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StartseiteForschung aktuellRetter der Energiewende05.06.2015

Spezielle Sensoren sollen Stromtrassen überwachen Retter der Energiewende

Für eine erfolgreiche Energiewende ist es wichtig, bestehende Stromtrassen bestmöglich zu nutzen. Und tatsächlich schlummern in ihnen noch Reserven. Um diese aufzuspüren, arbeiten Forscher an Sensoren, die die Leitungen überwachen. Im Harz gibt es eine Pilotstrecke, an der das "Energy Harvesting" genannte System getestet wird.

Von Piotr Heller

Ein Hochspannungsmast aus der Froschperspektive  (dpa / picture-alliance / Sven Hoppe)
An einer zehn Kilometer langen Test-Anlage im Harz sollen Sensoren berechnen, wie viel Strom eine Trasse verträgt. (dpa / picture-alliance / Sven Hoppe)

Rieder ist ein Städtchen im Harz, an dessen Rand ein Umspannwerk steht. Daran angeschlossen: eine Hochspannungsleitung, wie es sie hierzulande überall gibt. Doch die deutschen Leitungen stehen vor einer Herausforderung: der Energiewende. Der Strom aus Sonne und Wind ist alles andere als gleichmäßig, er schwankt. Zu den Spitzenzeiten würden die Betreiber gerne viel Strom durch die Leiterseile schicken. Doch das geht nicht, wie Carsten Brockmann vom Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration weiß.

"Der Durchhang ist die kritische Größe. Es müssen Sicherheitsabstände gewahrt werden. Und diese Sicherheitsabstände sind berechnet auf maximale Sonneneinstrahlung, auf maximale Temperaturen und nahezu Windstille. Diese Parameter finden wir nie vor. Sondern wir haben immer Witterungsverhältnisse, die das Leiterseil kühlen und damit bleibt uns immer eine gewisse Reserve."

Doch wie groß ist diese Reserve? Das weiß keiner. Besser gesagt: Bis jetzt wusste es keiner, denn die Stromtrasse in Rieder ist keine gewöhnliche. Hier testet ein Konsortium gerade das Projekt "Astrose".

"Wenn man jetzt gegen den Himmel blickt, dann sehen wir hinter den Isolatorketten eine kleine eiförmige, schwarze Kugel und das ist unser erster Sensor. Und wenn wir mit dem Auge den Masten und der Trasse folgen, dann sehen wir, dass an jedem der Masten ein Sensor installiert ist."

Insgesamt sind es 59 Sensoren, die an den Seilen dieser zehn Kilometer langen Trasse hängen. Jeder von ihnen misst den Winkel eines Seils und berechnet, wie sehr es durchhängt.

"Wir werden jetzt einfach mal die Trasse entlangfahren und uns jetzt aus der Ortschaft Rieder herausbewegen, um dann zu sehen, dass dieser Ansatz auch außerhalb der schon vorhandenen Strukturen funktioniert."

Weil die Stromtrassen in Gegenden ohne Handyempfang verlaufen, müssen sie ihre Daten nach dem Prinzip der Stillen Post von Sensor zu Sensor funken. Doch woher nehmen sie die dafür nötige Energie? Batterien kann man vergessen, denn die müsste man wechseln und dabei den Strom der Leitung abstellen.

"Dadurch haben wir einen kapazitiven Harvester-Ansatz gewählt. Wir haben es hier mit einen klassischen Kondensator zu tun, wie man ihn aus dem Physikunterricht in der Schule kennt. Die eine Kondensatorelektrode bildet das Leiterseil und die andere Elektrode, das ist die Erde. Und wir nehmen jetzt mit unserem Funksensorsystem, das am Leiterseil installiert ist, mit einer weiteren Elektrode dieses Randfeld ab."

Jeder der eiförmigen Sensoren zapft also ein bisschen Strom aus dem elektrischen Feld des Seils. Energy-Harvesting nennt sich dieses Konzept, bei dem Maschinen Energie aus ihrer Umgebung sammeln. 15 Minuten lang muss so ein Sensor-Knoten die Energie ernten. Dann kann er seine Daten 500 Meter weit an den nächsten Sensor schicken. Carsten Brockmann, der grade unter der Stromtrasse in seinem Auto sitzt, hat diese Daten auf seinem Laptop.

"Die 5 ist der Sensor, den wir hier an der Straße haben. Wir haben hier eine Temperatur heute früh um 7.35 Uhr mit circa acht Grad Außentemperatur, wir haben einen Durchhang von minus 3,8 Grad und eine Leiterseiltorsion von 3,5 Grad."

Daraus lässt sich berechnen, wie viel Strom eine Trasse verträgt. Sollte sich dieses Konzept durchsetzen, könnten die winzigen Energiemengen der Sensorknoten bei der Energiewende helfen. Das ist der Grundgedanke hinter Energy Harvesting: Sensoren sammeln ihre Energie selbst, überwachen große Systeme und halten sie so am Laufen. Die Überwachung von Stromtrassen ist nur ein Beispiel dafür. Auf der ganzen Welt arbeiten Forscher an solchen Konzepten. Sie sehen überall Energiequellen, die sie nutzen wollen: In der Bewegung eines Lichtschalters, in den biochemischen Prozessen der Moore und sogar im Blutzucker in unseren Körpern.

Programmtipp zum Thema Energy Harvesting:
"Maschinen nabeln sich ab"
Wissenschaft im Brennpunkt, Sonntag, 7. Juni, ab 16.30 Uhr im Deutschlandfunk

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