Klimato kaitai atsparios elektros energijos perdavimas, skirstomieji tinklai ir paslaugos

Sugriuvus elektros kabeliams, vartotojai laikinai praranda energiją, o energijos tiekėjai patiria papildomų remonto išlaidų. Dėl tiesioginio ar netiesioginio poveikio (pvz., nukritusių medžių) audros gali pažeisti elektros linijas, todėl gali nutrūkti elektros tiekimas ir nutrūkti elektros energijos tiekimas. Be to, audros gali padidinti žaibo blyksnių greitį, o tai yra dar viena elektros energijos tiekimo nutraukimo priežastis dėl elektros linijų pažeidimo. Medžių kritimas, kurį sukelia keli veiksniai, įskaitant stiprų vėją, vandens kaupimąsi dirvožemyje (dėl kurio lengviau išrauti), sniego kaupimąsi ar apšvietimą, gali turėti tą patį rezultatą. Vis dėlto tai, kiek krituliai ir vėjo audros sukelia medžių kritimą, priklauso nuo atitinkamų medžių amžiaus ir ilgio. Dėl to, kad perdavimo ir paskirstymo linijose kaupiasi ir vėliau kaupiasi sniegas, ypač esant didelei drėgmei ir maždaug 0 °C temperatūrai (vadinamasis šlapias sniegas), gali nutrūkti elektros linijos ir sugriūti aukštos įtampos elektros energijos perdavimo bokštai.

Požeminiai kabeliai leidžia pritaikyti elektros energijos perdavimo ir skirstymo sistemas prie klimato kaitos, nes jie apsaugo pagrindinę infrastruktūros dalį nuo minėto klimato kaitos poveikio. Požeminių kabelių įrengimas apima tris pagrindinius metodus: kabelių klojimas betoninėse lovytėse, kabelių klojimas požeminiuose tuneliuose arba tiesioginis kabelių užkasimas.

Įrengiant kabelius po žeme galima išvengti daugumos nepalankių oro sąlygų, kuriomis tradicinė perdavimo infrastruktūra yra veikiama antžeminės infrastruktūros. Tai daugiausia susiję su krituliais ir vėtromis. Požeminiai kabeliai gali sumažinti poreikį toliau ir dažniau investuoti į perdavimo infrastruktūros techninę priežiūrą ir remontą. Numatoma nauda apima saugesnį energijos tiekimą ir mažesnį su oro sąlygomis susijusių elektros energijos tiekimo sutrikimų skaičių, taip pat išlaidų mažinimą ilguoju laikotarpiu dėl sumažėjusios techninės priežiūros ir remonto.

Audros nėra vienintelis su klimatu susijęs pavojus, darantis poveikį elektros energijos tinklams. labai aukšta aplinkos temperatūra, pvz., karščio bangų metu, kelia grėsmę perdavimui ir pasiskirstymui, nes dėl jos linijos gali nuslysti; jų mažesnis atstumas nuo žemės gali būti pavojingas plačiajai visuomenei. Bėgimas taip pat gali sukelti sąlytį su medžiais ir kitomis struktūromis, o tai gali sukelti elektros smūgį ar gaisrą. Dauguma Europos šalių yra nustačiusios taisykles, pagal kurias išlaikomas minimalus atstumas tarp elektros linijų ir žemės ar konstrukcijų, siekiant užtikrinti, kad būtų išvengta galimų elektros smūgių ar gaisrų. Esant aukštesnei aplinkos temperatūrai, būtina sumažinti elektros srovę, einančią per orines elektros linijas, kad būtų išvengta įrangos perkaitimo. Šiltesnės elektros linijos taip pat gali sumažinti efektyvumą (sumažėjimas). Dėl šio poveikio didėja nelaimingų atsitikimų, elektros energijos tiekimo nutraukimo ir pakopinio tinklo gedimų rizika, o tai daro neigiamą poveikį susijusių komunalinių paslaugų pelningumui ir nukentėjusių gyventojų gerovei. Šį poveikį dar labiau didina didėjanti elektros energijos paklausa, be kita ko, dėl didesnio oro kondicionavimo naudojimo. Prisitaikymo prie klimato kaitos galimybės siekiant spręsti su šiuo poveikiu susijusias problemas apima:

• Aukštesnių elektros linijų polių įrengimas,
• Įrengti laidininkus, kurių veikimo ribos yra karštesnės, arba naudoti „mažai dervų turinčius“ laidininkus.
• Naujų oro linijų maršrutų minimalios projektinės temperatūros didinimas yra ypač ekonomiškai efektyvi galimybė, kurios pasiekimas paprastai padidintų medienos stulpų projektinį aukštį 0,5 metro.
• Programinės įrangos, skirtos oro linijų reitingams optimizuoti, kūrimas.

Kalbant apie programinės įrangos optimizavimą, visos šios klasės galimybės apima infrastruktūros diegimą ar modifikavimą ant žemės, miesto, pramonės, kaimo ir gamtos vietovėse. Todėl suinteresuotųjų subjektų sąveika vietos lygmeniu (su žemės savininkais, vietos valdžios institucijomis ir plačiąja visuomene) įrengtų ir (arba) atnaujintų tinklų maršrutuose yra labai svarbi siekiant užtikrinti socialinį priimtinumą ir laiku bei ekonomiškai efektyvų infrastruktūros diegimą. Požeminių kabelių atveju koordinavimas su kitais kabelių subjektais gali sumažinti ekonomines išlaidas ir sumažinti nepatogumus vietos bendruomenėms, apribojant kasimo veiklos trukmę iki minimumo.

Požeminiai kabeliai priklauso nuo to, ar yra tinkamos jų įrengimo, stebėsenos ir valdymo technologijos ir praktinė patirtis. Bendradarbiavimas su kitais požeminiais kabeliais, pvz., Telekomunikacijų bendrovėmis, padeda sumažinti gyventojų trikdymą vykdant kasimo veiklą, o kasimo operacijų išlaidų pasidalijimas sumažina kiekvieno subjekto patiriamas išlaidas. Nors požeminiams kabeliams gali kilti naujų su klimatu susijusių pavojų, visų pirma dėl potvynių ir dirvožemio judėjimo, susijusio su nuošliaužomis, iki šiol ši rizika tebėra hipotetinė. Kasimas dėl kitos statybos ar techninės priežiūros veiklos yra pagrindinė įrengtų požeminių kabelių sugadinimo rizika. Šią riziką galima sumažinti taikant skaitmeninimo ir GIS technologiją požeminiams kabeliams, siekiant informuoti ekskavatorius apie požeminių kabelių vietą.

Pagrindinis skirtumas tarp požeminių ir antžeminių kabelių yra tai, kaip teikiama elektros izoliacija. Viršutiniai kabeliai yra izoliuoti oru, kuris juos supa, pigiausias ir paprasčiausias izoliacijos sprendimas. Požeminiai kabeliai turi būti izoliuoti, kad būtų išvengta energijos nuostolių ir elektros smūgio per tiesioginį sąlytį su dirvožemiu rizikos. Izoliacijos generuojama elektrinė varža generuoja šilumą, taigi ir perdavimo nuostolius. Tam reikia didesnių ir (arba) kelių kabelių, kad būtų kompensuoti nuostoliai, ir aušinimo sistemos (priverstinės ventiliacijos, vandens ar dujų), kad šiluma būtų išsklaidyta. Požeminiai kabeliai turi būti užkasti tranšėjose, apsaugoti nuo atsitiktinių pažeidimų ir lengvai pasiekiami, kai reikia priežiūros. Apskritai dėl to žemės naudojimas požeminiais kabeliais yra didesnis, palyginti su antžeminiais kabeliais įrengimo metu, nors juos užkasus žemės naudojimas ir jų sukuriamas vizualinis poveikis yra gerokai mažesnis.

Požeminių kabelių priežiūra yra daug sudėtingesnė ir brangesnė nei antžeminių kabelių: „jei įvyksta 400 kV požeminio kabelio gedimas, jis vidutiniškai 25 kartus ilgiau nei 400 kV antžeminės linijos yra nenaudojamas. Taip yra iš esmės dėl to, kad ilgą laiką buvo ieškoma, kasama ir atliekamas techniškai susijęs remontas. Ši priežiūra ir remontas taip pat kainuoja gerokai brangiau“ (National Grid, 2015).

Galiausiai yra techninių apribojimų, susijusių su žemės naudojimu šalia požeminėms linijoms būdingų kabelių. Be to, kad reikia rezervuoti tam tikrą žemę, kad būtų užtikrinta prieiga prie linijų priežiūros tikslais, taip pat yra apribojimų sodinti medžius ir gyvatvores per kabelius arba 3 m atstumu nuo kabelių tranšėjos, kad būtų išvengta augalų įsiskverbimo. Medžio šaknys gali įsiskverbti į kabelio užpildymo aplinką, o tai savo ruožtu gali paveikti kabelio reitingą arba netgi fiziškai sugadinti kabelį. Panašiai ir oro linijų atveju, medžių augimas yra varžomas ir kontroliuojamas po oro linijų laidininkais arba per atstumus, kai medžiai gali nukristi ant linijų. Taip pat bus nustatyti aukščio apribojimai mašinoms ar ypač aukštoms transporto priemonėms, pvz., Žemės ūkio įrangai, netoli oro linijų dėl saugos priežasčių. Miestų teritorijose užkastiems kabeliams naudojamas žemės paviršius gerokai viršija plotą, reikalingą lygiavertei oro linijai. Kabeliai istoriškai buvo nutiesti keliais, kad iš alternatyvios paskirties nebūtų atimta žemė; tačiau eismo sutrikimai atliekant gedimų tyrimą ir remontą gali būti dideli. Kai kabeliai įrengiami tiesiogiai laidojant kaimo vietovėse, siekiant išvengti žalos rizikos, ribojamas gilios žemės ūkio įrangos naudojimas. Aukštos įtampos kabelių laidojimas taip pat yra sudėtingesnis nei dujų ir vandens vamzdžių klojimas. Be to, kas 500–1 000 m turi būti statomos požeminės jungtinės įlankos, išklotos betonu ir platesnės nei pačios tranšėjos.

Siekiant užtikrinti antžeminių kabelių atsparumą klimato kaitai, labai svarbu turėti išsamių žinių apie būsimas didelės skiriamosios gebos vietos klimato sąlygas, kad būtų galima planuoti būtinas intervencines priemones. Aiškus pranašumas gauti tiksliausius scenarijus, susijusius su antžeminiais kabeliais, yra susijęs su supratimu, kokiu mastu jie ir toliau gali būti tinkamas pasirinkimas. Jei numatoma, kad ekstremalūs įvykiai turės didelį poveikį teritorijoms, kuriose įrengti arba planuojami antžeminiai kabeliniai tinklai, galiausiai gali būti svarstoma galimybė pereiti prie požeminių kabelių. Net ir mažiau ekstremaliomis aplinkybėmis, nustačius maršrutus, kurie ateityje mažiausiai susidurs su minėtomis grėsmėmis pridėtiniams kabeliams, gali būti lengviau planuoti būsimą tinklo plėtrą.

Be tiesioginio būsimo poveikio klimatui tiek požeminiams, tiek antžeminiams tinklams, svarbu gauti įžvalgų apie būsimas rinkos sąlygas, kuriomis veiks perdavimo sistemos operatoriai (PSO) ir skirstymo sistemos operatoriai (SSO).

Apskritai požeminių kabelių eksploatavimas kainuoja maždaug tiek pat, kiek antžeminių kabelių eksploatavimas (National Grid, 2015). Tačiau kapitalo sąnaudos, susijusios su požeminių linijų statyba, yra daug didesnės nei sąnaudos, susijusios su antžeminiais kabeliais. Remiantis 2011 m. Viskonsino viešųjų paslaugų komisijos tyrimu, „Alonso“ ir „Greenwell“ (2013 m.) praneša apie 4–14 kartų didesnes požeminių kabelių statybos išlaidas. Tačiau faktinės išlaidos priklauso nuo kabelių maršruto geologinių ir geografinių savybių, įrengimo metodo (tunelio įrengimo išlaidos yra didesnės nei tiesioginis laidojimas), linijos perdavimo pajėgumo ir pasirinktų požeminių kabelių izoliavimo ir aušinimo galimybių.

Kėlimo stulpo aukštis yra palyginti nebrangus: JK atliktame oro linijų atvejo tyrime teigiama, kad 0,5 metro aukščio medinių oro linijų įsigijimo išlaidos priklauso nuo pradinio poliaus aukščio, tačiau jos gali būti tik apie 10 svarų (11 EUR) už polių.

Antžeminiams kabeliams kiekvienoje ES šalyje taikomos konkrečios nacionalinės normos, kuriomis reglamentuojamas didžiausias stulpų aukštis ir mažiausias atstumas nuo žemės.

Antžeminių arba požeminių elektros linijų statybai, kaip ir bet kuriai kitai pagrindinei infrastruktūrai, taikomos nacionalinės leidimų išdavimo taisyklės. Leidimų išdavimo procese reikia atsižvelgti į tam tikrus konkrečius aplinkos apsaugos trūkumus. Kaimo vietovėse būtina įvertinti floros ir faunos, žemės naudojimo ir archeologinių vietovių trikdymą. Šiuo atžvilgiu antžeminės linijos paprastai yra mažiau trikdančios nei požeminiai kabeliai ir sukelia mažiau trikdžių. Tačiau tam tikrais atvejais požeminiai kabeliai gali turėti didelį teigiamą poveikį kai kurioms nykstančioms rūšims; pavyzdžiui, jie gali sumažinti mirtingumą dėl elektros linijų susidūrimų migruojančių ar gyvenančių paukščių populiacijose (Bernardino et al., 2018). Tiek miesto, tiek kaimo aplinkoje žemės sutrikdymas yra didesnis klojant požeminius kabelius nei statant oro linijų bokštus. Dirvožemio, iškasto požeminiam kabeliui, kuriame įrengti du vienos fazės kabeliai, tūris yra maždaug 14 kartų didesnis nei atitinkamame orinės linijos maršrute. Augalija turi būti išvalyta išilgai tranšėjų ir prie jų, kad transporto priemonės galėtų statyti ir patekti į jas.

Įgyvendinimo laikas skiriasi priklausomai nuo vietos geografinių ir geologinių sąlygų ir naudojamo įrengimo metodo. Tačiau požeminiams kabeliams jis yra gerokai ilgesnis, palyginti su antžeminiais kabeliais.

Kabeliai, tiek antžeminiai, tiek požeminiai, paprastai yra suprojektuoti veikti 60 metų. JK atvejo tyrime teigiama, kad tikėtina medinių stulpų, kurie palaiko oro linijas, naudojimo trukmė yra panaši: 40–60 metų.