Sachstand zur Machbarkeitsstudie einer Nachfolgenutzung der Anlagen des Steinkohlebergbaus im Ruhrgebiet als Pumpspeicherwerke

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1 Quelle: Voith Hydro Quelle: RAG Sachstand zur Machbarkeitsstudie einer Nachfolgenutzung der Anlagen des Steinkohlebergbaus im Ruhrgebiet als Pumpspeicherwerke Prof. Dr.-Ing. André Niemann Essen,

2 Gliederung Sachstand zu untertägigen Pumpspeicherwerken im Ruhrgebiet Ausgangssituation, Untersuchungsumfang und Einführung in die Systeme Untersuchte technische Konzepte und Herausforderungen (laufend) Variantenvorstellung, Kavernenbau, Speicherräume und Energieableitung Rechtliche Rahmenbedingungen und Akzeptanz Sachstand zur rechtlichen und sozio-ökonomischen Einschätzung Wie weiter? Ein Ausblick auf das weitere Vorgehen

3 Projekttitel: Entwicklung eines Realisierungskonzeptes für die Nutzung von Anlagen des Steinkohlebergbaus als unterirdische Pumpspeicherkraftwerke Projektlaufzeit: 36 Monate aktuell: Förderung der 1.Phase (ergebnisoffen, 18 Monate) Förderbescheidübergabe durch das NRW-Klimaschutzministerium am Industriebeteiligung ist vorgesehen

4 Beteiligte Einrichtungen und Fachgebiete Projekthomepage: Universität Duisburg-Essen: Fachgebiet für Wasserbau und Wasserwirtschaft Fachgebiet für Geotechnik Fachgebiet für Geologie Fachgebiet für Elektrische Anlagen und Netze Fachgebiet für aquatische Ökologie Ruhr-Universität Bochum: Lehrstuhl Energiesysteme und Energiewirtschaft Institut für Berg- und Energierecht Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Fachgebiet Hydrogeologie Rhein-Ruhr Institut für Sozialforschung und Politikberatung e.v. (RISP) RAG AG DMT GmbH & Co. KG

5 Übersicht der aktuell in Bearbeitung befindlichen Arbeitspakete

6 Aktive Bergwerke der RAG im Ruhrrevier (2014) Bildquelle: GVSt : Steinkohle : Bergwerk Prosper-Haniel, Bottrop Ende der Förderung im Jahre : Bergwerk Auguste-Victoria, Marl Ende der Förderung im Jahre 2015

7 Infrastruktur: Wasserhaltung der RAG AG im gesamten Ruhrgebiet dauerhafte Wasserregulierung erforderlich (Gesamtkonzept) Nutzung/Ertüchtigung und Erweiterung bestehender Wasserhaltungen Wasserhaltung heute meist zwischen 450 bis m (Deckgebirge folgend) Parallelaufgabe: Minimierung der Ewigkeitslasten Bildquelle: RAG/DMT Große Flexibilität bei der Wahl der Anlagenkonzeption im Ruhrgebiet

8 Systematisierung von Pumpspeicherkonzepten: offenes/ geschlossenes System geschlossenes System: Kontrolliertes und ertüchtigtes System Kein/wenig direkter Kontakt zum Grubengebäude Wasserwirtschaftlich geschlossenes System (Verluste sind auszugleichen) offenes System: In weiten Teilen kontrolliertes und ertüchtigtes/ausgebautes System Kontrollierter Übergang in das Grubengebäude Nutzung/Erweiterung der bestehenden Grubenwasserhaltung Wasserwirtschaftlich auf dauerhafte Wasserzufuhr ausgelegtes System

9 Projektphilosophie: Nur bewährte Technik, neu ist der Standort Vorgehensweise bei der Bearbeitung des technischen Konzepts 1. Bewertung der vorh. Schächte & Strecken sowie der aktiven Bergwerksinfrastruktur Lage; Zustand; Ertüchtigungserfordernisse Ziel: Möglichst weitgehende Integration vorhandener Infrastruktur 2. Bewertungsmatrix und Standortpräferenz; Workshop Standortfaktoren; Definierte vorläufige Standorte zur Vertiefung 3. Dimensionierung der M+E Technik; Kavernengröße und Lage; Anordnung; Workshop Gesamtanlagendefinition: Definition des unteren Speichers ( ) 4. Anforderungen an Bau und Betrieb sowie Arbeitsschutzanforderungen

10 Gliederung Sachstand zu untertägigen Pumpspeicherwerken im Ruhrgebiet Ausgangssituation, Untersuchungsumfang und Einführung in die Systeme Untersuchte technische Konzepte und Herausforderungen (laufend) Variantenvorstellung, Kavernenbau, Speicherräume und Energieableitung Rechtliche Rahmenbedingungen und Akzeptanz Sachstand zur rechtlichen und sozio-ökonomischen Einschätzung Wie weiter? Ein Ausblick auf das weitere Vorgehen

11 Variantenuntersuchung: Betrachtung von drei Anlagenkonfigurationen Variante 1: geschlossenes System, neu-aufgefahrener Speicherring (12-26 km) im Bergwerk Prosper-Haniel; Tiefenlage -581 bis -607 m Variante 2: geschlossenes System in der 6. Sohle vom Bergwerk Prosper-Haniel; Tiefe -971 bis m 2a: Nutzung noch aktiver Strecken (18,1 km, m 3 ) 2b: Nutzung noch aktiver Strecken und Aktivierung bereits geschlossener Strecken (24,5 km, m 3 ) 2c: Nutzung des gesamten Streckennetzwerks der 6. Sohle (30 km, m 3 ) Variante 3: offenes System am Bergwerk Auguste Victoria, Wasserabführung über zentrale Wasserhaltung

12 Beispielvariante: Speicherkonzept Bergwerk Prosper-Haniel Variante 1: Neu aufgefahrener Speicherring zwischen der 3. und 4. Sohle. System ist unbeeinflusst von äußerem Wasserdruck, da oberhalb der zukünftigen Wasserhaltung gezielte Auslegung und Gestaltung Bottrop Kenndaten des Speicherkonzepts: Gesamtlänge: km Volumen: m 3 Fallhöhe: m Leistung: ca MW

13 Bergwerk Prosper-Haniel: Schacht 10 Schacht 1/2 Schacht 9 Förderberg Haniel, Schacht 1 Druckschacht Bewetterung Haniel, Schacht 2 Kavernenzugang Entrauchung Prosper IV, Schacht 9 Entlüftung Revision Prosper II, Förderberg Bau und Betriebszugang inkl. Energieableitung und Netzanbindung Bildquelle: RAG Bildquelle:

14 Schacht 10 Bergwerk Prosper-Haniel: Haniel, Schacht 1 Druckschacht Bewetterung Schacht 1/2 Schacht 9 Bildquelle: RAG Bottrop Förderberg/ Prosper II Bildquelle: Haniel, Schacht 2 Kavernenzugang Entrauchung Prosper IV, Schacht 9 Entlüftung Revision Prosper II, Förderberg Bau und Betriebszugang inkl. Energieableitung und Netzanbindung

15 Kavernenbau Dimensionierung: Kaverne für die Maschinensätze sowie eine separate Transformatorkaverne (in allen verfolgten Anlagenvarianten) unterschiedliche Lage und Dimensionierung der Kaverne je nach Konzeption von ein, zwei oder vier Maschinensätzen Bestimmung der maximalen und der optimalen Kavernengröße Bestimmung der Lage und Orientierung Identifizierung der entsprechenden Zugänge Auswahl der Methoden und Geräte für den Kavernenbau Bildhinweis: Bau der Kraftkaverne M II, PSW Vianden, Bauherr RWE

16 Lage und Größe möglicher Kavernen Ausarbeitung von Varianten Bewertungskriterien: Geologie (Schichtenfolge und Tektonik) Spannungszustand Raumlage der Kaverne Raumlage des Trennflächengefüges zur Kaverne (Verschneidung) Abmessungen der Kaverne Anteile fester Gebirgsschichten an den Kavernenflächen

17 Untersuchung der Kavernenverortung am Bergwerk Prosper Haniel mit Anbindung an die Schächte Franz-Haniel 1 & 2 3. Sohle; Niveau -487,6 m NN

18 25 m 25 m Flöz Zollv.1 (ca. 220K+B) ca. 25m Sachstand zur Machbarkeitsstudie einer Nachfolgenutzung der Anlagen des Abmessungen der Kaverne (Konzept) und Vergleich mit bestehenden Füllorten NW Variante 5A 60 m 60 m Flöz B1 (41K) Schacht 1 SO m u.nn Kohle Schieferton (allgemein) Sandschiefer Sandstein (allgemein) Kleintektonik und tektonische Beanspruchung dieses Gebirgsausschnittes sind unbekannt 20 m Schacht 10 7.Sohle Flöz A (ca. 160K) m u.nn m u.nn Je nach Ausbildung der Sandsteinschichten ist auch eine Überhöhung der Firste möglich

19 Dimensionierung der Maschinen- und Trafokaverne Herausforderungen: Maschinensatzkonfiguration ist von realisierbarer Kavernengröße abhängig Zugänge für Bau und Wartung (Kranbahnen, Revisionskonzept, Betrieb) Stabilität der Kaverne bei ausreichender Größe weitere Kaverne für Transformator notwendig Kontrolle der atmosphärischen Randbedingungen für den Betrieb und Klimatisierung

20 Beispielkonzeption der Maschinen und Trafokaverne Schacht Haniel 2 Standort: Betriebsbereich Haniel Schacht Haniel 1 und 2 Verbindung zum Förderberg am Standort Prosper 2 als Zugang Schacht Haniel 1 Schacht 1: Druckschacht/-schächte Bewetterung Maschinenkaverne Druckschacht Schacht 2: Kavernenzugang Entrauchung Revision

21 Beispielkenndaten einer Variante auf dem Bergwerk Prosper-Haniel Beschreibung Gesamtlänge untere Speicherstrecke [km] Variante 1 Neue (Speicher-) Sohle Prosper- Haniel Volumen unterer Speicher [m 3 ] Fallhöhe [m] Ausbaudurchfluss [m 3 /s] 40 Leistung [MW] 215 Energie pro Speicherzyklus [MWh] Schacht 2 Schacht 1/2 Schacht 1 Förderberg Geschwindigkeit Maschine [U/min] Kavernentiefe [m NN] -550 Spannungsquelle [kv] 13,8 Dauer Speicherzyklus [h] 4,1 Bildquelle: RAG Source: RAG

22 Querschnitt des Schachtes Franz Haniel 1 mit zwei Druckschächten Verankerungen D innen,min = 6,0 m Wetterschacht/ Infrastrukturleitungen Druckschacht Schacht Franz Haniel 1: zwei gepanzerte Druckrohre teilweise Verfüllung mit Beton und Verankerung im Gebirge verbleibender Querschnitt für Nutzung weiterer Infrastruktur und Rauchabzug/Bewetterung DS 1 Ø1,6m DS 2 Ø1,6m Derzeitiger Ausbau, divers Verfüllung mit Beton Bildquelle: enbw.com

23 Lage der im Konzept neu aufzufahrenden Speicherstrecke (Darstellung Grün, aktueller Suchhorizont)

24 Querschnitte der Ausbaukonzepte für den Ringspeicher Vortrieb mit TBM Überprofil; verpresst mit Mörtel Bergmännischer Vortrieb Temporärer Ausbau (z.b. Ausbaubögen, Spritzbeton, Spieße, ) D außen = 8,0 m D innen = 7,0 m Ca. 6,5 m Ca. 6,0 m Tübbinge evtl. Beschichtung Endgültiger Ausbau (Schalbeton, Spritzbeton)

25 Betriebsbereich Haniel Bildquelle:ZfK Oberbecken könnte auf Betriebsgelände der RAG errichtet werden Schacht 2 Schacht 1: Druckschacht Bewetterung Bildquelle: Google Maps Schacht 1 Schacht 2: Kavernenzugang Entrauchung

26 Überlegungen zur Konzeption des Oberbeckens Schacht 2 Dimensionierung abhängig von unterem Speichervolumen (ca. 2-4 ha) Schacht 1 Beispielhafte Anordnung des Oberbeckens Verortung auf Betriebsgelände der RAG möglich, bestehende Nutzung Anbindung an 110 kv Spannungsnetz bereits vorhanden 110 kv Leitung

27 Woher kommt das Wasser? Wasserwirtschaftliches Rahmenkonzept Grundlage: Nutzung der bestehenden Brauchwasserversorgungskontingente der RAG aus dem Westdeutschen Kanalnetz ergo: keine direkte Anbindung an natürliche Fliessgewässer Bildquelle: WSV WWK Wasserverband Westdeutsches Kanalnetz Bildquelle: WSV

28 Überlegungen zur Konzeption zur Energieableitung Förderberg/ Prosper II Mehrere Spannungsebenen in 500 bis Meter Entfernung Kabelführung von Maschinenkaverne Trafokaverne Förderberg über Tage 220 kv Leitung Absicherung der Hochspannungskabel im Förderberg 380 kv Leitung

29 Gliederung Sachstand zu untertägigen Pumpspeicherwerken im Ruhrgebiet Ausgangssituation, Untersuchungsumfang und Einführung in die Systeme Untersuchte technische Konzepte und Herausforderungen (laufend) Variantenvorstellung, Kavernenbau, Speicherräume und Energieableitung Rechtliche Rahmenbedingungen und Akzeptanz Sachstand zur rechtlichen und sozio-ökonomischen Einschätzung Wie weiter? Ein Ausblick auf das weitere Vorgehen

30 Rechtliche Rahmenbedingungen Haupteinordnung für Bau und Betrieb in Berg- oder Wasserrecht Derzeitiger Sachstand: Wasserrecht In beiden Systemkonfigurationen (offen/geschlossen) muss die Bereitstellung von Wasser zu Zwecken der Einspeisung und Ausgleich von Verlusten geregelt sein. Wasserkontingente und Entnahmeentgeld Laufende Untersuchung von Anforderungen, die in einem Planfeststellungsverfahren von Bedeutung sind Untersuchung von Baurecht, Kreislaufwirtschaftsrecht, Bergrecht, Naturschutzrecht, Immissionsrecht, etc. Ergebnis dieses Arbeitspaketes: Aufzeigen des bestehenden Rechtsrahmens und des gesetzgeberischen Handlungsbedarfs

31 Fragen zur Akzeptanz eines Großprojektes dieser Art Teilaufgabe im Vorhaben ist die Einschätzung eines solchen Großprojektes bezüglich der Akzeptanz der Bevölkerung Ausgiebige Untersuchung mittels einer repräsentativen Bevölkerungsbefragung (Stichprobenbasis: EW) Detaillierte Beschreibung der vorläufigen Ergebnisse Arbeitspaketes folgt im Laufe der Veranstaltung durch den Beitrag des RISP

32 Gliederung Sachstand zu untertägigen Pumpspeicherwerken im Ruhrgebiet Ausgangssituation, Untersuchungsumfang und Einführung in die Systeme Untersuchte technische Konzepte und Herausforderungen (laufend) Variantenvorstellung, Kavernenbau, Speicherräume und Energieableitung Rechtliche Rahmenbedingungen und Akzeptanz Sachstand zur rechtlichen und sozio-ökonomischen Einschätzung Wie weiter? Ein Ausblick auf das weitere Vorgehen

33 Anforderungen der Betriebs- und Arbeitssicherheit für Bau und Betrieb Betriebssicherheit ist dauerhaft zu gewährleisten Konzepte für die Anlagenrevision Dauerhafter Umgang mit Gebirgsmechanik Gewährleistung der Explosionsschutzanforderungen Auslegung der Bewetterung für alle Betriebszustände Entrauchungs- und Entfluchtungsmöglichkeiten, u. a.

34 Nachweisführung des Speicherverhaltens mittels numerischer Verfahren Druckverhältnisse Geschwindigkeitsauswertung Streamlines Open FOAM 3D-Simulation Bsp. Saugrohr

35 Quelle: Google Maps Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Glückauf!