Prenos elektrickej energie, distribučné siete a služby odolné voči zmene klímy

Skolabujúce napájacie káble spôsobujú používateľom dočasnú stratu energie a poskytovateľom energie spôsobujú dodatočné náklady na opravu. Búrky môžu poškodiť elektrické vedenie, a tým spôsobiť výpadky elektrickej energie a výpadky elektrickej energie prostredníctvom priameho alebo nepriameho vplyvu (napr. padajúce stromy). Okrem toho môžu búrky zvýšiť rýchlosť bleskov, čo je ďalšia príčina výpadkov elektrickej energie prostredníctvom poškodenia elektrického vedenia. Rovnaký výsledok môže mať pád stromov spôsobený viacerými faktormi vrátane silného vetra, akumulácie vody v pôde (čo má za následok ľahšie vykorenenie), akumulácie snehu alebo osvetlenia. Rozsah, v akom zrážky a veterné búrky spôsobujú pád stromov, však závisí od veku a obvodu príslušných stromov. Nahromadenie a následné nahromadenie snehu na prenosových a distribučných vedeniach, najmä pri vysokej vlhkosti a teplotách okolo 0 °C (tzv. mokrý sneh), môže spôsobiť rozbitie elektrických vedení a kolaps vysokonapäťových prenosových veží.

Podzemná kabeláž umožňuje prispôsobiť prenosové a distribučné sústavy elektrickej energie zmene klímy, pretože chráni kľúčovú časť infraštruktúry pred uvedenými vplyvmi zmeny klímy. Inštalácia podzemnej kabeláže zahŕňa tri prevládajúce techniky: umiestnenie káblov do betónom vystužených žľabov, umiestnenie káblov do podzemných tunelov alebo priame zakopanie káblov.

Umiestnením káblov pod zem možno predísť väčšine nepriaznivých poveternostných podmienok, ktorým sú vystavené tradičné prenosové infraštruktúry nad zemou. Týka sa to najmä zrážok a veterných búrok. Podzemná kabeláž môže zmierniť požiadavku na ďalšie a častejšie investície do údržby a opráv prenosovej infraštruktúry. Medzi očakávané prínosy patrí bezpečnejšie zásobovanie energiou s menším počtom prípadov výpadkov elektrickej energie súvisiacich s počasím a zároveň dosiahnutie úspor nákladov v dlhodobom horizonte v dôsledku zníženej údržby a opráv.

Búrky nie sú jediným nebezpečenstvom súvisiacim s klímou, ktoré ovplyvňuje elektrické siete. Veľmi vysoké teploty okolia, napríklad tie, ktoré sa vyskytujú počas horúčav, ohrozujú prenos a distribúciu, pretože môžu spôsobiť previs línií; ich znížená vzdialenosť od pevniny môže byť nebezpečná pre širokú verejnosť. Vŕtanie môže tiež viesť ku kontaktu so stromami a inými štruktúrami, čo by mohlo viesť k usmrteniu elektrickým prúdom alebo požiarom. Väčšina európskych krajín má zavedené predpisy na zachovanie minimálnej vzdialenosti medzi elektrickými vedeniami a zemou alebo štruktúrami s cieľom zabezpečiť, aby sa zabránilo potenciálnym prípadom usmrtenia elektrickým prúdom alebo požiarom. Vyššie teploty okolia si vyžadujú, aby sa elektrický prúd, ktorý prechádza cez nadzemné elektrické vedenie, znížil, aby sa zabránilo prehriatiu zariadenia. Teplejšie elektrické vedenia môžu tiež viesť k zníženej účinnosti (znižovaniu). Tieto vplyvy zvyšujú riziko nehôd, výpadkov elektrickej energie a kaskádových zlyhaní siete, čo má negatívny vplyv na ziskovosť príslušných verejných služieb a na blahobyt postihnutého obyvateľstva. Tieto vplyvy sa znásobujú rastúcim dopytom po elektrickej energii, a to aj v dôsledku zvýšeného používania klimatizácie. Možnosti adaptácie na riešenie týchto vplyvov zahŕňajú:

• Inštalácia vyšších pólov elektrického vedenia,
• Inštalácia vodičov s horšími prevádzkovými limitmi alebo používanie vodičov s „nízkym rozpätím“.
• Zvýšenie minimálnej konštrukčnej teploty nových trás nadzemného vedenia je obzvlášť nákladovo efektívnou možnosťou, ktorej dosiahnutie by zvyčajne zvýšilo konštrukčnú výšku drevených stĺpov o 0,5 metra.
• Vývoj softvérového nástroja na optimalizáciu ratingov režijných línií.

Pokiaľ ide o optimalizáciu softvéru, všetky možnosti v tejto triede zahŕňajú inštaláciu alebo úpravu infraštruktúr v teréne, v mestských, priemyselných, vidieckych a prírodných oblastiach. Interakcia zainteresovaných strán na miestnej úrovni (s vlastníkmi pôdy, miestnymi orgánmi a širokou verejnosťou) na trasách inštalovaných/modernizovaných sietí je preto kľúčová na zabezpečenie spoločenskej prijateľnosti a včasného a nákladovo efektívneho zavádzania infraštruktúr. V prípade podzemných káblov môže koordinácia s inými kabelážnymi subjektmi znížiť ekonomické náklady a minimalizovať nepríjemnosti pre miestne komunity obmedzením trvania hĺbiacich činností na úplné minimum.

Podzemná kabeláž závisí od dostupnosti správnej technológie a know-how, pokiaľ ide o inštaláciu, monitorovanie a riadenie. Spolupráca s inými podzemnými kabelážnymi subjektmi, ako sú telekomunikačné spoločnosti, pomáha minimalizovať rušenie obyvateľstva prostredníctvom výkopových činností a rozdelenie nákladov na výkopovú prevádzku znižuje náklady, ktoré znáša každý subjekt. Hoci podzemná kabeláž by mohla byť vystavená novým klimatickým rizikám, najmä v dôsledku povodní a pohybov pôdy súvisiacich so zosuvmi pôdy, tieto riziká zostávajú zatiaľ hypotetické. Ťažba v dôsledku iných stavebných alebo údržbárskych činností predstavuje kľúčové riziko poškodenia inštalovaných podzemných káblov. Toto riziko možno znížiť uplatnením digitalizácie a technológie GIS na podzemné káble s cieľom informovať rýpadlá o umiestnení podzemných káblov.

Hlavným rozdielom medzi podzemnými a nadzemnými káblami je spôsob, akým je zabezpečená elektrická izolácia. Nadzemné káble sú izolované vzduchom, ktorý ich obklopuje, čo je najlacnejšie a najjednoduchšie dostupné izolačné riešenie. Podzemné káble musia byť izolované, aby sa zabránilo stratám energie a rizikám zásahu elektrickým prúdom priamym kontaktom s pôdou. Elektrický odpor generovaný izoláciou vytvára teplo a tým aj prenosové straty. To si vyžaduje väčšie a/alebo viacnásobné káble na kompenzáciu strát a chladiaci systém (nútené vetranie, voda alebo plyny) na odvádzanie tepla. Podzemné káble musia byť zakopané v zákopoch, chránené pred náhodným poškodením a ľahko prístupné, keď je potrebná údržba. Celkovo to vedie k väčšiemu využívaniu pôdy podzemnými káblami v porovnaní s nadzemnými káblami počas inštalácie, hoci po zakopaní je využívanie pôdy a vizuálne vplyvy, ktoré vytvárajú, výrazne nižšie.

Údržba podzemných káblov je oveľa zložitejšia a nákladnejšia ako údržba nadzemných káblov: „ak sa vyskytne porucha na podzemnom kábli s napätím 400 kV, je v priemere mimo prevádzky počas 25-krát dlhšieho obdobia ako nadzemné vedenie s napätím 400 kV. Je to spôsobené najmä dlhodobým úsilím o lokalizáciu, vykopanie a vykonanie technicky potrebných opráv. Tieto náklady na údržbu a opravy sú takisto výrazne vyššie“ (National Grid, 2015).

Napokon existujú technické obmedzenia využívania pôdy v blízkosti káblov špecifických pre podzemné vedenia. Okrem potreby vyhradiť určitú pôdu na zabezpečenie prístupu k tratiam na účely údržby existujú aj obmedzenia týkajúce sa výsadby stromov a živých plotov nad káblami alebo do 3 m od káblového výkopu, aby sa zabránilo zasahovaniu vegetácie. Korene stromov môžu preniknúť do priestoru zásypu kábla, čo zase môže ovplyvniť hodnotenie kábla alebo dokonca viesť k fyzickému poškodeniu kábla. Podobne v prípade nadzemných vedení sa rast stromov odrádza a kontroluje pod vodičmi nadzemného vedenia alebo vo vzdialenostiach, v ktorých by stromy mohli spadnúť na vedenia. Z bezpečnostných dôvodov budú existovať aj výškové obmedzenia pre stroje alebo obzvlášť vysoké vozidlá, ako sú poľnohospodárske zariadenia, v blízkosti nadzemných vedení. V mestských oblastiach plocha pôdy používaná na zakopané káble ďaleko presahuje plochu potrebnú na ekvivalentné menovité nadzemné vedenie. Káble boli historicky vedené po cestách, aby sa zabránilo odčítaniu pôdy od alternatívneho využitia; narušenie dopravy počas vyšetrovania chýb a opráv však môže byť značné. Ak sa káble inštalujú priamym zakopaním vo vidieckych oblastiach, existujú obmedzenia týkajúce sa používania hlbokého obrábania poľnohospodárskych zariadení, aby sa zabránilo riziku poškodenia. Zakopávanie vysokonapäťových káblov je tiež zložitejšie ako kladenie plynových a vodných potrubí. Okrem toho musia byť každých 500 – 1 000 m postavené podzemné spojovacie zátoky, ktoré sú betónovo lemované a širšie ako samotné zákopy.

Na zabezpečenie odolnosti nadzemných káblov proti zmene klímy sú nevyhnutné podrobné znalosti o budúcich miestnych klimatických podmienkach s vysokým rozlíšením, aby bolo možné naplánovať potrebné zásahy. Jasná výhoda získania najpresnejších scenárov pre nadzemné káble súvisí s pochopením toho, do akej miery môžu byť naďalej platnou možnosťou. Ak sa predpokladá, že extrémne udalosti významne ovplyvnia oblasti, v ktorých sa inštalujú alebo plánujú nadzemné káblové siete, môže sa nakoniec zvážiť prechod na podzemnú kabeláž. Aj za menej extrémnych okolností môže identifikácia trás, ktoré budú v budúcnosti najmenej vystavené uvedeným hrozbám pre režijnú kabeláž, pomôcť pri plánovaní budúceho rozvoja siete.

Okrem priamych budúcich vplyvov na klímu v prípade podzemných aj nadzemných sietí je dôležité získať prehľad o budúcich trhových podmienkach, v ktorých budú pôsobiť prevádzkovatelia prenosových sústav (PPS) a prevádzkovatelia distribučných sústav (PDS).

Prevádzka podzemných káblov vo všeobecnosti stojí približne rovnako ako prevádzka nadzemných káblov (National Grid, 2015). Kapitálové náklady spojené so stavbou podzemných vedení sú však oveľa vyššie ako náklady na nadzemné káble. Spoločnosti Alonso a Greenwell (2013) uvádzajú 4 až 14-krát vyššie stavebné náklady na podzemné káble na základe štúdie Komisie pre verejné služby vo Wisconsine z roku 2011. Skutočné náklady však závisia od geologických a geografických vlastností trasy káblov, spôsobu inštalácie (náklady na inštaláciu tunela sú vyššie ako priame zakopanie), prenosovej kapacity vedenia a zvolených možností izolácie a chladenia podzemných káblov.

Zvyšovanie výšky pólu je relatívne lacné: v prípadovej štúdii o nadzemných vedeniach v Spojenom kráľovstve sa uvádza, že náklady na obstaranie drevených nadzemných stĺpov vyšších o 0,5 metra závisia od výšky pôvodného stĺpa, ale môžu byť len približne 10 GBP (11 EUR) za stĺp.

V prípade nadzemných káblov sa maximálna výška stĺpov a minimálna svetlá výška od zeme regulujú osobitnými vnútroštátnymi normami v každej krajine EÚ.

Budovanie nadzemných alebo podzemných elektrických vedení je podriadené vnútroštátnym povoľovacím predpisom, rovnako ako akákoľvek iná významná infraštruktúra. V povoľovacom procese je potrebné zohľadniť niekoľko konkrétnych environmentálnych nedostatkov. Vo vidieckych oblastiach sa musí posúdiť narušenie flóry a fauny, využívanie pôdy a archeologické náleziská. V tejto súvislosti sú nadzemné vedenia zvyčajne menej rušivé ako podzemné káble a spôsobujú menej porúch. V osobitných prípadoch však podzemné káble môžu mať významný pozitívny vplyv na niektoré ohrozené druhy; napríklad môžu znížiť úmrtnosť v dôsledku zrážok elektrického vedenia v populáciách migrujúcich alebo žijúcich vtákov (Bernardino a kol., 2018). V mestskom aj vidieckom prostredí je narušenie pôdy väčšie pri kladení podzemných káblov ako pri stavbe veží nadzemného vedenia. Objem vykopanej pôdy pre podzemný kábel, v ktorom sú nainštalované dva káble za fázu, je približne 14-krát vyšší ako v prípade ekvivalentnej trasy nadzemného vedenia. Vegetácia sa musí vyčistiť pozdĺž zákopov a po ich stranách, aby sa umožnila výstavba a súvisiaci prístup pre vozidlá.

Čas realizácie sa líši v závislosti od miestnych geografických a geologických podmienok a použitej metódy inštalácie. V porovnaní s nadzemnými káblami je však podstatne dlhšia pri podzemných kábloch.

Káble, či už nadzemné alebo podzemné, sú zvyčajne navrhnuté tak, aby boli v prevádzke 60 rokov. V prípadovej štúdii Spojeného kráľovstva sa uvádza, že očakávaná životnosť drevených stĺpov, ktoré podporujú nadzemné vedenie, je porovnateľná: 40-60 rokov.