Hitzewellen, starke Winde, sintflutartige Regenfälle, kurz gesagt, intensive Umweltereignisse, die bestimmte Städte häufiger und darüber hinaus am stärksten vom Klimawandel betroffene Orte betreffen, verfügen nicht über geschützte städtische Infrastrukturinstallationen aus Drähten und Kabeln, um das Risiko von Stürzen zu vermeiden Energie , allgemeine Schäden und Stromschläge, die tödlich sein können. Da die meisten Risiken in Großstädten in Freileitungen liegen, ist die Verlegung von Stromkabeln in die Erde eine wichtige Maßnahme.
Im Folgenden können wir näher darauf eingehen, dass elektrische Freileitungskonstruktionen erhebliche Nachteile haben.
Freileitungen sind bei Unwettern wesentlich anfälliger für Ausfälle als Erdkabel. Der Verlust elektrischer Energie führt zu erheblichen wirtschaftlichen Störungen. Die Kosten für die Wartung und Reparatur beschädigter Leitungen werden häufig von den Kunden der Versorgungsunternehmen getragen.
Oberleitungen haben viele der verheerenden Brände ausgelöst, die große Gebiete verwüstet haben, über die in den letzten Jahren in der Presse berichtet wurde und die zum Verlust von Menschenleben und Sachwerten führten. Dies liegt daran, dass Funken von OHL (Freileitungen) routinemäßig als Ursache für Brände in trockenen Gebieten identifiziert werden.
Bei extremen Wetterereignissen müssen sich Ersthelfer mit ausgefallenen und freiliegenden Hochspannungsleitungen befassen – eine große Gefahr, die mit einem Stromausfall einhergeht – und gleichzeitig versuchen, medizinische Notfälle zu bewältigen. Durch die Beseitigung dieser Bedrohungen können Notfallteams leichter Leben retten.
Die Gefahr, dass Passanten in Städten mit heruntergefallenen Leitungen in Berührung kommen, kann zu starken elektrischen Entladungen mit Lebensgefahr führen.
Man irrt jedoch, wenn man annimmt, dass die Suche nach einer besseren Lösung für die Probleme, die sich aus elektrischen Oberleitungen ergeben, erst seit Kurzem besteht. Viele Länder haben schon vor langer Zeit mit Erdkabeln in die städtische Infrastruktur investiert und profitieren bis heute von erheblichen Vorteilen. Die bahnbrechende Erfahrung in den Nachrichten ereignete sich vor 134 Jahren, im Jahr 1890, als Vincent de Ferranti im Vereinigten Königreich die erste erfolgreiche Installation mit seinem berühmten konzentrischen 10.000-Volt-Kabel durchführte.
Die unterirdische Nutzung ist die umfassendste und effektivste Lösung zur Reduzierung der Auswirkungen von Versorgungskabeln. Diese Praxis ist in den Niederlanden, der Schweiz, Deutschland und England üblich, wo neben der natürlichen Schönheit, die sie bieten, Sorgfalt und Vorkehrungen getroffen wurden, um eine „saubere“ und sichere Aussicht zu gewährleisten, da ihre Drähte und Kabel nicht sichtbar waren. und geschützt vor Witterungseinflüssen, unterirdisch verlegt.
Die Bemühungen zur Erdverkabelung beschränken sich jedoch nicht nur auf die oben genannten Länder. In Australien beispielsweise begann das Infrastrukturprojekt mit dem Titel „Powering Sydney's Future“, das in dicht besiedelten Vorstadtgebieten durchgeführt wurde, mit der Beobachtung, dass die in den 1960er und 1970er Jahren gebauten Stromübertragungsnetze und einige Erdkabel sich dem Ende näherten ihre Nutzungsdauer. Mit dem Bevölkerungswachstum Sydneys stieg auch die Nachfrage nach Strom, und der Ersatz der veralteten Infrastruktur würde die künftige Versorgung der Einwohner und Unternehmen in Sydney und den umliegenden Vororten sicherstellen. So hat das australische Energieunternehmen Transgrid im Jahr 2022 die Hauptbauarbeiten des Powering Sydney's Future-Projekts abgeschlossen.
Obwohl Hochspannungsleitungen in der Regel an Freileitungen angeschlossen sind, bedeutet dies nicht, dass Hochspannungskabel in Großstädten nicht unterirdisch verlegt werden können.
Luftkabel lassen sich im Vergleich zu Erdkabeln wesentlich einfacher verlegen. Darüber hinaus bietet es den Vorteil einer offenen natürlichen Belüftung, die eine Überhitzung der Kabel verhindert. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Hochspannungskabel in Großstädten (in Gebieten mit hohem Energieverbrauch) nicht unterirdisch verlegt werden können, da sie mit den vorherrschenden Niederspannungskabeln koexistieren können. Trotz der geschlossenen unterirdischen Umgebung können die Tunnel gekühlt werden, wodurch die Temperaturbedingungen der Kabel verbessert werden.
In London gibt es unter seinen belebten Straßen kilometerlange, 2,40 Meter breite Betontunnel, die mit Stromverteilungskabeln ausgekleidet sind, die extrem hohe Temperaturen erreichen können. Um die Tunnel zu kühlen, sorgen alle ein bis zwei Kilometer voneinander entfernte vertikale Schächte für Frischluft und geben heiße Luft ins Freie.
ERDVERKABELUNGSSTRUKTUR IN LONDON
Forscher der London South Bank University (LSBU) entwickelten 2019 eine Studie mit dem Ziel, diese Abwärme zu nutzen. Ein typischer 1,8 km langer Tunnelabschnitt zwischen Lüftungsschächten erzeugt 400 Kilowatt Wärme, genug, um 100 Häuser oder ein kleines Gewerbebüro zu heizen. Dies wurde von Forschern in einer vorläufigen Analyse herausgefunden, die gemeinsam mit dem Stromnetzbetreiber der Stadt, UK Power Networks, durchgeführt wurde.
Ein 2018 gestartetes Projekt zur Bereitstellung einer Erdverkabelung für London ist im Gange. London Power Tunnels Two soll im Jahr 2027 fertiggestellt und vollständig betriebsbereit sein. Derzeit werden 32 km Tunnel und zwei Umspannwerke im Norden Londons gebaut – angeblich die erste große Investition in das Stromübertragungssystem der Hauptstadt seit über einem halben Jahrhundert.
Die Tunnel haben einen Durchmesser von drei Metern und eine Lebensdauer von mehr als 100 Jahren – obwohl die Hochspannungskabel, die sie tragen, regelmäßiger ausgetauscht werden müssen, um den künftigen Bedarf zu decken und das Wachstum ganzer Systeme in der ganzen Stadt zu ermöglichen.
Bei diesem Problem des Austauschs von Hochspannungskabeln ist laut Lesur (2021) die aktuelle Generation unterirdischer Systeme weniger wartungsbedürftig und eine Erneuerung ist nur alle 40 oder 50 Jahre erforderlich, was der spezifizierten Nutzungsdauer einer Übertragungsleitung und von Kabeln im Allgemeinen entspricht bei Verteilungsnetzen bis zu einer Tiefe von 3 Fuß/0,9144 m und bei Übertragungsnetzen bis zu einer Tiefe von 4 Fuß/1,2192 m bzw. 5 Fuß/1,524 m vergraben.
Aus sicherheitstechnischer Sicht gebe es keine Störung der Erdoberfläche, wenn ein Kurzschluss auftritt oder eine sehr hohe Energiemenge freigesetzt wird, da der Erdboden den Fehler enthält, konstatiert Lesur (2021), der außerdem argumentiert, dass der Erdboden auch davor schützt Schäden, die durch Dritte verursacht werden, sofern vor der Ausgrabung ordnungsgemäße Genehmigungsverfahren eingehalten werden, insbesondere in städtischen Gebieten.
Laut Lesur (2021) sind unterirdische Systeme sehr wartungsarm, da die Isolierung aus extrudiertem Kunststoff¹ ( einer passiven Komponente) besteht. Es steht keine Flüssigkeit unter Druck und es besteht keine mögliche Leckage. Freileitungen hingegen müssen überwacht und gewartet werden, um Korrosion zu vermeiden (häufiges Lackieren von Metallstützen) und müssen vor Witterungseinflüssen (Blitzschlag, Sturm, Eis, klebriger Schnee) geschützt werden.
Studien zeigen auch, dass Verluste aufgrund der Erwärmung durch den Joule-Effekt ² abgebaut werden sind bei Erdkabeln aufgrund der Verwendung von reinem Kupfer und Aluminium geringer, während Aluminium- und Stahllegierungen für die mechanische Festigkeit blanker Freileitungen notwendig sind, so Lesur (2021).
Es ist erwähnenswert, dass nicht nur die Länder, die am stärksten von Naturereignissen betroffen sind, die Initiative zum Aufbau einer Infrastruktur aus unterirdischen Drähten und Kabeln ergreifen sollten, sondern auch Städte, die bis zur Erschöpfung an Masten hängende Drahtkonstruktionen und Freileitungen genutzt haben. Diese Realität hat zu einer Reihe widriger Situationen geführt, wie z. B. verhedderte und heruntergefallene Drähte aufgrund von Ansammlungen an Masten, der Gefahr von Stromausfällen und der Einwirkung intensiver elektrischer Entladungen, die Passanten mit Todesgefahr belasten können.
Anhäufung von defekten Oberleitungen, umgefallen und beim Überqueren der Straße FOTO: © high-techsociety.com
Durch die Verlegung der Kabel unter der Erde können die meisten rauen Wetterbedingungen, denen herkömmliche Übertragungsinfrastrukturen ausgesetzt sind, vermieden werden. Dabei handelt es sich vor allem um Niederschläge und Stürme, die direkt oder indirekt durch umstürzende Bäume zu Schäden an Freileitungen und damit zu Stromausfällen führen können.
Durch die Erdverkabelung können zusätzliche und häufigere Investitionen in die Wartung und Reparatur der Übertragungsinfrastruktur entfallen. Zu den erwarteten Vorteilen gehören eine sicherere Energieversorgung mit weniger wetterbedingten Stromausfällen und gleichzeitig die Realisierung langfristiger Kosteneinsparungen aufgrund reduzierter Wartungs- und Reparaturarbeiten, wodurch Vorhersehbarkeit für verschiedene Geschäftsbereiche gewährleistet wird.
Erdkabelleitungen haben gegenüber Freileitungen viele Vorteile und Nutzen und gewinnen hinsichtlich Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz immer mehr an Bedeutung.
Es ist zu beobachten, dass die Erdverkabelung höhere Kosten für den Bau und die Umsetzung physischer Strukturen sowie für den Einkauf von Betriebsmitteln, Bauarbeiten und Installationen verursacht, aber auf lange Sicht sind ihre Einsparungen und Sicherheitsvorteile unbestreitbar. Andererseits konzentrieren sich die Fluggesellschaften trotz des anfänglichen Vorteils deutlich geringerer Bau- und Implementierungskosten für physische Strukturen auf höhere Kosten im Zusammenhang mit Betrieb und Wartung. Dies liegt daran, dass sie mit einer gewissen Instabilität arbeiten, die direkt mit den klimatischen Bedingungen zusammenhängt, was zu unvorhersehbaren Unterbrechungen der Energieversorgung führt und dazu führen kann, dass Einzelpersonen, Unternehmen im Allgemeinen und Industrien verschiedene Kosten tragen müssen, um die daraus resultierenden notwendigen Wartungskosten zu decken Widrigkeiten der Zeit sowie zur Unterstützung von Verlusten, die aus dem Verlust von Lebensmitteln resultieren, die in Kühl- und Gefrierschränken aufbewahrt werden müssen, sowie von Verlusten, die aus Unterbrechungen der Produktionsaktivitäten resultieren.
Eine Möglichkeit, die wirtschaftliche Rentabilität dieser Projekte zu gewährleisten, mit größerer Rentabilität für Großstädte, ist die Zusammenarbeit zwischen Dienstleistern und Regierungen, nicht nur bei der Aufteilung der damit verbundenen Kosten, die sehr hoch sind, sondern auch bei der zeitlichen Integration der Projekte. Der Bau eines unterirdischen Bauwerks stellt eine wertvolle Gelegenheit zur Modernisierung von Bauwerken dar, nicht nur für öffentliche und private Unternehmen, die öffentliche Energiedienstleistungen erbringen, sondern auch für Wasserversorger mit ihren Leitungen sowie für Telefon- und Internetdienstanbieter. , über optische Kabel.
Noten:
¹ Das extrudierte Kunststoffprofil wird mithilfe einer Extrudermaschine hergestellt, die granulierte Kunststoffe schmilzt, die normalerweise aus Recyclingprozessen stammen. In dieser Maschine wird der Kunststoff durch einen Zylinder geschmolzen, der durch elektrischen Widerstand erhitzt wird.
² Der Joule-Effekt ist die Umwandlung elektrischer Energie in thermische Energie, wenn elektrischer Strom durch einen Leiter fließt.
Quellen:
DAS UTILITY-WOCHE-EVENT. Graben von 32 km „Energietunneln“ unter London . Verfügbar unter < https://utilityweek.co.uk/digging-32km-of-power-tunnels-beneath-london/ > Zugriff am 23. März 2024.
KLIMA ANPASSEN. Ersatz von Freileitungen durch Erdkabel in Finnland . Verfügbar unter < https://climate-adapt.eea.europa.eu/en/metadata/case-studies/replacing-overhead-lines-with-underground-cables-in-finland > Abgerufen am 21. März 2024.
LESUR, Frédéric. Power Grid International. Warum Erdkabel langfristig die bessere Wahl für Energieversorger sind . Verfügbar unter < https://www.power-grid.com/td/why-underground-cables-are-a-better-long-term-choice-for-utilities/#gref > Zugriff am 21. März 2024.
MACPHEE, Brian. Quora. Verfügbar unter < https://www.quora.com/Why-are-the-UK-power-lines-underground > Zugriff am 22. März 2024.
PATEL, Prachi. IEEE-Spektrum . „Londons versteckte Kabeltunnel könnten Tausende von Häusern wärmen “ . Verfügbar unter < https://spectrum.ieee.org/londons-hidden-cable-tunnels-could-warm-thousands-of-homes > Zugriff am 23. März 2024.
SZENISCHES AMERIKA . Unterirdische Versorgungsinfrastruktur: Vergraben von Versorgungseinrichtungen für Sicherheit, Ausfallsicherheit und landschaftliche Schönheit . Verfügbar unter < https://www.scenic.org/why-scenic-conservation/energy-infrastructure-and-equity/undergrounding-utility-infrastructure/ > Zugriff am 21. März 2024.
TRASGRID . Sydneys Zukunft vorantreiben . Verfügbar unter <https://www.transgrid.com.au/projects-innovation/powering-sydney-s-future > Zugriff am 21. März 2024.