Die steigende Stromnachfrage und ein steigender Prozentsatz der Netzeinspeisungen aus erneuerbaren Quellen bedeuten eine steigende Anzahl von elektrischen Infrastrukturen, einschließlich Umspannwerken. Umspannwerke sind ein integraler und äußerst wichtiger Bestandteil jedes Stromerzeugungs-, Übertragungs- und Verteilungssystems. In Deutschland gibt es beispielsweise 8.000 Umspannwerke, in den USA 55.000. Die Tatsache, dass sie sich oft an abgelegenen Orten befinden, macht die Inspektion von Umspannwerken logistisch und finanziell umso belastender und problematischer für Energieversorger. Aus diesem Grund ist die Inspektion bestimmter Schlüsselparameter in Umspannwerken durch mobile Roboter eine äußerst nützliche Alternative zu physischen Inspektionen durch Menschen. Diese Angaben durch Roboter sind vor dem Hintergrund der vier wichtigsten potenziellen Risiken oder Auswirkungen, die von den meisten Umspannwerken ausgehen, besonders relevant, nämlich Feuer, Explosion, Emissionen und Diebstahl.
Minimiert das Brand- oder Explosionsrisiko
Ein wichtiger Inspektion durch Roboter In einer Schaltanlage ist es wichtig, die Stromkupplungen zu überprüfen, ein wichtiger Aspekt, da es sich in der Regel um eine Anlage mit elektrischen (oder schaltbaren) Geräten mit mehreren Konfigurationen handelt. Diese Inspektion ist von entscheidender Bedeutung, da Lichtbögen eine der Hauptursachen für elektrische Brände und Explosionen in Umspannwerken sind. Eine ABB-Studie zum Phänomen Lichtbögen ergab, dass die meisten Lichtbogenunfälle in Schaltanlagen in Umspannwerken auf menschliche Faktoren während der Installation, Wartung oder Inspektion zurückzuführen waren. Wie bei so vielen gefährlichen Arbeiten wird der Faktor Mensch weggelassen, und das Risiko sinkt tendenziell, manchmal sogar erheblich.
Eine weitere Inspektion, die ein Roboter an einer Umspannstation durchführen kann, ist die Überprüfung des Ölstands in Transformatoren. Der in Transformatoren ablaufende Spannungsumwandlungsprozess kann aufgrund des elektrischen Widerstands immense Wärmemengen erzeugen. Aus diesem Grund werden isolierende Flüssigkeiten verwendet, um diese Wärme zu absorbieren.
Roboter können auch bei der Inspektion von Lecks an Transformatoren helfen, was wichtig ist, da Transformatorbrände in Form von Poolbränden auftreten können, die auftreten, wenn Transformatoröl aus Dichtungen austritt, der Stahltank durchbricht oder andere Defekte am Boden auftreten. Die Erkennung von Leckagen während der Inspektion ist auch bei Sprühbränden wichtig, die entstehen, wenn brennbare Dämpfe aus einem überhitzten Transformatortank in die umgebende Atmosphäre gelangen.
Die Brandgefahr in einer Umspannstation ist nicht zu vernachlässigen. Laut der technischen Broschüre 537 des International Council on Large Electric Systems (CIGRE) mit dem Titel Guide for Transformer Fire Safety Practices (Leitfaden für Brandschutzpraktiken bei Transformatoren) besteht bei Transformatoren während einer typischen Nutzungsdauer von 40 Jahren ein durchschnittliches Brandrisiko von 4 Prozent.
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Minimierung der SF6-Emissionen
Schwefelhexafluorid oder SF6, ist ein billiges und nicht brennbares synthetisches Gas, das in der Elektroindustrie häufig verwendet wird, um Kurzschlüsse aufgrund von Überhitzung in Behältern und elektrischen Geräten wie Transformatoren zu verhindern. Es ist als Isoliermaterial in elektrischen Mittel- und Hochspannungsanlagen äußerst wirksam. Leider ist es auch das stärkste und damit giftigste Treibhausgas, das der Menschheit bekannt ist. Es hat ein 23.000-mal höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid. Deshalb nur ein Kilogramm SF6 entspricht in Bezug auf die globale Erwärmung der Rückkehr von 24 Personen, die von London nach New York fliegen. Im Jahr 2017 wurde geschätzt, dass SF6 Die Leckagen in der Europäischen Union beliefen sich auf das Äquivalent von 1,3 Millionen zusätzlichen Autos auf den Straßen. Außerdem ist es ein hochpersistentes Treibhausgas mit einer Lebensdauer von mindestens 1.000 Jahren. Autonome Roboter können zur Lecksuche während einer Inspektion eingesetzt werden, wodurch das potenzielle Risiko unnötiger SF-Emissionen vermieden wird6 Leckagen an der Ausrüstung von Umspannwerken.
Minimiert das Diebstahlrisiko
Der Kupferdiebstahl aus Umspannwerken und anderen Strominfrastrukturen hat in den letzten Jahren aufgrund des steigenden Kupferpreises auf dem Weltmarkt zugenommen. Dieser Diebstahl ist weltweit ein Problem. Allein im Jahr 2021 waren 2.137 Haushalte in Kingston, Südaustralien, im Hochwinter aufgrund des Kupferdiebstahls aus einem Umspannwerk ohne Strom. Der Kupferdiebstahl führte zu einem Brand in einem ländlichen Umspannwerk im Osten von Texas, der zu Stromausfällen in etwa 2000 Haushalten führte.
Mobile Roboter, die mit Kameras ausgestattet sind, können die Umzäunung von Umspannwerken überwachen und dafür sorgen, dass externe Sicherheitskontrollstationen schneller vor Sicherheitsverletzungen durch Unbefugte oder andere unerwünschte „Besucher“ wie Kinder oder Tiere gewarnt werden. Diese Roboter können auch die Integrität von Zäunen und anderen Barrieren, die den Zugang zu einer Anlage einschränken, überprüfen und überprüfen, ob Türen und Tore verriegelt wurden usw.
Andere relevante Faktoren
Neben den oben erörterten Risikofaktoren Feuer, Explosion, Emissionen und Diebstahl gibt es noch andere Faktoren, die für die Durchführbarkeit des Einsatzes mobiler Roboter für Inspektionen in Umspannwerken relevant sind.
Der Faktor Erneuerbare Energien
Wie in der Einleitung erwähnt, erleben viele Länder weltweit einen anhaltenden Boom bei der Erzeugung erneuerbarer Energien. So macht beispielsweise Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Photovoltaik und Biomasse bereits 45 Prozent des deutschen Stromnetzes aus. Das bedeutet, dass auch weiterhin Hunderttausende kleiner Anlagen zur Übertragung erneuerbarer Energien in das Stromnetz aufgenommen werden. Bis 2020 gibt es beispielsweise in Deutschland bereits über 1,7 Millionen Photovoltaikanlagen und über 29.000 Onshore-Windturbinen. Das Ergebnis ist ein unveränderlicher Anstieg der Anzahl der Umspannwerke oder eine zusätzliche Belastung der bestehenden Umspannwerke, was wiederum landesweit erhöhte Risiken im Zusammenhang mit Umspannwerken zur Folge hat. Diese Realität wiederholt sich weltweit.
Das Problem der Demografie
Deutschland hat, wie so viele westliche Länder, eine alternde Bevölkerung und daher ein demografisches Problem. Im Jahr 2020 ging die Bevölkerung Deutschlands in der ersten Hälfte dieses Jahres um 0,05 Prozent auf 83,1 Millionen Menschen zurück, wobei es im Land 112.000 mehr Todesfälle als Geburten gab. Noch alarmierender ist, dass die Bevölkerung Deutschlands laut dem Statistikamt des Landes, Destatis, voraussichtlich um rund fünf Millionen Menschen auf etwa 78,2 Millionen bis 2030 schrumpfen wird.
Dieses demografische Dilemma spiegelt sich in der sinkenden Zahl von Elektro- und Elektronikingenieuren wider, die in Deutschland ausgebildet werden. Laut einem Bericht des Verbands der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) vom Dezember 2018 wird es in Deutschland innerhalb von 10 Jahren über 100.000 unbesetzte Stellen im Ingenieurwesen geben. Rund 10.900 neue Elektro- und Elektronikingenieure mussten die Ingenieure ersetzen, die allein 2018 in den Ruhestand gingen. Energieunternehmen, die mit solchen Fachkräfteengpässen zu kämpfen haben, werden keine teuren Techniker für Inspektionen in Umspannwerken entsenden wollen, da dies stundenlang dauern kann, nur um dann vor Ort festzustellen, dass menschliches Versagen, z. B. vergessene Inspektionswerkzeuge, den Prozess noch weiter in die Länge ziehen. Roboter können einen Großteil der gleichen Arbeit mit weitaus weniger logistischen und kostenbezogenen Variablen erledigen.
Ein erfolgreiches Pilotprojekt
Ein Pilotprojekt wurde zwischen deutschen Elektrizitätsunternehmen durchgeführt E.DIS (eine Tochtergesellschaft von E.ON) und Energy Robotics an einem Umspannwerk in der Stadt Altentreptow in Ostdeutschland. Ziel des Projekts war es, wichtige Erkenntnisse über den Einsatz moderner Robotertechnologie für Inspektionen an Umspannwerken zu liefern. Die Zusammenarbeit begann Anfang 2021. Energy Robotics wurde ausgewählt, weil das Unternehmen in der Lage war, die erste kommerziell erhältliche Softwareplattform anzubieten, die ein hardwareunabhängiges Roboterbetriebssystem, cloudbasiertes Flottenmanagement und KI-gestützte Datenanalyse für Anwendungen wie mobile Inspektionen an Umspannwerken kombiniert.
E.DIS war besonders daran interessiert, die mit der robotergestützten Software mögliche Inspektion der Schaltanlagentechnik zu bewerten, beispielsweise das Ablesen analoger Messgeräte. Das Unternehmen war auch daran interessiert, zu prüfen, wie grundlegende sicherheitsrelevante Aspekte mithilfe des Roboters überprüft und überwacht werden könnten, beispielsweise ob bestehende Umspannwerkszäune beschädigt wurden oder ob die Türen nicht ordnungsgemäß verriegelt wurden. Darüber hinaus kann das auf den Robotern installierte LiDAR verwendet werden, um umfassende 3D-Karten des Umspannwerks zu erstellen.
Angesichts der potenziellen Sicherheits-, Umwelt- und Finanzrisiken, die von Umspannwerken ausgehen, und der ständig wachsenden Nachfrage nach Elektrizität auf den meisten Märkten wird die Zukunft der Inspektionen in diesen Anlagen zunehmend robotergesteuert sein.
