Freileitungs-Monitoring
Witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb (WAFB)
NOVA-Prinzip, Energiewende & Co. einfach erklärt
Im Zuge der Energiewende steht TenneT vor der Herausforderung, zuverlässig Strom zu transportieren. Die Übertragungsnetzbetreiber sind gesetzlich dazu verpflichtet, den Strom aus regenerativer Erzeugung vorrangig ins Netz aufzunehmen und abzutransportieren. Das Bestandsnetz war bislang nicht darauf ausgelegt.
Um dieser veränderten Nachfrage gerecht zu werden, wird nach dem NOVA-Prinzip (Netzoptimierung vor Verstärkung vor Ausbau) vorgegangen: Im ersten Schritt wird das Bestandsnetz optimiert und erst dann werden bestehende Leitungen aus- oder zusätzliche Leitungen neu gebaut. Übertragungsengpässe können so behoben und der Netzausbau auf ein Mindestmaß reduziert werden.
Ein überaus wirksamer Ansatz für eine optimale Nutzung des Bestandnetzes ist der „Witterungsabhängige Freileitungsbetrieb“, kurz: WAFB. Hier kalkulieren wir für den Leitungsbetrieb positive Witterungseffekte mit ein. Denn bei kalten Temperaturen und/oder starkem Wind können wir unsere Leitungen deutlich höher auslasten, weil das Wetter für eine zusätzliche Kühlung der Leitungen sorgt. Das Freileitungs-Monitoring erlaubt es uns also, die bestehenden Leitungen stärker zu nutzen. Für unser Netz ist in diesem Sinne „schlechtes Wetter“ gutes Wetter. 2023 haben wir und die anderen Übertragungsnetzbetreiber dadurch rund eine Mrd. Euro Redispatch-Kosten gespart. Daher weiten wir bei TenneT den Einsatz des WAFB noch weiter aus: von derzeit 45 Prozent unserer Leitungen auf 80 Prozent bis 2030.
Wie es zu der Idee eines witterungsabhängigen Freileitungsbetriebs kam.
WAFB - Grundidee und Entstehung
Die bestehenden Freileitungen besser nutzen – das Prinzip klingt einfach – und damit in bestehender Infrastruktur Effizienzen heben anstatt noch mehr neue Leitungen zu bauen Bereits in den 1970er Jahren wurde diese Idee in den USA entwickelt. Für eine deutschlandweite Umsetzung wurde das Betriebskonzept angepasst. So ist sichergestellt, dass alle gesetzlichen und normativen Vorgaben für einen sicheren Leitungsbetrieb zu jeder Zeit eingehalten werden.
Um die Höherauslastung vielfach deutschlandweit umzusetzen zu können, unterstützte schließlich auch die Politik diese Methode, sodass eine Änderung in der Gesetzeslage die Möglichkeit dazu eröffnete.
Ein Blick hinter die Kulissen verrät: Es war ein intensiver Prozess bis das Betriebskonzept einsatzbereit war – viel Ingenieursarbeit war notwendig. Erst wurde für alle Leitungen die maximal zulässige Leiterseiltemperatur ermittelt. Da sich die Seile ausdehnen, sobald sie wärmer werden, musste im nächsten Schritt sichergestellt werden, dass sie sich einerseits nur bis zu einem bestimmten Abstand dem Boden oder anderen Objekten nähern und andererseits bestimmte Feldvorgaben einhalten.
Klar war am Ende: Bisher nicht genutzte Reserven vieler Leitungen können durch relativ überschaubare Umrüstungen nutzbar gemacht werden. So wurden beispielsweise eigene Wetterstationen eingerichtet.
So funktioniert Freileitungs-Monitoring
Probieren Sie es selbst aus
An Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung, viel Wind und kalten Temperaturen können die Leitungen mit einem höheren Strom belastet werden als an Tagen mit viel Sonne und warmen Temperaturen. Besonders günstig sind die Voraussetzungen also, wenn draußen die Temperaturen sinken und die Windgeschwindigkeiten zunehmen: Die kalten Wettereigenschaften kühlen die Leitungen automatisch ab. Zur Datenermittlung wurden eigene Wetterstationen eingerichtet. So kann für jede Leitung die zur Verfügung stehende Strombelastung der Leiterseile über das Netzführungssystem berechnet werden.
Was genau ändert sich an der Übertragungskapazität, wenn sich das Wetter oder die Jahreszeit ändert? Mit nur wenigen Klicks lässt sich das in einer vereinfachten Anwendung ausprobieren.
Findet selbst heraus, warum für TenneT „schlechtes Wetter“ „gutes Wetter“ ist.
Ausblick. Wie geht es weiter?
Immer auf der Suche nach mehr Sicherheit und Effizienz
Das Freileitungsmonitoring war zuerst eine befristete Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität (vgl. Sonderanalysen Winter 2022/23).
Mit einer Gesetzesnovelle wurden wurden dann allerdings die gesetzlichen Hürden bei der deutschlandweiten und langfristigen Umsetzung des witterungsabhängigen Freileitungsbetriebs (WAFB) behoben. Somit erhöht TenneT in seinem Netzgebiet die Zahl der Leitungen mit WAFB sukzessive und plant den Betrieb auf 80% der Leitungen bis 2030.
FAQ
Wir beantworten die häufigsten Fragen zum Thema
Die Abkürzung WAFB steht für die Bezeichnung „Witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb“. Diese Maßnahme ermöglicht eine flexiblere Nutzung des bestehenden Stromnetzes: die Leiterseile können bei kühleren, windreichen Wetterlagen zeitweise deutlich höher ausgelastet werden. So kann bei Bedarf mehr Strom übertragen werden, während die Spannung der Leitung dabei gleich bleibt. Alle Sicherheitsbestimmungen sowie die Grenzwerte des Immissionsschutzes werden dabei zu jeder Zeit eingehalten. Der WAFB ist somit nicht nur eine kurzfristige Maßnahme zur Höherauslastung und Stabilisierung des Übertragungsnetzes, sondern durch die bessere Integration erneuerbarer Energiequellen auch ein wichtiger Beitrag für die Energiewende.
Derzeit vollzieht TenneT das innovative Betriebskonzept auf ca. 45% aller Leitungen. TenneT ist bestrebt, bis 2030 80% der Leitungen damit zu betreiben. TenneT ist dabei verpflichtet, die betroffenen Kommunen und Betreiber paralleler Infrastrukturen entlang der entsprechenden Leitungen darüber zu informieren.
Seit dem 01.01.2023 erfolgt die Anzeige der Maßnahme bei den zuständigen Behörden. In Bayern sind dies die Kreisverwaltungsbehörden (Landratsämter bzw. kreisfreie Städte), in Hessen die Regierungspräsidien, in Nordrhein-Westfalen die Bezirksregierungen, in Niedersachsen Landkreise bzw. kreisfreien Städte und in Schleswig-Holstein ist es das Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume.
Wie der Name „witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb“ besagt, lässt sich diese Frage nicht pauschal beantworten, da die mögliche Höherauslastung vom Klima entlang der Freileitungen abhängt. Bei kühlen, windreichen Wetterlagen können wir die Übertragungskapazität auf max. bis zu 80 Prozent über dem Normwert (Nennstrom der Leiterseile) erhöhen.
Wie der Name „witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb“ besagt, lässt sich diese Frage nicht pauschal beantworten, da die mögliche höhere Auslastung unserer Leitungen von der jeweiligen Wetterlage bestimmt wird. Bei kühlen, windreichen Wetterlagen können wir die Übertragungskapazität unserer Leitungen auf das max. 1,8-fache erhöhen.
Für die Sonderanalyse Winter 22/23 haben die vier Übertragungsnetzbetreiber die Berechnungen für alle Regelzonen zusammen durchgeführt, daher lässt sich die Übertragungskapazität allein für die TenneT Regelzone nicht definieren.
Besonders bei parallel zur Freileitung befindlichen metallisch leitfähigen Infrastrukturen kann durch die Erhöhung des Betriebsstroms der Freileitung eine induktive, kapazitive und ohmsche Beeinflussung dieser Infrastrukturen auftreten.
Entsprechend ermittelt TenneT mittels einer Leitungsauskunft (über ALIZ/ BIL) noch vor der Inbetriebnahme benachbarte Infrastrukturbetreiber wie z.B. Wasserwerke oder Gas- und Fernwärmebetreiber und informiert diese über das geplante Vorhaben. Für die Überprüfung einer potentiell möglichen Beeinflussung einer Fremdanlage/-netzes werden Netzpläne und Betriebsparameter der Freileitung zur Verfügung gestellt. Der Betreiber der Fremdnetzes/-anlage prüft eine mögliche Beeinflussung und ergreift ggf. erforderliche Schutz- und Sicherungsmaßnahmen im Verantwortungsbereich seiner Anlage bzw. Netzes. TenneT übernimmt die anfallenden Kosten, die dem Betreiber der Fremdanlage für die Ergreifung von Schutz- und Sicherungsmaßnahmen entstehen.
Alle gesetzlichen und normativen Vorgaben für einen sicheren Leitungsbetrieb werden bei der temporären Höherauslastung eingehalten, um eine Gefährdung des Eigentums sowie der Gesundheit der Anwohner auszuschließen. Gegenüber der zuständigen Immissionsschutzbehörde kommen wir dem Nachweis der gesetzlichen Anforderungen gemäß § 49b EnWG nach (u.a. Nachweis der magnetischen Flussdichte).
WAFB hat keinen Einfluss auf Geräuschemissionen oder -immissionen.
Von einer Freileitung können während des Betriebs bei bestimmten Voraussetzungen an den Leiterseilen sogenannte Korona-Geräusche ausgehen. Die Intensität der Koronaentladungen hängt neben der Randfeldstärke auch von Störfaktoren an der Oberfläche der Leiterseile sowie von Störfaktoren durch z.B. Regen, Schnee oder Eis ab. Die meteorologischen Umgebungsbedingungen und insbesondere das Niederschlagsgeschehen sind somit maßgebend für die Geräuschemissionen bzw. -immissionen.
Beim WAFB handelt sich lediglich um die Änderung des Betriebskonzeptes. An den Freileitungen finden keine baulichen Maßnahmen statt.
Die WAFB-Methode ermittelt das Übertragungspotential einer Freileitung, d.h. was die Leitung zu einem bestimmten Zeitpunkt (Echtzeitbetrieb) übertragen kann. Wie viel Strom über eine Leitung fließt ist WAFB unabhängig und hängt von der jeweiligen Netzsituation (Erzeugung/Verbrauch) ab.
Bei WAFB günstigen Verhältnissen, kann über die Leitung mehr Strom übertragen werden. Speziell in kühlen Jahreszeiten (niedrige Außentemperaturen und höhere Windgeschwindigkeiten) werden die Leiterseile stärker gekühlt. Unter Berücksichtigung der maximalen Betriebstemperaturen der Leiterseile können diese in den kalten Jahreszeiten auch höhere Ströme führen. Bei kühlen, windreichen Wetterlagen können wir die Übertragungskapazität unserer Leitungen um das max. 1,8 fache erhöhen.
WAFB ist somit nicht nur eine kurzfristige Maßnahme zur Höherauslastung und Stabilisierung des Übertragungsnetzes, sondern durch die bessere Integration Erneuerbarer Energien auch ein wichtiger Beitrag für die Energiewende.
Nein, die WAFB-Methode ermittelt die momentane Strombelastbarkeit. Die wiederum ist vom aktuellen Wetter entlang der Freileitung abhängig und entspr. volatil (schwankend).
Prinzipiell schon. Es bedarf allerdings einiger Überprüfungen hinsichtlich der Leiterseile, Komponenten und Netzstabilität.
WAFB wird ganzjährlich angewandt. Auch wenn im Hochsommer (extrem heiße Zeiträume) nur relativ kleine Potentiale nutzbar sind, helfen diese dennoch die Netzengpässe und Redispatchkosten zu reduzieren.
Neben WAFB prüft TenneT stetig weitere Möglichkeiten, das Bestandsnetz zu optimieren und auszulasten.
Ein Beispiel ist die Automatische Entlastungskontrolle (AEK) – ein Pilotprojekt von TenneT und Avacon. TenneT und der Verteilnetzbetreiber Avacon haben gemeinsam eine neue Software entwickelt, mit der ihre Netzleitstellen in Lehrte bzw. Salzgitter automatisiert miteinander kommunizieren können. Diese sogenannte AEK ist eine spezielle Smart-Grid-Technologie, mit der Transformatoren in Umspannwerken automatisiert, intelligent und vorausschauend gesteuert und somit höher ausgelastet werden können. TenneT und Avacon ermöglichen damit auch die Erweiterung der vorhandenen Netzkapazitäten, denn die Software erschließt Reserven im Stromnetz, die bislang für Fälle von Störungen vorgehalten wurden und daher ungenutzt blieben. Besonders erfreulich an den ersten Testergebnissen des Pilotprojekts ist, dass die Transformatoren bei hoher Windeinspeisung im Raum Lehrte über ihre sonst geltenden Grenzen hinaus ausgelastet wurden und dadurch mehr Windenergie aus dem Verteilnetz aufgenommen wurde.
WAFB ist eine Ergänzung zum Netzausbau. Das Übertragungsnetz wird nach dem sogenannten NOVA-Prinzip geplant. NOVA steht für Netzoptimierung vor Verstärkung vor Ausbau. Das Prinzip zielt darauf ab, zunächst das bestehende Netz bestmöglich auszunutzen bevor Netzverstärkungen oder Neubaumaßnahmen durchgeführt werden. Eine Methode der Netzoptimierung stellt dabei der WAFB dar. Die Berechnungen zum Netzentwicklungsplan Strom (NEP) und darin definierte zusätzliche Projekte basieren auf der Annahme eines dauerhaft aktiven witterungsabhängigen Freileitungsbetriebs
Größter Mehrwert des WAFB ist der höhere Stromtransport und dadurch Reduzierung von Netzengpässen und Redispatch-Maßnahmen. Daher ist der WAFB wichtig für unsere Netzstabilität und Versorgungssicherheit. Natürlich wirkt sich das auch positiv auf den Strompreis aus. Im Jahr 2023 haben die vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber ca. € 1 Mrd. Redispatch-Kosten dadurch eingespart. Diese Kosten müssten sonst über die Netzentgelte an Endkunden weitergegeben werden.