Mine Water for Energy and Water Supply in the Central Coal Basin of Asturias (Spain)

Abstract

The Asturian Central Coal Basin (NW Spain) is generally characterized by moderately porous and permeable rocks, such as sandstone, limestone, and shale. Groundwater mostly flows through open fractures, voids, and decompression zones associated with coal mining. Exploitation of water resources in former coal mines could contribute to the economic well-being of communities affected by closure. The potential value of mine water associated with the flooded Barredo and Figaredo mine shafts near the town of Mieres was studied. This reservoir could supply water for 60,000 people; this could possibly be doubled by co-managing the river flow and underground resources. We studied the potential recovery of energy from the thermal value of this mine water (using water-to-water heat pumps). Two district heating systems are proposed: a low-temperature network (35 °C) for domestic heating and a very-low temperature network (20 °C) for large users, such as shopping centres, that need both heating and cooling. Return flow to the reservoir can generate electricity by means of micro-turbines. Preliminary estimates of profitability appear favourable, along with a sizable reduction in CO₂ emissions compared to natural gas heating. Extrapolation of these results to other mine water reservoirs in Central Asturias implies a potential of 40 million m³ per year for water supply, and an energy supply capacity close to 260,000 thermal MWh per year.

Zusammenfassung

Das Zentrale Kohlebecken von Asturien (NW Spanien) ist generell durch relativ poröse und durchlässige Gesteine gekennzeichnet wie Sandstein, Kalkstein und Schiefer. Das Grundwasser fließt vor allem durch offene Bruchstrukturen, Hohlräume und die durch den Kohlebergbau verursachten Absenkungsbereiche. Die Nutzung der Wasserressourcen könnte zum wirtschaftlichen Wohlstand der durch die Bergbauschließung betroffenen Gemeinden beitragen. Es wurde der potentielle Wert des Grubenwassers der gefluteten Schächte Barredo und Figaredo nahe der Stadt Mieres untersucht. Diese Vorräte könnten 60 000 Menschen mit Wasser versorgen. Eine gemeinsame Bewirtschaftung von Grundwasser und Flusswasser könnte das vermutlich noch verdoppeln. Wir untersuchten außerdem, die mögliche Gewinnung von Wärme aus dem Grubenwasser (bei Nutzung von Wasser–Wasser-Wärmepumpen). Zwei Heizungssysteme werden vorgeschlagen: ein Netzwerk mit 35 °C für kommunale Heizungen und ein Netzwerk mit 20 °C für Großnutzer wie z.B. Einkaufszentren, die sowohl Heizung als auch Kühlung benötigen. Der Rückfluss in die Schächte kann mittels Mikroturbinen Elektroenergie liefern. Vorläufige Abschätzungen der Profitabilität gemeinsam mit der entsprechenden Einsparung von CO₂-Emissionen aus Gasheitzungen sind vielversprechend. Die Extrapolation auf andere Grubenwasservorräte in Zentral-Asturien lassen ein Potential von 40 Millionen m³ pro Jahr für die Wasserversorgung und eine Wärmeversorgungskapazität von nahezu 260 000 MWh pro Jahr erwarten.

Resumen

La cuenca carbonífera central asturiana (NW de España) es generalmente caracterizada por rocas moderadamente porosas y permeables, tales como arenisca, caliza y esquisto. El agua subterránea mayoritariamente fluye a través de fracturas abiertas, huecos y zonas de descompresión asociadas con la minería de extracción del carbón. La explotación de los recursos acuíferos en las antiguas minas de carbón podría contribuir a mejorar económicamente a las comunidades afectadas por la clausura de la mina. Se estudió el valor potencial del agua de mina asociada con las minas inundadas Barredo y Figaredo cerca del pueblo de Mieres. Este reservorio podría proporcionar agua para 60.000 personas; este suministro podría posiblemente ser duplicado por el manejo conjunto del flujo del río y los recursos subterráneos. Hemos estudiado la potencial recuperación de energía del valor termal del agua de mina (usando bombas de calentamiento agua–agua). Dos sistemas de calefacción fueron propuestos: una red de baja temperatura (35 °C) para calefacción doméstica y una red de muy baja temperatura (20 °C) para grandes usuarios tales como shoppings, que necesitan tanto calentamiento como enfriamiento. El flujo de retorno al reservorio podría generar electricidad por medio de microturbinas. Las estimaciones preliminares sobre la factibilidad de ese emprendimiento parecen favorables, además de una considerable reducción de las emisiones de CO₂ comparadas con el calentamiento con gas natural. La extrapolación de estos resultados a otros reservorios de agua de mina en las Asturias centrales, implica un potencial de 40 millones de m³ por año para suministro de agua y una capacidad de suministro de energía cercana a 260000 MWh por año.

抽象

西班牙西北(NW Spain)阿斯图里亚斯(Asturias)中央聚煤盆地(Central Coal Basin)的砂岩、灰岩和页岩等地层以中等孔隙性和导水性为特征。地下水流经地层内张开裂隙、空隙及采空区裂隙。采空区水资源再开发有助于受闭坑影响生活区的经济发展。文章研究了米尔瑞斯(Mieres)镇两个已闭坑、充水的巴利多(Barredo)矿和弗哥莱多(Figaredo)矿的矿井水开发利用价值。闭坑矿井的采空区水资源量足为60,000人供水;如果实行地表水资源与地下水资源联合调度管理,供水能力还将成倍增长。基于水源热汞技术,研究了矿井水的热能利用价值。提出两套辖区供热系统方案:一个是低温供暖网(35 °C),用于生活供暖;另一个是极低温供热网(20 °C),适于更广大用户,如商业中心致冷与致热等。返回采空区的回水实现微涡轮技术发电。初步经济分析表明,矿井水开发利用经济效益明显,还能大幅减少二氧化碳排放(与较天然气加热系统相比)。如果将阿斯图里亚斯(Asturias)中央聚煤盆地其它矿井水资源也充分利用,将意味着每年40 × 10⁶ m³的供水能力和相当于每年260000兆瓦小时的供电潜力。.