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So funktioniert die Gewinnung und Verwertung von Grubengas

Das Grubengas aus stillgelegten Bergwerken besitzt einen Methangehalt von 18 % bis 80 %. Es wird aus den verlassenen und verschlossenen Hohlräumen des ehemaligen Bergwerks mittels einer Entgasungsleitung nach übertage abgesaugt. Hier wird es verdichtet und dem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Verfügung gestellt.

Die Verbrennung erfolgt in einem konventionellen Gasmotor. Dieser treibt unmittelbar einen Generator zur Stromerzeugung an. Ein doppelter Nutzen besteht durch die Nutzung der dabei entstehenden Motor- und Abgaswärme.

  • 1. Gasgewinnungsanlage (Verdichter)

    Mit der Gasgewinnungsanlage, häufig auch als Verdichteranlage bezeichnet, wird Grubengas aus den untertägigen Grubengebäuden abgesaugt und zur Gasverwertungsanlage gefördert.

    In der Regel sind die dazu eingesetzten Drehkolbenverdichter in schallisolierten Stahlcontainern untergebracht, die zudem alle betriebsnotwendigen Nebenaggregate, wie zum Beispiel die elektronische Steuerung, eine Gasanalyse oder eine zusätzliche Gasaufbereitung/Reinigung, enthalten. Die Containerbauweise ermöglicht eine flexible Anpassung der Grubengasgewinnung an sich ändernde Gasverhältnisse vor Ort.

  • 2. Gasverwertungsanlage / BHKW (Gasmotor)

    Die Gasverwertungsanlage, auch als BHKW bezeichnet, generiert aus dem Grubengas elektrische und thermische Energie. Dazu wird ein Gasmotoren-Aggregat, bestehend aus einem Gasmotor, dem mit dem Gasmotor gekoppelten Generator und der zugehörigen Anlagensteuerung eingesetzt. Das Aggregat ist in einem schallisolierten Stahlcontainer integriert, der auch alle notwendigen Nebenaggregate enthält. Diese Bauweise, mit den Schnittstellen Gas, Elektrizität, Wärme, ermöglicht eine flexible Anpassung der Grubengasverwertung an sich ändernde Gasverhältnisse vor Ort. Der Container wird auf Fertigbetonplatten aufgestellt, die auf einem Planum verlegt sind. Die eingesetzten Gasmotoren werden für die Grubengasverwertung modifiziert, u. a. um dem geringen Heizwert und der Störstofffracht des Grubengases gerecht zu werden.

  • 3. Gasverwertungsanlage / BHKW Trafo / Mittelspannung

    Der eingesetzte Gasmotor ist direkt mit einem Generator gekoppelt. Dieser hat eine elektrische Leistung zwischen 0,4 bis 1,5 MW.

    Der elektrische Wirkungsgrad der Generierung liegt dabei im Bereich von 35 %. Für eine Einspeisung der elektrischen Energie ins Versorgungsnetz wird die elektrische Spannung auf das Niveau des Versorgungsnetzes (Mittelspannung) mit Hilfe eines Transformators hochgespannt. Die Übergabe an das Netz, insbesondere die Mengenzählung für eine Abrechnung mit dem Versorgungsnetzbetreiber, erfolgt in der Mittelspannungsstation (Betoncontainer).

  • 4. Wärmeauskopplung

    Neben der Generierung von elektrischer Energie kann auch die thermische Energie aus dem Motorkühlwasser und dem Abgasstrom genutzt werden.

    Dazu sind zusätzlich Wärmetauscher und zusätzliche Nebenaggregate wie Pumpen einer Kühlwasserwärmeauskopplung bzw. einer Abgaswärmeauskopplung an der Verwertungsanlage zu installieren. Mittels einer Übergabestation kann bei Bedarf in Fern- oder Nahwärmenetze eingespeist werden. Zusätzlich wird die Anlagensteuerung modifiziert.

  • 5. Einspeisung

    Die Grubengasverwertungsanlage wird netzparallel zum elektrischen Versorgungsnetz betrieben. Die Einspeisepunkte werden dabei möglichst nah zum Anlagenstandort gewählt.

    Wärme kann in Fern- oder Nahwärmenetze eingespeist werden, soweit Bedarf besteht und sich Netze in Anlagennähe befinden.

Entstehung

Die Bindung des Methans an die Steinkohle erfolgt bereits bei ihrer Entstehung. Zur Zeit des Erdmittelalters im Karbon (vor ca. 300 Mio. Jahren) lagerte sich organisches Material in Sümpfen ab. Eine Überdeckung durch Sedimente verhinderte den Luftaustausch und übte auf die Ablagerungen Druck aus. Ein Entweichen des bei der Zersetzung durch Mikroorganismen gebildeten Methans wurde so verhindert. Es wurde an der Kohleoberfläche gebunden. Erst durch Druckentlastung der Flöze bei der Gewinnung der Steinkohle kann das Gas an die Umgebung entweichen. Das dabei entstehende Methan/Luftgemisch wird als Grubengas bezeichnet.

Gewinnung

Grubengas kann auf zwei Arten gewonnen werden. Zum einen durch das Absaugen aus aktiven Bergwerken während des Abbaus der Steinkohle. Das so gewonnene Gas wird als CSM (Coal Seam Methane) bezeichnet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das sich in stillgelegten Zechen sammelnde Methan (CMM – Coal Mine Methane) zu nutzen. In beiden Fällen tritt das Gas in den durch den Bergbau geschaffenen Hohlräumen aus, eine spezielle „Bearbeitung“ des Gebirges wird nicht durchgeführt. Das sogenannte Flözgas (CBM – Coal Bed Methane), das durch direkte Bohrungen in noch nicht abgebaute Kohleflöze erschlossen wird, wird von Mingas-Power nicht gewonnen. Eine solche Förderung spielt in Deutschland derzeit keine Rolle.

Energetische Nutzung

Das Grubengas wird in den Zylindern der Gasmotoren verbrannt. Die dabei erzeugte Bewegungsenergie wird über einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Die im Motor und Abgas anfallende Wärme kann über Wärmetauscher Heißwasser erzeugen. Somit kann bei entsprechender Abnahme der Gasmotor (BHKW) als Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK-Anlage) genutzt werden.