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 para 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 del impacto directo o el impacto indirecto (por ejemplo, la 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, incluyendo fuertes vientos, acumulación de agua en el suelo (lo que resulta en un desarraigo más fácil), acumulación de nieve o iluminación, puede tener el mismo resultado. Sin embargo, la medida en que las precipitaciones y las tormentas de viento causan la caída de árboles depende de la edad y circunferencia de los árboles en cuestión. La acumulación y posterior acumulación de nieve en las líneas de transmisión y distribución, particularmente en presencia de alta humedad y temperaturas alrededor de 0.°C (la llamada «nieve húmeda»), puede causar rotura de líneas eléctricas y el colapso de torres de transmisión de energía 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 cableado en canales reforzados con hormigón, colocar los cables en túneles subterráneos o enterrar directamente los cables.

Al colocar cableado bajo tierra, se pueden evitar la mayoría de las condiciones climáticas adversas que las infraestructuras de transmisión tradicionales están expuestas a la superficie. Esto se refiere en gran medida a las precipitaciones y tormentas de viento. El cableado subterráneo puede aliviar el requisito de inversiones adicionales y más frecuentes en el mantenimiento y reparación de la infraestructura de transporte. 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 logran ahorros 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. Temperaturas ambientales muy altas, como las que ocurren durante las olas de calor, amenazan la transmisión y la distribución, ya que pueden hacer que las líneas se hundan; su menor despeje 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 ambientales más altas requieren que la corriente eléctrica que pasa a través de 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 los servicios públicos involucrados 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,
• Instalar conductores con límites de funcionamiento más calientes o implementar el uso de conductores de baja velocidad.
• 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 calificaciones de las líneas aéreas.

Categorías del IPCC

Estructural y físico: Opciones de ingeniería y entorno construido, Estructural y físico: Opciones tecnológicas

Participación de partes interesadas

Bar el caso de optimización de software, todas las opciones de esta clase implican la instalación o modificación de infraestructuras en 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 o 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.

Factores de éxito y limitantes

El cableado subterráneo depende de la disponibilidad de la tecnología y el know-how correctos en cuanto a instalación, monitoreo y gestión. La cooperación con otras entidades de cableado subterráneo, como las empresas de telecomunicaciones, ayuda a minimizar las perturbaciones de las poblaciones a través de las actividades de excavación, y la distribución de costos de las operaciones de excavación reduce los costos soportados por cada entidad. Aunque el cableado subterráneo podría estar expuesto a nuevos peligros climáticos, en particular por inundaciones y movimientos del suelo relacionados con 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 puede reducirse aplicando tecnología de digitalización y SIG a cables subterráneos, para informar a las excavadoras sobre la ubicación de los cables subterráneos.

Una diferencia importante entre los cables subterráneos y 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 aislarse 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 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 trincheras, para protegerse de daños accidentales y para ser accedidos con facilidad cuando se necesita mantenimiento. En general, esto resulta en un mayor uso de tierra por cables subterráneos en comparación con los cables aéreos durante la instalación, aunque una vez enterrados, el uso del suelo y los impactos visuales que generan es considerablemente menor.

El mantenimiento de cables subterráneos es mucho más complejo y costoso que el de los cables aéreos: «si se produce una falla en un cable subterráneo de 400 kV, está en promedio fuera de servicio durante un período 25 veces más largo que las líneas aéreas de 400 kV. Esto se debe principalmente al largo tiempo que se ha tardado en localizar, excavar y llevar a cabo reparaciones técnicamente involucradas. Estos mantenimientos y reparaciones también cuestan mucho más” (National Grid, 2015).

Por último, existen limitaciones técnicas para el uso del suelo en las proximidades de cables específicos de líneas subterráneas. Además de la necesidad de reservar algunos terrenos para asegurar el acceso a las líneas con fines de mantenimiento, también hay restricciones en la plantación de árboles y setos sobre los cables o dentro de los 3 m de la trinchera del cable para evitar la invasión por la vegetación. Las raíces de los árboles pueden penetrar en el entorno de 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 árboles se desalienta y se controla debajo de los conductores de la línea aérea o dentro de 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 áreas urbanas, la superficie de tierra utilizada para cables enterrados supera con creces la requerida para una línea aérea nominal equivalente. Históricamente, los cables se han enrutado por carreteras para evitar restar la tierra de usos alternativos; sin embargo, la interrupción del tráfico durante la investigación de fallas y las reparaciones pueden ser significativas. Cuando los cables se instalan mediante entierro directo en las zonas rurales, existen restricciones en el uso de equipos agrícolas de cultivo profundo para evitar el riesgo de daños. El enterramiento de cables de alta tensión también es más complicado que la colocación de tuberías de gas y agua. Además, las bahías conjuntas subterráneas, que son de hormigón forrado y más ancho que las propias trincheras, tienen que construirse cada 500–1,000 m.

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

Además de los impactos climáticos futuros 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 (TSO) y los gestores de redes de distribución (DSO).

Costes y beneficios

En general, el funcionamiento del cable subterráneo 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) reportan de 4 a 14 veces mayores costos de construcción para cables subterráneos basados en un estudio de 2011 de la Comisión de Servicio Público de Wisconsin. Los costes reales, sin embargo, dependen de las características geológicas y geográficas de la ruta de los cables, el método de instalación (la instalación del túnel cuesta más que el entierro directo), la capacidad de transmisión de la línea y las opciones elegidas para aislar y enfriar 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 adquisición de postes superiores de madera 0,5 metros más altos dependen de la altura del polo original, pero pueden ser tan poco como £ 10 (11 EUR) por polo.

Aspectos legales

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 del 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 ambientales específicos que deben tenerse en cuenta en el proceso de autorización. En las zonas rurales, debe evaluarse la perturbación de la flora y la fauna, el uso de la tierra y los sitios arqueológicos. A este respecto, las líneas aéreas suelen ser menos disruptivas 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 al colocar cables subterráneos que al erigir torres de línea aérea. El volumen de suelo excavado para un cable subterráneo, donde se instalan dos cables por fase, es aproximadamente 14 veces más que para una ruta aérea equivalente. La vegetación tiene que ser despejada a lo largo y al lado de las trincheras para permitir la construcción y el acceso asociado a los vehículos.

Tiempo de implementación

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.

Tiempo de vida

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.

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Referencias: