Mit dem Forschungsprojekt Aeolus soll untersucht werden, wie bestehende Hochspannungsfreileitungen in Deutschland besser ausgelastet werden können. Im Mittelpunkt steht eine Glasfaser-Sensortechnologie, die reale Witterungsdaten entlang der Leitung erfasst und damit den witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb präziser machen soll.

Hintergrund ist der steigende Transportbedarf im deutschen Übertragungsnetz. Während im Norden große Mengen erneuerbarer Energie erzeugt werden, liegen wesentliche Verbrauchsschwerpunkte weiterhin in den industriellen Zentren im Süden. Gleichzeitig verzögert sich der Netzausbau gegenüber dem Ausbau der erneuerbaren Erzeugung. Das führt unter anderem zu Netzengpässen, Abregelungen von Erzeugungsanlagen und Redispatch-Maßnahmen.

Bestehende Leitungen als zusätzliche Reserve

Aeolus setzt nicht beim Bau neuer Leitungen an, sondern bei der optimierten Nutzung vorhandener Infrastruktur. Die zentrale Frage lautet, wie viel Strom eine Freileitung unter den jeweils aktuellen Wetterbedingungen tatsächlich sicher transportieren kann. Nach Angaben des Projekts sollen präzise Messdaten helfen, die Belastbarkeit bestehender Leitungen genauer zu bestimmen und situativ zusätzliche Übertragungskapazität nutzbar zu machen.

Koordiniert wird das Projekt vom Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Beteiligt sind die Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz Transmission GmbH, Tennet TSO GmbH und TransnetBW GmbH sowie AP Sensing GmbH, fokus.energie e.V., unilab Systemhaus GmbH und Weprog GmbH. Gefördert wird Aeolus im achten Energieforschungsprogramm zur angewandten Energieforschung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) im Rahmen der „Mission Energiesystem 2045“.

Warum Wind für die Leitungskapazität entscheidend ist

Die zulässige Strombelastbarkeit von Freileitungen wird wesentlich durch die Leitungstemperatur begrenzt. In der Pressemeldung wird eine maximale Leitungstemperatur von etwa 80 °C genannt. Wird diese überschritten, dehnt sich das Material aus, die Leitung hängt stärker durch und Sicherheitsabstände zu Boden, Bäumen oder Gebäuden können unterschritten werden.

In der Netzbetriebsplanung wird bisher häufig mit konservativen Annahmen gearbeitet, die ein ungünstiges Wetterszenario berücksichtigen. Tatsächlich liegen solche Bedingungen aber nicht durchgehend vor. Beim witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb wird berücksichtigt, dass Wind die Leiterseile kühlt. Je stärker die Kühlung, desto höher kann die Leitung unter Einhaltung der Sicherheitsgrenzen belastet werden.

Bislang stützen sich Netzbetreiber dabei unter anderem auf Wettermodelle und Messpunkte an ausgewählten Stellen. Aeolus soll diese Grundlage erweitern: Reale Messwerte direkt entlang der Leitung sollen die tatsächlichen Windverhältnisse besser erfassen, auch in topografisch anspruchsvollen Bereichen wie Tälern oder bewaldeten Abschnitten.

Glasfaser im Erdseil wird zum Messsystem

Technischer Kern des Projekts ist die Nutzung vorhandener Glasfaserkabel im obersten Schutzseil von Freileitungen, dem sogenannten Erdseil. Diese Glasfasern sind bereits in vielen Freileitungen integriert. Aeolus will sie als durchgehendes Messsystem verwenden, ohne zusätzliche Sensorik an jedem Mast installieren zu müssen.

Wind versetzt Leitungen in feine Schwingungen. Die Glasfaser im Erdseil kann diese Bewegungen erfassen. Daraus sollen Windparameter wie Geschwindigkeit und Richtung entlang der Trasse abgeleitet werden. Auf dieser Basis lässt sich berechnen, wie stark die Leitung gekühlt wird und welche Strombelastung unter den jeweiligen Bedingungen möglich ist.

„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 Prof. Dr. rer. nat. Wilhelm Stork, Leiter des Bereichs Mikrosystemtechnik und Optik am ITIV.

KI-Modelle, Datenbank und Inspektionsdrohne

Das Projekt ist bis zum geplanten Abschluss im Jahr 2029 in mehreren Schritten angelegt. Zunächst sollen technische Anforderungen definiert, geeignete Messstandorte ausgewählt und die Glasfaserleitungen als durchgehende Windmesser eingerichtet werden.

Die erfassten Winddaten sollen anschließend in Wettervorhersagemodelle einfließen. KI-Algorithmen sollen berechnen, wie stark die Leitung unter realen Bedingungen abgekühlt wird. Ergänzend ist ein skalierbares Datenbanksystem vorgesehen, das die Messdaten speichert und gleichzeitig Anforderungen an Datenschutz und Sicherheit erfüllen soll.

Ein weiterer Projektbaustein ist eine am ITIV entwickelte autonome Inspektionsdrohne. Sie soll entlang der Trasse den Zustand der Leitung und ihrer Umgebung überwachen. Laut Projektbeschreibung soll die Drohne für einen dauerhaften Einsatz Energie direkt aus der Hochspannungsleitung beziehen. Die Technologie soll schließlich unter realen Betriebsbedingungen getestet werden.

Potenzial für Netzbetrieb und Engpassmanagement

Gruppenbild des Konsortiums (Quelle: Aeolus)

Für Übertragungsnetzbetreiber ist die bessere Auslastung bestehender Leitungen vor allem dort relevant, wo Netzengpässe auftreten und der Ausbau neuer Leitungen Zeit benötigt. Wenn vorhandene Freileitungen auf Basis belastbarer Messdaten zeitweise mehr Strom transportieren können, könnte das Engpassmanagement reduziert werden.

Die Projektpartner verweisen auf mögliche Einsparungen in Milliardenhöhe, sofern die Technologie breit eingesetzt wird. Diese Einschätzung hängt jedoch von der tatsächlichen technischen Leistungsfähigkeit, der Integration in den Netzbetrieb, regulatorischen Rahmenbedingungen und der späteren Skalierung ab. Aeolus ist damit kein Ersatz für den Netzausbau, kann aber einen Beitrag leisten, bestehende Übertragungsinfrastruktur effizienter zu nutzen.

Die Projektseite befindet sich laut Mitteilung derzeit im Aufbau und soll mit zunehmenden Forschungsergebnissen aktualisiert werden.

Weitere Infromationen auf: www.itiv.kit.edu