Klimatnoturīga elektroenerģijas pārvade, sadales tīkli un pakalpojumi

Strāvas kabeļu sabrukšana izraisa īslaicīgu elektroenerģijas zudumu lietotājiem un rada papildu reparācijas izmaksas elektroenerģijas piegādātājiem. Vētras var bojāt elektrolīnijas un tādējādi izraisīt elektroenerģijas padeves pārtraukumus un atslēgumus tiešas vai netiešas ietekmes dēļ (piemēram, krītoši koki). Turklāt vētras var palielināt zibens zibšņu ātrumu, kas ir vēl viens elektroenerģijas padeves pārtraukumu cēlonis, bojājot elektrolīnijas. Koku kritienam, ko izraisa vairāki faktori, tostarp spēcīgi vēji, ūdens uzkrāšanās augsnē (kas ļauj vieglāk izrauties no saknēm), sniega uzkrāšanās vai apgaismojums, var būt tāds pats rezultāts. Tomēr tas, cik lielā mērā nokrišņi un vēja vētras izraisa koku nokrišanu, ir atkarīgs no attiecīgo koku vecuma un apkārtmēra. Sniega uzkrāšanās un turpmāka uzkrāšanās pārvades un sadales līnijās, jo īpaši augsta mitruma un temperatūras ap 0 °C klātbūtnē (tā sauktais “slapjais sniegs”), var izraisīt elektrolīniju pārrāvumus un augstsprieguma spēka pārvades torņu sabrukumu.

Pazemes kabeļi ļauj pielāgot elektroenerģijas pārvades un sadales sistēmas klimata pārmaiņām, jo tie aizsargā būtisku infrastruktūras daļu no iepriekš minētās klimata pārmaiņu ietekmes. Pazemes kabeļu ierīkošana ietver trīs galvenos paņēmienus: kabeļu novietošanu betona stiegrotās silēs, kabeļu novietošanu pazemes tuneļos vai kabeļu tiešu apglabāšanu.

Novietojot kabeļus pazemē, var izvairīties no lielākās daļas nelabvēlīgo laika apstākļu, ko tradicionālās pārvades infrastruktūras ir pakļautas virszemes iedarbībai. Tas galvenokārt attiecas uz nokrišņiem un vētrām. Pazemes kabeļu ievilkšana var atvieglot prasību pēc turpmākām un biežākām investīcijām pārvades infrastruktūras uzturēšanā un remontā. Paredzamie ieguvumi ietver drošāku energoapgādi ar mazāk ar laikapstākļiem saistītu elektroenerģijas padeves pārtraukumu gadījumiem, vienlaikus ilgtermiņā panākot izmaksu ietaupījumus samazinātas apkopes un remonta dēļ.

Vētras nav vienīgais ar klimatu saistītais apdraudējums, kas ietekmē elektroenerģijas tīklus. Ļoti augsta apkārtējās vides temperatūra, piemēram, karstuma viļņu laikā, apdraud pārvadi un sadali, jo var izraisīt līniju sagraušanu; to samazinātā atmīnēšana no zemes var būt bīstama plašai sabiedrībai. Sagging var arī izraisīt kontaktu ar kokiem un citām struktūrām, kas var izraisīt nāvējošu elektrošoku vai ugunsgrēkus. Lielākajā daļā Eiropas valstu ir spēkā noteikumi, kas paredz saglabāt minimālo attālumu starp elektrolīnijām un zemi vai būvēm, lai nodrošinātu, ka tiek novērsti iespējamie nāvējošas elektrotraumas vai ugunsgrēki. Augstākas apkārtējās vides temperatūras dēļ ir jāsamazina elektriskā strāva, kas iet caur gaisvadu elektrolīnijām, lai novērstu iekārtu pārkaršanu. Siltākas elektrolīnijas var arī samazināt efektivitāti (de-rating). Šī ietekme palielina negadījumu, elektroenerģijas padeves pārtraukumu un kaskādes veida tīkla atteices risku, negatīvi ietekmējot iesaistīto komunālo pakalpojumu rentabilitāti un skarto iedzīvotāju labklājību. Šo ietekmi pastiprina pieaugošais pieprasījums pēc elektroenerģijas, arī tāpēc, ka palielinās gaisa kondicionēšanas izmantošana. Pielāgošanās iespējas, lai novērstu šo ietekmi, ir šādas:

• Augstāku elektrolīniju stabu uzstādīšana,
• Uzstādīt vadus ar karstākiem darbības ierobežojumiem vai izmantot “zemas saķeres” vadus.
• Jaunu gaisvadu līniju maršrutu minimālās projektētās temperatūras palielināšana ir īpaši rentabls risinājums, kura sasniegšana parasti palielinātu koka stabu projektēto augstumu par 0,5 metriem.
• Izstrādāt programmatūras rīku, lai optimizētu gaisvadu līniju reitingus.

Ja runa ir par programmatūras optimizēšanu, visas šīs klases iespējas ietver infrastruktūras instalēšanu vai modificēšanu uz zemes, pilsētu, rūpniecības, lauku un dabas teritorijās. Tāpēc ieinteresēto personu mijiedarbībai vietējā līmenī (ar zemes īpašniekiem, vietējām iestādēm un plašu sabiedrību) uzstādīto/modernizēto tīklu maršrutos ir izšķiroša nozīme, lai nodrošinātu sociālo pieņemamību un savlaicīgu un rentablu infrastruktūras izvēršanu. Attiecībā uz pazemes kabeļiem koordinācija ar citiem kabeļu uzņēmumiem var samazināt ekonomiskās izmaksas un līdz minimumam samazināt traucējumus vietējām kopienām, ierobežojot rakšanas darbību ilgumu līdz minimumam.

Pazemes kabeļu ievilkšana ir atkarīga no tā, vai ir pieejama pareiza tehnoloģija un zinātība par uzstādīšanu, uzraudzību un pārvaldību. Sadarbība ar citiem pazemes kabeļu uzņēmumiem, piemēram, telekomunikāciju uzņēmumiem, palīdz samazināt traucējumus iedzīvotājiem, veicot rakšanas darbības, un rakšanas darbību izmaksu dalīšana samazina izmaksas, kas rodas katram uzņēmumam. Lai gan pazemes kabeļu ievilkšana varētu būt pakļauta jauniem klimata apdraudējumiem, jo īpaši plūdiem un augsnes kustībām, kas saistītas ar zemes nogruvumiem, līdz šim šie riski joprojām ir hipotētiski. Rakšana citu būvniecības vai uzturēšanas darbību dēļ rada būtisku risku, ka tiks bojāti uzstādītie pazemes kabeļi. Šo risku var samazināt, piemērojot digitalizācijas un ĢIS tehnoloģiju pazemes kabeļiem, lai informētu ekskavatorus par pazemes kabeļu atrašanās vietu.

Galvenā atšķirība starp pazemes un gaisvadu kabeļiem ir veids, kā tiek nodrošināta elektriskā izolācija. Gaisvadu kabeļus izolē gaiss, kas tos ieskauj, tas ir lētākais un vienkāršākais pieejamais izolācijas risinājums. Pazemes kabeļiem jābūt izolētiem, lai izvairītos no strāvas zudumiem un nāvējoša elektrotraumas riska, ko rada tiešs kontakts ar augsni. Izolācijas radītā elektriskā pretestība rada siltuma un līdz ar to pārvades zudumus. Tāpēc ir vajadzīgi lielāki un/vai vairāki kabeļi, lai kompensētu zudumus, un dzesēšanas sistēma (piespiedu ventilācija, ūdens vai gāzes), lai izkliedētu siltumu. Pazemes kabeļi ir jāapglabā tranšejās, jāaizsargā no nejaušiem bojājumiem un tiem jābūt viegli pieejamiem, kad nepieciešama apkope. Kopumā tā rezultātā zeme tiek vairāk izmantota pazemes kabeļiem salīdzinājumā ar gaisvadu kabeļiem uzstādīšanas laikā, lai gan pēc apglabāšanas zemes izmantojums un to radītā vizuālā ietekme ir ievērojami mazāka.

Pazemes kabeļu uzturēšana ir daudz sarežģītāka un dārgāka nekā gaisvadu kabeļu uzturēšana: “Ja 400 kV apakšzemes kabelim rodas defekts, tas vidēji nedarbojas 25 reizes ilgāk nekā 400 kV gaisvadu līnijas. Tas galvenokārt ir saistīts ar ilgo laiku, kas nepieciešams, lai atrastu, izraktu un veiktu tehniski saistītus remontdarbus. Šī apkope un remonts arī izmaksā ievērojami vairāk” (National Grid, 2015).

Visbeidzot, pastāv tehniski ierobežojumi zemes izmantošanai apakšzemes līnijām raksturīgu kabeļu tuvumā. Papildus vajadzībai rezervēt daļu zemes, lai nodrošinātu piekļuvi līnijām uzturēšanas nolūkos, ir arī ierobežojumi koku un dzīvžogu stādīšanai virs kabeļiem vai 3 m attālumā no kabeļu tranšejas, lai novērstu veģetācijas iejaukšanos. Koku saknes var iekļūt kabeļa aizbāžņa aptverē, kas savukārt var ietekmēt kabeļa novērtējumu vai pat izraisīt kabeļa fizisku bojājumu. Līdzīgi attiecībā uz gaisvadu līnijām koku augšanu kavē un kontrolē zem gaisvadu līnijas vadītājiem vai tādos attālumos, kuros koki varētu nokrist uz līnijām. Drošības apsvērumu dēļ tiks noteikti arī augstuma ierobežojumi mašīnām vai īpaši augstiem transportlīdzekļiem, piemēram, lauksaimniecības aprīkojumam, netālu no gaisvadu līnijām. Pilsētu teritorijās zemes virsma, ko izmanto apraktiem kabeļiem, ievērojami pārsniedz to, kas vajadzīga līdzvērtīgai nominālai gaisvadu līnijai. Kabeļi vēsturiski ir maršrutēti pa ceļiem, lai izvairītos no zemes atņemšanas no alternatīviem lietojumiem; tomēr satiksmes traucējumi vainas izmeklēšanas un remontdarbu laikā var būt ievērojami. Ja lauku apvidos kabeļi tiek uzstādīti, tos tieši apglabājot, pastāv ierobežojumi lauksaimniecības aprīkojuma dziļai audzēšanai, lai izvairītos no kaitējuma riska. Augstsprieguma kabeļu apglabāšana ir arī sarežģītāka nekā gāzes un ūdens cauruļu ieklāšana. Turklāt ik pēc 500–1000 m ir jābūvē pazemes koplietošanas līči, kas ir betona oderējumi un platāki nekā pašas tranšejas.

Gaisvadu kabeļu klimatdrošināšanas nolūkā ir ļoti svarīgi iegūt detalizētas zināšanas par nākotnes vietējiem klimatiskajiem apstākļiem augstā izšķirtspējā, lai plānotu nepieciešamos intervences pasākumus. Skaidra priekšrocība iegūt visprecīzākos gaisvadu kabeļu scenārijus ir saistīta ar izpratni par to, cik lielā mērā tie joprojām var būt derīgs risinājums. Ja tiek prognozēts, ka ekstremāli notikumi būtiski ietekmēs teritorijas, kurās ir uzstādīti vai plānoti gaisvadu kabeļu tīkli, galu galā var apsvērt pāreju uz pazemes kabeļiem. Pat mazāk ekstremālos apstākļos to maršrutu noteikšana, kas nākotnē būs vismazāk pakļauti iepriekš minētajiem draudiem gaisvadu kabeļu ierīkošanai, var palīdzēt plānot tīkla attīstību nākotnē.

Papildus tiešai turpmākai ietekmei uz klimatu gan pazemes, gan gaisvadu tīklos ir svarīgi gūt ieskatu par nākotnes tirgus apstākļiem, kādos darbosies pārvades sistēmu operatori (PSO) un sadales sistēmu operatori (SSO).

Kopumā pazemes kabeļu ekspluatācija izmaksā aptuveni tikpat, cik gaisvadu kabeļu ekspluatācija (National Grid, 2015). Tomēr kapitāla izmaksas, kas saistītas ar pazemes līniju būvniecību, ir daudz augstākas nekā gaisvadu kabeļu izmaksas. Alonso un Greenwell (2013. gads) ziņo par 4–14 reizes augstākām pazemes kabeļu būvniecības izmaksām, pamatojoties uz Viskonsinas Sabiedrisko pakalpojumu komisijas 2011. gada pētījumu. Tomēr faktiskās izmaksas ir atkarīgas no kabeļu maršruta ģeoloģiskajām un ģeogrāfiskajām īpašībām, uzstādīšanas metodes (tuneļa ierīkošanas izmaksas pārsniedz tiešās apglabāšanas izmaksas), līnijas pārvades jaudas un izvēlētajām pazemes kabeļu izolācijas un dzesēšanas iespējām.

Polu augstuma paaugstināšana ir salīdzinoši lēta: gadījuma izpēte par gaisvadu līnijām Apvienotajā Karalistē liecina, ka izmaksas, kas saistītas ar koka gaisvadu stabu iegādi par 0,5 metriem augstāk, ir atkarīgas no sākotnējā staba augstuma, bet tās var būt tikai aptuveni GBP 10 (EUR 11) par stabu.

Attiecībā uz gaisvadu kabeļiem katrā ES valstī ir īpašas valsts normas, kas regulē stabu maksimālo augstumu un minimālo atstatumu no zemes.

Gaisvadu vai apakšzemes elektrolīniju būvniecība, tāpat kā jebkura cita liela infrastruktūra, ir pakļauta valsts atļauju piešķiršanas noteikumiem. Ir vairāki īpaši trūkumi vides jomā, kas jāņem vērā atļauju piešķiršanas procesā. Lauku apvidos jānovērtē floras un faunas traucējumi, zemes izmantošana un arheoloģiskās vietas. Šajā ziņā gaisvadu līnijas parasti ir mazāk traucējošas nekā pazemes kabeļi un rada mazāk traucējumu. Tomēr atsevišķos gadījumos pazemes kabeļiem var būt ievērojama pozitīva ietekme uz dažām apdraudētajām sugām; piemēram, tie var samazināt mirstību, ko izraisa sadursmes ar elektrolīnijām migrējošo vai dzīvojošo putnu populācijās (Bernardino et al., 2018). Gan pilsētu, gan lauku vidē zemes traucējumi ir lielāki, ieklājot pazemes kabeļus, nekā uzstādot gaisvadu līniju torņus. Augsnes apjoms, kas izrakts pazemes kabelim, kurā ir uzstādīti divi kabeļi uz fāzi, ir aptuveni 14 reizes lielāks nekā līdzvērtīgam gaisvadu līnijas maršrutam. Veģetācija ir jāattīra tranšeju garumā un sānos, lai transportlīdzekļi varētu veikt būvniecību un ar to saistīto piekļuvi.

Īstenošanas laiks ir atkarīgs no vietējiem ģeogrāfiskajiem un ģeoloģiskajiem apstākļiem un izmantotās uzstādīšanas metodes. Tomēr pazemes kabeļiem tas ir ievērojami ilgāks nekā gaisvadu kabeļiem.

Kabeļi, neatkarīgi no tā, vai tie ir gaisvadu vai pazemes kabeļi, parasti ir paredzēti ekspluatācijai 60 gadus. Apvienotās Karalistes gadījuma izpētē ir ziņots, ka gaisvadu līnijas balstošo koka stabu paredzamais kalpošanas laiks ir salīdzināms: 40–60 gadi.