DE102008007169A1

DE102008007169A1 - Bergwerk zur Wasserspeicherung und Energiegewinnung

Info

Publication number: DE102008007169A1
Application number: DE200810007169
Authority: DE
Inventors: Rolf Hoericht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bergwerk mit Wasserleitungssystem und mit Wassrspeicher(n) zur Gewinnung von elektrischer Energie über Wasserkraft, das mindestens einen Schacht sowie mindestens eine Sohle, mindestens einen Stollen oder/und mindestens einen anderen unterirdischen Hohlraum umfasst, bei dem mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum gegenüber dem Schacht oder/und seinen Einrichtungen absperrbar ist und bei Bedarf als Wasserspeicher genutzt werden kann, wobei mindestens ein Schacht oder/und mindestens ein Hohlraum des Bergwerks mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator enthält, der beim Einleiten oder/und beim Ablassen von Wasser nach unten elektrischen Strom erzeugen kann. Die Erfindung betrifft ferner Einrichtungen in und bei einem Bergwerk und Verfahren zur Energiegewinnung in und bei einem Bergwerk.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bergwerk zur Wasserspeicherung, zur Wasserbereitstellung oder/und zur Energiegewinnung sowie entsprechende Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie in einem Bergwerk.
Es gibt eine außerordentlich große Zahl an Bergwerken in der Welt, die in Betrieb sind, die vor der Stilllegung stehen oder vor nicht zu vielen Jahren stillgelegt wurden und sich in einem guten Zustand befinden. Viele Bergwerke erstrecken sich in sehr große Tiefen oder/und weisen riesige Volumina an unterirdischen Hohlräumen wie z. B. an Abbauräumen, Kammern, Schächten, Sohlen, Stollen, Verbindungsgängen usw. auf.
Viele Bergwerke befinden sich in dicht besiedelten Gebieten, wo viel elektrische Energie und viel Wasser benötigt werden. Wenn es gelänge, sie als Wasserspeicher, als Brauchwassergewinnungsanlagen, als Trinkwassergewinnungsanlagen oder/und als Kraftwerke zu nutzen, könnten sie – gegebenenfalls auch nach ihrer Stilllegung – einer sinnvollen und sogar sehr umweltfreundlichen Nutzung zugeführt werden. Besonders bevorzugt wäre es, solche Wasserspeicher und Kraftwerke bei Bedarf zu nutzen, um einen zeitweilig erhöhten Verbrauch an Wasser oder/und Strom zu ermöglichen.
Es bestand daher die Aufgabe, Bergwerke mit Einrichtungen vorzuschlagen, die die Nutzung von in Betrieb befindlichen oder stillgelegten Bergwerken über die Gewinnung von Erz, Gestein, Kohle, Salz oder/und sonstigen Mineralien hinaus zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Bergwerk mit Wasserleitungssystem(en) und mit Wasserspeicher(n) zur Gewinnung von elektrischer Energie über Wasserkraft, das mindestens einen Schacht sowie mindestens eine Sohle, mindestens einen Stollen oder/und mindestens einen anderen unterirdischen Hohlraum umfasst, bei dem mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum wie z. B. ein Abbauraum gegenüber dem Schacht oder/und seinen Einrichtungen absperrbar ist und bei Bedarf als Wasserspeicher genutzt werden kann, wobei mindestens ein Schacht oder/und mindestens ein Hohlraum des Bergwerks mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator enthält, die beim Einleiten oder/und beim Ablassen von Wasser nach unten elektrischen Strom erzeugen können.
Die Aufgabe wird auch gelöst mit entsprechenden Einrichtungen in und bei einem erfindungsgemäßen Bergwerk.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst mit einem Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie in und bei einem erfindungsgemäß ausgestatteten Bergwerk, das dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Einleiten von Wasser in das Bergwerk hinunter elektrischer Strom gewonnen wird, insbesondere beim Einleiten in mindestens einen Speicherraum, vorzugsweise um über die Fallhöhe des Wassers eine Turbine und einen Generator anzutreiben und dadurch elektrischen Strom zu gewinnen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst mit einem Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie in und bei einem erfindungsgemäß ausgestatteten Bergwerk, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Hohlraum im Bergwerk als Speicherraum für Wasser, insbesondere ein Speicherraum vorzugsweise im oberen oder mittleren Niveau des Bergwerks, genutzt wird, wie z. B. mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum, aus dem bei Bedarf das gespeicherte Wasser zumindest teilweise nach unten abgelassen wird und dabei elektrischer Strom gewonnen wird, insbesondere um über die Fallhöhe des Wassers eine Turbine und einen Generator anzutreiben und dadurch elektrischen Strom zu gewinnen.
In vielen Regionen der Welt gibt es in Betrieb befindliche Bergwerke, die grundsätzlich zumindest in Teilbereichen der Bergwerksanlage erfindungsgemäß ausgestattet und genutzt werden könnten. Ein Teil der in Betrieb befindlichen Bergwerke sowie ein Teil der stillgelegten Bergwerke, die in einem gut erhaltenen und gesicherten Zustand sind, könnten grundsätzlich ohne sehr große Investitionen zur Energiegewinnung, Wasserspeicherung oder/und Wassergewinnung genutzt werden.
Viele Bergwerke erstrecken sich in sehr große Tiefen oder/und weisen riesige Volumina an unterirdischen Hohlräumen wie z. B. an Abbauräumen, Kammern, Schächten, Sohlen, Stollen, Verbindungsgängen usw. auf, von denen mindestens ein Teil dieser Hohlräume zur Energiegewinnung oder/und Wasserspeicherung genutzt werden könnte. Die Bergwerke weisen teilweise Schächte von über zweihundert Meter Länge bzw. Tiefe, unter Umständen sogar von mehr als zwei Kilometern Länge bzw. Tiefe, oder/und Hohlräume in der Größenordnung von etwa einhunderttausend Kubikmetern bis zu mehreren Kubikkilometern Volumen auf. Die unterirdischen Hohlräume wie z. B. Abbauräume, Kammern, Schächte, Sohlen, Stollen, Verbindungsgänge usw. könnten zumindest teilweise genutzt werden, um zu mindestens einem Wasserleitungssystem oder/und zu mindestens einem Wasserspeicher umgebaut zu werden. Alle diese Hohlräume, Schächte und Einrichtungen des Wasserleitungssystems und des mindestens einen Wasserspeichers gehören zu den erfindungsgemäßen Einrichtungen des Bergwerks.
Sie können, gegebenenfalls zumindest teilweise ohne Umbau, gegebenenfalls nach einem Umbau, als mindestens ein Wasserleitungssystem oder/und als mindestens ein Wasserspeicher verwendet werden. Der Umbau oder/und die Einrichtungen betreffen oder/und umfassen jede Art:

a) von Ausstattung z. B. jeweils mindestens eines Ganges, eines Schachtes, einer Sohle, eines Stollens oder/und eines anderen Hohlraumes z. B. mit mindestens einer Leitung für Wasser wie z. B. mindestens einem Rohr, mit jeweils mindestens einer Absaugung, einer Absperrung, einer Barriere, einer Luftzuführung, einer Tür, einer Filtereinrichtung, einer Versorgungseinrichtung, einer Leiter, einer Stromleitung, einer Stromversorgung, einer Abstützung, einer Auskleidung, einer Verteileinrichtung, einem Generator, einer Turbine, einer Pumpe, einer Fördereinrichtung, einer Versickerungseinrichtung, einer Abflusseinrichtung usw.,
b) von Gestaltung wie z. B. Anlage, Ausweitung oder/und Begradigung z. B. jeweils mindestens einer Bohrung, eines Ganges, eines Kanals, einer Leitung für Wasser, eines Schachtes, einer Sohle, eines Stollens oder/und eines anderen Hohlraumes,
c) von Abdichtung z. B. jeweils mindestens einer Bohrung, eines Ganges, eines Kanals, einer Leitung für Wasser, eines Schachtes, einer Sohle, eines Stollens, eines Bodens, einer Decke, einer Wand, einer sonstigen Einrichtung oder/und eines anderen Hohlraumes oder/und
d) von Vorrichtung, die zum Betrieb des erfindungsgemäßen Bergwerks gegebenenfalls erforderlich oder/und hilfreich ist, wie z. B. jeweils mindestens eine Leitung für Wasser, elektrischen Strom, Luft, Abluft oder/und Abwasser oder/und wie z. B. jeweils mindestens eine Absaugung, eine Absperrung, eine Barriere, eine Tür, eine Filtereinrichtung, eine Versorgungseinrichtung, eine Leiter, eine Stromleitung, eine Stromversorgung, eine Abstützung, eine Auskleidung, eine Sicherheitseinrichtung, eine Verteileinrichtung, einen Generator, eine Turbine, eine Pumpe, eine Fördereinrichtung, eine Sedimentiereinrichtung wie z. B. ein Absetzbecken, eine Versickerungseinrichtung oder/und eine Abflusseinrichtung.

Die Grenzen, welche dieser Elemente hiervon zum Wasserleitungssystem, zum Wasserspeicher oder/und zu sonstigen Einrichtungen gehören, sind hierbei fließend und können von Bergwerk zu Bergwerk oder von System zu System innerhalb eines Bergwerks unterschiedlich sein, letzteres insbesondere, wenn ein Bergwerk mehrere Systeme umfasst. Das gleiche Element kann hierbei mehreren der Gruppen a) bis d) angehören.
In dem erfindungsgemäßen Bergwerk weist mindestens ein Schacht oder/und mindestens ein Hohlraum des Bergwerks vorzugsweise mindestens eine Einrichtung wie z. B. jeweils mindestens eine Leitung für Wasser, elektrischen Strom, Luft, Gas, Druckluft, Abluft oder/und Abwasser, eine Absaugung, ein Fahrzeug, eine Filtereinrichtung, eine Fördereinrichtung, eine Leiter, eine Transporteinrichtung, eine Versorgungseinrichtung wie z. B. eine Frischluftversorgung, eine Stromleitung oder/und eine Stromversorgung, vorzugsweise mindestens eine Sicherungseinrichtung wie z. B. jeweils mindestens einen Anker, eine Abstützung oder/und eine Auskleidung oder/und jeweils mindestens ein Element von mindestens einem Wasserleitungssystem oder/und von mindestens einem Wasserspeicher wie z. B. jeweils mindestens eine Abflusseinrichtung, eine Auffangvorrichtung, eine Filtereinrichtung, einen Generator, eine Turbine, eine Leitung für Wasser, eine Pumpe, eine Sedimentiereinrichtung wie z. B. ein Absetzbecken, eine Transporteinrichtung, eine Versickerungseinrichtung oder/und eine Verteileinrichtung auf. Der mindestens eine Schacht kann z. B. jeweils mindestens ein Belüftungsschacht, ein Blindschacht, ein Förderschacht, ein Transportschacht, ein Untersuchungsschacht, ein Versorgungsschacht oder/und ein Versuchsschacht sein. Vorzugsweise wird mindestens ein Schacht als Zugang in das Bergwerk genutzt. Der mindestens eine Hohlraum kann z. B. jeweils mindestens eine Bohrung, ein gegebenenfalls zu einem Schacht alternativer Gang wie z. B. jeweils mindestens ein Schrägschacht, ein Verbindungsgang, eine Versuchsbohrung oder/und ein Zugang, eine Sohle, ein Stollen wie z. B. ein Abbaustollen, ein Blindstollen, ein Transportstollen, ein Untersuchungsstollen oder/und ein anderer Hohlraum sein.
In dem erfindungsgemäßen Bergwerk weist mindestens ein Schacht oder/und mindestens ein Hohlraum mindestens eine Pumpe oder/und mindestens eine Transporteinrichtung auf, mit der gespeichertes Wasser in mindestens einen anderen Bereich des Bergwerks, in etwa an die Erdoberfläche, in eine Wasserreinigungseinrichtung wie z. B. eine Wasseraufbereitungsanlage z. B. zur Brauch- oder/und Trinkwassergewinnung, in einen oberirdischen Wasserspeicher oder/und in einen Wasserturm gepumpt oder/und transportiert werden kann. In vielen Förderschächten, Gängen und Hohlräumen ist ausreichend Platz, um die Zugänglichkeit für den Menschen zu ermöglichen und gleichzeitig Leitungen für Wasser, Belüftung, Entlüftung und Strom anzulegen oder/und zu nutzen. Vorzugsweise befinden sich jeweils mindestens eine Turbine und mindestens ein Generator in etwa im tiefsten Niveau des Bergwerks, insbesondere im Bereich eines Schachtes, wobei der Schacht gegebenenfalls auch weiter in die Tiefe reichen kann als z. B. das Niveau der tiefsten Sohle, des tiefsten Stollens oder/und des tiefsten anderen Hohlraums.
In manchen Ausführungsvarianten kann das Wasser, das in das Bergwerk eingeleitet werden soll, in einem insbesondere oberirdischen Wasserspeicher gesammelt oder/und bevorratet werden, um bei Bedarf und insbesondere mit hohem Druck in das Bergwerk oder/und im Bergwerk sowie vorzugsweise abwärts zu einer Turbine geleitet zu werden. In dem erfindungsgemäßen Bergwerk befinden sich vorzugsweise mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum, der als Wasserspeicher genutzt werden kann oder/und genutzt wird.
Vorzugsweise sind mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum für eine vorgesehene Wasserfüllhöhe wasserdicht oder im Wesentlichen wasserdicht gegenüber dem umgebenden anstehenden Gestein ausgeführt. Falls jedoch ein Teil des Wassers durch das umgebende anstehende Gestein versickern soll und dadurch gefiltert oder/und gereinigt werden soll, kann jedoch der wasserdichte oder im Wesentlichen wasserdichte Bereich eine geringere Höhe aufweisen, sich nur über bestimmte Bereiche erstrecken oder/und poröse Bereiche oder/und Durchlässe aufweisen oder sogar gänzlich weggelassen werden. Der Sickerprozess kann dazu dienen, das Wasser mit bestimmten Mineralstoffen anzureichern, zu filtern oder/und zu reinigen. Insbesondere bei Gehalten des umgebenden Gesteins an Kalk (z. B. als Kreide, Kalkspat, Aragonit), Dolomit oder/und Magnesit kann der Sickerprozess auch dazu benutzt werden, das Sickerwasser mit Kalzium oder/und Magnesium anzureichern.
Die Sohlen, Stollen, anderen Hohlräume und Schächte können in geeigneter Weise Abdichtungen, Anker, Bewehrungen, Mauern, Stützen oder/und Wände aufweisen. Sie können der Sicherung, der Abdichtung oder/und Absperrung für Wasser oder/und der Bevorratung oder/und Führung des Wassers dienen. Sie können gegenüber benachbarten Hohlräumen z. B. über Durchlässe, Türen oder/und Brüstungen abgesperrt werden und können auch Inspektionsfenster aufweisen. Die Sohlen, Stollen, anderen Hohlräume und Schächte können bei Bedarf mit Wasser bis zu einer bestimmten Füllhöhe gefüllt werden und können gegebenenfalls sogar gänzlich mit Wasser gefüllt werden. Wenn ein Wasserverlust durch Sickern durch das umgebende Gestein weitgehend oder gänzlich vermieden werden soll, empfiehlt es sich, die Böden, Wände oder/und Decken zum umgebenden Gestein z. B. durch entsprechende Betonierarbeiten oder durch Belegen mit Kunststoffschichten im Wesentlichen wasserdicht oder/und wasserdicht auszuführen. Dies kann z. B. mit Betonwänden von beispielsweise mindestens 20 cm Dicke oder/und mit besonders dichtem, verdichtetem oder äußerlich abgedichtetem Beton oder/und mit Kunststoffabdichtungen erfolgen. Die Kunststoffe können insbesondere auch als Abdichtungen für Porenräume poröser Materialien, als Beschichtungen, Filme, Folien, mehrschichtige Materialien oder/und Platten eingesetzt werden. In diesen Hohlräumen kann das Wasser bei Bedarf gesammelt, gespeichert, abgelassen, weitergeleitet, weitergepumpt oder/und weitertransportiert werden. Wenn beispielsweise in Sohlen, in Stollen oder/und in anderen Hohlräumen nur der Boden und gegebenenfalls ein Teil der Wände oder/und die Wände nur bis zu einer bestimmten Höhe weitgehend wasserdicht oder/und wasserdicht ausgeführt werden, kann auch im Gesteinskörper des Bergwerks migrierendes Wasser oder/und Grundwasser aufgefangen und gesammelt werden. Denn in einzelnen Bereichen eines Bergwerks wie insbesondere in Klüften oder/und in porösen Gesteinskörpern wie z. B. Gesteinsschichten und Gesteinsadern können Wasseradern verlaufen und erhebliche Wassermengen transportieren. Darüber hinaus unterliegen die meisten Gesteine unterirdisch einem gewissen Wasserdurchfluss, so dass hierdurch gewisse Mengen an Sickerwasser aufgefangen und gesammelt werden können.
Das erfindungsgemäße Bergwerk weist vorzugsweise jeweils mindestens einen Kanal, eine Leitung für Wasser wie z. B. ein Rohr, einen Schacht, eine Sohle, einen Stollen oder/und einen anderen Hohlraum für das Zuleiten von Wasser zum Bergwerk oder/und für das Einleiten von Wasser in das Bergwerk auf, für das Weiterleiten von Wasser im Bergwerk, für das Hochpumpen oder/und andersartiges Hochtransportieren insbesondere von Wasser im Bergwerk oder/und für das Hinausleiten insbesondere von Wasser aus dem Bergwerk auf, insbesondere jeweils mindestens eine Leitung für Wasser wie z. B. jeweils mindestens eine Fallleitung oder/und Steigleitung. Sie kann gegebenenfalls als Druckleitung ausgeführt sein. Der mindestens eine Schacht kann senkrecht oder schräg, als Förderschacht, Blindschacht oder sonstiger Schacht ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich können Leitungen zur Zuleitung, Einleitung, Weiterleitung, zum Hochpumpen oder/und zum Hochtransportieren insbesondere von Wasser auch direkt durch Bohrungen oder/und Gänge durch das anstehende Gestein geführt werden.
Das erfindungsgemäße Bergwerk weist vorzugsweise Kontroll-, Regel- oder/und Steuerelemente für die Zuleitung von Wasser, für die Einleitung von Wasser in das Bergwerk, für das Leiten von Wasser im Bergwerk oder/und insbesondere in mindestens eine Sohle, in mindestens einen Stollen oder/und in mindestens einen anderen unterirdischen Hohlraum wie z. B. Schieber oder/und Ventile auf.
Das erfindungsgemäße Bergwerk weist vorzugsweise jeweils mindestens einen Kanal, eine Leitung wie z. B. ein Rohr, einen Schacht, eine Sohle oder/und einen Stollen für das Ableiten von Wasser, für das Weiterleiten von Wasser z. B. auch durch Pumpen, für das Pumpen oder/und Transportieren insbesondere von Wasser in einen anderen Bereich des Bergwerks oder/und für das Hochpumpen oder/und Hochtransportieren insbesondere von Wasser im Bergwerk oder/und aus dem Bergwerk auf, insbesondere mindestens ein Steigleitung.
Das erfindungsgemäße Bergwerk weist vorzugsweise Kontroll-, Regel- oder/und Steuerelemente für das Ableiten von Wasser, für das Pumpen oder/und Transportieren insbesondere von Wasser in einen anderen Bereich des Bergwerks oder/und für das Hochpumpen oder/und Hochtransportieren insbesondere von Wasser im Bergwerk oder/und aus dem Bergwerk und insbesondere aus mindestens einer Sohle, aus mindestens einem Stollen oder/und aus mindestens einem anderen unterirdischen Hohlraum wie z. B. Schieber oder/und Ventile auf.
Das erfindungsgemäße Bergwerk kann einen, mehrere oder sehr viele gegebenenfalls räumlich miteinander vernetzte Speicherräume für Wasser (Wasserspeicher) aufweisen. Vorzugsweise wird der Förderschacht nicht als Speicherraum für Wasser benutzt, der für den Zugang zu den Bergwerkseinrichtungen genutzt wird. Außerdem kann in manchen Bergwerken auch ein Teil oder ein größerer Bereich des insbesondere porösen Gesteinskörpers, insbesondere wenn er nach unten und gegebenenfalls zu den Seiten hin z. B. durch eine Tonschicht abgedichtet ist, als Wasserspeicher verwendet werden. Gegebenenfalls sind dann insbesondere seitlich Sperren wie z. B. wasserdichte Wände durch den Gesteinskörper am Rand des Wasserspeichers zu ziehen. In manchen Förderschächten oder/und in vielen anderen Schächten ist jedoch ausreichend Raum vorhanden, um Einrichtungen wie z. B. jeweils mindestens eine Fall- oder/und Steigleitung für Wasser aufzunehmen. Das Bergwerk kann insbesondere im unteren oder untersten Bereich mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator aufweisen. Es kann vorzugsweise in etwa auf der Höhe eines Speicherraums oder unterhalb des Niveaus des Speicherraums mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator aufweisen. Ein Bergwerk, das eine Mehrzahl an Speicherräumen in unterschiedlicher seitlicher Lage oder/und Tiefe hat, kann aber auch vorzugsweise in etwa auf der Höhe von mehreren Speicherräumen, unterhalb von den Speicherräumen oder/und unterhalb des Niveaus dieser Speicherräume jeweils mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator aufweisen. In machen Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass die Leitungen oder/und Fallhöhen des Wassers bis zu einer Turbine, die durch dieses Wasser angetrieben wird, eine Länge (Fallstrecke, Tiefe) im Bereich von 50 bis 500 m aber gegebenenfalls auch von noch größeren Längen (Fallstrecken, Tiefen) aufweisen, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 300 m. Aber es können auch Längen von einzelnen Fallstrecken oder/und von der Gesamtheit aller Fallstrecken in einem Bergwerk im Wesentlichen untereinander von bis zu 1.000 m oder sogar von bis zu 2.000 m oder mehr genutzt werden. Die Auswahl der Längen (Falltiefen) und die Zahl der zu installierenden bzw. nutzenden Turbinen kann auch davon abhängig gemacht werden, welche Wassermengen abgelassen werden können, welcher Druck dabei auftreten kann und welche Auslegung von Leitungen oder/und anderen Vorrichtungen wie z. B. Druckrohren und Turbinen dabei erforderlich ist.
Das Volumen des einzelnen Speicherraums für Wasser oder/und das Volumen aller Speicherräume für Wasser in einem Bergwerk liegen vorzugsweise im Bereich von 100 bis 2.000.000 Kubikmeter, besonders bevorzugt im Bereich von 1.000 bis 1.000.000 Kubikmeter, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 5.000 bis 500.000, von 10.000 bis 300.000 oder von 80.000 bis 150.000 Kubikmeter bezogen auf den maximal möglichen Wasserspeicherinhalt. Vorzugsweise werden die Wassermengen, die zu einer Turbine geleitet werden, durch eine Druckleitung geführt, vor der sich bei Bedarf eine grob oder fein arbeitende Filtereinrichtung wie z. B. ein Gitter befindet, um die Turbine nicht durch mittransportierte Steine zu beschädigen oder sogar Schlamm weitgehend oder gänzlich vorher zu entfernen.
Das erfindungsgemäße Bergwerk weist vorzugsweise in etwa im Bereich der Erdoberfläche, im oberen Bereich der Wassereinleitung, vor oder/und hinter einem Speicherraum, vor einer Pumpe, in etwa im Bereich der Erdoberfläche oder/und vor oder/und in einem Wasserturm mindestens eine Filtereinrichtung auf, insbesondere zur Feinfilterung. Auch diese können zu den erfindungsgemäßen Einrichtungen des Bergwerks gehören.
Das erfindungsgemäße Bergwerk weist in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens einen Bereich auf, bei dem das Wasser von einem Speicherraum durch das anstehende Gestein zu mindestens einem anderen Speicherraum, zu mindestens einem Auffangort oder/und zu mindestens einem Sammelort für das Wasser wie z. B. einer Drainageleitung oder/und einer Auffangwanne sickern oder/und fließen kann und dabei gefiltert oder/und gereinigt wird.
Insbesondere wenn die Wassereinleitung in das Bergwerk über Leitungen durch einen steil stehenden oder senkrechten Schacht über sehr große Länge und mit einem großem Wasservolumen erfolgt, kann ein Druckwasserstrom über mindestens einen Druckstollen oder/und über mindestens eine Druckleitung zu einer Turbine geleitet werden, wobei das Wasser als Triebwasser mit hohem Druck zur Turbine strömen kann, die Turbine antreiben kann und damit den hiermit gekoppelten Generator antreiben kann, um elektrische Energie zu gewinnen.
Das erfindungsgemäße Bergwerk kann gegebenenfalls im unteren oder untersten Bereich eine Einrichtung zum Ablassen oder/und Einleiten von Wasser in das umgebende Gestein aufweisen. Hiermit kann insbesondere überschüssiges oder/und verschmutztes Wasser wie z. B. mit Bestandteilen des Gesteins oder/und der Mineralinhalte des Bergwerks verschmutztes Wasser unterirdisch entsorgt werden.
Besonders bevorzugt ist es, dass sowohl beim Einleiten von Wasser in etwa von der Erdoberfläche in mindestens einen Speicherraum im Bergwerk das Wasser mit hohem Druck auf mindestens eine Turbine geleitet wird, als auch beim Ableiten von Wasser aus mindestens einem Speicherraum im Bergwerk in ein tiefes oder/und in das tiefste Niveau des Bergwerks auf mindestens eine Turbine geleitet wird, um hierdurch möglichst viel elektrische Energie zu gewinnen. Hierbei kann alternativ auch noch zusätzlich mindestens ein weiterer Speicherraum zwischengeschaltet werden, vor dem das abfallende Wasser auf mindestens eine Turbine trifft. Hierdurch kann beispielsweise über ein, zwei, drei, vier, fünf oder sogar noch mehr, gegebenenfalls im Wesentlichen übereinander liegenden Turbinen und entsprechende Generatoren Strom gewonnen werden.
Das erfindungsgemäße Bergwerk ist vorzugsweise in etwa im Bereich der Erdoberfläche mit mindestens einem Wasserspeicher vor oder/und hinter dem Bergwerk oder/und mit mindestens einer Wasserreinigungsanlage gekoppelt. Das erfindungsgemäße Bergwerk kann aber auch vorzugsweise mit mindestens einer Solaranlage, mit mindestens einer Wärmepumpe oder/und mit mindestens einer Windkraftanlage gekoppelt sein. Auch diese können zu den erfindungsgemäßen Einrichtungen eines Bergwerks gehören.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie in einem Bergwerk kann vorzugsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass etwa im Bereich der Erdoberfläche oder/und im Bergwerk Wasser, insbesondere Niederschlagswasser, Oberflächenwasser, Wasser aus dem Gesteinskörper oder/und Abwasser, durch mindestens eine Sickerschicht oder/und durch mindestens einen Sickerbereich zu mindestens einem Auffangort wie z. B. zu Drainageleitungen geleitet und dabei gefiltert oder/und gereinigt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Wasser vorzugsweise mit einer Pumpe oder/und Transporteinrichtung insbesondere aus einem unteren Bereich des Bergwerks in mindestens einen anderen Bereich des Bergwerks, in etwa an die Erdoberfläche, in eine Wasserreinigungseinrichtung wie z. B. eine Wasseraufbereitungsanlage z. B. zur Brauch- oder/und Trinkwassergewinnung oder/und in einen Wasserturm gepumpt oder/und transportiert werden. Aus höher gelegenen Bereichen eines Bergwerks kann gegebenenfalls das Wassers auch ohne Hochpumpen oder/und Hochtransportieren in tiefere Bereiche der Erdoberfläche abgeleitet werden, z. B. aus einem Bergwerk in einem Berg in ein benachbartes Tal oder/und in eine benachbarte tiefere Ebene, wo sich gegebenenfalls ein Teil der Einrichtungen des Bergwerks befinden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Wasser vorzugsweise aus einem unteren Bereich in einen oberen Bereich des Bergwerks z. B. zur Speicherung oder/und zum erneuten Ablassen oder/und in einen oberirdischen Wasserspeicher gepumpt oder/und transportiert werden, insbesondere, um bei Bedarf von dort wieder zur Energiegewinnung zu einer Turbine abgelassen zu werden. Das Pumpen oder/und Transportieren kann beispielsweise zu Zeiten preiswerteren elektrischen Stroms, bei einem Überangebot an elektrischem Strom oder/und Wasser oder/und zum Ablassen von Wasser zur Energiegewinnung erfolgen oder/und durch Ausnutzen von Alternativenergie wie z. B. Solar-, Wärmepumpen- oder/und Windenergie.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorzugsweise auch ein durch Wasserkraft von oben betriebenes Transportsystem anstelle von elektrischen oder/und durch Verbrennungsmotoren betriebenen Pumpen eingesetzt werden, mit dem Wasser aus einem unteren Bereich in einen oberen Bereich des Bergwerks oder/und in etwa an die Erdoberfläche z. B. in einen oberirdischen Wasserspeicher, in eine Filtereinrichtung, in eine Wasserreinigungseinrichtung oder/und in einen Wasserturm geleitet wird. Hierbei kann z. B. die Schwerkraft bei einer von oben kommenden vergleichsweise größeren Wassermenge im Vergleich zu einer hierzu kleineren von unten nach oben zu transportierenden Wassermenge ausgenutzt werden.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bergwerks mit seinen erfindungsgemäßen Einrichtungen im Bergwerk (unterirdisch) und bei dem Bergwerk (im Wesentlichen im Bereich der Erdoberfläche) wird beispielhaft in der Figur im Querschnitt dargestellt. Nur ein kleiner Teil seiner Einrichtungen ist eingezeichnet. Das Bergwerk ist vom Förderturm T aus über einen Förderschacht F zugänglich. Ein Teil der wesentlichen Einrichtungen des Bergwerks wie der Förderturm T sind in etwa an der Erdoberfläche. Hierzu können beispielsweise eine Antriebseinrichtung für den Förderkorb, elektrische und sonstige Einrichtungen von konventionellen Bergwerken, ein Wasserspeicher, der Zulauf Z von Wasser wie z. B. Niederschlagswasser, der sich im Bereich eines Revisionsbereichs insbesondere für den Zulauf Z befinden kann, oder/und ein Stationshaus H gehören. Die Stollen oder Sohlen S₁, S₂ und S₃ sind vom Förderschacht F aus zugänglich und sind vorzugsweise absperrbar gestaltet oder mit Barrieren versehen, so dass einerseits Bau-, Sicherungs- oder/und Wartungsarbeiten durchgeführt werden können, aber auch dort Wasser eingeleitet und gespeichert werden kann, andererseits aber auch Wasser bei Bedarf von dort weitergeleitet, abgeleitet, heraustransportiert oder/und herausgepumpt werden kann. Beispielsweise m Rahmen von Wartungsarbeiten oder/und regelmäßig können aus den Hohlräumen und Schächten auch Schlamm, Schwemmstoffe und Gesteinsbruchstücke entfernt werden. Beim Einleiten von Wasser kann der hohe Druck des fallenden Wassers genutzt werden, um mindestens eine Turbine und den/die hiermit gekoppelte(n) Generator(en) (gekennzeichnet durch ein Dreieck im Kreis) zur Stromerzeugung anzutreiben. Hierbei kann das Wasser mit hohem Druck auf die Turbine(n) treffen. Weitere Hohlräume wie z. B. Abbauräume und Verbindungsgänge zwischen den unterschiedlich tief liegenden Sohlen oder/und Stollen, Sickerschichten, Sickerbereiche usw. sind nicht eingezeichnet. Dennoch kann im linken Abschnitt der Sohle bzw. des Stollens S₁ das Wasser durch einen wasserdurchlässigen Bereich, der gestrichelt dargestellt ist, in tiefere Bereiche sickern oder/und fließen und in der Sohle bzw. im Stollen S₂ (Auffangort und Sammelort) aufgefangen werden. Im hinteren linken Abschnitt der Sohle bzw. des Stollens S₃ kann das Wasser durch einen wasserdurchlässigen Bereich versickern oder/und fließen und kann so in den Gesteinskörper unterhalb des Bergwerks eingeleitet werden. Eine Ausführungsform der Leitungen für Wasser ist mit Fall- und Steigleitungen schematisch angedeutet. In etwa im Niveau der untersten Sohle oder/und des untersten Stollens oder/und etwa im untersten Bereich des Schachtes befinden sich mindestens eine Turbine, mindestens ein Generator oder/und mindestens eine Pumpe P oder/und mindestens eine hier nicht dargestellte Transporteinrichtung für Wasser insbesondere für das Pumpen oder/und Transportieren nach oben. Hierbei kann das Wasser mit hohem Druck auf die Turbine(n) treffen. Besonders bevorzugt ist, dass sowohl beim Einleiten von Wasser in mindestens einen Speicherraum im Bergwerk, als auch beim Ableiten von Wasser von mindestens einem Speicherraum im Bergwerk nach unten jeweils mindestens eine Turbine und hierüber mindestens ein Generator angetrieben werden, um die Fallhöhen des Wassers z. B. in Druckleitungen möglichst in hohem Ausmaß zur Stromgewinnung auszunutzen. Insbesondere im Bereich des Förderturms T kann bei Bedarf ein Stationshaus H eingerichtet werden, in dem die elektrische Energie umgespannt oder/und an das elektrische Leitungsnetz angeschlossen werden kann oder/und andere Einrichtungen des Bergwerks vorhanden sein können. Außerdem kann z. B. am Förderturm T auch eine Windkraftanlage WKA montiert sein, beispielsweise eine entsprechend DE 195 32 880 C1 .
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Bergwerke, der erfindungsgemäßen Einrichtungen bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens hat folgende Vorteile:
Mit vergleichsweise geringem Investitionsaufwand, mit geringen Betriebskosten und mit geringen Kosten für ihre Unterhaltung können Bergwerke auf eine umweltfreundliche Weise genutzt werden. Da die großen Fallstrecken (Tiefen) und die großen Hohlräume zur Wasserspeicherung schon im Wesentlichen oder gänzlich vorhanden sind, sind nur vergleichsweise geringe Aufwendungen für die erfindungsgemäßen Einrichtungen wie z. B. für die Installation von Leitungen, Absperreinrichtungen, Turbinen, Generatoren, Pumpen, Transporteinrichtungen oder/und für die Wasserabdichtung von Speicherräumen erforderlich. Hierbei können auch stillgelegte Bergwerke einer erneuten Nutzung zugeführt werden.
Aufgrund der riesigen unterirdischen Hohlräume und der oft sehr großen Tiefe, die ein Bergwerk erschließt, ist es möglich, Wasserspeicher riesigen Volumens, gegebenenfalls von ein oder mehreren Kubikkilometern Speicherraum, und riesige Wassermengen mit sehr hohem Druck über insgesamt sehr große insgesamt genutzte Fallhöhen (Tiefen) wie z. B. über mehrere vorzugsweise im Wesentlichen übereinander angeordnete Fallstrecken mit jeweils mindestens einer Turbine und einem Generator zu nutzen. Die Wassermengen und die insgesamt genutzten Fallhöhen können gegebenenfalls sogar ein Mehrfaches der heute in Deutschland in einzelnen Wasserspeichern von Pumpwasserkraftwerken genutzten Wassermengen oder/und Fallhöhen ausmachen. Dabei ist es möglich, die hierbei gewinnbare Energie teilweise oder gänzlich zu bestimmter Zeit bei einem erhöhten Bedarf an Strom zu gewinnen, so dass die elektrische Energie über mindestens einen Wasserspeicher „bevorratet" werden kann und gegebenenfalls erst bei Bedarf gewonnen wird.
Das erfindungsgemäße Bergwerk kann als Kraftwerk, als Bedarfskraftwerk, als Pumpwasserkraftwerk, als Wasserspeicher zur Energiegewinnung, als Wasserspeicher zur Brauchwasser- oder/und Trinkwassergewinnung oder/und als integrales Energie- und Wassergewinnungssystem verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Gewinnung von elektrischem Strom oder/und zur Bereitstellung, Speicherung oder/und Reinigung von Wasser, insbesondere von Brauch- oder/und Trinkwasser, verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19532880 C1 [0034]

Claims

Bergwerk mit Wasserleitungssystem und mit Wasserspeicher(n) zur Gewinnung von elektrischer Energie über Wasserkraft, das mindestens einen Schacht sowie mindestens eine Sohle, mindestens einen Stollen oder/und mindestens einen anderen unterirdischen Hohlraum umfasst, bei dem mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum gegenüber dem Schacht oder/und seinen Einrichtungen absperrbar ist und bei Bedarf als Wasserspeicher genutzt werden kann, wobei mindestens ein Schacht oder/und mindestens ein Hohlraum des Bergwerks mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator enthält, die beim Einleiten oder/und beim Ablassen von Wasser nach unten elektrischen Strom erzeugen können.
Bergwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schacht oder/und ein Hohlraum des Bergwerks mindestens eine Pumpe oder/und mindestens eine Transporteinrichtung aufweist, mit der gespeichertes Wasser in mindestens einen anderen Bereich des Bergwerks, in etwa an die Erdoberfläche, in eine Wasserreinigungseinrichtung, in einen oberirdischen Wasserspeicher oder/und in einen Wasserturm gepumpt oder/und transportiert werden kann.
Bergwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum, der als Wasserspeicher genutzt werden kann, mindestens für eine vorgesehene Wasserfüllhöhe wasserdicht oder im Wesentlichen wasserdicht gegenüber dem umgebenden anstehenden Gestein ausgeführt ist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es jeweils mindestens einen Kanal, eine Leitung, einen Schacht, eine Sohle oder/und einen Stollen für das Zuleiten von Wasser zum Bergwerk oder/und für das Einleiten von Wasser in das Bergwerk aufweist, insbesondere mindestens ein Fallleitung.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kontroll-, Regel- oder/und Steuerelemente für die Zuleitung von Wasser oder/und für die Einleitung von Wasser in das Bergwerk und für das Leiten von Wasser im Bergwerk sowie insbesondere in mindestens eine Sohle, in mindestens einen Stollen oder/und in mindestens einen anderen unterirdischen Hohlraum aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es jeweils mindestens einen Kanal, eine Leitung, einen Schacht, eine Sohle oder/und einen Stollen für das Ableiten von Wasser, für das Pumpen oder/und Transportieren insbesondere von Wasser in einen anderen Bereich des Bergwerks oder/und für das Hochpumpen oder/und Hochtransportieren insbesondere von Wasser im Bergwerk oder/und aus dem Bergwerk aufweist, vorzugsweise mindestens eine Steigleitung.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kontroll-, Regel- oder/und Steuerelemente für die Ableitung von Wasser, für das Pumpen oder/und Transportieren insbesondere von Wasser in einen anderen Bereich des Bergwerks oder/und für das Hochpumpen oder/und Hochtransportieren insbesondere von Wasser aus dem Bergwerk und insbesondere aus mindestens einer Sohle, aus mindestens einem Stollen oder/und aus mindestens einem anderen unterirdischen Hohlraum aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in etwa auf der Höhe eines Speicherraums oder unterhalb des Niveaus des Speicherraums mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in etwa auf der Höhe von mehreren Speicherräumen, unterhalb von den Speicherräumen oder/und unterhalb des Niveaus der Speicherräume jeweils mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im unteren oder untersten Bereich mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in etwa im Bereich der Erdoberfläche, im oberen Bereich der Wassereinleitung, vor oder/und hinter einem Speicherraum, vor einer Pumpe, in etwa im Bereich der Erdoberfläche oder/und vor oder/und in einem Wasserturm mindestens eine Filtereinrichtung aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Bereich aufweist, bei dem das Wasser von einem Speicherraum durch das anstehende Gestein zu mindestens einem anderen Speicherraum oder/und zu mindestens einem Auffangort oder/und zu mindestens einem Sammelort für Wasser sickern oder/und fließen kann und dabei gefiltert oder/und gereinigt wird.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im unteren oder untersten Bereich eine Einrichtung zum Ablassen oder/und Einleiten von Wasser in das umgebende Gestein aufweist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in etwa im Bereich der Erdoberfläche mit mindestens einem Wasserspeicher vor oder/und hinter dem Bergwerk oder/und mit mindestens einer Wasserreinigungsanlage gekoppelt ist.
Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens einer Solaranlage, mit mindestens einer Wärmepumpe oder/und mit mindestens einer Windkraftanlage gekoppelt ist.
Einrichtungen in und bei einem Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie in und bei einem Bergwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einleiten von Wasser in das Bergwerk hinunter elektrischer Strom gewonnen wird, insbesondere beim Einleiten in mindestens einen Speicherraum.
Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie in und bei einem Bergwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlraum im Bergwerk als Speicherraum für Wasser genutzt wird, aus dem bei Bedarf das gespeicherte Wasser zumindest teilweise nach unten abgelassen wird und dabei elektrischer Strom gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in etwa im Bereich der Erdoberfläche oder/und im Bergwerk Wasser durch eine Sickerschicht oder/und durch einen Sickerbereich zu mindestens einem Auffangort geleitet und dabei gefiltert oder/und gereinigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser mit einer Pumpe oder/und einer Transporteinrichtung in mindestens einen anderen Bereich des Bergwerks, in etwa an die Erdoberfläche, in eine Wasserreinigungseinrichtung oder/und in einen Wasserturm gepumpt oder/und transportiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser aus einem unteren Bereich in einen oberen Bereich des Bergwerks oder/und in einen oberirdischen Wasserspeicher gepumpt oder/und transportiert wird, um bei Bedarf von dort wieder zur Energiegewinnung zu einer Turbine abgelassen zu werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von elektrischen Pumpen ein durch Wasserkraft von oben betriebenes Wassertransportsystem eingesetzt wird, mit dem Wasser aus einem unteren Bereich in einen oberen Bereich des Bergwerks oder/und in etwa an die Erdoberfläche geleitet wird.
Verwendung eines Bergwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder/und der Einrichtungen in oder/und bei einem Bergwerk nach Anspruch 16 als Kraftwerk, als Bedarfskraftwerk, als Pumpwasserkraftwerk, als Wasserspeicher zur Energiegewinnung, als Wasserspeicher zur Brauchwasser- oder/und Trinkwassergewinnung oder/und als integrales Energie- und Wassergewinnungssystem.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 22 zur Gewinnung von elektrischem Strom oder/und zur Bereitstellung, Speicherung oder/und Reinigung von Wasser.