Fachbeiträge der bbr-Ausgabe 12-2022

Startnetz für Ostdeutschland: Herzstück für den schnellen Markthochlauf der grünen Wasserstoff-Wirtschaft

2021 hat Deutschland seine angestrebten Klimaziele erneut verfehlt. Allein die Sektoren Verkehr (148 Mio. t CO₂) und Wärme (115 Mio. t CO₂) überzogen ihr CO₂-Budget um drei bzw. zwei Millionen Tonnen. Der russische Angriffskrieg gegen die Ukraine hat auch drastische Folgen für die Energieversorgung in ganz Europa. Damit verbunden sind zusätzliche Herausforderungen für die Energiewende. So führen besonders die hohen Gaspreise zum verstärkten Einsatz von Kohle und Öl bei der Stromerzeugung und in der Industrie. Agora Energiewende schätzt, dass dadurch 2022 zusätzlich etwa 20 bis 30 Mio. Tonnen CO₂ ausgestoßen werden.

Autor: Uwe Ringel (ONTRAS Gastransport GmbH)

Thermodynamische Untersuchung des Einsatzpotenzials aktiv gekühlter Erdkabel

Die Neustrukturierung der Energieinfrastruktur in Deutschland erfordert einen umfassenden Netzausbau, der alle Beteiligten vor große Herausforderungen stellt. Gleichzeitig entsteht auch der Raum für die Entwicklung innovativer neuer Techniken. Eine Neuentwicklung in der Kabelverlegetechnik ermöglicht lange Trassen und eine aktive Kühlung des Kabels, wodurch ultraschmale Trassen realisierbar sind. Diese Technik wird im Hinblick auf das thermische Verhalten bei zeitlichen Schwankungen der Netzbelastung untersucht, um das Einsatzpotenzial aktiv gekühlter Erdkabel beim Netzausbau abzuschätzen.

Autoren: Sebastian Wendt, Conrad Zimmermann, Prof. Dr. Stephan Kabelac (Leibniz Universität Hannover)

Herausforderungen bei Planung und Bau der großdimensionierten Fernwasserleitung zwischen Güsten und Halle (Saale)

Die Fernwasser Elbaue-Ostharz (FEO) ist einer der großen deutschen Wasserversorger und beliefert als Vorversorger Stadtwerke, Zweckverbände und industrielle Direktabnehmer in Sachsen-Anhalt, Sachsen und Thüringen mit Trinkwasser. In einer Region von ca. 9.000 km² erhalten rund 2,5 Mio. Menschen täglich Fernwasser. Pro Jahr stellt das Unternehmen mehr als 80 Mio. m³ Trinkwasser aus dem Oberflächenwasser des Rappbode-Talsperrensystems im Harz, dem Uferfiltratwasser der Elbe und dem Grundwasser der Dübener und Dahlener Heide bereit. In den Wasserwerken Wienrode (bei Blankenburg im Harz), Torgau-Ost und Mockritz in der Elbaue können bis zu 340.000 m³ Trinkwasser am Tag aufbereitet werden, die über das rund 800 km lange Leitungsnetz im mitteldeutschen Raum verteilt werden.

Autoren: Michael Haupt, Jan Kunau (Fernwasserversorgung Elbaue-Ostharz GmbH), Dirk Jerzykowski (Hoffmann.Seifert.Partner architekten ingenieure), Kathrin Brinschwitz (Fugro Germany Land GmbH)

Nachhaltigkeit moderner Betonprodukte für die Abwasserinfrastruktur

Bauprojekte müssen heute zwingend unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien geplant und ausgeführt werden. Diese im eigentlichen Sinne selbstverständliche Forderung ist mit der Richtlinie 2014/24/EU des europäischen Parlamentes und Rates für öffentliche Bauprojekte verbindlich zu beachten. In Deutschland wird auf nationaler Ebene die Richtlinie in § 16d EU der VOB/A-EU umgesetzt. Gemäß dieser sollen die Kosten der Emission von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen erfasst werden. Auch die Kommunen erkennen das Klima zunehmend als wichtigstes Handlungsfeld, wie eine aktuelle Umfrage des Difu (Deutsches Institut für Urbanistik) zeigt. Gerade auf dem Gebiet des Neubaus und der Erneuerung von Abwasserkanalsystemen stehen zahlreiche Alternativen für die Bauausführung zur Verfügung.

Autoren: Prof. Dr. Karsten Körkemeyer, Kristina Heim, Daniel Walter (Technische Universität Kaiserslautern)

Sanierung von Löschwasserleitungen mit grabenlosen Verfahren

Löschwasserleitungen zählen zur kritischen Infrastruktur in Industriekomplexen wie Chemiewerken, Raffinerien oder Flughäfen, da sie höchst sicherheitsbezogen sind. Korrosion und Rohrschäden beeinträchtigen in alternden Betriebsstätten allerdings oft den reibungslosen Betrieb dieser Leitungen. Ausfälle können katastrophale Folgen haben – deshalb ist die Instandhaltung dieser Anlagen unverzichtbar.

Autoren: Andreas Gross (Michael Senbert, Rädlinger primus line GmbH)

Sensorgestützte mineralogisch-chemische und optische Bohrkerndokumentation und -analyse

Die Auffindung und Exploration von Lagerstätten verlagert sich weltweit zunehmend in abgelegenere Regionen und größere Tiefen. Dadurch bedingt steigen die Explorationskosten und damit auch das wirtschaftliche Risiko einer Fehlinvestition. Aktuelle Megatrends für den Explorations- und Bergbausektor deuten auf eine steigende Nachfrage nach Automatisierung, Digitalisierung und maschinellem Lernen hin. Ziel dabei ist es, interdisziplinäre Abläufe zeitlich und qualitativ zu optimieren, indem vernetzte und konsistente Daten in Echtzeit zuverlässige Voraussagen zur Entscheidungsfindung beitragen.

Autoren: Carlos Garcia Pina, Christian Kaminski, Dr. Boris Dombrowski (DMT GmbH & Co. KG)

Geothermisch aktivierte Bodenmischwände als dauerhafte Bestandteile eines nachhaltigen Energiesystems

Zur Nutzung von Geothermie lassen sich unterschiedliche Gründungselemente geothermisch aktivieren, indem sie mit Erdwärmesonden bestückt werden. Das Prinzip: Mithilfe von Sonnenkollektoren, etwa auf Gebäudedächern, wird in den Sommermonaten Energie gewonnen und über verbaute Erdwärmesonden in den Boden abgegeben und gespeichert. Im Winter wird diese Energie dem Boden wieder entzogen und beispielsweise zum Heizen von Gebäuden verwendet. Geotechnischen Gründungselementen, die temporär als statisches Tragwerk genutzt werden, kommt so eine erweiterte Rolle zu und sie können ein dauerhafter Bestandteil eines schlüssigen Systems erneuerbarer Energien werden.

Autoren: Stefan Jäger, Dr. Hursit Ibuk, Dr. Karsten Beckhaus (BAUER Spezialtiefbau GmbH)

Sanierung von Brunnen – warum es keine gute Idee ist, Altbrunnen zu Grundwassermessstellen zurückzubauen

Immer wieder werden auch heute noch aus Gründen der Kostenersparnis und mit dem Gedanken, eine zusätzliche Grundwassermessmöglichkeit zu schaffen, Messstelleneinschübe in rückzubauende Brunnen eingebaut. Beim Rückbau eines Brunnens zur Grundwassermessstelle muss aber zuvor zwingend geklärt werden, ob diese Messeinrichtung ohne weiteres in einen Rückbaubrunnen eingebaut werden kann, ohne dass dessen Schaden – z. B. an der Ringraumabdichtung und Verrohrung – einen qualitativen und hydraulischen Effekt auf benachbarte Brunnen hat. Wird dies nicht ausreichend genau aufgeklärt, können durch diese „Messstellen“ in den weiter genutzten benachbarten Neubauten mikrobiologische Inkrustation oder Verschleimungen ausgelöst werden. Die beim Rückbau eines Brunnens zur Grundwassermessstelle nicht erkannten Kurzschlussströmungen können massive Betriebsstörungen erzeugen und es kann ein erhöhter Regenerierbedarf entstehen, sodass die zu einer solchen „Messstelle“ benachbarten Brunnen aufwändig saniert werden müssen.

Autor: Prof. Dr. Christoph Treskatis (Bieske und Partner Beratende Ingenieure GmbH)

Fachgerechter Neubau von Grundwasserbeschaffenheitsmessstellen für das Thüringer Grundwassermessnetz

Grundwasser ist als Ressource für unser wichtigstes Lebensmittel Trinkwasser unter besonderen Schutz gestellt. Zur Beurteilung von landwirtschaftlichen Einträgen in das Grundwasser ist ein funktionierendes Messstellennetz von entscheidender Bedeutung. Beim Neubau von Messstellen sind daher eine fundierte Planung und eine fachgerechte Ausführung wichtige Voraussetzung. In Thüringen wurden im Jahr 2022 mehrere Grundwasserbeschaffenheitsmessstellen (GWBM) mit dieser Maßgabe neu gebaut.

Autoren: Dr. Dierk Wagenschein (Celler Brunnenbau GmbH), René Bierwirth (HGN Beratungsgesellschaft mbH), Steffen Giese, Eilyn Becher (Thüringer Landesamt für Umwelt, Bergbau und Naturschutz)

GeoLaB – das geowissenschaftliche Zukunftsprojekt für Deutschland

Um die globale Erderwärmung mit ihren Folgen auf Natur, Wirtschaft und Gesellschaft zu begrenzen, ist die Weltgemeinschaft mit der dringenden Notwendigkeit konfrontiert, den Übergang zu einem global nachhaltigen Energiesystem zu bewältigen. Der jüngste Beitrag zum sechsten Sachstandsbericht des Weltklimarats IPCC fordert die sofortige Umsetzung von Minderungsmaßnahmen. Die aktuelle geopolitische Lage macht einen raschen Transformationsprozess des Energiesystems noch dringlicher. Momentan werden nur knapp 20 % der Wärmeenergie in Deutschland aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt. Die Geothermie hat ein großes Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Deckung des enormen Bedarfs an erneuerbar erzeugter Elektrizität und vor allem Wärmeenergie zu leisten.

Autoren: Dr. Judith Bremer (KIT – Karlsruher Institut für Technologie) et al.

Druckverlustoptimierte Erdwärmesonden als Schlüsseltechnologie für Wohnkomfort ohne Strom- und Heizkosten

Mittels eines effizienten Gesamtenergiekonzepts ist im schweizerischen Urdorf (Kanton Zürich) eine CO₂-neutrale Wohnüberbauung realisiert worden. Das Leuchtturmprojekt „Bauen 2050“ generiert keine Betriebskosten, weder fürs Heizen, fürs Kühlen noch für den Strom. Um das zu erreichen, wurde für eine Wohnfläche von 3.547 m² ein neuartiges Erdwärmesonden-Layout entwickelt, um Geothermie bis auf 250 m Tiefe möglichst effizient zu nutzen. Zum Einsatz kamen leistungsfähige Erdwärmesonden.

Autor: Benjamin Pernter (Jansen AG)

Neue Pumpen für die kanadische Lake Huron Pumpstation

Seit etwa 50 Jahren versorgt die Aufbereitungsanlage „Lake Huron Water Supply System“ im kanadischen Grand Bend, einem Stadtteil von Lambton Shores, acht Gemeinden des Großraumes Londons im Südwesten Ontarios mit Trinkwasser. Die Anlage hat eine Aufbereitungskapazität von 340 Mio. Litern pro Tag und versorgt die rund 420.000 Einwohner der acht Gemeinden, darunter 80 % der Stadt London.

Autor: Bryan Orchard (KSB SE & Co. KGaA)

Daten aus dem Wasserleitungsnetz gewinnen und bewerten

Die Digitalisierung der erdverlegten Wasserleitungsnetze birgt Chancen und Gefahren für die kommunalen Netzbetreiber gleichermaßen. Über die Digitalisierung dieser Leitungsnetze werden Daten generiert, deren Nutzung zu Effektivitätssteigerungen führt. Deren Erhebung wird zunehmend wichtiger und ihr Wert steigt stetig, auch weil sich die Möglichkeiten ihrer Auswertung und Interpretation mit enormer Geschwindigkeit entwickeln. Wie und warum sich ein kleines mittelständisches Unternehmen (KMU) mit diesem Thema beschäftigt, welches bisher ausschließlich im Bereich der Metall- und Kunststoffbe- und -verarbeitung tätig ist und warum es in Brandenburg in diesem Jahr mit dem Innovationspreis des Clusters Metall ausgezeichnet wurde, wird nachfolgend aufgezeigt.

Autor: Thomas Ebert (Schönborner Armaturen GmbH)