Sieć dystrybucyjna wobec zmian klimatu

Rozwój gospodarki, przemysłu i wzrost poziomu życia państw w większości przypadków odbywa się kosztem ingerencji w środowisko naturalne. Skutki długotrwałego oddziaływania są widoczne w tej chwili i pogłębiają się z każdym kolejnym rokiem. Klimat i jego zmiany są też jednym z ważniejszych tematów branych pod uwagę pod kątem dalszego rozwoju energetyki, jak i innych sektorów gospodarki.

Na podstawie wieloletnich obserwacji i badań w zakresie zjawisk pogodowych przewiduje się postępujące zmiany w pogodzie dla wszystkich państw europejskich. W Polsce zauważalne są one, szczególnie w odniesieniu do wzrostu temperatury rocznej. Obserwujemy upalne lata i skąpe w mróz zimy, co już od dawna świadczy o pogłębiających się zmianach. Bazując na Rozporządzeniu Komisji UE 2023/2772 z dnia 31 lipca 2023 r., uzupełniającego dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/34/UE w odniesieniu do standardów sprawozdawczości w zakresie zrównoważonego rozwoju – możemy wskazać, iż przed 2040 r. zaobserwujemy pogłębiające się zjawiska długotrwałe i nagłe związane z wiatrem, temperaturą, wodą i ziemią – m.in. fale ciepła, upałów, burze, osuwiska (tab. 1). Pogłębi się również problem powodzi na obszarze całego kraju, jak i długotrwałych silnych opadów. Do szczególnie problematycznych zmian należy też występowanie wcześniej nieobecnych zjawisk pogodowych jak tornada, czy powodzie błyskawiczne, a także nieodwracalne zmiany w ekosystemach powodujące powolne przesuwanie stref klimatycznych.

Tab. 1. Wybrane ryzyka związane z klimatem

Regulacje prawne

Coraz więcej mówi się o planowaniu podejścia firm, nowych inwestycjach i dostosowywaniu polityki do pogłębiającego się problemu zmiany klimatu. Wymagania są stawiane przedsiębiorstwom państwowym i firmom prywatnym przez lokalne ustawy oraz wymogi Unii Europejskiej. Jej polityka klimatyczna opiera się na dwóch filarach. Pierwszym z nich jest Europejski Zielony Ład, który zakłada redukcję emisji gazów cieplarnianych, inwestycje w badania i innowacje, ochronę środowiska oraz sprawiedliwą transformację. Nakłada także obowiązek „nieczynienia szkód” pod względem środowiskowym. Drugim filarem jest Europejskie prawo klimatyczne, które nadaje moc prawną założeniom Zielonego Ładu. Ustanawia cel zerowej emisji gazów cieplarnianych netto do 2050 r., a także 55% redukcji emisji do 2030 r. Wymaga od odpowiednich instytucji UE i państw członkowskich stałego wzrostu potencjału adaptacyjnego, zwiększaniu odporności i zmniejszaniu podatności na zmiany klimatu. Zielony Ład to strategia transformacji Europy, a Prawo Klimatyczne to mechanizm, który te cele przekształca w konkretne, prawnie wiążące zobowiązania.

Jeśli chodzi o łagodzenie zmian klimatu i przystosowanie się do nich, projekty infrastrukturalne, które są finansowane ze środków unijnych powinny zostać poddane weryfikacji wynikającej ze wspomnianej zasady „nieczynienia szkód” w zakresie łagodzenia zmian klimatu i przystosowania się do nich. To zagadnienie opisują opublikowane w 2021 r. wytyczne techniczne dotyczące weryfikacji infrastruktury pod względem wpływu na klimat w latach 2021-2027. Mają one na celu realizację Europejskiego Zielonego Ładu i wdrożenie wymagań Europejskiego prawa klimatycznego oraz spełnienie wymagań związanych z klimatem określonych w szeregu funduszy UE. Wytyczne wspierają krajowe procesy weryfikacji oraz zachęcają do przeprowadzania oceny projektów infrastrukturalnych pod kątem klimatycznym. Weryfikacja klimatyczna może być stosowana do każdego projektu – niezależnie od źródła finansowania i może stać się standardowym sposobem analizy w całym cyklu rozwoju projektu.

Wpływ klimatu na elementy sieci

Obecna infrastruktura energetyczna w większości przypadków nie jest przystosowana do zmian klimatu. Największą wrażliwość wykazuje się w przypadku zagrożeń krótkotrwałych oraz intensywnych takich jak: fale upałów, samoistne pożary, burze, wiatr huraganowy, a także silne opady i gwałtowne powodzie. Są to zjawiska, które mogą powodować znaczne uszkodzenia i prowadzić do awarii sieci dystrybucyjnej (tab. 2).

Ekstremalnie wysoka temperatura powoduje przegrzewanie transformatorów i wzrost rezystancji przewodów. Niesie to za sobą konsekwencje takie jak zmniejszanie efektywności chłodzenia, czy degradacja sprzętu, a także poważne awarie samego transformatora Co więcej, wysoka temperatura może prowadzić do tak zwanych samoistnych pożarów, których wystąpienie na którymkolwiek odcinku sieci powoduje poważne awarie i straty.

Tab. 2. Podatność infrastruktury na ryzyka klimatyczne

Z drugiej strony równie ekstremalnym zagrożeniem są nagłe burze. Towarzyszące im wiatry huraganowe lub choćby tornada są głównym powodem zrywania linii, pogorszenia stabilności systemu i zwiększania naprężeni mechanicznych. Same wyładowania są powodem przepięć i zwarć, co jest głównie szkodliwe dla izolatorów i pogarsza żywotność aparatów zabezpieczających. Warto również wspomnieć o szkodliwości silnych opadów atmosferycznych i idących z nimi w parze powodziami, które zwiększają prawdopodobieństwo przepięć i awarii (rys. 1). Stojąca woda stanowi natomiast zagrożenie dla fundamentów i konstrukcji wspierających, które mogą zostać osłabione i powodować przemieszczanie się elementów sieci względem siebie. Długotrwała wilgoć powoduje korozję, co gwałtownie zmniejsza trwałość i wytrzymałość elementów izolujących oraz linii kablowych.

Adaptacja infrastruktury dystrybucyjnej

Jak zatem odpowiadać na ten ryzyka? Jednym z rozwiązań jest mityzacja, czyli łagodzenie. Możemy tutaj zawrzeć szereg działań związanych z ograniczeniem emisji gazów cieplarnianych i zastąpienie ich niskoemisyjnymi źródłami energii, poprawą efektywności energetycznej. Jedną z propozycji dla przedsiębiorstw może być zmiana praktyk biznesowych: wdrożenie audytów środowiskowych, czy produkcyjnych wprowadzanie bardziej przyjaznych dla środowiska technologii. Stoen Operator jest pierwszym OSD w Polsce, który realizuje projekt budowy stacji 100/15 wolnej od SF6. Heksafluorek siarki jest gazem silnie cieplarnianym, dlatego zgodnie z wymaganiami Parlamentu Europejskiego oraz Rady UE od 2028 r. nie będzie mógł być wykorzystywany w nowych urządzeniach energetycznych o napięciu do 123 kV. Projektowane rozwiązanie opiera się na zastosowaniu powietrza i technologii próżniowej. Celem jest zmniejszenie ilości gazów cieplarnianych, promocja ekologicznych rozwiązań i zdobycie doświadczeń pod kątem spełnienia wymagań środowiskowych i regulacyjnych.

Jesteśmy równocześnie w punkcie, gdzie mitygacja nie wystarczy. Pierwsze skutki zmian klimatu i ich wpływu na infrastrukturę stają się widoczne. To co możemy zrobić to próbować przystosować się do nadchodzących zmian. Adaptacja do zmian klimatu powinna obejmować działania dostosowujące infrastrukturę do obecnych oraz prognozowanych warunków i efektów zmian klimatu w taki sposób, by szkody i negatywne skutki tych zmian były jak najmniej odczuwalne, a potencjalne pozytywne skutki były w pełni wykorzystane. Z perspektywy operatora są to dwa rodzaje aktywności. Pierwszym z nich są działania inwestycyjne mające na celu rozbudowę i modernizację sieci. Realizacja konsekwentnej polityki modernizacji (szczególnie obszaru wysokiego napięcia) jest określona w Planie Rozwoju Spółki do 2028 r. oraz Prognozie dotyczącej stanu bezpieczeństwa dostarczania energii w perspektywie 2036 r.

Rys. 2. Modernizacja stacji napowietrznych na wnętrzowe

Szczególny nacisk jest położony na wymianę zużytych elementów sieci na nowe, mniej zależne od warunków pogodowych, np. wymiana linii napowietrznych na kablowe, zwiększenie mocy w obrębie linii 220 kV, czy korzystanie z większych przekroi linii kablowych. Linie kablowe są odporne na silne wiatry, oblodzenie, intensywne opady lub spadające drzewa – wszystkie te czynniki są częstymi przyczynami awarii systemów napowietrznych. Ponadto eliminują one ryzyko pożarów spowodowanych uszkodzeniami lub awariami przewodów. W rezultacie kable podziemne znacznie zwiększają niezawodność i bezpieczeństwo eksploatacji sieci w zmieniających się warunkach klimatycznych.

Stoen promuje też nowy standard budowy stacji elektroenergetycznych, m.in. wyposażenie w czujniki temperatury oraz inteligentne systemy chłodzenia. Utrzymanie odpowiedniej temperatury ma zasadnicze znaczenie dla niezawodnego działania i wydłużenia żywotności urządzeń. Systemy przepustów systemowych dla kabli są standardowym wyposażeniem większości stacji, wdrażanym zarówno ze względu na wymogi prawne, jak i potrzeby operacyjne. Stacje są wyposażone w fabrycznie zainstalowane wkładki i rezerwy, aby pomieścić przyszłe instalacje kablowe, zapewniając elastyczność i długoterminową użyteczność.

Oprócz inwestycji oraz zmian w polityce przedsiębiorstwa równie ważne są codzienne działania operacyjne. Oddziały eksploatacji takie jak służby dystrybutorskie i pogotowia energetyczne utrzymują odpowiednie poziomy bezpieczeństwa. Bazując na wskazaniach SAIDI i SAIFI możliwa jest priorytetyzacja awarii, tak by zapewniać najwyższą jakość dostarczanej energii, a wsparcie informatyczne zapewnia dostęp i nadzór nad urządzeniami w czasie rzeczywistym. Wymiana nieizolowanych przewodów i wyeksploatowanych urządzeń automatyki zmniejsza awaryjność, szczególnie wrażliwych odcinków sieci, umożliwia zdalne sterowanie i rekonfigurację, a także zwiększa odporność na warunki atmosferyczne i przeciążenia.

Podsumowanie

Zmiany klimatyczne są problemem pogłębiającym się i skutkującym w zagrożenia, z których nie wszystkie można przewidzieć. Dlatego rozwój nowych technologii, szukanie rozwiązań ograniczających możliwość występowania awarii i poważnych strat finansowych, a także regulacje prawne muszą stanowić podstawę rozwoju sieci elektroenergetycznej. Tempo rozwoju tych prac również powinno być zwiększone, ponieważ zagrożenia już oddziałują na sieć, a ich skutki są zauważalne w codziennej pracy systemu. Dążenie do osiągnięcia neutralności klimatycznej przez Unię Europejską nadaje tempa tej modernizacji i zmianom. W efekcie ma to doprowadzić do ograniczonej ingerencji w środowisko naturalne, większą elastyczność, a przede wszystkim poprawić odporność na awarie i skrócić systemowe przerwy w dostawach energii.

Źródło:

1. Sprostowanie do rozporządzenia delegowanego Komisji (UE) 2023/2772 z dnia 31 lipca 2023 r., uzupełniającego dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/34/UE w odniesieniu do standardów sprawozdawczości w zakresie zrównoważonego rozwoju.
2. Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2021/2139 z dnia 4 czerwca 2021 r. uzupełniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2020/852 poprzez ustanowienie technicznych kryteriów kwalifikacji służących określeniu warunków, na jakich dana działalność gospodarcza kwalifikuje się jako wnosząca istotny wkład w łagodzenie zmian klimatu lub w adaptację do zmian klimatu, a także określeniu, czy ta działalność gospodarcza nie wyrządza poważnych szkód względem żadnego z pozostałych celów środowiskowych, Dz. U. UE L 442/1.
3. IPCC, Climate Change 2021: The Phisical Science Basis, 2021.
4. EEA, Wyzwania związane z przystosowaniem się do zmiany klimatu i szanse dla europejskiego systemu energetycznego, 2019.
5. Instytut Ochrony Środowiska – Państwowy Instytut Badawczy, Katalog dobrych praktyk adaptacyjnych, Warszawa 2023.

Źródło: Agnieszka Franiak, Departament Analiz Majątkowych i Strategii Rozwoju Sieci, Stoen Operator Sp. z o.o, Lidia Kalinowska, Wydział Elektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego

Artykuł pochodzi z wydania 5-6/2025 “Nowa Energia”