www.geus.dk > Publikationer > Geologi for alle > Siden her

SPECIALARTIKLER

De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland (GEUS)
GEUS logo - link til forsiden

Varmen fra Jordens indre

Aktuel Naturvidenskab nr. 6, 2008
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

background image
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
background image
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
background image
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

[Til top]   Sidst ændret: 19. marts 2009 © De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland - GEUS
Øster Voldgade 10, 1350 København K - Tlf.: 38142000 - Fax: 38142050 - E-post: geus@geus.dk
Siden vedligeholdes af: webredaktøren


*