Erneuerbare Energien bei Google bevorzugen
Der Ausbau erneuerbarer Energien im Norden Deutschlands und der Rückbau konventioneller Kraftwerke im Süden erhöhen die Differenz zwischen Stromangebot und Nachfrage. Da der Netzausbau nicht mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien Schritt hält, müssen Windkraftbetreiber ihre Anlagen abregelten und erhalten dafür Entschädigungen in Milliardenhöhe pro Jahr. Das Forschungsprojekt Aeolus setzt an dieser Stelle an und will bestehende Freileitungen durch präzise Messdaten besser auslasten.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des achten Energieforschungsprogramms geförderte Projekt nutzt eine Glasfaser-Sensortechnologie zur Bestimmung der Witterungsbedingungen und der tatsächlichen Belastbarkeit von Hochspannungsfreileitungen. Unter Koordination des Instituts für Technik der Informationsverarbeitung am Karlsruher Institut für Technologie arbeiten die drei Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz, Tennet und TransnetBW sowie die Unternehmen AP Sensing, fokus.energie, unilab Systemhaus und WEPROG an der praktischen Umsetzung.
Windkühlung ermöglicht höhere Strombelastung
Bisher bestimmen Netzbetreiber die maximal zulässige Kapazität von Freileitungen auf Basis eines theoretischen Worst-Case-Wetterszenarios. Die Strombelastbarkeit wird hauptsächlich durch die maximale Leitungstemperatur von etwa 80 Grad Celsius begrenzt. Steigt die Temperatur darüber, dehnt sich das Material aus und die Leitung hängt durch. Dies kann den erforderlichen Sicherheitsabstand zum Boden, zu Bäumen oder Gebäuden unterschreiten und zu gefährlichen Überschlägen oder Materialschäden führen.
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Das Projekt basiert auf dem witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb. Wenn Wind weht, kühlt er die Stromleitungen. Je kühler die Leitungen sind, desto mehr Strom können sie gefahrlos transportieren. Bisher verließen sich Netzbetreiber auf statistische Wetterrechenmodelle, ergänzt durch Messungen an bestimmten Stellen durch Sensoren an der Leitung oder an den Masten. Die neue Technologie ersetzt diese Schätzungen durch reale Messwerte direkt entlang der Leitung.
Glasfaserkabel als durchgehendes Messgerät
Die Technologie nutzt Glasfaserkabel, die bereits im obersten Schutzseil der Strommasten integriert sind. Wind versetzt die Stromleitungen in feine Schwingungen. Die Glasfaser im Inneren erfasst diese Bewegungen und erlaubt eine präzise Erfassung der Windparameter wie Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Das Seil funktioniert auf seiner gesamten Länge wie ein durchgehendes Messgerät in jedem einzelnen Spannfeld der Freileitung. Es müssen keine zusätzlichen Sensoren aufwändig an den Masten montiert werden.
„Mit Aeolus wollen wir zeigen, wie sich bestehende Freileitungen auf Basis präziser Messdaten sicher und situativ höher auslasten lassen. Zudem erwarten wir neben Informationen über Wind und Temperatur auch das Erkennen von akustischen Ereignissen entlang der Leitung, was für die Überwachung der kritischen Infrastruktur von Bedeutung werden könnte", sagt Wilhelm Stork, Leiter des Bereichs Mikrosystemtechnik und Optik am Institut für Technik der Informationsverarbeitung.
Einsparungen durch optimierte Netzauslastung
Bei bundesweitem Einsatz der Technologie könnten Leitungen höher ausgelastet und Zeit für den notwendigen Netzausbau gewonnen werden, sagen die Forschenden. Dies würde Einsparungen in Milliardenhöhe ermöglichen. Wenn bestehende Leitungen durch präzise Daten optimal ausgelastet werden würden, müssten auch teure Notfalleingriffe in das Stromnetz, das sogenannte Redispatching, seltener durchgeführt werden. Stromkunden würden durch stabilere Netze und geringere Netzentgelte profitieren können.
Umsetzung bis 2029 geplant
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Das bis 2029 laufende Projekt sieht mehrere Schritte vor: Zunächst werden technische Anforderungen definiert, Messstandorte ausgewählt und die Glasfaserleitungen eingerichtet. Die gewonnenen Winddaten werden in Wettervorhersagemodelle eingespeist. KI-Algorithmen berechnen, wie stark der Wind die Leitungen in schwierigem Gelände abkühlt. Ein Datenbanksystem speichert die Daten unter hohen Sicherheitsstandards und kann Betriebsstörungen, Sabotage oder Vandalismus lokalisieren.
Ergänzt wird das System durch eine am Institut entwickelte autonome Inspektionsdrohne. Sie fliegt selbstständig an der Trasse entlang und überwacht den Zustand der Leitung. Für einen dauerhaften Einsatz versorgt sie sich direkt mit Energie aus der Hochspannungsleitung. Die Technologie wird unter realen Bedingungen im Alltag getestet. Die gewonnenen Erkenntnisse werden aufbereitet, um den Nutzen der Technologie in der Fachwelt und der Öffentlichkeit bekannt zu machen.
