Introduktion til lukkede jordvarmeboringer

Transkript

1 Introduktion til lukkede jordvarmeboringer Virkemåde Udbredelse Geologi Risiko Krav Tilsyn Claus Ditlefsen Temadag om jordvarmeboringer

2 Udfordring For at imødegå global opvarmning og stigende efterspørgsel på energi må der ske en omlægning til vedvarende energikilder.

3 Plan Et politisk flertal har vedtaget at al energi til varme og transport i 2050 skal komme fra 100% vedvarende energikilder. For at opnå dette er opstillet følgende milepæle: 2020: Halvdelen af al el-forsyning skal produceres med vindkraft 2030: Brug af kul i kraftvarmeværker skal være udfaset 2035: El og varme skal udelukkende komme fra vedvarende energi En omkostningseffektiv omstilling af varme-forsyningen består dels i effektiviseringer og reducering af varmebehovet, og dels i anvendelse af vedvarende energikilder i produktionen.

4 Energi-budgettet nær overfladen

5 Dyb geotermisk energi vs. jordvarme Heat pump

6 Typer af jordvarmeanlæg Fra Sanner (2008) Omvendt flow til køling om sommeren

7 Varmepumpen 16 o C 11 o C 25 o C 40 o C 11 o C 5 o C

8 Udbredelse Jordvarmeboringer indberettet til Jupiter databasen Jordvarmeboringer 60 Antal Årstal År

9 Jordvarmeboringer Udbredelse og OSD

10 Energianlæg baseret på jordvarmeboringer - udvikling af markedsfremmende værktøjer og best practice Formål: Levere værktøjer til design og planlægning af systemer til husopvarmning og køling baseret på lukkede jordvarmeboringer Undersøge og levere vejledninger til optimal etablering samt sikring af miljø i forbindelse med lukkede jordvarmeboringer GeoEnergi Arbejdsprogram WP 1 WP 2 WP 3 WP 4 WP 5 WP 6 WP 7 WP 8 Geologi GEO-databaser Udstyr og målemetoder Temperaturgradienter og overfladetemperaturer Boremetoder og grout teknik Systemdesign og energibalance Kurser og efteruddannelse Interaktion med omgivende grundvandssystem Vejledninger og endelig formidling GEUS VIAUC GEUS VIAUC VIAUC VIAUC GEUS GEUS

11 Formidling Projektets hjemmeside har kørt fra kort efter projektets start og er benyttet til løbende formidling af resultater

12 Overfladetemperaturer og temperaturvariationer med dybden

13 Klimaændring Ca.1 C på 40 år

14 Geologi Jorden og grundvandets termiske egenskaber Specifik varmekapacitet (J/K m 3 ) Varmeledningsevne (W/mK) Varmetransport ved grundvandsstrømning

15 Mineralers termiske egenskaber Fra Banks (2008)

16 Varmekapacitet og varmeledningsevnens betydning for energiudtræk Simulering med FeFlow 160% 16, % 14, % 100% 80% 60% 40% 20% 98% 100% 8,947 9,102 54% 4,876 88% 8, % 9, % 9,596 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 Energiudtræk (Kwh/år) 0% 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)

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

18 Prøvetagning på udvalgte geologiske lokaliteter

19 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 Moræneler 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

20 Jordvarme Applikation

21 Valg af interesseområde

22 Sedimentfordeling og anslået varmeledningsevne hjjhjjgopr

23 Ingen grundvandsstrømning Grundvandsstrømning Med grundvandsstrømning Ved grundvandsstrømning tilføres boringen konstant grundvand med baggrundstemperatur

24 Effekt af grundvandsstrømning 120% 100% 80% 60% 40% 20% 87% 7,962 91% 8,305 96% 8, % 9, % 9, Energiudtræk (Kwh/år) 0% Grundvandsstrømningsgradient ( ) 0 Effekt af grundvandsstrømning i sandlag ved forskellige hydrauliske gradienter

25 Energi balance Ingen grundvandsstrømning Med grundvandsstrømning Ved grundevandsstrømning tilføres boringen konstant grundvand med baggrundstemperatur

26 Etablering af boringer Test Site Horsens

27 Boremetoder 26. juni

28 Uforet skylleboring Boremetoder Foret skylleboring Sonic boring og andre til korte boringer 26. juni Foto Henrik Bjørn VIA UC

29 Installation af slanger Forskellige type geometri på varmeslagerne

30 Forsejling med bentonit Foto: Henrik Bjørn VIA UC

31 Forsejling 26. juni Foto Henrik Bjørn VIA UC

32 Termisk responstest Termisk respons-test (TRT) bruges til at bestemme den færdige borings faktiske termiske egenskaber. En bestemt varmemængde introduceres i det lukkede rør - den introducerede energimængde måles - ind- og udgående temperatur af kølevæsken måles; - flow raten måles; 32 Temperatures Temperature [ C] : : : : : : : : : : :00

33 Stoffer, der p.t. må anvendes i jordvarmeslanger Ethanol IPA sprit (isopropanol) Ethylenglycol (fuldt deklarerede antikorrosiver) Propylenglycol (fuldt deklarerede antikorrosiver) Andre stoffer, hvis kommunalbestyrelsen kan godtgøre, at det er forsvarligt. Bekendtgørelse om jordvarmeanlæg nr.1019, 25. okt.2009 Ny bekendtgørelse på vej.

34 Hvad kan gå galt Utilsigtet borekonstruktion / forsejling Lekage fra slanger For kraftig drift af varmepumpen

35 Utilsigtede hændelser ved borearbejdet Boringen falder sammen Materiale der falder ind fra siden Flintesten skærer hul i slanger Glemmer at få støbeslangen med ned 'fra start' For tynd eller tyk bentonit-blanding Støbeslangen springer og der må støbes oppefra

36 Anbefalinger vedrørende borearbejdet Boringer på land skal altid udføres af uddannede brøndborere efter gældende lovgivning og indberettes til GEUS. Man bør desuden vælge en boreentreprenør som har erfaring med etablering af lukkede jordvarmeboringer. For at kunne styre boreprocessen og installationen af slanger i boringen, anbefales det at boringen udføres med forrerør / casing. Boring i områder med vandtryk over terræn bør undgås For at opnå en tæt forsegling og effektiv varmeudveksling, anses det for sikrest at forseglingsmaterialet pumpes fra bunden via fødeslang under hele fyldningen. Der bores som udgangspunkt ikke dybere end m Det er endvidere vigtigt at forseglings-materialet (grouten) blandes efter producentens anvisninger. Blanding af en hel portion grout inden nedpumpning anses for at være den bedste måde til at opnå dette. Det anbefales endvidere at der føres nøje regnskab med mængden af forbrugte materialer i den enkelte boring og at dette indberettes til GEUS.

37 Anbefalinger vedrørende borearbejdet Det anbefales at udløbstemperaturen fra varmepumpen holdes over 0 o C i mindst 40 dage efter at boringen er konstrueret, så forsejlingen kan nå at størkne inden den evt. udsættes for frostpåvirkning. Der benyttes termisk ledende bentonit (grout) til forsejling Om muligt benyttes afstandsstykker mellem op- og ned- slange Det anbefales det at kommunen jævnligt fører tilsyn med borearbejder hvorved der ud over kontrol også er mulighed for at blive opdateret på arbejdsgange og valgte materialer m.m.

38 Tilsyn Kristiske processer Borearbejdet Nedsætning af slanger Trykprøvning Blanding af forsejling / grout Pumpning af grout Efterfyldning

39 Risiko for udslip fra lukkede jordvarmeboringer Der er registreret få eksempler på lækage af kølemiddel (brine) fra slanger til jorden (25 rapporterede udslip fra ca anlæg, (MST /COWI 2014). Dette kan dog til dels skyldes manglende indberetning til kommunen Slangerne i en lukket jordvarmeboring normalt vil indeholde mindre end 400 l brine. Heraf < 150 l må frostsikringsmidler. Slangen vil normalt ikke tømmes ved et enkelt brud, så længe der ikke kan trænge luft ind Anlæggene skal være forsynet med en pressostat med alarm som afbryder strømmen til cirkulations-pumpen og varmepumpen i det øjeblik der sker et trykfald i slangen. Ved en enkelt lækage fra slangerne i selve boringen vurderes udslippet i de fleste tilfælde at udgøre mindre end 5 l brine.

40 Påvirkning af det omgivende miljø ved udslip De mest anvendte kølemidler har i sig selv en lav giftighed og en moderat til høj nedbrydelighed i jordmiljøet. Giftigheden knytter sig især til supplerende antikorrosionsmidler og andre additiver tilsat nogle brine-produkter. Der henvises iøvrigt til GeoEnergi rapport D21 og Miljøstyrelsen (2015) vedrørende kemisk risikovurdering og nedbrydning i jordmiljøet

41 Anbefalinger til risiko-minimering ved udslip Ud fra et miljømæssigt synspunkt anbefales det, at der i anlægget anvendes en nedbrydelig, fuldt deklareret frostsikret væske (brine) uden additiver med f.eks. IPAsprit, ethanol eller propylenglycol og en dertil passende varmepumpe. Når der benyttes frostsikringsmidler uden additiver, anses forureningsrisikoen ved etablering af jordvarmeboringer også i OSD at være meget lille.

42 Sagsbehandling Mulige supplerende krav Krav om rettidig varsling af tilsyn Log over evt. uhensigtsmæssige hændelser Boring med forerør Indberetning af forbrugte materialer og borediameter Krav til blanding af forsejling / grout (i kar -tjek af konsistens) Krav til pumpning af forsejling / grout (nedefra med tilstrækkelig pumpe) Tjek af afpropning efter henstand Kun brug af brine uden additiver

43 Tak for opmærksomheden