Aðlögunarvalkostir fyrir flutnings- og dreifikerfi raforku og grunnvirki

Hrun rafmagnssnúra veldur tímabundinni orkutapi fyrir notendur og veldur viðbótarkostnaði fyrir orkuveitendur. Stormar geta skemmt raflínur og þar með valdið rafmagnsleysi og rafmagnsleysi, með beinum áhrifum eða óbeinum áhrifum (t.d. fallandi trjám). Enn fremur, stormar geta aukið hraða eldingar blikkar, frekari orsök rafmagns outages gegnum skemmdir á rafmagnslínum. Tréfall, sem stafar af nokkrum þáttum, þar á meðal sterkum vindum, vatnssöfnun í jarðvegi (sem leiðir til auðveldari upprætingar), snjósöfnun eða lýsingu, getur haft sömu niðurstöðu. Engu að síður, að hve miklu leyti úrkoma og stormar valda tré falla fer eftir aldri og sverleika trjánna sem um ræðir. Uppsöfnun og aðkoma snjós í kjölfarið á flutnings- og dreifileiðslum, einkum ef mikill raki og hitastig er í kringum 0°C (svokallaður „blautur snjór“), getur valdið rofi á raflínum og hruni háspennuflutningsturna.

Neðanjarðar kaðall gerir kleift að laga flutnings- og dreifikerfi rafmagns að loftslagsbreytingum þar sem það verndar lykilhluta innviðanna gegn áðurnefndum áhrifum loftslagsbreytinga. Uppsetning neðanjarðar kaðall felur í sér þrjár ríkjandi aðferðir: setja kaðall í steypu-styrkt trog, setja snúrur í neðanjarðar göng, eða beint grafa snúrur.

Með því að setja kaðall neðanjarðar er hægt að forðast flest slæm veðurskilyrði sem hefðbundin flutningsgrunnvirki verða fyrir ofan jörðu. Þetta á einkum við um úrkomu og storma. Neðanjarðar kaðall getur dregið úr kröfunni um frekari og tíðari fjárfestingar í viðhaldi og viðgerðum á flutningsgrunnvirkjum. Væntanlegur ávinningur felur í sér öruggari orkuveitu með færri tilvikum af veðurtengdum rafmagnsleysi, en einnig að ná kostnaðarsparnaði til lengri tíma litið vegna minni viðhalds og viðgerða.

Stormar eru ekki eina loftslagstengda hættan sem hefur áhrif á raforkunet. Mjög hátt umhverfishitastig, eins og það sem á sér stað á hitabylgjum, ógnar flutningi og dreifingu, þar sem það getur valdið því að línur lafist; minnkuð úthreinsun þeirra frá landi getur verið hættuleg almenningi. Sagging getur einnig leitt til snertingar við tré og aðra mannvirki, sem gæti leitt til raflosts eða eldsvoða. Flest Evrópulönd hafa reglur til að viðhalda lágmarksfjarlægð milli raflína og jarðar eða mannvirkja til að tryggja að komið sé í veg fyrir hugsanleg tilfelli af raflosti eða eldsvoða. Hærri umhverfishiti krefst þess að rafstraumur sem fer í gegnum loftlínur verði að minnka til að koma í veg fyrir ofhitnun búnaðar. Hlýrri raflínur geta einnig leitt til minni skilvirkni (de-rating). Þessi áhrif auka hættu á slysum, orkuskerðingum og bilunum í netkerfi sem hafa neikvæð áhrif á arðsemi veitanna sem um ræðir og velferð íbúanna sem verða fyrir áhrifum. Þessi áhrif eru samsett með því að auka raforku eftirspurn, einnig vegna aukinnar loftkæling notkun. Aðlögunarmöguleikar til að takast á við þessi áhrif eru meðal annars:

• Set hærri máttur línur skautunum,
• Uppsetning leiðara með heitari rekstrarmörkum eða framkvæmd notkunar á „lágsög“ leiðarum.
• Að auka lágmarkshönnunarhitastig nýrra loftlínuleiða er sérstaklega hagkvæmur kostur, en árangur þess myndi venjulega auka hönnunarhæð viðarstaura um 0,5 metra.
• Þróa hugbúnaður tól til að hámarka kostnaður línu einkunnir.

Ef um er að ræða hagræðingu hugbúnaðar fela allir valkostir í þessum flokki í sér að setja upp eða breyta innviðum á jörðu niðri, í þéttbýli, iðnaði, dreifbýli og náttúrulegum svæðum. Samspil hagsmunaaðila á staðarvísu (við landeigendur, staðaryfirvöld og almenning) eftir leiðum uppsettra/uppfærðra dreifikerfa skiptir því sköpum til að tryggja félagslegan ásættanleika og tímanlega og kostnaðarhagkvæma nýtingu grunnvirkjanna. Að því er varðar jarðstrengi getur samræming við aðrar kaðalleiningar dregið úr efnahagslegum kostnaði og lágmarkað óþægindi fyrir sveitarfélög með því að takmarka lengd grafastarfsemi í lágmarki.

Neðanjarðar kaðall er háð framboði á réttri tækni og þekkingu um uppsetningu, eftirlit og stjórnun. Samstarf við aðra neðanjarðar kaðall aðila, svo sem fjarskiptafyrirtæki hjálpar til við að lágmarka truflun á íbúa með grafa starfsemi, og kostnaður hlutdeild grafa rekstri dregur úr kostnaði sem hver aðili ber. Þótt kaðall neðanjarðar geti orðið fyrir nýjum loftslagshættum, einkum vegna flóða og jarðvegshreyfinga í tengslum við skriðuföll, er þessi hætta enn tilgáta. Uppgröftur vegna annarrar byggingar- eða viðhaldsstarfsemi er helsta hættan á skemmdum á uppsettum jarðstrengjum. Hægt er að draga úr þessari hættu með því að beita digitalization og GIS tækni á neðanjarðar snúrur, til að upplýsa gröfur um staðsetningu neðanjarðar snúrur.

Helsti munurinn á jarðstrengjum og loftstrengjum er hvernig rafeinangrun er veitt. Kostnaður snúrur eru einangruð af loftinu sem umlykur þá, ódýrasta og einfaldasta einangrun lausn í boði. Neðanjarðar kaplar þurfa að vera einangraðir til að koma í veg fyrir rafmagnstap og hættu á raflosti með beinni snertingu við jarðveginn. Rafmagnsviðnámið sem myndast af einangrun myndar hita og þar með tap á flutningi. Þetta kallar á stærri og / eða margar snúrur til að bæta upp tapið og kælikerfi (þvinguð loftræsting, vatn eða lofttegundir) til að dreifa hita. Neðanjarðar kaplar þarf að grafa í skurðum, til að vernda gegn tjóni fyrir slysni og að nálgast með vellíðan þegar viðhald er þörf. Á heildina litið leiðir þetta til stærri notkunar lands með jarðstrengjum samanborið við loftstrengi við uppsetningu, þó að þegar það er grafið sé landnotkun og sjónræn áhrif sem þeir mynda töluvert lægri.

Viðhald jarðstrengja er miklu flóknara og kostnaðarsamara en loftstrengja: „ef galli kemur upp á 400 kV jarðstreng er hann að meðaltali óstarfhæfur á tímabili sem er 25 sinnum lengra en 400 kV loftlínur. Þetta er fyrst og fremst vegna þess að langan tíma tekið að finna, grafa og taka tæknilega þátt viðgerðir. Þessi viðhald og viðgerðir kosta einnig verulega meira“ (National Grid, 2015).

Að lokum eru tæknilegar takmarkanir á landnotkun í námunda við kapla sem eiga sérstaklega við neðanjarðarlínur. Auk þess að þurfa að panta land til að tryggja aðgang að línunum í viðhaldsskyni eru einnig takmarkanir á gróðursetningu trjáa og áhættuvarnir yfir snúrurnar eða innan 3 m frá skurðinum til að koma í veg fyrir að gróður nái til. Tré rætur geta komist í bakfyllingu snúrunnar sem aftur getur haft áhrif á snúruna eða jafnvel leitt til líkamlegra skemmda á snúrunni. Á sama hátt fyrir kostnaður línur, tré vöxtur er hugfallast og stjórnað undir kostnaður línu leiðara eða innan vegalengda þar sem tré gætu fallið á línurnar. Einnig verða hæðartakmarkanir fyrir vélar eða sérstaklega há ökutæki, svo sem landbúnaðartæki, nálægt loftlínum af öryggisástæðum. Á þéttbýlissvæðum er landyfirborðið sem notað er fyrir grafna kapla langt umfram það sem krafist er fyrir jafnháa loftlínu. Kaplar hafa sögulega verið fluttir undir vegi til að koma í veg fyrir að draga land frá annarri notkun; þó getur truflun á umferð við rannsókn á bilunum og viðgerðum verið veruleg. Ef kaplar eru settir upp með beinni greftrun í dreifbýli eru takmarkanir á notkun djúpræktunar landbúnaðarbúnaðar til að koma í veg fyrir hættu á skemmdum. Grafun háspennustrengja er einnig flóknari en lagning gas- og vatnsröra. Að auki þarf að byggja neðanjarðar sameiginlegar stæði, sem eru steinsteyptar fóðruð og breiðari en skurðirnir sjálfir, á 500-1.000 m fresti.

Fyrir loftslagsþéttingu loftstrengja er ítarleg þekking á staðbundnum loftslagsskilyrðum í framtíðinni við háa upplausn mikilvæg til að skipuleggja nauðsynlegar inngrip. Skýr kostur á að ná nákvæmustu atburðarásum fyrir loftstrengi tengist skilningi á því að hve miklu leyti þeir geta haldið áfram að vera gildur valkostur. Ef búist er við að öfgafullir atburðir hafi veruleg áhrif á svæðin þar sem kapalnet eru sett upp eða skipulögð, má að lokum taka til athugunar að skipta yfir í neðanjarðar kaðall. Jafnvel í minna erfiðustu aðstæður, að bera kennsl á leiðir sem eru að fara að vera minnst verða í framtíðinni til áðurnefndum ógnum við kostnaður kaðall getur hjálpað að skipuleggja framtíð net þróun.

Fyrir utan bein loftslagsáhrif í framtíðinni, bæði hvað varðar neðanjarðar- og loftnet, er mikilvægt að fá innsýn í markaðsaðstæður í framtíðinni þar sem flutningskerfisstjórar og dreifikerfisstjórar munu starfa.

Almennt, rekstur neðanjarðar snúru kostar u.þ.b. það sama og kostnaður snúrur (National Grid, 2015). Hins vegar er fjármagnskostnaður sem tengist því að byggja neðanjarðarlínur miklu hærri en kostnaður við kapal. Alonso og Greenwell (2013) skýrslu 4 til 14 sinnum hærri byggingarkostnaður fyrir neðanjarðarstrengi byggt á 2011 rannsókn á Public Service Commission of Wisconsin. Raunverulegur kostnaður fer þó eftir jarðfræðilegum og landfræðilegum einkennum leiðarinnar, uppsetningaraðferðinni (lagnir í lagnir kosta meira en bein greftrun), flutningsgetu línunnar og valkostunum sem valdir eru fyrir einangrun og kælingu neðanjarðarkapla.

Hækkandi stönghæð er tiltölulega ódýrt: Rannsókn á kostnaður línur í Bretlandi skýrslur sem kostnaður við að kaupa tré kostnaður skautunum 0,5 metra hærri fer eftir hæð upprunalegu stöng, en þeir geta verið eins lítið og í kringum £ 10 (€ 11) á stöng.

Fyrir loftstrengi stjórna sérstakar innlendar reglur í hverju ESB landi hámarkshæð skautanna og lágmarkshæð frá jörðu.

Byggingarkostnaður eða neðanjarðar rafmagnslínur eru víkjandi fyrir innlendar leyfisreglur, eins og allir aðrir helstu innviðir. Taka þarf tillit til ýmissa sértækra umhverfislegra annmarka í leyfisveitingaferlinu. Í dreifbýli skal meta röskun á plöntu- og dýralífi, landnýtingu og fornminjasvæðum. Í þessu sambandi eru loftlínur venjulega minna truflandi en neðanjarðarstrengir og valda færri truflunum. Í sérstökum tilvikum geta jarðstrengir þó haft umtalsverð jákvæð áhrif á sumar tegundir í útrýmingarhættu; t.d. geta þeir dregið úr dánartíðni vegna árekstra við raflínur í hópum farfugla eða innlendra fugla (Bernardino et al., 2018). Í bæði þéttbýli og dreifbýli er röskun á landi meiri þegar neðanjarðarstrengir eru lagðir en þegar upp er komið. Rúmmál jarðvegs sem grafinn er upp fyrir jarðstreng, þar sem tveir kaplar á fasa eru settir upp, er um það bil 14 sinnum meira en fyrir samsvarandi loftlínuleið. Gróður verður að hreinsa meðfram og til hliðar skurðum til að leyfa byggingu og tilheyrandi aðgang fyrir ökutæki.

Innleiðingartíminn er breytilegur eftir staðbundnum landfræðilegum og jarðfræðilegum skilyrðum og uppsetningaraðferðinni sem notuð er. Hins vegar er það töluvert lengur fyrir neðanjarðar snúrur miðað við kostnaður snúrur.

Kaplar, hvort sem þeir eru ofan- eða neðanjarðar, eru venjulega hannaðir til að vera í notkun í 60 ár. Í breskri rannsókn er greint frá því að væntanlegur endingartími tréstaura sem styðja loftlínur sé sambærilegur: 40-60 ár.