Web-baseret værktøj til vurdering af jordens varmeledningsevne. -ved etablering af nye anlæg

Transkript

1 Web-baseret værktøj til vurdering af jordens varmeledningsevne -ved etablering af nye anlæg Claus Ditlefsen, Inga Sørensen*, Morten Slot & Martin Hansen De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland Klima-, Energi- og Bygningsministeriet * VIA-UC, Horsens

2 Disposition 1. Jordarterens termiske egenskaber 2. Varmeledningsevnens betydning for jordvarmeanlæg 3. Danske jordarters varmeledningsevne 4. Korrelation mellem varmeledningsevne og sedimenttype 5. Vurdering af varmeledningsevne ud fra prøvebeskrivelse 6. Anvendelse af prøvebeskrivelser fra Jupiter-databasen 7. Konklusioner

3 Jordarternes termiske egenskaber Specifik varmekapacitet (J/K m 3 ) Varmeledningsevne (W/mK) Termisk diffusivitet (m 2 /s) Varmetransport ved grundvandsstrømning

4 Mineralers termiske egenskaber Fra Banks (2008)

5 Energiudtræk (Kwh/år) Varmekapacitet og varmeledningsevnens betydning for energiudtræk Simulering med FeFlow 160% % % 100% 98% 100% 88% 100% 105% % % 54% % % % 1.32E E+06 1 (Plastisk 1,8 (kalk) 2,4 (sand) 3,4 (granit) 1 1,8 2,4 3,4 ler) 0 Volumen-specifik varmekapacitet (J/m3/K) Termisk ledningsevne (J/m/s/K) Fra Højberg og Jensen, 2014 (GeoEnergi D20)

6 Varmeledningsevne i forskellige typer af aflejringer (internationale tabelværdier) Fra den tyske norm for jordvarmeanlæg VDI (2010)

7 Prøvetagning på udvalgte geologiske lokaliteter

8 Bestemmelse af varmeledningsevnen i laboratoriet T = (Q / 4 π λ) (ln t + B)

9 Sedimentgrupper Prøver (N=49) avg W/mK Postglacialt marint gytje, (Helgenæs) 0,65 Smeltevandsler, siltet(odder) Smeltevandsler, siltet (Risskov) 1,22 1,40 Marint interglacialt ler, Kås, Salling 1,05 Moræneler, sandet (Haldum) 1,70 Moræneler, sandet (Voervadsbro) 2,33 Moræneler (Boring Horsens) 2,03 Moræneler, sandet (Roskilde) 2,37 Morænesand (Knuds Strand,Salling) 2,03 Smeltevandssand, m-g, gruset (Vestbrik) Smeltevandssand, finkornet (Roskilde) Smeltevandssand, m gruset, (Højbjerg) 2,22 2,19 2,33 Kvartssand, mellem-groft (Boring, Horsens) 2,31 Kvartssand, mellemkortnet (Voervadsbro) 2,62 Kvartssand, groft (Vorevadsbro) 2,95 Tørv og gytje Plastisk ler Siltet ler Moræneaflejringer Glimmersand Kalk Sand, gruset Kvartssand Kalk Glimmersand (Vejlefjord) 1,73 Glimmerler (Vejlefjord) 1,11 Søvind Mergel (Boring Glud) 1,40 Lillebæltsler (Ølst) 0,90

10 Varmeledningsevne [W/mK] Gennemsnitlig varmeledningsevne for udbredte sedimenttyper (vandmættet) 3,5 Tørv og gytje Plastisk ler Siltet ler Moræneaflejringer Glimmersand Kalk Sand, gruset Kvartssand Kalk 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

11 Boringsdatabasen JUPITER bygger boreprøvelaboratoriet & borearkivet hos GEUS Boreprøvebeskrivelse i JUPITER-databasen Borearkiv / fælles offentlig database Grundlagt i 1926 > borehole descriptions => 5 boreholes / km 2

12 Gruppering af jordarter ud fra DGU-symbol WP6 Formidling

13 Visualisering Sedimentfordeling og anslået varmeledningsevne i 25 m dybdeintervaller

14 Jordvarme Applikation De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland Klima-, Energi- og Bygningsministeriet

15 Valg af interesseområde De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland Klima-, Energi- og Bygningsministeriet

16 hjjhjjgopr Eksempel fra en begravet dal i Østjylland

17 ..men hvor meget varme kan ser så produceres?

18

19 Konklusioner Det har vist sig muligt at anslå den omtrentlige varmeledningsevnen for udbredte sedimenttyper. Kendskabet til varmeledningsevnen i bestemte sedimentgrupper er indbygget i en ny web-applikation Ud fra eksisterende prøvebeskrivelser i Jupiter er det blevet muligt at vurdere varmeledningsevnen omkring en eksisterende boring eller gruppe af boringer og dennes variation med dybden. Applikationen kan foretage samlede beregninger, der inddrager alle boringer inden for et bruger-defineret rektangel. Ud fra den anslåede varmeledningsevne kan man ved antagelser om design og drift foretage tabelopslag for den forventede effekt pr. meter. Den samlede effekt ved forskellige boredybder kan der ved sammenlignes Hvis der er tale om et større anlæg med behov for mere end 2 boringer, anbefales det endvidere at der foretages en egentlig dimensionerings-beregning f.eks. med EED. For større mere komplekse anlæg hvor der også påtænkes lagret energi anbefales 3D modelberegning som både omfatter varme- og grundvandsstrømning, hvor varierende driftsforhold også kan modelleres. Til dette kan benyttes programpakken FEFLOW. Dette er dog et ekspertværktøj som kræver større modelerfaring. TAK FOR OPMÆRKSOMHEDEN

20 Gennemsnitlig varmeledningsevne for udbredte sedimenttyper (vandmættet) Sediment type Varmeledningsevne W/ mk Antal prøver STD W/ mk Interval W / mk Antal lokaliteter Gytje og tørv 0,68 3 0,15 0,56-0,86 1 Fed, plastisk ler 0,98 3 0,17 0,80-1,14 1 Siltet ler 1, ,17 0,90-1,42 5 Finkornet glimmersand 1,81 8 0,27 1,48-2,18 4 Moræneaflejringer 1, ,30 1,40-2,66 6 Gruset sand 2,24 4 0,19 1,98-2,43 4 Kvartssands 2,75 3 0,51 2,41-3,34 3 Kalk 1,62 4 0,13 4

21 Varmeledningsevne [W/mK] Gennemsnitlig varmeledningsevne for udbredte sedimenttyper (vandmættet) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0