Prijenos, distribucijske mreže i usluge električne energije otporne na klimatske promjene

Slomljeni kabeli za napajanje uzrokuju privremeni gubitak energije za korisnike i uzrokuju dodatne troškove naknade za pružatelje električne energije. Oluje mogu oštetiti električne vodove i stoga uzrokovati prekide napajanja i zamračenja zbog izravnog ili neizravnog utjecaja (npr. padanja stabala). Nadalje, oluje mogu povećati brzinu bljeskova munje, što je daljnji uzrok nestanka struje zbog oštećenja električnih vodova. Pad stabala, uzrokovan nekoliko čimbenika, uključujući jake vjetrove, akumulaciju vode u tlu (što rezultira lakšim iskorjenjivanjem), akumulaciju snijega ili rasvjetu, može imati isti rezultat. Međutim, opseg u kojem oborine i oluje vjetrova uzrokuju pad stabala ovisi o dobi i širini predmetnih stabala. Akumulacija i naknadno nakupljanje snijega na prijenosnim i distribucijskim vodovima, posebno u slučaju visoke vlažnosti i temperature oko 0 °C (tzv. mokri snijeg), mogu uzrokovati lom električnih vodova i kolaps visokonaponskih tornjeva za prijenos energije.

Podzemno kabliranje omogućuje prilagodbu sustava za prijenos i distribuciju električne energije klimatskim promjenama jer štiti ključni dio infrastrukture od prethodno navedenih učinaka klimatskih promjena. Ugradnja podzemnih kablova uključuje tri prevladavajuće tehnike: postavljanje kablova u korita ojačana betonom, postavljanje kabela u podzemne tunele ili izravno zakopavanje kabela.

Postavljanjem kablova pod zemlju može se izbjeći većina nepovoljnih vremenskih uvjeta kojima su izložene tradicionalne prijenosne infrastrukture. To se uglavnom odnosi na oborine i oluje. Podzemnim kabliranjem može se ublažiti zahtjev za daljnjim i češćim ulaganjima u održavanje i popravke prijenosne infrastrukture. Očekivane koristi uključuju sigurniju opskrbu energijom s manje slučajeva prekida opskrbe električnom energijom zbog vremenskih uvjeta, uz istodobno postizanje dugoročnih ušteda troškova zbog smanjenog održavanja i popravaka.

Oluje nisu jedina opasnost povezana s klimom koja utječe na elektroenergetske mreže. Vrlo visoke temperature okoline, kao što su one koje se javljaju tijekom toplinskih valova, prijete prijenosu i distribuciji jer mogu uzrokovati prigušenje vodova; njihovo smanjenje s kopna može biti opasno za širu javnost. Oprašivanje također može dovesti do kontakta s drvećem i drugim strukturama, što može dovesti do strujnog udara ili požara. Većina europskih zemalja ima propise za održavanje minimalne udaljenosti između električnih vodova i tla ili konstrukcija kako bi se izbjegli mogući slučajevi strujnog udara ili požara. Više temperature okoline zahtijevaju da se električna struja koja prolazi kroz nadzemne vodove mora smanjiti kako bi se spriječilo pregrijavanje opreme. Topliji električni vodovi također mogu dovesti do smanjene učinkovitosti (de-rating). Ti učinci povećavaju rizik od nesreća, prekida napajanja i kaskadnih kvarova mreže, što negativno utječe na profitabilnost uključenih komunalnih usluga i dobrobit pogođenog stanovništva. Ti su učinci dodatno pogoršani sve većom potražnjom za električnom energijom, među ostalim i zbog povećane upotrebe klima-uređaja. Mogućnosti prilagodbe za suočavanje s tim učincima uključuju:

• Instaliranje viših stupova električnih vodova,
• Ugradnja vodiča s toplijim radnim granicama ili primjena „niskog kapaciteta” vodiča.
• Povećanje minimalne projektne temperature novih nadzemnih linija posebno je isplativa opcija, čije bi postizanje obično povećalo projektnu visinu drvenih stupova za 0,5 metara.
• Razvoj softverskog alata za optimizaciju rejtinga nadzemnih vodova.

Ako se ne radi o optimizaciji softvera, sve opcije u ovoj klasi uključuju instalaciju ili izmjenu infrastrukture na terenu, u urbanim, industrijskim, ruralnim i prirodnim područjima. Interakcija dionika na lokalnoj razini (s vlasnicima zemljišta, lokalnim tijelima i širom javnosti) duž trasa instaliranih/nadograđenih mreža stoga je ključna kako bi se osigurala društvena prihvatljivost te pravodobno i troškovno učinkovito uvođenje infrastrukture. Za podzemne kabele, koordinacija s drugim kablovima može smanjiti ekonomske troškove i umanjiti smetnje lokalnim zajednicama ograničavanjem trajanja aktivnosti kopanja na minimum.

Podzemno kabliranje ovisi o dostupnosti ispravne tehnologije i znanja o ugradnji, praćenju i upravljanju. Suradnja s drugim podzemnim kablovima, kao što su telekomunikacijske tvrtke, pomaže smanjiti poremećaje stanovništva kroz aktivnosti kopanja, a podjela troškova kopanja smanjuje troškove koje snosi svaki subjekt. Iako bi podzemno kabliranje moglo biti izloženo novim klimatskim opasnostima, posebno poplavama i kretanjima tla povezanima s odronima tla, zasad su ti rizici i dalje hipotetski. Iskopavanje zbog drugih građevinskih aktivnosti ili aktivnosti održavanja predstavlja ključni rizik od oštećenja ugrađenih podzemnih kabela. Taj se rizik može smanjiti primjenom digitalizacije i GIS tehnologije na podzemne kabele kako bi se bageri informirali o lokaciji podzemnih kabela.

Glavna razlika između podzemnih i nadzemnih kabela je način na koji se osigurava električna izolacija. Nadzemni kabeli izolirani su zrakom koji ih okružuje, najjeftinijim i najjednostavnijim dostupnim izolacijskim rješenjem. Podzemni kabeli moraju biti izolirani kako bi se izbjegli gubici snage i rizici od električnog udara izravnim dodirom s tlom. Električni otpor generiran izolacijom stvara toplinu, a time i gubitke prijenosa. To zahtijeva veće i/ili višestruke kabele kako bi se nadoknadili gubici i sustav hlađenja (prisilna ventilacija, voda ili plinovi) za rasipanje topline. Podzemni kabeli moraju biti pokopani u rovovima, zaštićeni od slučajnih oštećenja i lako dostupni kada je potrebno održavanje. Općenito, to dovodi do veće upotrebe zemljišta za podzemne kabele u usporedbi s nadzemnim kabelima tijekom instalacije, iako su nakon zakopavanja upotreba zemljišta i vizualni utjecaji koje stvaraju znatno niži.

Održavanje podzemnih kabela mnogo je složenije i skuplje od održavanja nadzemnih kabela: „Ako dođe do kvara na podzemnom kabelu od 400 kV, on je u prosjeku isključen tijekom razdoblja 25 puta duljeg od 400 kV nadzemnih vodova. To je prije svega posljedica dugo vremena potrebnog za lociranje, iskapanje i poduzimanje tehnički uključenih popravaka. To održavanje i popravci također su znatno skuplji” (Nacionalna mreža, 2015.).

Naposljetku, postoje tehnička ograničenja upotrebe zemljišta u blizini kabela specifičnih za podzemne pruge. Osim što je potrebno rezervirati određeno zemljište kako bi se osigurao pristup prugama za potrebe održavanja, postoje i ograničenja za sadnju stabala i živica preko kabela ili unutar 3 m od kabelskog rova kako bi se spriječilo zadiranje vegetacije. Korijeni drveća mogu prodrijeti u okolinu zatrpavanja kabela, što pak može utjecati na ocjenu kabela ili čak dovesti do fizičkog oštećenja kabela. Slično kao i kod nadzemnih vodova, rast stabala obeshrabruje se i kontrolira ispod nadzemnih vodova ili unutar udaljenosti gdje stabla mogu pasti na linije. Zbog sigurnosnih razloga postojat će i ograničenja visine strojeva ili posebno visokih vozila, kao što je poljoprivredna oprema, u blizini nadzemnih vodova. U urbanim područjima površina zemljišta koja se koristi za zakopane kabele daleko premašuje površinu potrebnu za ekvivalentno nazivnu nadzemnu liniju. Kabeli su se povijesno usmjeravali cestama kako bi se izbjeglo oduzimanje zemljišta od alternativnih namjena; međutim, prekid prometa tijekom istrage kvarova i popravaka može biti znatan. Ako se kabeli postavljaju izravnim zakopavanjem u ruralnim područjima, postoje ograničenja u pogledu upotrebe poljoprivredne opreme za duboku kultivaciju kako bi se izbjegao rizik od štete. Pokapanje visokonaponskih kabela također je složenije od polaganja cijevi za plin i vodu. Osim toga, na svakih 500–1 000 m moraju se izgraditi i podzemni zajednički zaljevi, betonirani i širi od samih rovova.

Za otpornost nadzemnih kabela na klimatske promjene ključno je detaljno poznavanje budućih lokalnih klimatskih uvjeta visoke rezolucije kako bi se planirale potrebne intervencije. Jasna prednost dobivanja najtočnijih scenarija za nadzemne kabele povezana je s razumijevanjem u kojoj mjeri oni mogu i dalje biti valjana opcija. Ako se predviđa da će ekstremni događaji znatno utjecati na područja u kojima su postavljene ili planirane nadzemne kabelske mreže, u konačnici se može uzeti u obzir prelazak na podzemno kabliranje. Čak i u manje ekstremnim okolnostima, utvrđivanje ruta koje će u budućnosti biti najmanje izložene spomenutim prijetnjama nadzemnom kabliranju može pomoći u planiranju budućeg razvoja mreže.

Osim izravnih budućih utjecaja na klimu, za podzemne i nadzemne mreže važno je dobiti uvid u buduće tržišne uvjete u kojima će raditi operatori prijenosnih sustava (OPS-ovi) i operatori distribucijskih sustava (OPS-ovi).

Općenito, rad podzemnih kabela košta otprilike isto kao i rad nadzemnih kabela (Nacionalna mreža, 2015.). Međutim, kapitalni troškovi povezani s izgradnjom podzemnih vodova mnogo su veći od onih za nadzemne kabele. Alonso i Greenwell (2013.) izvješćuju o četiri do četrnaest puta većim troškovima izgradnje podzemnih kabela na temelju studije Komisije za javne usluge Wisconsina iz 2011. Međutim, stvarni troškovi ovise o geološkim i zemljopisnim značajkama trase kabela, metodi ugradnje (troškovi instalacije tunela veći su od izravnog ukopa), prijenosnom kapacitetu pruge i odabranim opcijama za izolacijske i rashladne podzemne kabele.

Podizanje visine stupa relativno je jeftino: studija slučaja o nadzemnim vodovima u Ujedinjenoj Kraljevini navodi da troškovi nabave drvenih nadzemnih stupova viši 0,5 metara ovise o visini izvornog pola, ali mogu iznositi samo oko 10 GBP (11 EUR) po stupu.

Kad je riječ o nadzemnim kabelima, posebnim nacionalnim normama u svakoj državi članici EU-a reguliraju se maksimalna visina stupova i minimalni razmak od tla.

Izgradnja nadzemnih ili podzemnih električnih vodova podređena je nacionalnim propisima o izdavanju dozvola, kao i svaka druga velika infrastruktura. U postupku izdavanja dozvola treba uzeti u obzir niz posebnih nedostataka u pogledu okoliša. U ruralnim područjima mora se procijeniti uznemiravanje flore i faune, korištenja zemljišta i arheoloških nalazišta. U tom su pogledu nadzemni vodovi obično manje disruptivni od podzemnih kabela i uzrokuju manje smetnji. Međutim, u posebnim slučajevima podzemni kabeli mogu imati znatan pozitivan učinak na neke ugrožene vrste; na primjer, mogu smanjiti smrtnost zbog sudara na električnim vodovima u populacijama ptica migranata ili ptica rezidenata (Bernardino i dr., 2018.). U urbanim i ruralnim sredinama poremećaj zemljišta veći je pri polaganju podzemnih kabela nego pri podizanju nadzemnih tornjeva. Volumen iskopanog tla za podzemni kabel, gdje su ugrađena dva kabela po fazi, otprilike je 14 puta veći nego za ekvivalentnu rutu nadzemnog voda. Vegetacija se mora očistiti duž i sa strane rovova kako bi se omogućila gradnja i povezani pristup vozilima.

Vrijeme provedbe razlikuje se ovisno o lokalnim geografskim i geološkim uvjetima te primijenjenoj metodi ugradnje. Međutim, znatno je dulje za podzemne kabele u usporedbi s nadzemnim kabelima.

Kabeli, bilo nadzemni ili podzemni, obično su dizajnirani da rade 60 godina. U studiji slučaja u Ujedinjenoj Kraljevini navodi se da je očekivani životni vijek drvenih stupova koji podržavaju nadzemne vodove usporediv: 40-60 godina.