Nyvurdering af geotermisk energi - Har geotermien en fremtid i Danmark?
af Kai Sørensen, Anders Mathiesen, Ole V. Vejbæk og Niels Springer
99
Temperaturen stiger med ca 30º C
pr. km ned gennem den danske un-
dergrund. Den indeholder derfor sto-
re mængder energi i form af jordvar-
me.
I områder, hvor der forekommer (po-
røse og) permeable sedimenter,
såkaldte reservoirer, kan denne ener-
gi udnyttes ved at pumpe varmt vand
fra undergrunden op gennem en bo-
ring og ekstrahere varmen ved direk-
te og indirekte varmeveksling. Det af-
kølede vand pumpes derefter igen
ned i reservoiret gennem en injekti-
onsboring bl.a. for at undgå udfæld-
ninger i reservoiret. Som følge af det
geotermale vands aggressive kemi
(først og fremmest p.gr. af salt) skal
det holdes i et lukket kredsløb, fra
produktionsboring, gennem varme-
veksler og injektionsboringen tilbage
til reservoiret.
I slutningen af halvfjerdserne og be-
gyndelsen af firserne deltog det da-
værende Danmarks Geologisk Under-
søgelse (DGU) i en omfattende vur-
dering af mulighederne for at nyttig-
gøre undergrundens varmeenergi
(DGU-publikation: Michelsen et al.,
1981). I arbejdet deltog desuden
Dansk Olie og Naturgas (DONG),
som i 1978 fik en eneretskoncession
til de geotermiske ressourcer, og som
derefter gennemførte tre dybe geo-
termiske boringer: Års-1, Farsø-1 og
Thisted-2 (3400 m, 2925 m og
3250 m under havniveau). Resultatet
var desværre skuffende, idet de dybt-
liggende reservoirer, som man borede
efter, viste sig at være af dårlig kvali-
tet. I den nyeste plan for Danmarks
fremtidige energiforsyning (Energi
21) udtrykkes et politisk ønske om at
give vedvarende energi en mere
fremtrædende rolle. Som et resultat
heraf gennemføres derfor en revurde-
ring af det geotermiske potentiale. I
dette arbejde deltager GEUS, sam-
men med Energistyrelsen og DONG.
NYT RATIONALE FOR
DEN GEOTERMISKE
EFTERFORSKNING
I 1982 blev Thisted-2 boringen bo-
ret til den anselige slutdybde
(3250 m), for at undersøge den
reservoirmæssige kvalitet af
Skagerrak-formationen. Den var
ikke god, men Gassum Formatio-
nen på lavere dybde (ca. 1200 m)
viste sig at indeholde sand med
god permeabilitet, - og med dette
reservoir som produktiv bjergart
(d.v.s. undergrundens varmevek-
sler), blev et geotermisk anlæg
bygget i Thisted. Dette anlæg har
fungeret tilfredsstillende siden
1984 og har vist, at geotermalt
vand med relativ lav temperatur
kan danne basis for en betragtelig
varmeproduktion. Dette kan end-
da lade sig gøre uden væsentlig
brug af elektricitet, idet varmen
ekstraheres ved hjælp af en såkaldt
absorptionsvarmepumpe, hvis
drivvarme kommer fra et nærlig-
gende affaldsforbrændingsanlæg.
De negative erfaringer fra de tre
"gamle" og dybe geotermiske bo-
ringer har betydet, at der i den
nuværende revurdering af de geo-
termiske muligheder fokuseres på
undergrundsreservoirer i dybdein-
tervallet 1000-2000 m. I den tidli-
gere efterforskning var opmærk-
somheden koncentreret omkring
dybdeintervallet 2000-3000 m,
fordi vand hentet i dette dybdein-
terval kan afgive en stor del af sin
varmeenergi ved direkte varme-
NYVURDERING AF GEOTERMISK ENERGI
Har geotermien en fremtid i Danmark?
Kai Sørensen, Anders Mathiesen, Ole V. Vejbæk
og Niels Springer
Morænelandskab
ved Lille Thorup
100
veksling. På dette tidspunkt var
der i Danmark ikke opbygget no-
gen efterforskningsmæssig erfaring
udenfor Dansk Undergrunds Con-
sortium (DUC), og det er derfor
kun i bagklogskabens lys man kan
undre sig over den fatale interesse
omkring de meget dybe reservoi-
rer. Denne tidlige efterforskning
gav dog nyttige, og smertelige, er-
faringer, samt en rigdom af teknisk
baggrundsmateriale, som også
danner grundlag for den aktuelle
revurdering af det geotermiske
potentiale i Danmark.
RESERVOIRMULIGHEDER:
"FAIRWAYS"
De potentielle geotermiske reser-
voirenheder i den danske under-
grund er sandsten af Trias, Jura og
Kridt alder. En forenklet lagsøjle
for det danske område er vist i fig.
1 med de væsentligste reservoir-
muligheder fremhævet. Disse
sandlag forekommer ikke overalt i
den danske undergrund. Det er
faktisk kun Gassum-sandet, der
både er vidt udbredt og forekom-
mer i en tykkelse, der er tilstræk-
kelig til at understøtte en geoter-
misk produktion af nødvendigt
omfang. Gassum-sandet forekom-
mer i det rette dybdeinterval i
den nordlige og østlige del af Dan-
mark. Takket være DONGs geo-
termiske Thisted-boringer og ga-
slager-boringer ved Stenlille på
Midtsjælland, samt data fra en
række ældre olieefterforsknings-
boringer, er det påvist, at dette
reservoir flere steder har egen-
skaber, som muliggør geotermisk
produktion.
Figur 1. Stratigrafisk søjle.
P
erm
T
rias
J
ura
Kridt
Øvr
e
Nedr
e
Ø.
M.
N.
Ø.
M.
N.
Zech.
Rotl.
Geologisk tid
Potentionelle
geotermiske
reservoirer
Nordlige Danmark
Sydlige Danmark
Arnager
grønsand
Haldager
Formation
Gassum
Formation
Bunter
sand
Frederikshavn
Formation
101
Under en stor del af Danmark
rummer Gassum-reservoiret såle-
des et geotermisk potentiale, og
det er dette reservoir, der vil
være hovedmålet for en fornyet
efterforskningsindsats. Dertil vil
der være muligheder i de øvrige
reservoirer i begrænsede egne af
landet, men kendskabet til disse
reservoirer er ringere og deres
potentiale er derfor behæftet
med større usikkerheder. En væs-
entlig del af en fremtidig indsats
omkring geotermien vil være op-
bygning af en forøget forståelse af
disse mindre kendte reservoirfor-
mationer. De områder, hvor et
reservoir er tilstede i en tilstræk-
kelig tykkelse og forekommer i
det rette dybdeinterval kaldes
dette reservoirs "fairway". Med
vort nuværende kendskab til re-
servoirer og undergrundens
struktur er GEUS`s opfattelse af
de aktuelle "fairways" for geoter-
misk efterforskning som vist
i figur 2.
0
25
50 km.
Gassum Formation
Frederikshavn Formation
Bunter Formation
Haldager Formation
"Fairways"
Figur 2. Geotermiske "fairways".
102
GEOTERMISK
EFTERFORSKNING
Der er ét meget væsentligt lig-
hedspunkt mellem olieefterforsk-
ning og geotermisk efterforskning
at finde et godt reservoir! At finde
et godt reservoir på den rette
dybde er også hovedopgaven for
olieefterforskeren i Nordsøen.
Normalt skal reservoiret indgå i
en geometrisk lukket struktur for
at kvalificere det som et
oliepro-
spekt
, og dertil skal det ligge i et
område, hvor der er dannet olie
eller gas.
Ved geotermisk efterforskning er
det tilstrækkelig at reservoiret er
godt og tykt. Men hvad er et geo-
termisk prospekt så? Svaret er
simpelt, men ikke særlig geologisk:
en by! Skulle man resumere es-
sensen i geotermisk efterforskning
aforistisk ville det lyde:
en by in-
denfor en "fairway" er et pro-
spekt.
Omkostningerne ved at
etablere et geotermisk anlæg er så
store, at kun forholdsvis store by-
er er aktuelle geotermibyer. Et
geotermisk anlæg består af to bo-
ringer: en produktions- og en in-
jektionsboring, bygninger, varme-
vekslere samt yderligere VVS. Pri-
sen for et sådant minimumsanlæg
er i runde tal 100 mio. kroner, ex-
cl. risikoafdækning og et profitele-
ment. Erfaringerne fra Thisted-an-
lægget samt fra pumpeforsøg i bo-
ringer i gaslageret i Stenlille viser,
Figur 3. Geotermiske koncepter. Figuren
til højre forestiller et koncept med
sæsonlagring af varmeenergi, mens fi-
guren til venstre viser et koncept uden
sæsonlagring..
103
at med lignende reservoirer vil
der fra én boring kunne produce-
res med en effekt på ca. 10-15
MW. Med endnu en tredje boring
åbner der sig mulighed for at lagre
overskudsvarme om sommeren,
således at denne varme kan gen-
bruges i vinterhalvåret. Disse to
grundkoncepter er illustreret ske-
matisk i fig. 3. Et anlæg med lag-
ringsmulighed vil typisk koste 160
mio. kr. og vil kunne producere
det dobbelte af minimumsan-
lægget, altså 20-30 MW.
Et geotermisk prospekt er således
en rimelig stor by. Københavns-
området er i en kategori for sig:
det er Danmarks største geoter-
miske prospekt og vil blive disku-
teret senere.
Eksisterende boringer og eksiste-
rende seismiske undersøgelser på
land er jævnt fordelt ud over
Danmark, men er placeret med
henblik på at finde olie og gas.
Denne efterforskning har været
skuffende, men udgør alligevel et
tilstrækkeligt godt grundlag for en
afgrænsning af de områder i Dan-
mark, hvor f.eks. Gassum-reser-
voiret udgør et realistisk geoter-
misk efterforskningsmål. For at
bringe efterforskningen så vidt, at
der evt. kan peges på borelokali-
teter i eller nær de store fjernvar-
mebyer, kræves en yderligere ind-
samling af seismiske linier forbun-
det til nærliggende boringer, eller
til eksisterende seismiske linier,
der allerede er forbundet til en
boring.
Forløbet af en geotermisk efter-
forskning kan således resumeres
som i figur 4: de enkelte faser i
forløbet, fra ideen fødes til pro-
duktionsanlægget er bygget.
Denne proces er tidskrævende!!
Det "siddende" udvalg om geo-
termi har, som en af sine første
opgaver, skullet udpege en by,
hvor der kan placeres et demon-
strationsanlæg. Udvalget har pe-
get på Ålborg som en oplagt vært
for et sådant demonstrationsan-
læg (f. eks. som det, der er vist til
venstre i figur 3). For at illustrere
arbejdet med den igangværende
revurdering af de geotermiske
muligheder, vil overvejelserne om-
kring Ålborg og København blive
resumeret.
Koncepter
Ko
r
t: Fai
rw
ay
s
Byer: Prospekter
Mo
d
n
i
ng
Boring
P
rod
u
k
ti
on
Figur 4. Fra ide til virkelighed.
104
Figur 5. Udsnit af Nordjyl-
landskort med datagrund-
lag. (Seismiske linier og
boringer). Profilet i figur 6
er lavet på basis af den
seismiske linie, der går
gennem boringerne Hald-
ager - 1 og Flyvbjerg - 1
ET STORT JYSK PROSPEKT:
ÅLBORG
Ålborg ligger i en forkastningsbe-
grænset struktur, som byen har gi-
vet navn til: Ålborggraven. Denne
gravsænkning danner i Nordjyl-
lands undergrund grænse mellem
Skagerakplatformen med en for-
holdsvis tynd og næsten horison-
tal mesozoisk lagserie og de cen-
trale dele af det norsk-danske bas-
sin med tykke sedimenter og in-
tens, saltbetinget strukturering. I
de centrale dele af det norsk-dan-
ske bassin er aflejringerne domi-
nerede af skiferlag. Aflejringerne i
Ålborggraven og Skagerakplatfor-
men er derimod ret rige på sand,
og på grundlag af forholdene i
nærliggende boringer (Vedsted-1
og Haldager-1) kan Ålborg således
vurderes til at være et "exceptio-
nelt" godt sted at søge efter geo-
termiske reservoirer i undergrun-
den. I Ålborgområdet er der mu-
ligheder for at finde både Frede-
rikshavn Sand, Haldager Sand og
Gassum Sand, og på grund af mar-
kante forkastninger er disse reser-
voirer formentlig tilstede i forskel-
lige dybder i Ålborgområdet, som
det ses af figur 5 og figur 6.
105
Suldrup
salt
horst
Skrivekridt
Haldager - 1
Flyvbjerg - 1
Ålborggraven
Haldager sand
Gassum sand
1
2
3
4
5
6
7
Dybde i kilometer
Figur 6.
Profil på tværs af
Ålborggraven.
Oplysningerne om Ålborgområ-
det illustrerer en af hovedmang-
lerne ved det eksisterende data-
grundlag: den seismiske dækning
er meget sparsom (figur 5). For at
fastlægge forkastningernes forløb i
undergrunden ved Ålborg vil det
være nødvendigt at indsamle nye
seismiske data. Indsamlingen skal
planlægges således, at de nødven-
dige boringer kan placeres "på" el-
ler meget tæt ved den seismiske
linie. Samtidig skal de seismiske li-
nier forbindes enten til eksiste-
rende boringer, eller til linier, som
går gennem relevante, nærliggen-
de boringer.
Selv om Ålborg ud fra en reser-
voirmæssig synsvinkel er et ideelt
prospekt, som ligger nær ved to
dybe olieefterforskningsboringer,
Vedsted-1 og Haldager-1, så viser
det detaljerede billede, at det ide-
elle sted for placering af geoter-
miske boringer ligger på nordsi-
den af en forkastning, som de to
nærliggende boringer til gengæld
ligger syd for. Dertil kommer
usikkerhed med hensyn til den
seismiske tolkning; de eksisteren-
de data er få, og nogle af dem er
næsten værdiløse. Selv for Ålborg,
som på mange måder er den by,
som har det bedst dokumentere-
de geotermiske potentiale, er der
således endnu usikkerheder, hvor-
af nogle kun kan elimineres med
ny seismik.
SV
NØ
106
DET STØRSTE PROSPEKT:
KØBENHAVN
Hvis Københavnsområdet er be-
liggende indenfor en "geotermisk
fairway" er det Danmarks suve-
rænt største geotermiske pro-
spekt. Uheldigvis ligger væsentlige
dele af København i en struktur,
Høllvikengraven, hvor der ikke er
boringer, og som i øvrigt kun er
dårligt dækket med seismiske da-
ta. I den oprindelige geotermiske
kampagne blev Københavnsområ-
det ikke vurderet, formentlig på
grund af den meget mangelfulde
datadækning. Høllvikengraven be-
grænses af tre forkastninger og
ligger i et område hvor to hoved-
temaer i den danske geologi kom-
mer til udtryk:
1) den triassiske/jurassiske og
nedre kretassiske extensions-og
indsynkningstektonik, og 2) den
øvre kretassiske kompressiontek-
tonik. Der er næsten ingen egne-
de data i den danske del af Høllvi-
kengraven. Det betyder, at for-
løbet af den vestlige begrænsning,
Øresundsforkastningen, er dårligt
kendt. F.eks. vides det ikke, om
Øresundsforkastningen danner
det dybtliggende grundlag for den
såkaldte Carlsbergforkastning,
der tydeligvis påvirker de overfla-
denære skrivekridtaflejringer. I
den svenske del af Hølvikengra-
ven er der til gengæld en relativ
rigdom af data: både seismiske og
boringer. Høllvikengravens østlige
grænse er en Øvre Kridt kom-
pressionsstruktur, der udnytter
en tidligere extensionsforkastning
("inversion"). De svenske data
kan bruges til at forudsige geolo-
gien under København. GEUS'
svenske søsterorganisation, SGU
har på baggrund af en sammenfat-
ning af Høllvikengravens geologi
opstillet en prognose for geologi-
en i nærheden af København.
Med hovedvægt på mulige reser-
voirer ser prognosen ud som vist
på figur 7 for den sydlige del af
Københavnsområdet. Det er
åbenbart, at denne prognose på
nogle punkter ligner fig. 1, men
på andre punkter adskiller sig
markant fra den. Lighedspunkter-
ne er Trias-Nedre Jura sektionens
reservoirforventninger; både i
Nedre Trias og på Trias-Jura-
107
grænsen forventes sand at fore-
komme, nemlig: Bunter/Ljunghusen
Sand og Rhæt-Lias Sand. Under
København forventes ikke reser-
voir-ækvivalenter til hverken Hal-
dager eller Frederikshavn Sandet.
Til gengæld forventes sand i Øvre
Kridt under den meget tykke skri-
vekridt-mergelsekvens; formentlig
svarende til Arnager Grønsandet
på Bornholm.
Takket være samarbejdet med
SGU har GEUS fået adgang til ker-
ner fra boringer i Skåne, og har
endvidere i samarbejde med Mika-
el Erlstrøm og Ulf Sivhed fra SGUs
afdeling i Lund udboret prøver fra
daglokaliteter i Helsingborg-områ-
det, hvor Rhæt-Lias sandet,der er
et `Svensk ækvivalent' til Gassum-
sandet, er tilgængeligt i overfladen.
Af dette prøvemateriale, som om-
fatter alle de potentielle reservoi-
renheder, er der fremstillet prøve-
cylindre, som på GEUS`s kernela-
boratorium er undersøgt for po-
røsitet og permeabilitet. Disse un-
dersøgelser viser, som forventet,
en stor spredning i reservoirkvali-
tet, men også, som håbet, gode re-
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Arnagergrønsand
Dybde:
(top) 1300-1400 m
Tykkelse:
30-60 m
Hårdhed:
Løs
Temperatur:
38
°- 42°
Saltindhold:
12-16%
Kapacitet:
50 m
3
/t.
Ø. kridt-Jura/Lias
Dybde:
(top) 1400-1600 m
Tykkelse:
150-250 m
Hårdhed:
Varierende
Temperatur:
45
Saltindhold:
12-16%
Kapacitet:
50 m
3
/t.
Kågerödsarkos
Dybde:
(top) 1750-1850 m
Tykkelse:
80-120 m
Hårdhed:
Hård-løs
Temperatur:
45 - 50
Saltindhold:
15-18%
Kapacitet:
10-20 m
3
/t.
Bunter sandsten
Dybde:
(top) 2000-2200 m
Tykkelse:
150-200 m
Hårdhed:
Varierende
Temperatur:
55 - 60
Saltindhold:
18- 20%
Kapacitet:
100 m
3
/t.
Ljunghussandsten
Dybde:
(top) 2200-2300 m
Tykkelse:
40-80 m
Hårdhed:
Varierende
Temperatur:
70 - 75
Saltindhold:
Kapacitet:
Dybde
Figur 7. Prognose for geologien
under København
108
servoir-intervaller, især i Rhæt-
Lias-sandet. Der er større reser-
voir-risiko knyttet til Arnager
Grønsandet, og formentlig endnu
en grad større risiko knyttet til
Bunter/Ljunghusen-sandet. På
grund af sidstnævnte formations
dybe beliggenhed, og dermed høje
temperatur, vil den første geoter-
miske boring i Københavns under-
grund fornuftigvis have Ljunghu-
sen-sandet som nederste, se-
kundære mål (slutdybde i toppen
af Silur). Rhæt-Lias-sandet vil være
det primære efterforskningsmål,
og Arnager Grønsandet et øver-
ste, sekundært mål. Den dag Arn-
ager Grønsandet påvises "by the
bit" i Københavns undergrund,
bør vi geologer sende en respekt-
fuld tanke til dansk geologi's og
den kemiske oceanografi's fader:
salig professor Forchammer. Men
det er en helt anden historie......
GEOTERMIEN HAR EN
FREMTID
Resultaterne fra de tre dybe bo-
ringer i Års, Farsø og Thisted må
formodes at have virket afskræk-
kende på både politikere, embeds-
mænd og koncessionshaveren
DONG. Siden igangsættelsen af
anlægget i Thisted har den geo-
termiske efterforskning i Dan-
mark ligget stille. I løbet af denne
periode er der til gengæld kanali-
seret meget store beløb ind i an-
dre former for vedvarende energi.
I dag er en vindmølle med en ef-
fekt på 500 kW en stor vindmøl-
le. Et geotermisk anlæg af mini-
mumsomfang, baseret på reser-
voiregenskaber som dokumente-
ret i Thisted og Stenlille, kan have
en effekt på 15 MW, svarende til
30 store vindmøller. Tilmed kan
den geotermiske energi udnyttes
uden gener af visuel eller støj-
mæssig art.
De reservoiregenskaber, som er
nødvendige for effektive geoter-
miske anlæg er veldokumenterede
i Gassum Sand i både Thisted og
Stenlille. Det skånske Rhæt-Lias
Sand er af tilsvarende alder som
Gassum-sandet, og selvom det ik-
ke helt kan sammenlignes med
dette, kan Rhæt-Lias-sandet for-
ventes at have gode produktions-
egenskaber. I Gassum fairway'en
(se figur 2) og i Høllviken fair-
way'en, er der derfor områder,
hvor vi forventer gode geotermi-
ske muligheder. Indenfor denne
fairway (Høllviken) bor mere end
halvdelen af Danmarks befolkning.
En stor del af denne befolknings
energiforbrug går til opvarmning.
Behov og muligheder danner et
smukt par. Ja! Vi tror, at geotermi-
en har en fremtid i Danmark.
109
Abstract
The geothermal potential of Den-
mark is under re-evaluation. Earlier
efforts in the late seventies and early
eighties led to the drilling of three
geothermal wells with a deep reser-
voir target. This exploration strategy
proved unsuccessfull: the reservoir
deterioration was far more impor-
tant than the gain in temperature.
Presently, focus is on the depht inter-
val 1000-2000 m, and it appears
that this change in depth emphasis
bring several major cities into the ge-
othermal fairway of several reservo-
irs: especially the Gassum reservoir.
Special attention has been paid to
Copenhagen, which is, in a geother-
mal sense, the "largest Danish pro-
spect". The geothermal potential in
the Copenhagen area is considerab-
le, but due to lack af nearby off-set
wells, it is at present speculative.
Referenceliste
Michelsen, O. et al.(1981) Kort-
lægning af potentielle geotermiske
reservoirer i Danmark.
D.G.U. Serie B, Nr.5.
Sivhed, U. & Erlstrøm, M.(1997)
Forstudie angående geotermisk
potential i Køpenhamnsområdet.
S.G.U., Lund, 1997.
Springer, N. (1997) Kerneanalyse
for Energistyrelsen. Geotermisk
potentiale i Københavnsområdet.
GEUS, Kernelaboratoriet,
Rapport 1997/6.
|
