Klimattåliga elöverförings-, eldistributionsnät och eltjänster

Att kollapsa strömkablar orsakar tillfällig strömförlust för användarna och medför ytterligare reparationskostnader för kraftleverantörerna. Stormar kan skada kraftledningar och därmed orsaka strömavbrott och strömavbrott genom direkt eller indirekt påverkan (t.ex. fallande träd). Dessutom kan stormar öka hastigheten på blixtar, en ytterligare orsak till strömavbrott genom skador på kraftledningar. Trädfall, som orsakas av flera faktorer, inklusive starka vindar, vattenackumulering i jorden (vilket resulterar i lättare upprotning), snöackumulering eller belysning, kan ha samma resultat. I vilken utsträckning nederbörd och stormar orsakar trädfall beror dock på trädens ålder och omkrets. Ansamling och efterföljande ansamling av snö på överförings- och distributionsledningar, särskilt i närvaro av hög luftfuktighet och temperaturer runt 0 °C (den så kallade våtsnöen), kan orsaka att kraftledningar går sönder och högspänningstorn för kraftöverföring kollapsar.

Underjordisk kabeldragning gör det möjligt att anpassa överförings- och distributionssystemen för el till klimatförändringarna, eftersom den skyddar en viktig del av infrastrukturen från ovannämnda klimatpåverkan. Installationen av underjordiska kablar omfattar tre dominerande tekniker: placera kablar i betongförstärkta tråg, placera kablarna i underjordiska tunnlar eller direkt gräva ner kablarna.

Genom att placera kablar under jord kan de flesta av de ogynnsamma väderförhållanden som traditionella överföringsinfrastrukturer utsätts för ovan jord undvikas. Detta hänvisar till stor del till nederbörd och stormar. Underjordisk kabeldragning kan minska behovet av ytterligare och mer frekventa investeringar i underhåll och reparationer av överföringsinfrastruktur. De förväntade fördelarna är en tryggare energiförsörjning med färre väderrelaterade strömavbrott, samtidigt som man uppnår kostnadsbesparingar på lång sikt på grund av minskat underhåll och reparationer.

Stormar är inte den enda klimatrelaterade faran som påverkar elnäten. Mycket höga omgivningstemperaturer, såsom de som inträffar under värmeböljor, hotar överföring och distribution, eftersom de kan orsaka linjer att sjunka. Deras minskade markfrigång kan vara farlig för allmänheten. Sänkning kan också leda till kontakt med träd och andra strukturer, vilket kan leda till elchocker eller bränder. De flesta europeiska länder har regler för att upprätthålla ett minsta avstånd mellan kraftledningar och marken eller strukturerna, för att säkerställa att potentiella fall av elchocker eller bränder undviks. Högre omgivningstemperaturer kräver att den elektriska ström som passerar genom luftledningar måste minskas för att förhindra överhettning av utrustningen. Varmare kraftledningar kan också resultera i minskad effektivitet (avvärdering). Dessa effekter ökar riskerna för olyckor, strömavbrott och kaskadnätverksfel, med negativa konsekvenser för lönsamheten för de berörda allmännyttiga företagen och för den drabbade befolkningens välbefinnande. Dessa effekter förvärras av ökad efterfrågan på el, även på grund av ökad användning av luftkonditionering. Anpassningsalternativen för att hantera dessa effekter omfattar följande:

• Installera högre kraftledningar poler,
• Installera ledare med varmare driftsgränser eller införa användning av ”lågsag”-ledare.
• Att höja den lägsta konstruktionstemperaturen för nya luftledningar är ett särskilt kostnadseffektivt alternativ, vars uppnående normalt skulle öka trästolparnas konstruktionshöjd med 0,5 meter.
• Utveckla ett programvaruverktyg för att optimera luftledningsbetyg.

När det gäller optimering av programvara innebär alla alternativ i denna klass installation eller modifiering av infrastruktur på marken, i stads-, industri-, landsbygds- och naturområden. Samverkan mellan berörda parter på lokal nivå (med markägare, lokala myndigheter och allmänheten) längs de installerade/uppgraderade nätens rutter är därför avgörande för att säkerställa social acceptans och en snabb och kostnadseffektiv utbyggnad av infrastrukturen. För underjordiska kablar kan samordning med andra kabeldragningsenheter minska de ekonomiska kostnaderna och minimera olägenheterna för lokalsamhällena genom att begränsa grävverksamhetens varaktighet till ett minimum.

Underjordisk kabeldragning är beroende av tillgången till rätt teknik och kunnande när det gäller installation, övervakning och förvaltning. Samarbete med andra enheter för underjordisk kabeldragning, t.ex. telekommunikationsföretag, bidrar till att minimera störningarna för befolkningen genom grävningsverksamhet, och kostnadsdelningen för grävningsverksamhet minskar de kostnader som bärs av varje enhet. Även om kabeldragning under jord kan utsättas för nya klimatrisker, särskilt till följd av översvämningar och markrörelser i samband med jordskred, är dessa risker än så länge hypotetiska. Utgrävning på grund av annan bygg- eller underhållsverksamhet utgör en stor risk för skador på installerade underjordiska kablar. Denna risk kan minskas genom att tillämpa digitalisering och GIS-teknik på underjordiska kablar, för att informera grävmaskiner om placeringen av underjordiska kablar.

En stor skillnad mellan underjordiska och överliggande kablar är hur elektrisk isolering tillhandahålls. Överliggande kablar isoleras av luften som omger dem, den billigaste och enklaste isoleringslösningen som finns. Underjordiska kablar måste isoleras för att undvika strömförluster och risker för elchock genom direkt kontakt med marken. Det elektriska motståndet som genereras av isolering genererar värme och därmed överföringsförluster. Detta kräver större och/eller flera kablar för att kompensera för förlusterna och ett kylsystem (tvångsventilation, vatten eller gaser) för att avleda värme. Underjordiska kablar måste begravas i diken, skyddas från oavsiktliga skador och vara åtkomliga med lätthet när underhåll behövs. Sammantaget resulterar detta i en större användning av mark med underjordiska kablar jämfört med luftkablar under installationen, även om markanvändningen och de visuella effekterna de genererar är betydligt lägre när de väl är begravda.

Underhåll av underjordiska kablar är mycket mer komplext och kostsamt än underhåll av luftkablar: ”Om ett fel uppstår på en 400 kV underjordisk kabel är den i genomsnitt ur drift under en period som är 25 gånger längre än 400 kV luftledningar. Detta beror främst på den långa tid det tar att lokalisera, gräva och genomföra tekniskt involverade reparationer. Dessa underhåll och reparationer kostar också betydligt mer” (National Grid, 2015).

Slutligen finns det tekniska begränsningar för markanvändning i närheten av kablar som är specifika för underjordiska linjer. Förutom behovet av att reservera viss mark för att säkra tillgången till ledningarna för underhållsändamål finns det också begränsningar för plantering av träd och häckar över kablarna eller inom 3 m från kabelgraven för att förhindra intrång av vegetation. Trädrötter kan tränga in i kabelns bakfyllnad, vilket i sin tur kan påverka kabelns klassificering eller till och med resultera i fysiska skador på kabeln. På samma sätt för luftledningar avskräcks trädtillväxt och kontrolleras under luftledningarna eller inom avstånd där träd kan falla på linjerna. Det kommer också att finnas höjdbegränsningar för maskiner eller särskilt höga fordon, såsom jordbruksutrustning, nära luftledningar av säkerhetsskäl. I tätorter överstiger den markyta som används för nedgrävda kablar vida den som krävs för en luftledning med motsvarande märkvärde. Kablar har historiskt sett dirigerats under vägar för att undvika att mark dras av från alternativa användningsområden. Trafikstörningar under felutredningar och reparationer kan dock vara betydande. Om kablar installeras genom direkt nedgrävning i landsbygdsområden finns det begränsningar för användningen av djupodlande jordbruksutrustning för att undvika risken för skador. Nedgrävning av högspänningskablar är också mer komplicerat än läggning av gas- och vattenledningar. Dessutom måste underjordiska gemensamma vikar, som är betongfodrade och bredare än skyttegravarna själva, byggas varje 500–1 000 m.

För klimatsäkring av luftledningar är en detaljerad kunskap om framtida lokala klimatförhållanden med hög upplösning avgörande för att planera nödvändiga insatser. En klar fördel med att få de mest exakta scenarierna för luftkablar är relaterad till att förstå i vilken utsträckning de kan fortsätta att vara ett giltigt alternativ. Om extrema händelser beräknas påverka de områden där luftledningsnät installeras eller planeras på ett betydande sätt, kan en övergång till underjordisk kabeldragning så småningom övervägas. Även under mindre extrema omständigheter kan identifiering av de rutter som kommer att vara minst utsatta i framtiden för de ovannämnda hoten mot overheadkablar hjälpa till att planera framtida nätutveckling.

Förutom direkta framtida klimateffekter, för både underjordiska och fasta nät, är det viktigt att få insikter om de framtida marknadsvillkoren för systemansvariga för överföringssystem och systemansvariga för distributionssystem.

I allmänhet kostar driften av underjordiska kablar ungefär samma kostnader som för luftledningar (National Grid, 2015). Kapitalkostnaderna för att bygga underjordiska ledningar är dock mycket högre än för luftledningar. Alonso och Greenwell (2013) rapporterar 4–14 gånger högre byggkostnader för underjordiska kablar baserat på en studie från 2011 från Public Service Commission of Wisconsin. De faktiska kostnaderna beror dock på kablarnas geologiska och geografiska egenskaper, installationsmetoden (tunnelinstallationskostnaderna är högre än kostnaderna för direkt nedgrävning), ledningens överföringskapacitet och de alternativ som valts för isolering och kylning av underjordiska kablar.

Att höja stolphöjden är relativt billigt: En fallstudie om luftledningar i Storbritannien rapporterar att kostnaderna för att anskaffa trästolpar 0,5 meter högre beror på höjden på den ursprungliga stolpen, men de kan vara så lite som cirka 10 pund (11 euro) per stolpe.

För luftkablar reglerar specifika nationella normer i varje EU-land stolparnas maximala höjd och minsta avstånd från marken.

Att bygga luft- eller underjordiska kraftledningar är underordnat nationella tillståndsregler, liksom all annan större infrastruktur. Det finns ett antal särskilda miljöproblem som måste beaktas i tillståndsförfarandet. I landsbygdsområden måste störningar av flora och fauna, markanvändning och arkeologiska platser bedömas. I detta avseende är luftledningar normalt mindre störande än underjordiska kablar och orsakar färre störningar. I vissa fall kan dock underjordiska kablar ha en betydande positiv inverkan på vissa utrotningshotade arter. De kan till exempel minska dödligheten på grund av kraftledningskollisioner i populationer av migrerande eller bofasta fåglar (Bernardino m.fl., 2018). I både stads- och landsbygdsmiljöer är markavbrott större vid läggning av underjordiska kablar än vid uppförande av luftledningstorn. Volymen jord som grävs för en underjordisk kabel, där två kablar per fas installeras, är cirka 14 gånger mer än för en motsvarande luftledningsväg. Vegetation måste rensas längs och till sidan av diken för att möjliggöra konstruktion och tillhörande tillträde för fordon.

Genomförandetiden varierar beroende på lokala geografiska och geologiska förhållanden och den installationsmetod som används. Det är dock betydligt längre för underjordiska kablar jämfört med överliggande kablar.

Kablar, oavsett om de är överliggande eller underjordiska, är vanligtvis konstruerade för att vara i drift i 60 år. En brittisk fallstudie rapporterar att den förväntade livslängden för trästolpar som stöder luftledningar är jämförbar: 40-60 år.