PrognoNetz: Smarte Stromleitungen für mehr Übertragungskapazität

Der rasante Ausbau der Erneuerbaren belastet die deutschen Stromnetze zusehends. Das am Mittwoch gestartete Forschungsprojekt PrognoNetz soll es ermöglichen, bestehende Leitungen besser auszulasten.

  • Wetterdienst UBIMET und Projektpartner arbeiten an intelligenten Freileitungen
  • Werner Götz, CEO des Übertragungsnetzbetreibers TransnetBW: „Weiterentwickelter Freileitungsbetrieb hilft zusätzlich notwendigen Netzausbau zu begrenzen“
  • Peter Altmaiers „Aktionsplan Stromnetz“ fordert „konsequentes, flächendeckendes Freileitungsmonitoring“

Karlsruhe, 08. März 2019 „Um Kapazitätsengpässe im Stromnetz zu vermeiden, müssen Netzbetreiber immer öfter in den Betrieb eingreifen“, analysiert Alexander Lehmann, Geschäftsführer von UBIMET Deutschland. Auf nicht weniger als 1,4 Milliarden Euro summierten sich die Kosten für diese Eingriffe allein im Jahr 2017.

Bundesregierung will Bestandsnetze höher auslasten

Für die Politik hat die Erhöhung der Übertragungskapazität bestehender Stromnetze daher oberste Priorität. Zusätzlich zu einem beschleunigten Netzausbau fordert etwa der 2018 verabschiedete „Aktionsplan Stromnetz“ von Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier ein „konsequentes, flächendeckendes Freileitungsmonitoring in Echtzeit, um das Netz besser auszulasten“.

Intelligente Wettersensoren für Freileitungen

Genau hier setzt das Forschungsprojekt PrognoNetz an. Unter Federführung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und finanziert vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) arbeitet UBIMET mit seinen Projektpartnern unilab, Wilmers Messtechnik, GWU-Umwelttechnik sowie dem Übertragungsnetzbetreiber TransnetBW an einem intelligenten Netzwerk von Wettersensoren, mit dem die Kühlwirkung des Wetters auf Stromleitungen in Echtzeit simuliert werden kann. Deren Stromaufnahmefähigkeit hängt neben dem Stromfluss im Leiter vor allem von der Lufttemperatur, dem Wind und der Sonneneinstrahlung ab. „Vereinfacht gesagt: Haben wir mehr kühlenden Wind, kann auch mehr Strom durch die Leitungen fließen“, so Alexander Lehmann.

Hochpräzise Punktvorhersagen und „virtuelle Wettersensoren“

UBIMET fokussiert sich im Projekt auf die Entwicklung einer räumlich hochaufgelösten Vorhersage von meteorologischen Parametern entlang einer Stromtrasse. Als Grundlage dafür fungieren einerseits die physisch vorhandenen Messstationen am Boden und vor allem neue intelligente Sensoren sowie „virtuelle Wettersensoren“ auf Höhe des Leiterseils. „Es geht darum, die Temperatur des Leiterseils exakt bestimmen zu können, um die Strommenge entsprechend anzupassen, was heute leider noch nicht möglich ist“, sagt Lehmann und ergänzt: „Eigentlich bräuchten wir dafür viele Wettersensoren entlang des Leiterseils in dichtem Abstand zueinander. Da das viel zu aufwendig und kostspielig wäre, entwickeln wir die ‚virtuellen Sensoren‘“. Darüber hinaus konzipiert UBIMET zusammen mit dem KIT neuartige Prognosemodelle auf Basis von Künstlicher Intelligenz. Diese sollen mithilfe von historischen Wetterdaten und topologischen Eigenschaften genauere Strombelastbarkeitsprognosen einer Leitung automatisch erstellen.

Ein robustes Netz von Wetterstationen

Wilmers Messtechnik entwickelt Wetterstationen, die an strategischen Punkten platziert werden, um das Wettermodell in Echtzeit an die realen Bedingungen anzupassen. Die Einheiten werden autark betrieben und sind über ein Funknetz mit einer Datenzentrale verbunden. Eine in meteorologischen Messnetzen unübliche Herausforderung stellen dabei die widrigen elektromagnetischen Bedingungen dar, die in unmittelbarer Nähe der Leiterseile auftreten können. Die Lösung besteht aus robusten Wetterstationen, die Wilmers Messtechnik basierend auf langjähriger Erfahrung in der Entwicklung meteorologischer Messsysteme auf Störfestigkeit, Qualität der Daten und Sicherheit der Datenverbindung optimiert.

Wartungsdrohnen, Laser-Windsensor und Künstliche Intelligenz

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht im Rahmen des Projekts unter anderem an Drohnen zur Installation und Wartung der für das Freileitungsmonitoring notwendigen Wettersensoren auf den Strommasten sowie einem laserbasierten Windsensor. „Der Einsatz unbemannter Drohnen (UAVs) soll dabei helfen, Personalkosten und Sicherheitsrisiken bei Wartung und Montage zu verringern. Mit unserem neuen Laser-Windsensor können wir auftretende Messungenauigkeiten, wie sie bisher bei konventionellen Sensoren aufgrund von Turbulenzen durch die starre Montage an der Struktur der Strommasten gang und gäbe waren, verhindern“, erläutert Gabriela Molinar, Projektleiterin am KIT.

Nutzen des Projekts aus Sicht des Übertragungsnetzbetreibers TransnetBW

„Als Übertragungsnetzbetreiber mit Sitz in Stuttgart stehen wir für eine sichere und zuverlässige Versorgung von rund elf Millionen Menschen in Baden-Württemberg“, sagt Dr. Werner Götz, CEO von TransnetBW. „Unser modernes Übertragungsnetz ist das Rückgrat einer zuverlässigen Energieversorgung und Grundlage für eine funktionierende Wirtschaft und Gesellschaft“, so Götz weiter. Gemäß den neuen und ambitionierten Zielen der Bundesregierung sollen erneuerbare Energien bis zum Jahr 2030 einen Anteil von 65 Prozent am Bruttostromverbrauch erreichen – 15 Prozent mehr als im vorigen Netzentwicklungsplan vorgesehen waren. Damit steigt auch der Strom-Übertragungsbedarf. „Der weiterentwickelte witterungsabhängige Freileitungsbetrieb bietet eine innovative Möglichkeit, den zusätzlich notwendigen Netzausbau zu begrenzen“, analysiert Götz.