Axpo überwacht mit IoT den Staudamm am Limmernsee auf 1857 Metern Höhe

de.wedoany.com-Bericht: Axpo hat am Limmernsee-Damm batteriebetriebene Sensoren auf LoRaWAN-Basis eingesetzt und speist die Überwachungsdaten über die IoT-Plattform akenza in ein Finite-Elemente-Simulationsmodell ein, um den Alterungsprozess des Dammbetons bei saisonaler Ausdehnung und Schrumpfung vorherzusagen.

Viele Energieinfrastrukturen in Europa wurden vor der Einführung moderner Überwachungstechnik errichtet und verfügten bei ihrer Planung weder über Sensoren noch über Datenschnittstellen, müssen aber auch künftig sicher weiterbetrieben werden. Betreiber stehen daher vor einem alten Problem: Wie lassen sich abgelegene, schwer zugängliche und mit hohen Verkabelungskosten verbundene Bauwerke überwachen? Traditionell erfolgt dies durch manuelle Inspektionen, bei denen Ingenieure vor Ort Daten ablesen und wieder abreisen. Noch bevor die Daten in einen Bericht eingeflossen sind, sind sie bereits veraltet, und die Ingenieure müssen erneut anreisen, um die nächsten Messwerte zu erhalten. Risiken wie Betonalterung, Materialermüdung und thermische Spannungen bauen sich langsam auf – Momentaufnahmen verpassen diese Veränderungen. Benötigt werden kontinuierliche Daten, möglichst mit geringem Aufwand und von Orten, die nie dafür ausgelegt wurden, Daten zu liefern.

Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWAN) wie LoRaWAN beseitigen die Hürden. Batteriebetriebene Sensoren können kleine Datenpakete über mehrere Kilometer übertragen, und ein einziges Gateway deckt den gesamten Standort ab. Es müssen keine Kabel verlegt oder Stromleitungen installiert werden, was besonders für Standorte wie den Dammkörper eines Staudamms wichtig ist. Die Sensoren verbrauchen extrem wenig Energie, eine einzige Batterie kann mehrere Jahre halten, und nach der Installation müssen Betreiber sich praktisch nicht mehr darum kümmern.

Doch Sensoren sind nur die halbe Antwort. Rohdatenpakete sind lediglich Bytes, solange kein System sie dekodiert und jedem Gerät und jedem Standort einen Kontext verleiht. Manuelle Verarbeitung oder Eigenentwicklung sind Projekte, für die die meisten Engineering-Teams keine Zeit haben. IoT-Plattformen wie akenza übernehmen diese Aufgabe: Sie empfangen Daten von beliebigen Konnektivitätstechnologien wie LoRaWAN, MQTT oder Mobilfunknetzen, wandeln sie in strukturierte Werte um und leiten sie an Dashboards, Datenbanken oder Analysewerkzeuge weiter. Da die Plattform technologieneutral ist, werden Betreiber über den Projektlebenszyklus hinweg nicht an einen bestimmten Konnektivitäts- oder Hardwareanbieter gebunden.

Axpo, der größte Produzent erneuerbarer Energien der Schweiz, setzt am Limmernsee-Damm genau dieses Verfahren ein. Die Bogenstaumauer ist 146 Meter hoch und 370 Meter lang, liegt auf 1.857 Metern Höhe in den Alpen und fasst 92 Millionen Kubikmeter Wasser; sie ist Teil des Pumpspeicherkraftwerks Linth-Limmern.

Das von Axpo durchgeführte Forschungsprojekt nutzt Finite-Elemente-Simulationen, um zu verstehen, wie der Dammbeton bei saisonaler Ausdehnung und Schrumpfung altert. Die Simulation benötigt kontinuierliche Eingaben zu Globalstrahlung, Windgeschwindigkeit und Windrichtung, Lufttemperatur und Oberflächentemperatur – Variablen, die die Temperatur des Betons selbst bestimmen. Axpo installierte batteriebetriebene Sensoren an festen Punkten über den gesamten Damm, und ein einziges LoRaWAN-Gateway deckt das gesamte Bauwerk ab, sodass keine mehreren Stationen in schwierigem Gelände errichtet werden mussten. Jeder Messwert wird in akenza dekodiert, standardisiert und mit Kontext versehen und fließt dann in das Simulationsmodell von Axpo ein, um präzise Langzeitprognosen darüber zu ermöglichen, wie das Bauwerk altert.

Die gesamte Sensorinstallation ging innerhalb eines einzigen Arbeitstages in Betrieb, und die Verbindung der Sensoren mit der Cloud dauerte nur wenige Minuten. Für ein Bauwerk dieser Größe an einem derart abgelegenen Standort ist dies ein Zeitrahmen, den die meisten Infrastrukturbetreiber nicht zu erwarten wagen.

Der Limmernsee ist nur eines von mehreren hydrologischen Überwachungsprojekten, die Axpo in den Alpen über akenza betreibt. Für Betreiber mit einer Vielzahl schwer erreichbarer Infrastrukturen geht es bei den Erfahrungen ebenso um den Zeitrahmen wie um die Technologie. Ein Anwendungsfall der Strukturüberwachung bedeutet nicht zwangsläufig eine mehrjährige Digitalisierungs-Roadmap. Die richtige Kombination aus energiesparenden Sensoren, flexibler Konnektivität und einer Plattform, die die Daten versteht, genügt, um kontinuierliche Überwachung in Tagen statt in Jahren in Betrieb zu nehmen. Viele Energieinfrastrukturen in Europa nähern sich einer Phase, in der diese Art der Überwachung keine Option mehr ist.