Heikle Strippen

Es herrscht Unruhe am Teutoburger Wald. Seit der Dortmunder Netzbetreiber Amprion seine Pläne für eine 380-Kilovolt-Hochspannungsleitung bekanntgegeben hat, die quer durch die Region verlaufen soll, gehen viele Menschen dort auf die Barrikaden. Zwar will das Tochterunternehmen des Essener Energiekonzerns RWE die neue Stromverbindung weitgehend entlang einer bereits bestehenden 220-Kilovolt-Leitung errichten, deren Anlagen dazu abgebaut werden sollen. Doch die neuen Masten werden wegen der höheren Übertragungsleistung und daher größerer Sicherheitsabstände deutlich höher sein als die alten.

In den Ortschaften entlang der Trasse zwischen Osnabrück und Gütersloh haben sich etliche Aktionsgemeinschaften zusammengeschlossen, die sich gegen den Ausbau wehren. Ihre Argumente und Forderungen lassen sich etwa auf der Facebook-Seite der Bürgerinitiative „Keine 380 kV-Freileitung am Teuto” nachlesen. Ganz oben steht die Angst vor einer Gesundheitsgefährdung durch den vermeintlichen Elektrosmog, zumal die Leitungen teils nur 200 Meter entfernt an Wohnhäusern vorbeiführen sollen. Zudem befürchten die Menschen den Verlust landwirtschaftlicher Flächen, sorgen sich um den sinkenden Wert von Häusern und Grundstücken und beklagen die Verschandelung der Landschaft durch Masten und Leitungsseile.

Fast überall, wo ein Ausbau der Netze geplant ist, regt sich Widerstand. Und fast überall werden Erdkabel als gesundheitlich weitgehend unbedenkliche und ökologisch verträglichere Alternative vorgeschlagen. Warum nicht einfach die ungeliebten hässlichen Leitungen unsichtbar im Untergrund verschwinden lassen? Auftrieb erhalten Forderungen nach einer Erdverkabelung durch Äußerungen von Energieminister Sigmar Gabriel. Er kündigte Ende Juli an, bei einer geplanten neuen Stromtrasse zwischen Sachsen-Anhalt und Bayern auch Abschnitte mit Erdkabeln zuzulassen.

Tatsächlich erscheinen unterirdische Kabel gegenüber Freileitungen zunächst attraktiv, räumt Wolfgang Glaunsinger ein, Geschäftsführer der Energietechnischen Gesellschaft (ETG) im Verband der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik (VDE) in Frankfurt am Main: „Um ein solches Kabel gibt es kein elektrisches Feld.” Dafür sorgt eine wirkungsvolle Abschirmung, die das stromführende Kupferkabel umhüllt. „Dagegen ist auch ein Erdkabel – nicht anders als eine Freileitung – von einem Magnetfeld umgeben, das über dem Kabel deutlich höher ist, aber mit zunehmender seitlicher Entfernung rasch schwächer wird.”

Auch das Landschaftsbild beeinträchtigt eine unterirdisch verlaufende Leitung deutlich weniger als eine auffällige Freileitung – obwohl der Verlauf eines Erdkabels oberirdisch deutlich zu erkennen ist: „Auf einer Kabeltrasse, die durch einen Wald führt, dürfen keine Bäume und größeren Sträucher mehr wachsen”, sagt Glaunsinger. „Deren kräftige und tiefe Wurzeln könnten das Kabel im Boden beschädigen und außerdem zu einem Wärmestau führen” – das ist eine mögliche Ursache für Schäden.

Abwärme kriecht durchs Erdreich

Dass Wärme in einer elektrischen Leitung entsteht, lässt sich nicht vermeiden. Dafür sorgt der physikalische Widerstand im Inneren des Leitermaterials. Doch während die Wärme bei einer Freileitung durch die umgebende Luft rasch abgeführt wird, kann sie im Erdreich nur langsam entweichen. Das limitiert die maximale Übertragungskapazität eines Erdkabels. Damit die Leitung verlegt werden kann und funktioniert, ist ein enormer technischer Aufwand erforderlich. Das fängt beim Transport des Kabels vom Hersteller auf die Baustelle an: Dazu wird der mehrere Zentimeter dicke isolierte Kupferstrang auf eine Kabeltrommel gewickelt. Damit die sich mit einem Lkw über die Zufahrtswege befördern lässt, darf sie maximal etwa 40 Tonnen wiegen. „Das begrenzt die Länge des Kabels pro Trommel auf knapp 1000 Meter”, sagt der Energietechniker. Soll die gesamte Kabelstrecke länger sein, müssen Teilstücke aneinandergefügt und durch Muffen miteinander verbunden werden – komplexe Vorrichtungen, die einen sauberen, störungs- und verlustarmen Übergang des elektrischen Stroms zwischen den Kabelabschnitten sicherstellen. Um an sie heranzukommen, steht nach dem Verlegen über jeder Muffe also alle 1000 Meter ein aufwendiges Muffenbauwerk.

Größere Übergangsanlagen sind überall dort erforderlich, wo ein Erdkabel in den Untergrund geführt wird – an den Nahtstellen zwischen Freileitungen und unterirdischen Leitungsetappen. Sogenannte Kabelendverschlüsse verbinden dort die beiden Arten von Leitungen miteinander. Die Verschlüsse sind technisch anspruchsvoll und benötigen viel Platz – zumal sie mit zusätzlichen Einrichtungen wie Überspannungsableiter, Mess- und Schutzinstallationen sowie Trennschaltern versehen sein müssen, um den Stromfluss durch das Kabel bei Betriebsstörungen oder für Reparaturen oder Wartungsarbeiten unterbrechen zu können.

Dazu kommt: Hochspannungsfreileitungen sind oft doppelt ausgeführt. Zwei parallele Systeme erhöhen die Übertragungsleistung und gewährleisten, dass beim Ausfall eines der beiden Leitungsstränge der Strom nicht komplett gekappt wird. Bei gleicher Übertragungskapazität werden mehrere parallele Kabelanlagen benötigt, durch die Drehstrom fließt. Jedes Drehstrom-Kabelsystem besteht wiederum aus drei Einzelkabeln – und jedes braucht seine eigene Übergangseinrichtung. Daher kann der Verknüpfungs-„Punkt” von Freileitung und Erdkabel leicht die Fläche eines Fußballfelds einnehmen und die Breite der Kabeltrasse 30 bis 40 Meter betragen. Und: „Weil in den bisher gebräuchlichen Hochspannungsleitungen Wechselstrom fließt, benötigen Erdkabel sogenannte Blindleistung, um das Spannungsniveau einzuhalten”, erklärt Glaunsinger: Durch physikalische Effekte im Isolationsmaterial entsteht ein Blindleistungstrom, der den nutzbaren Anteil der übertragenen Leistung reduziert. Dabei gilt: Je länger das Kabel, desto höher der Blindleistungsbedarf. Um ihn auszugleichen, sind in regelmäßigen Abständen Kompensationseinrichtungen nötig.

Alle diese zusätzlichen Installationen machen unterirdische Leitungen störanfällig. „Im Kabel selbst tritt nur selten ein Fehler auf, etwa durch eine mechanische Beschädigung oder lokale thermische Überlastung. Doch die anderen Komponenten wie die Kabelmuffen können kaputtgehen oder verschleißen – und müssen dann ausgetauscht werden”, sagt der Frankfurter Fachmann. Das ist aufwendig und langwierig: „Die Reparatur einer defekten Erdkabelverbindung kann mehrere Tage dauern.” Eine Freileitung dagegen ist in wenigen Stunden repariert. Schlägt ein Blitz in sie ein, schaltet sie durch Schutzeinrichtungen kurzzeitig ab, aber regeneriert sich dann von selbst.

Wegen dieser Nachteile werden Erdkabel – obwohl sie technisch ausgereift sind – im Hochspannungsbereich bisher kaum eingesetzt. In Deutschland gibt es nur in Berlin ein gut sechs Kilometer langes Stück einer 380-Kilovolt-Leitung, das unterirdisch in einem Tunnel verläuft. Im Nieder- und Mittelspannungsbereich bis 75 Kilovolt, bei dem der Strom an die Verbraucher in Haushalten sowie Handel und Gewerbe verteilt wird, ist das Vergraben der Leitungen dagegen Standard. „In Städten, wo kaum Platz wäre für Freileitungen, werden Stromverbindungen fast nur noch in der Erde verlegt”, bestätigt Glaunsinger. An Flughäfen, wo Strommasten ein Sicherheitsrisiko für startende oder landende Maschinen wären, verlaufen Stromleitungen stets unter der Erde.

Bis zu zehn Mal so teuer

Ob das künftig auch bei langen Hochspannungsstrecken so sein wird, ist – trotz aller Bürgerproteste – ungewiss. Denn da schlagen auch die hohen Kosten von Erdkabelverbindungen zu Buche: Je nachdem, ob die Kabel in schwerem Ackerboden, luftigem Sand oder felsigem Untergrund vergraben werden müssen und ob Kreuzungen mit Straßen oder Flüssen zu überwinden sind, liegen die Baukosten beim 4- bis 10-Fachen einer Freileitung mit gleicher Übertragungsleistung. Dabei sind für eine 380-Kilovolt-Freileitung Investitionskosten von etwa einer Million Euro pro Kilometer erforderlich. Hinzu kommt, dass Erdkabel eine kürzere Lebensdauer haben. „Bei Freileitungen geht man davon aus, dass sie ohne Wartung und Reparaturen mindestens 80 Jahre halten”, sagt Glaunsinger. „Erdkabel müssen wohl schon nach rund 40 Jahren ausgetauscht werden.” Der Grund dafür ist der Isolationsverschleiß durch Wärme.

Immerhin hat sich die Bundesregierung beim anstehenden Ausbau der Übertragungsnetze in Deutschland einige Pilotprojekte per Gesetz absegnen lassen: Vier Abschnitte einer neuen Hochspannungsleitung, die von Nord nach Süd durch die Republik führen soll, sind als Erdkabel geplant. Die Leitung ist eine von drei geplanten Stromautobahnen, die vor allem riesige Mengen an Windstrom von den Küsten und aus Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee zu den Ballungs- und Industrieregionen an Rhein, Main, Neckar, Donau und Isar bringen sollen.

Der Clou daran: Diese Verbindungen sind als Leitungen für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) konzipiert. Damit lassen sich besonders große Strommengen mit geringen Verlusten über enorme Distanzen befördern. Und: Weil kein Wechselstrom fließt, ist es bei HGÜ-Leitungen nicht nötig, Blindleistung in isolierten Kabeln zu kompensieren. Das vereinfacht die Nutzung von Erdkabeln.

Vielleicht bekommt die Erdverlegung bald Rückenwind durch eine Technologie, die Forscher und Ingenieure bei Siemens in Erlangen weiterentwickeln: gasisolierte Leitungen (GIL). „Bei ihnen wird ein Aluminiumleiter innerhalb eines Rohres geführt, das mit einem hoch isolierenden Gas gefüllt ist”, erklärt Produktmanager Denis Imamovic. „Durch den Einsatz eines gasförmigen Isolierstoffs werden die Eigenschaften einer GIL mit denen einer Freileitung vergleichbar.”

Es ist, als ob die Freileitung mitsamt einer Portion umgebender Luft in eine Röhre gepackt worden wäre. Jedoch verwenden die Ingenieure statt Luft ein Gemisch aus Stickstoff und Schwefelhexafluorid, das eine deutlich besser isolierende Wirkung hat. „Dadurch lassen sich auch in einer etwa einen halben Meter dicken Röhre sehr große elektrische Leistungen mit Höchstspannung übertragen, ohne dass es zu einem elektrischen Überschlag kommen kann”, sagt Imamovic. Eine Hochspannung bis 550 Kilovolt sei möglich – 150 Kilovolt mehr als bei Freileitungen in Deutschland.

Kein Sicherheitsabstand notwendig

Gegenüber einem normalen Erdkabel kann eine solche Leitung mit noch mehr Pluspunkten trumpfen: Wärmeverluste spielen wegen des dicken Leiters in ihrem Kern fast keine Rolle – und elektromagnetische Felder sind im Gegensatz zu Freileitungen und klassischen Erdkabeln so gut wie nicht vorhanden. Daher lassen sich GIL bedenkenlos selbst in sensiblen Bereichen einsetzen: in unmittelbarer Nähe von Wohnungen oder direkt neben empfindlichen elektronischen Einrichtungen. Und da sich die Hüllrohre einfach miteinander verschweißen lassen, können im Prinzip beliebig lange Leitungen ohne Verbindungsmuffen hergestellt werden.

Der Pferdefuß: Die GIL-Technik ist noch relativ teuer. Sie kostet im Schnitt rund acht Mal so viel wie eine Freileitung gleicher Übertragungskapazität und damit etwa so viel wie eine Doppelerdkabel-Anlage gleicher Leistung. Außerdem ist Schwefelhexafluorid eines der stärksten Treibhausgase, weit stärker als Kohlendioxid. Zwar betont Imamovic, dass ein Entweichen des Gases im Betrieb der Leitung unmöglich ist: „Die Anlagen sind auf Lebenszeit dicht.” Doch bei einer Beschädigung, etwa durch einen unachtsamen Baggerbiss, könnte es zum Problem werden.

Deshalb kommt die GIL-Technologie bislang fast nur in begehbaren Tunneln oder bei Spezialanwendungen zum Einsatz, wo es keine sinnvollen Alternativen gibt – etwa, um Strom aus den Turbinen großer Wasserkraftwerke abzuleiten. Die erste und bisher einzige, rund einen Kilometer lange kommerzielle Strecke für GIL in einem normalen Stromnetz hat Siemens 2010 in Kelsterbach bei Frankfurt am Main verlegt. Dort musste eine Hochspannungsleitung wegen einer neuen Landebahn in den Untergrund weichen.

Die Siemens-Ingenieure arbeiten an Lösungen der Probleme. So soll bald ein Ersatzgas ohne Treibhauswirkung das Schwefelhexafluorid ersetzen. Auch bei den Kosten ist Imamovic optimistisch: Sie könnten durch weitere Automatisierung bei Bau und Verlegen der Leitungen sinken. Und: Beim Einsatz in HGÜ-Verbindungen sei die GIL-Technologie sogar kostengünstiger als Erdkabel. Der Grund: die hohen Stromstärken, die mit GIL möglich sind. „Wo zum Übertragen großer Strommengen zwei oder drei Erdkabel parallel verlegt werden müssen, genügt eine einzige gasisolierte Leitung”, sagt Imamovic. Zwar gibt es bislang weltweit noch keine gasisolierte Leitung für Gleichstrom. „Doch wir sind dabei, die erste solche GIL zu entwickeln”, verrät Imamovic. Derzeit laufen noch Experimente. „In wenigen Jahren wird sie praxisreif sein.”

ETG-Geschäftsführer Glaunsinger hält gasisolierte Leitungen für eine Technologie mit enormem Potenzial. Ihr breiter Einsatz in den Stromnetzen ist aber noch Zukunftsmusik. Und klar ist: Für die umstrittene neue Hochspannungstrasse durch den Teutoburger Wald kommt sie zu spät. •

RALF BUTSCHER blickt daheim auf einen Waldhügel, vor dem eine Stromleitung verläuft. Schön ist diese Aussicht nicht.

von Ralf Butscher