Opzioni di adattamento per le reti e le infrastrutture di trasmissione e distribuzione di energia elettrica

Il collasso dei cavi di alimentazione provoca una temporanea perdita di energia per gli utenti e comporta ulteriori costi di riparazione per i fornitori di energia. Le tempeste possono danneggiare le linee elettriche e quindi causare interruzioni di corrente e black-out, attraverso l'impatto diretto o l'impatto indiretto (ad esempio la caduta di alberi). Inoltre, le tempeste possono aumentare il tasso di lampi, un'ulteriore causa di interruzioni di corrente attraverso danni alle linee elettriche. La caduta dell'albero, causata da diversi fattori tra cui forti venti, accumulo di acqua nel terreno (che si traduce in una più facile sradicamento), accumulo di neve o illuminazione, può avere lo stesso risultato. Tuttavia, la misura in cui le precipitazioni e le tempeste di vento causano la caduta degli alberi dipende dall'età e dalla circonferenza degli alberi in questione. L'accumulo e conseguente accrescimento della neve sulle linee di trasmissione e distribuzione, in particolare in presenza di elevata umidità e temperature intorno a 0ºC (la cosiddetta "neve bagnata"), può causare la rottura delle linee elettriche e il crollo delle torri di trasmissione di potenza ad alta tensione.

Il cablaggio sotterraneo consente di adattare i sistemi di trasmissione e distribuzione dell'elettricità ai cambiamenti climatici in quanto protegge una parte chiave dell'infrastruttura dagli impatti dei suddetti cambiamenti climatici. L'installazione del cablaggio sotterraneo prevede tre tecniche predominanti: posizionare i cavi in canali rinforzati in calcestruzzo, posizionare i cavi in tunnel sotterranei o seppellire direttamente i cavi.

Posizionando il cablaggio sotterraneo, la maggior parte delle condizioni atmosferiche avverse che le infrastrutture di trasmissione tradizionali sono esposte al suolo può essere evitata. Questo si riferisce in gran parte alle precipitazioni e alle tempeste di vento. Il cablaggio sotterraneo può alleviare l'esigenza di ulteriori e più frequenti investimenti nella manutenzione e riparazione delle infrastrutture di trasmissione. I benefici attesi includono un approvvigionamento energetico più sicuro con un minor numero di casi di interruzioni di corrente legate alle condizioni atmosferiche, ottenendo al contempo risparmi sui costi nel lungo periodo a causa della riduzione della manutenzione e delle riparazioni.

Le tempeste non sono l'unico pericolo legato al clima che colpisce le reti elettriche. Temperature ambientali molto elevate, come quelle che si verificano durante le ondate di calore, minacciano la trasmissione e la distribuzione, in quanto possono causare l'abbassamento delle linee; la loro riduzione dello sdoganamento dalla terra può essere pericolosa per il grande pubblico. L'abbassamento può anche causare il contatto con alberi e altre strutture, che potrebbero causare elettrocuzione o incendi. La maggior parte dei paesi europei dispone di norme per mantenere una distanza minima tra le linee elettriche e il suolo o le strutture, al fine di garantire che i potenziali casi di elettrocuzione o incendi siano evitati. Temperature ambiente più elevate richiedono che la corrente elettrica che passa attraverso le linee elettriche aeree deve essere ridotta per evitare il surriscaldamento delle apparecchiature. Le linee elettriche più calde possono anche comportare una diminuzione dell'efficienza (de-rating). Questi impatti aumentano i rischi di incidenti, interruzioni di corrente e guasti della rete a cascata, con implicazioni negative per la redditività delle utility coinvolte e per il benessere della popolazione colpita. Questi impatti sono aggravati dall'aumento della domanda di elettricità, anche a causa dell'aumento dell'uso dell'aria condizionata. Le opzioni di adattamento per far fronte a questi impatti includono:

• Installazione dei pali delle linee elettriche più elevate,
• Installare conduttori con limiti di funzionamento più caldi o implementare l'uso di conduttori "low-sag".
• Aumentare la temperatura minima di progettazione delle nuove linee aeree è un'opzione particolarmente conveniente, il cui raggiungimento in genere aumenterebbe l'altezza di progetto dei pali di legno di 0,5 metri.
• Sviluppare uno strumento software per ottimizzare le valutazioni delle linee aeree.

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Strutturale e fisico: ingegneria e costruzioni, Strutturale e fisico: opzioni tecnologiche

Partecipazione degli attori interessatI

A differenza del caso di ottimizzazione del software, tutte le opzioni di questa classe prevedono l'installazione o la modifica di infrastrutture sul terreno, in aree urbane, industriali, rurali e naturali. L'interazione delle parti interessate a livello locale (con i proprietari fondiari, le autorità locali e il pubblico in generale) lungo le rotte delle reti installate/aggiornate è quindi fondamentale per garantire l'accettabilità sociale e la realizzazione tempestiva ed economicamente vantaggiosa delle infrastrutture. Per i cavi sotterranei, il coordinamento con altre entità di cablaggio può ridurre i costi economici e ridurre al minimo il fastidio alle comunità locali limitando al minimo la durata delle attività di scavo.

Successo e fattori limitanti

Il cablaggio sotterraneo dipende dalla disponibilità della tecnologia e del know-how corretti per quanto riguarda l'installazione, il monitoraggio e la gestione. La cooperazione con altri enti di cablaggio sotterranei, come le società di telecomunicazioni, contribuisce a ridurre al minimo i disturbi alle popolazioni attraverso le attività di scavo, e la ripartizione dei costi delle operazioni di scavo riduce i costi sostenuti da ciascuna entità. Sebbene il cablaggio sotterraneo possa essere esposto a nuovi rischi climatici, in particolare dalle inondazioni e dai movimenti del suolo legati alle frane, tali rischi rimangono ancora ipotetici. Lo scavo dovuto ad altre attività di costruzione o manutenzione rappresenta un rischio chiave di danni ai cavi sotterranei installati. Questo rischio può essere ridotto applicando la digitalizzazione e la tecnologia GIS ai cavi sotterranei, per informare gli escavatori sulla posizione dei cavi sotterranei.

Una grande differenza tra cavi sotterranei e cavi sopraelevati è il modo in cui viene fornito l'isolamento elettrico. I cavi sopraelevati sono isolati dall'aria che li circonda, la soluzione isolante più economica e più semplice disponibile. I cavi sotterranei devono essere isolati per evitare perdite di energia e rischi di elettrocuzione attraverso il contatto diretto con il terreno. La resistenza elettrica generata dall'isolamento genera calore e quindi perdite di trasmissione. Ciò richiede cavi più grandi e/o multipli per compensare le perdite e un sistema di raffreddamento (aerazione forzata, acqua o gas) per dissipare il calore. I cavi sotterranei devono essere sepolti in trincee, per essere protetti da danni accidentali e per essere accessibili con facilità quando è necessaria la manutenzione. Nel complesso, ciò si traduce in un maggiore utilizzo del terreno da parte dei cavi sotterranei rispetto ai cavi aerei durante l'installazione, anche se una volta interrati, l'uso del suolo e gli impatti visivi che generano sono notevolmente inferiori.

La manutenzione dei cavi sotterranei è molto più complessa e costosa di quella dei cavi aerei: "se un guasto si verifica su un cavo sotterraneo da 400 kV, è in media fuori servizio per un periodo 25 volte più lungo di 400 kV linee aeree. Ciò è dovuto principalmente al lungo tempo impiegato per localizzare, scavare e intraprendere riparazioni tecnicamente coinvolte. Anche queste manutenzioni e riparazioni costano molto di più" (National Grid, 2015).

Infine, ci sono limitazioni tecniche all'uso del suolo in prossimità di cavi specifici per le linee sotterranee. Oltre alla necessità di riservare alcuni terreni per garantire l'accesso alle linee a fini di manutenzione, ci sono anche restrizioni sulla piantagione di alberi e siepi sopra i cavi o entro 3 m dalla trincea per evitare l'invasione da parte della vegetazione. Le radici dell'albero possono penetrare nel circuito di riempimento del cavo che a sua volta può influenzare la classificazione del cavo o addirittura causare danni fisici al cavo. Allo stesso modo per le linee aeree, la crescita degli alberi è scoraggiata e controllata sotto i conduttori della linea aerea o entro distanze in cui gli alberi potrebbero cadere sulle linee. Ci saranno anche restrizioni di altezza per macchinari o veicoli particolarmente alti, come attrezzature agricole, vicino alle linee aeree per motivi di sicurezza. Nelle aree urbane, la superficie del terreno utilizzata per i cavi interrati supera di gran lunga quella richiesta per una linea aerea di livello equivalente. I cavi sono stati storicamente instradati su strade per evitare di sottrarre terreni da usi alternativi; tuttavia, l'interruzione del traffico durante le indagini di guasto e le riparazioni può essere significativa. Dove i cavi sono installati mediante sepoltura diretta nelle zone rurali, ci sono restrizioni sull'uso di attrezzature agricole coltivate in profondità per evitare il rischio di danni. Il seppellimento di cavi ad alta tensione è anche più complicato rispetto alla posa di tubi di gas e acqua. Inoltre, le baie congiunte sotterranee, rivestite in cemento e più ampie delle trincee stesse, devono essere costruite ogni 500-1 000 m.

Per la protezione del clima dei cavi aerei, una conoscenza dettagliata delle future condizioni climatiche locali ad alta risoluzione è fondamentale per pianificare gli interventi necessari. Un chiaro vantaggio di ottenere gli scenari più accurati per i cavi aerei è legato alla comprensione in quale misura possono continuare ad essere un'opzione valida. Se si prevede che eventi estremi influenzino in modo significativo le aree in cui sono installate o pianificate reti via cavo, è possibile prendere in considerazione un passaggio al cablaggio sotterraneo. Anche in circostanze meno estreme, identificare le rotte che saranno meno esposte in futuro alle suddette minacce al cablaggio aereo può aiutare a pianificare il futuro sviluppo della rete.

Oltre agli impatti climatici futuri diretti, sia per le reti sotterranee che per quelle aeree, è importante ottenere informazioni sulle future condizioni di mercato in cui i gestori dei sistemi di trasmissione (TSO) e i gestori dei sistemi di distribuzione (DSO) opereranno.

Costi e benefici

In generale, il funzionamento dei cavi sotterranei costa all'incirca lo stesso di quello dei cavi aerei (National Grid, 2015). Tuttavia, i costi di capitale legati alla costruzione di linee sotterranee sono molto più alti di quelli per i cavi aerei. Alonso e Greenwell (2013) riferiscono da 4 a 14 volte più alti costi di costruzione per i cavi sotterranei sulla base di uno studio del 2011 della Commissione di servizio pubblico del Wisconsin. I costi effettivi, tuttavia, dipendono dalle caratteristiche geologiche e geografiche del percorso dei cavi, dal metodo di installazione (l'installazione del tunnel costa più che dalla sepoltura diretta), dalla capacità di trasmissione della linea e dalle opzioni scelte per l'isolamento e il raffreddamento dei cavi sotterranei.

Alzare l'altezza del palo è relativamente poco costoso: un caso di studio sulle linee aeree nel Regno Unito riporta che i costi per l'acquisto di pali in legno più alti di 0,5 metri dipendono dall'altezza del palo originale, ma possono essere di circa £ 10 (11 EUR) per palo.

Aspetti legali

Per i cavi aerei, norme nazionali specifiche in ogni paese dell'UE regolano l'altezza massima dei poli e lo spazio minimo da terra.

La costruzione di linee elettriche aeree o sotterranee è subordinata alle normative nazionali di autorizzazione, come qualsiasi altra infrastruttura importante. Ci sono una serie di svantaggi ambientali specifici da tenere in considerazione nel processo di autorizzazione. Nelle zone rurali devono essere valutate le perturbazioni della flora e della fauna, l'uso del suolo e i siti archeologici. A questo proposito, le linee aeree sono normalmente meno dirompenti dei cavi sotterranei e causano meno disturbi. Tuttavia, in casi specifici, i cavi sotterranei possono avere un impatto positivo significativo per alcune specie minacciate di estinzione; ad esempio, possono ridurre la mortalità a causa di collisioni delle linee elettriche nelle popolazioni di uccelli migranti o residenti (Bernardino et al., 2018). In entrambi gli ambienti urbani e rurali, l'interruzione del terreno è maggiore quando si posano cavi sotterranei che quando si erigono torri di linea aerea. Il volume di terreno scavato per un cavo sotterraneo, dove sono installati due cavi per fase, è circa 14 volte superiore a quello di una linea aerea equivalente. La vegetazione deve essere sgomberata lungo e a lato delle trincee per consentire la costruzione e l'accesso associato per i veicoli.

Tempo di implementazione

Il tempo di attuazione varia a seconda delle condizioni geografiche e geologiche locali e del metodo di installazione utilizzato. Tuttavia, è notevolmente più lungo per i cavi sotterranei rispetto ai cavi sopraelevati.

Durata

I cavi, sia aerei che sotterranei, sono generalmente progettati per essere in funzione per 60 anni. Un caso di studio del Regno Unito riporta che la durata prevista dei pali di legno che supportano le linee aeree è paragonabile: 40-60 anni.

Siti Web:

Riferimenti: