Bergbautechnische Konsequenzen aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier - Betrachtung der drei Felder

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Bergbautechnische Konsequenzen aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier - Betrachtung der drei Felder
Bergbautechnische Konsequenzen
aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier
                  Dr.-Ing. Henry Riße

     Betrachtung der drei Felder

     I. Böschungsgestaltung

     II. Massenbilanzen

     III. Wasserhaushalt

     für die Tagebaue Inden, Garzweiler und Hambach
Bergbautechnische Konsequenzen aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier - Betrachtung der drei Felder
Böschungsgestaltung für die Rheinischen Tagebaue

Grundlagen

• Unterscheidung Gewinnungsböschung und Kippenböschungen
• Gewinnungsböschung mit Neigung 1 : 2 bis 1 : 3 üblich,
  im TB Hambach derzeit 1 : 7
• Kippenböschungen und geschnittene Böschungen für Restseen mit
  Neigung 1 : 5 stabil
• Böschungswinkel stark vom Material und Bodenfeuchte abhängig
• Mischboden 1: Kies, lehmige Sande, Sand = aufbaufähiges Material
• Mischboden 2: Feinsand, Ton, Schluff = nicht aufbaufähiges Material,
  neigt bei Durchfeuchtung zum Fließen, kann dadurch Rutschungen
  hervorrufen
• Mischboden 2 muss daher „verpackt“ werden       Poldersysteme
Bergbautechnische Konsequenzen aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier - Betrachtung der drei Felder
Böschungsgestaltung für die Rheinischen Tagebaue

   Grundlagen – Geologie TB Hambach

  Achtung:
  Dieser Schnitt ist
  vertikal überhöht!
TB Hambach

                           Quelle: Braunkohlenplanänderung Garzweiler II

                                                                                 Quelle: Rahmenbetriebsplan 2020 bis 2030

                        Real 2020 1:7                            1:5       1:3
             Verfügbare Kohlemenge                     + 200 Mio. t + 400 Mio. t
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Böschungsgestaltung für die Rheinischen Tagebaue

Aufbau von Poldersystemen
für eine stabile Endböschung (vorwiegend im Unterwasserbereich)

                                                                    „Verpacken“ nicht
                                                                    aufbaufähiger Böden
                                                                    in Poldern

Quelle: Braunkohlenplanänderung Garzweiler II

                                                Mischboden 1
                                                Mischboden 2 trocken
                                                Mischboden 2 nass

                                                                 Quelle: Braunkohlenplanänderung Garzweiler II, 2018
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Restlaufzeit, Ausdehnung und Böschungsgestaltung

Ansicht Tagebau Inden, 2020

                                     BKW Weisweiler
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Restlaufzeit, Ausdehnung und Böschungsgestaltung

TB Inden (Ende geplant: 2029)
• Verkleinerung Abbaufeld am SO-Rand   • Verzicht auf ca. 125 Mio. t Kohleförderung
• Verfüllung des Lucherberger Sees     • Verfüllung mit Rurwasser ab 2031

                                                           Quelle: Mitteilung der RWE Power AG an die Landesregierung
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Alternative Ausdehnung TB Inden

                Lucherberger See

• Erhalt des Lucherberger Sees
  (derzeit Kühlwasserreserve für                                              DN Merken
  Weisweiler, funktionsfähige Anlage
  5.000.000 m³ Speicher, >20 m tief)
• Umnutzung ggf. als Oberbecken für                                Modifizierte
  Pumpspeicherkraftwerk                                            Abbaugrenze

• Bei modifizierter (= alter ) Abbaugrenze wären noch ca. 125 Mio. t zu fördern –
  konfliktfrei ohne Umsiedlungen!
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Restlaufzeit, Ausdehnung und Böschungsgestaltung

Ansicht TB Garzweiler II, 2019
Bergbautechnische Konsequenzen aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier - Betrachtung der drei Felder
Ausgangspunkte der Planung

                            Mächtigkeit der Kohleflöze Garzweiler II
  Im Westteil drei Flöze mit geringeren Mächtigkeiten, nach Norden hin ein Flöz auslaufend

                                                                     Die          20 - 30 m
                                                                    fünf
                                                                   Dörfer

                                                               30 - 40 m      40 - 55 m
                                                                                     alte A 61
                                                                     Holz-
                                                 ehem. gepl.         weiler
Bergbautechnische Konsequenzen aus dem Kohleausstieg im Rheinische Revier - Betrachtung der drei Felder
Tagebau Garzweiler II (Planung RWE bis Ende: 2038)

• Volle Ausnutzung des TB
                                              Wanlo
  Garzweiler gemäß
  Leitentscheidung 2016:
  Ausdehnung 36,2 km²                            Keyenberg   A 61 wieder-
                                                             hergestellt

• Planung Restkohleförderung
  bis ca. 700 Mio. t
• Inanspruchnahme der
  5 Dörfer am NW Rand des TB
• Abraummassen verplant für
  Restverfüllung von
  TB Garzweiler I und
                                 Holzweiler
  Schaffung Trasse für A 61
• „Export“ von 30 - 60 Mio. t                                Jackerath

  Löss zur Rekultivierung
  vom TB Hambach
• Böschungssystem hier 1 : 5
  (ca. 200 m Tiefe, ca. 1000 m
  Länge am Böschungsfuß)
                                                                    Quelle: Mitteilung der RWE Power AG an die Landesregierung
Garzweiler: Alternative DIW- Gutachten Mai 2020

• Abstand zu Wohnbebauung 400 m.
• Zwei verschiedene Ansätze für die
  Steilheit der Gewinnungsböschung:

• Flaches Böschungssystem 1 : 5
  (grüne Linie):
  138 + 120 = 258 Mio. t Kohle
  förderbar

• Steiles Böschungssystem 1 : 3
  (blaue Linie):
  227 + 156 = 383 Mio. t Kohle
  förderbar

• Eine 1 : 3 Gewinnungsböschung
  muss am Ende mit Abraum
  abgeflacht werden auf 1 : 5, um
  eine stabile Böschung unter der
  Wasseroberfläche herzustellen.

                                                Quelle: Gutachten Dt. Institut für Wirtschaftsforschung. Mai 2020
Alternativen aus dem Gutachten von BET u.a. für BMWI
  Garzweiler II, Referenzszenario                                      Alle BKW in D
  („Business as usual“)

• Ausdehnung < 30 km²
• Gewinnungsböschung
  1 : 2,3 (Nordrand)
  1 : 5 (andere Ränder)
• Restkohleförderung
  bis ca. 500 Mio. t
• Keine Inanspruch-
  nahme der 4 Dörfer
  Keyenberg, Unter-
  /Oberwestrich und
  Kuckum
• „TB-Gasse“ ca. 2 km
  zwischen Holzweiler
  und Keyenberg
• A 61 N bleibt wie
  derzeit vorhanden
                                                        Quelle: BET & EY Fumico Gutachten
Alternativen aus dem Gutachten von BET u.a. für BMWI
Garzweiler II, Ausstiegszenario 1                                         Alle BKW in D

(„gemäß Kohlekommission“)

• Ausdehnung < 25 km²
• Gewinnungsböschung
  1 : 2,3 (Nordrand) 1 : 5
  (andere Ränder)
• Seeböschung unter
  Wasser 1: 5
• Restkohleförderung
  bis 456 Mio. t

• Alle fünf Dörfer bleiben
  erhalten
• TB-Ende vor Berverath
• A 61 N bleibt wie derzeit
  vorhanden

                                                              Quelle: BET & EY Gutachten
                                                          Quelle: BET & EY Fumico Gutachten
Restlaufzeit, Ausdehnung und Böschungsgestaltung

Tagebau Hambach, 2020

                             Ellen/Niederzier

      Gewinnungsböschung zum                     Kohle ab ca.
                                                                  Innenkippe
      Hambacher Wald ca. 1 : 7                   350 m Tiefe
                                                                    ca. 1 : 7

                                           Böschung Elsdorf 1 : 3,6
Tagebau Hambach Plan RWE (Ende 2030)

• Verkleinerung des TB Hambach von
  85 auf 68 km²  Erhalt Hambacher
  (Rest-) Wald
• 1 Mrd. (!) t Kohle verbleibt in der Erde
• Planung Restkohleförderung
  nur noch ca. 150 Mio. t
• Inanspruchnahme der Fläche der
  Ortschaft Manheim ca. 6 km² zur                                                                 Manheim
  Gewinnung von Abraummassen
  (nicht für Kohle!)                                                                   Innenkippe
• Manheim zu 90% zerstört
• Böschungssystem hier 1 : 5
  (ca. 400 m Tiefe: ca. 2000 m
  Länge)
• Böschung Innenkippe ca. 1 : 7               Böschung Elsdorf 1: 3
• Sehr große Massenumlagerungen
  für Böschungsgestaltung
                                                     Quelle: Mitteilung der RWE Power AG an die Landesregierung, ergänzt
Alternative Abbauplanung für den TB Hambach
         Tagebau Hambach – Ansichten/Kohlemächtigkeiten/Böschungen

                        ca. 2,5 km

                                                 Blick von Westen in den TB auf ca.
                                                 60 m Flöz und Elsdorfer Böschung

                                                                      Innenkippe

Blick auf die Gewinnungsböschung
mit der Vielzahl Terrassen

                                               Böschung Elsdorf 1: 3
Alternative Abbauplanung und Böschungsgestaltung
TB Hambach, Elsdorfer Seite
und überhöhte Innenkippe
                                       Elsdorf                      Manheim/Hambacher Wald

• Ausdehnung 68 km²
• Erhöhung Restkohleförderung                            Böschung Elsdorf 1: 3,6
  nach BET & EY auf 190 Mio. t
• nach DIW Option bis 400 Mio. t
  durch vorübergehendes Steiler-
  stellen der Böschung möglich                                       Innenkippe 1 : 7
• Ermöglicht weitere Reduzierung
  der Förderung in Garzweiler                                                           Quelle: BET & EY Foto: AHU

• Keine Inanspruchnahme der
  Manheimer Flur für Massen
  (Kies-) Gewinnung !
                                                                        Überhöhte
• Massenbeschaffung durch                                               Innenkippe
  partiellen Rückbau der           Innenkippe (Überhöhung)
  Innenkippen-Überhöhung           erreicht Level der Sophienhöhe       Innenkippe = riesiges
  (nicht der Sophienhöhe!)                                              Abraumlager
Alternative Abbauplanung für den TB Hambach

     Tagebau Hambach – Idee seitlicher Vorschnitt und Wiederauffüllung

                                                                                  Innenkippe

                                                          Böschung Elsdorf 1: 3
• Schematische Darstellung: Vorschnitt auf Böschungswinkel ca. 1 : 3 und Wiederauffüllung
  auf Böschungswinkel von ca. 1 : 5
• Abbau praktisch rechtwinklig zur jetzigen Abbaufront (seitliches Auffahren und Verfüllen)
Massenbilanzen - Alternativkonzept

  TB Hambach, 2020: RWE Planung vs. Alternativkonzept

                                                                     Innenkippe

Kritisch / besonders fraglich: Kies        Wie kann der Rückbau der überhöhten
zur Gestaltung der überhöhten Innenkippe   Innenkippe erfolgen?
Massenbilanzen – selektiver Rückbau

TB Hambach, Ansatz selektiver Rückbau Innenkippe (Überhöhung)
         M1           Mischboden 1
         M2 trocken   Mischboden 2 trocken
  0)     M2 nass      Mischboden 2 nass            3)

 1)

                                        Abraumschüttung
                                           Innenkippe
                                            Hambach

 2)

                                                          Quelle: BET & EY Foto: AHU
Wasserwirtschaft – TB Sümpfung
    TB Hambach, Karte Sümpfungsbrunnen

                                                                                              Innenkippe
•   TB Betrieb erfordert
    Sümpfung bis deutlich
    unter die Sohle des
    untersten abgebauten
    Kohleflözes
•   TB Inden und Garzweiler :                          Böschung Elsdorf 1: 3
    ca. 200 m
•   TB Hambach: 450 (!!) m
                                                  Quelle: Antrag wasserrechtliche Genehmigung TB Hambach RWE 2019
Wasserwirtschaft
  TB Hambach, Ausdehnung Grundwasserabsenkung

• Auswirkungen Sümpfung TB
  Hambach bis ca. 30 km
  südöstlich vom Tagebaurand
                                                                                        Innenkippe
• Gesamte Erftscholle
  betroffen
• Grundwasser im Umfange
  von vielen km³ abgepumpt
  (1 km³ = 1 Mrd. m³)
                                                  Böschung Elsdorf 1: 3

                                              Quelle: Antrag wasserrechtliche Genehmigung TB Hambach RWE 2019
Wasserwirtschaft - Verwendung der Sümpfungswässer

•   Sümpfungswasser: Einsatz als Kühlwasser für Kraftwerke,
    Rohwasser für Trinkwasser, Bewässerung für
    Landwirtschaft, Ökologiewasser und Erhöhung
    Minimalabfluss (Erft)
•   TB Garzweiler 100 … 140 Mio. m³/a – dort sehr viel für
    Speisung Schwalm Nette Gebiet und Grundwasservorräte
    um Mönchengladbach (fast gesamte Menge)
•   Quelle Schwalm + Niers = 100% Sümpfungswasser
•   TB Hambach Sümpfungswasser bis ca. 400 Mio. m³/a                                   Innenkippe
                   Verwendung Sümpfungswasser

                    10,3

                                   31,8
                                          Brauchwasser
                                          Ökowasser
                                                                  Böschung Elsdorf 1: 3
            37,9                          Trinkwasser
                                          Abgabe Erft
                                 12,1
                                          Abgabe Rur + Inde
                           6,9                                Schwalmquelle: 100% Sümpfungswasser
Wasserwirtschaft - Verwendung der Sümpfungswässer
Karte der Infiltrationsbrunnen im Schwalm–Nette–Gebiet
nordwestlich vom Tagebau Garzweiler

                                                                      Innenkippe

                                          Böschung Elsdorf 1: 3

                                                      Quelle: Monitoring Garzweiler
Wasserwirtschaft - Befüllung der TB-Restlöcher

                            Konsequenzen Kohleausstieg

• Ab 2030/31 Flutung des TB Inden mit Wasser der Rur, Begrenzung Füllmenge durch
  Mindestabfluss der Rur an der Grenze zu NL auf 5 m³/s
• Ab 2030/31 plant RWE den TB Hambach mit Rheinwasser zu fluten, hier sehr große Mengen
  von ca. 270 Mio. m³/a geplant
• Ende 2020er / Anfang der 2030er Jahre Sümpfungswasser TB Garzweiler nicht ausreichend
  für Sicherung Wasserbereitstellung Ökologie (Schwalm Nette)
• Daher ursprüngliche Planung Rheinwasserüberleitung ab 2030 ins Garzweilergebiet, nun
                                                                              Innenkippe
  Rheinwasserüberleitung gleichzeitig auch nach Hambach
• Limitierung Entnahme Rheinwasser durch Niedrigwasser im Rhein
• Füllzeiten TB Hambach 40 bis 60 Jahre, danach 100 bis 150 (!!) Jahre Speisung mit
  geringeren Mengen zur weiteren Auffüllung der Grundwasserleiter
• Bedarf TB Hambach unmittelbar 4,5 Mrd. m³ Füllwasser, Grundwasser
                                                          Böschung Elsdorf
                                                                    5…10…x 1: (?)
                                                                               3 Mrd. m³

• Mit Aussetzen der Sümpfung TB Hambach – starker Rückgang der Abflusses in der Erft über
  Jahrzehnte                                                        Quelle: Monitoring Garzweiler
Wasserwirtschaft und Klimawandel

Auswirkungen Klimawandel auf Rheinwasser, Wasserbedarf Landwirtschaft,
Ökologiewasser, Trinkwasser

                                            Trockenjahre 2018 bis 2020:
                                            Statistische Ausnahmen oder
                                            zukünftig neue Normalität?

                                                                  Innenkippe

Trocken gefallene Nette 2018

                                             Böschung Elsdorf 1: 3

                                           Rüben bei Morschenich 2020
Wasserwirtschaft und Klimawandel
Auswirkungen Klimawandel
auf Rheinwasser, Wasser-
bedarf Landwirtschaft und
Ökologiewasser

Zukunftsprognosen für NRW:
Trockenszenarien ab 2040
schon jetzt?!

                                                                              Innenkippe

                                                          Böschung Elsdorf 1: 3

Quelle: FZ Jülich: Simulation GW-Neubildung und
Evapotranspiration in NRW nach Szenario R4
Wasserwirtschaft und Alternative Befüllung der TB
Alternativen zur alleinigen Befüllung mit Rheinwasser – anteilige
Rückverfüllung TB Hambach mit Material der Innenkippenüberhöhung

                                                                          Innenkippe

                                        Vorteile:
                                        •   Verminderter Flächenverlust für Kerpen
                                        •   Verringerung Füllvolumen um bis zu 20%
                                        •   Zeitliche Entzerrung der Füllung Hambach und
                                            der Ökowasserbereitstellung Garzweiler
                                        •
                                                Böschung Elsdorf 1: 3
                                            Verringerung der extremen Seetiefe um >100 m
                                        •   Verbesserung gebirgsmechanischer Stabilität
                                        •   Erhöhung des Anteils der landwirtschaftlich zu
                                            rekultivierenden Fläche
                                        •   Erhaltung von Arbeitsplätzen über weitere 5 a
Ausblick

• Kohleausstieg hat z.T. gravierende Veränderungen der TB Planung zu Folge
• Flächeninanspruchnahme TB Hambach deutlich reduziert
• Flächeninanspruchnahme TB Garzweiler nach Plan RWE unverändert ggü. 2016
• Praktikable Alternativen zur RWE Planung liegen vor
• Allgemeine Richtschnur für Böschungsgestaltung: Hangneigung 1 : 5
• Unbedingt Nutzung der aufgetürmten Massen der Innenkippen-Überhöhung,
  dort 1 Mrd. m³ Material                                         Innenkippe
• Vermeidung der Inanspruchnahme der „Manheimer Bucht“
• Vermeidung des Abbaus der (Manheimer) Kiese für Innenkippengestaltung
• Lösung des Problems der (qualitativ) selektiven Wiederaufnahme verkippter Massen
• Nutzung der Massen der Innenkippen-Überhöhung auch
                                                 Böschung Elsdorf 1: 3 Seetiefe,
                                                     zur Verringerung
  Verringerung des Wasserfüllvolumens
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