Energetické využití

V závislosti na podmínkách vykazují důlní objekty vysoký potenciál pro energetické využití. Možnosti využití jsou rozmanité, například poskytování tepla, případně chladu z důlních vod, klimatizace důlními větry, výroba, případně ukládání elektrické energie nebo tepla prostřednictvím vody [1].

Mimořádný význam má využití důlních vod, protože díky zčásti velkému objemu vody je možno získat vysoká množství tepla, případně chladu. Pro jejich využití k vytápění je obecně nutno zvýšit jejich teplotní úroveň pomocí tepelných čerpadel. Při využití ke chlazení lze od nasazení tepelných čerpadel upustit (pasivní chlazení), případně lze systémovou teplotu dodatečně snížit prostřednictvím tepelného čerpadla (aktivní chlazení).

Doly se principiálně odlišují z hlediska jejich obecného uspořádání v závislosti na těžené surovině a tím ložisku. Na obrázku níže jsou uvedeny obecně platné oblasti dolů, ze kterých lze odebírat vodu pro geotermální využití, případně do kterých lze využitou vodu odvádět.

Möglichkeiten der Grubenwassernutzung innheralb eines Bergwerks (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Shora uvedené vyobrazení představuje příklad dolu, ve kterém byla ukončena těžba a který byl zaplaven. Pokud byla v rámci odčerpávání vody během aktivní fáze dolu, případně i po ukončení aktivní těžby vybudována odvodňovací štola pro trvalé a bezpečně odvádění důlních vod, představuje tato štola dobrou možnost pro odběr vody pro účely jejího energetického využití. Přitom je principiálně rovněž možné, využít vody v kutacích příkopech štol.

Další možnost představuje odběr vody, stoupající v šachtách. Ty mohou být buď zčásti, nebo úplně zaplaveny vodou. Výhoda tohoto odběrného místa spočívá v tom, že vody z větších hloubek stoupají v důsledku teplotně podmíněného rozdílu hustoty vzhůru. V dole se v zaplavených vyrubaných prostorech mohou rovněž vytvořit oblasti stojaté vody, obklopené propustnými horninami, které se při odběru vody během určité regenerační doby opět doplní z přitékající vody. Rovněž hlouběji položená, zaplavená důlní díla, která se nacházejí pod úrovní nejhlubší odvodňovací štoly, mohou být využita pro získávání energie.

Pozitivní je rovněž skutečnost, že v souvislosti s hloubkou se obecně vyskytují vyšší teploty. Kromě shora uvedených odběrných míst se nabízejí i ty vody, které je nutno v dole čerpat, ať již v aktivním dole z důvodů zajištění těžební činnosti nebo po ukončení důlní činnosti. Důlní vody je tak například nutno odčerpávat v případech, kdy v důsledku poklesu terénu na povrchu, způsobeného důlního činností, a po zaplavení dolu nastane situace, kdy se hladina podzemní vody po jejím ustálení nachází nad horní hranou terénu nebo pokud může dojít k ovlivnění podzemní vody silně mineralizovanými nebo jinak zatíženými důlními vodami.

Gefluteter Bergwerksbereich (Grafik: TU Bergkademie Freiberg)

Řada možností existuje i pro odvádění vod po jejich energetickém využití. Jednou z možností je zavádění důlních vod, čerpaných v rámci otevřeného systému, do povrchových vodotečí. Přitom je ale nutno dbát na to, aby nedošlo k umělému vyčerpání dolu. Kromě odběru vod z odvodňovacích štol je možno vody do nich i vracet. Pokud je ze stejné štoly realizován odběr vody, pak je možno v jednom velkém vrtu současně realizovat odpovídající čerpací i vratné potrubí.

Analogicky je možno odvádět vodu do oblastí dolu, které odpovídající propustností horniny s přihlédnutím k termické regeneraci umožní zpětný nátok k odběrnému místu. Navíc je možno odvádět vodu do hlouběji položených důlních děl, které nejsou odvodňovány přímo na povrch. V kombinaci s odběrní variantou 4 je tak možnost využít hlubokou vodu se zvýšenými teplotami a pokud možno vysokým čerpatelným hmotnostním průtokem vody, protože tak nedojde k poklesu hladiny podzemní vody.

Literatura

[1] Grab T., Storch T., Groß U. (2018) Energetische Nutzung von Grubenwasser aus gefluteten Bergwerken. In: Bauer M., Freeden W., Jacobi H., Neu T. (Hrsg) Handbuch Oberflächennahe Geothermie. Springer Spektrum, Berlin, S. 523–586