Fortschrittliche Übertragungstechnologien helfen US-Versorgern, das Stromnetz zu aktualisieren: NPR

Jul 20, 2023

Von

Julia Simon

Jon Marmillo deutet auf eine Kiste voller Lasersensoren an einem Sendemast in Folsom, Kalifornien. Die Sensoren können Dinge wie Wind und Temperatur messen und diese Daten an Versorgungsunternehmen weitergeben, damit diese sicher mehr Strom übertragen können. Julia Simon/NPR Bildunterschrift ausblenden

Jon Marmillo deutet auf eine Kiste voller Lasersensoren an einem Sendemast in Folsom, Kalifornien. Die Sensoren können Dinge wie Wind und Temperatur messen und diese Daten an Versorgungsunternehmen weitergeben, damit diese sicher mehr Strom übertragen können.

FOLSOM, Kalifornien – In einem Vorort von Sacramento ragt am Rande einer Reihe beigefarbener Häuser ein riesiger Sendemast in den blauen Sommerhimmel.

Jon Marmillo blickt zu einer Kiste hoch, die etwa 20 Fuß über dem Turm steht und voller Lasersensoren ist. Er sagt, er verbringe zu viel Zeit damit, auf Übertragungsleitungen zu starren – auch beim Autofahren. Denn seiner Meinung nach könnte das Land seine Klimaziele billiger und schneller erreichen, wenn mehr Stromleitungen Technologien wie die Laserbox integrieren könnten.

„Ich denke, wir haben die Antwort!“ Marmillo sagt: „Wir könnten mehr erneuerbare Energien ans Netz bringen.“

Die Klimakrise erfordert einen schnellen Ersatz fossiler Brennstoffe durch grüne Energie, doch Tausende von Wind- und Solarprojekten müssen mit mehreren Jahren Wartezeit rechnen, bis sie an die Übertragungsleitungen angeschlossen werden. Um die Ziele des Landes zu erreichen, die durch die Erwärmung des Planeten verursachte Umweltverschmutzung drastisch zu reduzieren, müssen die USA laut dem von der Princeton University geleiteten REPEAT-Projekt die Übertragungskapazität bis 2035 um 43 % erweitern. Aber der Bau dieser neuen Übertragungsleitungen wird Zeit und Milliarden von Dollar kosten.

Hier kommen die Lasersensoren ins Spiel, sagt Marmillo, Mitbegründer von LineVision, dem Unternehmen, das sie herstellt. Sensoren können Versorgungsunternehmen dabei helfen, Echtzeitdaten über ihre Stromleitungen zu erhalten, die es ihnen ermöglichen können, mehr erneuerbaren Strom durch die Leitungen zu leiten. Diese Technologie ist Teil einer Reihe von Innovationen, die den USA helfen könnten, ihre Netzkapazität schneller und kostengünstiger zu erhöhen als den Bau neuer Übertragungsleitungen.

Staaten und die Bundesregierung prüfen neue Anreize und mögliche Mandate für diese Technologien, sagt Allison Clements, Kommissarin der Federal Energy Regulatory Commission (FERC), die die zwischenstaatliche Stromübertragung reguliert. „Das ist eine wirklich großartige Chance – Sie können zu geringeren Kosten und viel schneller mehr Saft aus unserem bestehenden Übertragungssystem herausholen“, sagt sie.

Clements bezeichnet einige der Technologien als „ein Kinderspiel“. Aber Experten befürchten, dass monopolistische Versorgungsunternehmen aufgrund der Art und Weise, wie ihnen Anreize zum Geldverdienen geboten werden, auf der Strecke bleiben, sagt Rob Gramlich, Präsident von Grid Strategies, einem Beratungsunternehmen.

„Manchmal ist es so, dass es umso schwieriger ist, Energieversorger zum Einsatz zu bewegen, je billiger die Technologie ist – was auf den Kopf gestellt ist“, sagt Gramlich.

Das Unternehmen von Jon Marmillo stellt Lasersensoren her, die dazu beitragen können, mehr Strom ins Netz zu bringen. Die Sensoren sind Teil einer wachsenden Gruppe netzverbessernder Technologien. Julia Simon/NPR Bildunterschrift ausblenden

Das Unternehmen von Jon Marmillo stellt Lasersensoren her, die dazu beitragen können, mehr Strom ins Netz zu bringen. Die Sensoren sind Teil einer wachsenden Gruppe netzverbessernder Technologien.

Die Technik könnte helfen, ein kaputtes Gitter zu reparieren

Das Stromsystem des Landes wird immer noch größtenteils mit fossilen Brennstoffen betrieben. Tausende Solar- und Windprojekte sind bereit, ans Netz zu gehen, aber das veraltete Übertragungsnetz des Landes ist nicht groß und robust genug, um sie alle zu verbinden. Da das Land auf Dinge wie Elektroautos und Wärmepumpen setzt, um Verbrennungsautos und Gaskessel zu ersetzen, wird dieser erhöhte Strombedarf die Grenzen der bestehenden Infrastruktur weiter verschieben.

Der Bau neuer Übertragungsleitungen sei notwendig, sagt Mathias Einberger, Manager für das Programm für kohlenstofffreien Strom bei der Energieforschungsorganisation RMI. Er stellt jedoch fest, dass der Aufbau Jahre, manchmal ein Jahrzehnt oder länger dauern kann und dass sie häufig durch das Zulassen von Schwierigkeiten und Widerstand in der Gemeinschaft verlangsamt werden. Experten sagen, dass Innovationen, die als „netzverbessernde Technologien“ oder „fortgeschrittene Übertragungstechnologien“ bezeichnet werden, dazu beitragen können, den Übergang zu erneuerbaren Energien zu beschleunigen, indem sie dafür sorgen, dass das bestehende Netz und neue Übertragungsleitungen effizienter arbeiten.

„Sie lassen sich schnell bereitstellen. Sie sind kostengünstig in der Bereitstellung“, sagt Einberger. „Sie können uns weit bringen und sie werden äußerst kritisch sein.“

Zu diesen Innovationen gehören Leitungen, die mehr Strom transportieren, Software und Hardware, die den Versorgungsunternehmen dabei helfen können, Überlastungen auf den Leitungen zu vermeiden, und Lasersensoren wie die in Folsom.

Energieversorger wissen in der Regel zu jedem Zeitpunkt, wie viel Strom durch ihre Leitungen fließt. Sie müssen jedoch nicht die Echtzeitbedingungen dieser Leitungen kennen, etwa die Windgeschwindigkeit oder wie heiß die Leitung ist. Ohne diese Daten müssen Energieversorger konservative Standards dafür anwenden, wie viel Strom sicher fließen kann, sagt Jake Gentle, leitender Programmmanager für Infrastruktursicherheit am Idaho National Laboratory.

Wenn Sensoren jedoch Informationen aus den Leitungen sammeln – über Wind, Temperatur und Leitungsdurchhang – ermöglichen diese Daten den Versorgungsunternehmen, über ihre konservativen Standards hinauszugehen und sicher mehr Strom durch die Leitungen zu leiten. Der Wind auf der Leitung sei beispielsweise eine wichtige Information, sagt Marmillo. „Diese schöne kühle Brise“, sagt er, „kühlt die Stromleitung ab, sodass der Energieversorger sicher mehr Strom durch die Leitung leiten kann.“

Mit dieser Technologie namens „Dynamic Line Rating“ können Versorgungsunternehmen die Effizienz ihrer Leitungen steigern – manchmal bis zu 40 %, sagt Gentle. Das Versorgungsunternehmen, das Folsom versorgt, der Sacramento Municipal Utility District, sagte, dass die Sensoren Teil eines Pilotprogramms seien und die Daten noch nicht ausgewertet worden seien. Aber ein Pittsburgher Unternehmen, das die gleiche Lasertechnologie verwendet, Duquesne Light Company, sagte in einer E-Mail, dass wir seit der Installation durch den Energieversorger vor zwei Jahren „durchschnittlich 25 % zusätzliche verfügbare Kapazität auf Übertragungsleitungen festgestellt haben, die mit den Sensoren ausgestattet waren.“

In Dänemark hat der nationale Übertragungsnetzbetreiber Energinet herausgefunden, dass er mit einer Kombination aus Messungen und Algorithmen die Leitungskapazität um bis zu 30 % steigern kann, insbesondere im windigen Frühjahr und Herbst, sagt Jakob Nørskov, Elektroingenieur bei Energinet.

Letztlich lassen sich diese fortschrittlichen Netztechnologien viel schneller einsetzen als der Bau neuer Übertragungsleitungen, sagt Jason Huang, Geschäftsführer von TS Conductor, einem Unternehmen, das neue Leitungen herstellt, die mehr Strom transportieren können. Da die Klimakrise da sei, sei es entscheidend, erneuerbare Energien schnell ans Netz zu bringen, sagt Huang.

„Wir haben keine unbegrenzte Zeit“, sagt Huang, „wir müssen handeln, wir müssen schnell handeln.“

Forscher sagen, dass fortschrittliche Übertragungstechnologien dazu beitragen könnten, dass das bestehende Netz besser funktioniert. Aber einige dieser Technologieunternehmen machen sich Sorgen darüber, die Versorgungsunternehmen mit ins Boot zu holen – wegen der Art und Weise, wie sie ihr Geld verdienen. Julia Simon/NPR Bildunterschrift ausblenden

Forscher sagen, dass fortschrittliche Übertragungstechnologien dazu beitragen könnten, dass das bestehende Netz besser funktioniert. Aber einige dieser Technologieunternehmen machen sich Sorgen darüber, die Versorgungsunternehmen mit ins Boot zu holen – wegen der Art und Weise, wie sie ihr Geld verdienen.

Eine jahrhundertealte Anreizstruktur für Versorgungsunternehmen bedroht diese Technologien

Netzexperten befürchten, dass einige US-Versorgungsunternehmen sich dem Einsatz dieser Technologien widersetzen könnten, und das hängt davon ab, wie Monopol-Versorgungsunternehmen Geld verdienen. Die Gewinnstrukturen dieser Unternehmen wurden vor mehr als einem Jahrhundert entworfen, als ihre Aufsichtsbehörden sie dazu bringen wollten, große Infrastrukturen aufzubauen. In den meisten Staaten ist es immer noch so, dass die Aufsichtsbehörden ihnen erlauben, mit den Kunden mehr Geld zu verdienen, je mehr sie für den Bau ausgeben.

Das bedeutet, dass große teure Projekte wie neue Sendemasten für die Bilanz eines Energieversorgers – und für seine Aktionäre – verlockend sind. Kostengünstigere Technologien – wie Sensoren oder die Neuverkabelung einer bestehenden Leitung – scheinen im Vergleich nicht so attraktiv zu sein, sagt Marissa Gillett, Vorsitzende der Regulierungsbehörde für öffentliche Versorgungsunternehmen in Connecticut.

„Wenn ich ein Energieversorger bin, werde ich davon nicht besonders begeistert sein, weil ich unter sonst gleichen Bedingungen weniger Möglichkeiten habe, Geld zu verdienen“, sagt Gillett.

Huang sagt, dass es aus diesem Grund manchmal schwierig sein kann, Energieversorgern seine kostengünstigeren, hocheffizienten Leitungen zu verkaufen, eine Technologie namens „Reconductoring“. „Wenn man Reconductoring im Vergleich zu neuen Leitungen betrachtet, ist Reconductoring nicht unbedingt so attraktiv“, sagt Huang.

Aber Scott Aaronson, Senior Vice President für Sicherheit und Vorbereitung beim Edison Electric Institute (EEI), der führenden Handelsgruppe für Energieversorger im Besitz von Investoren, ist mit der Vorstellung nicht einverstanden, dass Energieversorger keinen Anreiz haben, diese billigeren Technologien einzuführen. Er argumentiert, dass viele Elektrizitätsunternehmen Modernisierungen vornehmen und effizienter werden, sodass sie keine neue Infrastruktur aufbauen müssen. Und er sagt, dass Energieversorger bereits auf diese Innovationen setzen, darunter auch auf Technologien wie Lasersensoren.

„Ich kann mit Sicherheit sagen, dass Dutzende von Unternehmen den Wert der [dynamischen Leitungsbewertung] in ihrer gesamten Infrastruktur erkunden“, sagt Aaronson.

Aber Gillett sagt, dass die Regulierungsbehörden im ganzen Land bei der Einführung dieser kostengünstigeren Netzinnovationen den inhärenten Interessenkonflikt zwischen der Art und Weise, wie diese Unternehmen Geld verdienen, und dem, was den Klimawandel schneller und kostengünstiger bekämpft, erkennen müssen.

„Es würde allen keinen Gefallen tun, zu behaupten, dass es diese Voreingenommenheit nicht gibt, denn irgendwann reden wir nur noch über reine Wirtschaftslehre“, sagt Gillett. „Es ist zwingend erforderlich, dass wir uns mit den unpassenden Anreizen befassen.“

Die Bundesregulierungsbehörden erwägen, das Auslesen von Übertragungsleitungen – das so genannte „Dynamic Line Rating“ – zu einer verbindlichen Praxis zu machen. Julia Simon/NPR Bildunterschrift ausblenden

Die Bundesregulierungsbehörden erwägen, das Auslesen von Übertragungsleitungen – das so genannte „Dynamic Line Rating“ – zu einer verbindlichen Praxis zu machen.

Die Rolle der Bundesregierung

Die Bundesregierung könnte die Einführung dieser Netzinnovationen beschleunigen, vor allem durch FERC, die Kommission, die die zwischenstaatliche Stromübertragung reguliert. Die Kommission prüft eine Reihe von Vorschlägen, die zu einer größeren Verbreitung dieser Technologien führen würden.

Wenn ein Energieversorger oder ein Netzbetreiber in einem Vorschlag neue Übertragungsleitungen vorschlägt, kann FERC vom Energieversorger verlangen, zunächst diese günstigeren Netzverbesserungstechnologien in Betracht zu ziehen, um Geld zu sparen. Die Kommission erwägt auch, das „Dynamic Line Rating“ zu einer verpflichtenden Praxis zu machen.

Ende Juli verabschiedete FERC eine neue Regelung, um den großen Rückstand an Wind-, Solar- und Batterieprojekten zu bewältigen, die auf den Netzanschluss warten. Willie Phillips, Vorsitzender der FERC, sagt, dass die neue Regel von Versorgungsunternehmen und Netzbetreibern verlangt, den Einsatz vieler dieser Technologien zu bewerten, einschließlich neuer Leitungen, die mehr Strom transportieren.

Während des Treffens über die neue Regel sagte Kommissarin Clements, dass dies zwar ein „großartiger Anfang“ für diese Technologien sei, fügte jedoch hinzu: „Ich denke, die Regel setzt eine ziemlich niedrige Messlatte – es handelt sich um eine ‚Bewertung‘ dieser Technologien.“

Phillips sagt, dass die Bundeskommission in den kommenden Monaten Entscheidungen erlassen wird, die Versorgungsunternehmen tatsächlich dazu verpflichten könnten, einige dieser Technologien einzusetzen, einschließlich dynamischer Leitungsbewertungen.

„Wenn man davon spricht, von den Versorgungsunternehmen zu verlangen, dass sie etwas anderes tun, als sie es normalerweise tun, dann sind das Maßnahmen, die Zeit brauchen und wir müssen sie richtig umsetzen“, sagt Phillips. „Und das ist also ein erster Schritt.“