Expertise der Geoingenieure wird immer wichtiger
Geothermischer Energie oberflächennah zu gewinnen erfreut sich überdurchschnittlicher Wachstumsraten. Bundesweit sind bereits mehr als 100 000 Erdwärmeanlagen installiert. Geotechniker sind hierfür unverzichtbar. Auf der 31. Baugrundtagung der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik letzte Woche in München standen aber auch Themen wie die Offshore-Gründung von Windkraftanlagen und die Schäden durch Geothermie auf der Tagesordnung.
Seit dem Jahr 2008 unterstützt der Bund Erdwärmeanlagen mit Geldmitteln. So werden sie im Bestand mit bis zu 500 Mio. € bis zum Jahr 2012 zusätzlich gefördert. Dadurch rückt die Tätigkeiten von Geotechnikern immer mehr in das Bewusstsein einer breiteren Öffentlichkeit. Und sei es – wie im badischen Staufen – durch Negativmeldungern.
„Im September 2007 wurden in der Altstadt von Staufen Erdwärmesonden installiert. Bald zeigten sich an den umliegenden Gebäuden erste Risse“, skizzierte Clemens Ruch das Geschehen. Nach Angaben des Leiters des Bereichs Ingenieurgeologie im Landesamtes für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg würde als Ursache Quellungsvorgänge in der Gipskeuper-Bodenschicht angenommen.
Zurzeit laufen in Staufen Abdichtungsarbeiten der Erdwärmesonden. „Die Erkundungsmaßnahmen zeigten, dass artesisch gespanntes Grundwasser in den Bohrungen zum Gipskeuper aufstieg.“ Jetzt soll der Grundwassernachschub in den quellfähigen Gebirgsabschnitt unterbunden werden, um so den Prozess zum Abklingen zu bringen.
Die Geotechniker entwickelten nach eigenen Angaben Technologien, die die Erdwärme-Sondenrohre perforieren, die Ringräume der Sonden verpressen und abdichten. Darüber hinaus wird der Grundwasserspiegel im Geothermiefeld durch eine Dauerpumpmaßnahme mit der zum Brunnen ausgebauten Erkundungsbohrung abgesenkt.
„Seit Wirksamwerden der Abwehrmaßnahmen nimmt die Hebungsgeschwindigkeit kontinuierlich ab“, erklärt Ruch die derzeitige Lage, „wann jedoch der gesamte Hebungsprozess endgültig zum Stillstand kommt, kann noch nicht bewertet werden.“
Doch auf der 31. Baugrundtagung der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik am 4. und 5. November in München war das Thema Staufen nur eines unter vielen aus dem Bereich Spezialtiefbau, Bodenmechanik, Verkehrswegebau, Geothermie und Ingenieurgeologie.
So stellt die ThyssenKrupp GfT Bautechnik in München den Einsatz des Bohrgeräts TKB 205 GT vor, das nach dem Doppelkopf-Bohrverfahren arbeitet (s. Kasten). So wurden beim Bau des Logistikzentrums Hellmann in Osnabrück für den Bau einer Erdwärmeheizung 16 Bohrungen auf eine Tiefe von 65 m bis 102 m niedergebracht. Aufgrund der vorhandenen geologischen Formation aus Kies und Sand wurde die Schutzverrohrung mit einem Durchmesser von 152,4 mm bis zur Endtiefe eingebracht. Insgesamt wurden 1504 Bohrmeter in rd. vier Wochen realisiert.
Mit dem Elektroimpulsverfahren (EIV) stellte Miguel Mothes vom Lehrstuhl für Baumaschinen- und Fördertechnik der Technischen Universität Dresden auf der Baugrundtagung ein neues Bohrverfahren für die Tiefengeothermie vor: „Das EIV nutzt die zerstörende Wirkung energiereicher, elektrischer Entladungen, die im Inneren des zu lösenden Materials erzeugt werden.“
Der Löseprozess werde dadurch grundlegend geändert. Statt der Druckfestigkeit des Gesteins müsse dessen Zugfähigkeit überwunden werden. „Das bedeutet im Mittel eine Reduktion des Lösewiderstandes von 90 %“, erklärte Mothes. Die verwendete elektrische Spannung 300 000 V entlade sich innerhalb einer Zehnmillionstel Sekunde. Im resultierenden Durchschlagskanal steigen Druck und Temperatur schlagartig an, was zum Versagen des Gesteinsgefüges führt. Das EIV-Verfahren war bereits für den Bauma-Innovationspreis 2010 nominiert worden.
Um Grundlagen für die Nutzung regenerativer Energiearten zu schaffen, wurde auf der Baugrundtagung neben der Geothermie auch auf Offshore-Windenergieanlagen eingegangen. „Nach der Errichtung von zahlreichen Gas- und Ölförderanlagen in der Nordsee seit etwa 1965 erfährt die Offshore-Technik einen neuen Höhepunkt“, erläutert Georg Heerten von der Naue GmbH & Co. KG im ostwestfälischen Espelkamp-Fiestel. Ursache sei die Errichtung vieler Windparks mit dem Aufstellen mehrerer Tausend Offshore-Windenergieanlagen und zahlreicher Umspannwerke – weit vor den Küsten in Wassertiefen zwischen 10 m und 60 m.
Offshore-Windenergieanlagen mit 5 MW Leistung, einer Gesamthöhe vom Meeresboden (bei 30 m Wassertiefe) bis zur Rotorspitze von ca. 190 m und ca. 1000 t Gewicht hätten sich zum aktuellen Standard entwickelt – mit dem Trend zu noch größeren Anlagen, so Heerten.
Die Windparkerrichter hätten dabei die Auswahl zwischen verschiedenen Gründungsstrukturen. Diese stünden in Abhängigkeit von Wassertiefe, Bodenverhältnissen und Belastungsgrößen aus Wind, Seegang und Tide im Wettbewerb, um den kostengünstigen Bau, Betrieb und Rückbau der Anlagen zu sichern.
„Die aufwendige Gründung in großen Wassertiefen trägt maßgeblich zu deutlich höheren Anlagenkosten als an Land bei. Es wird erwartet, dass die Gründung bis zu 50 % der Baukosten erreichen kann und damit das Gründungskonzept von großem Einfluss auf die Gesamtkosten eines Windparks werden kann“, sagt Heerten.
Für die in der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) vertretenen Firmen ist die Gewinnung junger Ingenieure eine Überlebensnotwendigkeit. „Wir werden auch weiterhin den Nachwuchs fördern“, so DGGT-Präsident Manfred Nußbaumer, „und das ,Forum für junge Geotechnik-Ingenieure‘ fortführen. Hier bekommen junge Geotechnikingenieure die Gelegenheit, ihre Forschungsergebnisse aus Wissenschaft und Praxis vor Fachpublikum zu präsentieren.“
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