Energiegewinnung aus Grubengas des - Menteroda Recycling GmbH

Autor:
Dipl.-Ing. Diether Trautvetter
Bergmannsverein
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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
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des Hauptdolomits in ca. 150 – 200 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 1999.
Insgesamt wurden bis zur Stilllegung
des Bergwerkes 105.270 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
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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

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.
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.
Bereits an dieser Stelle möchte ich auf die
hervorragende Zusammenarbeit zwischen
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hinweisen. Auch die folgenden Maßnahmen
der technischen Verwertung des Grubengases
erfolgten problemlos.
4. Das Projekt zur Verwertung des
Grubengases
Zur Realisierung des Vorhabens, dargestellt
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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
4.1. Eigentumsrechte für das Grubengas
Gemäß Bundesberggesetz (BBergG) gehö-
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����������������������������������������serstoffen.
Demzufolge ist für die Nutzung
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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.
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Flutungsgebäude mit
Messeinrichtung
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Abb. 4
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Bewilligungsfeldes
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Vergleich Gasmenge/Luftdruck
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gefördert wurden. Daraufhin wurde von der
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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.
4.2. Genehmigung zum
Bau der Anlage
In der Bewilligung zur
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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.
Die Besonderheit des Genehmigungsverfahrens
war, dass sich der Aufstellungsort
der Anlage und die Flutungsbohrung als
Gasaustrittsstelle nicht im Eigentum des An-
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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.
4.3. 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
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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 Spannungs-
und Cos Phi- Regler mit den Parametern:
Wirkleistung: 370,0 KW
Scheinleistung: 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 01.04.2000 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
Abb. 5
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Energien in einem sogenannten Artikelgesetz
neu geregelt. Nach wie vor sind die
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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-
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GLÜCKAUF THÜRINGEN
Zeitschrift des Landesverbandes der Bergmanns-, Hütten- und Knappenvereine Thüringen e.V.
Abb. 6
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Abb. 7
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Literatur und
Quellenverzeichnis:
[1] Schmidt, R.
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sein Erdöl“
Auszug aus der Festschrift
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Menteroda“ des Bergmannsverein
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Gutachterliche Stellungnahme
zum Austritt von brennbaren
Gasen aus der Flutungsbohrung
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Eigentum der Menteroda
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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. 20.000 € 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.
4.5. 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. 500 – 1000 €/m), könnte die Verwertung
nicht wirtschaftlich gestaltet werden. Für die
derzeitige Anlage waren folgende Investitionen
erforderlich:
Schwerpunktthema
BHK Kraftwerk in Containerbauweise mit
Maschinentechnik, Elektrik und Steuertechnik:
240.000 €
Bautechnik und Anbindung an die Infrastruktur
(z. B. E-Anlage, Gastrasse, Trafo,
Analysen): 46.000 €
Nebenkosten
(Gutachten, Planung, Genehmigung,
Montage,Inbetriebnahme): 30.000 €
---------
Summe 316.000 €
Für den Betrieb der Anlage wurden bisher
(Januar – Juni 2008) folgende Kosten und
Erlöse erzielt:
- Betriebsstunden (Januar-Juni): 3.774 Bh
- Stromerlöse für 1.027.000 KWh
(Netzeinspeisung): 75.300 €
Folgende Kosten traten während des halbjährigen
Betriebes auf:
- Personalkosten 9.600 €
- Wartung / Instandhaltung (Fremdleistung)
8.800 €
-------
18.400 €
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für den halbjährigen Betrieb ermittelt:
Erlöse / Betriebsstunden: ca.19,95 €/h
Kosten / Betriebsstunden 4,88 €/h
Anhand der erreichten Ergebnisse ist bei
geplanten 7500 Bh / Jahr mit Stromerlösen
(Umsatz) in Höhe von
ca. 150.000 € / 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.
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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.
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�����������������������������������������cher
Betrieb und Beauftragter für die Bergwerksflutung
der Gruben mit der Gewinnungsmöglichkeit
des Gases und dessen
wirtschaftlicher Nutzung.
Am 18.12.2007 konnte der Probebetrieb
zur Stromerzeugung mit einem Blockheizkraftwerk
aufgenommen werden und per
30.06.2008 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.
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