Elektromagnetische Leitfähigkeitskartierung zur Erderauslegung
Die fortlaufende Integration erneuerbarer Energieträger erfordert einen starken Ausbau der Stromnetze in Deutschland. Die dabei notwendigen Erdungsanlagen für Freileitungs- und Umspannanlagen sind aufgrund der benötigten Mengen an Erderwerkstoff (Kupfer oder Edelstahl) und Bodenarbeiten sehr kostenintensiv und belasten zudem die Umwelt. Erdungsanlagen werden stets auf Basis von Messungen der elektrischen Bodenleitfähigkeit dimensioniert, bei denen bislang metallische Elektroden galvanisch angekoppelt - also in die Erdoberfläche geschlagen - werden. Vor allem bei steinigen Böden ist dies mit einem hohen Aufwand verbunden und führt zu großen Übergangswiderständen zum Gestein, welche oftmals nur durch sehr hohe Messspannungen überwunden werden können.
In der Folge reduziert sich einerseits die Genauigkeit der Messergebnisse, andererseits steigt der Aufwand zur Gewährleistung des Arbeitsschutzes aufgrund der hohen Spannungen. Bei guter Ankopplung zum Erdreich bieten galvanisch angekoppelte Messverfahren zwar eine hinreichende Genauigkeit, liefern aber aufgrund der durch das Messprinzip eingeschränkten Eindringtiefe lediglich ein stark vereinfachtes Abbild der oberen Bodenleitfähigkeit. Da durch den stattfindenen Klimawandel von einem stetigen Austrocknen der Böden ausgegangen wird, ist auch mit einer Abnahme der mittleren Bodenleitfähigkeiten zu rechnen. Dies erfordert, dass auch tiefere Bereiche des Untergrunds bei der Auslegung der Erdungsanlagen berücksichtigt werden müssen.
Aufgrund der genannten Limitierungen und Unsicherheiten der bisher verwendeten Messverfahren werden Erdungsanlagen häufig überdimensioniert. Um dies zu vermeiden, soll ein neuartiges System zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit im Boden durch elektromagnetische Kartierungsverfahren entwickelt werden. Durch die Ankopplung mittels elektromagnetischer Wellen entfällt an den Messpunkten das Einbringen von Elektroden in den Boden, was insbesondere bei steinigen oder bebauten Böden von Vorteil ist. Zudem sinkt der Zeitbedarf einer Einzelmessung, was eine Kartierung größerer Flächen bei gleichbleibendem Aufwand ermöglicht. Ferner gewährleistet das elektromagnetische Verfahren, prinzipbedingt, eine Leitfähigkeitskartierung bis in größere Tiefen als mit den bisherigen, galvanisch angekoppelten, Verfahren.
Das Ziel des Projektes ist es, einen Demonstrator aufzubauen, mit dem die Bodenleitfähigkeit genauer, hochauflösender und bis in größere Tiefen als bei den bislang angewandten Verfahren bestimmt werden kann. Dadurch lassen sich Erdungsanlagen präziser und zielgerichteter auslegen und deren Materialaufwand sowie die Eingriffe in die Umwelt (wie z. B. die Flächenversiegelungen) minimieren.
Koordination: TU Bergakademie Freiberg, Institut für Geophysik & Geoinformatik, Prof. Dr. Thomas Günther, PD Dr. Jana Börner, Dr. Mathias Scheunert, Sascha Weit
Konsortium: TU Dresden, Professur für Elektroenergieversorgung, Prof. Dr. Jan Mayer, Prof. Dr. Peter Schegner, Christian Jäschke, Jan Keller
Assoziierte Partner: DNV Energy Systems Germany GmbH, Dr. Fabian Ossevorth
