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 häufig an abgelegenen Orten befinden, macht Inspektionen von Umspannwerken logistisch und finanziell umso belastender und für Energieversorger problematisch. Aus diesem Grund sind Inspektionen 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: Feuer, Explosion, Emissionen und Diebstahl.
Was beinhaltet die Inspektion von Umspannwerken?
Die Inspektion von Umspannwerken ist eine wichtige Komponente für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Effizienz des Stromnetzes. Dazu gehört die regelmäßige Überprüfung der Ausrüstung, um Anomalien zu erkennen, die möglicherweise zu Ausfällen führen könnten. Von Transformatoren bis hin zu Leistungsschaltern spielt jedes Gerät eine entscheidende Rolle bei der reibungslosen Übertragung und Verteilung von Elektrizität.
Der Zweck der Inspektion von Umspannwerken besteht darin, unerwartete Geräteausfälle und Stromausfälle zu verhindern, die teuer und störend sein können. Reparaturen können durchgeführt werden, indem potenzielle Probleme frühzeitig erkannt werden, bevor sie zu größeren Problemen eskalieren.
Daher ist die Inspektion von Umspannwerken nicht nur eine Wartungsaufgabe, sondern eine proaktive Maßnahme, um die kontinuierliche Stromversorgung von Haushalten und Unternehmen sicherzustellen.
Der Prozess der Inspektion von Umspannwerken ist jedoch komplex und kann mit Risiken behaftet sein. Umspannwerke befinden sich häufig in abgelegenen Gebieten, was Wartung und Inspektion sehr teuer und zeitaufwändig macht. Inspektoren müssen sich in Hochspannungsumgebungen zurechtfinden und Geräte untersuchen, die schwer zugänglich sein können. Hier beginnen technologische Fortschritte, insbesondere Roboter und künstliche Intelligenz (KI), deutliche Auswirkungen zu zeigen.
Die Bedeutung der Inspektion von Umspannwerken
Die Inspektion von Umspannwerken ist für die Aufrechterhaltung der Integrität der Energieinfrastruktur von entscheidender Bedeutung. Ohne regelmäßige Inspektionen kann es zu Geräteausfällen kommen, die zu Stromausfällen und Störungen führen können, die weitreichende Folgen haben können. Beispielsweise kann ein Stromausfall die Produktion in Fabriken zum Erliegen bringen, grundlegende Dienstleistungen in Krankenhäusern stören und die Lebensqualität in Wohngebieten beeinträchtigen.
Darüber hinaus können die Kosten für die Behebung von Geräteausfällen erheblich sein. Es fallen nicht nur die direkten Kosten für die Reparatur oder den Austausch beschädigter Geräte an, sondern auch die indirekten Kosten, die mit Betriebsunterbrechungen verbunden sind. Daher können regelmäßige Inspektionen von Umspannwerken dazu beitragen, diese Kosten zu vermeiden und den reibungslosen Betrieb der Strominfrastruktur zu gewährleisten.
Zusätzlich zu diesen praktischen Überlegungen gibt es auch regulatorische Anforderungen für die Inspektion von Umspannwerken. Versorgungsunternehmen sind gesetzlich verpflichtet, regelmäßige Inspektionen und Wartungsarbeiten durchzuführen, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit ihrer Infrastruktur zu gewährleisten. Die Nichteinhaltung dieser Anforderungen kann zu hohen Bußgeldern und Strafen führen.
Traditionelle Methoden der Inspektion von Umspannwerken
Herkömmliche Methoden der Inspektion von Umspannwerken beinhalten die körperliche Untersuchung der Ausrüstung durch geschultes Personal. Dazu gehören in der Regel Sichtprüfungen, Wärmebild- und Ultraschallprüfungen, um alle Anomalien zu erkennen, die auf potenzielle Probleme hinweisen könnten. Diese Methoden können jedoch zeitaufwändig, kostspielig und potenziell gefährlich sein.
Inspektoren müssen Hochspannungsumgebungen betreten und setzen sich dadurch der Gefahr von Stromunfällen aus. Darüber hinaus befinden sich einige Geräte an schwer zugänglichen Stellen, was Inspektionen schwierig macht und manchmal den Einsatz spezieller Geräte oder Techniken erfordert.
Darüber hinaus hängen traditionelle Inspektionsmethoden in hohem Maße vom Fachwissen und dem Urteilsvermögen der Inspektoren ab. Ihre Fähigkeiten und Erfahrungen sind zwar von unschätzbarem Wert, menschliche Fehler können jedoch niemals ausgeschlossen werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Inspektionen unter schwierigen Bedingungen durchgeführt werden oder wenn Inspektoren unter Druck stehen, Inspektionen innerhalb enger Zeitpläne abzuschließen.
Die Entwicklung der Inspektion von Umspannwerken: Ein Blick in die Zukunft
Die Zukunft der Inspektion von Umspannwerken liegt in der Nutzung der Leistungsfähigkeit von Robotern, Drohnen und KI. Dank technologischer Fortschritte ist es nun möglich, viele Aspekte der Inspektion von Umspannwerken zu automatisieren, wodurch der Bedarf an menschlichem Eingreifen reduziert und somit die damit verbundenen Risiken und Kosten minimiert werden.
Roboter, die mit fortschrittlichen Sensoren und Bildgebungstechnologien ausgestattet sind, können detaillierte Inspektionen durchführen, ohne dass menschliche Inspektoren Hochspannungsumgebungen betreten müssen. Sie können sich in schwer zugänglichen Bereichen zurechtfinden und Daten genauer und konsistenter erfassen als menschliche Inspektoren.
KI hingegen kann die riesigen Datenmengen analysieren, die bei Inspektionen gesammelt wurden, um Muster und Anomalien zu identifizieren. Dies kann dazu beitragen, potenzielle Geräteausfälle vorherzusagen und Wartungsaktivitäten zu steuern, was zu einer effizienteren und proaktiveren Verwaltung der Energieinfrastruktur führt.
Roboter und KI bei der Inspektion von Umspannwerken
Roboter und KI revolutionieren die Art und Weise Inspektionen von Umspannwerken werden durchgeführt. Roboter, die mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet sind, sind in der Lage, verschiedene Arten von Geräten in verschiedenen Umgebungen zu inspizieren. Sie können leicht auf schwer zugängliche Bereiche zugreifen und Aufgaben ausführen, die für menschliche Inspektoren gefährlich wären.
KI ergänzt die Fähigkeiten von Robotern, indem sie die von ihnen gesammelten Daten analysiert. Durch die Anwendung von Algorithmen für maschinelles Lernen kann KI Muster und Anomalien identifizieren, die auf potenzielle Geräteausfälle hinweisen könnten. Dies ermöglicht eine vorausschauende Wartung, bei der Probleme behoben werden können, bevor sie zu Geräteausfällen führen.
Die Kombination von Robotern und KI erhöht nicht nur die Effizienz und Genauigkeit der Inspektionen von Umspannwerken, sondern erhöht auch die Sicherheit, da weniger menschliche Inspektoren in Hochspannungsumgebungen arbeiten müssen.
Vorteile des Einsatzes von Robotern und KI bei der Inspektion von Umspannwerken
Die Integration von Robotern und KI bei der Inspektion von Umspannwerken bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Der Einsatz dieser fortschrittlichen Technologien verbessert die Effizienz und Genauigkeit der Inspektionsprozesse und führt zu einer insgesamt verbesserten Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromverteilungssysteme.
- Es erhöht die Genauigkeit und Konsistenz der Inspektionen. Roboter können Daten genauer sammeln als Menschen, und KI kann diese Daten analysieren, um Muster und Anomalien zu identifizieren, die von menschlichen Inspektoren möglicherweise übersehen werden.
- Der Einsatz von Robotern und KI erhöht die Sicherheit. Roboter können Inspektionen in Hochspannungsumgebungen und schwer zugänglichen Bereichen durchführen, ohne menschliche Inspektoren zu gefährden. Darüber hinaus kann KI durch die Vorhersage potenzieller Geräteausfälle Wartungsarbeiten steuern, um Unfälle zu verhindern.
- Roboter und KI können die Effizienz von Inspektionen von Umspannwerken erhöhen. Sie können Inspektionen schneller durchführen als Menschen, und KI kann Daten in Echtzeit analysieren, sodass sofort Maßnahmen ergriffen werden können, falls Probleme festgestellt werden. Dies kann zu erheblichen Kosteneinsparungen führen, da Ausfallzeiten reduziert und kostspielige Reparaturen vermieden werden.
- Mit der Fähigkeit, den Betrieb mühelos zu skalieren, können Übertragungsnetzbetreiber (TSOs) effizient kostengünstige Roboter einsetzen, um eine Vielzahl von abgelegenen Einrichtungen abzudecken. Diese Skalierbarkeit gewährleistet nicht nur eine umfassende Inspektionsabdeckung, sondern optimiert auch die Ressourcenauslastung. Die Anpassungsfähigkeit KI-gesteuerter Systeme ermöglicht eine optimierte Datenerfassung und -analyse, wodurch die Gesamteffektivität der Wartungsstrategien verbessert wird. Da die Energielandschaft weiter wächst, erweist sich die Skalierbarkeit der Roboterinspektion als entscheidend für die Aufrechterhaltung einer belastbaren und kosteneffizienten Infrastruktur.
Minimiert das Brand- oder Explosionsrisiko
Ein wichtiger Roboterinspektion an einer Schaltanlage besteht darin, 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. Bei einem Transformator besteht über eine typische Nutzungsdauer von 40 Jahren ein durchschnittliches Brandrisiko von 4 Prozent.
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 24 Menschen, die von London nach New York fliegen und zurückkehren. 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.
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.
Erfolgreicher Einsatz von Robotern bei E.DIS
Ein Pilotprojekt wurde zwischen dem deutschen Elektrizitätsunternehmen E.DIS (einer Tochtergesellschaft von E.ON) und Energy Robotics in einem Umspannwerk in einer abgelegenen Stadt in Ostdeutschland durchgeführt. Ziel des Projekts war es, wichtige Erkenntnisse über den Einsatz moderner Robotertechnologie für Inspektionen in 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, z. B. 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.
Automatisierte Inspektion von Schaltanlagen im Bayernwerk
Als größter Stromverteilungsnetzbetreiber in Bayern Bayernwerk arbeitet an innovativen Lösungen für die Verbesserung der Versorgungssicherheit, der Arbeitssicherheit und den Aufbau nachhaltiger Energiesysteme für morgen. Aus diesem Grund nutzt das Unternehmen derzeit die automatisierte Inspektionslösung von Energy Robotics.
Ziel der Zusammenarbeit ist es, eine höhere Versorgungssicherheit, Nachhaltigkeit und Arbeitssicherheit zu erreichen, indem die Inspektionsintervalle verkürzt, die Mitarbeiter von monotonen Aufgaben entlastet und die Pendelwege zu abgelegenen Standorten durch autonome Roboterinspektionen reduziert werden. Zur Inspektionsroutine des Roboters gehört es, einer vordefinierten Missionsroute zu folgen, auch unter schwierigen Bedingungen wie Eis und Schnee zuverlässig zu navigieren und qualitativ hochwertige Daten zu sammeln.
Diese Daten werden durch KI-Anwendungen, die in der Energy Robotics Cloud ausgeführt werden, in umsetzbare Erkenntnisse umgewandelt. So werden beispielsweise die Bilder von analogen Geräten wie einer Ölstandsanzeige analysiert, um eine drohende Überhitzung mithilfe von Thermografie rechtzeitig zu erkennen.
Die Zukunft der Inspektion von Umspannwerken mit Robotern und KI
Mit Blick auf die Zukunft wird der Einsatz von Robotern und KI bei der Inspektion von Umspannwerken weiter verbreitet sein. Im Zuge der Weiterentwicklung dieser Technologien werden sie leistungsfähiger und erschwinglicher werden, sodass sie für immer mehr Versorgungsunternehmen zugänglich sein werden.
Eine Prognose besagt, dass Roboter autonomer werden und in der Lage sein werden, Inspektionen mit minimalem menschlichem Eingreifen durchzuführen. Dies wird die Sicherheit weiter erhöhen und die Effizienz der Inspektionen erhöhen.
In der Zwischenzeit wird die KI in ihrer Fähigkeit, Daten zu analysieren und potenzielle Geräteausfälle vorherzusagen, immer ausgefeilter werden. Das wird befähigen prädiktive Instandhaltung und reduzieren das Risiko unerwarteter Stromausfälle weiter.
Langfristig könnte die Kombination aus Robotern und KI die Inspektion von Umspannwerken revolutionieren und sie von einem manuellen, reaktiven Prozess in einen automatisierten, proaktiven Prozess umwandeln.
Fazit: Wir begrüßen die Zukunft der Inspektion von Umspannwerken
Die Zukunft der Inspektion von Umspannwerken ist zweifellos aufregend. Mit der Leistung von Robotern und KI ist es möglich, Inspektionen genauer, effizienter und sicherer durchzuführen. Es gibt zwar Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt, aber die potenziellen Vorteile sind erheblich.
Wenn Versorgungsunternehmen in die Zukunft blicken, müssen sie sich diese neuen Technologien zunutze machen. Auf diese Weise können sie nicht nur ihre Inspektionsprozesse für Umspannwerke verbessern, sondern auch die Zuverlässigkeit und Effizienz ihrer Energieinfrastruktur verbessern. Die Zukunft ist da, und es ist an der Zeit, die Leistungsfähigkeit von Robotern und KI bei der Inspektion von Umspannwerken zu nutzen.
