title: Modellierung des gekoppelten thermischen und hydraulischen Verhaltens von ZFSV-Bettungen bei erdverlegten Höchstspannungsleitungen
title: Berechnung der thermo-hydraulischen Wechselwirkungen in Plaxis 2D anhand der Messergebnisse des DC CTL DBI Projekts
titleType: Subtitle
Creators: name: Zrenner, Louis
Publisher: name: (:unav)
Year: 2021

description: Durch die dezentrale Energiegewinnung, welche aus dem Fokus auf regenerative Stromerzeugung resultiert, ist ein Ausbau des Übertragungsnetzes alternativlos – auch mit Hinblick auf den steigenden Strombedarf in den kommenden Jahrzehnten. Der Ausbau ist bereits beschlossene Sache, schreitet aber schleppend voran. Die Gründe hierfür sind jedoch nicht etwa Verzögerungen in der Bauausführung, sondern vor allem die Ablehnung innerhalb der Bevölkerung gegenüber dem Neubau von Stromtrassen. Jahrelange Planungs- und Genehmigungsphasen sowie regelmäßige Änderungen der Trassenverläufe sind die Folge. Die Bürgerbewegungen gegen den Netzausbau sind meist mit auf dem Einfluss auf das Landschaftsbild, der Strahlungsbelastung oder Lärmbelästigung begründet. Eine Erdverlegung würde hinsichtlich dieser Probleme (trotz kurzfristiger Mehrbelastung während der Bauphase) eine Alternative darstellen, weist jedoch baubedingte Problematiken wie den Abtransport der Verlustwärme auf. Bei einer klassischen Sandbettung hängt die Wärmeleitfähigkeit maßgeblich vom Wassergehalt des Sandes ab, welcher je nach Witterungslage und geologischen Gegebenheiten sehr stark schwankt. Als Folge muss die Trasse für den ungünstigsten Fall und damit unwirtschaftlich bemessen werden. Im Rahmen des Forschungsprojekts „DC-CTL DBI“ wurde eine gasisolierte HGÜ-Leitung (GIL) erdverlegt und einem Langzeitversuch unterzogen. Anstelle einer Sandbettung wurde jedoch ein zeitweise fließfähiger, selbstverdichtender Verfüllbaustoff (ZFSV) verwendet. Für den Einsatz als thermische Bettung bietet ein ZFSV mehrere Eigenschaften, welche eine klassische Sandbettung nicht bietet. So ist mit Hinblick auf die verschweißte Aluminium-Hülle der GIL kein Verdichtungsaufwand nötig, welcher bei aktueller Bauform zweifelsfrei in Schäden resultieren würde. Darüber hinaus weisen Flüssigböden durch den Bentonit-Gehalt eine höhere adsorbierende Oberfläche auf, wodurch der Anteil des Haftwassers im Boden zunimmt und die Wärmeleitfähigkeit der Bettung in ihrer Konstanz positiv beeinflusst wird. Im Zuge dieser Arbeit wurden die thermischen und hydraulischen Transportprozesse um die GIL mittels FEM in Plaxis2D untersucht und transient über den gesamten Messzeitraum (18 Monate) berechnet. Hierfür wurden die Materialparameter durch labortechnische Versuche ermittelt und die Messergebnisse einer verbauten Wetterstation als Randbedingungen (Niederschlag, Temperatur, Evapotranspiration) aufgebracht. Die Ergebnisse aus Plaxis2D wurden abschließend mit der im Feldversuch verbauten Sensorik verglichen. Es zeigte sich, dass sowohl die Boden- als auch die Leitertemperaturen nur um wenige Grad von den Messwerten der Sensorik abweichen. Anders als bei den etablierten analytischen Bemessungsrechnungen, welche stets auf Vereinfachungen basieren, können auch Effekte wie konvektiver Wärmetransport oder Austrocknung bei gleichzeitig höherer Genauigkeit der Ergebnisse untersucht werden. Um den Rechenaufwand gering zu halten, wurden lediglich die thermischen und hydraulischen Entwicklungen und Einflüsse des Bodens berücksichtigt. Es ist aber durchaus möglich, Verformungen und Kräfte in die Berechnung zu integrieren und so ein ganzheitliches Berechnungsmodell zu erstellen.