές περιοχές, πρέπει να αξιολογούνται οι διαταραχές στη χλωρίδα και την πανίδα, τη χρήση της γης και τους αρχαιολογικούς χώρους. Από την άποψη αυτή, οι εναέριες γραμμές είναι συνήθως λιγότερο αποδιοργανωτικές από τα υπόγεια καλώδια και προκαλούν λιγότερες διαταραχές. Ωστόσο, σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, τα υπόγεια καλώδια μπορούν να έχουν σημαντικό θετικό αντίκτυπο για ορισμένα απειλούμενα είδη· για παράδειγμα, μπορούν να μειώσουν τη θνησιμότητα λόγω συγκρούσεων γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε πληθυσμούς μεταναστευτικών ή διαμενόντων πτηνών (Bernardino et al., 2018). Τόσο σε αστικό όσο και σε αγροτικό περιβάλλον, η διατάραξη της γης είναι μεγαλύτερη κατά την τοποθέτηση υπόγειων καλωδίων παρά κατά την ανέγερση πύργων εναέριας γραμμής. Ο όγκος του εδάφους που ανασκάπτεται για ένα υπόγειο καλώδιο, όπου εγκαθίστανται δύο καλώδια ανά φάση, είναι περίπου 14 φορές μεγαλύτερος από ό, τι για μια ισοδύναμη διαδρομή εναέριας γραμμής. Η βλάστηση πρέπει να καθαρίζεται κατά μήκος και προς τα πλάγια των τάφρων, ώστε να είναι δυνατή η κατασκευή και η σχετική πρόσβαση των οχημάτων.

Ο χρόνος υλοποίησης ποικίλλει ανάλογα με τις τοπικές γεωγραφικές και γεωλογικές συνθήκες και τη μέθοδο εγκατάστασης που χρησιμοποιείται. Ωστόσο, είναι σημαντικά μακρύτερο για τα υπόγεια καλώδια σε σύγκριση με τα εναέρια καλώδια.

Τα καλώδια, είτε εναέρια είτε υπόγεια, σχεδιάζονται συνήθως για να είναι σε λειτουργία για 60 έτη. Μια μελέτη περίπτωσης στο Ηνωμένο Βασίλειο αναφέρει ότι η αναμενόμενη διάρκεια ζωής των ξύλινων στύλων που υποστηρίζουν εναέριες γραμμές είναι συγκρίσιμη: 40-60 χρόνια.