Betrieb von Hochspannungserdkabelanlagen

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Maximilian Möller
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1 Betrieb von Hochspannungserdkabelanlagen Ergebnisse eines Feldexperiments zur Einschätzung der Auswirkungen auf Boden und Pflanzen Studie im Auftrag der Amprion GmbH P. Trüby

2 Fragestellung Wie verändern Hochspannungserdkabel den Wärme-und Wasserhaushalt des Bodens? Räumliche Wärmeverteilung Laterale und vertikale Wärmeflüsse Änderungen des Bodenwassergehaltes

3 Methodischer Ansatz Durchführung eines Feldexperimentes Simulation der Wärmeabgabe eines Erdkabels durch eine Heizanlage

4 Pflanzgarten der FVA-Freiburg Emmendingen

5 Meßschacht 6m x 1,7m x 1,7m Substrat Detail schluffig sandig, lehmig

6 Tiefe cm Ton % Körnung Schluff % Sand % Textur Ut Lt Lt Ls Ls Sl4

7 Heizrohre

9 Bodenfeuchte-Messung Theta Sonden (TDR-Technik)

10 Thermistor (mit Einbauhilfe)

11 Thermistoren in Sandbett eingelegt

12 Anlagensteuerung Datenerfassung

13 Horizontale Temperaturprofile Wie groß ist die räumliche Inhomogenität der Bodentemperaturen? Mit welchen Fehlern ist bei der Temperaturmessung zu Rechnen? Beginn Pulsexperiment

14 Pulsexperiment horizontale Temperaturprofile Ziel: Simulation kurzfristiger Spitzenlasten Wie verändern sich die lateralen und vertikalen Temperaturprofile? Wie weit reicht die Seitenwirkung?

15 Vegetationsexperiment vertikale Temperaturprofile Kontrolle Inversion Inversion Experiment 50 C

16 Grundwasser- Experiment a) b) Wie beeinflußen Grund- oder Stauwasser die Bodentemperaturen? c)

17 Horizontale Temperaturdifferenzen Betriebstemperatur 70 C Rohrtemperatur Delta Temperatur Boden Tiefe 10cm Tiefe 20cm Vergleich Kontrolle Wärmequelle Maximalwerte Tiefe 30cm Oberboden (10 cm) 4 K (20 cm) 5 K (30 cm) 9 K Unterboden (105 cm) 20 K (145 cm) 33 K Tiefe 105cm Tiefe 145cm

18 Räumliche Wärmeausbreitung Betriebstemperatur 75 C Schnelle Wärmeausbreitung Abfluß bevorzugt im Zentrum

19 Mittlere Temperaturdifferenzen [ K] zwischen Rohrtemperatur und Sandbett Distanz [cm] Tiefe [cm] C 11,9 6,1 4,8 5,5 50 C 14,3 8,0 7,7 8,4 60 C 21,8 10,1 8,6 10,5 70 C 28,8 20,8 20,4 23,3

20 Jahresgang Bodenfeuchte C Sandbett

21 Bodenfeuchte 2009 Vegetationsexperiment 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Sandbett Zentrum Tiefe 95 Zentrum Tiefe 95 Zentrum Tiefe 40 Zentrum Tiefe 40 Kontrolle

22 Mit welchen Verlustleistungen haben wir operiert? Zeitraum Temperatur C Energieeinsatz [kwh] Ø Verlustleistung [W/m Kabel]

23 Einfluß auf die Schneedecke Betriebstemperatur 50 C

24 Schneeschmelze beschleunigt Betriebstemperatur 50 C

25 Bodenfrost Betriebstemperatur 50 C

26 Vegetationsversuch Flächenvorbereitung

27 Auflaufen der Saat Verunkrautung Senf

28 Weizen vor der Ernte

29 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K

30 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K

31 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K

32 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K

33 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K Inversion der Temperaturgradienten

34 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K Inversion der Temperaturgradienten Grund- oder Stauwasser eliminieren Temperatureffekte

35 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K Inversion der Temperaturgradienten Grund- oder Stauwasser eliminieren Temperatureffekte deutliche Temperaturgradienten in der Bettung

36 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K Inversion der Temperaturgradienten Grund- oder Stauwasser eliminieren Temperatureffekte deutliche Temperaturgradienten in der Bettung Bodenwassergehalt unbeeinflußt

37 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K Inversion der Temperaturgradienten Grund- oder Stauwasser eliminieren Temperatureffekte deutliche Temperaturgradienten in der Bettung Bodenwassergehalt unbeeinflußt beschleunigtes Auftauen, keine Verhinderung von Frost

38 Ergebnisse Temperatur-Inhomogenität Unterboden < 0,2 K diurnale Variation Oberflächentemperatur K Seitenwirkung Oberfläche < 3 m; T < 1 K maximaler Temperaturanstieg an der Oberfläche < 5 K Inversion der Temperaturgradienten Grund- oder Stauwasser eliminieren Temperatureffekte deutliche Temperaturgradienten in der Bettung Bodenwassergehalt unbeeinflußt beschleunigtes Auftauen, keine Verhinderung von Frost marginaler bzw. kein Einfluß auf Getreideanbau

39 Ich danke Herrn Dr. Doernemann, Herrn Dr. Gehlen, Herrn Uther für die Initiierung und die Begleitung der Studie den Mitarbeitern des Instituts für Bodenkunde für die tatkräftige Hilfe der Amprion GmbH für die finanzielle Unterstützung

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