Verlustwärme von Offshore-Gleichstrom-Seekabelsystemen – Entstehung und Übertragung

In Deutschland ist die Wärmefreisetzung von Seekabeln, wie sie beispielsweise zur Netzanbindung von Windparks installiert werden, in das umgebende Sediment gesetzlich begrenzt. Als Vorsorgewert für eine maximale Temperaturerhöhung gilt heute ein Wert von 2 K in einer Meeresbodentiefe von 20 cm in der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) bzw. 30 cm in der 12 Seemeilen-Zone einschließlich dem Wattenmeer. Eine derartige Temperaturerhöhung wird von einer Vielzahl von Einflussgrößen und von Randbedingungen beeinflusst und kann nicht bzw. nur sehr aufwändig messtechnisch erfasst werden. Deshalb ist es das Ziel der folgenden Ausführungen, die Wärmeentstehung und -freisetzung durch Gleichstrom-Stromkabel in das umgebende Sediment unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM) zu simulieren und wesentliche Bestimmungs- bzw. Beeinflussungskriterien auf die potenzielle Temperaturerhöhung zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wärmeentstehung primär durch die durchschnittliche vom Kabel übertragene elektrische Leistung bzw. die ggf. vorhandene thermische Vorbelastung, die Verlegetiefe sowie den Wärmewiderstand des Sediments bestimmt wird. Insgesamt ist aber im Normalbetrieb von Offshore-Windparks bei den heute eingesetzten Seekabelsystemen die Einhaltung des 2 K-Kriteriums sicher möglich; dies gilt näherungsweise auch für außergewöhnliche Wind- bzw. Last-Situationen.