DE102016002255A1

DE102016002255A1 - Nutzung von unter Wasser stehenden Bergwerken für die Gewinnung von thermischer Energie

Info

Publication number: DE102016002255A1
Application number: DE102016002255.8A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dziersk; Robert Koppelmeyer-Röh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Aufgegebene mit Wasser gefüllte Untertagebergwerke erwärmen das Wasser durch ihre geologische Wärme. Diese freie, unerschöpfliche Wärmeenergie soll durch die bereits vorhandenen Strukturen in einem oberhalb der Erdoberfläche genutzten Kreislauf gewonnen werden. Weil jedes Untertage-Bergwerk neben dem Förderschacht einen zweiten Rettungs-/Belüftungs-Schacht besitzt, kann dieser Wasserkreislauf nach der Wärmeentnahme, vom Förderschacht oberirdisch (als Kaltwasserleitung zum zweiten Schacht) geschlossen werden. Die vorhandenen, unterirdischen, bergbaulichen Verbindungswege geben dem Wasser ausreichend Zeit und Volumen, um die ursprüngliche Temperatur wieder anzunehmen. Die Wärme-Entnahmestelle kann bei einem verschlossenen Schacht durch Hilfsbohrungen an einen anderen Ort verlegt werden.

Description

Stand der Technik ist, dass aufgegebene Bergwerke sich selbst überlassen werden. Gibt es behördliche Auflagen, werden sie teilweise verfüllt, als Endlager von Schadstoffen genutzt oder einfach geflutet. Ihr Eingang wird danach verschlossen „und das war es”. Überlegungen sie als Energiespeicher zu nutzen wurde stets wegen mangelnder Eignung verworfen.
Erfindungsgemäß neu ist eine aktive Nutzung von mit Wasser gefüllten Untertage-Bergwerken. Insbesondere alten Salzbergwerken, oder Bergwerken die eine lohnende geologische Wärme an der Oberfläche ihrer Untertage-Strukturen aufweisen. Durch Förderung des erwärmten und in den gefluteten Bergwerks-Strukturen frei verfügbaren Wassers, kann dieses erfindungsgemäß Übertage in eine andere, oder höhere Energieform umgewandelt und genutzt werden.
Für eine Abgrenzung zu der bekannten Geothermie werden erfindungsgemäß keine neuen Bohrungen abgeteuft und auch kein Wasser oder anderes Medium mit Druck durch Gesteinsschichten von Bohrung, zu Bohrung gepresst oder in einer neu angelegten Bohrung kalt herunter und in derselben warm wieder heraufgefördert. Erfindungsgemäß werden ausschließlich bereits vorhandene, nach einer Ausbeutung des ursprünglichen Bodenschatzes aufgegebene Bergwerksstrukturen genutzt.
Lässt die oberirdische örtliche Bebauung um einen vorhandenen Bergwerks-Schacht keine Leitungslegung zu, geschieht die Wärmenutzung in den vorhandenen Bergwerksschächten nicht mit doppelwandigen Sonden, in denen kaltes Wasser nach unten und erwärmtes Wasser nach oben gefördert wird. Erfindungsgemäß können einfache Rohre genutzt werden. Der Durchmesser eines abgeteuften Bergwerkschachtes beträgt mehrere Meter und lässt daher groß dimensionierte Rohre, die auch isoliert sein können, zu. (1)
Das Wärme fördernde Entnahmerohr wird dabei bis kurz über den Schachtgrund geführt. (Höchste Wärmedichte und Temperatur) Das Kaltwasser-Rücklaufrohr muss nur bis kurz unterhalb der im Schacht vorhandenen Wasserstands-Oberfläche hinabreichen. Es soll damit ein geschlossener Kreislauf, bei dem das Im Rohr aufsteigende warme Wasser einen Druck und das abfließende Kalte Wasser einen Sog erzeugt. Hierbei beeinflussen sich die geförderten, unterschiedlichen Wasser-Temperaturen auf Dauer jedoch gegenseitig. Es kommt zu einem positiven Wasser-Temperatur-Mittelwert, der an einem Wärmetauscher genutzt werden kann.
Bei an der Erdoberfläche freien (unbebauten) Korridoren zum nächsten Schacht (jedes Bergwerk hat nach dem Gesetz einen zweiten Luft-/Rettungs-Schacht oder eine Stollenverbindung zum nächsten Bergwerk), kann eine oberirdische Kaltwasser-Verbindungsleitung gelegt werden. D. h. durch den 1. Schacht wird warmes Wasser heraufgeholt, die Wärme in Wärme-Tauschern gewonnen und kalt durch die Verbindungsleitung/Leitungen, die auch im Boden eingelassen sein können, zum 2. Schacht geleitet. Der 2. Schacht dient dazu das kalte Wasser durch einfache Schwerkraft wieder nach unten in das Stollensystem einzuleiten. (2)
Die Wärmeaufnahme des Wassers erfolgt dann durch Oberflächenkontakt mit den Bergwerkswänden/der vorhandenen Erdwärme in den Stollen und Abbaukammern. In Salz-Bergwerken kann die vorhandene Erdwärme je nach Tiefe 60°C und mehr betragen.
Bei diesem erfindungsgemäß neunen Wasser-Kreislaufsystem, von Schacht zu Schacht, kommt es zu keiner gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem aufsteigenden warmen Wasser und dem abfließenden kalten Wasser. Erfindungsgemäß kann auch an nur einer Stelle entnommen oder eingeleitet werden und der Wasserkreislauf über mehrere bereits vorhandene Einleit-/Entnahmestellen/Schächte oder Bohrungen geschlossen werden.
Weil ein Untertage-Bergwerk ein dreidimensionales Gebilde ist, gibt es für die Wärmegewinnung noch eine weitere Variante. Lässt die oberirdische Bebauung keine Korridore (zwischen den Schächten) für die Kaltwasser-Rückführung zu und ist an den Schächten keine Ansiedlungsfläche für ein Kraftwerk oder andersartige Nutzung der Wärmeenergie vorhanden, dann kann mit zwei oder mehr Hilfsbohrungen gearbeitet werden.
In der Regel gibt es genaue Markscheide-Karten der ausgeräumten Lagerstätten und Verbindungsstollen. Entweder man bohrt an geeigneten Punkten senkrecht, horizontale Bergwerksstrukturen in ausreichendem Abstand voneinander an, oder bohrt Strukturen in vertikaler Richtung an. Damit ist gemeint, dass z. B. eine Zielbohrung den Abbau in 600 m Tiefe trifft und die 2. Bohrung den Abbau in 900 m Tiefe. Zwischen beiden Orten können kilometerlange durchgängig offene Stollensysteme und Abbaukammern für eine ausreichende Wärmeaufnahme und Zirkulation bestehen. (3)
Stand der Bohrtechnik ist, dass in Kurven sowohl horizontal als auch vertikal gebohrt werden kann. Dieses ermöglicht, dass ein „Kraftwerk” unabhängig von den unterirdischen Strukturen, auf der Erdoberfläche an einem geeigneten Gewerbestandort angesiedelt werden kann.
Durch Nutzung dieser Kurven-Bohrtechnik ist es auch möglich, von einem einzigen Startbohrungsareal aus mehrere Bohrungen, die in der Fläche und in der Tiefe variieren, vorzutreiben. Hierdurch kann erfindungsgemäß das geologische Wärmevolumen des gesamten Bergwerks in seiner vollen Ausdehnung genutzt werden. Damit ist gemeint, dass die oft Kilometer langen Untertagestrukturen nicht als „Sackgassen” genutzt werden müssen, sondern durch gezielte Bohrungen zum jeweiligen „Abbaustrecken-Endpunkt” in ihrer Gesamtlänge zur Wärmeaufnahme genutzt werden können. Soweit es sinnvoll erscheint auch in mehreren Abschnitten hintereinander.
Vermeintliche hydraulische Kurzschlüsse zwischen der Kaltwassereinleitung und Warmwasserentnahme, sind solange unproblematisch, solange durch Zielauswahl der Entnahme- oder Einleit-Orte, die Verweilzeit/Wärmeaufnahmezeit im richtigen Verhältnis zu des Stollenquerschnittsfläche, der Fließgeschwindigkeit des Wassers und zu der vorhandenen Wärmekontaktfläche, des sie umgebenden Berges/Gesteins stehen.
Ist der gewünschte Wirkungsgrad einmal nicht optimal, kann er über eine jeweilige Reglung der Wasser-Fließgeschwindigkeit (örtliche Verweilzeit) verändert werden. Das Anbohren der bestehenden Strukturen erfolgt immer in einem spitzen Winkel. Damit soll eine vorgegebene, richtungsweisende, spiralförmige Rotation in der Längsbewegung des Wassers erreicht werden. Diese spiralförmige Rotation senkt die Strömungswiderstände und erhöht den Wärmeaustausch mit der Oberfläche des Berges.
Ein Patentanspruch wird nur auf die Gewinnung von Wärmeenergie durch Nutzung von vorhandenen Bergwerksschächten und Stollen/Abbauhohlräumen erhoben. Darin eingeschlossen ist das nachträgliche Anbohren von Bergwerksstrukturen, wenn durch Bebauung oder anderen Hinderungsgründen an der Erdoberfläche, eine problemlose Nutzung der vorhandenen Schächte nicht möglich, oder eine bessere Wärmequellen-Nutzung damit möglich ist. Damit ist gemeint, dass die Wärmeentnahme nicht senkrecht über den vorhandenen Bergwerksstrukturen geschehen muss und, dass durch Vertragswerke auch in der Nähe liegende Betriebe mit entsprechendem Wärmebedarf direkt an den Wasserkreislauf angeschlossen/mit Wärme beliefert werden können, obwohl parallel hierzu der größte Teil der Bergwerks-Wärmeenergie (durch eine andere parallele Leitung) z. B. zur Gewinnung von elektrischer Energie genutzt wird.
Für die Art der weiterführenden Nutzung, dieser aus den vorhandenen Bergwerken gewonnenen Wärmeenergie, wird daher kein Anspruch erhoben.

Claims

Nutzung von unter Wasser stehenden Untertage-Bergwerken für die Wärme-Energiegewinnung, dadurch gekennzeichnet, dass bereits bestehende, aber durch Erschöpfung der ursprünglich abgebauten Bodenschätze aufgegebene, geflutete Untertage-Strukturen genutzt werden
Nutzung von unter Wasser stehenden Untertage-Bergwerken für die Wärme-Energiegewinnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein oberirdisch nachträglich geschlossener Wasserkreislauf hergestellt wird, der in seinem Untertagebereich durch vorhandene Stollen und Abbaustrukturen fliest, sich dabei mit Erdwärme thermisch auflädt und mindestens 2 Schächte oder Hilfsbohrungen miteinander verbindet.
Nutzung von unter Wasser stehenden Untertage-Bergwerks-Schächten für die Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in vorhandenen Schächten eine Leitung, (Rohr oder andersartige Sonde) für eine Warmwasseraufnahme an den wirtschaftlichsten, oder den Punkt mit der besten Wärmeausbeute hinabgelassen wird. Das heraufgeholte Warmwasser wird oberirdisch genutzt und kalt oben in denselben Schacht, oder durch eine seitliche Bohrung in die Abbaustruktur hinein, zur Aufrechterhaltung des Wasserkreislauf wieder eingeleitet.