Nutzung geothermischer Energie aus Grubenwasser Betrachtung der Situation des Steinkohlebergbaus im Ruhrgebiet Begrüßung; Vorstellung; 12-15 Minuten;

Inhalt Grundlagen - Was ist Grubenwasser? Wasserhaltung - Warum wird es für immer zu Tage gepumpt? Geothermische Nutzung - Welches Potenzial bietet das Ruhrgebiet? Realisierung - Welche Umsetzungsanstrengungen gibt es? Ich möchte den Inhalt des Vortrags anhand von 4 zentralen Fragenstellungen erschließen

Grundlagen Was ist Grubenwasser? Quelle: [EnEff1] Der Titel des Vortrags lautet: So stellt sich als erstes die Frage, was Grubenwasser eigentlich ist.

Grubenwasser Wasser, das in den unterirdischen Hohlräumen des Bergwerks anfällt Hauptsächlich Sickerwasser von der Oberfläche Aber auch Porenwasser umliegender Schichten Thermische Energie entsprechend der geothermischen Tiefenstufe (20°C bis 30°C) Ist stark mineralisiert und oft sauer Grubenwasser fällt in unterirdischen Hohlräumen eines Bergwerks an. Zum einen ist es Regenwasser, das durch die oberhalb liegenden Gesteinsschichten hindurchsickert Zum anderen ist es sogenanntes Porenwasser, das frei wird, wenn Gestein ausgehöhlt wird. Grubenwasser ist warm. Seine Temperatur entspricht der des umliegenden Materials und beträgt ungefähr 20 bis 30°C Auf dem Weg durch das Erdreich, reichern sich im Grubenwasser Mineralien an und häufig ist es auch sauer

Wasserhaltung Warum wird es für immer zu Tage gepumpt? Quelle: [Bochum] Wasserhaltung Warum wird Grubenwasser für immer zu Tage gefördert? Zur Beantwortung dieser Frage schauen wir uns die verschiedenen Formen der Wasserhaltung genauer an.

Wasserhaltung Aktiver Bergbau im betreffenden Stollen Grubengebäude wird von Grubenwasser freigehalten Aktiver Bergbau in benachbartem Stollen Überlaufen muss verhindert werden Nach dem kompletten Ausstieg aus dem Steinkohlebergbau Wasserpegel müssen kontrolliert werden Der 1. Fall ist der, dass in einem Stollen noch aktiv Bergbau betrieben wird

Hebung des Grubenwassers Hebung mittels elektrischer Kreiselpumpen 1000m Förderhöhe entsprechen ca. 100 bar statischem Druck In diesem Fall ist naheliegend, dass das anfallende Wasser gehoben werden muss, um den Abbau von Steinkohle überhaupt erst zu ermöglichen Zur Hebung werden elektrische Kreiselpumpen verwendet. Je größer die Tiefen der Schachtanlagen, desto leistungsfähiger müssen die Pumpen sein Quelle: [FAZ]

Einleitung in Vorfluter Flüsse oder Seen nehmen das Grubenwasser auf Das gehobene Grubenwasser wird in sogenannte Vorfluter eingeleitet. Je nach örtlichen Gegebenheiten und Belastungsgrad des Grubenwassers sind das Flüsse, Seen oder Teiche. Quelle: [EnEff2]

Wasserhaltung Aktiver Bergbau im betreffenden Stollen Grubengebäude wird von Grubenwasser freigehalten Aktiver Bergbau in benachbartem Stollen Überlaufen muss verhindert werden Nach dem kompletten Ausstieg aus dem Steinkohlebergbau Wasserpegel müssen kontrolliert werden Von den 122 Bergwerken des Ruhrgebiets sind heute noch 4 in Betrieb Deshalb ist der 2. Fall viel häufiger: Der betreffende Schacht ist still gelegt aber irgendwo anders wird noch Kohle abgebaut

Nord-Süd Gefälle Im Ruhrrevier verlaufen die Steinkohleflöze mit 5° Neigung von Süd nach Nord in den Untergrund. -> Nordwanderung Alle Bergwerke im Ruhrgebiet sind unterirdisch miteinander verbunden „Schächte laufen über“. Einstellung des Pumpens an einem Ort führt zu höherem Wasseranfall in benachbarten Stollen. Quelle: [RAG Stiftung]

Wasserhaltung Aktiver Bergbau im betreffenden Stollen Grubengebäude wird von Grubenwasser freigehalten Aktiver Bergbau in benachbartem Stollen Überlaufen muss verhindert werden Nach dem kompletten Ausstieg aus dem Steinkohlebergbau Wasserpegel müssen kontrolliert werden Wie schon erwähnt, sind heute nur noch 4 Bergwerke in Betrieb Der dritte betrachtete Fall beschreibt die Situation der Wasserhaltung nach dem kompletten Ausstieg aus dem Steinkohlebergbau. Auch dann muss weiterhin Wasserhaltung betrieben werden.

Ewigkeitslasten Ende der Subventionen für den Steinkohlebergbau in der BRD: 2018 = Ende der Kohleförderung Grubenwasser muss weiter gefördert werden Grubengas wird sonst an die Oberfläche gedrängt Berghebungen führten zu weiteren Bergschäden Mischung von Grubenwasser und Grundwasser führt zu ungenießbarem Trinkwasser 2018 enden die staatlichen Subventionen für die Kohleförderung in Deutschland. Dann werden auch die letzten Schachtanlagen ihren Betrieb einstellen. 3 Gründe weiterhin Grubenwasser zu Tage zu fördern … Die Kosten für die weitere Wasserhaltung werden als Ewigkeitslasten bezeichnet Forschungsbemühungen um den nötigen Wasserstand herauszufinden (geringe Kosten bei geringem Risiko)

Geothermische Nutzung Welches Potenzial bietet das Ruhrgebiet? Quelle: [magellan] Geothermische Nutzung Wenn schon Grubenwasser bis ans Ende der Zeit an die Oberfläche befördert werden muss, sollte zumindest sein geothermisches Potenzial genutzt werden Wie viel Energie steht also zur Verfügung?

Potenzial der Grubenwassernutzung Das Ruhrgebiet ist ein durchschnittlich warmer Standort (geothermische Tiefenstufe: 36m) Wassertemperaturniveau im Jahreslauf nahezu konstant: im Schnitt 25°C Dazu schauen wir uns zuerst diese Karte an und erkennen, dass das Ruhrgebiet für deutsche Verhältnisse weder ausgesprochen gut, noch sonderlich schlecht gelegen ist. Die geothermische Tiefenstufe beträgt 36m und ist damit leicht unterdurchschnittlich Daraus ergibt sich, dass das Wassertemperaturniveau im Jahresverlauf konstant bei ungefähr 25°C liegt. Quelle: [T]

Potenzial der Grubenwassernutzung 80 Mio. m³ p.a. im Ruhrgebiet -> 1,4 Mio. MWh (gegenüber 10 °C) Wärmebedarf von über 100.000 Einfamilienhäusern. Sehr hohe Pumpkosten sind „sowieso“ Kosten, dadurch ist Wirtschaftlichkeit gegeben Die Temperatur ist der eine Faktor, der andere Faktor, der das Potenzial beschreibt ist die verfügbare Menge. Jedes Jahr werden 80 Mio. m³ Grubenwasser gefördert. (10% des Abflusses der Fulda) Daraus ergibt sich gegenüber derselben Menge Leitungswasser ein energetisches Potenzial in Höhe von 1,4 Mio. MWh, was dem Wärmebedarf von weit über 100.000 Einfamilienhäusern entspricht = 56 Mio. € (bei 4 Ct./kWh) Pumpkosten 80 Mio. €

Realisierung Welche Umsetzungsanstrengungen gibt es? Quelle: [EnEff1] Also dann: an die Arbeit Um die aktuellen Umsetzungsbemühungen zu verdeutlichen habe ich ein interessantes Beispiel ausgewählt

Projekt zur Grubenwassernutzung in Bochum-Werne Grubenbetrieb zur Wasserhaltung Und zwar den Schacht Arnold in Bochum: Dessen Förderbetrieb wurde Ende der Sechziger eingestellt Seitdem wird die Grube zur Wasserhaltung weiter betrieben 10mio. m³ verfügbar (über 10% der gesamten Grubenwassermenge des Ruhrgebiets) Räumliche Nähe der Abnehmer Quelle: [EnEff2]

Projekt zur Grubenwassernutzung in Bochum-Werne Seit Mai 2012 in Betrieb 20°C aus 570m Tiefe Grubenwasser+Wärmepumpe zur Beheizung einer Feuerwache und eines Schulkomplexes Akt. Brennstoffeinsparung: 1.200MWh Potenzial des Standorts: 40.000MWh Seit Mai diesen Jahres werden dort Bochums Hauptfeuerwache und ein Schulkomplex mit Wärme versorgt Das aus 570m Tiefe geförderte Grubenwasser hat eine Temperatur von nur 20°C. Mithilfe von Wärmepumpen wird dieses Niveau weiter angehoben. Aktuell können so 1.200 MWh jährlich eingespart werden Allerdings ist das Standortpotenzial bei weitem noch nicht ausgeschöpft Quelle: [EnEff1]

Geothermische Nutzung von Grubenwasser Wasser, das notwendigerweise über Tage gefördert wird, wird die thermische Energie entzogen, bevor es in die Vorfluter eingeleitet wird Wärmepumpen nötig Einspeisung in ein Nahwärmenetz Schematische Funktionsweise Wärmepumpe durch BHKW betrieben Filterung Forschungsschwerpunkte: -Wärmetauscher (Materialwahl, Bauform) -Wärmepumpen (höheres Temperaturniveau bei Bestandsheizungsanlagen nötig) Quelle: [EnEff2]

Fazit Forschungsergebnisse aus Bochum-Werne können auf andere Standorte übertragen werden Bestehende Wasserhaltung zur Energiegewinnung zu nutzen ist sinnvoll Beitrag zu nachhaltiger Energieversorgung lokal begrenzt

Bildnachweis 1: [RAG Stiftung]: http://www.rag-stiftung.de/ „Wasserhaltung im Bergwerk“ 2: [TU Freiberg]: http://tu-freiberg.de/ „Forschungszentrum Geothermie - Grundlagen“ 3: [EnEff1]: http://www.eneff-stadt.info/ „Wärme aus Grubenwasser in Bochum-Werne“ 4: [EnEff2]: http://www.eneff-stadt.info/ „EnEff: Wärme Wärmenutzung aus Grubenwasser in Bochum-Werne 5: [magellan]: http://www.magellanworld.net/ „Sightseeing im Ruhrgebiet“ 6:[FAZ]: http://www.faz.net/ „Pumpen, pumpen bis zum Sankt- Nimmerleins-Tag“ 7: [Bochum]: http://www.bochum.de/ „Integriertes Wärmenutzungskonzept“ Danke fürs Zuhören!