Fakultät für GeowissenschaftenInstitut für Geologie, Mineralogie und GeophysikLehrstuhl für Angewandte Geologie

Hydrogeologische Untersuchungen für ein Untertägiges-Pumpspeicherwerk im Steinkohlebergbau

1 2 3 2 1 2Thomas Ewert , Marion Stemke , Walter Eilert , Eugen Perau , Ulrich Schreiber , Stefan Wohnlich1 2 3Universität Duisburg-Essen, Ruhr-Universität Bochum, RAG AG

Kontakt:

marion.stemke@rub.de Tel.: 0234/32-23335

thomas.ewert@uni-due.de Tel.: 0201/183-3790

www.upsw.de

In Zeiten des Ausbaus erneuerbarer Energien gewinnen Speichertechnologien

zunehmend an Bedeutung. Eine konventionelle Methode zur Speicherung sind

Pumpspeicherwerke, die gewöhnlich an Standorten mit hohen

Reliefunterschieden anzutreffen sind. Eine alternative zu morphologisch

bedingten Höhenunterschieden stellen offene Steinkohlebergwerke des

Ruhrgebiets dar, deren bestehende Infrastruktur für die Umsetzung der

technischen Herausforderungen adaptiert werden kann (Abb. 1). Das bis zu 32

km lange, untertätige Streckennetz ist noch nicht geflutet und bietet ein

nennenswertes Energiepotential als unterirdischer Speicher.

• Welche Zusammensetzung weisen die Grundtypen der Wässer auf?

• Wie viel Grubenwasser wird zuströmen?

• Welche Mischungsverhältnisse werden sich einstellen? Wie schnell?

• Wie verändern sich Oberflächenwässer bei der Mischung mit

Grubenwasser?

• Welche Spannbreite an hydrochemischen Eigenschaften werden Wässer

aus dem Speicherreservoir aufweisen?

• Welche Korrosionseigenschaften weisen die Wässer auf?

Die Hydrogeologie des Ruhrkarbons ist durch unterschiedliche

Wässertypen charakterisiert (Abb. 2):

(1) Südlich der Ruhr treten gering mineralisierte Hydrogenkarbonatwässer

auf.

(2)Sulfatwässer fließen aus den unteren Grundwasserleitern des

Deckgebirges in die Gruben. Bei fehlendem Deckgebirge oder in

Auflockerungsbereichen infolge des Steinkohlebergbaus vermischen

sich diese mit oberflächennahem Hydrogenkarbonatwasser.

(3)Ein dritter Wassertyp fließt unter Tage aus anderen Gebieten dem

Grubenwasser zu. Dabei handelt es sich um NaCl-Wasser mit

Chloridkonzentrationen bis zu 130.000 µS/cm, die vermutlich aus der

Auslaugung von Zechsteinformationen herrühren.

(4)Als Viertes treten thermale Tiefenwässer auf. Sie führen Erdalkalimetalle

wie Barium und Strontium mit sich.

Zur Klärung der Mischungs-

verhältnisse und Gestein-Wasser-

Wechselwirkungen werden sowohl

temperaturabhängige Batch- als

auch Säulenversuche (siehe Abb. 3)

durchgeführt. Die Ergebnisse der

Versuche dienen nicht nur der

E r m i t t l u n g h y d r o c h e m i s c h e r

Eigenschaften sondern auch der

Überprüfung der in PhreeqC

modellierten Resultate.

Literatur:

Perau, E. et al. (2013): Untertage-Pumpspeicherwerke in Anlagen des Berg- und Tagebaus, Report Geotechnik, Heft 40, Universität DUE.

Hahne, C., Schmidt, R. (1982): Die Geologie des Niederrheinisch-Westfälischen Steinkohlengebietes. Verlag Glückauf.

Wedewardt, M. (1995): Hydrochemie und Genese der Tiefenwässer im Ruhr-Revier.- DMT-Berichte, 39, 250 S.; Bochum.

Sofern in Zukunft für ein Untertägiges-Pumpspeicherwerk in einem offenen

System bestehende Strecken und Grubenfelder des Bergbaus als Unterbecken

dienen, kann es je nach Ausbauart zu Kontakten des Betriebswassers mit

Gruben- bzw. Tiefenwässern sowie zu Wechselwirkungen mit dem anstehenden

Gestein kommen. Gleichzeitig existieren unterschiedliche hydraulische

Leitfähigkeiten, die an das vorhandene Störungssystem und durch den Abbau

bedingte Klüftigkeiten gekoppelt sind.

Die Diversität der Wässertypen führt zu folgenden hydrochemischen

Fragestellungen und Forschungsschwerpunkten:

Abb. 2: Hydrogeologie des Ruhrgebiets verändert nach Hahne &Schmidt (1982).

Abb. 1: Schema eines Untertage-Pumpspeicherwerks nach dem Funktionsprinzips eines offenen

Systems (verändert nach J. Reuther).

Abb. 3: Batch- und Säulenversuche im Labor der Ruhr-

Universität-Bochum.

(1)

(2)

(3)

(4)

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t Oberirdisches Reservoir

Falltiefen bis 1000 m

Förderer:

Förderung durch das Land NRW und die EU, im Rahmen des

Ziel2-Programms. Die betreuende Stelle ist Bezirksregierung

Arnsberg und der Projektträger ETN vom Forschungszentrum2Jülich. Projektleiter ist Prof. Dr.-Ing. André Niemann .