Hjemtag (download) pdf-filen aktuel-naturvidenskab-6-2008.pdf (~962 kb) PDF-filer skal læses med en pdf-reader. Du kan f.eks. bruge Acrobat Reader Xpdf eller GSview
Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på www.aktuelnaturvidenskab.dk
Aktuel Naturvidenskab | 6 | 2008
18
Af Anders Mathiesen
De seneste års efterforskning
har vist, at der i Danmark fin-
des mange områder med gode sandstenslag, hvor geotermisk energi vil kunne bidrage både til varmeforsyningen og til den lokale forsyningssikkerhed. Denne vedvarende energi kan udnyttes ved at pumpe varmt vand fra undergrunden op gen- nem en produktionsboring og ekstrahere varmen ved direkte og indirekte varmeveksling. Varmen kan derefter ledes via almindelig fjernvarme til forbrugerne. Det afkølede vand pumpes derefter tilbage ned i reservoiret gennem en injektionsboring (se figur). Rentabel geotermisk varmepro- duktion kræver således, at det er muligt at afsætte den produ- cerede varme, f.eks. til et nær- liggende fjernvarmenet. Eneste begrænsning og risiko er, at det geotermiske vand skal holdes i et lukket kredsløb fra produkti- onsboring, gennem varmeveksler og tilbage igen gennem injekti- onsboringen og ned i sandstens- reservoiret. Kredsløbet skal være lukket, da vandet fra undergrun- den kan indeholde bl.a. salt, som hvis det udfældes kan reducere gennemstrømningen.
Danmarks første geoter miske
anlæg blev bygget i Thisted i
1984, og det har fungeret til- fredsstillende siden. Thisted- anlægget har vist, at geotermalt vand med selv relativ lav tem- peratur (omkring 50 °C) kan danne basis for en betragtelig varmeproduktion, og at brug af en såkaldt absorptionsvarme- pumpe kan reducere driftsom- kostningerne væsentligt, især
hvis drivvarmen leveres fra et
nærliggende affaldsforbræn- dingsanlæg.
Sandstenens egenskaber
Når man skal etablere et geo-
termisk anlæg, er det vigtigt at vide, hvor sandstensreservoi- rerne er, og hvor tykke de er. Samtidig skal de ligge tilstræk- kelig dybt, så temperaturen er
høj nok til, at der er økonomi
i at hente vandet op fra dem. Grunden til at sandstenslag i reservoirerne er interessante i geotermisk sammenhæng, er at det er nemmere at trække van- det ud af sandsten end f.eks. ler- lag, som har en tættere struktur. Dette kræver blandt andet, at reservoirerne har et stort pore- volumen (god porøsitet), og at
Varmen fra
Jordens indre
Fra jordens indre strømmer der uafbrudt varme ud mod jordoverfladen
og opvarmer vandet i undergrundens porøse sandstenslag. Denne
geotermiske energi kan bruges til at opvarme vore huse og i
Danmark har vi et stort uudnyttet potentiale.
G
E
O
T
E
R
M
I
For at udnytte den geotermiske varme skal man bore to dybe huller det helt rigtige sted, dvs. der hvor man fi nder de mest
optimale geologiske forhold i form af porøse sandstenslag. Fra det ene hul oppumpes varmt vand fra sandstenslaget
f.eks. med en temperatur på ~73
°C som på Margretheholm op til overfl aden, hvor man trækker varmen ud af vandet.
Varmen overføres herefter ved hjælp af en varmeveksler til forbrugerne via varmfjernvarmenettet. For at sikre at trykket i
sandstenslaget bevares uændret pumpes det afkølede ~15 °C lunkne vand via en injektionsboring et par km derfra tilbage
ned i sandstenslagene. Et geotermisk anlæg, som f.eks. Margretheholm er ikke i drift om sommeren, idet overskudsvarmen
fra affaldsforbrændingen i denne periode er stor nok til at opfylde fjernvarmebehovet. Grafik: GEUS
Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på www.aktuelnaturvidenskab.dk
Aktuel Naturvidenskab | 6 | 2008
19
det varme vand kan strømme
frit mellem porerne (god per- meabilitet). Generelt falder både porøsiteten og permeabiliteten med dybden på grund af tryk- ket af de overliggende afl ejringer og kemiske udfældningsproces- ser, der delvist udfylder porerne. Derimod stiger temperaturen af vandet med dybden svarende til ca. 30 °C/km. Ud fra den gene- relle viden om disse to modsat- rettede tendenser er det primært dybdeintervallet 10003000 m, der forventes at have det største potentiale.
Geotermisk efterforskning
Geologisk set er Danmark ind-
delt i fl ere strukturelle elementer og består af to geologiske bassi- ner adskilt af en strukturel høj- deryg (Ringkøbing-Fyn Højde- ryggen) fyldt med sandrige sedi- menter og hvor der er adskillige kilometer ned til grundfjeldet.
På baggrund af regionale geo-
logiske studier og resultater fra
tidligere tiders olieefterforsk- ning har man identifi ceret fem sandstensrige enheder i den danske undergrund, som inde- holder potentielle geotermiske reservoirer. Disse sandstenslag forekommer ikke overalt i den danske undergrund, men der er store dele af landet, hvor de fem reservoirer har potentiale til at blive udnyttet til geotermisk energi (se kortet).
Kendskabet til den danske
undergrund fås ved geologisk
at kombinere information fra seismiske data og fra boringer. Seismiske data bidrager til for- ståelsen af udviklingen af de strukturelle elementer, til at vurdere udbredelse, dybde, tyk- kelse og den interne opbygning af undergrunden. Boringer kan skaffe information om reservoi- rets kvalitet (f.eks. porøsitet og permeabilitet), om reservoirets temperatur, samt om geokemien af porevæsken (salt-indhold).
Specielt permeabilitet er
meget kritisk, men svær at for-
udsige, idet den varierer meget afhængig af afl ejringsmiljø, samt sandstenslagets udvikling gen- nem tid. Alt dette kan beskri- ves ved hjælp af den geologisk model, som ved at sammenstille alle geofysiske og geologiske
data kan belyse, afklare og for-
udsige om de rigtige geologiske forudsætninger og faktorer er til stede.
Vurderingen af potentialet er
dog behæftet med store usik-
kerheder pga. et beskedent data- grundlag, der gør, at kendskabet til reservoirerne er ringe især i lokalområdet. For at kunne pege på mulige fremtidige bore- lokaliteter i eller nær en poten- tiel geotermisk by, er det derfor nødvendigt at supplere med nye
seismiske undersøgelser i lokal-
området, da seismiske data på land generelt er af ældre dato og varierende kvalitet.
Fungerer i 30 år
I dag er boreteknikken blevet
så avanceret, at man kan bore skråt ned gennem undergrun- den frem for lodret, og det gør det muligt at hente mere varmt vand op, fordi en skrå boring rammer en større fl ade af sand- stensreservoiret. Endvidere
betyder de skrå boringer, at to
boringer med 10 meters afstand på overfl aden, kan være adskilt mere end 1200 m i reservoir- dybde. Denne afstand mellem boringerne i reservoirdybde er væsentlig, fordi lokalt vil der ske det, at det afkølede vand fra injektionsbrønden over tid vil begynde at påvirke temperatu- ren i produktionsbrønden. Med en afstand af 1200 meter vil det tage omkring 30 år. Selvom vandet bliver koldere i produk-
Kort over Danmark som viser det regionale geotermiske potentiale for mulige sandstens-rige reservoirer. Kortet er baseret
på en begravelsesdybde for reservoirerne på 10003000 m og at reservoirtykkelsen er større end 25 m. De hvide områder
indikere at reservoiret ikke er til stede (Ringkøbing-Fyn Højeryggen), ligger for grundt (
<1000 m; nordligste jylland) eller er
begravet for dybt (centrale del af Det Danske Bassin). Bemærk fordelingen af de dybe boringer, samt placeringen af de to
geotermiske anlæg ved Thisted og på Margretheholm nær København. Fm står for formation (enhed).
G
E
O
T
E
R
M
I
Artiklen kommer fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab. Se mere på www.aktuelnaturvidenskab.dk
Aktuel Naturvidenskab | 6 | 2008
20
tionsboringen vil anlægget dog
fortsat kunne producere, men anlæggets effekt vil med tiden langsomt dale. Hvis det på et tidspunkt vurderes, at fortsat produktion på den pågældende lokalitet ikke længere er renta- bel, kan et nyt anlæg etableres få kilometer væk. Når en lokalitet forlades, vil en langsom genop- varmning af reservoiret fi nde sted, som følge af den konstante strøm af varme fra jordens indre. Det vil dog tage ganske lang tid op til 56000 år inden reservoiret igen er tæt på sin oprindelige temperatur.
Stort potentiale i
hovedstadsområdet
Behovet for boligopvarmning,
kombineret med et stort antal kraftvarmeværker, gør Køben- havnsområdet til et oplagt område for geotermisk udnyt- telse. I 20002006 undersøgte GEUS og DONG Energy der- for mulighederne for at udnytte geotermisk energi nær Køben- havn. Resultaterne af denne undersøgelse var så positive, at man i maj 2006 kunne indvie Danmarks andet geotermiske anlæg på Margretheholm.
Det geotermiske anlæg eks-
traherer 73 °C varmt vand fra
sandstenslag i en dybde af ca. 2700 m. En dykpumpe pum- per op til 230 m
3
vand i timen
op fra reservoiret. Vandet afkø-
les i varmevekslere til ca. 17 °C, inden det sendes tilbage i reser- voiret af en injektionspumpe. I alt kan anlægget producere op til 27 MW varme, fordelt på 14 MW fra undergrunden og 13 MW fra drivvarmen. Ifølge DONG Energy svarer den årlige varmeproduktion fra under- grunden til forbruget i ca. 4600 husstande eller omkring 1 % af det samlede fjernvarmebehov i hovedstadsområdet.
DONG Energy har i 2007
vurderet, at anlægget vil kunne
udbygges til et såkaldt stjerne- anlæg med i alt fem produk- tions- og seks injektionsboringer og dermed femdoble varme- produktionen. Endvidere tyder overslagsberegninger på, at det teknisk set på sigt vil være muligt at dække mindst 20 % af fjern- varmebehovet i hovedstadsområ- det med geotermisk energi og vil dermed kunne bidrage væsentligt til hovedstadsområdets fjernvar- meforsyning i tusinder af år.
De sidste par år har Sønder-
borg ligeledes ønsket at satse på
geotermisk energi som et attrak-
tivt supplement til fjernvarme- forsyningen af byen, og gradvist erstatte den naturgasbaserede fjern varmeproduktion med geo- termisk energi. Om alt går vel, vil en geotermisk produktion kunne starte i Sønderborg i slutningen af år 2011 og vil kunne produ- cere varme svarende til en tredje- del af byens fjernvarmebehov.
En brik i fremtidens
energiforsyning
Geotermisk energi er forbundet
med stor forsyningssikkerhed og geotermiske anlæg kan i dag producere store varmemængder ved et lavt el-forbrug. Elforbru- get bruges primært til at pumpe det varme underjordiske vand op til overfl aden og det afkølede vand tilbage til undergrunden, samt lidt forbrug til at drive var- mevekslerne. El-forbruget udgør typisk 510 % af den varme- energi, der produceres.
Selvom geotermi ikke er sva-
ret på hele Danmarks energi-
behov, kan det blive en ganske central brik i den samlede ener- giforsyning. Den vedvarende geotermiske energi vil i Dan- mark kunne bidrage til varme- forsyningen i adskillige hun- drede år, idet Danmarks under- grund har meget store geoter- miske ressourcer, hvoraf kun en brøkdel udnyttes i dag i Thisted og København.
Nye evalueringer har vist, at
et geotermisk anlæg, evt. sup-
pleret med en lagerboring, er meget velegnet til lokalt at etab- lere en sæsonlagring af varme. Derved kan overskudsvarme eller varme produceret billigt f.eks. i sommerhalvåret fl yttes til vinterhalvåret, hvor den kan erstatte dyr produktion baseret på fossile brændsler.
For at kunne øge udnyttelsen
af geotermisk energi yderligere,
er det vigtigt at styrke den geolo- giske forståelse af de geotermiske reservoirers udbredelse og beskaf- fenhed for at reducere risikoen ved geotermisk efterforskning. Dette kan kun gøres ved indsam- ling af nye data og løbende lang- sigtet forskning, idet en bedre geologisk database og en bedre forståelse giver en bedre og mere sikker geologisk model.
Om forfatteren
Videre læsning:
Sørensen, K., Nielsen, L.H., Mathiesen, A. & Springer, N., 1998: Geotermi i Danmark: Geologi og ressourcer. GEUS Rapport 1998/123. 24 pp.
Nielsen, L.H., Mathiesen, A.
& Bidstrup, T. 2004: Geo- thermal energy in Denmark. Review of Survey activities 2003. Geological Survey of Denmark and Greenland bul- letin 4 p.1720.
Geografisk Orientering 2007,
Nr 5, Oktober 2007.
Relevante web-links:
DONG Energy: www.geotermi.dk
ENGINE (ENhanced
Geothermal Innovative Network for Europe): http://engine.brgm.fr
Jordens varme
I mere end 99 % af jordens volumen er temperaturen over 1000 °C
og energiindholdet i jordens varme indre er fl ere hundrede millioner
gange så stort som energiindholdet i jordens samlede kul-, olie- og
gasreserver. Varme fra jordens indre strømmer til stadighed ud mod
jordoverfl aden og dannes som følge af radioaktiv nedbrydning af grund-
stofferne Uran, Thorium og Kalium. Herved frigives der energi, som
både opvarmer jordens indre og danner strømbevægelser, som bl.a.
får kontinenterne til at bevæge sig. I områder med vulkansk aktivitet
stiger temperaturen hurtigt med dybden; f.eks. på Island kan den
geotermiske energi udnyttes til el-produktion ved hjælp af almindelige
dampturbiner.
I områder uden vulkansk aktivitet som i Danmark stiger tempera-
turen imidlertid mere moderat med dybden typisk med 25-30 °C pr.
kilometer med en effekt på 0,067 W/m
2
. I sådanne områder kan den
geotermiske energi udnyttes til opvarmning i form af fjernvarme, idet
bl.a. vandførende porøse sandstens- og kalkstenslag i undergrunden
løbende opvarmes. Fra disse vandførende lag kan geotermisk energi
udvindes i form af varmt vand. Den varmemængde, der løbende strøm-
mer ud fra undergrunden under Danmark, svarer teoretisk set til ca.
2/3 af Danmarks samlede nuværende fjernvarmebehov. Geotermisk
energi kan udover til opvarmning også anvendes til en række andre
formål; f.eks. opvarmning af drivhuse, badeanlæg til rekreation og vel-
være, opvarmning af bassiner til fi skeproduktion etc. Sådanne anven-
delsesmuligheder fi ndes endnu ikke i Danmark.
G
E
O
T
E
R
M
I
Anders Mathiesen er
seniorrådgiver, geolog ved De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland GEUS Tlf.: 3814 2000 E-mail: anm@geus.dk |