Wechselwirkungen zwischen Temperatur und Wärmeleitfähigkeit

Im Allgemeinen ist die Wärmeleitfähigkeit als Materialkonstante anzusehen. Infolge von starker Erwärmung oder starker Abkühlung kann es jedoch zu Zustandsänderungen der Materialien kommen, die auch deren thermische Eigenschaften beeinflussen. Insbesondere haben i.d.R. Gase im Vergleich zu Flüssigkeiten sehr viel niedrigere Wärmeleitfähigkeiten (siehe z.B. hier: https://www.thermal-engineering.org/what-is-thermal-conductivity-of-water-and-steam-definition/). Derartige Prozesse könnten dazu führen, dass sich auch die thermischen Eigenschaften gasführender Sedimente im Offshore-Bereich sowohl durch natürliche als auch anthropogene Einflüsse ändern. Eine verringerte thermische Leitfähigkeit durch einen erhöhten Gasanteil im Sediment könnte sich dabei als problematisch für die Verlegung von Offshore-Energieseekabeln erweisen. Dieses Projekt wird aus Mitteln des Landes Bremen im Rahmen des Landesprogramms „Förderung der Forschung, Entwicklung und Innovation“ (FEI) der Senatorin für Wirtschaft, Arbeit und Europa der Freien Hansestadt Bremen finanziert.

Wärmeleitfähigkeit und Temperaturdiffusivität

Seit vielen Jahren werden bei FIELAX die thermischen Leitfähigkeiten von Sedimenten aus den Daten spezieller Temperaturmessungen berechnet. Für viele Anwendungen ist aber auch die Diffusivität der Temperatur interessant. Gemeinsam mit der Universität Bremen wurde untersucht, wie man die Berechnung eben dieser ebenfalls, zusätzlich zu der Wärmeleitfähigkeit, aus den Temperaturdaten bewerkstelligen bzw. verbessern könnte. Als ein Ergebis dieses Projektes, welches durch den Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert wurde, entstand eine wissenschaftliche Publikation, die unter https://doi.org/10.1007/s13137-021-00183-1 verfügbar ist.

TRT-Messungen für TenneT zusammen mit Next Geosolutions und Marine Sampling Holland

Seit Dezember 2020 und fortlaufend liefert FIELAX Messungen der Wärmeleitfähigkeit / des Wärmewiderstands für Kabeltrassen für drei Windzonen in der niederländischen Nordsee, die von TenneT angeschlossen werden sollen (offshore-energy.biz/tennet-picks-next-geosolutions-for-route-surveys-fugro-as-backup/). Die meisten Untersuchungen führt FIELAX als Unterauftragnehmer von Next Geosolutions (nextgeosolutions.com) mit unseren Systemen in Kombination mit dem Vibrocorer von Next durch.

Bei geringen Wassertiefen / Wattenmeer / Onshore ist die VibroHeat-Methode nicht durchführbar. Wir freuen uns, dass wir in enger Zusammenarbeit mit Marine Sampling Holland (marinesamplingholland.nl) verschiedene angepasste Einsatzmethoden mit unterschiedlichen geotechnischen Geäten anbieten können. Einige Nearshore- und - bis jetzt - alle Onshore-Tests wurden mit dem PushHeat-System (eine Kombination aus einer Mini-CPT mit einem aufgewickelten biegsamen Sensorstring; das Bild zeigt eine Messung am Strand an einem stürmischen Tag) durchgeführt. Wir gehen davon aus, dass wir 2021 auch die Bohrlochtechnologie für Onshore-Standorte einsetzen werden, bei denen ein hochauflösendes TRT-Profil bis in eine Tiefe von mehr als 10 m erforderlich ist. Um in diese Tiefen zu gelangen, werden mehrere Zyklen von Bohrungen/Sondierungen durchgeführt. Mehr Informationen zu den Methoden und weitere Referenzen finden Sie unter https://www.fielax.de/de/was-ist-waermestrom/.

Modellrechnungen

Basierend auf den Wärmestrom-Messungen bieten wir Ihnen Auswertungen mit verschiedenen Modelltypen an:

  • Das CableRouteModel ist ein vollständiges Modell zum Temperaturfeld in und um submarinen Energiekabeln. Das Modell beinhaltet heterogene thermische Sedimenteigenschaften, Erwärmung und Kühlung durch saisonale Variation der Bodenwassertemperatur sowie die zeitabhängige Verlustleistung des Kabels selbst. Anwendungen sind bspw. die Einhaltung des 2K-Kriteriums oder die Dimensionierung von Unterseekabeln (PDF-Flyer).
  • Das 3D-Temperaturmodell wurde entwickelt, um dreidimensional Temperaturverteilungen in Meeressedimenten oder an Land berechnen zu können. Dabei werden gemessene thermische Eigenschaften des Sediments/Bodens und Annäherungen an die saisonale Temperaturschwankung des Wassers/der Luft verwendet. So können sowohl saisonale Effekte, als auch der Einfluss von Wärmequellen oder -senken (wie Energiekabel oder Erdkollektoren) modelliert werden.

Lesen Sie unsere Broschüre „Prediction of Sediment Temperatures“ (PDF) für weitere Informationen: