Opciones de adaptación para las redes e infraestructuras de transporte y distribución de electricidad

El colapso de los cables de alimentación causa una pérdida temporal de energía a los usuarios y genera costos de reparación adicionales para los proveedores de energía. Las tormentas pueden dañar las líneas eléctricas y, por lo tanto, causar cortes de energía y apagones, a través de un impacto directo o indirecto (por ejemplo, caída de árboles). Además, las tormentas pueden aumentar la tasa de destellos de rayos, una causa adicional de cortes de energía a través del daño a las líneas eléctricas. La caída de árboles, causada por varios factores, incluidos los fuertes vientos, la acumulación de agua en el suelo (lo que resulta en un desarraigo más fácil), la acumulación de nieve o la iluminación, puede tener el mismo resultado. Sin embargo, el grado en que las precipitaciones y las tormentas de viento causan la caída de árboles depende de la edad y la circunferencia de los árboles en cuestión. La acumulación y posterior acumulación de nieve en las líneas de transmisión y distribución, especialmente en presencia de alta humedad y temperaturas en torno a 0 °C (la denominada «nieve húmeda»), puede provocar la rotura de las líneas eléctricas y el colapso de las torres de transmisión de alta tensión.

El cableado subterráneo permite adaptar los sistemas de transmisión y distribución de electricidad al cambio climático, ya que protege una parte clave de la infraestructura de los impactos del cambio climático antes mencionados. La instalación de cableado subterráneo implica tres técnicas predominantes: colocar el cableado en canales reforzados con hormigón, colocar los cables en túneles subterráneos o enterrar directamente los cables.

Al colocar el cableado bajo tierra, se pueden evitar la mayoría de las condiciones climáticas adversas a las que las infraestructuras de transmisión tradicionales están expuestas sobre el suelo. Esto se refiere en gran medida a las precipitaciones y las tormentas de viento. El cableado subterráneo puede aliviar la necesidad de inversiones adicionales y más frecuentes en el mantenimiento y las reparaciones de la infraestructura de transmisión. Los beneficios esperados incluyen un suministro de energía más seguro con menos casos de cortes de energía relacionados con el clima, al tiempo que se logra un ahorro de costos a largo plazo debido a la reducción del mantenimiento y las reparaciones.

Las tormentas no son el único peligro relacionado con el clima que afecta a las redes eléctricas. Las temperaturas ambiente muy altas, como las que se producen durante las olas de calor, amenazan la transmisión y la distribución, ya que pueden hacer que las líneas se hundan; su menor espacio libre de la tierra puede ser peligroso para el público en general. La flacidez también puede resultar en contacto con árboles y otras estructuras, lo que podría resultar en electrocución o incendios. La mayoría de los países europeos tienen regulaciones para mantener una distancia mínima entre las líneas eléctricas y el suelo o las estructuras, con el fin de garantizar que se eviten posibles casos de electrocución o incendios. Las temperaturas ambiente más altas requieren que la corriente eléctrica que pasa a través de las líneas eléctricas aéreas se reduzca para evitar el sobrecalentamiento del equipo. Las líneas eléctricas más cálidas también pueden resultar en una disminución de la eficiencia (descalificación). Estos impactos aumentan los riesgos de accidentes, cortes de energía y fallas en la red en cascada, con implicaciones negativas para la rentabilidad de las empresas de servicios públicos involucradas y para el bienestar de la población afectada. Estos impactos se ven agravados por el aumento de la demanda de electricidad, también debido al aumento del uso del aire acondicionado. Las opciones de adaptación para hacer frente a estos impactos incluyen:

• Instalación de postes de líneas eléctricas más altas,
• Instalación de conductores con límites de funcionamiento más calientes o utilización de conductores de baja presión.
• El aumento de la temperatura mínima de diseño de las nuevas rutas aéreas es una opción particularmente rentable, cuyo logro normalmente aumentaría la altura de diseño de los postes de madera en 0,5 metros.
• Desarrollar una herramienta de software para optimizar las clasificaciones de líneas aéreas.

A excepción del caso de la optimización de software, todas las opciones de esta clase implican la instalación o modificación de infraestructuras sobre el terreno, en áreas urbanas, industriales, rurales y naturales. La interacción de las partes interesadas a nivel local (con los propietarios de tierras, las autoridades locales y el público en general) a lo largo de las rutas de las redes instaladas / mejoradas es, por lo tanto, crucial para garantizar la aceptabilidad social y el despliegue oportuno y rentable de las infraestructuras. Para los cables subterráneos, la coordinación con otras entidades de cableado puede reducir los costos económicos y minimizar las molestias para las comunidades locales al limitar la duración de las actividades de excavación al mínimo.

El cableado subterráneo depende de la disponibilidad de la tecnología y los conocimientos técnicos adecuados en cuanto a instalación, supervisión y gestión. La cooperación con otras entidades de cableado subterráneo, como las empresas de telecomunicaciones, ayuda a minimizar las perturbaciones a las poblaciones a través de actividades de excavación, y la participación en los costos de la operación de excavación reduce los costos asumidos por cada entidad. Aunque el cableado subterráneo podría estar expuesto a nuevos peligros climáticos, en particular por las inundaciones y los movimientos de suelo relacionados con los deslizamientos de tierra, hasta ahora estos riesgos siguen siendo hipotéticos. La excavación debido a otras actividades de construcción o mantenimiento representa un riesgo clave de daños a los cables subterráneos instalados. Este riesgo se puede reducir aplicando la digitalización y la tecnología GIS a los cables subterráneos, para informar a las excavadoras sobre la ubicación de los cables subterráneos.

Una diferencia importante entre los cables subterráneos y los cables aéreos es la forma en que se proporciona el aislamiento eléctrico. Los cables aéreos están aislados por el aire que los rodea, la solución de aislamiento más barata y sencilla disponible. Los cables subterráneos deben estar aislados para evitar pérdidas de energía y riesgos de electrocución a través del contacto directo con el suelo. La resistencia eléctrica generada por el aislamiento genera calor y, por lo tanto, pérdidas de transmisión. Esto requiere cables más grandes y/o múltiples para compensar las pérdidas y un sistema de refrigeración (ventilación forzada, agua o gases) para disipar el calor. Los cables subterráneos deben ser enterrados en zanjas, estar protegidos de daños accidentales y ser accedidos con facilidad cuando se necesita mantenimiento. En general, esto da como resultado un mayor uso de la tierra por cables subterráneos en comparación con los cables aéreos durante la instalación, aunque una vez enterrados, el uso de la tierra y los impactos visuales que generan son considerablemente menores.

El mantenimiento de los cables subterráneos es mucho más complejo y costoso que el de los cables aéreos: «si se produce un fallo en un cable subterráneo de 400 kV, por término medio está fuera de servicio durante un período 25 veces superior a las líneas aéreas de 400 kV. Esto se debe principalmente al largo tiempo que se tarda en localizar, excavar y realizar reparaciones técnicamente involucradas. Estas tareas de mantenimiento y reparación también cuestan mucho más» (National Grid, 2015).

Por último, existen limitaciones técnicas para el uso del suelo en las proximidades de los cables específicos de las líneas subterráneas. Además de la necesidad de reservar algunos terrenos para asegurar el acceso a las líneas con fines de mantenimiento, también existen restricciones a la plantación de árboles y setos sobre los cables o dentro de los 3 m de la zanja del cable para evitar la invasión por la vegetación. Las raíces de los árboles pueden penetrar en el entorno del relleno del cable, lo que a su vez puede afectar la clasificación del cable o incluso causar daños físicos al cable. De manera similar para las líneas aéreas, el crecimiento de los árboles se desaconseja y se controla debajo de los conductores de la línea aérea o dentro de las distancias donde los árboles podrían caer sobre las líneas. También habrá restricciones de altura para maquinaria o vehículos especialmente altos, como equipos agrícolas, cerca de líneas aéreas por razones de seguridad. En las zonas urbanas, la superficie del suelo utilizada para los cables enterrados supera con creces la requerida para una línea aérea con una clasificación equivalente. Históricamente, los cables se han enrutado debajo de las carreteras para evitar restar tierra de usos alternativos; sin embargo, la interrupción del tráfico durante la investigación de fallas y las reparaciones puede ser significativa. Cuando los cables se instalan mediante enterramiento directo en zonas rurales, existen restricciones en el uso de equipos agrícolas de cultivo profundo para evitar el riesgo de daños. El enterramiento de cables de alto voltaje también es más complicado que la colocación de tuberías de gas y agua. Además, cada 500-1 000 m deben construirse bahías subterráneas de hormigón revestidas y más anchas que las propias trincheras.

Para la protección contra el cambio climático de los cables aéreos, un conocimiento detallado de las futuras condiciones climáticas locales en alta resolución es crucial para planificar las intervenciones necesarias. Una clara ventaja de obtener los escenarios más precisos para los cables aéreos está relacionada con la comprensión de hasta qué punto pueden seguir siendo una opción válida. Si se proyecta que los eventos extremos afecten significativamente las áreas en las que se instalan o planifican redes de cable aéreo, eventualmente se puede considerar un cambio al cableado subterráneo. Incluso en circunstancias menos extremas, identificar las rutas que estarán menos expuestas en el futuro a las amenazas antes mencionadas para el cableado aéreo puede ayudar a planificar el desarrollo futuro de la red.

Además de los futuros impactos climáticos directos, tanto para las redes subterráneas como para las aéreas, es importante obtener información sobre las condiciones futuras del mercado en las que operarán los gestores de redes de transporte (GRT) y los gestores de redes de distribución (GRD).

En general, el funcionamiento de los cables subterráneos cuesta aproximadamente lo mismo que el de los cables aéreos (National Grid, 2015). Sin embargo, los costos de capital relacionados con la construcción de líneas subterráneas son mucho más altos que los de los cables aéreos. Alonso y Greenwell (2013) informan de que los costes de construcción de los cables subterráneos son entre cuatro y catorce veces superiores, sobre la base de un estudio de 2011 de la Comisión de Servicios Públicos de Wisconsin. Sin embargo, los costes reales dependen de las características geológicas y geográficas de la ruta de los cables, del método de instalación (los costes de instalación del túnel superan el enterramiento directo), de la capacidad de transmisión de la línea y de las opciones elegidas para aislar y enfriar los cables subterráneos.

Elevar la altura del poste es relativamente barato: un estudio de caso sobre líneas aéreas en el Reino Unido informa que los costos de adquirir postes de madera 0.5 metros más altos dependen de la altura del poste original, pero pueden ser tan pequeños como alrededor de £ 10 (€ 11) por poste.

Para los cables aéreos, las normas nacionales específicas de cada país de la UE regulan la altura máxima de los postes y la distancia mínima desde el suelo.

La construcción de líneas eléctricas aéreas o subterráneas está subordinada a las regulaciones nacionales de permisos, como cualquier otra infraestructura importante. Hay una serie de inconvenientes medioambientales específicos que deben tenerse en cuenta en el proceso de concesión de autorizaciones. En las zonas rurales, deben evaluarse las perturbaciones de la flora y la fauna, el uso del suelo y los sitios arqueológicos. A este respecto, las líneas aéreas suelen ser menos perturbadoras que los cables subterráneos y causan menos perturbaciones. Sin embargo, en casos específicos, los cables subterráneos pueden tener un impacto positivo significativo para algunas especies en peligro de extinción; por ejemplo, pueden reducir la mortalidad debido a colisiones de líneas eléctricas en poblaciones de aves migrantes o residentes (Bernardino et al., 2018). Tanto en entornos urbanos como rurales, la interrupción de la tierra es mayor cuando se colocan cables subterráneos que cuando se erigen torres de línea aérea. El volumen de suelo excavado para un cable subterráneo, donde se instalan dos cables por fase, es unas 14 veces más que para una ruta aérea equivalente. La vegetación debe despejarse a lo largo y al lado de las trincheras para permitir la construcción y el acceso asociado para los vehículos.

El tiempo de implementación varía según las condiciones geográficas y geológicas locales y el método de instalación utilizado. Sin embargo, es considerablemente más largo para los cables subterráneos en comparación con los cables aéreos.

Los cables, ya sean aéreos o subterráneos, generalmente están diseñados para estar en funcionamiento durante 60 años. Un estudio de caso del Reino Unido informa que la vida útil esperada de los postes de madera que soportan líneas aéreas es comparable: 40-60 años.