Energetyka schodzi pod ziemię

Budowa podziemnych sieci elektroenergetycznych, określana kablowaniem, najczęściej jest wykonywana w otwartym wykopie, jednak są miejsca, w których zastosowanie metod bezwykopowych jest niezbędne. W Polsce jedna trzecia sieci wszystkich napięć przebiega pod ziemią. Ale są to przede wszystkim linie średniego i niskiego napięcia.

Długość linii kablowych wszystkich napięć na koniec 2023 r. (bez przyłączy) przekroczyła 270,17 tys. km, natomiast napowietrznych osiągnęła prawie 544,71 tys. km. Oznacza to, iż jedna trzecia sieci elektroenergetycznej przebiega pod ziemią. Przyłącza (prawie 7,46 mln sztuk) liczyły niemal 180 tys. km. W większości są doprowadzane kablami, czyli pod ziemią. Według CEER (ang. Council of European Energy Regulators) Dania i Holandia to jedyne kraje w Europie, w których zarówno sieci niskiego, jak i średniego napięcia są w całości podziemne.

Ponad 40% linii średniego napięcia pod ziemią

Spółka TAURON Dystrybucja jako jedyna podaje informacje o długości linii kablowych średniego napięcia w połowie 2024 r. Pod ziemią znajduje się ich 27 225 km, czyli 40,66% całości. W porównaniu do końca 2023 r. to wzrost o 158 km.

Inwestycje są realizowane w ramach wieloletniego programu przebudowy linii napowietrznych średniego napięcia (SN) na podziemne. Takie działania prowadzone są po to, by ograniczyć awarie w przypadku wystąpienia zdarzeń pogodowych, takich jak wichury, trąby powietrzne czy opady mokrego, ciężkiego śniegu. Poza mniejszą awaryjnością, zaletą linii kablowych jest niższy koszt eksploatacji. To również technologia, która mniej ingeruje w krajobraz, a w związku z tym wpływa pozytywnie na estetykę otoczenia i jest przez to lepiej postrzegana przez okolicznych mieszkańców.

Sieci kablowe mają liczne zalety, jednak niosą ze sobą szereg wyzwań technicznych i operacyjnych. Problemy techniczne i operacyjne występują głównie przy długich i rozległych sieciach kablowych średniego i wysokiego napięcia.

Wykonawcy preferują tradycyjną metodę wykopową, choć w niektórych przypadkach używa się przewiertów, przecisków, wierceń i płużenia, które są bardziej kosztowne i czasochłonne. Metody te stosuje się w przypadkach kolizji z drogami, torami kolejowymi, tramwajowymi, chodnikami, czy rzekami. W dużych aglomeracjach metoda wykopowa pozostaje najpowszechniejsza ze względu na skomplikowaną infrastrukturę podziemną. Pozwala ona bardzo precyzyjnie, bez uszkodzenia, odsłonić inne instalacje podziemne.

Sposób realizacji sieci kablowej budowanej zgodnie z opracowaną dokumentacją zależy w główniej mierze od uzgodnień branżowych w właścicielami dróg, kolei, rzek oraz kolizji z innymi instalacjami podziemnymi, zależy też od posiadanego przez wykonawcę sprzętu.
Metody bezwykopowe stosowane w budowie sieci kablowych obejmują płużenie, horyzontalne wiercenia kierunkowe (HDD), przewierty sterowane oraz przeciski. Wybór odpowiedniej metody zależy od wielu czynników, takich jak charakterystyka terenu, rodzaj gruntu, długość i średnica przewiertu, a także obecność przeszkód podziemnych. Do budowy sieci kablowych spółka stosuje nowatorską metodę instalacji kabli elektroenergetycznych średniego i wysokiego napięcia (SN i WN) Watucab. Polega ona na wprowadzaniu kabli elektroenergetycznych do rurociągów kablowych dzięki hydraulicznego tłoka. Technologia ta została opracowana z myślą o skomplikowanych instalacjach, takich jak wprowadzanie trzech kabli elektroenergetycznych do jednej rury osłonowej, ponieważ zapewnia ich efektywne i precyzyjne wprowadzanie, zwiększając wydajność i niezawodność procesu instalacji.

Horyzontalne przewierty kierunkowe (HDD) są szczególnie przydatne w miejscach, gdzie tradycyjne metody wykopowe są niemożliwe do zastosowania, na przykład pod drogami, nasypami kolejowymi, rzekami czy budynkami. Proces ten wymaga dokładnej oceny geologicznej i hydrologicznej terenu, a także odpowiedniego przygotowania miejsca pracy. HDD rozpoczyna się od wykonania otworu pilotowego, który jest następnie stopniowo poszerzany, aby umożliwić instalację rury lub przewodu.

Dania i Holandia to jedyne kraje w Europie, w których zarówno sieci niskiego, jak i średniego napięcia są w całości podziemne

Przeciski to inna popularna metoda bezwykopowa, stosowana głównie w terenach zabudowanych dużą liczbą dróg, chodników czy torów tramwajowych i kolejowych. Mogą być wykonywane przy użyciu różnych technik, takich jak przecisk pneumatyczny lub hydrauliczny.
Z kolei płużenie kablowe jest często stosowane w otwartych przestrzeniach, takich jak pola uprawne, tereny niezurbanizowane czy lasy, gdzie przestrzeń jest mniej ograniczona, a przeszkody są minimalne. Każda z tych metod wymaga odpowiedniego przygotowania terenu i dostosowania narzędzi do specyficznych warunków gruntowych.

Pod koniec listopada ubiegłego roku spółka oddała do użytku farmę fotowoltaiczną Mysłowice. W I etapie osiągnęła moc 37 MW, docelowo będzie to 95 MW. Podczas prac wykonano przyłącze, podziemną linię kablową 110 kV o długości 5 km. W ramach zadania wykonano przewierty sterowane pod Przemszą (140 m o średnicy 400 mm, na głębokości 3 m poniżej dna rzeki), pod nasypem kolejowym i ul. Promienną.

Sieci kablowe w Warszawie

Stoen Operator działa w Warszawie. Z tego względu udział sieci kablowych systematycznie się zwiększa. Linie napowietrzne stanowią aktualnie tylko 12% całkowitej długości sieci i z każdym rokiem udział ten spada. W terenie miejskim standardem jest budowa nowych linii podziemnych na wszystkich poziomach napięcia. Firma planuje osiągnięcie dla linii średniego napięcia poziomu 99%. Poza budową nowych i modernizacją istniejących instalacji, także linie napowietrzne są zastępowane kablowymi.

Horyzontalne przewierty kierunkowe (HDD) są szczególnie przydatne w miejscach, gdzie tradycyjne metody rozkopowe są niemożliwe do zastosowania, na przykład pod drogami, nasypami kolejowymi, rzekami czy budynkami

Budowa sieci podziemnych jest jednym z priorytetów określonych w Karcie Efektywnej Transformacji, podpisanej przez firmę. Odpowiednio do charakteru obszaru działania, nowe linie na wszystkich poziomach napięcia są kablowe. W miejskich pracach najczęściej stosuje się przeciski i przewierty sterowane. Stoen Operator praktycznie każde zadanie liniowe realizuje w wykopie otwartym. Zawsze zawiera ono odcinki wykonane przeciskami lub/i przewiertami.

Enea Operator ma program kablowania

Enea Operator realizuje szereg inwestycji w ramach programu kablowania na całym terenie działania Enei Operator – głównie na średnim i niskim napięciu, równolegle realizowane są lub są planowane również liczne zadania związane z liniami kablowymi na wysokim napięciu, m.in. budowa linii kablowej 110 kV relacji GPZ Gdańska–GPZ Zdroje.

Aktualnie planowany poziom skablowania sieci średniego napięcia Enei Operatora do 2040 r. to około 48%. Realizowane są zarówno nowe inwestycje, jak i wymiana istniejącej sieci linii napowietrznych na linie kablowe.

Wykonawcy preferują tradycyjną metodę wykopową, choć w niektórych przypadkach używa się przewiertów, przecisków, wierceń i płużenia, które są bardziej kosztowne i czasochłonne

Decyzja o skablowaniu całej sieci dystrybucyjnej wymaga starannej analizy wielu czynników, zarówno technicznych, jak i ekonomicznych. Z jednej strony, instalacje przewodów pod ziemią przynosi wiele korzyści, takich jak większa niezawodność i efektywność. Z drugiej, wiąże się z ogromnymi kosztami, dlatego inwestycje takie muszą być rozłożone na wiele lat. W praktyce stosuje się podejście hybrydowe, polegające na stopniowym zastępowaniu linii napowietrznych kablami, w zależności od priorytetów i możliwości finansowych spółki.

Linie kablowe wpływają na poprawę wskaźników niezawodności dostaw, a kablowanie wpisuje się w założenia Polityki Energetycznej Polski 2040 (PEP2040). Przebudowa linii napowietrznej na kablową pozwala ograniczyć liczbę uszkodzeń, które są wywoływane przez czynniki atmosferyczne, np. burze, wichury, grad, śnieg czy oblodzenie. W wielu przypadkach nowa instalacja jest wykonywana w sytuacji, gdy niemożliwe staje się dalsze wykorzystywanie linii napowietrznej. Linie kablowe charakteryzują się większą stabilnością i mniejszą awaryjnością. Są lepiej zabezpieczone przed czynnikami zewnętrznymi i możliwością występowania zwarć oraz przepięć. Są mniej uciążliwe dla otoczenia niż linie napowietrzne, mniejsze jest ryzyko porażenia, co przekłada się na wyższy poziom bezpieczeństwa osób postronnych.

Dominującą metodą realizacji inwestycji w Enea Operator jest tradycyjny wykop otwarty. Jednak w sytuacjach, gdy technologia wykonania instalacji wymaga minimalizacji ingerencji w środowisko lub infrastrukturę istniejącą (np. drogi, rzeki), spółka stosuje metody bezwykopowe – głównie przeciski.

Tak było np. podczas budowy linii kablowej 110 kV ze światłowodem o długości 2,5 km w centrum Bydgoszczy. Tu prace prowadzone były głównie bezwykopowo, metodą przecisków i przewiertów sterowanych.

KOMENTARZ

Mateusz Gościniak
rzecznik prasowy, Enea Operator

Kablowanie sieci dystrybucyjnej to inwestycja o daleko idących konsekwencjach, wykraczających poza aspekt techniczny. Ma ono ogromne znaczenie dla sieci jak i jej otoczenia.
Sieć kablowa jest mniej podatna na awarie spowodowane czynnikami zewnętrznymi, co przekłada się na bardziej stabilne i nieprzerwane dostawy energii elektrycznej. Eliminacja linii napowietrznych zmniejsza ryzyko porażenia prądem, zwłaszcza w obszarach zabudowanych. Ponadto, skablowanie przyczynia się do ochrony krajobrazu, eliminując konieczność budowy masztów i słupów. Inwestycje w skablowanie są elementem modernizacji systemu energetycznego, który musi dostosować się do rosnących wymagań odbiorców i nowych technologii.
Jednocześnie sieć kablowa jest mniej widoczna niż sieć napowietrzna, co poprawia estetykę krajobrazu, szczególnie w obszarach zurbanizowanych. Eliminacja linii napowietrznych przyczynia się do ochrony różnorodności biologicznej, ponieważ zmniejsza ingerencję w środowisko naturalne.
Zwiększające się zapotrzebowanie na energię elektryczną, rozwój elektromobilności oraz wykorzystanie odnawialnych źródeł energii wymagają nowoczesnej i niezawodnej infrastruktury. Ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak burze i wichury, coraz częściej powodują awarie linii napowietrznych. Skablowanie jest inwestycją długoterminową, która pozwala zabezpieczyć sieć przed skutkami zmian klimatycznych. Poprawa jakości życia mieszkańców poprzez zapewnienie stabilnych dostaw energii elektrycznej oraz ochrona środowiska to ważne aspekty społeczne, które przemawiają za inwestycjami w skablowanie.
Podsumowując, kablowanie sieci dystrybucyjnej to inwestycja, która przynosi wiele korzyści zarówno dla społeczeństwa, jak i dla środowiska. Choć wiąże się z dużymi kosztami, jest niezbędna do zapewnienia niezawodnych i bezpiecznych dostaw energii elektrycznej w przyszłości.

PGE Dystrybucja zakończy kablowanie w 2028 r.

Dotychczas w ramach programu kablowania zrealizowano około 4100 zadań inwestycyjnych, powstały 3400 stacje wnętrzowe, 1500 stacji napowietrznych, wybudowano 2500 złączy kablowych średnich napięć. Spółka dąży do tego, aby wskaźnik udziału sieci kablowych w całości sieci był jak najwyższy. Aktualnie celem w przypadku linii SN jest osiągnięcie 30% udziału do 2028 r.

Przewidywane zakończenie realizacji programu kablowania nastąpi w 2028 r. W 2023 r. nakłady na program kablowania wyniosły 881 mln zł, a pod ziemię przeniesiono blisko 1760 km linii SN. PGE Dystrybucja nie planuje przeniesienia całości sieci dystrybucyjnej pod ziemię. Uważa, iż nie jest to racjonalnie uzasadnionym celem, ponieważ wiązałoby się z dużymi nakładami czasu, pracy oraz kapitału. Jest to szczególnie ważne w związku z racjonalizacją ponoszonych przez spółkę wydatków.

System dystrybucyjny firmy to rozległa sieć w dużej skali dostarczającej energię elektryczną na terenach wiejskich o niskim zagęszczeniu odbiorców, gdzie przenoszenie sieci pod ziemię, czyli kablowanie byłoby zbyt drogą metodą w stosunku do osiąganych efektów. Dodatkowo w przypadku takich sieci występuje konieczność kompensacji mocy biernej pojemnościowej, co skutkuje wysokimi kosztami modernizacjami stacji WN/SN (z transformatorami zmieniającymi napięcie wysokie na średnie). Kablowanie pociąga też za sobą konieczność dodatkowych nakładów na pozostałe elementy sieci: modernizacji automatyki, rozbudowy uziemień i/lub kompensatorów ziemnozwarciowych.

PGE Dystrybucja nie planuje przeniesienia całości sieci dystrybucyjnej pod ziemię. Uważa, iż nie jest to racjonalnie uzasadnionym celem, ponieważ wiązałoby się z dużymi nakładami czasu, pracy oraz kapitału. Jest to szczególnie ważne w związku z racjonalizacją ponoszonych przez spółkę wydatków w kontekście wysokości taryfy dla usługi dystrybucji

Z drugiej strony kablowanie niesie też szereg korzyści. Spółka wskazuje zwiększenie bezpieczeństwa zaopatrzenia odbiorców, spełnienie wymagań z zakresu technicznych parametrów dostarczanej energii elektrycznej, a także ograniczenie kosztów strat sieciowych, ograniczenie (dla operatora systemu dystrybucyjnego) i nakładów ponoszonych na eksploatację sieci – w szczególności zmniejszenie liczby wycinek, zwiększenie możliwości przyłączania odnawialnych źródeł energii (OZE), zwiększenie możliwości rozbudowy i rozwoju bezpiecznej łączności technologicznej (elementy sieci smart) oraz poprawę komfortu życia i efektywności prowadzenia działalności gospodarczej. Natomiast przenoszenie kabli pod powierzchnię ziemi jest droższe od budowy klasycznej sieci napowietrznej, a taka sieć wymaga używania specjalistycznych narzędzi do serwisowania linii kablowych.

Nie oznacza to, iż PGE Dystrybucja nie korzysta z metod bezwykopowych. Na terenach niezurbanizowanych stosuje m.in. płużenie tam, gdy na trasie znajduje się minimalna liczba kolizji, jak przejścia przez drogi czy w pobliżu wodociągów lub gazociągów. Wykluczone z tej metody są tereny miejskie z rozbudowaną infrastrukturą. W obszarach zurbanizowanych spółka zwykle stosuje przewierty i przeciski w przypadkach przekroczeń w takich miejscach, jak nasypy kolejowe, cieki wodne, skarpy czy drogi.

Najnowszymi zadaniami, w których wykorzystano płużenie były budowy linii kablowych średnich napięć relacji GPZ Końskie Zachód–Radoszyce o długości 9,4 km oraz trzytorowej w Iłży liczącej 5,5 km.

KOMENTARZ

Ewa Wiatr
rzecznik prasowa, PGE Dystrybucja S.A.

PGE Dystrybucja, dostrzegając potrzebę podniesienia niezawodności i pewności zasilania odbiorców, realizuje program kablowania sieci średniego napięcia (SN) .
Maszynowa technologia układania kabla SN dzięki zestawu maszyn przynosi wiele korzyści. Przede wszystkim pozwoli skrócić czas budowy linii, co przełoży się bezpośrednio na efekty w programie kablowania. w tej chwili jedną z trudności w utrzymaniu linii napowietrznych są wyłączenia i awarie, spowodowane niezależnymi czynnikami atmosferycznymi, tj. śnieżyce, wichury czy ulewne deszcze. Skablowanie sieci pozwala wyeliminować takie zagrożenia. Systematyczne zwiększanie udziału sieci kablowych w perspektywie czasu zdecydowanie zmniejszy liczbę i czas trwania przerw w dostawie energii elektrycznej dla odbiorców.
Kablowanie, czyli umieszczanie przewodów pod powierzchnią ziemi, jest technologią przyjazną środowisku, ponieważ do minimum ograniczane są prace eksploatacyjne konieczne przy liniach napowietrznych, np. wycinka drzew znajdujących się w sąsiedztwie przewodów. Te korzyści dostrzegamy zwłaszcza w przypadku linii przebiegających przez tereny leśne i trudnodostępne, gdzie każda interwencja energetyków może zaburzać ekosystem. Zaletą jest też mniejsza uciążliwość dla otoczenia – przewody ukryte pod ziemią nie ingerują w krajobraz i niosą mniejsze zagrożenie pożarowe. W warunkach miejskich kablowanie sieci wpływa pozytywnie na estetykę przestrzeni (brak linii i słupów) oraz na podniesienie bezpieczeństwa (znosi ryzyko uszkadzania linii przy wypadkach komunikacyjnych oraz ryzyko porażenia).

Linie kablowe to jedna trzecia sieci

Na koniec 2023 r. podziemne sieci kablowe należące do spółki Energa Operator stanowiły 31% całej sieci dystrybucyjnej. Ich budowa wiąże się z wieloma czynnikami, jak np. ukształtowanie terenu, możliwości technologiczne czy uwarunkowania administracyjne. Planowanie takich inwestycji wiąże się ze szczegółowym i indywidualnym rozważeniem posiadanych możliwości i stosowanych rozwiązań. Zdaniem firmy niemożliwe jest proste uogólnienie dotyczące kablowania linii energetycznych.

Spółka z Grupy Orlen w kolejnych latach będzie przebudowywać sieci wysokich napięć ze względu na inwestycje w morskie farmy wiatrowe. Będzie się to wiązać także z zastosowaniem metod bezwykopowych, czyli wierceń HDD dla kablowych połączeń między Morzem Bałtyckim a lądem. Technologie bezwykopowe będą też stosowane podczas budowy punktów ładowania pojazdów elektrycznych, których liczba ma wynieść 570 do 2028 r. W tym projekcie planowane jest wykonanie linii kablowych średnich napięć. Kolejny program ma na celu uodpornienie sieci SN na zjawiska atmosferyczne i zwiększenie elastyczności pod kątem rozproszonego OZE i większego odbioru energii elektrycznej w okresach jesienno-zimowych. W tym przypadku dojdzie do wymiany linii napowietrznych przebiegających przez tereny leśne i zadrzewione na kablowe. Także w ramach budowy i modernizacji głównych punktów zasilania (GPZ) i przyłączania odbiorców powstaje łącznie kilkaset kilometrów kablowych sieci SN.

Linie najwyższych napięć nie zejdą pod ziemię

Polskie Sieci Elektroenergetyczne (PSE), wskazują, iż najpowszechniejszą metodą przesyłania energii elektrycznej na duże odległości są linie napowietrzne. To technologia rozwijana i udoskonalana od kilkudziesięciu lat. Linie najwyższych napięć w coraz mniejszym stopniu oddziałują na otoczenie (mniejszy hałas, jeszcze mniejsza emisja pola magnetycznego i elektrycznego). Dzięki temu pas technologiczny linii może również zajmować mniejszą powierzchnię, a dzięki większej przepustowości i niższym stratom przesyłowym można ograniczyć liczbę nowych linii do niezbędnego minimum (jeden tor nowoczesnej linii 400 kV jest z punktu widzenia przepustowości choćby czterokrotnie wydajniejszy od jednego toru linii 220 kV).

PSE podkreśla, iż linie kablowe prądu przemiennego niskich, średnich i wysokich napięć (do 110 kV) są dość powszechnie stosowane przez operatorów systemów dystrybucyjnych. Takie rozwiązanie ma pewne zalety – odporność na ekstremalne zjawiska pogodowe, brak widocznych słupów i przewodów, możliwość ułożenia w pobliżu istniejącej pozostałej infrastruktury, np. dróg czy torów kolejowych itp.

W przypadku linii najwyższych napięć, technologia kablowa ma wiele ograniczeń. Na obecnym etapie rozwoju technologii i poziomie kosztów budowy nie jest ona w stanie w pełni zastąpić napowietrznych linii najwyższych napięć, liczących często ponad 100 km. Dlatego stosuje się ją wyłącznie na krótkich odcinkach, głównie na terenie stacji elektroenergetycznych, a także w miejscach, w których z powodów trudności technicznych nie ma możliwości postawienia linii napowietrznej (np. w gęstej zabudowie miejskiej).

PSE eksploatują linie kablowe na różnych poziomach napięć (110 kV, 220 kV i 400 kV). w tej chwili jest to około 120 odcinków o sumarycznej długości 35 km (łączna długość sieci przesyłowej zarządzanej przez firmę to ponad 16 tys. km). Najdłuższa linia tego typu o napięciu 220 kV została zbudowana na warszawskim Żeraniu i ma długość 4 km.

Rośnie wartość rynku kabli podziemnych

Wraz z rozwojem technologii kablowej możliwe będzie zastosowanie jej na coraz dłuższych odcinkach. Dlatego PSE nie wykluczają stopniowego jej wdrażania w szerszym zakresie w kolejnych realizowanych projektach liniowych.

W Niemczech takie inwestycje już są realizowane. Choć w kraju główne linie przesyłowe są napowietrzne, powstają także podziemne. Federalna Agencja Sieciowa (BNetzA) w swoim raporcie pokazała, iż tradycyjne sieci są mniej kosztowne, jednak zaznaczyła, iż projekty podziemnych kabli SuedLink, SuedOstLink i NordOstLink powinny być kontynuowane. Wszystkie będą liniami energetycznymi prądu stałego.

Pierwsza z nich, o długości 700 km, jest już w budowie. Przebiegnie przez sześć państw związkowych, zaczyna się w Szlezwiku-Holsztynie i rozdzieli na południu. Zapewni dostawy dla 10 mln gospodarstw domowych i (wraz z pozostałymi takimi instalacjami) ograniczy wąskie gardła w sieci lądowej, które prowadziły do ograniczania możliwości morskiej energetyki wiatrowej. Większość OZE w Niemczech znajduje się na północy, konieczne jest więc zwiększenie przepustowości sieci, by prąd dotarł do południowej części kraju.

Według raportu opublikowanego przez Zion Market Research, globalny rynek kabli podziemnych został wyceniony na 16,93 mld dol. w 2023 r. i przewiduje się, iż do końca 2032 r. osiągnie 29,76 mld dol.