Prenos, distribucijska omrežja in storitve električne energije, odporni na podnebne spremembe

Zrušitev napajalnih kablov povzroča začasno izgubo energije za uporabnike in povzroča dodatne stroške nadomestila za dobavitelje električne energije. Nevihte lahko poškodujejo električne vode ter tako povzročijo izpade električne energije in izpade električne energije z neposrednim ali posrednim vplivom (npr. padajoča drevesa). Poleg tega lahko nevihte povečajo hitrost bliskov, kar je še en vzrok za izpade električne energije zaradi poškodb električnih vodov. Padec dreves, ki ga povzroča več dejavnikov, vključno z močnimi vetrovi, kopičenjem vode v tleh (kar ima za posledico lažje izkoreninjanje), kopičenjem snega ali razsvetljavo, ima lahko enak rezultat. Vendar je obseg, v katerem padavine in vetrovi povzročajo padec dreves, odvisen od starosti in oboda zadevnih dreves. Kopičenje in posledično kopičenje snega na prenosnih in distribucijskih vodih, zlasti ob visoki vlažnosti in temperaturah okoli 0 °C (t. i. „mokri sneg“), lahko povzročita zlom električnih vodov in zrušitev visokonapetostnih stolpov za prenos električne energije.

Podzemni kabli omogočajo prilagajanje sistemov za prenos in distribucijo električne energije podnebnim spremembam, saj ščitijo ključni del infrastrukture pred zgoraj navedenimi vplivi podnebnih sprememb. Namestitev podzemnih kablov vključuje tri prevladujoče tehnike: postavitev kablov v betonsko ojačana korita, postavitev kablov v podzemne predore ali neposredno zakopavanje kablov.

Z namestitvijo kablov pod zemljo se je mogoče izogniti večini neugodnih vremenskih razmer, ki so jim tradicionalne prenosne infrastrukture izpostavljene nad zemljo. To se v veliki meri nanaša na padavine in nevihte. Podzemni kabli lahko ublažijo potrebo po nadaljnjih in pogostejših naložbah v vzdrževanje in popravila infrastrukture za prenos. Pričakovane koristi vključujejo varnejšo oskrbo z energijo z manj primeri izpadov električne energije, povezanih z vremenom, hkrati pa dolgoročno doseganje prihrankov pri stroških zaradi zmanjšanega vzdrževanja in popravil.

Nevihte niso edina nevarnost, povezana s podnebjem, ki vpliva na električna omrežja. Zelo visoke temperature okolice, kot so tiste, ki se pojavljajo med vročinskimi valovi, ogrožajo prenos in distribucijo, saj lahko povzročijo popuščanje linij; njihova zmanjšana odstranitev s kopnega je lahko nevarna za širšo javnost. Sagging lahko povzroči tudi stik z drevesi in drugimi strukturami, kar lahko povzroči električni udar ali požare. Večina evropskih držav ima predpise za ohranjanje minimalne razdalje med električnimi vodi in tlemi ali strukturami, da bi se izognili morebitnim primerom električnega udara ali požarov. Višje temperature okolice zahtevajo, da se električni tok, ki prehaja skozi nadzemne električne vode, zmanjša, da se prepreči pregrevanje opreme. Toplejši električni vodi lahko povzročijo tudi zmanjšanje učinkovitosti (razvrščanje). Ti vplivi povečujejo tveganje nesreč, izpadov električne energije in kaskadnih izpadov omrežja, kar negativno vpliva na donosnost zadevnih komunalnih storitev in dobro počutje prizadetega prebivalstva. Te učinke še povečuje vse večje povpraševanje po električni energiji, tudi zaradi povečane uporabe klimatskih naprav. Možnosti prilagajanja za obravnavanje teh vplivov vključujejo:

• namestitev višjih polov električnih vodov,
• Namestitev vodnikov z bolj vročimi obratovalnimi omejitvami ali uporaba vodnikov z „nizkim sagom“.
• Povečanje najnižje konstrukcijsko določene temperature novih prog nadzemnih vodov je še posebej stroškovno učinkovita možnost, katere doseganje bi običajno povečalo konstrukcijsko višino lesenih drogov za 0,5 metra.
• Razvoj programskega orodja za optimizacijo ocen voznih vodov.

Razen v primeru optimizacije programske opreme, vse možnosti v tem razredu vključujejo namestitev ali spreminjanje infrastrukture na tleh, v mestnih, industrijskih, podeželskih in naravnih območjih. Interakcija deležnikov na lokalni ravni (z lastniki zemljišč, lokalnimi organi in širšo javnostjo) vzdolž poti nameščenih/posodobljenih omrežij je zato ključna za zagotovitev družbene sprejemljivosti ter pravočasne in stroškovno učinkovite postavitve infrastruktur. Pri podzemnih kablih lahko usklajevanje z drugimi kabelskimi enotami zmanjša gospodarske stroške in zmanjša neprijetnosti za lokalne skupnosti z omejitvijo trajanja dejavnosti kopanja na najmanjšo možno mero.

Podzemni kabli so odvisni od razpoložljivosti ustrezne tehnologije ter znanja in izkušenj glede namestitve, spremljanja in upravljanja. Sodelovanje z drugimi podzemnimi kabelskimi podjetji, kot so telekomunikacijska podjetja, pomaga zmanjšati motnje za prebivalstvo z dejavnostmi kopanja, delitev stroškov dejavnosti kopanja pa zmanjšuje stroške, ki jih nosi vsak subjekt. Čeprav bi lahko bili podzemni kabli izpostavljeni novim podnebnim nevarnostim, zlasti zaradi poplav in premikov tal, povezanih z zemeljskimi plazovi, so ta tveganja zaenkrat še vedno hipotetična. Izkop zaradi drugih gradbenih ali vzdrževalnih dejavnosti predstavlja ključno tveganje za poškodbe nameščenih podzemnih kablov. To tveganje je mogoče zmanjšati z uporabo digitalizacije in tehnologije GIS za podzemne kable, da bi bagre obvestili o lokaciji podzemnih kablov.

Glavna razlika med podzemnimi in nadzemnimi kabli je način zagotavljanja električne izolacije. Nadzemni kabli so izolirani z zrakom, ki jih obdaja, najcenejša in najpreprostejša izolacijska rešitev, ki je na voljo. Podzemne kable je treba izolirati, da se preprečijo izgube energije in tveganje električnega udara zaradi neposrednega stika s tlemi. Električna upornost, ki jo ustvarja izolacija, ustvarja toploto in s tem izgube pri prenosu. To zahteva večje in/ali več kablov za nadomestitev izgub in hladilni sistem (prisilno prezračevanje, voda ali plini), ki odvaja toploto. Podzemni kabli morajo biti zakopani v jarkih, zaščiteni pred nenamernimi poškodbami in zlahka dostopni, ko je potrebno vzdrževanje. Na splošno to pomeni večjo uporabo zemljišč s podzemnimi kabli v primerjavi z nadzemnimi kabli med namestitvijo, čeprav so po tem, ko so zakopani, raba zemljišč in vizualni vplivi, ki jih ustvarjajo, znatno manjši.

Vzdrževanje podzemnih kablov je veliko bolj zapleteno in dražje kot vzdrževanje nadzemnih kablov: „če pride do napake na 400 kV podzemnem kablu, ta v povprečju ne obratuje 25-krat dlje kot 400 kV nadzemnih vodov. Razlog za to so predvsem dolgotrajna iskanja, izkopavanja in tehnično potrebna popravila. Tudi to vzdrževanje in popravila stanejo bistveno več“ (National Grid, 2015).

Poleg tega obstajajo tehnične omejitve za rabo zemljišč v bližini kablov, značilnih za podzemne vode. Poleg tega, da je treba nekatera zemljišča rezervirati za zagotovitev dostopa do vodov za namene vzdrževanja, obstajajo tudi omejitve za sajenje dreves in živih mej nad kabli ali znotraj 3 m od kabelskega jarka, da se prepreči vdor z vegetacijo. Drevesne korenine lahko prodrejo v prostor za polnjenje kabla, kar lahko vpliva na oceno kabla ali celo povzroči fizično poškodbo kabla. Podobno je pri nadzemnih vodih rast dreves odvrnjena in nadzorovana pod vodniki nadzemnih vodov ali v razdaljah, kjer bi drevesa lahko padla na proge. Iz varnostnih razlogov bodo uvedene tudi omejitve višine za stroje ali zlasti visoka vozila, kot je kmetijska oprema, v bližini voznih vodov. V mestnih območjih površina tal, ki se uporablja za zakopane kable, močno presega površino, ki se zahteva za enakovredno ocenjen vozni vod. kabli so bili v preteklosti preusmerjeni pod ceste, da se zemljišča ne bi odštela od alternativnih rab; vendar so lahko motnje v prometu med preiskavo in popravilom okvare znatne. Kadar so kabli nameščeni z neposrednim zakopavanjem na podeželskih območjih, obstajajo omejitve glede uporabe kmetijske opreme za globoko gojenje, da se prepreči tveganje poškodb. Zakopavanje visokonapetostnih kablov je tudi bolj zapleteno kot polaganje cevi za plin in vodo. Poleg tega je treba na vsakih 500–1 000 m zgraditi podzemne skupne zalive, ki so betonsko obloženi in širši od samih jarkov.

Za zaščito nadzemnih kablov pred podnebnimi spremembami je za načrtovanje potrebnih ukrepov ključno podrobno poznavanje prihodnjih lokalnih podnebnih razmer z visoko ločljivostjo. Jasna prednost pridobivanja najbolj natančnih scenarijev za nadzemne kable je povezana z razumevanjem, v kolikšni meri so lahko še naprej veljavna možnost. Če se predvideva, da bodo ekstremni dogodki znatno vplivali na območja, na katerih so nameščena ali načrtovana nadzemna kabelska omrežja, se lahko na koncu upošteva prehod na podzemno ožičenje. Tudi v manj ekstremnih okoliščinah lahko opredelitev poti, ki bodo v prihodnosti najmanj izpostavljene omenjenim grožnjam za nadzemne kable, pomaga pri načrtovanju prihodnjega razvoja omrežja.

Poleg neposrednih prihodnjih vplivov na podnebje za podzemna in nadzemna omrežja je pomembno pridobiti vpogled v prihodnje tržne pogoje, v katerih bodo delovali operaterji prenosnih sistemov in operaterji distribucijskih sistemov.

Na splošno je strošek obratovanja podzemnih kablov približno enak strošku obratovanja nadzemnih kablov (National Grid, 2015). Vendar so kapitalski stroški, povezani z gradnjo podzemnih vodov, veliko višji od stroškov za nadzemne kable. Alonso in Greenwell (2013) poročata o 4 do 14-krat višjih stroških gradnje podzemnih kablov na podlagi študije komisije za javne storitve iz Wisconsina iz leta 2011. Dejanski stroški pa so odvisni od geoloških in geografskih značilnosti poti kablov, načina namestitve (inštalacija predora stane več kot neposredni pokop), prenosne zmogljivosti daljnovoda ter izbranih možnosti za izolacijo in hlajenje podzemnih kablov.

Dvig višine droga je relativno poceni: študija primera o nadzemnih vodih v Združenem kraljestvu poroča, da so stroški nabave lesenih nadzemnih drogov, ki so za 0,5 metra višji, odvisni od višine prvotnega droga, vendar lahko znašajo le približno 10 GBP (11 EUR) na drog.

Za nadzemne kable posebne nacionalne norme v vsaki državi EU urejajo največjo višino polov in najmanjšo oddaljenost od tal.

Gradnja nadzemnih ali podzemnih električnih vodov je tako kot katera koli druga večja infrastruktura podrejena nacionalnim predpisom o izdaji dovoljenj. V postopku izdaje dovoljenj je treba upoštevati številne posebne okoljske pomanjkljivosti. Na podeželskih območjih je treba oceniti vznemirjanje rastlinstva in živalstva, rabo zemljišč in arheološka najdišča. V zvezi s tem so nadzemni vodi običajno manj moteči kot podzemni kabli in povzročajo manj motenj. Vendar lahko podzemni kabli v posebnih primerih pomembno pozitivno vplivajo na nekatere ogrožene vrste; lahko na primer zmanjšajo umrljivost zaradi trkov električnih vodov v populacijah ptic migrantov ali ptic rezidentk (Bernardino idr., 2018). V urbanem in podeželskem okolju so motnje na kopnem večje pri polaganju podzemnih kablov kot pri postavljanju stolpov nadzemnih vodov. Količina tal, izkopanih za podzemni kabel, kjer sta nameščena dva kabla na fazo, je približno 14-krat večja kot pri enakovredni progi nadzemnega voda. Vegetacijo je treba očistiti ob jarkih in ob njih, da se omogoči gradnja in s tem povezan dostop za vozila.

Čas izvedbe se razlikuje glede na lokalne geografske in geološke razmere ter uporabljeno metodo namestitve. Vendar je pri podzemnih kablih precej daljši kot pri nadzemnih kablih.

Kabli, bodisi nadzemni ali podzemni, so običajno zasnovani tako, da delujejo 60 let. Študija primera v Združenem kraljestvu poroča, da je pričakovana življenjska doba lesenih drogov, ki podpirajo nadzemne vode, primerljiva: 40-60 let.