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

Εκτός από την περίπτωση της βελτιστοποίησης του λογισμικού, όλες οι επιλογές σε αυτή την κατηγορία περιλαμβάνουν την εγκατάσταση ή την τροποποίηση υποδομών στο έδαφος, σε αστικές, βιομηχανικές, αγροτικές και φυσικές περιοχές. 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 επομένως ζωτικής σημασίας προκειμένου να διασφαλιστεί η κοινωνική αποδοχή και η έγκαιρη και οικονομικά αποδοτική ανάπτυξη των υποδομών. Για τα υπόγεια καλώδια, ο συντονισμός με άλλους φορείς καλωδίωσης μπορεί να μειώσει το οικονομικό κόστος και να ελαχιστοποιήσει την ενόχληση των τοπικών κοινοτήτων, περιορίζοντας στο ελάχιστο τη διάρκεια των δραστηριοτήτων εκσκαφής.

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 της εκσκαφής μειώνει το κόστος που βαρύνει κάθε οντότητα. Παρόλο που η υπόγεια καλωδίωση θα μπορούσε να εκτεθεί σε νέους κλιματικούς κινδύνους, ιδίως από τις πλημμύρες και τις μετακινήσεις του εδάφους που σχετίζονται με κατολισθήσεις, 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 των υπόγειων και των εναέριων καλωδίων είναι ο τρόπος παροχής ηλεκτρικής μόνωσης. Τα εναέρια καλώδια είναι μονωμένα από τον αέρα που τα περιβάλλει, τη φθηνότερη και απλούστερη λύση μόνωσης που διατίθεται. Τα υπόγεια καλώδια πρέπει να είναι μονωμένα για να αποφεύγονται οι απώλειες ισχύος και οι κίνδυνοι ηλεκτροπληξίας μέσω της άμεσης επαφής με το έδαφος. Η ηλεκτρική αντίσταση που παράγεται από τη μόνωση παράγει θερμότητα και ως εκ τούτου απώλειες μετάδοσης. Αυτό απαιτεί μεγαλύτερα ή/και πολλαπλά καλώδια για την αντιστάθμιση των απωλειών και ένα σύστημα ψύξης (αναγκασμένος εξαερισμός, νερό ή αέρια) για τη διάχυση της θερμότητας. Τα υπόγεια καλώδια πρέπει να θάβονται στα χαρακώματα, να προστατεύονται από τυχαίες ζημιές και να είναι προσβάσιμα με ευκολία 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 θαφτεί, η χρήση γης και οι οπτικές επιπτώσεις που προκαλούν είναι σημαντικά χαμηλότερες.

Η συντήρηση των υπόγειων καλωδίων είναι πολύ πιο περίπλοκη και δαπανηρή από αυτή των εναέριων καλωδίων: «εάν προκύψει 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 εκσκαφή και την εκτέλεση τεχνικών επισκευών. Αυτές οι εργασίες συντήρησης και επισκευής κοστίζουν σημαντικά περισσότερο» (National Grid, 2015).

Τέλος, υπάρχουν τεχνικοί περιορισμοί στη χρήση γης κοντά σε ειδικά καλώδια για τις υπόγειες γραμμές. Εκτός από την ανάγκη δέσμευσης ορισμένων εκτάσεων για να εξασφαλιστεί η πρόσβαση στις γραμμές για λόγους συντήρησης, υπάρχουν επίσης περιορισμοί στη φύτευση δέντρων και φρακτών πάνω από τα καλώδια ή σε απόσταση 3 μέτρων από την τάφρο καλωδίων για να αποφευχθεί η καταπάτηση από τη βλάστηση. Οι ρίζες δέντρων μπορούν να διαπεράσουν το περίγραμμα του καλωδίου, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να επηρεάσει την εκτίμηση του καλωδίου ή ακόμη και να οδηγήσει σε φυσική βλάβη στο καλώδιο. Ομοίως, για τις εναέριες γραμμές, η ανάπτυξη των δέντρων αποθαρρύνεται και ελέγχεται κάτω από τους αγωγούς εναέριας γραμμής ή σε αποστάσεις όπου τα δέντρα θα μπορούσαν να πέσουν στις γραμμές. Θα υπάρξουν επίσης περιορισμοί ύψους για μηχανήματα ή ιδιαίτερα υψηλά οχήματα, όπως ο γεωργικός εξοπλισμός, κοντά σε εναέριες γραμμές για λόγους ασφαλείας. Στις αστικές περιοχές, η χερσαία επιφάνεια που χρησιμοποιείται για τα θαμμένα καλώδια υπερβαίνει κατά πολύ αυτή που απαιτείται για μια ισοδύναμη εναέρια γραμμή. Τα καλώδια έχουν δρομολογηθεί ιστορικά σε δρόμους για να αποφευχθεί η αφαίρεση γης από εναλλακτικές χρήσεις· ωστόσο, η διακοπή της κυκλοφορίας κατά τη διάρκεια της διερεύνησης σφαλμάτων και των επισκευών μπορεί να είναι σημαντική. Όταν τα καλώδια εγκαθίστανται με άμεση ταφή στις αγροτικές περιοχές, υπάρχουν περιορισμοί στη χρήση γεωργικού εξοπλισμού βαθιάς καλλιέργειας για να αποφευχθεί ο κίνδυνος βλάβης. Η ταφή των καλωδίων υψηλής τάσης είναι επίσης πιο περίπλοκη από την τοποθέτηση των σωλήνων αερίου και νερού. Επιπλέον, οι υπόγειοι κοινοί κόλποι, οι οποίοι είναι επενδεδυμένοι από σκυρόδεμα και είναι ευρύτεροι από τα χαρακώματα, πρέπει να κατασκευάζονται κάθε 500-1,000 m.

Για τη θωράκιση των εναέριων καλωδίων έναντι του κλίματος, 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 πιο ακριβών σεναρίων για τα εναέρια καλώδια σχετίζεται με την κατανόηση του βαθμού στον οποίο μπορούν να συνεχίσουν να αποτελούν έγκυρη επιλογή. Εάν τα ακραία συμβάντα προβλέπεται να επηρεάσουν σημαντικά τις περιοχές στις οποίες εγκαθίστανται ή προγραμματίζονται τα εναέρια καλωδιακά δίκτυα, μπορεί τελικά να ληφθεί υπόψη η μετάβαση σε υπόγεια καλωδίωση. Ακόμη και σε λιγότερο ακραίες συνθήκες, ο εντοπισμός των διαδρομών που πρόκειται να είναι οι λιγότερο εκτεθειμένοι στο μέλλον στις προαναφερθείσες απειλές για την εναέρια καλωδίωση μπορεί να βοηθήσει στο 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 συγκεντρωθούν πληροφορίες σχετικά με τις μελλοντικές συνθήκες της αγοράς υπό τις οποίες θα λειτουργούν οι διαχειριστές συστημάτων μεταφοράς (ΔΣΜ) και οι διαχειριστές συστημάτων διανομής (ΔΣΔ).

Σε γενικές γραμμές, η λειτουργία των υπόγειων καλωδίων κοστίζει περίπου το ίδιο με εκείνη των εναέριων καλωδίων (National Grid, 2015). Ωστόσο, οι κεφαλαιουχικές δαπάνες που σχετίζονται με την κατασκευή υπόγειων γραμμών είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες των εναέριων καλωδίων. ΟιAlonso και Greenwell (2013) αναφέρουν 4 έως 14 φορές υψηλότερο κόστος κατασκευής για υπόγεια καλώδια βάσει μελέτης του 2011 της Επιτροπής Δημόσιας Υπηρεσίας του Ουισκόνσιν. Το πραγματικό κόστος, ωστόσο, εξαρτάται από τα γεωλογικά και γεωγραφικά χαρακτηριστικά της διαδρομής των καλωδίων, τη μέθοδο εγκατάστασης (η εγκατάσταση της σήραγγας κοστίζει περισσότερο από την άμεση ταφή), την ικανότητα μετάδοσης της γραμμής και τις επιλογές που επιλέγονται για τη μόνωση και την ψύξη των υπόγειων καλωδίων.

Η αύξηση του ύψους πόλων είναι σχετικά φθηνή: μια περιπτωσιολογική μελέτη σε εναέριες γραμμές στο Ηνωμένο Βασίλειο αναφέρει ότι το κόστος προμήθειας ξύλινων εναέριων πόλων ύψους 0,5 μέτρων εξαρτάται από το ύψος του αρχικού πόλου, αλλά μπορεί να είναι μόλις 10 λίρες στερλίνες (11 EUR) ανά πόλο.

Για τα εναέρια καλώδια, οι 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 κάθε άλλη σημαντική υποδομή. Υπάρχουν ορισμένα ειδικά περιβαλλοντικά μειονεκτήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διαδικασία αδειοδότησης. Στις αγροτικές περιοχές πρέπει να αξιολογείται η διατάραξη της χλωρίδας και της πανίδας, η χρήση της γης και οι αρχαιολογικοί χώροι. Από την άποψη αυτή, οι εναέριες γραμμές είναι συνήθως λιγότερο ενοχλητικές από τα υπόγεια καλώδια και προκαλούν λιγότερες διαταραχές. Ωστόσο, σε ειδικές περιπτώσεις, τα υπόγεια καλώδια μπορούν να έχουν σημαντικό θετικό αντίκτυπο σε ορισμένα απειλούμενα είδη· για παράδειγμα, μπορούν να μειώσουν τη θνησιμότητα λόγω συγκρούσεων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας σε πληθυσμούς πουλιών μεταναστών ή κατοίκων (Bernardino et al., 2018). Τόσο στα αστικά όσο και στα αγροτικά περιβάλλοντα, η διατάραξη της γης είναι μεγαλύτερη κατά την τοποθέτηση υπόγειων καλωδίων από ό, τι κατά την ανέγερση υπερυψωμένων πύργων γραμμών. 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 εναέρια γραμμή. Η βλάστηση πρέπει να καθαρίζεται κατά μήκος και προς την πλευρά 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 χρησιμοποιούμενη μέθοδο εγκατάστασης. Ωστόσο, είναι σημαντικά μακρύτερο για υπόγεια καλώδια σε σύγκριση με τα εναέρια καλώδια.

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