Одновременная прокладка в грунте широкополосной связи и электроснабжения могла бы сэкономить маленьким городам большие деньги

Что касается модернизации электросетей и широкополосной инфраструктуры, новое исследование, проведённое в Массачусетском университете в Амхерсте, показывает, что подход «копай один раз» почти на 40% выгоднее, чем замена сетей по отдельности.

Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Sustainability, также показало, что наибольшую пользу приносит заблаговременное закапывание в землю линий, которые в настоящее время находятся над землёй, даже если срок службы этих линий ещё не истёк.

Совместная прокладка в грунте — это практика одновременной прокладки в грунте электрических и широкополосных интернет-линий.

«Одним из основных преимуществ совместного подземного размещения электрических и широкополосных кабелей для нас стала экономия средств, которую мы можем получить за счёт совместного размещения этих линий», — говорит Махса Араби, ведущий автор исследования и научный сотрудник ELEVATE в Институте энергетического перехода Массачусетского университета в Амхерсте (ETI).

Такая экономия средств позволяет даже небольшим городам в Массачусетсе проводить модернизацию с помощью подземного размещения. Используя вычислительное моделирование для различных сценариев модернизации инфраструктуры, исследователи обнаружили, что совместное подземное размещение на 39% выгоднее, чем раздельное размещение электрических и широкополосных кабелей.

Одна из авторов исследования, Эрин Бейкер, директор факультета ETI и заслуженный профессор инженерного колледжа Массачусетского университета в Амхерсте, объясняет, что прокладка проводов в общей траншее становится всё более актуальной для лиц, принимающих решения, которые уделяют внимание эффективности инфраструктуры.

«Вместо того, чтобы разрушать дорогу, чтобы сделать это, а через год разрушать её, чтобы сделать то, давайте подумаем о том, чтобы сделать это вместе», — говорит она.

Исследователи также задались вопросом: насколько активно городам следует переходить на подземные коммуникации? Следует ли им ждать, пока срок службы коммуникаций не подойдёт к концу, а затем заменять их по мере необходимости, или действовать на опережение?

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи определили три основных фактора: стоимость переноса линий с поверхности земли под землю, стоимость отключений и количество часов отключений, которых можно избежать, если линии будут находиться под землёй.

Чтобы количественно оценить эти факторы, исследователи создали детализированную вычислительную модель.

«Одним из основных факторов, влияющих на всё это, является стоимость, — добавляет Джими Оке, директор NARS Lab, доцент кафедры гражданского и экологического строительства и главный исследователь проекта. «В предыдущих исследованиях люди просто использовали оценки, основанные на средних значениях, но мы, по сути, пытаемся смоделировать зависимость стоимости от таких факторов, как состав почвы, тип сети или другие переменные землепользования», — говорит он.

Используя в качестве примера город Шрусбери в штате Массачусетс, команда исследователей выяснила, что наиболее экономически эффективным решением является активная работа по прокладке кабелей под землёй и замене существующей инфраструктуры, если можно подтвердить, что прокладка кабелей под землёй сокращает количество отключений как минимум на 50%.

За 40 лет стоимость агрессивной стратегии по прокладке подземных коммуникаций в Шрусбери составит 45,4 миллиона долларов, но выгода от предотвращения отключений составит 55,1 миллиона долларов. Сюда входят такие факторы, как испорченные продукты, повреждённая бытовая техника, пропущенные рабочие часы и более частое использование резервных источников питания. При отключении электроэнергии затраты составят 10 долларов на человека в час, 205 долларов на предприятие в час и 15000 долларов на промышленного потребителя в час.

В Массачусетсе средняя продолжительность отключений на одного клиента в год как для широкополосной связи, так и для электроснабжения оценивается в 1,38 часа. Исследователи также приняли во внимание дополнительную выгоду в размере 1,5 миллиона долларов в виде повышения стоимости недвижимости за счёт эстетического улучшения внешнего вида после устранения воздушных линий электропередачи.

В общей сложности это принесло чистую прибыль в размере 11,3 миллиона долларов.

Стратегия, обеспечившая второй по величине чистый доход, заключалась в том, чтобы активно переводить электрические провода из надземного положения в подземное. Несмотря на то, что эта стратегия была менее затратной, экономия была заметно меньше, а чистый доход был в пять раз ниже, чем при совместном переводе в подземное положение. Все остальные стратегии, включая постепенный перевод, имели отрицательный чистый доход.

Один из самых больших оставшихся нерешённых вопросов — определение того, сколько именно отключений можно будет предотвратить с помощью прокладки кабелей под землёй.

«Это своего рода интуитивное понимание того, что подземная прокладка кабелей сократит количество отключений, но есть противоречивая информация о том, насколько именно сократит, потому что отключения происходят по разным причинам, — объясняет Бейкер. – Это означает, что для того, чтобы прокладка кабелей под землёй была оправданной, половина отключений должна быть вызвана погодными условиями. Если более половины ваших отключений вызваны поломкой оборудования, то вам не стоит ничего прокладывать под землёй».

Штормы — не единственная причина отключений, говорит Оке, указывая на лесные пожары в Калифорнии. Калифорнийские коммунальные службы будут проводить плановые отключения, чтобы предотвратить дополнительные пожары, но прокладка проводов под землёй может предотвратить первоначальный пожар (и, следовательно, отключение). Возьмём, к примеру, пожар в Кэмп-Фрайер в Северной Калифорнии в 2018 году — самый разрушительный лесной пожар в истории штата. Этот пожар возник из-за того, что на трансформаторной подстанции сломался изношенный металлический крюк, из-за чего линия электропередачи упала и ударила по подстанции.

«Нам нужна система и набор правил, которые побуждали бы коммунальные предприятия и города мыслить стратегически», — говорит Бейкер. Она надеется, что их выводы помогут лицам, принимающим решения, сделать именно это.

Команда надеется, что будущие исследования позволят количественно оценить влияние совместного размещения в грунте в различных географических регионах и при различных сценариях. Другие перспективные направления включают изучение альтернативных вариантов прокладки в грунте и других потенциальных стратегий предотвращения отключений.

Источник: Tech Xplore