18. Symposium zur Versorgungswirtschaft in Schleswig
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18. Symposium zur Versorgungswirtschaft in Schleswig-Holstein Beim Kabel geht’s drunter und drüber… Pro & Contra Stromleitungen über und unter der Erde Umwelteinflüsse Laura Buck Nils Nageler Lara Rosenthal Gabriel Schwarzer Jan Wilner 1 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Gliederung • Wie sehen Kabel- und Freileitungstrassen im Vergleich aus? • Wie sieht der aktuelle Planungsstand aus? • Wie wirkt sich die Verlegung von Erdkabeln auf die Umwelt aus? • Welche elektrischen und magnetischen Felder gibt es bei Trassen? • Welche Folgen hat die Erwärmung von Erdkabeln? • Welche Umweltauswirkungen gibt es sonst noch? 2 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Akzeptanz Erdkabel haben eine höhere Akzeptanz in der Bevölkerung als Freileitungen Quelle: http://file1.npage.de/001205/08/bilder/380kvirrsinn200.gif Quelle: http://pro-erdkabel-nrw.npage.de/index.html Quelle: http://www.loevenich-imbrennpunkt.de/imglib/Hochspannung_Logo_1.png Qulle: http://www.pro-erdkabel-neuss.de/ Quelle: http://www.hochspannungtieflegen.de/_gfx/Hochspannungtief-legen_Logo_color.gif 3 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wie sehen Kabel- und Freileitungstrassen im Vergleich aus? • Größe Überlandtrassen • Größe Kabeltrassen 4 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Größe Überlandtrasse Quelle: 50herz Infomappe 380-kV-Nordring Berlin 5 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Größe Kabeltrasse Quelle: www.bi-hilsmulde.de/bilder/drehstromerdkabel.ses 6 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Bewachsung Quelle: http://www.unitracc.com/aktuelles/artikel/powertube-2013-die-energieuebertragung-der-zukunft-liegt-unter-der-strasse 7 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wie sieht der aktuelle Planungsstand aus? • Netzentwicklungsplan • Aktueller Stand von vier Beispielen Korridor C Westküstenleitung Kassø Dollern Maßnahme 50 8 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Netzentwicklungsplan Quelle: http://www.netzausbau.de/l eitungsvorhaben/de.html?cm s_map=1 9 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Korridor C Quelle: www.netzausbau.de/cln_1411/leitungsvor haben/bbplg/04/de.html 10 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 genehmigt oder im Bau vor/im Planstellungsverfahren Untersuchungsraum Quelle: www.netzausbau.de/cln_1431/leitungsvorhaben/bbplg/08/de.html Quelle: www.netzausbau.de/cln_1431/leitungsvorhaben/enlag/01/de.html 11 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Maßnahme 50 Quelle: http://wkb-kisdorf.de/2013/11/kisdorf-und-die-hochspannungsleitungen-eine-unendliche- geschichte/#!prettyPhoto 12 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wie wirkt sich die Verlegung von Erdkabeln auf die Umwelt aus? • Der Graben • Zusätzliche Gebäude • Beeinträchtigung des Bodens 13 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Der Graben Quelle:ABB 14 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Zusätzliche Gebäude = zusätzliche Bodenversiegelung • AC: Kompensationsanlagen (nach max. je 10km) • HGÜ: Konverterbauwerke an beiden Enden Quelle: http://h265330.server07.campusspeicher.de/?page_id=710 Quelle: ABB 15 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Beeinträchtigung des Bodens Mögliche Beeinträchtigungen durch den Bau: • Bodenverdichtung • Störung des Bodengefüges • Störung des Bodenwasserhaushaltes • Einbringung von Fremdstoffen Quelle: http://www.swp.de/ulm/nachrichten/wirtschaft/Bau-derStromautobahnen-wirft-viele-Fragen-auf;art4325,3382918 16 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Beeinträchtigung des Bodens Bodenverdichtung Abnahme des Porenanteils mit flüssigen & gasförmigen Bestandteilen und Zunahme der festen Volumenanteile im Boden Tötung von Bodentieren, Störung des Bodengefüges, Sauerstoff& Wasserarmut • Gesamte Kabeltrasse muss zugänglich für Transport- und Baufahrzeuge sein (ca. doppelt solange wie bei Freileitungen) • Gefährdung von Bodenart abhängig (nasse Böden mehr gefährdet) • Schutzmaßnahmen: Fahrzeuge mit Mehrachsen, bodenschonendes Fahrwerk, geringer Reifendruck, breite Reifen, vorhandene Verkehrswege nutzen 17 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Beeinträchtigung des Bodens Störung des Bodengefüges durch Aushub, Zwischenlagerung & Rückführung • Rekultivierung (mind. 3 Jahre) nur bei sorgfältiger Trennung der Bodenhorizonte möglich • Trotzdem Schädigung des Ökosystems möglich 18 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Beeinträchtigung des Bodens Störung des Bodenwasserhaushaltes • Drainagewirkung bei Durchbrechung wasserstauender Schichten oder durch Längsgefälle im Boden • Beeinträchtigung des Grundwassers durch Rückverschließung mit Fremdmaterial 19 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Beeinträchtigung des Bodens Einbringung von Fremdstoffen • Magerbeton & Kabelsand: Reduzierung des zurückgeführten natürlichen Bodens Störung des Bodengefüges • Verschmutzung durch Schmier-&Treibstoffe: nur bei nicht fachgerecht ausgeführten Bauarbeiten 20 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Welche elektrischen und magnetischen Felder gibt es bei Trassen? • Wie entstehen elektromagnetische Felder? • Welchen Einfluss haben elektromagnetische Felder auf den Menschen? • Welche Grenzwerte sind einzuhalten? • Welche Immissionen existieren im Haushalt? • Vergleich von Erdkabeln und Freileitungen 21 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wie entstehen elektromagnetische Felder? Magnetische Felder Elektrische Felder Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetismus Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrisches_Feld Quelle: http://www.bfs.de/DE/themen/emf/nff/einfuehrung/einfuehrung.html Quelle: www.eigenarts.de/img/foto/leucht/food/03.jpg 22 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Welchen Einfluss haben elektromagnetische Felder auf den Menschen? • • • • • • • • • Genotoxizität Herz- und Kreislaufsystem Immunsystem Blut-Hirn-Schranke Elektrosensibilität Veränderung von Hirnströmen Melatonin-Sekretion Krebs und Kinderleukämie Neurodegenerative Erkrankungen (Parkinson, Alzheimer, ALS) 23 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Welche Grenzwerte sind einzuhalten? Grenzwerte Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) Hochspannungsdrehstromübertragung (HDÜ) 500 µT (effektiv) 100 µT @ 50 Hz (effektiv) - 5 kV/m @ 50 Hz (effektiv) magnetische Feldstärke elektrische Feldstärke Quelle: http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/bimschv_26/gesamt.pdf In der Natur vorkommende Feldstärken magnetische Feldstärke [µT] elektrische Feldstärke [V/m] statisches elektrisches Feld zwischen Erde und Ionosphäre - 130 – 170 elektrisches Feld bei Gewitter - 3.000 – 20.000 statisches Magnetfeld der Erde 25 – 65 - 4.000.000 8.000.000 (experimentell) - Magnetfeld im MRT Quelle: http://www.gruene-fraktion-bayern.de/sites/default/files/hintergrundpapier_emissionen_hgue_1.pdf 24 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Welche Grenzwerte sind einzuhalten? Wie werden die Grenzwerte festgelegt? 1 bis 10 mA/m2 Quelle: http://www.bfs.de/SharedDocs/Downloads/BfS/DE/broschue ren/str-u-strschutz.pdf?__blob=publicationFile&v=3 25 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Welche Immissionen existieren im Haushalt? Quelle: http://www.bfs.de/SharedDocs/Downloads/BfS/DE/broschueren/str-u-strschutz.pdf?__blob=publicationFile&v=3 26 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Vergleich von Freileitungen und Erdkabeln Magnetische Flussdichte bei Freileitungen und Erdkabeln (380 kV) Freileitung Erdkabel 1 m über Erdoberkante (EOK) magnetische Flussdichte [µT] elektrisches Feld [kV/m] 4,8 (typ.)/ 51,62 (max) 3,52 / 85,8 5,92 / 8,81 Sehr gute Abschirmung Quelle: http://www.wik-emf.org/fileadmin/EMF-Spectrum/Einzelartikel-3-2011/Felder-HSL_WIK-EMF-Spectrum-3-2011.pdf 27 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Vergleich von Freileitungen und Erdkabeln Magnetische Flussdichte bei Freileitungen und Erdkabeln (380 kV) Quelle: http://www.bfs.de/DE/themen/emf/netzausbau/basiswissen/feldbelastungen/feldbelastungen.html Quelle: http://www.amprion.net/elektrische-und-magnetische-felder 28 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Vergleich von Freileitungen und Erdkabeln Elektrische Feldstärke von Freileitungen Quelle: http://www.amprion.net/elektrische-und-magnetische-felder 29 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wärmeentwicklung • Thermisches Ersatzschaltbild • Wärmeentwicklung von Erdkabeln • Welche möglichen Auswirkungen hat die Erwärmung? • Studien, Versuche, Erkenntnisse • Welche Maßnahmen werden gegen die Erwärmung ergriffen? 30 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Thermisches Ersatzschaltbild Quelle: http://www.ig-erdkabel.at/uploads/media/Cohnen.pdf 31 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wärmeentwicklung von Erdkabeln • Wärmeentstehung beim Stromtransport • Temperaturerhöhung am Kabel: Im Normalbetrieb ca. 35 K Vollauslastung 50-60 K • Temperaturerhöhung an der Erdoberfläche: Im Normalbetrieb ca. 1-3 K Vollauslastung 3-5 K Quelle: http://kiebitzgrund-aktiv.de/wpcontent/uploads/2015/01/140630-Tr%C3%BCbyErdverkabel-21-05-14-komplett.pdf 32 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Mögliche Auswirkungen der Erwärmung • Bodenaustrocknung • Veränderung des Grundwasserspiegels • Erhöhte Verdunstung entlang der Trasse • Verdrängung natürlicher Fauna und Flora • Bodenqualität und die Bodenstruktur könnte sich verändern • Ertragseinbußen bei der Landwirtschaft (Einmalzahlung von unter 5000€ und vertraglich geregelte Entschädigungen) 33 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Wärmeentwicklung Beispiel-Studie • Professor Peter Trüby, Freiburger Bodenkundler • Erwärmung des Oberbodens bei Höchstspannungs-Erdkabeln • Vergleich mit Kontrollböden • Beispiel Mais: Keimlinge kamen früher aus der Erde Reifeprozess ca. 10 Tage früher Keine vorzeitige Ernte bei Mais, Kartoffeln, Raps oder Weizen nötig! Quelle: http://www.br.de/fernsehen/bayerischesfernsehen/sendungen/unser-land/umwelt-undnatur/erdkabel-stromtrassen100.html 34 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Maßnahmen gegen die Wärmeentwicklung • Gleichmäßige Wärmeabführung durch eine Mischung aus Mutterboden, Ton Zement • Hunderte Temperaturfühler entlang der Trassen mit Vergleichsflächen • Nutzung der Abwärme (Wärmepumpen), effiziente Kühlung zur besseren Umweltverträglichkeit und Leistungsübertragung Quelle: http://kiebitzgrund-aktiv.de/wpcontent/uploads/2015/01/140630-Tr%C3%BCbyErdverkabel-21-05-14-komplett.pdf • Steuerbare Befeuchtung der Kabeltrassen 35 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Böden und Wärmeleitwerte Wärmeleitwert: λ [W/m*K] - beschreibt das Vermögen eines Baustoffes, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren • Dieser hängt stark von der Bodenfeuchtigkeit ab • Je höher das λ, desto geringer die Bodenaustrocknung Material λ in W/m*K Baustoff Magerbeton 1,0 Kies-Sandgemisch Sand-Zementgemisch Normalbeton 2,0 Kalkstein Tonhaltiges Gestein Neuartige Bettungsmethoden Bis zu 4,0 _ 36 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Zwangskühlung • Flüssige Kühlmedien: Öl und Wasser • Kühltechniken: Leiterkühlung, Oberflächenkühlung Bündelkühlung Lateralkühlung Quelle: http://www2.ets.uni-duisburgessen.de/download/public/Zhang_Diss.pdf 37 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Welche Umweltauswirkungen gibt es sonst noch? • Sicherheit von Mensch und Tier • Auswirkungen auf das Erdreich • Reparaturen 38 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Sicherheit von Menschen • Unfälle in Deutschland ab Spannungsebene 110 kV pro Jahr (Stand 2008): Erdkabel: 3-4 (i. d. R. bei Reparaturmaßnahmen) Freileitung: 5-6 (i. d. R. im normalen Betrieb) • Gefahr des elektrischen Schlags: Erdkabel: Bodenüberdeckung verhindert Kontakt mit dem vollisolierten Kabel Freileitung: Sicherheitsabstand Quelle: http://www.con-nect.de/gehrden/news/stromschlagruebenroder-kracht-in-stromleitung/archiv/2015/november/14.html 39 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Sicherheit von Tieren • Bis zu 700 verunglückte Vögel pro Freileitungskilometer im Jahr häufigste Todesursache ist Kollision mit Erdungsleitung • Keine Gefahr für Vögel bei Erdkabeln Quelle: http://www.worldofanimals.de/ img/stromschlag.jpg 40 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Auswirkungen auf das Erdreich Kunststoffmantel • Zersetzungsprozess möglicherweise schädlich für das Erdreich Bodenverschmutzung durch Kunststoffpartikel • Haltbarkeit von modernen Kunststoffkabeln wird zurzeit auf 40 Jahre geschätzt • Firmen haben sich auf die Weiterverarbeitung von Kabeln spezialisiert • Recyceltes Material wird weiterverkauft Quelle: http://branchenportal.giel.de/file/cms/redaktionen/7377/textfmt/01.jpg 41 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016 Reparaturen • Fehlerrate geringer, aber aufwändige und teure Reparatur • Abermalige Veränderung der Beschaffenheit des Bodens • Gesetzliche Anforderungen an wasserund bodengefährdende Stoffe einhalten Quelle: Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier 42 Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier, Labor für Hochspannungstechnik, Hochstromtechnik und EMV 27.01.2016
