Mehr Strom durch Hochspannungsleitungen - Forschungsprojekt Aeolus setzt auf Glasfasertechnik

© Canva-AI-modifiedKarlsruhe - Bestehende Hochspannungsleitungen könnten künftig mehr Strom transportieren, ohne dass dafür neue Leitungen gebaut werden müssen. Im Forschungsprojekt Aeolus entwickeln das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz, Tennet und TransnetBW sowie weitere Partner ein Messsystem, das bereits vorhandene Glasfaserkabel in Freileitungen nutzt, um die tatsächlichen Witterungsbedingungen kontinuierlich und räumlich hoch aufgelöst entlang der Leitung zu erfassen.

Die neue Technologie soll dazu beitragen, bestehende Übertragungsnetze besser auszulasten, zusätzliche Übertragungskapazitäten zu erschließen, Kosten zu senken und den Bedarf an Eingriffen in die Stromerzeugung zu reduzieren. Der Ansatz zielt dabei auf eine deutlich bessere Datengrundlage für den bereits eingesetzten witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb.

Leitungstemperatur begrenzt Transportkapazität - Wind erhöht Belastbarkeit
Entscheidend für die Strombelastbarkeit einer Freileitung ist unter anderem die Temperatur des Leiterseils. Fließt Strom durch die Leitung, erwärmt sie sich. Bei zu hoher Temperatur dehnt sich das Material aus und die Leitung hängt stärker durch. Dadurch können vorgeschriebene Sicherheitsabstände zu Boden, Vegetation oder Gebäuden unterschritten werden.

Die tatsächlich mögliche Stromübertragung hängt deshalb von den Witterungsbedingungen ab. Insbesondere Wind kühlt die Leiterseile. Bei günstigen Bedingungen können Freileitungen dadurch zeitweise mehr Strom übertragen als unter konservativ angesetzten Wetterbedingungen.

Dieses Prinzip wird bereits beim witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb genutzt. Aeolus setzt hier auf eine kontinuierliche Erfassung der tatsächlichen Bedingungen entlang der Leitung anstelle von Wettermodellen und punktuellen Messungen.

Vorhandene Glasfaserkabel werden zum Sensor
Dafür nutzt Aeolus Glasfaserkabel, die bereits in den Erdseilen von Hochspannungsmasten integriert sind. Wind verursacht kleinste mechanische Schwingungen der Leitungen. Diese Veränderungen können über die Glasfaser erfasst und zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung entlang der Leitung ausgewertet werden.

Der entscheidende Ansatz besteht darin, die Witterungsbedingungen nicht nur an einzelnen Messpunkten zu erfassen. Dabei dient die Glasfaser im Erdseil über die gesamte Leitung als kontinuierliches Messsystem. Damit lassen sich die Windverhältnisse räumlich hoch aufgelöst in den einzelnen Spannfeldern der Freileitung bestimmen. Auf Grundlage dieser Daten kann dann genauer ermittelt werden, wie hoch die aktuelle Transportkapazität einzelner Leitungsabschnitte tatsächlich ist.

„Mit Aeolus wollen wir zeigen, wie sich bestehende Freileitungen auf Basis präziser Messdaten sicher und situativ höher auslasten lassen“, sagt Prof. Dr. Wilhelm Stork, Leiter des Bereichs Mikrosystemtechnik und Optik am Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) des KIT. Zusätzlich soll untersucht werden, ob sich über die Glasfasern akustische Ereignisse entlang der Leitung erkennen lassen, die für die Überwachung kritischer Infrastruktur relevant sein könnten.

KI verbindet Leitungsdaten mit Wetterprognosen
Die entlang der Stromleitungen gewonnenen Daten sollen im Projekt mit Wettervorhersagemodellen verknüpft werden. KI-Verfahren könnten daraus unter anderem ermitteln, wie stark Wind die Leitungen auch unter komplexen topografischen Bedingungen wie in Tälern oder Waldgebieten tatsächlich kühlt.

Ergänzend entwickelt das KIT eine autonome Inspektionsdrohne zur Erfassung des Zustands und der Umgebung der Stromtrassen. Für einen dauerhaften Einsatz soll die Drohne ihre Energie direkt aus der Hochspannungsleitung beziehen können.

Die entwickelten Systeme sollen anschließend unter realen Betriebsbedingungen getestet werden. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) im Rahmen des achten Energieforschungsprogramms geförderte Projekt läuft nach Angaben der Projektpartner bis 2029. Koordiniert wird Aeolus vom Institut für Technik der Informationsverarbeitung am KIT. Neben 50Hertz, Tennet und TransnetBW gehören AP Sensing, fokus.energie, unilab Systemhaus und WEPROG zum Konsortium.

Netzoptimierung ergänzt den Ausbau der Übertragungsnetze
Eine höhere Auslastung bestehender Leitungen kann den Ausbau der deutschen Übertragungsnetze nicht ersetzen. Sie kann jedoch dazu beitragen, vorhandene Infrastruktur effizienter zu nutzen, zusätzliche Übertragungskapazitäten zu erschließen und Netzengpässe zu reduzieren.

Der technologische Ansatz von Aeolus liegt dabei in der kontinuierlichen und räumlich hoch aufgelösten Erfassung der tatsächlichen Bedingungen entlang der Freileitungen über bereits vorhandene Glasfaserkabel. Damit lässt sich genauer bestimmen, welche Transportkapazität die vorhandene Netzinfrastruktur unter den jeweils aktuellen Witterungsbedingungen tatsächlich bietet.