Der Austausch von Kabeln könnte die Stromkapazität des US-Netzes verdoppeln

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Alle sind sich im Großen und Ganzen einig, dass das US-Stromnetz modernisiert werden muss, da der Bedarf an Elektronen für den Antrieb von Elektrofahrzeugen, grünem Stahl, Rechenzentren und Wärmepumpen steigt. Wir wissen auch, dass der Bau neuer Übertragungsleitungen ein langer und teurer Prozess ist, der mit Hindernissen behaftet ist, die von der Genehmigung bis hin zu Lieferketten reichen. Es gibt ein altes Sprichwort, das besagt: „Hebe nicht die Brücke, sondern senke den Fluss.“ Es stehen neue Technologien zur Verfügung, die es dem bestehenden Netz ermöglichen könnten, mehr Strom zu transportieren, ohne dass all diese komplizierten politischen Hürden überwunden werden müssen.

Eine davon ist die sogenannte „Zauberkugel“ des norwegischen Unternehmens Heimdall, ein Gerät in der Größe einer Bowlingkugel, das um HGÜ-Leitungen angebracht wird, um deren Temperatur zu messen. Kühlere Drähte können mehr Elektronen transportieren, aber die meisten Übertragungsleitungsbetreiber haben keine Möglichkeit, die tatsächliche Temperatur ihrer Drähte zu kennen, also raten sie. Es überrascht nicht, dass diese Schätzungen eher niedrig ausfallen, wenn es um Infrastruktur im Wert von mehreren Milliarden Dollar geht.

Durch die Kenntnis der genauen Temperatur der Übertragungsleitungen wissen Netzbetreiber, wie nahe eine bestimmte Leitung an ihrer maximalen Kapazität liegt. „Betrachten Sie die Temperatur auf der Strecke als Geschwindigkeitsbegrenzung“, sagte Jørgen Festervoll, CEO von Heimdall Inside Climate News. „Ohne die Software und den Sensor, wie sie Heimdall Power bietet, fahren Sie ohne Tachometer.“ Wenn ein Netzbetreiber genau weiß, wie viel Strom eine Leitung verarbeiten kann, kann er den Stromfluss über Stunden oder sogar Tage erhöhen, ohne die Kapazität einer Übertragungsleitung zu überschreiten. Gleiche Leitung, mehr Stromübertragung, mehr Einnahmen für Netzbetreiber und mehr sauberer Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Was für ein tolles Angebot!

Reconductoring & The US Grid

Es gibt eine weitere neue Technologie, die auch die Kapazität der HGÜ-Übertragungsleitungen, die das Rückgrat des Stromnetzes bilden, drastisch erhöhen kann. Der Ersatz bestehender Stromleitungen durch Kabel aus fortschrittlichen Materialien könnte die Kapazität des Stromnetzes in vielen Teilen des Landes nahezu verdoppeln und Platz für viel mehr Wind- und Solarenergie schaffen. Die Technik ist als „Advanced Reconductoring“ bekannt und wird in anderen Ländern häufig eingesetzt. Viele US-Versorgungsunternehmen haben sich jedoch nur langsam damit beschäftigt, weil sie mit der Technologie sowie regulatorischen und bürokratischen Hürden nicht vertraut sind, heißt es neue Forschung.

Heutzutage bestehen die meisten Stromleitungen in den USA aus Stahlkernen, die von Aluminiumsträngen umgeben sind, eine Konstruktion, die seit einem Jahrhundert verwendet wird. Vor zwanzig Jahren entwickelten mehrere Unternehmen Kabel mit kleineren, leichteren Kernen wie Kohlefaser, die mehr Aluminium aufnehmen konnten. Diese fortschrittlichen Kabel können bis zu doppelt so viel Strom transportieren wie ältere Kabel.

Durch die Umleitung von Übertragungsleitungen könnten bis 2035 etwa 64 TW-Meilen an neuer interzonaler Übertragungskapazität hinzugefügt werden, verglichen mit etwa 16 TW-Meilen allein durch den Bau neuer Übertragungsleitungen, so die Berkeley-Studie. „Wir waren ziemlich erstaunt darüber, wie groß die Kapazitätssteigerung durch Rekonduktoren sein kann“, sagte Amol Phadke, ein leitender Wissenschaftler in Berkeley New York Times. „Es ist nicht das Einzige, was wir tun müssen, um das Netz zu verbessern, aber es kann ein wichtiger Teil der Lösung sein.“

Der Ersatz alter Leitungen durch fortschrittliche Leiter kostet in der Regel nur halb so viel wie der Bau neuer Leitungen, was unter anderem darauf zurückzuführen ist, dass die bestehende Infrastruktur genutzt wird, heißt es Utility-Tauchgang. Die zusätzliche interzonale Übertragungskapazität, die durch fortschrittliche Leiter freigesetzt wird, wird den Zugang zu kostengünstigerer sauberer Energie ermöglichen und die Stromgroßhandelskosten im Durchschnitt um 3 bis 4 % senken. Das entspricht einer Systemkosteneinsparung von 85 Milliarden US-Dollar bis 2035 und 180 Milliarden US-Dollar bis 2050 im Vergleich zum normalen Betrieb. Die zusätzliche Übertragungskapazität durch Reconductoring würde es den Vereinigten Staaten ermöglichen, bis 2035 90 % ihres Stroms aus emissionsfreien Stromquellen zu beziehen, heißt es in dem Bericht.

Der Austausch alter Leitungen ist relativ schnell erledigt. Im Jahr 2011 musste AEP, ein Energieversorger in Texas, dringend mehr Strom in das untere Rio Grande Valley liefern, um dem rasanten Bevölkerungswachstum gerecht zu werden. Es hätte zu lange gedauert, Land und Genehmigungen zu erwerben und Türme für eine neue Übertragungsleitung zu bauen. Stattdessen ersetzte AEP 240 Meilen Kabel auf einer bestehenden Leitung durch fortschrittliche Leiter, was weniger als drei Jahre dauerte und die Tragfähigkeit der Leitungen um 40 % erhöhte.

Platz schaffen für mehr Wind- und Solarenergie im Netz

Wenn die Energieversorger mit dem landesweiten Einsatz fortschrittlicher Leiter beginnen würden, indem sie Tausende Kilometer an Kabeln ersetzen, könnten sie bis 2035 viermal so viel Übertragungskapazität hinzufügen, wie sie es derzeit tun. Dies würde wiederum die Nutzung von viel mehr Solar- und Windenergie aus Tausenden von Projekten ermöglichen, die vorgeschlagen wurden, aber nicht umgesetzt werden können, weil die lokalen Netze zu überlastet sind, um sie aufzunehmen.

Der schleppende Ausbau des Stromnetzes ist nach Ansicht vieler Branchenexperten die Achillesferse des Übergangs zu sauberer Energie. Das Energieministerium schätzt, dass das Übertragungsnetz des Landes bis 2035 möglicherweise um zwei Drittel oder mehr erweitert werden muss, um Präsident Bidens Ziel zu erreichen, das Land mit sauberer Energie zu versorgen. Aber der Bau neuer Übertragungsleitungen kann ein Jahrzehnt oder länger dauern, bis die Entwickler eine neue Leitung durch mehrere Landkreise verlegen, die Genehmigung von einem Flickenteppich verschiedener Behörden erhalten und sich mit Klagen über verdorbene Aussichten oder Schäden an Ökosystemen befassen müssen. Letztes Jahr haben die Vereinigten Staaten das Stromnetz nur um 251 Meilen Hochspannungsleitungen erweitert. Diese Zahl ist im letzten Jahrzehnt jedes Jahr zurückgegangen.

Im Jahr 2022 verabschiedete der Kongress den Inflation Reduction Act, der Milliarden von Dollar für Solarpaneele, Windkraftanlagen, Elektrofahrzeuge und andere umweltfreundliche Technologien bereitstellt. Aber wenn die Vereinigten Staaten nicht schneller neue Übertragungskapazitäten hinzufügen können, wird etwa die Hälfte der durch dieses Gesetz erwarteten Emissionsreduzierungen möglicherweise nicht erreicht, so Forscher des Princeton-Zentrums REPEAT-Projekt gefunden.

Europäische Länder sind führend

Länder wie Belgien und die Niederlande setzen fortschrittliche Leiter ein, um mehr Wind- und Solarenergie in ihre Netzinfrastruktur zu integrieren, sagte Emilia Chojkiewi, eine der Autorinnen des Berkeley-Berichts. „Wir haben dort mit den Übertragungsnetzplanern gesprochen und alle sagten, das sei eine Selbstverständlichkeit. Es ist oft schwierig, neue Wegerechte für Leitungen zu bekommen, und die Neuleitung geht viel schneller.“

Eine der Fragen, mit denen sich Forscher beschäftigen GridLab Wenn die Umleitung so effektiv ist, warum tun es dann nicht mehr Versorgungsunternehmen in den Vereinigten Staaten? Die Antwort lautet zum Teil, dass die Fragmentierung des amerikanischen Stromnetzes eine große Hürde darstellt. Tatsächlich handelt es sich um drei Netze, die von 3.200 verschiedenen Versorgungsunternehmen und einem komplexen Flickenteppich regionaler Planer und Regulierungsbehörden betrieben werden. Das bedeutet, dass sich neue Technologien – die sorgfältige Studien und eine Umschulung der Arbeitskräfte erfordern – manchmal langsamer verbreiten als in Ländern mit nur einer Handvoll Netzbetreibern.

Es gibt auch unpassende Anreize. Aufgrund der Art und Weise, wie Versorgungsunternehmen entlohnt werden, besteht für sie oft ein größerer finanzieller Anreiz, neue Leitungen zu bauen, als bestehende Anlagen zu modernisieren. Umgekehrt sind einige Regulierungsbehörden besorgt über die höheren Vorlaufkosten für fortschrittliche Leiter, selbst wenn diese sich auf lange Sicht amortisieren. Viele Versorgungsunternehmen haben auch wenig Motivation, bei der langfristigen Übertragungsplanung zusammenzuarbeiten. „Das größte Hindernis besteht darin, dass die Branche und die Regulierungsbehörden immer noch in einer kurzfristigen, reaktiven Denkweise gefangen sind“, sagte Casey Baker, leitender Programmmanager bei GridLab. „Aber jetzt leben wir in einer Zeit, in der das Netz sehr schnell wachsen muss, und unsere bestehenden Prozesse sind dieser Realität nicht gewachsen.“

Veränderung liegt in der Luft

Möglicherweise beginnen sich die Dinge zu ändern. In Montana hat Northwestern Energy kürzlich einen Teil einer veralteten Leitung durch moderne Leiter ersetzt, um die Waldbrandgefahr zu verringern. Die neue Leine sackte bei der Hitze weniger durch, wodurch es weniger wahrscheinlich war, dass sie mit Bäumen in Berührung kam. Zufrieden mit den Ergebnissen verabschiedeten die Gesetzgeber in Montana einen Gesetzentwurf, der den Versorgungsunternehmen finanzielle Anreize für die Installation fortschrittlicher Leiter bieten würde. Ein Gesetzesentwurf in Virginia würde von den Versorgungsunternehmen verlangen, die Technologie zu berücksichtigen.

Da der Strombedarf aufgrund neuer Rechenzentren, Fabriken und Elektrofahrzeuge zum ersten Mal seit zwei Jahrzehnten wieder zu steigen beginnt, überwinden viele Energieversorger ihre Bedenken gegenüber neuen Technologien. „Wir sehen ein viel größeres Interesse an netzverbessernden Technologien, sei es Rückleitung oder andere Optionen“, sagte Pedro Pizarro, Präsident und Geschäftsführer von Edison International, einem kalifornischen Energieunternehmen, und Vorsitzender des Edison Electric Institute , eine Handelsorganisation für Versorgungsunternehmen. „Es besteht ein Gefühl der Dringlichkeit.“

Das wegnehmen

CleanTechnica Leser, die allesamt überdurchschnittlich gut und besonders scharfsinnig sind, werden hier sofort den Elefanten im Raum erkennen. Die Biden-Regierung kann alle Milliarden, die sie will, in saubere Energietechnologie und -produktion stecken, aber solange Versorgungsunternehmen und Netzbetreiber keinen finanziellen Anreiz haben, zusammenzuarbeiten, damit das Stromnetz in Amerika effizient und mit maximaler Kapazität funktioniert, wird es all diese schöne saubere Energie nie geben dorthin gelangen, wo es gebraucht wird. Dabei handelt es sich nicht um eine technologische Hürde, sondern um eine wirtschaftliche Hürde, die letztendlich zu einer Flut widersprüchlicher politischer Maßnahmen führt.

Es wäre wunderbar, wenn wir unbegrenzt Zeit hätten, das alles zu klären, aber das haben wir nicht. Die Zerstörung der Umwelt durch die Gewinnung und Verbrennung fossiler Brennstoffe nimmt zu. Wir haben keine Zeit, die wir mit albernen Spielchen und mörderischen Rivalitäten zwischen denjenigen verschwenden, die das Stromnetz entwerfen, bauen und betreiben. Wir müssen es besser machen, und zwar bald. Punkt.