Linee aeree e cavi interrati
Oggi, il trasporto di energia ad altissima tensione (380 kV e 220 kV) è in gran parte realizzato tramite linee aeree, che rappresentano il 99 per cento della rete svizzera di trasmissione. L’utilizzo di cavi interrati nella rete ad altissima tensione è relativamente nuovo e di conseguenza relativamente poco collaudato. Entrambe le tecnologie presentano vantaggi e svantaggi in relazione a progettazione, costruzione ed esercizio e manutenzione. Di conseguenza, per ogni progetto di rete, Swissgrid verifica sia la variante con linee aeree sia quella con cavi interrati.
Linee aeree
Swissgrid effettua la manutenzione di 12000 tralicci della rete ad altissima tensione in tutta la Svizzera. Molti di questi sono situati in aree insidiose: in zone montane, ripide e spesso difficilmente accessibili, su terreno roccioso e a volte instabile. Costruire nuove linee su questi terreni è una vera e propria sfida sul piano tecnico. Swissgrid può tuttavia contare su una grande esperienza e un ampio know-how tecnico.
Cablaggio interrato
Rispetto alle linee aeree, i cavi interrati a livello di altissima tensione finora in Svizzera non sono stati utilizzati quasi per nulla. Infatti il loro utilizzo è possibile solo a determinate condizioni. Determinanti a questo proposito sono diversi fattori come condizioni del suolo, prestazione di trasmissione, lunghezza dei tracciati, costi o sfruttamento delle linee. Nel 2019 Swissgrid interra per la prima volta cavi ad altissima tensione di una linea a 380 chilovolt ottenendone importanti informazioni e dati per il futuro.
Costruzione dei tracciati: ecco come viene posato il cavo nel terreno
Come si posa una linea di trasmissione interrata? Quali metodi sono adatti a quali terreni e come influiscono sui tempi di costruzione, sui costi o sulla capacità di carico? Nella progettazione delle linee, Swissgrid è sempre alla ricerca di soluzioni ottimali per risolvere il conflitto tra i quattro pilastri dell’efficienza economica, della tecnologia, dello sviluppo territoriale e dell’ambiente. Il «Sistema modulare per la costruzione delle linee» è uno strumento importante per trovare soluzioni. Descrive con precisione i vantaggi e gli svantaggi delle varie soluzioni possibili, rispondendo così all’esigenza di una ponderazione fondata di tutte le opzioni costruttive.
Tunnel
Questa procedura viene utilizzata nelle aree rocciose e montagnose oppure per passare sotto a ostacoli come insediamenti o linee ferroviarie. Le gallerie percorribili vengono realizzate con le tecniche di tunneling o avanzamento a pressione, poi i cavi vengono condotti su speciali supporti. La sezione relativamente ampia della galleria determina una notevole quantità di materiale di scavo da smaltire.
Elementi visibili del cablaggio sotterraneo
La tutela dell’assetto paesaggistico è un notevole punto a favore delle linee interrate. Gran parte dell’infrastruttura della linea, infatti, è nascosta nel terreno. Tuttavia, anche i cavi interrati lasciano tracce nel paesaggio, ad esempio sotto forma di piste boschive, strade di accesso 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. La tensione viene stabilizzata con impianti di compensazione. Anche le strade di accesso e le piste boschive sono segni visibili di un cablaggio interrato.
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. Questi raccolgono 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. Al momento di progettare un cablaggio parziale, Swissgrid fa tutto il possibile per inserirlo al meglio nell’assetto paesaggistico.
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. Gli impianti di compensazione, a seconda della potenza, possono essere grandi come un camion.
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.
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. Se si costruiscono strutture transitorie nel bosco, anche in questo caso è necessario procedere a diradamenti e in tali aree non saranno possibili riforestazioni.
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.
Maggiori informazioni sul comportamento in prossimità di una linea
Manutenzione ed esercizio
Le linee aeree e i cavi interrati presentano vantaggi e svantaggi in relazione all’esercizio della rete e alla sua manutenzione. Le sfide tecniche, come ad esempio il mantenimento della tensione, aumentano con l’aumentare delle sezioni di linee della rete di trasmissione che sono interrate. 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.
Manutenzione e durata di vita
Linee aeree
Affinché la rete di trasmissione sia sempre disponibile, le linee aeree e i tralicci vengono regolarmente ispezionati e sottoposti a manutenzione. La durata di vita di una linea aerea è di circa 80 anni.
Il terreno sotto una linea aerea può essere coltivato senza grandi restrizioni, nel rispetto delle norme di sicurezza.
Maggiori informazioni sulla manutenzione
Cavi interrati
Un tracciato a cavi interrati comprende opere di passaggio, i cavi stessi e pozzetti a manicotto. In base alle stime attuali, la durata di vita dei cavi interrati è di circa 40 anni.
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.
Qual è l’impatto dei cavi interrati sull’ambiente del suolo? – Il suolo è un bene prezioso
Perturbazioni
Linee aeree
Rispetto ai cavi interrati, le linee aeree sono più esposte agli elementi naturali, come fulmini, ghiaccio e caduta di alberi. Sono quindi interessate da guasti e interruzioni più frequentemente rispetto ai cavi interrati protetti dal terreno. Nel caso delle linee aeree, tuttavia, questi problemi possono essere risolti nel giro di pochi minuti o di qualche ora.
Cavi interrati
Le perturbazioni si verificano raramente con i cavi interrati. In compenso, l’eliminazione di tali guasti richiede molto più tempo rispetto alle linee aeree, poiché nella maggior parte dei casi si verifica un danneggiamento del cavo interrato che deve essere sostituito. Ciò può richiedere diverse settimane o anche mesi perché i cavi vengono dimensionati e prodotti specificatamente per il singolo progetto. Anche l’estrazione del cavo danneggiato e l’inserimento del nuovo cavo sono molto onerosi in ragione del peso elevato dei cavi interrati.
Cavi sotterranei lunghi, grandi sfide
Swissgrid è aperta a tutte le tecnologie e sviluppa varianti cablate e a linee aeree per ogni progetto. Nel valutare i rispettivi vantaggi e svantaggi, tuttavia, è importante considerare non solo il singolo tratto di linea, ma anche la rete nel suo complesso. I fenomeni fisici e le sfide operative limitano l’uso dei cavi interrati nella rete di trasmissione. Swissgrid sostiene le innovazioni tecnologiche e i progetti pilota per la rete del futuro.
Mantenimento della tensione
La stazione di comando della rete di Swissgrid deve costantemente garantire che la tensione nella rete di trasmissione rimanga all’interno di un determinato intervallo, altrimenti si rischiano danni agli impianti elettrici. In ragione delle loro caratteristiche fisiche, i cavi interrati aumentano la tensione in misura maggiore rispetto alle linee aeree. Se il numero di chilometri di cavi interrati della rete di trasmissione aumenta, le misure abituali per il mantenimento della tensione, ossia istruire le centrali elettriche affinché incrementino o riducano la produzione, non sono più sufficienti. Ad esempio, sono necessari i cosiddetti impianti di compensazione. Questi ultimi, tuttavia, necessitano di molto spazio, sono molto costosi e fanno rumore. Inoltre, la presenza di ulteriori componenti tecnici fa aumentare la complessità e quindi anche il rischio di guasti della rete di trasmissione.
Potenza reattiva
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.
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.
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. La regola generale dice che un chilometro di cavo interrato può essere 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.
Costi delle linee aeree
Costi del cablaggio sotterraneo
Basi decisionali
Le grandi infrastrutture richiedono molto tempo. Procedure di autorizzazione pluriennali, frequenti ricorsi e sentenze dei tribunali: in media possono passare oltre 15 anni dall’inizio di un progetto alla sua messa in servizio.
La decisione a favore di un cablaggio interrato o di una linea aerea viene presa dal Consiglio federale nella procedura del piano settoriale. Un ruolo importante è svolto da un gruppo di accompagnamento istituito per ogni progetto dall’Ufficio federale dell’energia. La procedura prevede quanto segue:
nel gruppo di accompagnamento sono presenti rappresentanti di diversi uffici federali (ad esempio Sviluppo territoriale, Ambiente, Traffico), oltre all’Ispettorato federale degli impianti a corrente forte (ESTI), alla Commissione federale dell’energia elettrica (ElCom), a rappresentanti dei Cantoni interessati, a un’organizzazione per la tutela ambientale e a Swissgrid. Ogni parte ha diritto a un voto. Il gruppo fornisce raccomandazioni al Consiglio federale per la definizione dell’area di pianificazione e del corridoio di pianificazione e per la decisione della tecnologia (linee aeree o cavi interrati). Al fine di trovare la soluzione migliore possibile, diversi uffici federali alcuni anni fa hanno introdotto una metodica specifica, e precisamente lo «Schema di valutazione per le linee di trasmissione». Tale strumento permette di valutare in modo oggettivo, completo e sistematico i vantaggi e gli svantaggi delle varianti. Al centro dello schema ci sono i quattro pilastri Sviluppo territoriale, Aspetti tecnici, Tutela ambientale ed Efficienza economica.
Sviluppo territoriale
La variante scelta deve sfruttare l’ambiente in modo il più economico possibile ed eventualmente essere collegata con altre infrastrutture. Le aree abitate e le aree di svago devono essere tutelate e bisogna tenere in considerazione le pianificazioni e i progetti sovraordinati.
Aspetti tecnici
Le varianti devono soddisfare i requisiti tecnici minimi – ad esempio in relazione al carico ammissibile, alla sensibilità ai guasti e ai tempi di riparazione. Inoltre, si valuta il rischio derivante dai pericoli naturali o dalle intemperie. Perdite di energia e bilancio ecologico vengono calcolati sull’intero ciclo di vita delle varianti.
Ambiente
Esistono valori limite da rispettare in relazione alla protezione dalle radiazioni elettromagnetiche e dal rumore. Per quanto riguarda la protezione del paesaggio, l’indicazione prevede «la maggior tutela possibile». Le aree protette di rilevanza nazionale possono essere interessate dagli impianti solo se non vi sono alternative. Inoltre è necessario tenere conto di biotopi, riserve di uccelli migratori e corsi d’acqua.
Efficienza economica
Questo pilastro si riferisce alla stima dei costi. Vi rientrano da un lato gli investimenti e gli investimenti sostitutivi per l’intera durata di utilizzo e dall’altro gli investimenti per le misure di accompagnamento. Ogni progetto di rete deve essere valutato dal regolatore dal punto di vista economico, poiché i costi verranno trasferiti sulla fattura dei consumatori.
Accorpamento di infrastrutture: Airolo – Mettlen (linea del San Gottardo)
Negli ultimi anni, Swissgrid ha installato nella rete di trasmissione linee di cavi interrati per una lunghezza totale di oltre 40 chilometri. 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.
Sottostazioni e trasformatori
Le sottostazioni sono tra gli elementi più importanti della rete ad altissima tensione, in quanto rappresentano i punti nodali della rete elettrica. Le sottostazioni sono composte da trasformatori e impianti di smistamento. La rete ad altissima tensione di Swissgrid comprende 125 sottostazioni che ospitano 147 impianti di smistamento e 25 trasformatori. Quindi ogni sottostazione ha un impianto di smistamento, ma non tutte le sottostazioni possiedono un trasformatore.
Elementi chiave della rete di trasmissione
Gli impianti di smistamento nelle sottostazioni collegano le linee ad altissima tensione tra loro. Gli operatori nei centri di controllo di Swissgrid ad Aarau e Prilly possono separare o collegare le linee per mezzo di manovre di smistamento. In questo modo si controllano i flussi di energia, si evitano i sovraccarichi e le linee possono essere disinserite per i lavori di revisione. Nelle sottostazioni sono installati anche sistemi di protezione. In caso di guasto (per esempio la caduta di un fulmine su una linea), questi sistemi disinseriscono in modo mirato le parti di rete interessate.
1 Trasformatore
Il trasformatore rappresenta il cuore della rete. I trasformatori aumentano o riducono la tensione dell’energia elettrica o della corrente. Questo perché più alta è la tensione, minori sono le perdite lungo le linee elettriche. La rete ad altissima tensione ha una tensione elevata per trasportare l’energia su lunghe distanze con la minor perdita possibile. I 25 trasformatori di Swissgrid collegano la rete a 380 kV con la rete a 220 kV. Per rendere l’energia prodotta dalle centrali elettriche utilizzabile dai consumatori finali, la tensione viene ridotta a 400 o 230 volt.
2 Sbarra di distribuzione
La sbarra di distribuzione è usata per collegare le linee ad altissima tensione che si incontrano in una sottostazione. Attraverso i cosiddetti campi di comando che controllano il flusso di potenza nella rete, l’energia delle diverse linee ad altissima tensione può essere distribuita attraverso le sbarre di distribuzione.
4 Interrutore di potenza
Gli interruttori di potenza permettono di inserire o disinserire elementi della rete elettrica. Questo significa che possono separare linee o centrali elettriche dalla rete e quindi togliere la tensione o collegarle alla rete. Gli interruttori di potenza e i sezionatori sono controllati dalle stazioni di comando della rete.
5 Trasformatore di misura
I trasformatori di misura fanno parte dell’attrezzatura di controllo dell’impianto di smistamento. Misurano la tensione e l’intensità della corrente. I valori misurati vengono trasmessi ai dispostivi di protezione e di controllo/comando installati a livello locale, nonché alle stazioni di comando della rete di Swissgrid ad Aarau e Prilly. Gli esperti in loco di Swissgrid rilevano la situazione attuale della rete, tra l’altro, sulla base di questi valori. In tal modo, se necessario, si possono intraprendere le misure necessarie.
7 Scaricatore di sovratensioni
Lo scaricatore di sovratensioni protegge i componenti essenziali dell’impianto di smistamento da tensioni elettriche eccessive che possono verificarsi, per esempio, in caso di fulminazione diretta. In questo modo, protegge i componenti dell’impianto come i trasformatori dai danni senza interrompere l’alimentazione.
8 Sezionatore di terra
Il sezionatore di terra mette a terra una parte dell’impianto che è stata disinserita ed è quindi priva di tensione. Evita che si verifichino pericoli dovuti alla carica dei componenti disinseriti. In combinazione con i sezionatori di linea, ciò consente di creare un ambiente di lavoro sicuro nell’impianto di smistamento.
9 Edificio operativo / generatore di emergenza
Le tecnologie di protezione, comando/controllo e comunicazione sono alloggiate nell’edificio operativo. Qui convergono i valori di misurazione dell’intero impianto di smistamento, in modo che tutti gli elementi possano essere comandati e controllati con la massima rapidità. Questi dati vengono trasmessi anche alle stazioni di comando di Swissgrid ad Aarau e Prilly. Inoltre, l’edificio operativo dispone di una propria alimentazione elettrica, compresi gli impianti a batteria. Ciò aiuta a garantire un funzionamento senza problemi dell’impianto di smistamento in ogni momento.
