DE102015120700A1

DE102015120700A1 - Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen

Info

Publication number: DE102015120700A1
Application number: DE102015120700.1A
Authority: DE
Inventors: Lutz Lindner; Carmen Lindner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-29
Filing date: 2015-11-29
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, weitere Möglichkeiten der Energieerzeugung unter Ausnutzung von ehemaligen Bergbauanlagen zu schaffen, wobei vorrangig warmes Wasser oder Luft aus der Tiefe durch Nutzung von mindestens zwei Schachtanlagen, die im Sohlenbereich und Übertage miteinander verbunden sind zur Elektroenergiegewinnung genutzt werden. Bei dem Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen werden mindestens zwei nebeneinanderliegende Schächte (373 und 372) genutzt und dort ein Kreislauf von Luft (1) oder Wasser (1) als Medium (1) erzeugt, wobei im Sohlenbereich (2) und Übertage (3) beide Schächte (373 und 372) miteinander verbunden sind. Übertage (3) am Schacht (373) wird durch Wärmetauscher (4) dem Medium (1) Wärme entzogen wird und diese Wärme z. B. in einer Vakuumdampf-Turbine als Anriebsmittel genutzt wird, wodurch im Schacht (373) das kalte Medium (1) absinkt und durch die Gebirgswärme vorzugsweise im Bereich der Sohle (2) im Schacht (372) ein Auftrieb des Mediums (1) erreicht wird und dabei das absinkende Medium (1) im Schacht (373) und das aufsteigende Medium (1) im Schacht (372) jeweils mindestens einen Langsamläufergenerator (5) bzw. Turbine (5) antreibt.

Description

Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen durch Koppelung von mindestens zwei Schachtanlagen im Sohlenbereich und Übertage.
Die Nutzung von ehemaligen Bergbauschachtanlagen zur Energiegewinnung ist schonlänger Praxis. So wird z. B. bereits in verschiedenen Anlagen das vorhandene warme Wasser zur Beheizung von Wohnanlagen genutzt.
Eine weitere Nutzung wird in der DE 36 40 470 A1 beschrieben, wo die Schachtanlagen von stillgelegten Bergwerken zu einem Pumpspeicherwerk umgebaut und genutzt werden. Gleichzeitig soll hier eine Binnengewässerreinigung ermöglicht werden.
In der Schrift DE 10 2008 054 229 A1 wird ein elektromechanisches Verbundsystem vorgestellt, welches dazu dient elektrische Energie zu speichern, die vorwiegend aus erneuerbaren Energien gewonnen wurde. Dazu wird erfindungsgemäß eine Stromspeicherung in elektromechanischen Anlagen vorgeschlagen, welche aus je nach Bedarf wechselweise zuschaltbaren Motoren und Generatoren bestehen, die mit Fahrgewichten verbunden sind. Der aus erneuerbaren Energien gewonnene Strom wird den genannten Motoren zugeführt, die ihrerseits die Fahrgewichte aus der Tiefe, z. B. eines Schachts, über eine Seilwinde emporheben und somit diesen potenzielle Energie zuführen. Bei Bedarf von elektrischer Energie für die Verbraucher erden die Fahrgewichte wieder in den Schacht abgelassen, wobei diese über die Seilwinde zusammen mit den Generatoren die freiwerdende potentielle in elektrische Energie umwandeln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, weitere Möglichkeiten der Energieerzeugung unter Ausnutzung von ehemaligen Bergbauanlagen zu schaffen, wobei vorrangig warmes Wasser oder Luft aus der Tiefe durch Nutzung von mindestens zwei Schachtanlagen, die im Sohlenbereich und Übertage miteinander verbunden sind zur Elektroenergiegewinnung genutzt werden.
Durch einen erzeugten Kreislauf der Medien (Wasser oder Luft) durch Entnahme der Wärme aus dem Medium oberhalb eines Schachtes sinkt das abgekühlte Medium wieder in Richtung Schachtsohle. Die entnommene Wärme wird zur Elektroenergieerzeugung genutzt. Durch eine Verbindung im Sohlenbereich der beiden Schächte fließt das zwischenzeitlich erwärmte Medium in den Nachbarschaft und steigt hier wieder nach oben.
In beiden Schächten sind sogenannte Langsamläufergeneratoren installiert, die durch das abfallende bzw. aufsteigende Medium angetrieben werden und Elektroenergie erzeugen.
Durch die Koppelung mit einem weiteren Schacht soll die kinetische Energie abfallender Hohlkugeln zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Hohlkugeln werden in einen wassergefüllten Schacht durch den Auftrieb wieder nach Übertage gefördert.
An Hand der beigefügten Zeichnung soll die Anlage und das Verfahren zur Energieerzeugung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt stilistisch die Nutzung von drei Schachtanlagen, die natürlich bei realen Objekten in größeren Abständen auseinander liegen.
Die beiden Schächte 373 und 372 besitzen jeweils eine Verbindung mittels Rohren oder anderen Ausführungen im Sohlenbereich 2 und Übertage 3. Diese komplette Anlage ist mit einem Medium 1, z. B. Wasser 1 oder Luft 1 gefüllt. Im Schacht 373 ist im Bereich Übertage 3 ein Wärmetauscher 4 angeordnet. Dieser entzieht dem Medium 1 Wärme, die vorzugsweise in einer Vakuumdampfturbine zur Elektroenergieerzeugung genutzt wird. Aber auch die Nutzung zur reinen Warmwassernutzung bei Endverbrauchern ist denkbar. Durch die Entnahme der Wärme aus dem Medium 1 sinkt dieses Medium 1 in Richtung Sohle 2 des Schachtes 373. Im Schacht 373 ist mindestens ein Langsamläufergenerator 5 installiert, der durch die Abwärtsbewegung des Mediums 1 angetrieben wird und somit Elektroenergie erzeugt. Zur Unterstützung des Kreislaufes des Mediums 1 in den beiden Schächten 373 und 372 kann im Verbindungsstollen bzw. Verbindungsrohr zwischen den beiden Schächten 373 und 372 im Sohlenbereich 2 noch zusätzlich eine Pumpe 6 oder Lüfter 6 angeordnet sein, die den Kreislauf ständig oder nur bei Bedarf unterstützt. Im Schacht 372 steigt das erwärmte Medium 1 wieder in Richtung Übertage 3. Auch in diesen Schacht 372 können ein oder mehrere Langsamläufergeneratoren zwecks Elektroenergieerzeugung installiert sein. Durch eine Verbindung zwischen den beiden Schächten 373 und 372 im Bereich Übertage 3 gelangt das warme Medium 1 wieder zum Wärmetauscher 4, wo wieder die Wärme des Mediums 1 entzogen wird und der Kreislauf kann von Neuem beginnen.
Durch die Einbeziehung eines weiteren Schachtes 371 und entsprechenden Verbindungen zu Schacht 372 kann zusätzlich die kinetische Energie von Hohlkugeln 8 genutzt werden. Dazu ist in dem Schacht 371 eine trichterförmige Auffangeinrichtung 7 oberhalb des Wasserspiegels 13 angeordnet. Diese Auffangeinrichtung 7 geht in ein Rohrsystem 9 über. Dieses Rohrsystem steigt in Richtung Schacht 371 leicht an und besitzt im Endbereich zum Schacht 372 mehrere Rückschlagklappen 13, die mittels Steuerung die Hohlkugeln 8 intervallmäßig aus dem Rohrsystem 9 austreten lässt. Bei Öffnung der Rückschlagkappe 13 am Ende des Rohrsystems 9 gleicht sich der Wasserdruck im Bereich zu einer weiter hinten liegenden Rückschlagklappe 13 aus und eine in diesem Bereich liegende Hohlkugel 8 steigt aus dem Rohrsystem 9 aus und im Schacht 372 nach oben.
Am oberen Ende des Schachtes 372 befindet sich eine weitere Auffangeinrichtung 7, die die aufgestiegenen Hohlkugeln 8 zum Schacht 371 weiterführt und dort in den Schacht 371 abwirft und somit einen Kreislauf der Hohlkugeln 8 zwischen Schacht 372 und Schacht 371. ermöglicht.
Das Rohrsystem 9, welches dem Außendurchmesser der Hohlkugeln 8 so angepasst ist, dass die Hohlkugeln 8 ohne Reibungsverluste durch das Rohrsystem 9 bis in den Schacht 372 rollen bzw. aufsteigen können und gleichzeitig ein Schwall warmes Wasser 1 aus dem Sohlenbereich 2 des Schachtes 371 befördert. In dem Rohrsystem 9 kurz vor der Wasserstand 14 des Schachtes 371 ist ein Rohrabgang 10 mit einem Rückschlagventil 11 integriert. Durch einschießende Hohlkugeln 8 in die Auffangeinrichtung 7 und in das Rohrsystem 9 wird ein Überdruck erzeugt, der durch das Rückschlagventil 11 in den Rohrabgang 10 zu einem Druckluftspeicher entweichen kann. Das Rohrsystem 9 besitzt kurz unter dem oberen Wasserstand 14 des Schachtes 371 mindestens eine Öffnung 12 zum Einfließen des Schachtwassers 1.
Nach dem Aufsteigen einer Hohlkugel 8 aus dem Rohrsystem 9 schließt sich die Klappe 13 am Ende des Rohrsystems 9 und die weiter hinten liegende Klappe 9 öffnet sich und lässt eine weitere Hohlkugel 8 in den Zwischenraum zwischen den beiden Klappen 13 des Rohrsystems 9.
Bezugszeichenliste

1: Medium, Wasser, Luft, Schachtwasser
2: Sohle, Sohlenbereich
3: Übertage
4: Wärmetauscher
5: Langsamläufergenerator, Turbine
6: Pumpe, Lüfter
7: Auffangeinrichtung
8: Hohlkugel
9: Rohrsystem
10: Rohrabgang
11: Rückschlagventil
12: Öffnung
13: Rückschlagklappe, steuerbare Klappe
14: Wasserstand
371: Schacht
372: Schacht
373: Schacht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3640470 A1 [0003]
DE 102008054229 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei nebeneinanderliegenden Schächten (373 und 372) ein Kreislauf von Luft (1) oder Wasser (1) als Medium (1) erzeugt wird, wobei im Sohlenbereich (2) und Übertage (3) beide Schächte (373 und 372) miteinander verbunden sind und Übertage (3) am Schacht (373) durch Wärmetauscher (4) dem Medium (1) Wärme entzogen wird und diese Wärme z. B. in einer Vakuumdampf-Turbine als Anriebsmittel genutzt wird, wodurch im Schacht (373) das kalte Medium (1) absinkt und durch die Gebirgswärme vorzugsweise im Bereich der Sohle (2) im Schacht (372) ein Auftrieb des Mediums (1) erreicht wird und dabei das absinkende Medium (1) im Schacht (373) und das aufsteigende Medium (1) im Schacht (372) jeweils mindestens einen Langsamläufergenerator (5) bzw. Turbine (5) antreibt.
Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (6) bzw. Lüfter (6) im Verbindungsstollen auf der Sohle (2) als Hilfsantrieb für den Kreislauf arbeitet.
Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schacht (371) im Sohlenbereich (2), aber noch oberhalb des Wasserstandes im Schacht (371), eine trichterförmige Auffangeinrichtung (7) für Hohlkugeln (8) angeordnet ist und diese Auffangeinrichtung (7) in ein Rohrsystem (9) übergeht, welches dem Außendurchmesser der Hohlkugeln (8) so angepasst ist, dass die Hohlkugeln (8) ohne Reibungsverluste durch das Rohrsystem (9) bis in den Schacht (372) rollen bzw. aufsteigen können und gleichzeitig ein Schwall warmes Wasser (1) aus dem Sohlenbereich (2) des Schachtes (371) befördert, wobei in dem Rohrsystem (9) kurz vor der Wasserstand (14) des Schachtes (371) ein Rohrabgang (10) mit einem Rückschlagventil (11) integriert ist und durch einschießende Hohlkugeln (8) in dem Rohrsystem (9) ein Überdruck erzeugt wird, der durch das Rückschlagventil (11) in den Rohrabgang (10) zu einem Druckluftspeicher entweichen kann und das Rohrsystem (9) kurz unter dem oberen Wasserstand (14) des Schachtes (371) mindestens eine Öffnung (12) zum Einfließen des Wassers (1) besitzt und am Ende des Rohrsystems (9) im Schacht (372) mindestens eine Rückschlagklappe (13) das Eindringen von Wasser (1) aus dem Schacht (372) in den Schacht (371) verhindert und am oberen Ende des Schachtes (372) eine Auffangeinrichtung (7) für die Hohlkugeln (8) nach dem Aufsteigen aus dem Rohrsystem (9) im Schacht (372) vorhanden ist, die die Hohlkugeln (8) zum Schacht (371) weiterführt und dort in den Schacht (371) abwirft und somit einen Kreislauf der Hohlkugeln (8) zwischen Schacht (372) und Schacht (371) ermöglicht.
Verfahren zur Energieerzeugung in ehemaligen Bergbauschachtanlagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohrsystem (9) am Ende in Richtung Schacht (372) zwei steuerbare Klappen (13) angeordnet sind, die in Intervallen die Hohlkugeln (8) in den Schacht (372) entlassen.