Rețele și servicii de transport, distribuție a energiei electrice reziliente la schimbările climatice

Prăbușirea cablurilor de alimentare cauzează pierderi temporare de energie pentru utilizatori și generează costuri suplimentare de reparare pentru furnizorii de energie electrică. Furtunile pot deteriora liniile electrice și, prin urmare, pot cauza întreruperi ale alimentării cu energie electrică și pene de curent, prin impact direct sau indirect (de exemplu, căderea copacilor). În plus, furtunile pot crește rata fulgerelor, o altă cauză a întreruperilor de energie prin deteriorarea liniilor electrice. Căderea copacilor, cauzată de mai mulți factori, inclusiv vânturile puternice, acumularea de apă în sol (ceea ce duce la dezrădăcinarea mai ușoară), acumularea de zăpadă sau iluminarea, poate avea același rezultat. Cu toate acestea, măsura în care precipitațiile și furtunile de vânt cauzează căderea copacilor depinde de vârsta și de circumferința copacilor în cauză. Acumularea și acumularea ulterioară de zăpadă pe liniile de transmisie și distribuție, în special în prezența unei umidități ridicate și a unor temperaturi de aproximativ 0°C (așa-numita „zăpadă umedă”), pot provoca ruperea liniilor electrice și prăbușirea turnurilor de transmisie a energiei electrice de înaltă tensiune.

Cablarea subterană permite adaptarea sistemelor de transport și distribuție a energiei electrice la schimbările climatice, deoarece protejează o parte esențială a infrastructurii de efectele menționate anterior ale schimbărilor climatice. Instalarea cablurilor subterane implică trei tehnici predominante: plasarea cablurilor în jgheaburi ranforsate cu beton, plasarea cablurilor în tuneluri subterane sau îngroparea directă a cablurilor.

Prin amplasarea cablurilor subterane, pot fi evitate majoritatea condițiilor meteorologice nefavorabile la care sunt expuse infrastructurile tradiționale de transport deasupra solului. Acest lucru se referă în mare parte la precipitații și furtuni. Cablarea subterană poate atenua cerința unor investiții suplimentare și mai frecvente în întreținerea și reparațiile infrastructurii de transport. Beneficiile preconizate includ o aprovizionare cu energie mai sigură, cu mai puține cazuri de întreruperi ale alimentării cu energie legate de condițiile meteorologice, realizând în același timp economii de costuri pe termen lung datorită întreținerii și reparațiilor reduse.

Furtunile nu sunt singurul pericol legat de climă care afectează rețelele de energie electrică. Temperaturile ambiante foarte ridicate, cum ar fi cele care apar în timpul valurilor de căldură, amenință transmisia și distribuția, deoarece pot cauza căderea liniilor; degajarea redusă a acestora de pe terenuri poate fi periculoasă pentru publicul larg. Sagging poate duce, de asemenea, la contactul cu copacii și alte structuri, ceea ce ar putea duce la electrocutare sau incendii. Majoritatea țărilor europene au reglementări în vigoare pentru a menține o distanță minimă între liniile electrice și sol sau structuri, pentru a se asigura că sunt evitate potențialele cazuri de electrocutare sau incendii. Temperaturile ambiante mai ridicate necesită reducerea curentului electric care trece prin liniile electrice aeriene pentru a preveni supraîncălzirea echipamentelor. Liniile electrice mai calde pot duce, de asemenea, la scăderea eficienței (de-rating). Aceste efecte sporesc riscurile de accidente, întreruperi ale alimentării cu energie electrică și defecțiuni ale rețelei în cascadă, cu implicații negative pentru rentabilitatea utilităților implicate și pentru bunăstarea populației afectate. Aceste efecte sunt agravate de creșterea cererii de energie electrică, inclusiv din cauza utilizării sporite a aerului condiționat. Opțiunile de adaptare pentru a face față acestor impacturi includ:

• Instalarea de stâlpi de linii electrice mai mari,
• Instalarea de conductoare cu limite de funcționare mai ridicate sau punerea în aplicare a utilizării conductoarelor „low-sag”.
• Creșterea temperaturii minime de proiectare a noilor rute aeriene este o opțiune deosebit de eficientă din punctul de vedere al costurilor, a cărei realizare ar crește, de regulă, înălțimea de proiectare a stâlpilor din lemn cu 0,5 metri.
• Dezvoltarea unui instrument software pentru optimizarea ratingurilor liniilor aeriene.

În cazul optimizării software-ului, toate opțiunile din această clasă implică instalarea sau modificarea infrastructurilor pe teren, în zonele urbane, industriale, rurale și naturale. Interacțiunea părților interesate la nivel local (cu proprietarii de terenuri, autoritățile locale și publicul larg) de-a lungul rutelor rețelelor instalate/modernizate este, prin urmare, esențială pentru a asigura acceptabilitatea socială și implementarea la timp și eficientă din punctul de vedere al costurilor a infrastructurilor. Pentru cablurile subterane, coordonarea cu alte entități de cablare poate reduce costurile economice și poate minimiza neplăcerile pentru comunitățile locale prin limitarea duratei activităților de săpare la minimul necesar.

Cablarea subterană depinde de disponibilitatea tehnologiei și a know-how-ului corect în ceea ce privește instalarea, monitorizarea și gestionarea. Cooperarea cu alte entități de cablare subterane, cum ar fi companiile de telecomunicații, ajută la minimizarea perturbării populațiilor prin activități de săpare, iar partajarea costurilor operațiunii de săpare reduce costurile suportate de fiecare entitate. Deși cablajul subteran ar putea fi expus unor noi pericole climatice, în special din cauza inundațiilor și a mișcărilor solului legate de alunecările de teren, până în prezent aceste riscuri rămân ipotetice. Excavarea datorată altor activități de construcție sau întreținere reprezintă un risc major de deteriorare a cablurilor subterane instalate. Acest risc poate fi redus prin aplicarea digitalizării și a tehnologiei GIS la cablurile subterane, pentru a informa excavatoarele despre amplasarea cablurilor subterane.

O diferență majoră între cablurile subterane și cele aeriene este modul în care este furnizată izolația electrică. Cablurile aeriene sunt izolate de aerul care le înconjoară, cea mai ieftină și mai simplă soluție de izolație disponibilă. Cablurile subterane trebuie izolate pentru a evita pierderile de energie și riscurile de electrocutare prin contact direct cu solul. Rezistența electrică generată de izolație generează căldură și, prin urmare, pierderi de transmisie. Acest lucru necesită cabluri mai mari și / sau mai multe pentru a compensa pierderile și un sistem de răcire (ventilație forțată, apă sau gaze) pentru a disipa căldura. Cablurile subterane trebuie să fie îngropate în șanțuri, să fie protejate împotriva deteriorărilor accidentale și să fie accesate cu ușurință atunci când este necesară întreținerea. În general, acest lucru duce la o utilizare mai mare a terenurilor prin cabluri subterane în comparație cu cablurile aeriene în timpul instalării, deși, odată îngropate, utilizarea terenurilor și impactul vizual pe care le generează sunt considerabil mai mici.

Întreținerea cablurilor subterane este mult mai complexă și mai costisitoare decât cea a cablurilor aeriene: „în cazul în care apare o defecțiune pe un cablu subteran de 400 kV, acesta este, în medie, scos din funcțiune pentru o perioadă de 25 de ori mai lungă decât liniile aeriene de 400 kV. Acest lucru se datorează în principal perioadei îndelungate de timp necesare pentru localizarea, excavarea și efectuarea reparațiilor necesare din punct de vedere tehnic. Aceste lucrări de întreținere și reparații costă, de asemenea, mult mai mult” (National Grid, 2015).

În cele din urmă, există limitări tehnice în ceea ce privește utilizarea terenurilor în vecinătatea cablurilor specifice liniilor subterane. Pe lângă necesitatea de a rezerva unele terenuri pentru a asigura accesul la linii în scopuri de întreținere, există, de asemenea, restricții privind plantarea de copaci și garduri vii peste cabluri sau pe o rază de 3 m de șanțul de cabluri pentru a preveni pătrunderea vegetației. Rădăcinile copacilor pot pătrunde în mediul de umplere a cablului, ceea ce, la rândul său, poate afecta calitatea cablului sau chiar poate duce la deteriorarea fizică a cablului. În mod similar, pentru liniile aeriene, creșterea arborilor este descurajată și controlată sub conductorii de linie aeriană sau în cadrul distanțelor în care copacii ar putea cădea pe linii. Vor exista, de asemenea, restricții de înălțime pentru utilaje sau vehicule deosebit de înalte, cum ar fi echipamentele agricole, în apropierea liniilor aeriene din motive de siguranță. În zonele urbane, suprafața de teren utilizată pentru cablurile îngropate o depășește cu mult pe cea necesară pentru o linie aeriană nominală echivalentă. Din punct de vedere istoric, cablurile au fost dirijate sub drumuri pentru a evita scăderea terenurilor din utilizările alternative; cu toate acestea, perturbarea traficului în timpul investigării defecțiunilor și al reparațiilor poate fi semnificativă. În cazul în care cablurile sunt instalate prin îngropare directă în zonele rurale, există restricții privind utilizarea echipamentelor agricole de cultivare în adâncime pentru a evita riscul de deteriorare. Îngroparea cablurilor de înaltă tensiune este, de asemenea, mai complicată decât instalarea conductelor de gaz și apă. În plus, la fiecare 500-1 000 m trebuie construite golfuri comune subterane, care sunt căptușite cu beton și mai late decât șanțurile în sine.

Pentru imunizarea la schimbările climatice a cablurilor aeriene, o cunoaștere detaliată a viitoarelor condiții climatice locale la înaltă rezoluție este esențială pentru planificarea intervențiilor necesare. Un avantaj clar al obținerii celor mai precise scenarii pentru cablurile aeriene este legat de înțelegerea măsurii în care acestea pot continua să fie o opțiune valabilă. În cazul în care se preconizează că evenimentele extreme vor afecta în mod semnificativ zonele în care sunt instalate sau planificate rețele aeriene de cablu, se poate lua în considerare, în cele din urmă, trecerea la cablarea subterană. Chiar și în circumstanțe mai puțin extreme, identificarea rutelor care vor fi cel mai puțin expuse în viitor la amenințările menționate mai sus la adresa cablajelor aeriene poate contribui la planificarea dezvoltării viitoare a rețelei.

Pe lângă impactul direct viitor asupra climei, atât pentru rețelele subterane, cât și pentru cele aeriene, este important să se obțină informații cu privire la viitoarele condiții de piață în care vor funcționa operatorii de sisteme de transport (OST) și operatorii de sisteme de distribuție (OSD).

În general, exploatarea cablurilor subterane costă aproximativ la fel ca cea a cablurilor aeriene (National Grid, 2015). Cu toate acestea, costurile de capital legate de construirea de linii subterane sunt mult mai mari decât cele pentru cablurile aeriene. Alonso și Greenwell (2013) raportează costuri de construcție de 4 până la 14 ori mai mari pentru cablurile subterane, pe baza unui studiu din 2011 al Comisiei Serviciului Public din Wisconsin. Costurile reale depind însă de caracteristicile geologice și geografice ale traseului cablurilor, de metoda de instalare (instalarea tunelului costă mai mult decât îngroparea directă), de capacitatea de transport a liniei și de opțiunile alese pentru izolarea și răcirea cablurilor subterane.

Ridicarea înălțimii polului este relativ ieftină: un studiu de caz privind liniile aeriene din Regatul Unit raportează că costurile de achiziționare a stâlpilor de lemn cu 0,5 metri mai înalți depind de înălțimea stâlpului inițial, dar pot fi de aproximativ 10 GBP (11 EUR) pe stâlp.

Pentru cablurile aeriene, normele naționale specifice din fiecare țară a UE reglementează înălțimea maximă a stâlpilor și distanța minimă față de sol.

Liniile electrice aeriene sau subterane ale clădirilor sunt subordonate reglementărilor naționale de autorizare, la fel ca orice altă infrastructură majoră. Există o serie de dezavantaje specifice de mediu care trebuie luate în considerare în procesul de autorizare. În zonele rurale, trebuie evaluate perturbările cauzate florei și faunei, utilizării terenurilor și siturilor arheologice. În acest sens, liniile aeriene sunt în mod normal mai puțin perturbatoare decât cablurile subterane și provoacă mai puține perturbări. Cu toate acestea, în anumite cazuri, cablurile subterane pot avea un impact pozitiv semnificativ pentru unele specii pe cale de dispariție; de exemplu, acestea pot reduce mortalitatea cauzată de coliziunile liniilor electrice la populațiile de păsări migrante sau rezidente (Bernardino et al., 2018). Atât în mediul urban, cât și în cel rural, perturbarea terenurilor este mai mare atunci când se montează cabluri subterane decât atunci când se ridică turnuri de linie aeriană. Volumul de sol excavat pentru un cablu subteran, unde sunt instalate două cabluri pe fază, este de aproximativ 14 ori mai mare decât pentru un traseu de linie aeriană echivalent. Vegetația trebuie să fie curățată de-a lungul și de-a lungul tranșeelor pentru a permite construcția și accesul asociat al vehiculelor.

Timpul de implementare variază în funcție de condițiile geografice și geologice locale și de metoda de instalare utilizată. Cu toate acestea, este considerabil mai lung pentru cablurile subterane în comparație cu cablurile aeriene.

Cablurile, indiferent dacă sunt aeriene sau subterane, sunt de obicei proiectate pentru a fi în funcțiune timp de 60 de ani. Un studiu de caz din Regatul Unit raportează că durata de viață preconizată a stâlpilor din lemn care susțin liniile aeriene este comparabilă: 40-60 de ani.