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Dokumentenidentifikation DE102004054541A1 11.05.2006
Titel Schachtbau- und Betriebsverfahren sowie Transportsystem hierfür
Anmelder Reschberger, Stefan, 10405 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 08.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054541
Offenlegungstag 11.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.05.2006
IPC-Hauptklasse E21D 5/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schachtbauverfahren, insbesondere zur Erschließung von geothermischer Energie mit speziellen Tübbingen (1), einem Transportsystem (Figur 4) für große Stollentiefen mit Zahnschiene (20), Zahnrad (21) und Stromschiene (21) sowie einem Betriebsverfahren zur Kühlung (Figur 3), mit dem sich der Schacht günstig bewettern lässt. Nach Abschluss des Schachtbaus ist eine direkte Dampferzeugung im Schacht möglich.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schachtbauverfahren, insbesondere zur Erschließung von Geothermischer Energie mit speziellen Tübbingen einem Transportsystem für große Stollentiefen mit Zahnschiene, Zahnrad und Stromschiene sowie einem Betriebsverfahren zur Kühlung, mit dem sich der Schacht günstig bewettern lässt. Nach Abschluss des Schachtbaus ist eine direkte Dampferzeugung im Schacht möglich.

Bei herkömmlichen Schachtbauverfahren, werden die im Schachtbau üblichen Tübbinge oder Spritzbeton eingesetzt, eine Bewetterung des Schachtes erfolgt über das zuführen von Frischluft und durch den Einsatz von Kältemaschinen. Des weiteren wird zur Förderung des Abraums üblicherweise ein Förderturm mit Seil und Korb verwandt, welches bei großen Tiefen dazu führt, das Zwischenstationen eingebaut werden müssen, um eine bestimmte Seillänge nicht zu überschreiten.

Da zur Erschließung von Geothermischer Energie sehr hohe Gesteinstemperaturen und an den meisten Standorten große Schachttiefen erforderlich sind, sind derzeit angewandte Methoden zur Kühlung des Schachts und zur Förderung des Gesteins ungeeignet. Eine direkte Dampferzeugung im Schacht ist ebenfalls nicht möglich.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schachtbauverfahren hierfür anzugeben, welches eine optimale Kühlung des Schachtes, ein Fördern des Gesteins aus einer großen Tiefe und die direkte Nutzung des Schachtes zur Dampferzeugung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Schachtbauverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schachtbau mit spezielle Tübbingen erfolgt, die mit Kühltaschen und Dampfzwischenraum ausgestattet sind.

Durch den erfindungsgemäßen Tübbing ist eine effektive Entkopplung der Gesteinstemperatur und der Schacht-Innenwand durch Verdampfung eines Kühlmediums vorzugsweise Wasser gegeben. Dadurch kann der Schacht auch in sehr heißem Gestein über 400°C effektiv gekühlt und somit vorgetrieben werden. Durch einen Lüfter der den Dampf aus dem Dampfzwischenraum absaugt, kann der Verdampfungsdruck im Dampfzwischenraum eingestellt und somit die Temperatur im Dampfzwischenraum geregelt werden.

Gleichzeitig kann der Lüfter zur Bewetterung der Schacht-Innenröhre dahingehend genutzt werden, indem er Luft im Dampfzwischenraum absaugt und damit gleichzeitig Frischluft durch die Schachtinnenröhre ansaugt. Die Luft gelangt dabei bis an den Schachtboden und wird dann im Dampfzwischenraum nach oben geführt.

Ferner ist es möglich, bei erreichen einer genügend hohen Gesteinstemperatur und der Erzeugung einer ausreichenden Dampfmenge den Innenschacht sinnvoller Weise am unteren Ende zu verschließen und den erzeugten Dampf zur elektrischen Energieerzeugung und zur Warmwassererzeugung zu nutzen.

Eine vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass zum erreichen großer Tiefen ein seilloses Transportsystem zum Einsatz kommt. Dieses Transportsystem kann bspw. folgendermaßen ausgebildet sein.

An der Innenwand des Schachtes werden Zahnrad- und Stromschienen angebracht. Gondeln die mit Zahnradantrieben und Stromabnehmern ausgestattet sind, ermöglichen den seilfreien Betrieb im Schacht. Durch die Gondeln kann z.B. der Abbau und die Förderung des Gesteins, der Transport des Baumaterials und Wartungs- und Installationsarbeiten im Schacht erfolgen. Dieses Transportsystem muss um der Sicherheit zu genügen redundant ausgeführt sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen angegeben, in denen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des vertikalen Querschnitts durch ein Tübbing der vorliegenden Erfindung zeigt,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Schachts, horizontaler Querschnitt mit der Anordnung der Tübbing-Segmente der vorliegenden Erfindung zeigt,

3 ein erstes Ausführungsbeispiel des Schachts, vertikaler Querschnitt zur Bewetterung und Dampferzeugung der vorliegenden Erfindung zeigt, und

4 ein erstes Ausführungsbeispiel des Transportsystem im Schacht der vorliegenden Erfindung zeigt.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tübbing 1, der bei dem Schachtbauverfahren zur Gewinnung von Geothermischer Energie vorgesehen ist.

Der Tübbing 1 besitzt eine Aussenwand 2 an deren Innenseite die Kühltaschen 3 angeordnet sind. Dabei werden die Kühltaschen 3 von oben nach unten mit Wasser 17 durchflossen. Der Wasserzufluss wird dabei an der Oberfläche durch ein Ventil 7 geregelt. Wird das Ventil 7 geöffnet beginnt das Wasser 17 die erste Kühltasche 3 zu füllen. Ist diese voll, fließt das Wasser 17 durch den Überlauf 4 der Kühltasche 3 in die nächste Kühltasche. Erreicht das Wasser die gewünschte Tiefe im Schacht bis zu der eine Kühlung erfolgen soll, wird das Ventil 7 geschlossen. Der Füllstand im Schacht wird mit Füllstandssensoren 9 am unteren Ende eines jeden Tübbing 1 erfasst. Durch die Außenwand 2 die den Gesteinsdruck aufnimmt und die über Anker 10 mit dem umgebenden Gestein 11 verbunden ist, wird die Wärme des Gesteins nach innen geleitet. Das Wasser in den Kühltaschen 3 wird verdampft und dadurch die Außenwand 2 des Schachtes gekühlt. Zwischen der Außenwand 2 und der Innenwand 5 des Tübbing 1, befindet sich der Dampfzwischenraum 8, in dem der in den Kühltaschen 3 entstehende Dampf 6 nach oben entweichen kann.

Um zu verhindern, das an der Innenwand 5 kondensierendes Wasser unkontrolliert nach unten läuft, besitzt jeder Tübbing am unteren Ende eine Kondensat-Rinne 13 in der das Kondensat aufgefangen wird und dann zu den Kühltaschen 3 an der Außenwand 2 zurücktransportiert wird.

2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schachtquerschnittes, zu sehen sind die segmentförmigen Tübbinge 1 mit der Außenwand 2, den Rippen 12 die jeden Tübbing 1 abschließen dem Dampfzwischenraum 8 der Innenwand 5, die mit den anderen Tübbingen 1 eine gas- und dampfdichten Röhre, den sogenannte Innenschacht 14 bildet.

3 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schachtsystems vertikal geschnitten, um die Betriebsweise der Kühlung im Schacht zu verdeutlichen.

Zu sehen ist der Schacht mit den Tübbingen 1, der Schacht-Außenwand 2, dem Wasser 17 das in den Kühltaschen der Tübbinge 1 nach unten fließt und nach dem verdampfen, im Dampfzwischenraum 8 der zwischen Außenwand 2 und Innenwand 5 der Tübbinge 1, nach oben steigt.

Im Sammler 15 einer ringförmigen Röhre wird der Dampf 6 aus den einzelnen Tübbing-Segmenten eingesammelt. Danach wird der Dampf 6 durch den Lüfter 16 der von einem Lüftermotor 17 angetrieben wird aus dem Dampfzwischenraum 8 abgesaugt. Der Druck im Dampfzwischenraum 8 und damit der Verdampfungspunkt des Wassers 17 kann durch das anbringen von Druck- und Temperatursensoren im Dampfzwischenraum 8 und durch das einstellen der Lüfterdrehzahl geregelt werden. Weiterhin ist die Führung der Luft 18 im Schachtsystem dargestellt, die durch den Innenschacht 14 nach unten geleitet wird, dabei wird der Innenschacht 14 bewettert.

Kühltaschen 3 sowie weitere Details des Tübbing 1 wie Füllstandsensoren 9 Kondensatrinne 13 sind in dieser Skizze nicht dargestellt.

4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Transportsystems im Schacht, welches zum Erreichen von großen Tiefen eingesetzt werden kann, dabei sind an der Innenwand 5 des Schachtes mehrere Zahnschienen 20 und Stromschienen 21 angebracht. Eine speziell für den Schachtquerschnitt konzipierte Gondel 22 die mit einem Zahnradantrieb ausgestattet ist, kann dann dadurch im Schacht auf und abfahren, in dem die Zahnräder 24 der Gondel 22 in den Zahnschienen 20 geführt werden. Die Energiezufuhr in die Gondel 22 erfolgt dabei über die Stromschienen 21 im Schacht und die Stromabnehmer 23 auf der Gondel 22. Wegen der notwendigen Redundanz der Anlage sind mehrere Zahnschienen 20 und Stromschienen 21 gezeichnet.

Eine redundante Ausführung des Transportsystems bedeutet, das auch beim Ausfall einer Komponente genügend andere Komponenten vorhanden sind um den Ausfall zu kompensieren. Der Antrieb der Gondel 22 kann hier z.B. mit Frequenzumrichter und Elektromotor oder über Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren erfolgen.

Sinnvoll ist auch der Einsatz mehrerer Gondeln, z.B. eine Gondel die für den Gesteinsabbau mit einer Teilschnitt oder Volischnittmaschine ausgerüstet ist. Eine weitere zweite Gondel kann den Abraum von unten nach oben, sowie notwendiges Baumaterial, z.B. Tübbinge nach unten befördern und für Inspektionen und Wartung des Schachtes eingesetzt werden.


Anspruch[de]
  1. Schachtbauverfahren, insbesondere zur Erschließung von Geothermischer Energie, gekennzeichnet durch die Verwendung von speziellen Tübbingen (1) ein flüssiges Kühlmittel (17) zur Kühlung im Schacht verwendet wird.
  2. Schachtbauverfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel (17) welches im Schacht von oben nach unten fließt und dabei verdampft.
  3. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (2) des Schachtes mit Kühltaschen (3) versehen sind, in denen ein Kühlmittel (17) kaskadenförmig von Kühltasche (3) zu Kühltasche (3) von oben nach unten fließt.
  4. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des Kühlmittels (17) in den Kühlmitteltaschen (3) durch einen Sensor (9) gemessen wird und durch mindestens ein Ventil (7) reguliert wird.
  5. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in den Kühltaschen (3) verdampfen kann, und der Dampf (6) in einen Dampfzwischenraum (8) entweichen kann.
  6. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Dampf (6) durch einen Dampfsammler (15) und einen Lüfter (16) aus dem Dampfzwischenraum (8) abgesaugt wird.
  7. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das die Kühltaschen (3) einen Überlauf (4) besitzen durch den das Kühlmittel bei erreichen der vollen Füllstandshöhe in die nächste Kühltasche fließen kann.
  8. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das die Tübbinge (1) mit einer Außenwand (2) einem Dampfzwischenraum (8) und einer Innenwand (5) ausgebildet sind, wobei die Innenwand gas- und dampfdicht ausgeführt ist.
  9. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das Luft (18) zur Bewetterung der Innenröhre (5) von einem Lüfter (16) von oben nach unten durch den Innenschacht (14) gezogen wird, und am unteren Ende umgelenkt und durch den Dampfzwischenraum (8) nach oben abgeführt wird.
  10. Schachtbauverfahren, mit einem Transportsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das in der Schacht-Innenröhre (5) Zahnschienen (20) und Stromschienen (21) angebracht sind.
  11. Schachtbauverfahren, mit einem Transportsystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, das im Schacht Gondeln (22) eingebracht werden, die Stromabnehmer (23) und Zahnradantriebe besitzen, die Zahnräder (24) antreiben, die in der Zahnschiene (20) laufen.
  12. Schachtbauverfahren mit einem Transportsystem, nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Transportsystem bei Ausfall einer Teilkomponente z.B. Stromabnehmer (22), Zahnradantrieb, Zahnräder (24) oder Zahnschienen (20) weiter betrieben werden kann.
  13. Schachtbauverfahren, nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das der Schacht nach erreichen einer genügend großen Tiefe und Temperatur zur Erzeugung von Dampf und zur Gewinnung von elektrischer Energie genutzt werden kann.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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