Energetische Folgenutzung stillgelegter Grubenbaue des Erzbergbaus: eine optimierte Variante

Georg H. E. Wieber1, Frieder Enzmann1, Michael Kersten1
1 Institut für Geologie, Uni Mainz

O 12.3 in Thermal groundwater utilization

14.04.2016, 10:45-11:00, Audimax A, Geb. 30.95

Grubenwässer des ehemaligen Erzbergbaus stellen im Rheinischen Schiefergebirge einen Rohstoff mit Wärmepotential (geothermische Energie) dar. In der letzten Abbauphase des Erzbergbaus im Siegerland wurden zur wirtschaftlichen Optimierung Verbundgruben geschaffen (FENCHEL et al., 1985). Dabei wurden über Tiefbausohlen von mehreren Kilometern Länge die benachbarten Einzelvorkommen miteinander verbunden (SCHMOLL, 1957). Der Bergbau erreichte Teufen von z.T. über 1.000 m, die Länge der gefluteten Tiefbausohlen addiert sich bei den ehemals bedeutenden Anlagen auf mehrere 10-er Kilometer.  Durch die  Stilllegung und Flutung wurden bedeutende Wasserreservoire geschaffen (WIEBER, 1999), die erhöhte Temperaturen und somit ein hohes geothermisches Potential aufweisen. Für eine geothermische Nutzung können sich in gefluteten Bergwerken im Einzelfall sehr gute Randbedingungen ergeben:

a) warmes Grundwasser mit z.T. hohen Schüttungen wurde bereits durch den Bergbau erschlossen,

b) freier Auslauf großer Grundwassermengen mit erhöhten Temperaturen über den Tiefen- bzw. Entwässerungsstollen,

c) Einstau erheblicher Wasservolumen mit hohem Wärmepotenzial in den gefluteten Grubenbauen,

d) Erschließung großer Teufen mit erhöhten Temperaturen über Tiefschächte,

e) Erschließung der Grubenbaue über den Tiefen Stollen.

Die gefluteten Tiefbausohlen und Schächte können vereinfacht als ein System kommunizierender Röhren betrachtet werden und fungieren bei einer geothermischen Nutzung als „überdimensionale“ Wärmetauscher (WIEBER & STREB, 2012). Allerdings ist die Bergwerkshydraulik sehr komplex und es kommen unterschiedliche Fließarten nebeneinander vor (WÖLKERSDORFER, 2008).

Am Beispiel einer Verbundgrube an der Heller (Siegerland) wurden Varianten für die geothermische Nutzung untersucht (STREB, 2012). Dabei konnten über Szenarienmodellierungen mittels FEFLOW optimale Varianten entwickelt werden. Neben den frei auslaufenden Wässern (ca. 10 l/s mit 17°C) des Wasserlosungsstollens konnte eine zusätzliche geothermische Nutzung mit „Förderung – Wärmeentzug – Reinfiltration der abgekühlten (oder auch erwärmten) Wässer“ entwickelt werden. Eine hydraulische und thermische Beeinflussung der frei auslaufenden Wässer soll dabei aber nicht stattfinden.

Die geothermische Nutzung wurde zwischenzeitlich von der zuständigen Bergbehörde genehmigt. Vorgesehen ist ein kaltes Warmwärmenetz, welches von mehreren kommunalen und gewerblichen Abnehmern mittels Wärmepumpentechnik genutzt werden soll. Im Rahmen der Umsetzung sind weitere Untersuchungen zur Grundwasserhydraulik und zum Wärmefluss vorgesehen. Bei der Grubenwasserförderung und dem Wärmeentzug soll ein Sauerstoffzutritt weitgehend vermieden werden, um Ausfällungen quantitativ zu minimieren. Ebenso ist es geplant, Wärmetauscher aus unterschiedenen Werkstoffen einzusetzen.

Schema der geothermischen Nutzung
Schema der geothermischen Nutzung



BORNHARDT, W. (1912): Über die Gangverhältnisse des Siegerlandes und seiner Umgebung. – Arch. Lagerstättenforsch., 2, Tl. II: 444 S., 57 Abb., 14 Gangbilder, Berlin.

FENCHEL, W., GIES, H., GLEICHMANN, H.-D., HELLMUND, W., HENTSCHEL, H., HEYL, K.E., HÜTTENHAIN, H., LANGENBACH, U., LIPPERT, H.-J., LUSZNAT, M., MEYER, W., PAHL, A., RAO, M.S., REICHENBACH, R., STADLER, G., VOGLER, H. & WALTHER, H. (1985): Sammelwerk Deutsche Eisenerzlagerstätten, I. Eisenerze im Grundgebirge (Varistikum), 1. Die Sideriterzgänge im Siegerland-Wied-Distrikt. – Geol. Jb. Reihe D (Mineralogie, Petrographie, Geochemie, Lagerstättenkunde), H. 77, 517 S., 128 Abb., 38  Tab., 31 Taf., Hannover.

SCHMOLL, G. (1957): Kurzgefasste Darstellung des Erzbergbaus im Siegerland. – 70 S., Betzdorf.

STREB, C. (2012): Hydrochemische und hydraulische Untersuchungen eines gefluteten Bergwerkes – Thermodynamische Modellierung zur geothermischen Nutzung des Grubenwasserpotentials. – 257 S., Mainz (Diss.).

WIEBER, G. (1999): Die Grubenwässer des ehemaligen Blei-, Zink-, Kupfer- und Quecksilber-Erzbergbaus an Beispielen des westlichen Rheinischen Schiefergebirges und der Saar-Nahe-Senke. – 250 S., 69 Abb., 57 Tab., Gießen.

WIEBER, G. & STREB, C. (2012): Geothermische Nutzung gefluteter Grubenbaue – Variantenstudie für das Grubenfeld Margarethe I des Florz – Füsseberger – Gangzuges. – 56 S., Bingen (unverröff.).

WÖLKERSDORFER, C. (2008): Water management at Abandoned Flooded Underground Mines – Fundamentals, tracer tests, modelling, water treatment. – 465 S., 125 Abb., 29 Tab.; Berlin (Springer).



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