DE4234367A1 - Waermegewinnung und waermespeicherung aus stillgelegten bergwerken und braunkohlengruben - Google Patents

Description

Der augenblickliche Stand der Erdwärmenutzung.

• 1) Erdwärmegewinnung aus den oberen Erdschichten
  durch verlegen von Rohrschlangen bis ca. 5 m tief. (Private Haushalte) Wassertemperatur ca. 10 Grad
• 2) Erdwärmegewinnung aus dem Grundwasser
  bohren von zwei Brunnen für Zu- und Ablauf
  (Private Haushalte) Wassertemperatur ca. 10 Grad
• 3) Erdwärmegewinnung aus heißen Quellen (Termalquellen)
  in Kurorten Wassertemperatur bis 90 Grad
• 4) Erdwärmegewinnung aus Vulkanen
  ein in Deutschland nicht angewandtes Verfahren
• 5) Erdwärmegewinnung aus Erdsonden bzw. Bohrlöchern
  ein Verfahren bei dem Wasser senkrecht in die Erde läuft und wieder abgesaugt wird und beim Durchlaufen Erdwärme aufnimmt.
• 6) Sonderfall:
  Gewinnung von Erdwärme aus Flüssen und Gewässer wenn ein Kraftwerk seine Abwärme in sie hineingibt
• 7) Wärmegewinnung aus stillgelegten Bergwerken
  • a) durch Rohrbündel als Endlosrohr durch das Bergwerk geführt,
  • b) Ausnutzung des Grubenwassers als Wärmespender wobei die Wärme Untertage gewonnen wird und über ein Kommunizierendem Rohr nach Übertage transportiert wird,
• zusätzlich zu den bisher aufgeführten Wärmegewinnung nach Punkt "7" schlage ich eine Optimierung der Erdwärmegewinnung vor.

Bevor man ein Bergwerk das zur Erdwärmegewinnung vorgesehen ist absaufen läßt, wird durch Öffnen und Verschließen der Blindschächte eine Strömungsrichtung schon vorgeschrieben die einen hydraulischen Kurzschluß unmöglich machen soll.

Z. B. daß auf der vorletzten Sole (02) abfließende abgekühlte Was­ sesr fließt in den Blindschacht "II" bis Flöz "B" dort ist der Blindschacht verschlossen (ab 1) und das Wasser muß nun durch das gesammte Flöz "C" bis zum Blindschacht "II" fließen und fließt nun bis Flöz "D" dort ist ebenfalls der Blindschacht ver­ schlossen (ab 3) und das Wasser muß durch das gesammte Flöz "D" bis zum Blindschacht "I" bzw. in die unterste Sole fließen, von wo es wieder durch die Wärmepumpe angesaugt wird, und der Kreis­ lauf wiederholt sich.

Vorteil gegenüber dem unkontrollierten Abfließe durch den Blind­ schacht:

• 1) ein hydraulischer Kurzschluß findet nicht statt.
• 2) Das Grubenwasser ist durch den längeren Verbleib in den Flözen länger der Wärme ausgesestzt und ist dadurch meiner Meinung nach auch mit der optimalsten Erdwärme aufgeladen worden, und wird mit der höchstmöglichen Wärme der Wärmepumpe (WP) zu­ geführt.

Ferner möchte ich in diesem Zusammenhang noch die Nutzung der Erdwärme aus rekultivierten Braunkohlenbergwerke mit anmelden. Gleiches gilt auch für Kiesgruben und Steinbrüche.

Bekannt ist das die Braunkohlenbergwerke eine Tiefe von ca. 50-70 m haben.

Wenn die untersten Flözschichten nicht abgepumpt werden laufen diese Bergwerke im Tagebau ebenfalls voll Wasser.

Da diese ehemaligen Braunkohlegruben nach der Ausbeutung eben­ falls volllaufen kann man diese Bergwerke als Wärmespender und Wärmespeicher verwenden, wenn man das Kühlwasser aus dem Kraft­ werk nicht im Kühlturm abkühlen läßt, sondern durch die Grube fließen (abkühlen) läßt.

Um das zuerreichen werden auf der Schachtsole des tiefsten Flözes zwei Gebäude errichtet Umlenkstation genannt, und diese beiden Gebäude werden mit Rohrbündel verbunden die im Inneren der Ge­ bäude enden.

In der gleichen Höhe müssen auch die "Abkühlleitungen" verlegt werden.

Etwa 20 m darüber werden wiederum zwei Gebäude errichtet die wiederum miteinander verbunden sind.

Die übereinanderliegende Gebäude werden nun ebenfalls miteinander verbunden, so daß man sie auch begehen kann, auch von oben.

Von einem der beiden oberen Gebäuden geht nun eine Doppel­ leitung zu den Wärmeabnehmern. (ZV+VV) Zu- und Rückleitung.

Nun fließt das vom Wärmeabnehmer abgekühlte Wasser in den Behälter "1" von dort in den Behälter "2" und nun in den Behälter "3" und von dort in den Behälter "4" und dann zurück in den Behälter "1a" und dann zurück zum Wärmeabnehmer, wo auch die Wärmepumpe steht.

Behälter und Gebäude haben die gleiche Funktion, sind identisch.

Vorteile gegenüber der Verlegung im Garten:

• 1) Das Wasser hat eine gleichmäßige Temperatur weil es nicht der Witterung ausgesestzt ist. Es kann selbst nicht im kältesten Winter einfrieren.
• 2) Die Strecken sind länger und dadurch wird einer Auskühlung vorgebeugt, und eine größtmögliche Wärmeaufnahme erreicht.
• 3) Buddelarbeiten fallen weg, und durch ebenes Verlegen ist die Möglichkeit ein defektes Rohr auszutauschen leichter, zumal wenn man die Rohr in Rohr-methode anwendet.

Für die Betrachtung ist es uninteressant ob in den Gebäuden die Rohre miteinander verbunden sind oder ob die Rohrbündel innerhalb eines Kessels enden, Hauptsache ist, daß das Wasser die Stationen "1" bis "1a" in der vorgeschriebenen Richtung durchfließt.

Gleichzeitig muß verhindert werden, das kein "Grubenwasser" ("Deponiwasser") in das für das für Heizzwecke verwendete Was­ ser gelangen kann.

Legende zur Fig. 1

00=Früher Hauptschacht
01=Oberste Sole, dort soll zulaufendes Grubenwasser und Oberflächenwasser aufgefangen und als Industriewasser gefördert werden.
02=Vorletzte Sole, Standplatz der Wärmepumpe
03=Unterste Sole, läuft voll Wasser, Ansaugvorrichtung zur Förderung des warmen Grubenwassers
I=Blindschacht 1,
II=Blindschacht 2,
A-D=Flözbezeichnungen
ab1, ab2, ab3=Verschlüsse in den Blindschächten, zur Regelung der Durchflußrichtung des Grubenwassers.
WW1=Wasser zur Wärmepumpe, heißes Wasser Primärkreis von der untersten Sole
KW1=Wasser von Wärmepumpe, kaltes Wasser Primärkreis fließt in Blindschacht.
WP=Wärmepumpe
WW2=heißes Wasser von Wp zum Verbrauchr ca. 120 Grad warm
KW2=erkaltetes Wasser vom Verbraucher zur Wp
IW=Industriewasser, auf der obersten Sole zugelaufen.

Legende 2

ZV=Zum Verbraucher
VV=Vom Verbraucher
KT=Kühlturm
KW=Kraftwerk
HKW=Heißes Wasser, vom Kraftwerk kommend
AKW=Abgekühltes Wasser, aus der Grube kommend
1=Erste Umlenkstation, vom Verbraucher nach zweiter Umlenkstation
2=Zweite Umlenkstation, mit Verbindung (Leiter) zur ersten Umlenkstation und rohrmäßigen Verbindung zu den Stationen 1+3
3=Dritte Umlenkstation, rohrmäßigen Verbindung mit den Umlenkstationen 2+4 und einer Leiterverbindung nach 4
4=vierte Umlenkstation, rohrmäßige Verbindung mit den Umlenkstationen 1a+3 sowie leitermäßig mit Station 3
1a=Ende des Wärmesammlers, Wasser geht von hier zu den Verbrauchern/Wärmepumpe.

Claims (3)

1. Die Schutzansprüche bestehen aus zwei Teilen.
Einmal aus dem unterirdischen Teil eines Bergwerkes und aus den oberirdischen Tei­ len, den Tagebauten, wie sie bei Braunkohlengruben, Kieslöchern, Steinbrüchen usw. vorkommen.
Zu "1"

• a) Bei den unterirdischen Schutzansprüchen möchte ich mir schützen lassen, daß durch die Festlegung der Wasserfließrichtung des Grubenwassers in den stillge­ gelegten Bergwerken, duch offenlassen oder verschließen der Blindschächte und durchfließen der abgebauten Flözen "Alter Mann" genannt die größtmögliche Wärmemenge aufgenommen werden kann, weil durch die lange Verweildauer und dem engen Kontakt zu dem "Gebirge" das Grubenwasser die höchste geothermische Wärme aufgenommen hat.
  Gleichzeitig wird dadurch auch ein hydraulischer Kurzschluß vermieden.
• b) Bei Bergwerken die nicht vollaufen (absaufen), wird als Trägermedium, normale Luft genutzt. Ähnlich der Wetterführung in den Bergwerken, sonstige Vorbereitung wie unter 1a.
• c) Desgleichen soll die Art der Wärmenutzung geschützt werden, die darin besteht, das die Wärmepumpe Übertage steht, die Ansaugleitung führt über den früheren Hauptschacht bis zur untersten Sole und das genutzte Wasser aus der Wärmepumpe wird über den ehemaligen Wetterschacht in das Bergwerk zurück geführt. Zur Verhinderung des hydraulischen Kurzschlusses wird auf den übrigen Solen der Füllschacht verschlossen, wobei zusätzlich die Blindschächte auch noch verlos­ sen werden können wie bei 1a und 1b beschrieben.
  Vorteil: Rohre können Problemlos ausgetauscht werden.

Bei den Tagebauten (Braunkohle, Kies, Steinbrüchen etc.) werden andere Schutzan­ sprüche gelten gemacht.
Hier soll eine besondere Verlegeart geschützt werden.
Zu "2"

• a) Verlegung von Rohren oder Rohrbündel bevor die Grube verfüllt wird, sowie den Einbau von Gebäuden oder Rohrumlenkstationen, die aber von Übertage noch begeh­ bar sein müssen. Damit eine Überprüfung der Rohre oder ein Auswechseln der Rohre noch möglich ist. Bei Rohr in Rohrverlegung.
• b) Durch diese Verlegeart wird gewährleistet, daß das Trägermedium z. B. Wasser sich auf der längeren Strecke besser erwärmt, und der Wärmepumpe die höchstmögliche Wärme angeboten wird, und das bei allen Jahreszeiten mit einer fast konstanten Temperatur gerechnet werden kann.
• c) Diese Wärme soll nun dem Endverbraucher zugeführt werden in dessen Haus sich eine Wärmepumpe befindet, oder einer zentralen Heizstation die Fernwärme er­ zeugt und verteilt.
• d) Durch das zusätzliche Verlegen von Kühlwasserableitungsrohren aus Kraftwerken kommend wird das Erdreich das die Rohre umgibt aufgeheizt und dadurch wiederum wird die Verfüllmasse aus Erdreich und Grundwasser bestehend aufgefwärmt, sodaß die Grube gleichzeitig als Wärmespeicher verwendet werden kann. Somit hat diese Grube zwei Funktionen:
  Sie ist Wärmelieferant und Wärmespeicher.
  Gleichzeitig wird die Abluftwärme der Kühltürme reduziert, und die Umweltbe­ lastung durch die Kühltürme fällt weg.

Die Schutzansprüche ("1a . . . c" und "2a . . . d" sind dadurch gekennzeichnet, das es bis heute noch keine Veröffentlichungen gibt die eine solche Verwendung von Bergwerken, Tagebauten und Deponien beschreiben oder im praktischen Betrieb be­ treiben.
Die beigefügten Skizzen sollen die Arbeitsweise erläutern und sind nur zur Erklä­ rung beigefügt, aus diesem Grunde nicht Maßstabsgerecht.