Flüssigböden mit hoher thermischer Leitfähigkeit

Der Ausstieg aus der Atomenergie führte in Deutschland zu einer rasanten Energiewende mit einem Schwerpunkt auf erneuerbaren Energien. Da jedoch der Strom aus erneuerbaren Energiequellen überwiegend an Orten weit ab von den Nutzern produziert wird (z.B. Off-Shore Anlagen), muss er über weite Strecken befördert werden. Die bestehenden Netze sind dafür allerdings noch nicht ausgelegt und so „steht der Strom im Stau“ und kann nicht abtransportiert werden. Aufgrund der geringen öffentlichen Akzeptanz gegenüber Freileitungen soll nach dem Gesetz zum Ausbau von Energieleitungen aus dem Jahr 2009 (EnLAG) die Entwicklung von Erdkabeln z.B. in Pilotprojekten weiter vorangetrieben werden.

 Diese Entwicklung fordert ein entsprechendes Bettungsmaterial für Hoch- und Höchstspannungsleitungen zu entwickeln, welches die hohen Belastungen des Bodens und der Kabel durch Wärmeemissionen sowie durch elektrische und magnetische Felder absorbiert. Ein hoher thermischer Widerstand des Bodens kann zu punktuellen thermischen Schädigungen (Hot-Spots) des Kabels führen. Eine wärmeleitende Bettung ermöglicht, die durch Verluste entstehende Wärme aus dem Leitungsgraben abzuleiten und kann, bei geringeren Leiter- und Bodenerwärmungen, zu Leistungssteigerungen von bis zu 21% führen. Da größere Abstände der Kabel im Boden untereinander aufgrund des größeren Magnetfeldes nicht möglich sind, muss das Bettungsmaterial die Wärmeemissionen aufnehmen und ableiten können. Als Bettungsmaterialien nach dem Stand der Technik werden Magerbetone oder Sand-Kies-Mischungen sowie wärmeleitende Spezialbetone verwendet. Bettungsmaterialien, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, wiederaushubfähig und dauerhaft sind und gleichzeitig auch die Leistung der Stromkabel und Lebensdauer erhöhen, sind aber bis dato noch nicht entwickelt

     Selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (Flüssigböden) nach H ZFSV (FGSV) mit hohen Wärmeleitfähigkeiten, die all diese Eigenschaften vereinen sollen, ummanteln dauerhaft, hohlraum- und spannungsfrei Rohre und Kabel ohne mechanische Verdichtung. Sie kommen im Vergleich zur konventionellen Verfüllung mit wesentlich geringeren Grabenbreiten aus und zeichnen sich durch eine Begehbarkeit nach einem Tag sowie einer vollständigen Belastbarkeit nach maximal einer Woche aus. Durch entsprechende Optimierungen der Gesteinskörnung sowie der Bindemittel können Flüssigböden gezielt auf gegebene Erfordernisse eingestellt werden. Sie sollen in diesem Forschungsvorhaben als thermisch leitendes Bettungsmaterial mit hohen Leitfähigkeiten ausgebildet werden (Abb. 1). Dabei bilden die Leistungssteigerung beim Stromtransport, die Verlängerung der Lebensdauer neben den Aspekten der Nachhaltigkeit entscheidende Faktoren für einen praxistauglichen Verfüllbaustoff.

Abb. 1: Grabenprofil mit skizzierter Wärmeableitung im Verfüllbaustoff