Hydrogeologische Untersuchungen für ein Untertägiges ... · Fakultät für Geowissenschaften...
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Fakultät für Geowissenschaften Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik Lehrstuhl für Angewandte Geologie Hydrogeologische Untersuchungen für ein Untertägiges- Pumpspeicherwerk im Steinkohlebergbau 1 2 3 2 1 2 Thomas Ewert , Marion Stemke , Walter Eilert , Eugen Perau , Ulrich Schreiber , Stefan Wohnlich 1 2 3 Universität Duisburg-Essen, Ruhr-Universität Bochum, RAG AG Kontakt: [email protected] Tel.: 0234/32-23335 [email protected] 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 Ermittlung hydrochemischer 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) Druckschacht 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 Forschungszentrum 2 Jülich. Projektleiter ist Prof. Dr.-Ing. André Niemann .
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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:
[email protected] Tel.: 0234/32-23335
[email protected] 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)
Dru
cksc
hach
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 .
