Lyst til å vinne en kraftig solcellelader?

Svar på våre 7 enkle spørsmål her.

Hva er geotermisk energi

28. oktober, 2016

Animasjon: ©iStock.com/aurielaki
Geotermisk energi er energi i form av varme, tilgjengelig i bergartene under jordens overflate. Denne energien kan i teorien utvinnes overalt der det er tilstrekkelig temperatur, permeabilitet og vann. Energien finnes i to hovedtyper, høytemperatur geotermisk energi og lavtemperatur geotermisk energi. Geotermisk energi kan brukes til kraftproduksjon, prosessvarme, oppvarming, og nedkjøling. Bruksområdet og utvinningsmetoden avhenger av temperaturen.
Sammendrag

Geotermisk energi er energi i form av varme, tilgjengelig i bergartene under jordens overflate. Denne energien kan i teorien utvinnes der det er tilstrekkelig temperatur, permeabilitet og vann.  Disse tre forutsetningene er en sjeldenhet, men med ny teknologi kalt HDR systemer kan man ta i bruk flere områder. Energien finnes i to hovedtyper, høytemperatur geotermisk energi som er varmeenergi fra jordens indre og lavtemperatur geotermisk energi også kalt grunnvarme. Geotermisk energi kan brukes til kraftproduksjon, prosessvarme, oppvarming, og nedkjøling. Bruksområdet og utvinningsmetoden avhenger av temperaturen.

 

Når det kommer til utvinning av grunnvarme har vi to systemer, åpent- eller lukket system. Hoved forskjellen på disse systemene er at man i et lukket system bruker et varmemedium i istedenfor å bruke vannet direkte i motsetning til vannet er dette mediet aldri i kontakt med brønnen. På denne måten er det mindre fare for forurensning av grunnvannet. Utvinning av dyp geotermisk energi er noe annet og krever dyrere utstyr i dag er slik utvinning kun tilgjengelig i grenseområdene mellom de syv tektoniske platene. Geotermisk energi har lav elektrisk virkningsgrad, men vi interesserer oss for om restvarmen kan brukes til oppvarming. Er dette mulig vil virkningsgraden stige fra omkring 17 % til 97 %. Det største problemet innen geotermisk energi ligger i pris. Prosjektene krever store utgifter og mye forarbeid lenge før du vet om det hele kan gjennomføres. Dersom vi greier å få billigere og mer egnet boreutstyr vil dette bli et mindre problem.

 

Det er store fordeler innen geotermisk energi, takket være sin rike tilgang på grunnvarme nærmer Island seg målet om å bli et hydrogensamfunn. Geotermisk energi finnes i store mengder over hele verden, vi mangler bare teknologi og ressurser for å utnytte det mer effektivt. En underjordisk steinmasse på størrelse med et gjennomsnittlig fjell inneholder like mye energi som hele verden bruker på et år. Dette er omtrent 3 promille av tilgjengelig jordvarme. Geotermisk energi kan også komme U-land til nytte, det vil ofte lønne seg å satse på små geotermiske kraftverk fram for å bygge ut nye strømledninger. Dessuten er dette også noen av de mest stabile anleggene.

Høytemperatur geotermisk energi/dyp geotermisk energi

Høytemperatur geotermisk energi kalles også dyp geotermisk energi siden dette er varmeenergi fra jordens indre. Utenom vulkanske områder er det i hovedsak to kilder til denne energiformen:

  • Den opprinnelige varmen fra dannelsen av jorda (ca. 1/3)
  • Radioaktivitet i jordskorpen (ca. 2/3). Energi frigjøres når radioaktive isotoper som thorium og uran brytes ned.
Illustrasjon: ©iStock.com/adventtr

Høytemperatur geotermisk energi er varmeenergi fra dypere enn 300m. Det er store temperaturforskjeller mellom jordens overflate og jordens indre. Dette skaper en kontinuerlig varmestrøm fra jordens indre til overflaten. Noen plasser er denne varmestrømmen ekstra sterk, for eksempel rundt de vulkanske områdene. I dag er dyp geotermisk energi bare praktisk tilgjengelig i sprekk- og grenseområdene mellom de tektoniske platene.

Grunnvarme/ lavtemperatur geotermisk energi

Lavtemperatur geotermisk energi kalles også grunnvarme. Varmen hentes ut av berg, jord og grunnvannsspeilet. Denne varmen er hovedsakelig lagret solenergi, men også noe kommer fra spalting av radioaktive elementer. Grunnvarme hentes ut ved lave temperaturer, mellom 7-8 °C, og varmes opp ved hjelp av en varmepumpe. Da får den gjerne en faktor på 3-4, dvs. at du bare bruker 25 % av strømmen du ellers ville brukt. Grunnvarme brukes til oppvarmingsformål dersom temperaturen i produsert vann er 40 °C eller mer. Dette finner vi på vulkanske områder, som Island. Med lavere temperaturer brukes den som prosessvarme, vanligvis i form av varmekilde til varmt vann.

 

Les mer om fysiske prinsipper knyttet til geotermisk energi.

Geologiske forutsetninger

For de fleste geotermiske ressurser er det tre geologiske forutsetninger. Det første er en porøs og permabel reservoarbergart som vann kan lagres og varmes i. Det andre er en impermeabel (ugjennomtrengelig) takbergart, for eksempel skifter, som vannet ikke kan renne gjennom. Det bør også være en impermeabel bergart under bergarten som vannet er lagret i, slik at vannet ikke forsvinner nedover. Det tredje er en varmekilde som varmer opp vannet, f.eks. varmt fjell.

 

[/kml_flashembed
Illustrasjon: UngEnergi

Hvordan virker et grunnvarme-system

Grunnvarme baserer seg på at varme er indre energi som blir overført fra et system til et annet på grunn av temperaturforskjeller. Man kan benytte et åpent eller lukket system:

 

I et åpent system benytter man oppumpet grunnvann fra løsmasser eller en fjellbrønn. Slike anlegg er altså mest praktisk i områder med store grunnvannsressurser. Ved høye temperaturer (over 100 °C) hentes vannet opp fra en pumpebrønn og fraktes via ledninger til en kraftstasjon hvor vi bruker varmen. Varmen blir ofte brukt som energikilde for en varmepumpe. Deretter kjøles vannet slik at det kan gå tilbake i bakken.

 

Illustrasjon: UngEnergi

 

I et lukket system fungerer grunnfjellet som et energilager, overskuddsvarmen fra sommerhalvåret lagres og hentes ut om vinteren når energibehovet er størst. Varmen hentes ut gjennom brønner med et lukket system bestående av frostvæske. Varme vil overføres fra fjellet til væsken dersom temperaturen på væsken er lavere enn temperaturen i fjellet. En slik varmeoverføring kalles konveksjon.

Hovedforskjellen på et lukket og åpent rørsystem

Et åpent system fungerer ved at vann hentes fra en åpen brønn i reservoaret. En reinjiserer som oftest brukt vann i samme reservoar gjennom en egen injeksjonsbrønn. Vannet varmes deretter ved å passere gjennom fjellsprekker mellom injeksjon og produksjonsbrønnen. I et lukket system derimot går mediet som brukes til å ekstrahere varmen fra fjellet igjennom et brønnsystem, hvor det ikke er i direkte kontakt med fjellet, dvs. injeksjon og produksjonsbrønnen henger sammen og fungerer som en lukket varmeveksler.

Hvordan og hvor virker et kraftverk for dyp geotermisk energi

Utbredelsen av geotermisk kraftproduksjon i form av strøm, følger i dag vulkanske områder som Rift Valley og The Ring of Fire, hvor varmt vann eller fjell finnes nær jordens overflate. Slike områder finner vi blant annet i Italia, Tyrkia og Island.

 

Det finnes forskjellige anlegg for utnyttelse av geotermisk energi. Anleggets utforming avhenger av temperaturen på det oppvarmede vannet i jorda, vannets egenskaper, og innhold av salt og andre stoffer. Prinsippet i geotermiske kraftverker er ofte å bore en brønn ned til et høytemperatur-reservoar.  Brønnen kalles en produksjonsbrønn, siden det er her vi henter energien. Trykket i brønnen gjør at varmt vann og damp stiger opp,  for deretter å ledes inn i kraftstasjonen. Vann i gassform driver en turbin, mens varmt vann i væskeform kan gå direkte til oppvarmingsformål. Til slutt ledes vannet tilbake til reservoaret gjennom en injeksjonsbrønn, og trykket og vannmengden forblir intakt.

 

For mer informasjon om de forskjellige anleggene se her!

Geotermisk energi i Norge

I Norge utnytter vi i utgangspunktet bare geotermisk energi i form av grunnvarmebaserte varmepumper. Særlig lukkede systemer med fjellbrønner er voksende. I følge NVE, skal all varme- og kjølebehov i Norge teoretisk kunne dekkes av grunnvarmebaserte varmepumper. Det er sant at energi fra grunnvarme kan utgjøre et vesentlig bidrag til den norske energiforsyningen ved å erstatte en stor del av olje og strøm som brukes til oppvarming og nedkjøling. For små anlegg (private eneboliger) vil ikke dette alltid være en realitet. Dette kommer av at fra 0 til -10 °C vil et moderne luftvarmepumpeanlegg ha en like stor utnyttingsgrad som grunnvarmebaserte varmepumper. Kun når temperaturen synker under -10 °C vil geotermisk energi være det beste alternativet. Mange steder i Norge har vintertemperaturer på rundt 0 °C. For kombinerte varme- og kjøleanlegg vil geotermiske anlegg kunne dekke alle større bygninger som sykehus, bedrifter ol. Vi har allerede noen av Europas største grunnvarmeanlegg som bygger på akkurat dette prinsippet, blant annet Oslo lufthavn Gardermoen, Rikshospitalet i Oslo, og Sparkjøp på Krokstad i Bergen.

 

Denne videoen viser prinsippet for et slikt anlegg.

Film: Arnfinn Kristiansen - forskning.no

 

Et alternativ for geotermisk energi vil kunne være at man lager et samarbeid mellom geotermisk energi og strømnettet. Man kan bruke geotermisk energi til minimum oppvarming og kjøling. Øker behovet ut over dette kobler det seg automatisk inn på strømnettet og bruker en mer regulerbar energikilde som for eksempel vannkraft.

Geotermisk energi kommer i en jevn strøm hele tiden og kan ikke lett reguleres. Derfor fungerer det ypperlig for minimum forbruk.
Illustrasjon: UngEnergi

Dyp geotermisk energi i Norge

Vi satser nå på å få redusert borekostnadene slik at det vil bli lønnsomt å bore seg 4-5 km ned. Vannet vil da ha en temperatur på mellom 50-100 °C og kan brukes til oppvarming av hus. Noen områder som til nå kan ha fremtidig potensiale innen dyp geotermisk energi er Oslo, Bergen og Svalbard.

Geotermisk energi i verden

Island er ofte nevnt i forbindelse med geotermisk energi. Nesten all  oppvarming og 25 %  av elektrisistetsbehovet deres er dekket av Geotermisk energi. Takket være sin rike tilgang på geotermisk energi er Island det landet som ligger nærmest målet om å bli et hydrogensamfunn. Den geotermiske energien har bidratt til at deres strømforsyning er 100 % fornybar. Selv om Island er mest bemerkelsesverdig, er det USA som er størst på elektrisitetsutvinningen. Dersom utviklingen fortsetter som nå, vil USA trolig kunne dekke 30 % av energibehovet sitt ved geotermisk energi. Andre land som driver stort med geotermisk energi er Indonesia, Filippinene, Mexico, Italia og New Zealand.

 

Brønnens dybde er en viktig faktor når man skal se på virkningsgraden til geotermisk energi. Vi har til nå snakket om hva vi ønsker å oppnå og hvilken dybde som karakteriserer de forskjellige formene geotermisk energi. For at et geotermisk kraftverk skal være økonomisk lønnsomt må man ha en varmetemperatur på minimum 300 °C, noe som per dags dato bare er tilgjengelig i 1-3 km dype brønner på vulkanske områder.

 

Les mer om geotermisk kraft i tiden som kommer (ungenergi.no).

Fordeler

  • Fornybart: Geotermisk energi er fornybar i den form at en brønns levetid er på ca. 30 år, deretter trenger den mellom 10-15 års pause før den kan brukes på nytt. Det vil altså aldri bli tomt for geotermisk energi, det trengs bare noen pauser innimellom for at temperaturen skal bli høy nok igjen.
  • Miljøvennlig: Miljøkonsekvensene for utnyttelse av grunnvarmen er normalt liten. Geotermisk energi har blant annet minimalt utslipp av nitrogenoksid som bryter ned ozonlaget.
  • Fins overalt: Geotermisk energi finnes over hele verden, også i u-land.
  • Kan erstatte atomkraft: Det optimale for dyp geotermisk energi er å kunne bore 10-15 km ned. Da vil vi kunne nå det som kalles superkritisk vann. Med superkritisk vann fra undergrunnen kan vi bruke samme kraftverkteknologi som brukes ved atomkraft. Det blir som atomfrie atomkraftverk hvor superkritisk vann vil erstatte atomreaktorene.
  • Ubegrenset: Geotermisk energi er en ubegrenset ressurs, vi mangler bare teknologi og kunnskap til å utnytte ressursen mer effektivt. En underjordisk steinmasse på størrelsen med et gjennomsnittlig fjell inneholder like mye energi som hele verden bruker på et år, dette er ca 3 ‰ av tilgjengelig jordvarme.
  • Sikkert: Geotermiske anlegg er et av de sikreste anleggene. Når brønnen først er funksjonell er det kun to problem som kan oppstå; brønnen kan rase sammen eller grunnvannet kan bli forurenset. Kraftverkene tåler mye. Ved en tsunami i Japan ble alle atomkraftverkene ødelagt, men de geotermiske kraftverkene stod urørte.

Ulemper

  • Dyrt: Et geotermisk prosjekt er dyrt og krever mye forarbeid. Allerede før man vet om prosjektet kan realiseres må man investere i dyre prøveboringer og brønntester.
  • Miljøvennlig?: Ved bruk av varmepumpe for å benytte den geotermiske energien brukes det ofte elektrisitet for å høyne temperaturen. Totalt sett er miljøkonsekvensene da avhengige av hvordan elektrisiteten er produsert. Et varmepumpekraftverk basert på elektrisitet fra kull, olje eller gass vil forurense mye mer enn et kraftverk basert på vannkraft.
  • Drivhusgasser: Syntetiske HFK-gasser (hydrofluorkarboner) blir brukt som varmepumpens varmemedium. Disse bryter ikke ned ozonlaget slik som tidligere varmemedium har gjort, men bidrar fortsatt til økt drivhuseffekt.
  • Uønsket støy: Det kan forkomme store støynivå fra anleggene. Når gasser og damp slippes ut fra de store trykk-tankene i forbindelse med rengjøring og vedlikehold, dannes en lyd som kan sammenlignes med et jetfly som tar av.
  • Giftig boreslam: Det kan være nødvendig å behandle boreslam som spesialavfall grunnet at varmt vann fra geotermiske kilder kan inneholde giftige stoffer som kvikksølv, arsenikk og antimon.
  • Krever tilpasninger: For oppvarmingsformål må bygningen være forberedt for vannbåren varme. Ombygging fra elektrisk oppvarming til vannbåren varme er kostbart, men det skjer i økende grad i forbindelse med rehabilitering og nybygging.
Kilder Nyttige lenker
Bruk som kilde
Denne artikkelen skrevet av UngEnergi er lisensiert under en Creative Commons Navngivelse-Ikkekommersiell-DelPåSammeVilkår 3.0 Norge Lisens.
UngEnergi.no benytter informasjonskapsler for å gjøre brukeropplevelsen bedre Lukk Les mer
Innenfor geologien er dette et begrep for hvor gjennomtrengelig et materiale er. Ofte snakker man om permeable bergarter. En permeabel bergart er porøs slik at vann lett renner gjennom.
Kalles også fjernvarme og opptrer ofte som varmekabler. Varmt vann strømmer gjennom kablene og brukers til oppvarming av bygg.
Jordskorpen er bygd opp av åtte store og fire små tektoniske plater. Dette er vulkanske områder og platebevegelse kan føre til jordskjelv, vulkanutbrudd og tsunamier.
Samfunn der man bruker hydrogen som energibærer, slik at all energitilførsel vil være 100% fornybar. For å oppnå dette må vi ha et overskudd av fornybar energi slik at vi kan bruke dette til å forbrenne hydrogen.  
Nivå for hvor dypt vi må bore for å finne grunnvann/drikkevann.
En porøs bergart som fungerer som et lager.
Betyr ugjennomtrengeleig
Brønn man bruker til å føre noe ned i f.eks om man skal frakte noe ned i bakken. I geotermisk energi er injeksjonsbrønnen en brønn hvor man frakter vannet ned til reservoaret igjen, etter at man har brukt det til å produsere energi.
Betyr å trekke ut. Når man ekstraherer varme fra noe tar man til seg denne varmen
En 3000 kilometer lang sprekk gjennom Øst-Afrika. Rift Valley er skapt av millioner av kubikkilometer flytende magma som kontinuerlig presser seg opp gjennom jordskorpen. Blir sprekken større kan Afrikas horn rives løs fra resten av kontinentet.
Et vulkansk øyområde i stillehavet. Øyne ligger på såkalte varmeflekker noe som gjør at de er svært utsatt for vulkansk aktivitet.