Energiegewinnung aus Grubengas des stillgelegten Bergwerkes Volkenroda/ Menteroda

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1 Autor: Dipl.-Ing. Diether Trautvetter Bergmannsverein Bergwerk Volkenroda/ Menteroda e. V. Abb. 1 Flutungskeller und Gasaustrittstelle 12 Energiegewinnung aus Grubengas des stillgelegten Bergwerkes Volkenroda/ Menteroda 1. Vorbemerkungen Der Austritt von Kohlenwasserstoffen (u. a. Erdöl und Erdgas) in die Hohlräume des Grubenfeldes von Menteroda ist für den Kalibergbau in Deutschland eine einzigartige Besonderheit. Zum Auftreten von Kohlenwasserstoffen besteht ein direkter Zusammenhang zu den Gebirgsdruckauswirkungen auf das Liegende des Hauptdolomits in ca m Teufe unter dem Kalilager. Der Hauptdolomit als basales Karbonatgestein gilt als klüftiges Speichergestein für Erdöl und Gase entsprechend der erdgeschichtlichen Entwicklung der Zechsteinformation. Bereits um 1920 wurden infolge des Kaliabbaus und der Gebirgsdruckauswirkungen Kohlenwasserstoffe durch Geruchsauswirkungen festgestellt. Am 2. Juni 1930 ereignete sich infolge unzureichender Sicherheitsvorkehrungen und mangelhafter Kenntnisse die erste Schlagwetterexplosion mit einem gleichzeitigen Ölbrand in einem abgebauten Baufeld der Kalilagerstätte. Dabei verunglückten drei Bergleute tödlich. Dieser Öl- und Gasaustritt war die Geburtsstunde der Erdöl- und Gasgewinnung im Bergwerk Volkenroda. Es begann die gezielte Suche nach Kohlenwasserstoffen mittels Kernbohrungen aus den Grubenhohlräumen in das liegende Speichergestein des Hauptdolomits. Ein großer Teil dieser Bohrungen wurde fündig und außerdem kam es in den Strecken und Abbauen durch Sohlendruck aufgewölbter Schichten zu Öl- und Gasaustritten. In den 30er Jahren war das Bergwerk Volkenroda/ Menteroda der größte Erdölförderer in Deutschland. Zwischenzeitlich erschöpfte sich die Lagerstätte zwar, aber Gas- und Ölaustritte begleiteten die Kaliförderung bis zur Schachtverwahrung im Jahr Insgesamt wurden bis zur Stilllegung des Bergwerkes t Erdöl und ca. 30 Mio. m³ Gas gewonnen und wirtschaftlich verwertet. Die bergmännische Gewinnung von Kohlenwasserstoffen forderte dabei insgesamt 16 Todesopfer, wobei 1951 neun Bergleute bei einer Schlagwetterexplosion in der Grube Pöthen tödlich verunglückten. Die Gewinnung und das Auftreten von Kohlenwasserstoffen war während des Kaliabbaus ein ständiges Sicherheitsrisiko für die Bergleute und wie bereits anfangs erwähnt eine absolut einzigartige Besonderheit des Kalibergbaus in Deutschland. 2. Die Stilllegung des Bergwerkes und die Verwahrung der Schächte Nach einigen Versuchen zur Verwertung der Grube nach der Stilllegung 1990, wie Errichtung einer Untertagedeponie oder die Nutzung als externer Gasspeicher wurde durch den Rechtsnachfolger des Bergwerkes (GVV mbh) die Verwahrung der Schächte Volkenroda und Pöthen angeordnet. Auf Grund des wasserrechtlichen Verbotes wässern zu belasten, erfolgte ab 1996 die Einleitung der Salzlösungen aus der Halde zunächst über den Schacht Volkenroda in das Grubenfeld. Ab Januar 1998 erfolgte die Flutung über eine niedergebrachte Bohrung am Laugenstapelbecken östlich des ehemaligen Bergwerkes. Zurzeit sind diese Bohrung und eine 2007, nahe der Ortslage Urbach, niedergebrachte Kontrollbohrung noch die einzigen Verbindungen zu den Hohlräumen des Grubenfeldes Volkenroda und Pöthen. 3. Die Flutung des Bergwerkes und das austretende Grubengas Im Jahr 2000 wurde in Form eines Dienstleistungsvertrages zwischen der GVV mbh und der Menteroda Recycling GmbH die Flutung der Menteroda Recycling GmbH übertragen. Die bergrechtlichen Vorschriften wurden in einem so genannten Sonderbetriebsplan gem. BBergG festgelegt. Auf Grund einer Forderung des Bergamtes zur Feststellung der noch vorhandenen Hohlräume wurde im Jahr 2004 ein Gaszähler installiert, der die ausströmende Menge des durch die Flutung verdrängten Gases messen soll, Heft 01/2009

2 Schwerpunktthema um Rückschlüsse auf den noch vorhandenen Hohlraum für die Flutung zu ziehen. Neben den Mengenmessungen wurde auch die chemische Zusammensetzung des ausströmenden Gases analysiert. Im Rahmen dieser Messungen wurde festgestellt, dass erhebliche Gasmengen mit einem hohen Kohlenwasserstoffgehalt ausströmen. Der Vergleich mit anderen Gasquellen zeigt jedoch, dass es sich um ein relativ minderwertiges Gas handelt. Auffälligkeiten des Volkenrodaer Gases sind die hohen Gehalte an schweren Kohlenwasserstoffen, wie Propan und Butan. Für die wirtschaftliche Nutzung wird das eine beachtenswerte Bedeutung für die technische Verwertung haben. Bereits an dieser Stelle möchte ich auf die hervorragende Zusammenarbeit zwischen hinweisen. Auch die folgenden Maßnahmen der technischen Verwertung des Grubengases erfolgten problemlos. 4. Das Projekt zur Verwertung des Grubengases Zur Realisierung des Vorhabens, dargestellt Vorfeld des Projektes noch folgende Details zu klären: 4.1. Eigentumsrechte für das Grubengas 4.2. Genehmigung der Anlage 4.3. Eignung des Grubengases und der Anlagentechnik 4.4. Einspeisung in das Stromnetz 4.5. Investition und Kosten Flutungsgebäude mit Messeinrichtung Tabelle 1 Vergleich andere Gasanbieter Auch aus ökologischen Gründen (u. a. hohe Methangehalte sind Klimaschädiger ersten Ranges) waren Maßnahmen geboten, um das frei ausströmende Gas zu verwerten. Ob ein Zusammenhang der austretenden Gasmengen mit den in jüngster Zeit öfter auftretenden seismischen Ereignissen besteht und dies zum Freisetzen des Gases führte, ist eher spekulativ als realistisch anzusehen. Naheliegend ist die Ursache in der Konvergenz durch die tektonischen Beanspruchungen der Hohlräume bis zum Speichergestein und in einer Klammbildung durch die Flutung zu sehen [2]. Als erste Maßnahme wurde durch die GVV mbh die gesamte Mess- und Steuertechnik im Bohrlochkeller mit modernster Sicherheitstechnik in schlagwettergeschützter Ausführung neu installiert Eigentumsrechte für das Grubengas Gemäß Bundesberggesetz (BBergG) gehö- - serstoffen. Demzufolge ist für die Nutzung erforderlich. Bei den Recherchen wurde festgestellt, dass dafür urkundlich keine Berechtigung vergeben wurde, obwohl während des vergangenen Kalibergbaus bereits Erdöl und Gas GLÜCKAUF THÜRINGEN Zeitschrift des Landesverbandes der Bergmanns-, Hütten- und Knappenvereine Thüringen e.v. 13

3 Die Besonderheit des Genehmigungsverfahrens war, dass sich der Aufstellungsort der Anlage und die Flutungsbohrung als Gasaustrittsstelle nicht im Eigentum des An- Form eines Nutzungsvertrages wurde jedoch problemlos erteilt. Aus ökonomischen Gründen wäre im Falle einer Ablehnung durch den Eigentümer (GVV mbh) das Vorhaben nicht realisierbar gewesen. Abb. 4 Bewilligungsfeldes Vergleich Gasmenge/Luftdruck 14 gefördert wurden. Daraufhin wurde von der Nutzung des Bodenschatzes beim zuständigen Landesbergamt Thüringen gestellt. Die Bewilligung wurde im August 2007 für eine Fläche von ca. 43 km² erteilt. Das Bergwerksfeld ist im Abb. 4 dargestellt Genehmigung zum Bau der Anlage In der Bewilligung zur - Errichtung der Anlage ein Hauptbetriebsplan nehmigung einzureichen. Dieser wurde im August 2007 eingereicht und im Dezember genehmigt. Die Betriebspläne müssen eine Darstellung des Umfangs, der technischen Durchführung und die Einhaltung aller gesetzlich zutreffenden Regelungen (Sicherheit, Brandschutz, Auswirkungen auf die Umwelt, Regeln der Technik etc.) enthalten Eignung des Grubengases und Auswahl der Anlagentechnik Zur Prüfung des Gases wurden umfangreiche Messungen hinsichtlich der ausströmenden Menge und der chemischen Zusammensetzung des Gases durchgeführt. In der Tabelle 2 sind die Mengenmessungen für einen ausgewählten Monat dargestellt, dabei ist die ausströmende Gasmenge vom herrschenden Luftdruck abhängig. Bei niedrigem Luftdruck strömen größere Mengen aus der Bohrung aus (Tabelle 2). Der Druck an der Austrittsstelle schwankt zwischen 66 und 80 mbar. Die brenntechnische, chemische und physikalische Eignung zur Verbrennung wurde durch mehrere Analysen ermittelt. Dazu wurde ein akkreditiertes Labor der E.ON Ruhrgas AG beauftragt. (Auszug aus Analysenergebnissen) Kohlenstoffdioxid 1,45 Mol.-% Stickstoff 40,914 Mol.-% Methan 40,601 Mol.-% Ethan 6,915 Mol.-% Propan 4,187 Mol.-% n Butan 1,287 Mol.-% i Butan 0,662 Mol.-% n Pentan 0,418 Mol.-% i Pentan 0,463 Mol.-% neo Pentan 0,004 Mol.-% C6 und höhere KW 0,099 Mol.-% Brennwert 8,457 kwh/m³ Heizwert 7,689 kwh/m³ Dichte 1,112 kg/m³ Relative Dichte 0,8607 Wobbezahl 9,116 kwhm³ Methanzahl 64 Auch die Schadstoffe, die eine optimale Verwertung gefährden, wurden analysiert. Dabei wurde das Gas auf schädliche Heft 01/2009

4 Schwerpunktthema Chlorverbindungen, Silicane, Schwefelverbindungen, Fluorgehalte und Ammoniakgehalte untersucht. Nach diesen Voruntersuchungen, die fast ein Jahr in Anspruch nahmen, wurde der neuentwickelte Gasmotor der Firma MAN mit folgenden technischen Daten ausgewählt: Bezeichnung: Motor MAN E 2842 LE 322 Elektrische Dauerleistung: 366 KW Thermische Leistung: 413 KW Energieeinsatz: 939 KW Wirkungsgrad elektrisch: 39% Mechanische Leistung: 380 KW Hubraum: 21,9 Liter Direkt angekoppelt an den Gasmotor ist ein Generator LEROY SOMER LSA 47,2 M7 C 6/4 als Synchrongenerator mit Spannungsund Cos Phi- Regler mit den Parametern: Abb. 5 Abb. 6 Wirkleistung: Scheinleistung: 370,0 KW 462,5 KWA In der Abb. 5 und 6 ist das Kernstück der Energieerzeugung, der Motor und der Generator dargestellt. Die Anlage mit der Gasregelstrecke, den Kühlaggregaten, der gesamten Elektroanlage und Steuereinrichtungen wurde in Containerbauweise ausgeführt, so dass eine Vorfertigung erfolgen konnte und der Bauaufwand vor Ort sehr gering war. Die Abb. 7 zeigt die komplette Anlage am Aufstellungsort mit den Komplexen : - Gebäude der Flutungssteuerung - Blockheizkraftwerk (BHKW) - Flutungsbohrung (Austrittsstelle des Grubengases) (v.l.n.r.) 4.4. Energieeinspeisung in das Stromnetz Das zum in Kraft getretene Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energie-Gesetz, EEG) regelt die Annahme und die Vergütung von Strom, u. a. aus der Verstromung von Grubengas durch Elektrizitätsversorgungsunternehmen, die Netze für die allgemeine Versorgung betreiben. Im Jahre 2004 wurde das Gesetz zur Neuregelung des Rechts der erneuerbaren Energien in einem sogenannten Artikelgesetz neu geregelt. Nach wie vor sind die verzüglich an ihr Netz anzuschließen und die Mindestvergütung nach dem aktuellen Stand hierfür zu entrichten. Der gesetzlich vorgeschriebene Vergütungspreis beträgt zurzeit 7,33 Ct/ KWh. Die praktischen Probleme insbesondere bei ßig in zwei Fallkonstellationen auf. Die ange- Abb. 7 GLÜCKAUF THÜRINGEN Zeitschrift des Landesverbandes der Bergmanns-, Hütten- und Knappenvereine Thüringen e.v. 15

5 Schwerpunktthema Literatur und Quellenverzeichnis: [1] Schmidt, R. sein Erdöl Auszug aus der Festschrift Menteroda des Bergmannsverein Gutachterliche Stellungnahme zum Austritt von brennbaren Gasen aus der Flutungsbohrung zu Gunsten der Netzbetreiber ausgelegt. Beispielsweise hat laut Gesetz der Anlagenbetreiber den Ausbau des Netzes bis zur Anschlussstelle der Netzbetreiber zu tragen und den Anschluss bis zur Übergabestelle hat der Anlagenbetreiber zu tragen. Im konkreten Fall der Grubengasverstromung wurde bereits im Juni 2007 der Antrag auf Einspeisung gestellt. Erst nach langwierigen und schwierigen Verhandlungen wurde im Dezember eine Kompromisslösung gefunden. Um den Strom einzuspeisen, wurde der Anlagenbetreiber mit ca an der Umsetzung einer Trafostation beteiligt. Dem künftigen Anlagenbetreiber blieb nichts anderes übrig, als den Vertragsbedingungen des Netzbetreibers zu folgen, um langwierige Gerichtsentscheidungen zu vermeiden. Nach diesem langwierigen Prozedere konnte dann endlich am 18. Dezember 2007 mit dem Netzbetreiber der Anschlussvertrag unterzeichnet werden, so dass eine Einspeisung des Stromes noch 2007 erfolgen konnte, um eine degressive Einspeisevergütung für 2008 um 1,5 % zu vermeiden Investitionen und Kosten Die Verwertung des Grubengases des Bergwerkes Volkenroda/ Menteroda ist mit gewissen Risiken verbunden, insbesondere betrifft das die Gasbereitstellung aus der Flutungsbohrung. Obwohl in einer gutachterlichen Stellungnahme [2] eine verfügbare Menge von mehreren Millionen Kubikmetern Gas prognostiziert wurde, stellen die Flutungsbohrung und das Flutungsmedium der Haldenlösungen erhöhte Risiken für die Gasgewinnung dar. Wären die Kosten für eine zusätzliche Flutungsbohrung bei Ausfall der jetzigen Bohrung für die Gewinnung zu berücksichtigen (ca /m), könnte die Verwertung nicht wirtschaftlich gestaltet werden. Für die derzeitige Anlage waren folgende Investitionen erforderlich: BHK Kraftwerk in Containerbauweise mit Maschinentechnik, Elektrik und Steuertechnik: Bautechnik und Anbindung an die Infrastruktur (z. B. E-Anlage, Gastrasse, Trafo, Analysen): Nebenkosten (Gutachten, Planung, Genehmigung, Montage,Inbetriebnahme): Summe Für den Betrieb der Anlage wurden bisher (Januar Juni 2008) folgende Kosten und Erlöse erzielt: - Betriebsstunden (Januar-Juni): Bh - Stromerlöse für KWh (Netzeinspeisung): Folgende Kosten traten während des halbjährigen Betriebes auf: - Personalkosten Wartung / Instandhaltung (Fremdleistung) für den halbjährigen Betrieb ermittelt: Erlöse / Betriebsstunden: Kosten / Betriebsstunden ca.19,95 /h 4,88 /h Anhand der erreichten Ergebnisse ist bei geplanten 7500 Bh / Jahr mit Stromerlösen (Umsatz) in Höhe von ca / Jahr zu rechnen. Auf die Modalitäten der Finanzierung wie Fremdkapital und Eigenkapital, wird hier nicht näher eingegangen. Insgesamt wird eingeschätzt, dass sich die Anlage nach 3 Jahren amortisiert hat. Eigentum der Menteroda 16 Heft 01/2009

6 Bedeutende Bergleute im Thüringer Bergbau Schlussbemerkungen Das Auftreten von Kohlenwasserstoffen (Erdöl und Erdgas) begleitete seit 1930 bis zur Stilllegung 1990 den Kaliabbau im Bergwerk Volkenroda/ Menteroda. Nach Verwahrung der Tagesschächte 1999, der geologischen Voraussetzungen und der tektonischen Beanspruchung der Grubenhohlräume bildete sich unter Tage ein Gasspeicher mit mehreren Millionen Kubikmetern [1] Inhalt. cher Betrieb und Beauftragter für die Bergwerksflutung der Gruben mit der Gewinnungsmöglichkeit des Gases und dessen wirtschaftlicher Nutzung. Am konnte der Probebetrieb zur Stromerzeugung mit einem Blockheizkraftwerk aufgenommen werden und per wurden schon mehr als eine Million Kilowattstunden in das öffentliche Netz eingespeist. Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit der GVV mbh als Nachfolgebetrieb des Bergwerkes Volkenroda realisiert. Nicht unerwähnt sollte die konstruktive Mitarbeit des Thüringer Landesbergamtes bei der Realisierung des Vorhabens als Genehmigungsbehörde sein. Nicht vergleichbar mit dem vergangenen 100-jährigen Kaliabbau ist ein kleines Stück Bergbau nach Menteroda zurück gekehrt. Entsprechend der globalen Bedeutung der Energieerzeugung hat dieses Vorhaben auch in Presseveröffentlichungen eine entsprechende Würdigung erhalten. Gegenwärtig befindet sich der Bau einer zweiten Anlage in der Planungsphase und das ungenutzte Potential von ca. 400 KW Wärme beschäftigt derzeitig den Anlagenbetreiber. Es ist das Ziel, diese ungenutzte Ressource für eine gewerbliche Nutzung zu erschließen. 17