Bergvärme
Från Rilpedia
Bergvärme utvinns ur grundvattnet i berggrunden.
Innehåll |
Bakgrund
Berggrunden på de djup som är aktuell för så kallad bergvärme påverkas i mycket liten grad av värmen från jordens inre utan håller samma temperatur som grundvattnet som i sin tur ursprungligen värmts upp av solen i den allra översta delen av jordskorpan, vid markytan och i de översta delarna av jordlager och berg när samma vatten befann sig vid jordytan. Av solen uppvärmt vatten i närliggande hav och större sjöar bidrar också till grundvattnets temperatur.
Grundvattnet i Sverige håller en relativt konstant temperatur över året på 6–8 grader. Det är denna relativt stabila temperatur oberoende av årstid och tillgången till den stora volymen grundvatten som finns i berggrundens sprickzoner som utnyttjas vid bergvärmeutvinning.
Om man avser utnyttja värme från jordens inre måste borrhål på minst 1 000–2 000 m[1] borras vilket blir oerhört kostsamt och i praktiken en metod som i idag inte är möjlig att använda för reguljär utvinning av stora energimängder.
Utförande
Vid bergvärme i dagligt tal handlar det om att utvinna energin ur grundvattnet genom att borra hål i berggrunden i området 90-200 m beroende på hur grundvattnet fördelar sig i området och utefter en så lång sträcka som möjligt i borrhålet som är omsluten av grundvatten och ta ut värmeenergi ur vattnet genom att sänka temperaturen på vattnet i borrhålet via värmepumpar placerade i marknivå.
Temperaturen på grundvattnet sänks i medeltal med 3-4 grader. Under förutsättning att vattenomsättningen i borrhålet är god, kan relativt stora energimängder utvinnas ur enbart ett enda borrhål. Energin är en produkt av temperatursänkningen på vattnet och volymströmmen vatten som tas in i värmepumpens värmeväxlare.
Genom att gradvis stega upp temperaturen genom att mellanlagra vattnet i en varmvattenaccumulator som återcirkuleras till värmepumpen kan man nå upp till och hålla en temperatur på vattnet i en accumulatortank på cirka +50 grader som sen kan pumpas ut i radiatorer i exempelvis bostadshus för uppvärmning av luften eller användas för tappvarmvatten. De accumulatortankar som erfodras för att uppnå önskade temperaturer utnyttjas också för att lagra värmeenergi under nattetid då i allmänhet uttagen värme hos förbrukaren är lägre än under dagtid.
En viktig förutsättning för en effektiv bergvärmekälla är att den vattenförande delen av borrhålet är lång och att vattenomsättningen i borrhålen är mycket god. Annars finns risk för snabb isbildning och så kallad permafrost i borrhålet som inte ges en chans att tina upp under den varma delen av året.
Resultatet i detta fall leder på sikt till att den isklump som normalt alltid bildas runt borrhålet den kalla delen av året, ökar i volym för varje år. Till slut reduceras vattengenomströmningen runt borrhålet och möjlig uttagen värmeenergi minskar dramatiskt för att till slut helt upphöra. Under vinterhalvåret blir det i ett bergvärmehål normalt en viss isbildning i den nedre delen av borrhålet men isen tinar upp under den varma delen av året. I detta fall har isbildningen ingen betydelse eftersom energin som utvinns styrs av temperaturskillnaden. En temperatursäkning mellan -1 grader till -4 grader ger samma energi som mellan +8 grader till + 5 grader, det vill säga 3 graders temperaturdifferens.
Isbildningen på vintern ger också en viss positiv effekt genom att den energiupptagande ytan mot grundvattnet i området runt borrhålet ökar om isbildningen inte är alltför omfattande så att den blockerar den genomsnittliga vattengenomströmningen i området där borrhålet är placerat.
Beroende på hur grundvattnet är fördelat i aktuell berggrund kan det vara mycket effektivt att borra snett neråt, så kallat gradhål, för att därigenom skapa ett borrhål som har ett längre aktivt håldjup = längre sträcka av borrhålet som är i kontakt med grundvattnet.
Som ett riktvärde med bergvärme kan man minska energibehovet av annan energi för uppvärmningsändamål och tappvarmvatten med maximalt cirka 50 %, inräknat den el-energi som åtgår för att driva el-motorerna till värmepumparna och nödvändiga el-motorer för cirkulationspumpar för den värmebärande vätskan i borrhålet.
Riktvärde på möjlig uttagen energi för ett bergvärmehål
Som riktvärde för ett bergvärmehål med 127 mm (5 tum) diameter går det att ta ut maximalt cirka 140 kWh per meter vattenförande borrhål och år. Räknat i effekt (W) handlar det om ett maximalt effektuttag kortvarigt på cirka 50 W per meter vattenförande borrhål, det vill säga inte mycket mer än en 50 W glödlampa.
Genom borrhålets vattenförande längd och tiden kan man dock utvinna ansenliga mängder värmeenergi under ett år. Grundvattnet i Sverige ligger i snitt på ett djup av 10 m under marknivå och neråt. Med ett borrhål på 200 m kan man därför räkna med att det aktiva borrhålsdjupet uppgår till cirka 190 m. Möjlig uttagen energi i form av värmeenergi per år för ett borrhål med 127 mm diameter blir då:
- Borrhålsdiameter = 127 mm (5")
- Maximal uttagen energi per meter hål och år = 140 kWh
- Borrhålsdjup 200 m. Effektivt vattenförande håldjup = 190 m
- Möjlig uttagen värmeenergi = 190 m x 140 kWh = 26 600 kWh.
Med 2 borrhål på 200 m kan man därför ta ut 53 200 kWh i form av värmeenergi och så vidare. Om man projekterar anläggningen för fler än ett borrhål måste dock avståndet mellan parallella borrhål uppgå till minst 20 m för att inte få för stor genomsnittlig tempertursänkning på grundvattnet i området och avståndet till nästa fastighetstomt ska enligt nuvarande lag uppgå till minst 10 m. Anläggningar där det krävs många bergvärmehål för att få bra bidrag till energiförsörjning kräver därför relativt stora markytor genom avståndskravet på minst 20 m mellan borrhålen. Den el-energi som erfodras för att driva värmepumparna uppgår till cirka 25 % av den energi man får ut i form av värmeenergi vilket reducerar den effektiva energiutvinning. 1 del inmatad energi i värmepumpens el-motor ger 4 delar utvunnen energi ur grundvattnet.
Fördelar med bergvärme vid mindre anläggningar mot andra energikällor är hög driftssäkerhet, stabil tillgång på energi oberoende av årstid och väderleksförhållanden och att den inte kräver alltför stora investeringskostnader. Investeringskostnaden för en bergvärmeanläggning för ett enskilt hushåll, exempelvis en villa börjar generera ett positivt ekonomiskt bidrag redan efter cirka 4-5 år jämfört med motsvarande kostnader för uppvärmning med olja eller el. Jämfört med energikostnaden för hetvatten från ett större fjärrvärmeverk betalar sig investeringen på cirka 8-10 år. Allt räknat i aktuella energikostnader.
En annan stor fördel med bergvärme är att det än så länge inte finns några avgifter på energiuttaget. Detta kan dock bli aktuellt i tättbebyggda områden vid stora energiuttag där den genomsnittliga grundvattentemperaturen börjar sjunka inom större områden, vilket i sin tur kan få negativa miljöeffekter. Ett alternativ till bergvärme är utvinning av värmen i havsvattnet som i praktiken innehåller oändliga energimängder där vattentemperaturen också håller en betydligt högre temperatur än grundvattnet. Detta utnyttjas i dagsläget i större anläggningar i kombination med andra utvinningsmetoder men har inte ökat i någon nämnvärd grad under de senaste åren genom att anläggningar för utvinning av havsvattenvärme i större skala med dagens teknik kräver stora investeringskostnader och som vid stora energiuttag kan ge negativa miljöeffekter i det lokala vattenområdet.
Tekniskt utförande
En speciell vätska som är flytande även vid minusgrader cirkulerar via böjliga slangar med god värmeledningsförmåga i ett helt slutet system i borrhålet omsluten av grundvattnet. Borrhålens djup varierar men ligger i medeltal på 90-100 m. Beroende på var grundvattnet befinner sig kan det erfodras större håldjup men av borrtekniska skäl borrar man sällan djupare än 200 m. Ett borrhål på 200 m kan å andra sidan vara ekonomiskt mer fördelaktigt än att borra två borrhål på 100 m.
Möjlig utvunnen energi är direkt proportionell mot längden på den vattenförande delen av borrhålet. Borrhålets djup i sig har därför ingen betydelse för energiutvinningen. Vätskan pumpas ner i slangen i borrhålet som är omsluten av grundvatten och värms upp 3-4 grader vid passagen i borrhålet. Den uppvärmda väskan trycks upp och passerar en värmeväxlare i en värmepump, där ett annat slutet system överför värmeenergin till det slutliga varmvatten som skall användas för exempelvis uppvärmning av luften i bostäder eller som varmt tappvatten. Den slutliga önskade temperaturen på c:a +50 grader erhålls inte direkt i ett enda steg utan byggs upp successivt genom att vattnet lagras i accumulatortankar och återcikuleras till värmeväxlaren där vattnet tillförs mer energi o.s.v. för att slutligen nå upp till önskad temperatur.
Se även
Referenser och fotnoter
- ↑ Ett provhål på cirka 2 000 m borrades på 1990-talet i Lund för utvärdering av möjligheterna till värmeutvinning för Lunds kommun ur djuphål. Temperaturen på 1 000 m ligger på cirka 15 grader och på 2 000 m, på cirka 20-25 grader.
Externa länkar
|
|||||||||||||||||||
