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MTES

Varianten der Grubenwassernutzung. Quelle: LANUV NRW

MTES steht für mining thermal energy storage und trennt diese Form saisonaler Wärmespeicherung von ETES (earthprobe thermal energy storage) und ATES (aquifer thermal energy storage) sprachlich ab. Zusammenfassend werden alle Speicher, besonders im englischsprachigen Raum, auch als UTES (underground thermal energy storage) bezeichnet.

Direkte Nutzung von Grubenwasser

Grubenwasser aus verlassenen und überfluteten ehemaligen Bergwerken kann als Niedertemperatur-Geothermiequelle für die Beheizung von Gebäuden und Industriekomplexen genutzt werden. Die Idee, Wärmeenergie aus einer stillgelegten Zeche zu gewinnen, wurde schon lange verfolgt, wenn auch in begrenztem Umfang.

Wie bei vielen ähnlichen Anwendungsformen der Geothermie kann eine Nutzung zur Wärmebereitstellung mit einer Nutzung als Speicher verknüpft werden.

Bekannte Projekte zur Nutzung von Grubenwässern sind:

Das Mijnwater-Projekt in Heerlen (Niederlande), bei dem eine überflutete und nicht zugängliche Mine mit Richtbohrtechnik erschlossen wurde.
Das Gebäude der school of design in der Zeche Zollverein in Essen (Westdeutschland), das mit 28 ° C warmem Grubenwasser beheizt wird.
Nutzung des Grubenwassers der ehemaligen Zeche Robert Müser in Bochum als Energieträger für die Wärmeversorgung von zwei Schulen und der Grubenentwässerungsstation in Bochum.
Sieben in Betrieb befindliche Grubenwassernutzungsanlagen in Sachsen (Ostdeutschland).

Die thermische Verwertung des Grubenwassers aus bestehenden Grubenentwässerungsstationen, wie sie in Essen oder Bochum (Deutschland) realisiert werden, weist die höchste Wirtschaftlichkeit auf, da keine zusätzlichen Pumpkosten anfallen. Aufgrund des Mangels an geeigneten Kunden und der noch nicht abschließenden Planung der künftigen Standorte von Grubenentwässerungsstationen nach dem Ende des aktiven Kohleabbaus (Ende 2018) und der Renaturierung der Emscher erfolgt derzeit eine mögliche Erweiterung auf ein begrenztes Ausmaß.

Da die Temperaturen des geförderten Thermalwassers oft für eine Nutzung im Wärmemarkt, sei es zur Gebäudeheizung oder als Prozesswärme nicht ausreichen, sind Großwärempumpen vorzusehen. Diese erreichen heute (2023) schon Leistungen von mehreren hundert Megawatt.

Der "offene" Nutzungsplan des Mijnwater-Projekts konnte in den Niederlanden realisiert werden, da die Minenbetriebe bereits nach Stilllegung überflutet sind. Bei einem Grubenwasserspiegel <80 m unter der Erde ist das Verhältnis zwischen der gewonnenen Wärmeenergie und dem Energieeintrag (Pumpenergie) trotz der niedrigen Temperatur des Grubenwassers von ca. 28 ° C als positiv zu bewerten. Trotzdem muss das Grubenwasser mit Wärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden.

Zukünftige MTES-Anlagen müssen über eine große Menge an Grubenwasser verfügen, um große Mengen an Erdwärme speichern zu können. Gleichzeitig müssen auf den stillgelegten Kohlebergwerken basierende Systeme zuverlässig, kosteneffizient und in ein bestehendes städtisches Umfeld integriert sein. Um die wirtschaftlichen Anforderungen zu erfüllen, müssen MTES-Systeme 40 bis 50 Jahre lang betrieben werden. In Abhängigkeit von der genutzten Erdwärmequelle und ihrer Anwendung würden sich unterschiedliche Wärmekapazitäten, Massenströme und Temperaturniveaus innerhalb des thermischen Energiespeichers der Mine ergeben. Alle betroffenen Systemkomponenten müssen für den vorgesehenen Betrieb und die daraus resultierenden thermomechanischen Beanspruchungen geeignet sein.

Bei Nutzung der vorhandenen technischen Potenziale, die das warme Grubenwasser über alle untersuchten Bergbauregionen in NRW zur Verfügung stellen könnte, ist eine Einsparung von bis zu 1,2 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr möglich. Ein besonders hohes technisches Potenzial bieten aber speziell die Wasserhaltungsstandorte des Steinkohlebergbaus, da hier das Potenzial zu einem sehr großen Teil durch umliegende Wärmesenken direkt abgenommen werden könnte.