Az éghajlatváltozás hatásaival szemben reziliens villamosenergia-átviteli, -elosztó hálózatok és szolgáltatások

Az összecsukható tápkábelek átmeneti áramkimaradást okoznak a felhasználók számára, és további javítási költségeket okoznak az energiaszolgáltatók számára. A viharok károsíthatják az elektromos vezetékeket, és ezáltal áramkimaradásokat és áramkimaradásokat okozhatnak közvetlen vagy közvetett hatás (pl. lehulló fák) révén. Ezenkívül a viharok növelhetik a villámlás sebességét, ami további oka az áramkimaradásoknak az elektromos vezetékek károsodása miatt. A fák leesése, amelyet számos tényező okoz, beleértve az erős szelet, a talajban való vízfelhalmozódást (ami könnyebb gyökerestül kitépést eredményez), a hófelhalmozódást vagy a világítást, ugyanazt az eredményt eredményezheti. Mindazonáltal az, hogy a csapadék és a szélviharok milyen mértékben okoznak fahullást, a szóban forgó fák korától és kerületétől függ. Az átviteli és elosztóvezetékeken a hó felhalmozódása és azt követő felhalmozódása – különösen magas páratartalom és 0 °C körüli hőmérséklet (az úgynevezett „nedves hó”) esetén – az elektromos vezetékek töréséhez és a nagyfeszültségű erőátviteli tornyok összeomlásához vezethet.

A föld alatti kábelezés lehetővé teszi a villamosenergia-átviteli és -elosztó rendszerek éghajlatváltozáshoz való igazítását, mivel megvédi az infrastruktúra kulcsfontosságú részét az éghajlatváltozás fent említett hatásaitól. A föld alatti kábelezés telepítése három fő technikát foglal magában: a kábelezés betonnal megerősített vályúkba helyezése, a kábelek föld alatti alagutakba helyezése vagy közvetlenül a kábelek eltemetése.

A kábelezés föld alá helyezésével elkerülhetők azok a kedvezőtlen időjárási viszonyok, amelyeknek a hagyományos átviteli infrastruktúrák a földfelszín felett ki vannak téve. Ez főként a csapadékra és a szélviharokra vonatkozik. A föld alatti kábelezés enyhítheti az átviteli infrastruktúra karbantartásába és javításába történő további és gyakoribb beruházásokra vonatkozó követelményt. A várható előnyök közé tartozik a biztonságosabb energiaellátás, kevesebb időjárással kapcsolatos áramkimaradással, ugyanakkor a kevesebb karbantartásnak és javításnak köszönhetően hosszú távon költségmegtakarítás érhető el.

A viharok nem az egyetlen, az éghajlattal kapcsolatos, a villamosenergia-hálózatokat érintő veszélyforrások. A nagyon magas környezeti hőmérsékletek, például a hőhullámok során fellépő hőmérsékletek veszélyeztetik az átvitelt és az elosztást, mivel a vonalak elakadását okozhatják; a talajtól való korlátozott elzáródásuk veszélyes lehet a lakosságra nézve. A megereszkedés fákkal és más építményekkel való érintkezést is eredményezhet, ami áramütést vagy tüzet okozhat. A legtöbb európai ország rendelkezik olyan szabályozással, amely minimális távolságot tart fenn az elektromos vezetékek és a föld vagy a szerkezetek között annak biztosítása érdekében, hogy elkerüljék az esetleges áramütéseket vagy tüzeket. A magasabb környezeti hőmérsékletek megkövetelik, hogy a felsővezetékeken áthaladó elektromos áramot csökkentsék a berendezés túlmelegedésének megelőzése érdekében. A melegebb elektromos vezetékek szintén csökkenthetik a hatékonyságot (degradáció). Ezek a hatások növelik a balesetek, az áramkimaradások és a lépcsőzetes hálózati meghibásodások kockázatát, ami negatív hatással van az érintett közművek jövedelmezőségére és az érintett lakosság jólétére. Ezeket a hatásokat súlyosbítja a növekvő villamosenergia-kereslet, többek között a légkondicionálás fokozott használata miatt. Az e hatások kezelésére szolgáló alkalmazkodási lehetőségek közé tartoznak a következők:

• Magasabb elektromos vezetékoszlopok telepítése,
• Melegebb működési határértékekkel rendelkező vezetékek beszerelése vagy „alacsony stagnálású” vezetékek használata.
• Az új felsővezetéki útvonalak minimális tervezési hőmérsékletének növelése különösen költséghatékony lehetőség, amelynek elérése jellemzően 0,5 méterrel növelné a faoszlopok tervezési magasságát.
• A felsővezeték-minősítések optimalizálására szolgáló szoftvereszköz kifejlesztése.

A szoftveroptimalizálás esetét leszámítva ebben az osztályban minden lehetőség magában foglalja az infrastruktúra telepítését vagy módosítását a földön, városi, ipari, vidéki és természeti területeken. Az érdekelt felek helyi szintű (a földtulajdonosokkal, a helyi hatóságokkal és a lakossággal való) interakciója a telepített/korszerűsített hálózatok útvonalai mentén ezért döntő fontosságú a társadalmi elfogadhatóság, valamint az infrastruktúrák időben történő és költséghatékony kiépítésének biztosítása érdekében. A föld alatti kábelek esetében a más kábelezési egységekkel való koordináció csökkentheti a gazdasági költségeket és minimalizálhatja a helyi közösségeket érő kellemetlenségeket azáltal, hogy az ásási tevékenységek időtartamát a lehető legkisebbre korlátozza.

A föld alatti kábelezés a megfelelő technológia és know-how rendelkezésre állásától függ a telepítés, a felügyelet és az irányítás tekintetében. A más föld alatti kábelezési szervezetekkel, például távközlési vállalatokkal való együttműködés segít minimalizálni a lakosság zavarását az ásási tevékenységek révén, és az ásási műveletek költségmegosztása csökkenti az egyes szervezetek által viselt költségeket. Bár a föld alatti kábelezés új éghajlati veszélyeknek lehet kitéve, különösen az árvizek és a földcsuszamlásokhoz kapcsolódó talajmozgások miatt, ezek a kockázatok egyelőre hipotetikusak. Az egyéb építési vagy karbantartási tevékenységből eredő ásatások a beépített föld alatti kábelek károsodásának egyik fő kockázatát jelentik. Ez a kockázat csökkenthető a digitalizálás és a GIS technológia föld alatti kábelekre történő alkalmazásával, hogy tájékoztassák a kotrókat a föld alatti kábelek helyéről.

A föld alatti és a felsővezetékek közötti fő különbség az elektromos szigetelés módja. A felsővezetékeket az őket körülvevő levegő szigeteli, amely a legolcsóbb és legegyszerűbb szigetelési megoldás. A föld alatti kábeleket szigetelni kell, hogy elkerüljék az áramveszteséget és a talajjal való közvetlen érintkezésből eredő áramütés kockázatát. A szigetelés által generált elektromos ellenállás hőt és ezáltal átviteli veszteségeket generál. Ehhez nagyobb és/vagy több kábelre van szükség a veszteségek kompenzálása érdekében, valamint egy hűtőrendszerre (kényszerszellőztetés, víz vagy gázok) a hő elvezetésére. A föld alatti kábeleket árkokba kell temetni, védeni kell a véletlen károktól, és könnyen hozzáférhetőnek kell lenniük, ha karbantartásra van szükség. Összességében ez azt eredményezi, hogy a telepítés során a föld alatti kábelek nagyobb mértékben hasznosítják a földterületet, mint a felsővezetékek, bár ha egyszer eltemették őket, a földhasználat és a vizuális hatások jelentősen alacsonyabbak.

A föld alatti kábelek karbantartása sokkal összetettebb és költségesebb, mint a felsővezetékeké: „ha egy 400 kV-os föld alatti kábelen hiba lép fel, az átlagosan a 400 kV-os felsővezetéknél 25-ször hosszabb ideig üzemen kívül van. Ez elsősorban annak tudható be, hogy hosszú időbe telt a műszakilag kapcsolódó javítások felkutatása, feltárása és elvégzése. Ezek a karbantartási és javítási költségek is jelentősen magasabbak” (National Grid, 2015).

Végezetül a föld alatti vezetékekre jellemző kábelek közelében a földhasználat műszakilag korlátozott. Amellett, hogy bizonyos földterületeket fenn kell tartani a vonalakhoz való karbantartási célú hozzáférés biztosítása érdekében, a fák és sövények kábelek feletti vagy a kábelárok 3 méteres körzetén belüli ültetésére is korlátozások vonatkoznak, hogy megakadályozzák a növényzet behatolását. A fa gyökerei behatolhatnak a kábeltöltet környezetébe, ami viszont befolyásolhatja a kábel minősítését, vagy akár a kábel fizikai károsodását is eredményezheti. Hasonlóképpen a felsővezetékek esetében a fák növekedését a felsővezeték-vezetők alatt vagy olyan távolságokon belül, ahol a fák a vonalakra eshetnek, elriasztják és szabályozzák. Biztonsági okokból a felsővezetékek közelében lévő gépekre vagy különösen magas járművekre, például mezőgazdasági berendezésekre is magasságkorlátozások lesznek érvényben. A városi területeken az eltemetett kábelekhez használt földfelszín messze meghaladja az egyenértékű névleges felsővezetékhez szükséges földfelszínt. A kábeleket hagyományosan utakon vezetik, hogy elkerüljék a földterületek kivonását az alternatív felhasználásokból; a hibavizsgálat és -javítás során azonban jelentős lehet a forgalmi zavar. Amennyiben a kábeleket a vidéki területeken közvetlen eltemetéssel helyezik el, a károk kockázatának elkerülése érdekében korlátozások vonatkoznak a mélyművelésű mezőgazdasági berendezések használatára. A nagyfeszültségű kábelek eltemetése is bonyolultabb, mint a gáz- és vízvezetékek lefektetése. Emellett 500–1000 méterenként föld alatti közös öblöket kell építeni, amelyek betonnal béleltek és szélesebbek, mint maguk az árkok.

A felsővezetékek éghajlatváltozási rezilienciavizsgálatához elengedhetetlen a jövőbeli helyi éghajlati viszonyok részletes ismerete nagy felbontásban a szükséges beavatkozások megtervezéséhez. A felsővezetékekre vonatkozó legpontosabb forgatókönyvek megszerzésének egyértelmű előnye annak megértéséhez kapcsolódik, hogy milyen mértékben lehetnek továbbra is érvényes lehetőségek. Ha a szélsőséges események várhatóan jelentősen befolyásolják azokat a területeket, ahol felsővezeték-hálózatokat telepítenek vagy terveznek, végül fontolóra lehet venni a föld alatti kábelezésre való átállást. Még kevésbé szélsőséges körülmények között is segíthet a jövőbeli hálózatfejlesztés megtervezésében azoknak az útvonalaknak az azonosítása, amelyek a jövőben a legkevésbé lesznek kitéve a fent említett, a felsővezetékeket fenyegető veszélyeknek.

A közvetlen jövőbeli éghajlati hatások mellett mind a föld alatti, mind a földfelszín feletti hálózatok esetében fontos betekintést nyerni az átvitelirendszer-üzemeltetők és az elosztórendszer-üzemeltetők jövőbeli piaci feltételeibe.

A föld alatti kábelek üzemeltetése általában nagyjából ugyanannyiba kerül, mint a felsővezetékeké (National Grid, 2015). A föld alatti vezetékek építéséhez kapcsolódó beruházási költségek azonban sokkal magasabbak, mint a felsővezetékek esetében. Alonso és Greenwell (2013) a wisconsini közszolgálati bizottság 2011-es tanulmánya alapján a föld alatti kábelek építési költségeinek 4–14-szereséről számolnak be. A tényleges költségek azonban a kábelek útvonalának geológiai és földrajzi jellemzőitől, a telepítés módjától (az alagutak telepítése többe kerül, mint a közvetlen eltemetés), a vonal átviteli kapacitásától, valamint a föld alatti kábelek szigetelésére és hűtésére választott lehetőségektől függenek.

Emelése pólus magassága viszonylag olcsó: egy egyesült királyságbeli felsővezetékekről szóló esettanulmány arról számol be, hogy a 0,5 méternél magasabb fa felsővezetékek beszerzésének költségei az eredeti oszlop magasságától függenek, de pólusonként akár 10 fontot (11 eurót) is elérhetnek.

A felsővezetékek esetében az egyes uniós országok egyedi nemzeti normái szabályozzák a pólusok maximális magasságát és a talajtól való minimális távolságot.

A felső vagy föld alatti elektromos vezetékek építése a nemzeti engedélyezési előírásoknak van alárendelve, mint bármely más jelentős infrastruktúra. Az engedélyezési eljárás során számos konkrét környezeti hátrányt kell figyelembe venni. A vidéki területeken értékelni kell a növény- és állatvilág, a földhasználat és a régészeti lelőhelyek megzavarását. E tekintetben a felsővezetékek általában kevésbé zavaróak, mint a föld alatti kábelek, és kevesebb zavart okoznak. Bizonyos esetekben azonban a föld alatti kábelek jelentős pozitív hatást gyakorolhatnak egyes veszélyeztetett fajokra; például csökkenthetik az elektromos vezetékek ütközése miatti mortalitást a migráns vagy rezidens madárpopulációkban (Bernardino et al., 2018). Mind a városi, mind a vidéki környezetben a földfelszíni zavarok nagyobbak a föld alatti kábelek lefektetésekor, mint a felsővezeték-tornyok felállításakor. A föld alatti kábelek esetében, ahol fázisonként két kábelt telepítenek, a kitermelt talaj térfogata körülbelül 14-szer nagyobb, mint egy egyenértékű felsővezeték-útvonal esetében. A vegetációt az árkok mentén és oldalán kell megtisztítani, hogy lehetővé váljon a járművek építése és az ahhoz kapcsolódó hozzáférés.

A megvalósítási idő a helyi földrajzi és geológiai körülményektől, valamint az alkalmazott telepítési módszertől függően változik. A föld alatti kábelek esetében azonban lényegesen hosszabb, mint a felső kábelek esetében.

A kábeleket, akár felső, akár föld alatti, általában úgy tervezték, hogy 60 évig működjenek. Egy egyesült királyságbeli esettanulmány szerint a felsővezetékeket támogató faoszlopok várható élettartama hasonló: 40-60 év.