Teknologi

Her kan du få mere at vide om de teknologier, som vi anvender i forbindelse med geotermi i Danmark. Klik her for at komme direkte til afsnittene om:

Under menupunktet ’Downloads’ finder du Drejebog om geotermi, som indeholder flere informationer om de anvendte teknologier.

Det geotermiske koncept

I de fleste områder, herunder også Danmark, kan den geotermiske energi kun indvindes ved temperaturer under ca. 100 °C og kan dermed ikke anvendes til produktion af el. Til gengæld kan undergrundens varme vand udnyttes til opvarmning via fjernvarme, og der findes mange steder, hvor denne varme kan produceres. Produktionen foregår normalt ved, at det geotermiske vand pumpes op via én boring (produktionsboringen), afkøles i et overfladeanlæg og pumpes tilbage i undergrunden gennem en anden boring (injektionsboringen).

I overfladeanlægget trækkes varmen ud af det geotermiske vand ved hjælp af varmevekslere og/eller varmepumper. Det geotermiske vand, som ofte er stærkt saltholdigt, cirkuleres således ikke direkte i fjernvarmenettet, men energien overføres til fjernvarmevandet.

Det geotermiske anlæg lægges ofte tæt på et andet produktionsanlæg som for eksempel et affaldsforbrændingsanlæg, et kraftvarmeværk eller en biomassekedel, som kan levere drivvarme til absorptionsvarmepumperne i det geotermiske anlæg. Absorptionsvarmepumper drives af varme eller damp i stedet for el, hvilket kan give en lavere pris på varmen såvel som store miljøfordele. Der ville dog være store fordele – også med hensyn til samfundsøkonomien – ved at ændre afgiftsstrukturen, således at anvendelsen af store elvarmepumper blev økonomisk attraktivt for fjernvarmeselskaberne.

 Geotermianlaeg Princip
Det geotermiske koncept.

Ud over elproduktion og produktion af fjernvarme kan geotermisk energi også anvendes til en række andre formål:

  • Opvarmning af drivhuse

  • Badeanlæg til rekreation og velvære

  • Opvarmning af bassiner til fiskeproduktion

  • Tørreprocesser og andre industrielle processer

  • Fjernkøling

  • Afsaltning af havvand

Sådanne anlæg findes flere steder i udlandet, men endnu ikke i Danmark.

Seismik

Før et geotermisk anlæg kan etableres, skal sandstenslag med den rette kombination af temperatur og vandledende egenskaber findes. Dette gøres ved hjælp af eksisterende data fra nærliggende boringer og seismiske undersøgelser. Oftest er det nødvendigt at forbedre det eksisterende datagrundlag med supplerende seismiske undersøgelser for at kunne opstille en geologisk model, som kan anvendes til at placere boringerne.

Seismiske data indsamles ved at sende trykbølger ned i undergrunden. Når disse trykbølger rammer overgangen mellem to lag, for eksempel et lerstenslag og et sandstenslag, vil en del af trykbølgen blive reflekteret. Ved at måle, hvor lang tid det tager for den reflekterede trykbølge at nå tilbage til overfladen, kan man vurdere dybden til lagene.

På land registreres de reflekterede trykbølger ved hjælp af små, simple mikrofoner – i fagsprog kaldet geofoner. Disse lægges ud i lange kæder på op til flere kilometers længde. De mange geofoner – op til flere tusinde – er forbundet til en optageenhed, som ofte er en lastbil fyldt med avanceret elektronik og kraftige computere.

Trykbølgerne kan skabes på flere måder. Tidligere anvendte man dynamit, men denne teknik bruges efterhånden kun i særlige tilfælde. I dag anvendes i stedet store specialkøretøjer, som er udstyret med tunge stempler, der, når de vibrerer imod underlaget, kan generere de nødvendige trykbølger. Ofte anvendes flere af disse vibratorkøretøjer samtidig for at give trykbølgerne tilstrækkelig energi til, at geofonerne kan opfange refleksionerne fra de dybereliggende lag.

Vibratorkøretøjerne sender næsten al energi ned i jorden. Man kan derfor køre få meter fra bygninger, uden at der opstår skader. Som en ekstra sikkerhed måles vibrationerne ved nærtliggende bygninger, så det kan dokumenteres, at vibrationerne er holdt på et sikkert lavt niveau.

Seismik 398X277
Princippet i seismik.

Når indsamlingen af de seismiske data er færdig, skal disse behandles (i fagsprog processeres), hvilket kræver anvendelse af kraftige computere og avancerede programmer. De billeder af undergrunden, som kommer ud af processeringen, også kaldet seismiske profiler, kan til slut indgå i geologernes tolkning af undergrundens opbygning.

Resultaterne af de seismiske undersøgelser giver grundlag for at vælge en optimal placering af boringerne samt udarbejde et boreprofil med de forventede dybder til og tykkelser af lagene i undergrunden.

Seismik Koebenhavn 547X351
Eksempel på seismisk profil og geologisk tolkning (med tilladelse fra HGS)

Boringer

Geotermiske boringer minder om olie-/gasboringer. Det er den samme teknologi og det samme udstyr som anvendes, men ofte har geotermiske boringer en relativt stor diameter i forhold til olie-/gasboringer, da de volumener, som skal pumpes op eller ned, er relativt store.

Som ved olie-/gasboringer gør man ved geotermiske boringer også brug af afbøjede (devierede) boringer. Det betyder, at boringernes afstand kan være ca. 10 meter på overfladen, men op til 700 - 1.200 meter i reservoirdybde. Afstanden i reservoirdybde er væsentlig for at sikre, at påvirkningen fra det kolde vand i injektionsbrønden først kan registreres i produktionsbrønden efter 25 - 30 år.

 SG Uge24
Borerig i Sønderborg, sommeren 2010.

Umiddelbart efter boringen af den første brønd testes de vandledende egenskaber i reservoiret. Lever reservoiret op til forventningerne, bores den anden brønd. Når begge boringer er udført testes de igen for at eftervise, at de står i hydraulisk forbindelse med hinanden. Reservoirets egenskaber bruges til at designe overfladeanlægget.

Overfladeanlæg

Indvindingen af geotermisk energi fra undergrunden sker ved at pumpe varmt vand fra 1.000 – 2.500 meters dybde op til overfladen. Dette gøres ved hjælp af en meget kraftig dykpumpe, som hænger i 500 - 700 meters dybde i den såkaldte produktionsbrønd.

På overfladen trækkes energien ud af det varme vand ved hjælp af varmevekslere og/eller varmepumper. Efter filtrering pumpes vandet tilbage til undergrunden for at opretholde trykket i reservoiret. Det stærkt saltholdige vand fra undergrunden blandes altså ikke med fjernvarmevandet.

 Varmepumpe Til Amager 450X338
En absorptionsvarmepumpe ankommer til det geotermiske anlæg på Margretheholm, Amager

Varmepumper 

Brugen af varmepumper i geotermiske anlæg tjener to formål:

  • at hæve temperaturen fra for eksempel 35-75 °C i reservoiret til fjernvarmenettets fremløbstemperatur på for eksempel 80 °C,

  • at afkøle vandet fra undergrunden så meget som muligt, for eksempel til 10 - 20 °C, inden vandet pumpes tilbage til reservoiret, for på den måde at trække mest mulig energi ud af vandet.

Frem for eldrevne varmepumper, som typisk anvendes til for eksempel jordvarmeanlæg, anvender geotermien såkaldte absorptionsvarmepumper.

I varmepumpens fordamper koges vand til damp ved hjælp af det varme vand fra undergrunden. Da temperaturen af vandet fra undergrunden ligger på 35 - 75 °C og i fordamperen afkøles til 10 - 20 °C, sker kogningen ved et meget lavt tryk.

Fra fordamperen suges vanddampene op i absorberen ved hjælp af en blanding af litiumbromid (LiBr) og vand (H2O). Litiumbromid er et salt, som er ekstremt vandsugende. Når LiBr/H2O -blandingen optager damp, der bliver til vand, afgives der varme, som overføres til fjernvarmevandet. Samtidig fortyndes Libr/H2O -blandingen.

For at holde processen i gang er det nødvendigt løbende at øge koncentrationen af LiBr/H2O-blandingen. Det sker i den såkaldte generator, hvor man ved hjælp af en ekstern damp- eller hedtvandsforsyning koger en del af vandet af. Da LiBr holder godt på vandet, sker denne afkogning ved en relativt høj temperatur, typisk 140-180 °C. Den opkoncentrerede LiBr/H2O-blanding ledes tilbage til absorberen. Vandet skal derimod først kondenseres ved hjælp af fjernvarmevandet, inden det ledes tilbage til fordamperen.

Den energi, som i generatoren anvendes til at koge vandet af LiBr/H2O-blandingen, overføres altså til fjernvarmevandet og udnyttes dermed også. Anvendes der damp fra et kraftvarmeanlæg med en lavtryksturbine, kunne dampen i stedet være anvendt til produktion af el. Kommer dampen eller hedtvandet derimod fra et anlæg uden lavtryksturbine, ville den alligevel ende som fjernvarme og er derfor ”gratis”. Det geotermiske anlæg ”låner” så at sige bare energien, inden den returneres til fjernvarmenettet sammen med varmen fra undergrunden.

AHP