Energetische Nutzung

Grubengebäude weisen, je nach Gegebenheiten im Bergwerk, unterschiedlich große Potenziale für eine energetische Nutzung auf. Hierbei sind unterschiedlichstes Nutzungsmöglichkeiten möglich, wie z.B die Wärme- bzw. Kältebereitstellung durch Grubenwasser, die Klimatisierung durch Grubenwetter, eine Stromerzeugung bzw. –speicherung oder die Wärmespeicherung durch eingebrachtes Wasser [1].

Ein besondere Bedeutung kommt dabei der Nutzung von Grubenwässern zu, da durch teilwese große verfügbare Wassermengen entsprechend hohe Wärme- bzw. Kältemengen bereitgestellt werden können. Für eine Heizanwendung ist im Allgemeinen eine Erhöhung des Temperaturniveaus mithilfe entsprechender Wärmepumpentechnik notwendig. Für die Anwendung zur Kühlung kann auf diese verzichtet werden (passive Kühlung) oder die Systemtemperatur zusätzlich mit einer Wärmepumpe abgesenkt werden (aktive Kühlung).

Prinzipiell unterscheiden sich Bergwerke hinsichtlich ihres generellen Aufbaus in Abhängigkeit des abzubauenden Rohstoffes und damit der Lagerstätte. In untenstehender Abbildung sind allgemeingültige Grubenbereiche angegeben, aus denen Wasser für eine geothermische Nutzung entnommen bzw. wohin genutztes Wasser abgegeben werden kann.

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

Die oben dargestellte Abbildung stellt beispielhaft eine Grube dar, welche abgeworfen und geflutet wurde. Sofern im Rahmen der Wasserableitung des aktiven Bergbaus oder aber auch nach Beendigung zur nachhaltigen und sicheren Entwässerung Wasserlösestollen bzw. Entwässerungsstollen angelegt wurden, stellen diese eine prinzipiell gut geeignete Möglichkeit dar, Wasser für eine energetische Nutzung zu entnehmen. Prinzipiell ist es dabei auch möglich, die Wässer in den Ausstrittsröschen der Stollen zu nutzen. Eine weitere Möglichkeit ist es, aufsteigende Wässer aus Schächten zu entnehmen. Diese können teilweise oder komplett wasserverfüllt sein. Der Vorteil dieser Entnahmestelle liegt darin, dass Wässer aus größeren Teufen durch temperaturbedingte Dichterunterschiede nach oben strömen. Weiterhin können sich in der Grube stehende wasserverfüllte Hohlräume ausbilden, die von wasserdurchlässigem Gestein umgeben sind und sich bei Entnahme durch Zuflüsse, unter Beachtung von Regenerationszeiten, wieder füllen. Auch tiefere, geflutete Grubengebäude, welche sich unterhalb des tiefsten Wasserlösestollens befinden, können zur Energiebereitstellung genutzt werden. Positiv wirkt sich hierbei aus, dass aufgrund der Teufe im Allgemeinen höhere Wassertemperaturen vorliegen. Neben den oben genannten Entnahmestellen bieten sich in besonderem Maße diejenigen Wässer an, die zwangsweise in einem Bergwerk gehoben werden müssen, sei es bei einem aktiven Bergwerk zur Ermöglichung der Förderung oder nach Ende des Bergbaus. So müssen z. B. Grubenwässer abgepumpt werden, wenn es durch bergbaubedingte Senkungen der Tagesoberfläche und nach Flutung der Grube zu dem Umstand kommt, dass der sich einstellende Grundwasserspiegel oberhalb der Geländeoberkannte liegt oder Grundwässer durch stark mineralisierte oder andersweitig belastete Grubenwässer beeinflusst werden können.

Gefluteter Bergwerksbereich (Grafik: TU Bergkademie Freiberg)


Auch bei der Abgabe der Wässer nach einer energetischen Nutzung (Senke) existieren verschiedene Möglichkeiten. Hierzu ist es denkbar, gehobene Grubenwässer in einem offenen System in Oberflächengewässer abzugeben, wobei darauf geachtet werden muss dass die Grube nicht künstlich leer gepumpt. Neben der Entnahme des Wassers aus Wasserlösestollen ist auch die Rückführung in diese möglich. Hierbei können die entsprechende Förder- und Schluckleitung in einer großen Bohrung gemeinsam abgeteuft werden, sofern die Wasserentnahme ebenfalls aus diesem Stollen erfolgt. Analog dazu ist es möglich, dass Wasser in Bergwerksbereiche einzuleiten, die durch entsprechende Wasserdurchlässigkeiten des Gebirges eine Rückfließen zur Entnahmestelle unter Beachtung der thermischen Regeneration ermöglichen. Zusätzlich ist es möglich, das Wasser in tiefere Grubenbaue einzuleiten, welche nicht direkt zur Tagesoberfläche hin entwässern. In Kombination mit Entnahmevariante 4 ist es somit möglich, die Tiefenwässer mit erhöhten Temperaturen mit einem möglichst hohen entnehmbaren Wassermassestrom zu nutzen, da sich somit der Grubenwasserspiegel nicht senkt.

Literatur

[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