Niemieckie sieci przesyłowe od lat zmagają się z rosnącą dysproporcją między podażą energii elektrycznej z farm wiatrowych na północy kraju a popytem zgłaszanym przez ośrodki przemysłowe na południu. Rozbudowa infrastruktury sieciowej nie nadąża za tempem przyłączania nowych mocy odnawialnych, dlatego operatorzy wiatraków regularnie otrzymują wielomiliardowe rekompensaty za wyłączanie instalacji w okresach nadprodukcji. Rozwiązania tego problemu szuka projekt badawczy „Aeolus”, którego celem jest lepsze wykorzystanie już istniejących linii napowietrznych.
Pomiar zamiast szacowania
Obecnie dopuszczalna przepustowość linii napowietrznych wyznaczana jest na podstawie teoretycznego scenariusza najgorszych warunków pogodowych. Kluczowym ograniczeniem pozostaje maksymalna temperatura przewodu, wynosząca około 80 stopni Celsjusza – po jej przekroczeniu materiał się rozszerza, linia zwisa, a wymagany odstęp od gruntu, drzew czy budynków może zostać naruszony. Tak ekstremalna pogoda zdarza się jednak rzadko, dlatego zespół projektu stawia na tzw. witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb, czyli eksploatację linii uzależnioną od warunków atmosferycznych.
Zasada jest prosta: wiejący wiatr chłodzi przewody, a im niższa ich temperatura, tym więcej prądu mogą bezpiecznie przesyłać. Zamiast opierać się na statystycznych modelach pogodowych i punktowych pomiarach z czujników na masztach, nowa metoda wykorzystuje rzeczywiste dane zbierane bezpośrednio wzdłuż całej trasy linii.
Przewód staje się czujnikiem
Nowatorskie podejście eliminuje potrzebę montowania drogich dodatkowych sensorów na słupach. Wykorzystywane są światłowody, które już znajdują się w górnym przewodzie ochronnym, tzw. linie odgromowej. Wiatr wprawia przewody w subtelne drgania, niewidoczne dla oka, a włókno optyczne rejestruje te ruchy, pozwalając precyzyjnie określić prędkość i kierunek wiatru. W ten sposób cały przewód działa jak jedno wielkie urządzenie pomiarowe w każdym przęśle linii.
Według prof. dr. rer. nat. Wilhelma Storka, kierującego obszarem mikrosystemów i optyki w Instytucie Techniki Przetwarzania Informacji (ITIV) na Karlsruher Institut für Technologie, projekt ma wykazać, że istniejące linie można bezpiecznie i doraźnie obciążać wyżej na podstawie dokładnych danych pomiarowych. Jak dodał, poza informacjami o wietrze i temperaturze spodziewane jest również wykrywanie zdarzeń akustycznych wzdłuż linii, co może mieć znaczenie dla ochrony infrastruktury krytycznej.
Struktura konsorcjum i finansowanie
Przedsięwzięcie, nazwane imieniem greckiego boga wiatrów, jest finansowane w ramach ósmego programu badań energetycznych Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE). Pracami koordynuje ITIV z KIT, a w konsorcjum uczestniczą trzej operatorzy sieci przesyłowych – 50Hertz Transmission GmbH z Berlina, Tennet TSO GmbH z Bayreuth i TransnetBW GmbH ze Stuttgartu – oraz AP Sensing GmbH z Böblingen, sieć energetyczna fokus.energie e.V. z Karlsruhe, unilab Systemhaus GmbH z Paderborn i WEPROG GmbH z Altdorf.
Plan działań do 2029 roku
Projekt zakłada kilkuetapową roadmapę zakończoną w 2029 roku:
- analiza wymagań technicznych, wybór najlepszych lokalizacji pomiarowych i uruchomienie światłowodów jako ciągłych mierników wiatru,
- włączenie danych wiatrowych do nowoczesnych modeli prognozowania pogody oraz wykorzystanie algorytmów sztucznej inteligencji do obliczania rzeczywistego chłodzenia linii w trudnym terenie,
- zbudowa szybkiego i skalowalnego systemu bazodanowego spełniającego wysokie standardy ochrony danych, umożliwiającego natychmiastową lokalizację awarii, sabotażu lub wandalizmu,
- wykorzystanie autonomicznego drona inspekcyjnego opracowanego w ITIV, który samodzielnie patroluje trasę i czerpie energię bezpośrednio z linii wysokiego napięcia,
- testy w warunkach rzeczywistych i upowszechnienie wyników wśród specjalistów oraz opinii publicznej.
Zdaniem badaczy powszechne wdrożenie tej technologii pozwoliłoby lepiej wykorzystać istniejące linie, ograniczyć koszty zarządzania ograniczeniami sieciowymi i zyskać czas na niezbędną rozbudowę sieci. Szacowane oszczędności sięgają miliardów euro, a rzadsze interwencje awaryjne, czyli tzw. redispatching, mogłyby przełożyć się na stabilniejsze sieci i niższe opłaty przesyłowe dla wszystkich odbiorców energii.
„Zależy nam na pokazaniu, jak istniejące linie napowietrzne można bezpiecznie i doraźnie obciążać wyżej na podstawie precyzyjnych danych pomiarowych” – podkreśla prof. Wilhelm Stork z ITIV.
Warto dodać, że równolegle w Niemczech trwa spór o kierunek polityki sieciowej. Rząd federalny chce silniej dopasować rozwój OZE do ograniczonych mocy przyłączeniowych, podczas gdy 17 firm postuluje odwrotne podejście – dostarczenie przez operatorów cyfrowych procedur, jasnych terminów i wiążących standardów. Projekt Aeolus wpisuje się w ten nurt, pokazując, że digitalizacja i nowoczesne technologie mogą realnie przyspieszać transformację energetyczną.
Źródło: Energiezukunft (AT)
Fot. Pexels / Robert So
