Jarðstrengir – Í forgang víða um Evrópu

Enn er hart tekist á um raflínu­lagnir á Íslandi og erfiðlega hefur gengið að sætta sjónarmið þeirra sem vilja halda áfram lagningu loftlína og hinna sem vilja fremur leggja raflagnir í jörðu. Þetta kann þó að vera að breytast.

Íslensk stjórnvöld og yfirstjórn orkumála í landinu munu á endanum neyðast til þess að taka tillit til vaxandi andstöðu við lagningu loftlína, hvort sem þeim líkar það betur eða verr. Þar spilar ferðaþjónustan og tilfinning fyrir náttúrufegurð stóra rullu sem og einföld skynsemi þegar rætt er um rekstrar- og afhendingaröryggi á raforku. Þar eru íslensk stjórnvöld alls ekki sér á báti því hafin er vinna af miklum krafti víða um lönd við að skipta út loftlínum fyrir jarðstrengi. Forsendurnar eru þær sömu, eða ört vaxandi andstaða við loftlínur.

Í Evrópu eru flest háspennu jafnstraumsverkefni (HVDC) tengd þróun í innleiðingu á endurnýjanlegri orku. Þar er aðallega um að ræða lagningu jarð- og sæstrengja, en nokkuð er þó talað um skort á samræmdum reglum í álfunni. Staðan í Evrópu er þó allt önnur en t.d. í Bandaríkjunum þar sem einkarekin raforkufyrirtæki hafa ráðið ferðinni með lagningu loftlína. Þar hafa menn forðast að leggja jarðstrengi vegna arðsemissjónarmiða fyrirtækjanna sjálfra.

Í október 2013 greindi Bændablaðið frá þróun raflagnamála í Frakklandi þar sem umfangsmiklar áætlanir voru um að leggja háspennustrengi í jörðu í stað þess að hengja þá í risavaxin möstur með tilheyrandi sjónmengun. Í þessari grein, sem skrifuð var af Ólafi Valssyni, kom fram að kostnaður við lagningu jarðstrengja með allt að 400 megawatta flutningsgetu væri orðinn sambærilegur og við loftlínulögn. Þessar upplýsingar voru þá þvert á fullyrðingar framámanna í orkugeiranum á Íslandi sem fundið höfðu raflínulögn í jörðu flest til foráttu. Þar var mikill kostnaður umfram loftlínulögn sagður helsti þröskuldurinn, en viðhorfin eru þó greinilega ört að breytast, jarðstrengjunum í hag.

Þegar litið er á kosti og galla rafstrengja er þar oftast tvennt efst á baugi. Það er hærri stofnkostnaður en sagður er við loftlínur og minni flutningsgeta nema til komi sérstök kæling á strengjum. Hvorugt þarf þó í raun ekki að vera vandamál, sér í lagi ef horft er á íslenskar aðstæður.

Kostirnir eru helstir þeir að sjónmengun hverfur að mestu við lagningu jarðstrengja og viðhald verður hverfandi miðað við loftlínur. Hvorutveggja hefur þegar sýnt sig hérlendis. Varðandi viðhald, þá hefur lagning jarðstrengja á sumum svæðum á Vestfjörðum, Norðurlandi og á Austfjörðum til dæmis komið í veg fyrir nær árlegt stórtjón á raflínum vegna snjóflóða og orkutruflana af völdum veðurs, ísingar og seltu. Erfiðleikar við bilanaleit í jarðstrengjum hafa líka verið nefndir, en einnig þar kann vandamálið brátt að verða að engu.

Einn óumdeildur galli við lagningu jarðstrengja fram að þessu hefur verið að á milli spennistöðva getur verið mjög erfitt að staðsetja bilanir sem kunna að koma upp á strengjunum. Þar hefur ekki dugað að fikra sig meðfram strengjunum sem eru undir yfirborði jarðar og leita bilunina uppi eins og hægt er að gera varðandi loftlínur. Ekki gengur heldur að grafa niður á strengina hér og þar í von um að hitta á bilunina. Nú kann að verða breyting á þessu með jarðstrengjabilanaleitartækni alþjóðafyrirtækisins ABB sem eykur öryggi í rekstri slíkra raforkukerfa.

Tæknimenn ABB hafa í mörg undanfarin ár reynt að finna leiðir til að staðsetja bilanir í jarðstrengjum. Nú hafa þeir í samvinnu við viðskiptavini fyrirtækisins og ýmsar vísindastofnanir dottið niður á lausn sem kynnt var fyrr á þessu ári. Er hún kölluð „Earth fault locating technology“ en fyrirtækið var verðlaunað fyrir þessa tækni þann 25. janúar á viðskiptaráðstefnu í Tampere. Var þeim veitt svokölluð „Network Initiative of the Year“ verðlaun, eða uppgötvun ársins.

Í Finnlandi stendur nú yfir endurskipulagning á raforkukerfinu upp á milljónir evra. Það felst að verulegu leyti í að jarðstrengir leysi loftlínur af hólmi í takt við finnska löggjöf. Það hefur kallað á alveg nýjar aðferðir við bilanaleit sem gerði slíka leit ekki erfiðari en þekkist varðandi loftlínur. Nýja aðferð ABB byggir að því er virðist frá leikmannssjónarhóli á að staðsetja bilanir með því að mæla spennumismun á mörgum tíðnisviðum (multifrequency).

Fjölmörg fyrirtæki hafa verið að reyna að leysa vandann  við bilanaleit á jarðstrengjum m.a. með því að reyna að staðsetja útleiðni með mælingum en það hefur ekki reynst auðvelt. Aðferð ABB þykir því mikilvægt skref í þessum fræðum.

ABB hefur í meira en fjóra áratugi verið leiðandi á sviði starfrænnar tækni og smíði ýmiss konar rafmagnsstýringa bæði fyrir lágspennu- og háspennukerfi. Hefur fyrirtækið sett upp 70.000 stýrikerfi um allan heim og 70 milljón stýritæki. Þar eru í raun allar iðngreinar undir, ekki síst raforkuiðnaður og einnig matvælaiðnaður.

Byggir fyrirtækið á meira en 130 ára sögu, en það er með starfsemi í yfir 100 löndum og með  um 132.000 starfsmenn. Byggingariðnaður, samgöngur, raforkudreifing og vindorka taka til sín meirihlutann af umfangi ABB. Fyrirtækið eins og það er í dag varð í raun til 1988 við samruna ASEA í Svíþjóð og Switzerland BBC sem áður hér Brown Boveri og er betur þekkt nafn hérlendis. Bæði fyrirtækin voru áður ein þekkt­ustu rafmagns- og rafeindafyrirtæki í Evrópu. Við samrunann varð til gríðarlega öflug samsteypa.

Margar uppgötvanir hafa komið frá fyrirtækinu á orkusviði á undanförnum árum. Má þar t.d. nefna það sem kallað er „hybrid DC breaker“ sem kynntur var 2012 og mætti kannski kalla „blendingsjafnara“. Þarna er um að ræða eins konar straumbreyti eða spennujafnara fyrir háspennu jafnstraumsspennu (HVDC). Fram til þess tíma höfðu slíkir breytar kostað mikið orkutap og allt að 30% lækkun á voltatölu eða spennu. Nýi „blendinsgjafnarinn“ er sagður valda hverfandi tapi en tryggir samt möguleika á mjög hraðri straumbreytingu sem verður að geta átt sér stað á nokkrum millisekúndum. Þessi búnaður er talinn geta haft mikið að segja við frekari innleiðingu á háspenntum jafnstraumskerfum.

Þjóðverjar tóku stórt skref varðandi stefnumörkun í raflínulögnum í desember 2015. Var það ekki síst gert vegna vaxandi andstöðu almennings við stóru loftlínumannvirkin. Þá var samþykkt að setja lagningu jarðstrengja í forgang í stað loftlína. Þetta er hluti af orkuskiptaverkefni Þjóðverja „Energiewende“, en með því hyggjast þeir leggja niður öll sín átta kjarnorkuver fyrir 2022 og draga úr notkun jarðefnaeldsneytis.

Verkefnið hófst fyrir alvöru með innleiðingu laga um nýtingu á endurnýjanlegri orku 2004. Síðan hefur verið fjárfest gríðarlega í endurnýjanlegum orkumöguleikum eins og framleiðslu á gasi til raforkuframleiðslu úr lífmassa, sólarorku og ekki síst í vindorku.

Auk vindmylla á landi sem sprottið hafa upp um allt Þýskaland, þá hafa verið reistir heilu vindmyllugarðarnir úti fyrir ströndinni í Norðursjónum. Skilar endurnýjanlega orkan af ýmsum toga nú um 60 gígawöttum samkvæmt vefsíðu IEEEXplore.org. Þar af munu um 4 gígawött koma frá vindmyllum í Norðursjó og í Eystrasalti samkvæmt tölum þýsku vindorkusamtakanna BWE. Á árinu 2015 komu um 13,3% af raforku Þjóðverja frá  26.772 vindmyllum. Það er þó ákveðinn þröskuldur varðandi frekari aukningu á raforkuframleiðslu með vindmyllum. Þar er talað um minnkandi eftirspurn í Þýskalandi og dreifikerfið.

Hvort uppsetning vindmylluskóga sé eitthvað skárri en lagning raflína sem hengd eru á stór möstur er svo umhugsunarefni. Í Þýskalandi, Danmörku og víðar leggja menn fremur áhersluna á öflun endurnýjanlegrar orku en endilega sjónmengunina. Slíkt sé einfaldlega óumflýjanlegt ef draga eigi úr losun kolefnis út í andrúmsloftið. Þó reyna orkuyfirvöld í þessum löndum að koma vindmyllunum sem mest fyrir úti í sjó til að minnka sjónmengun á landi.

Enn sem komið er hafa Íslendingar ekki þurft að hafa miklar áhyggjur af þessu, en það kann þó að vera að breytast. Æskilegt væri því að íslensk yfirvöld settu nú þegar í gang vinnu við að skilgreina þau svæði sem möguleg eru fyrir uppsetningu á vindmyllum. Slíkt gæti komið í veg fyrir óþarfa deilur í framtíðinni.

Þjóðverjar hyggjast setja upp háspennu jafnstraumskerfi  (High Voltage Direct Current – HVDC) til dreifingar á orkunni í stað riðstraums (AC). Í gegnum þetta kerfi á meðal annars að flytja orku frá vindrafstöðvum úti í Norðursjó um hundruð kílómetra í dreifistöðvar í suðurhluta landsins. Þá er einnig unnið stöðugt að því að reyna að takmarka orkutap í rafstrengjum sem óhjákvæmilegt hefur verið við flutning á raforku um langan veg.

Vegna eðlis orkuflutninga með hárri spennu, hafa fleiri aðilar dregist inn í verkefnið fyrir utan fyrirtæki sem framleiða rafmagnskapla. Þar er m.a. um að ræða framleiðendur og hönnuði á rörum. Það er vegna þess að við mjög háa spennu geta rafstrengir hitnað mikið vegna viðnáms. Auðvelt er að losna við hitann út í andrúmsloftið í loftlínum, en beita þarf annarri tækni þegar kemur að jarðstrengjum. Er þá gjarnan gripið til þess ráðs að tempra hitann með olíu eða öðrum vökva. Þar kemur rörtæknin inn í verkefnið.

Dæmi um langan háspennu jafnstraumsjarðstreng neðanjarðar er Murraylink strengurinn sem tengir Riverland svæðið í Suður- Ástralíu við Sunrasia svæðið við Victoríuborg. Hann er tvisvar sinnum 176 kílómetra XPLE strengur frá ABB, 220 megawött og 150 kílóvolt. Endar strengurinn í spennistöðvum í Red Cliffs í Viktoríu og Berri í Suður – Ástralíu og var lengi talinn lengsti strengur af þessari gerð í heimi og var tekinn í notkun 2002. Síðan hefur runnið mikið vatn til sjávar og nú eru fjölmörg dæmi um langa háspennustrengi í jörðu. Þar má t.d. nefna 200 kílómetra 2 x 660 megawött og 300 kílóvolta strengi í Suður-Svíþjóð. Háspenntir sæstrengir eru líka komnir mjög víða.

Í Sjanghæ í Kína var lagður 500 kílóvolta og 17 km XPLE strengur sem er sagður fyrsti og lengsti innanborgarstrengurinn af þessari stærð. Var hann lagður vegna heimssýningarinnar í Sjanghæ 2010. Tekið er til þess að skamman tíma hafi tekið að leggja hann. Er strengurinn lagður í sérstök lagnagöng þvers og kruss um borgina og undir Huangpu-ána og er með yfir hundrað tengingar á leiðinni. Þykir hann m.a. sérstakur að því leyti að kápan er ekki úr blýi heldur álþynnu sem vafinn er um strenginn.

Eitt af nýrri dæmunum í jarð- og neðansjávarstrengjalögnum er svokallaður NordBalt strengur sem á að tengja Eystrasaltslöndin við Norðurlöndin og mun liggja frá Svíþjóð til Litháen. Upphaflega átti að ljúka verkefninu í árslok 2015 en nú er talað um 2017. Flutningsgetan verður 700 megawött í streng af gerðinni HVDC frá ABB. Þar er um að ræða tvöfaldan 400 kílómetra langan um 300 kílóvolta neðansjávarstreng, 2 x 40 km og 400 kV jarðstreng við endann Svíþjóðarmegin og 2 x 10 km 330 kV jarðstreng í Litháen. Er þessi línulögn tengd lagningu á 700 MW LitPol streng frá Litháen til Póllands.Í þessum dæmum er fyrirtækið ABB í lykilhlutverki.

Það er því ljóst að lagning jarðstrengja í stað loftlína er stöðugt að aukast. Tæknin til þess hefur líka verið mikið að þróast og þessi leið verður sífellt hagkvæmari. Fyrir Ísland með alla sína náttúrufegurð hlýtur þetta að vera mikið fagnaðarefni. Enginn þarf þó að reikna með að þetta verði hrist fram úr erminni því slíkt tekur langan tíma og kostar mikla fjármuni. Stjórnvöld gætu samt markað þá stefnu líkt og aðrar þjóðir að við nýlagningu og endurnýjun raflína verði jarðstrengir alltaf fyrsti kostur. Loftlínur verði aðeins notaðar þar sem jarðstrengir koma alls ekki til greina eða sem tímabundin úrræði.