Fallstudien / Übertragungsleitungen

Aufgrund des fehlenden Zugangs zu einer Stromversorgung, stellt das Messen der Windbedingungen in entlegenen Gebieten immer eine Herausforderung dar.

Hintergrund

Aufgrund des fehlenden Zugangs zu einer Stromversorgung, stellt das Messen der Windbedingungen in entlegenen Gebieten immer eine Herausforderung dar. Der Einsatz von Messgerät hier nur sehr eingeschränkt möglich. Gleichzeitig ist die Installation von Solarmodulen, Windturbinen, Dieselgeneratoren oder Batterien komplex und ihre Unterhaltung aufwändig. Folglich blieben große geographische Gebiete ohne jegliche Messausstattung, woraus sich Ungenauigkeiten in den Wetterberichten und -vorhersagen ergeben.

Laki Power, ein isländischer Hersteller von Überwachungstechnik für Hochspannungsanwendungen, hat eine neue Lösung für dieses Problem entwickelt. Sie setzen ihre Überwachungsstationen auf Freilandleitungen und erzeugen Strom über Induktion. Die Stationen sind mit zahlreichen Wetterinstrumenten ausgestattet zur Messung von beispielsweise der Windgeschwindigkeit und -richtung, der Umgebungstemperatur und des Salzgehalts der Luft. Die Daten werden in Echtzeit über Mobilfunknetze an Stromnetzbetreiber ausgegeben. Die Anbringung der Stationen dauert 30 Minuten und ihr Betrieb ist wartungsfrei.

Da sich die Hauptadern der Stromnetze über geographisch weite Räume erstrecken, wird es durch die Erfindung von Laki Power deutlich wirtschaftlicher, Wettermessdaten von weit mehr Orten zu erhalten und dies zu einem Bruchteil der Kosten gegenüber anderen Lösungen. Stromleitungen durchqueren Berge, Wälder und Täler – und damit auch viele unterschiedliche Mikroklimata, die für lokale Wettermessungen von Interesse sind. Beobachtungstationen werden für Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB), Verteilnetzbetreiber (VNB) und andere Stromversorger entwickelt und bergen großes Potenzial für die dynamische Strombelastbarkeitsbeurteilung (DLR), welche auf eine Kapazitätserweiterung bestehender Stromleitungen abzielt. Auch Wetterdienste und Straßenverkehrsämter zeigen Interesse an der Laki Power Entwicklung, um blinde Flecken in ihrer Wetterabdeckung zu beheben.

Die Beobachtungsstationen werden direkt auf die Hochspannungsleitungen aufgesetzt und zwar häufig in bergigen Regionen, wo die Windgeschwindigkeiten und andere Wetterbedingungen extrem sein können. Bei kalten Wetterlagen stellt die Leitungsvereisung eine Gefahr dar, während in trockeneren, heißeren Klimata Gefahr durch überhöhte Temperaturen und Flächenbränden besteht. Beim Konzipieren der LKX-Mehrzweck-Beobachtungsstation und der DLR-Station zur Strombelastbarkeitsbeurteilung musste Laki also einen Sensor vorsehen, der auch noch unter Extrembedingungen genaue Windgeschwindigkeits- und -richtungsdaten liefert. Gleichzeitig sollte der Sensor klein und leicht und Hochspannungen mit hoher Schwingungsbelastung gewachsen sein.

Projekt

Laki Power fragte FT Technologies nach Windsensoren, die in der Lage sind, dieses breite Einsatzspektrum abzudecken. Aufgrund seiner kleinen Baumaße, der möglichen Oberflächenmontage und Gehäusebeheizung zum Schutz gegen Vereisung wurde unter den FT-Produkten der FT742-SM als der am besten geeignete ausgewählt.

Die erste Idee sah vor, den FT742-SM oben auf dem LKX-Modul zu montieren. Erste Versuche ergaben, dass der Sensor den erwarteten Hochspannungen standhalten würde. Zugunsten einer größeren Sicherheitsmarge entschieden sich die Ingenieure bei Laki Power dennoch, den Sensor für einen verbesserten Schutz gegen elektrische Felder unter ihrem Modul zu montieren. Eine speziell entwickelte, pilzförmige Abdeckkappe über dem Sensor sollte zudem die Möglichkeit einer Spitzenentladung mindern.

Die gesamte LKX-201-Station mit integriertem Sensor und Abdeckkappe wurde bei der Deutschen WindGuard einer Windkanalerprobung im Labor in Deutschland unterzogen. Umfangreiche Kalibrierdaten wurden zur Erkennung und Korrektur eventueller aerodynamischer Effekte erfasst und so die ausreichende Genauigkeit der Messdaten gesichert.

Inzwischen sind mehrere LKX-201-Stationen auf Stromleitungen in Island und Norwegen installiert, wo sie unter extrem rauen Bedingungen bis hin zu schwerer Eisbildung und starken Windstärken fehlerfrei funktionieren.

Laki LKX power line surveillance with FT742-SM wind sensor
FT742-SM wind sensor on a Laki power line transmission monitoring station

In der Mehrzweck-Beobachtungsstation LKX-201für Hochspannungen und der DLR-Station sind bidirektionale 4K-Kameras einschließlich Bodensicht-Kamera inklusive Fischauge mit einer ausgeklügelten Anordnung von Thermografie- und Umgebungssensoren kombiniert und liefern vielfältige Möglichkeiten zur Leitungs- und Bodenbeobachtung.

Schlussfolgerung

„Von allen getesteten Sensoren erfüllten nur die FT-Windsensoren alle unsere Kriterien: einsatzfähig in Hochspannungsumgebung, in extremer Kälte und Eis, klein und leicht genug für unsere Konstruktionen. Nach abgeschlossener Integrationsentwicklung in enger Zusammenarbeit mit FT, lieferte schließlich die Erprobung im Windkanal höchst erfreuliche Ergebnisse. Es gelang, die hohe Genauigkeit nachzuweisen, die wir bei Windgeschwindigkeitsmessungen an Stromleitungen werden erbringen können.

„Nun, wo erneuerbare Technologien wie die Wind- und Solarenergie weitgehend gängige Praxis sind, suchen Investoren und Energieversorger ihre Gewinnspannen zu erhöhen und hierbei setzen sie auf bessere Steuerungssysteme. Aufgrund der Investitionskosten für erneuerbare Energieerzeugungsanlagen, ist es wichtig, die Anlagen nahe ihrer Höchstleistung zu betreiben, speziell wenn es um Windkraft und solare PV-Anlagen geht. Da Wind- und Solarenergie zudem nicht konstant zur Verfügung stehen, sind eine genaue Vorhersage und Modellierung der Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung notwendig. Um darüber hinaus eine zuverlässigere Stromversorgung zu sichern, sind erneuerbare Energieerzeugungsanlagen in der Regel an das Stromnetz angeschlossen.

„“Die Integration des FT742-SM Windsensors in unsere Beobachtungsstationen versetzt uns in die Lage, das Übertragungsnetz und die Stromnetzbetreiber mit Windgeschwindigkeits- und -richtungsdaten in Echtzeit zu beliefern. Ihnen werden somit wertvolle Informationen an die Hand gegeben für die Überwachung und das Management der Stromnetzinfrastruktur, insbesondere in kalten und entlegenen Klimazonen und in Gebieten mit hohem Flächenbrandrisiko.“

Bjorgvin Sigurdsson
Geschäftsführer (CEO)
Laki Power
Iceland

wind sensors on power line monitoring in Iceland