Il sistema elettrico svizzero si trova in una fase di profonda trasformazione nella storia di successo che lo contraddistingue: la produzione di energia elettrica sta diventando sempre più volatile a causa di nuove fonti energetiche e centrali elettriche decentralizzate e della crescente produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. Ciò pone nuovi requisiti nei confronti della rete elettrica e rappresenta una sfida per il funzionamento sicuro della rete. Inoltre, nei prossimi decenni molte linee della rete di trasmissione svizzera giungeranno al termine del proprio ciclo di vita tecnico e dovranno quindi essere sostituite. Affinché la rete di trasmissione possa soddisfare le esigenze future, deve essere ulteriormente sviluppata a lungo termine.
Mentre le linee elettriche interrate sono lo standard ai livelli inferiori della rete e le linee aeree sono l’eccezione, per la rete di trasmissione vale esattamente il contrario. Oggi, il trasporto di energia a livello di altissima tensione (380 kV e 220 kV) si svolge in gran parte tramite linee aeree, che rappresentano il 99 per cento della rete svizzera di trasmissione. Negli ultimi anni, Swissgrid ha installato nella rete di trasmissione linee di cavi interrati per una lunghezza totale di oltre 40 chilometri. L’utilizzo di cavi interrati nella rete ad altissima tensione è relativamente nuovo e di conseguenza relativamente poco collaudato. Entrambe le tecnologie presentano sia vantaggi che svantaggi in relazione a progettazione, costruzione ed esercizio e manutenzione. Swissgrid è aperta a tutte le tecnologie ed esamina sia le opzioni di linea aerea che di cablaggio per ogni progetto di rete. In questo modo, Swissgrid è sempre alla ricerca di soluzioni ottimali per risolvere il conflitto tra quattro pilastri: Efficienza economica, Aspetti tecnici, Sviluppo territoriale e Ambiente.
Da un punto di vista tecnico e operativo, i cablaggi dovrebbero continuare a essere utilizzati solo in modo selettivo.
Linea aerea o in cavo interrata? Decide il Consiglio federale
Nella procedura di autorizzazione, il Consiglio federale decide se un tratto di linea deve essere realizzato come cavo interrato o come linea aerea. La decisione presa nel Piano settoriale Elettrodotti (PSE) è il risultato di una ponderazione completa degli interessi. La raccomandazione del gruppo di accompagnamento istituito dall’Ufficio federale dell’energia (UFE) svolge un ruolo importante in questo senso. Questo gruppo ha il compito di permettere la discussione al fine di giungere a decisioni oggettive e obiettivamente comprensibili. Come strumento è disponibile uno speciale schema di valutazione composto da quattro pilastri: Efficienza economica, Aspetti tecnici, Sviluppo territoriale e Ambiente.
Raggruppamento attraverso la montagna: Airolo – Mettlen (linea del Gottardo)
Laddove possibile e opportuno, Swissgrid accorpa i cavi interrati con altri progetti infrastrutturali.
La costruzione della seconda canna della galleria autostradale del San Gottardo entro il 2029 offre a Swissgrid una serie di opportunità. La combinazione di una linea ad altissima tensione con una galleria autostradale è un progetto pionieristico in tutta Europa. Swissgrid può acquisire una preziosa esperienza con questo progetto tecnicamente impegnativo. Un altro vantaggio è l’alleggerimento del paesaggio intorno al Gottardo grazie allo smantellamento di 23 chilometri di linee aeree e 70 tralicci.
Manutenzione ed esercizio
La frequenza dei disturbi delle linee aeree è sicuramente maggiore rispetto a quella dei cavi interrati perché le linee aeree sono più esposte agli elementi naturali (ad es. fulmini, ghiaccio, caduta di alberi). Mentre le linee aeree tornano a essere disponibili nel giro di poche ore, nel caso dei cavi interrati ci possono volere settimane o mesi. Le linee aeree della rete di trasmissione svizzera sono dotate di sistemi di reinserimento automatici. Ciò significa che, se si verifica una perturbazione improvvisa, come ad esempio un fulmine, la linea viene automaticamente spenta e riavviata dopo pochi secondi o un minuto circa. Il reinserimento automatico non è possibile per le sezioni di rete cablate. Infatti il guasto di un cavo interrato generalmente significa che c’è stato un danno. Le differenze tra le tecnologie (dei cavi) risiedono nel materiale isolante con cui sono rivestiti i conduttori, nella manutenzione e nei costi. La vita utile di una linea aerea è di circa 80 anni, quella di una linea in cavo di circa 40 anni.
Cavi lunghi, grandi sfide
A causa delle loro proprietà fisiche, i cavi interrati hanno un impatto sulla stabilità dell’intera rete di trasmissione. Le sfide tecniche aumentano man mano che vengono posate nel terreno più sezioni della rete di trasmissione. Infatti le due tecnologie hanno caratteristiche elettriche differenti che a loro volta influenzano in modo diverso la stabilità e la disponibilità della rete di trasmissione.
Swissgrid deve fare in modo che sull’intera rete di trasmissione la tensione non sia mai troppo elevata. I valori di sollecitazione osservati in alcuni momenti sono già molto elevati e vicini ai valori limite consentiti per il materiale. Se la percentuale di cavi interrati nella rete di trasmissione aumenta, Swissgrid deve costruire i cosiddetti impianti di compensazione che riducono la tensione. A seconda della potenza, gli impianti di compensazione possono raggiungere le dimensioni di un camion. Questi impianti, tuttavia, non solo occupano molto spazio, ma sono anche costosi, richiedono energia aggiuntiva durante il funzionamento e fanno rumore. La potenza reattiva generata dai cavi provoca un aumento della tensione nella rete e un carico supplementare sui conduttori. Per questo motivo, la potenza reattiva deve essere compensata allacciando i cosiddetti riduttori alle estremità del cavo. Questi elementi strutturali massicci hanno un impatto notevole sul bilancio delle perdite e aumentano sostanzialmente le dimensioni delle strutture transitorie.
Nel valutare i vantaggi e gli svantaggi dei cablaggi interrati è importante considerare non solo il tratto di linea in questione, ma anche la rete nel suo complesso.
Perdite elettriche
Durante il trasporto della corrente si perde sempre energia elettrica. Le perdite di potenza attiva dipendono dalla potenza di trasmissione. Sono più elevate per le linee aeree che per i cavi interrati. Se alle linee interrate si aggiungono le perdite dovute alla compensazione della potenza reattiva, le perdite sono approssimativamente le stesse per entrambe le tecnologie di trasmissione.
La potenza reattiva è paragonabile alla schiuma che riempie il bicchiere e lascia meno spazio alla birra. Dal punto di vista della fisica, si distingue tra potenza reattiva capacitiva e induttiva. Si compensano a vicenda e idealmente si annullano completamente. Swissgrid cerca di gestire le proprie linee il più vicino possibile a questo punto della cosiddetta «potenza naturale». Questo non è tuttavia possibile con i cavi interrati, perché si riscalderebbero troppo. I cavi interrati lunghi riducono quindi la potenza effettiva di una linea (potenza attiva) oppure creano la necessità di impianti per compensare la potenza reattiva. Questa sfida aumenta in proporzione alla lunghezza di una linea di cavi interrati.
Comparazione dei costi
I costi di costruzione di una linea ad altissima tensione possono variare notevolmente da caso a caso, a seconda della topografia, del terreno di fondazione, dei potenziali rischi naturali e della tecnologia scelta. Come regola generale, un chilometro di cavo interrato nella rete di trasmissione è da due a dieci volte più costoso di un chilometro di linea aerea. Nel valutare l’efficienza economica, Swissgrid tiene conto non solo dei costi di costruzione, ma anche dei costi del ciclo di vita delle diverse varianti di linea.
Il calcolo di Swissgrid si basa su una durata di vita della linea di 80 anni. Tuttavia, diversi componenti devono essere sostituiti prima. Nel caso delle linee interrate, i cavi stessi rappresentano un fattore di costo particolarmente importante: a causa della loro aspettativa di vita tecnica, i cavi interrati possono essere utilizzati solo per la metà del tempo rispetto alle linee aeree e devono essere completamente sostituiti già dopo circa 40 anni.
La costruzione del cablaggio parziale su una lunghezza di 1,3 chilometri con due strutture transitorie costerà circa 20,4 milioni di franchi. Il progetto Beznau – Birr mostra che per il cablaggio parziale nell’Altopiano svizzero si devono calcolare costi equivalenti a circa 10-15 milioni di franchi per chilometro (strutture di transizione, sottosuolo normale, attraversamento di infrastrutture esistenti). I costi per il tratto di cavo interrato della linea ad altissima tensione Beznau – Birr sono circa sei volte superiori, in considerazione dell’intero ciclo di vita, rispetto a quelli di una linea aerea.
Elementi visibili del cablaggio sotterraneo
La tutela dell’assetto paesaggistico è un notevole punto a favore delle linee interrate. La maggior parte dell’infrastruttura della linea è nascosta – invisibilmente – nel terreno. Tuttavia, anche i cavi interrati lasciano tracce nel paesaggio, ad esempio sotto forma di piste boschive, strade di accesso, impianti di compensazione per ridurre la tensione e strutture transitorie che collegano la linea aerea con il cavo interrato. Speciali pozzetti servono per il controllo e la riparazione delle connessioni dei cavi.
Strutture transitorie
Le strutture transitorie sono necessarie per collegare i cavi interrati alle linee aeree. La caratteristica principale di queste ultime sono i tralicci esterni, che svettano a circa 25 metri di altezza. Prendono le linee dall’ultimo traliccio e le collegano con i cavi interrati. Le strutture transitorie richiedono una superficie pari all’incirca a quella di un campo da hockey su ghiaccio. In sede di progettazione di un cablaggio parziale, Swissgrid fa tutto il possibile per collocarlo al meglio nell’assetto paesaggistico.
Pozzetti per manicotti e collari
I cavi ad altissima tensione interrati sono composti da numerosi strati. Questo ha un peso. Pertanto, i cavi possono essere inseriti nei blocchi di tubi solo in pezzi di circa 1 chilometro di lunghezza. Le sezioni dei cavi vengono unite tra loro con speciali elementi di raccordo, i cosiddetti manicotti. Si tratta di un’operazione complessa dal punto di vista tecnico, motivo per cui i manicotti sono alquanto soggetti a guasti e devono essere accessibili in modo permanente. Per i lavori di costruzione e montaggio, si costruiscono quindi speciali pozzetti per manicotti. Sono inoltre necessari pozzetti speciali per i morsetti, che impediscono ai cavi interrati di scivolare sui terreni in pendenza.
Impianti di compensazione
I cavi interrati aumentano la tensione nella rete in misura maggiore rispetto alle linee aeree. Swissgrid deve fare in modo che la tensione nell’intera rete di trasmissione non sia troppo elevata. A tale scopo può indicare alle centrali elettriche di ridurre la tensione oppure utilizzare i cosiddetti impianti di compensazione che riducono la tensione. Se possibile, vengono posizionati presso la struttura di transizione o una sottostazione, ma possono anche essere collocati in campo aperto. A seconda della potenza, gli impianti di compensazione possono raggiungere le dimensioni di un camion.
Massima protezione per le persone e la natura
Swissgrid si impegna al massimo per evitare o ridurre al minimo gli impatti negativi sulle persone, sull’ambiente e sul paesaggio durante i progetti di costruzione. Il quadro giuridico di riferimento è costituito dai severi valori limite svizzeri per quanto riguarda il rumore e i campi elettrici e magnetici. Tuttavia, Swissgrid adotta anche misure che vanno oltre i requisiti ufficiali. Ad esempio, promuove attivamente la biodiversità con una serie di provvedimenti.
Nella sezione Beznau – Birr, nell’area di Bözberg/Riniken (AG), per la prima volta Swissgrid ha interrato un lungo tratto di una linea ad altissima tensione da 380 chilovolt. Da maggio 2020 l’elettricità passa attraverso il cavo interrato. La linea interrata mostra chiaramente quali sono gli effetti del cablaggio di una sezione di linea ad altissima tensione da 380 chilovolt sull’assetto paesaggistico e sull’ambiente e quali sono le difficoltà da gestire in termini di costruzione, gestione e manutenzione. Circa due anni dopo la messa in funzione del cavo interrato, l’Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL) è stato incaricato da Swissgrid di studiare l’impatto sulle popolazioni di lombrichi e sulla qualità del suolo.
Agricoltura
Sebbene sotto a una linea aerea, ad esempio, il terreno possa essere edificato senza grandi restrizioni, la struttura in sé compromette il paesaggio a causa della sua visibilità. Il terreno al di sopra del blocco di condotti per cavi può essere nuovamente utilizzato a scopi agricoli oppure lasciato rinverdire. Poiché le radici possono mettere a rischio i cavi interrati, è necessario evitare alberi ad alto fusto o con radici profonde.
Diradamento e brecce nel bosco per le linee aeree
La costruzione di linee aeree in zone boscose richiede lavori di diradamento, ad esempio per le strade di accesso, i depositi o la costruzione delle fondamenta dei tralicci. Una parte di queste superfici potrà essere riforestata al termine dei lavori di costruzione. Direttamente sotto le linee aeree si possono piantare esclusivamente alberi a basso fusto.
Diradamento e brecce nel bosco per cavi interrati
Se i cavi interrati attraversano zone boscose sono necessari diradamenti al fine di creare spazio per la costruzione della trincea per cavi. Una parte di queste superfici potrà essere riforestata al termine dei lavori di costruzione. Poiché le radici possono causare dei danni, al di sopra dei blocchi di tubi dei cavi è tuttavia necessario lasciare una zona di rispetto ove è vietato piantare alberi con radici profonde.
Campi elettrici e magnetici
Ciò che chiamiamo colloquialmente «radiazione elettromagnetica» non è in realtà una radiazione, bensì un campo elettrico e magnetico. Queste radiazioni si verificano ovunque l’elettricità venga prodotta, trasportata e utilizzata. I campi elettromagnetici delle linee aeree e dei cavi interrati si differenziano principalmente per l’estensione spaziale. I limiti svizzeri che si applicano a entrambe le tecnologie sono tra i più severi al mondo.
Il campo magnetico direttamente al di sotto di una linea aerea è inferiore a quello direttamente al di sopra di un cavo interrato. D’altra parte, l’estensione del campo magnetico è minore nelle linee interrate perché la disposizione dei cavi ne annulla parzialmente i campi. Il valore limite d’impianto da rispettare per i cavi interrati parte da una distanza laterale di 6-8 metri. Nel caso di una linea aerea sono necessari dai 60 agli 80 metri.
Linea aerea o cavi interrati: il bilancio ecologico
L’obiettivo del bilancio ecologico è quantificare l’impatto ambientale delle singole tecnologie di trasmissione della corrente, in modo da poterle confrontare. Ad esempio, include i materiali e i componenti utilizzati, compresa la loro produzione, il processo di costruzione e l’efficienza operativa. Vengono presi in considerazione solo gli aspetti ecologici e non i criteri tecnici, economici o sociali.
Le linee aeree ad altissima tensione (380 chilovolt) hanno minori ripercussioni minori sull’ambiente rispetto ai cablaggi interrati, che per via della maggiore necessità di componenti metalliche ed elettriche presentano un elevato impatto ambientale. Le linee da 380 chilovolt hanno generalmente prestazioni migliori di quelle da 220 chilovolt. Oltre allo specifico processo edile utilizzato, i fattori decisivi per il risultato sono il livello delle perdite di potenza nel trasporto e la quantità di elettricità che può essere trasmessa per ogni livello di altissima tensione, ovvero l’efficienza del sistema.
Riepilogo
In sintesi, si può affermare che il cablaggio interrato nella rete ad altissima tensione comporta numerose sfide. Da un punto di vista tecnico e operativo, la percentuale di cavi interrati nella rete di trasmissione dovrebbe essere mantenuta bassa. In futuro sarà necessario valutare da una prospettiva olistica in quali punti della rete di trasmissione il cablaggio interrato rappresenta l’opzione di implementazione ottimale. Questo può avvenire, ad esempio, in grandi aree altamente urbanizzate o in regioni in cui esistono opzioni di accorpamento con altre infrastrutture lineari (autostrade, tunnel stradali e ferroviari, ecc.). Ad esempio, nella nuova galleria del San Gottardo è la prima volta che una linea ad altissima tensione viene abbinata a un tunnel stradale nazionale.
Anche se sia le linee aeree che i cablaggi presentano pro e contro, gli svantaggi dei cavi interrati nella rete ad altissima tensione prevalgono.
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