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GrEEN - Forschungsvorhaben

Mehr als 25 Jahre ist es her, seit im Aachener Revier Steinkohle gefördert wurde. Heute macht das ENERGETICON an dem ehemaligen Ort der Energiewirtschaft den Wandel von fossiler zu regenerativer Energie für die Öffentlichkeit erlebbar - nicht nur als Energie-Erlebnismuseum, sondern auch als Erzeuger seiner eigenen klimafreundlichen Energie. Dafür sorgt das Projekt GrEEn.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber

NRW-

Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MULNV)

Akronym

GrEEN

Titel/ Thema

Grubenwasserenergie für das ENERGETICON

Identifikation/ Zuwendungsnummer

 

Durchführungszeitraum

2017-2019

Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag

 

Sonstiges

 

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Der Standort des ENERGETICON hat besonderen Symbolcharakter: am nordwestlichen Rand der ehemaligen Betriebsfläche des Verbundbergwerks „Anna“, mitten im ehemaligen Aachener Bergbaurevier gelegen, begeistert das Museum mit seiner Dauerausstellung zur Energiewende sowie thematisch passenden Tagungen, Workshops und Events jährlich tausende Besucherinnen und Besucher. Seit September 2018 nutzt das Museum diesen Standort noch auf weitere Weise: Dazu haben die Verantwortlichen das Projekt „Grubenwasserenergie für das ENERGETICON“ – kurz GrEEN ins Leben gerufen. Gemäß seinem Titel nutzt das Projekt Grubenwasser zur Energieerzeugung. Seit dem Ende des Bergbaus füllen sich die Hohlräume unter Tage mit Gruben- und Grundwasser. Die Wassersäule in dem etwa 900 Meter tiefen Eduardschacht, der sich mitten auf dem Gelände des ENERGETICON befindet, steigt täglich um etwa zwei Zentimeter und hat eine mittlere Wassertemperatur von circa 26 Grad Celsius.

Kostengünstiges und risikoarmes Geothermie-Verfahren

Um diese Wärme nutzen zu können, wurde eine Erdwärmesonde in die Wassersäule des Schachtes abgelassen, die die Wärme direkt in der Tiefe anzapft. In der so genannten Monosonde zirkuliert als Medium reines Wasser, das die Umgebungswärme aus dem Grubenwasser aufnimmt. Ein Wärmetauscher mit nachgeschalteter Wärmepumpe stellt diese anschließend der Heizungszentrale des Museums zur Verfügung. Auf diese Weise können bis zu 70 Prozent des Wärmeenergiebedarfs des ENERGETICON gedeckt werden. Im Vergleich zu anderen Geothermie-Verfahren, wie beispielsweise dem Doublettenverfahren, hat das System den Vorteil, dass das Grubenwasser nicht aufwändig nach oben gepumpt und an anderer Stelle wieder eingeleitet werden muss. Zudem entstehen keine Kosten und Risiken für die Erschließung des Grubenwassers, da der Schacht bereits vorhanden ist.

Geschichte des Projekts

Bis der Probebetrieb im November 2018 aufgenommen werden konnte, mussten einige Hürden überwunden werden: Weil die Wärmesonde nicht wie geplant über die Entgasungsleitung in den Schacht eingebracht werden konnte, musste 150 Meter Betonverschluss durchbohrt werden. Erhöhte Anforderungen durch das entzündliche Grubengas und große Differenzen zwischen den vorliegenden Plänen und den tatsächlichen Verhältnissen im Schacht stellten weitere ungeplante Herausforderungen dar. Letztlich konnten aber alle Hindernisse technisch mit finanziell vertretbarem Aufwand gelöst werden und die Monosonde in die Wassersäule des Schachtes eingebracht werden.

Blaupause für das Ruhrgebiet

Die für März 2019 erwarteten ersten Ergebnisse des Projekts werden mit Spannung erwartet, denn wenn diese die Erwartungen erfüllen, kann das Projekt als Blaupause für zahlreiche Bergbaugebiete und Schächte in Nordrhein-Westfalen dienen – und so die ehemals fossilen Energiequellen des Bergbaus in zukunftsfähige Quellen regenerativer Energieversorgung verwandeln, die sich nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch rechnen. Allein im Ruhrgebiet wäre eine Übertragung auf über 100 geeignete Schächte denkbar.

Projektstand (2019)

Das GrEEn Projekt wurde im Eduard-Schacht in Alsdorf realisiert. Das Aachener Steinkohlenrevier erstreckt sich über eine Fläche von rd. 250 km2 nördlich von Aachen. 1992 wurden der Bergbau endgültig stillgelegt und die vorhandenen tiefen Bergbauschächte dauerstandsicher verfüllt. Seit 1993 findet ein kontinuierlicher Anstieg des Grubenwassers statt; zwischenzeitlich hat das Grubenwasser ein Niveau von etwa -9 mNHN (rd. 170 m u GOK) erreicht. Das Grubenwasser weist Temperaturen von 22 bis 26 °C auf.

Im Rahmen eines Pilotprojektes wurden die Möglichkeiten zur Nutzung des Grubenwassers für die Beheizung des Energiemuseums ENERGETICON auf dem ehemaligen Betriebsgelände der Grube Anna untersucht.

Auf dem Museumsgelände liegt der rd. 890 m tiefe Eduard-Schacht, der 1992 durch eine kohäsive Füllsäule oberhalb der obersten Sohle (rd. 153 m u GOK) gesichert wurde. Unterhalb dieser Betonfüllsäule ist der Schacht weitgehend vollständig mit Grubenwasser erfüllt. In der Betonfüllsäule sind eine Entgasungsleitung und eine Pegelleitung eingebaut, die im Rahmen des Grubenwasseranstiegs die Ableitung des Grubengases und die Überwachung des Grubenwasseranstiegs ermöglichen.

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde gezeigt, dass der Einbau einer Doppel-U-Sonde in den Schacht die technisch und wirtschaftlich günstigste Lösung für die Beheizung der Museumsgebäude darstellt. Der Einbau in den Schacht war zunächst über die Entgasungsleitung geplant; dies erwies sich aber im Rahmen der Vorerkundung als nicht machbar. Für den Einbau der Sonde musste daher in der Betonfüllsäule eine Bohrung hergestellt werden, um einen neuen Zugang zum offenen Schachtabschnitt unterhalb der Betonfüllsäule zu schaffen.

Eine besondere geotechnische Herausforderung stellte wiederum der Einbau der Erdwärmesonde dar. Es musste eine technische Lösung zur Beherrschung der auftretenden Auftriebskräfte (rd. 600 m Wassersäule) und den Materialeigenschaften der Sonde (Zugfestigkeit) gefunden werden. Mittlerweile ist das Projekt realisiert und in dem mehrmonatigen Probebetrieb seit November 2018 konnte die Erdwärmesonde über 70 % des Wärmebedarfs der Gebäude des ENERGETICON decken.

Koopertionspartner

RWE Innogy

Testgebiete, Untersuchungsgebiete

Alsdorf

Weblinks

http://leistungsschau.klimaexpo.nrw/projekte-vorreiter/green.html