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Drohnen für die Anlageninspektion im baden-württembergischen Stromnetz

Schneller, einfacher, genauer – die Drohnen- und Datenbasierte Netzinspektion vereint viele Vorteile auf sich. (Bilder: Sharper Shape / Netze BW)

Drohnen und KI revolutionieren die Netzinspektion

Im Sommer 2020 hat der Verteilnetzbetreiber (VNB) Netze BW GmbH mit Sharper Shape Inc. ein Projekt gestartet mit dem Ziel, einen neuen Ansatz für die Anlageninspektion im gesamten Hochspannungsnetz Baden-Württembergs zu entwickeln. Auf Basis von Daten, die durch Drohnen  eingesammelt werden, und KI-basierten Analysetools.

Netze BW GmbH ist der größte VNB in Baden-Württemberg und für die dortigen Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze zuständig. Die Stromleitungen erstrecken sich über 100.000 Kilometer. Diese permanent zu überwachen, zu inspizieren und zu warten, gehört – wie bei allen Netzbetreibern – zu den größten Herausforderungen des Unternehmens.

Ohne eine strenge Überwachung der Anlagen kann Netze BW keine stabile und sichere Stromversorgung der Kunden gewährleisten. Eine detaillierte Inspektion eines so großen Netzes in einer landschaftlich heterogenen Region ist jedoch äußerst ressourcenintensiv, und die Notwendigkeit der Kontrolle steht in einem ständigen Spannungsverhältnis zu den Betriebskosten.

Das energiewirtschaftliche Umfeld für VNB ändert sich

Historisch gesehen hatte Netze BW in dieser Hinsicht ein tragfähiges Gleichgewicht gefunden. Die traditionelle Herangehensweise an Inspektionen besteht darin, Teams von Ingenieuren einzusetzen, die durch das Netzgebiet fahren, Versorgungsmasten erklimmen und Anlagen manuell inspizieren – eine nicht ungefährliche Arbeit. Dieses Verfahren war zwar teuer, aber praktikabel. Doch das energiewirtschaftliche Umfeld für VNB verändert sich .

Zum einen gewinnen erneuerbare Energien zunehmend an Bedeutung. Immer mehr kleine und mittelgroße dezentrale Energieerzeugungsanlagen werden auf der Nieder- und Mittelspannungsebene an das Stromnetz angeschlossen. Das stellt die klassische Topografie des Netzes auf den Kopf: Traditionellerweise basierte die Stromerzeugung fast ausschließlich auf großen Kraftwerken, die an das Hochspannungsnetz angeschlossen waren, das den Strom an die unterlagerten Netze abgab. Nun sehen sich Verteilnetzbetreiber mit einer wachsenden Anzahl von Solarstromanlagen, Windturbinen oder Ladegeräten für Elektroautos konfrontiert. Durch fluktuierende Erzeugung und neue Lasten wird das Stromnetz ganz anders beansprucht, was die Notwendigkeit einer detaillierteren und weiterreichenden Netzinspektion erhöht.

Zum anderen streben die Verteilnetzbetreiber eine Digitalisierung des Netzmanagements an. So soll eine bessere – weil schnelle und faktenbasierte – Entscheidungsfindung als Reaktion auf das neue Betriebsumfeld ermöglicht werden.

Mario Gnädig (Bild), Projektleiter bei Netze BW, steht vor der Herausforderung, den Wandel im Unternehmen bis in den letzten Teil der dezentralen Organisationsstruktur zu tragen und alle Mitarbeiter mitzunehmen: „Wir erleben in Deutschland, wie in vielen anderen Ländern, einen radikalen Wandel im Verteilnetz, der zu einem großen Teil auf die Energiewende zurückzuführen ist. Die Zeiten der langen Planungshorizonte sind vorbei. Wir müssen immer schneller auf Veränderungen im Netz und bei den angeschlossenen Verbrauchern reagieren können. Das ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern revolutioniert auch die Arbeitsweise der Mitarbeiter grundlegend.“

Die Lösung: ein neuer Ansatz zur Anlageninspektion

Im Sommer 2020 startete Netze BW ein Pilotprojekt mit Sharper Shape. Das Unternehmen verfolgt einen Digital-First-Ansatz bei der Inspektion von Anlagen und versprach, die Effizienz der Inspektion erheblich zu verbessern und zu den umfassenderen Digitalisierungsplänen des Verteilnetzunternehmens beizutragen.

Der erste Schritt war die Inspektion der Anlage aus der Luft mit Hilfe von Drohnen, die mit hochauflösenden Kameras bestückt sind. Mit der Drohnenfotografie ist es viel schneller möglich, Informationen über einen bestimmten Mast zu erfassen, als wenn ein Mensch ihn besteigen muss. Zudem reduziert sich das Risiko für die Mitarbeiter, da sie am Boden bleiben können und die Inspektion an schwer zugänglichen Stellen erleichtert wird.

Drohnen

Ein Inspektionsteam der Netze BW GmbH bei der Arbeit. Die Drohne fotografiert die Strommasten und liefert so Daten für das Netzmanagement.

„Wir waren beeindruckt, wie einfach es war, mit der Drohnen-Flugplanungssoftware eine Drohne weitgehend unabhängig um die Hochspannungsmasten herumfliegen und automatisch Bilder der Masten erzeugen und visualisieren zu lassen, ohne umfassende Kenntnisse des Piloten“, staunt Mario Gnädig. Durch die Einführung der Drohnen-gestützten Datenerfassung konnten die Inspektionsteams ihre Arbeit in kürzerer Zeit erledigen.

Der größte Wert im System von Sharper Shape lag jedoch in der Softwareplattform Sharper CORE, die zur Analyse der erfassten Daten verwendet wurde. Das System nimmt die Daten der Drohne automatisch auf und wendet Algorithmen der Künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens an, um die Wartung und künftige Inspektionen zu planen und zu priorisieren. Das hilft, die Ressourcen so effizient wie möglich zu nutzen, und unterstützt die Digitalisierungsbemühungen der Netze BW, indem die Daten im gesamten Netzwerk standardisiert werden.

Das Ergebnis: ein digitales, hochauflösendes Raster

Für Mario Gnädig gab es im Vorfeld klare Kriterien, die für einen Erfolg des Pilotprojektes zu erfüllen waren: „In erster Linie wollen wir unsere Kollegen vor Ort mit moderner Technik unterstützen. Es ist äußerst wichtig, ihre Arbeitsbelastung nicht durch ein weiteres Tool zu erhöhen, sondern eine echte Vereinfachung zu schaffen. Um dies zu erreichen, streben wir einen hohen Grad an Digitalisierung und Automatisierung an.“

Die Software ermöglicht eine einfache, intuitive Navigation zwischen den Inspektionsobjekten. Die Daten wurden dabei so formatiert, dass sie in Zukunft leicht mit anderen Abteilungen innerhalb des Verteilnetzbetreibers geteilt werden können. Die Benutzer profitieren von der fortschrittlichen Datenvisualisierung innerhalb der Plattform, die den Kontext und die Daten verständlich macht und so zur Effizienzsteigerung und Fehlerreduzierung beiträgt.

Mario Gnädig sieht den Wert des Ansatzes auch in der Ausweitung auf das gesamte Netz von Netze BW: „Ein unternehmensweiter Rollout würde höhere Sicherheitsstandards in unserem Betrieb sowie ein hohes Maß an Standardisierung der Dokumentation und Datenqualität bedeuten – etwas, das in unseren verschiedenen Netzregionen bisher schwierig war. Darüber hinaus würde die verbesserte Datenverfügbarkeit komplexere Analysethemen wie dynamische Inspektionsintervalle, Fehlerabhängigkeiten von anderen Parametern wie beispielsweise Wetter uns eine bessere Informationslage der Mitarbeiter an jedem Standort ermöglichen.“

Mit Analysetechnologie das Beste aus den Daten herausholen

Die Digitalisierung nimmt in einem Verteilnetz viele Formen an. Die Datenerfassung mittels fortschrittlicher Anlagen-Inspektionstechniken kann sowohl die Inspektionssysteme für Stromleitungen selbst revolutionieren als auch in andere Abteilungen einfließen, um in der gesamten Organisation einen Mehrwert zu schaffen, zum Beispiel bei der Netzplanung oder bei der Notfallreaktion. Verbunden mit leistungsstarker Software und analytischer Technologie kann so das Beste aus den Daten herausgeholt und sichergestellt werden, dass neue Tools die Arbeit der Inspektionsteams erleichtern und die Prozesse verbessern, anstatt eine weitere Ebene der Komplexität hinzuzufügen.

„Künstliche Intelligenz unverzichtbar ist, wenn es darum geht, komplexe und unüberschaubare Zusammenhänge aus verschiedenen Quellen aufzudecken“, ist Mario Gnädig überzeugt. „KI wird keine Arbeitsplätze abschaffen, sondern uns helfen, noch besser zu arbeiten. Und sie wird unser Werkzeug sein, um mit unvorstellbar großen Datenmengen zu arbeiten. Wir werden den Hype hinter uns lassen und die Technik so selbstverständlich nutzen wie einen Taschenrechner oder einen Bleistift.“

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