Vil lagre solenergi til vinteren: Svalbard kan få gigantisk geotermos [Ekstra]

[Ellen Viseth]

Vil lagre solenergi til vinteren: Svalbard kan få  gigantisk geotermos [Ekstra]

[Simen1]

Endelig er det noen som leser kommentarfeltene til TU. Takk!

[NERVI]

Det er ett spørsmål som melder seg ganske umiddelbart, og det er levetidskostnad. Jeg ville nok tenkt 50 år i utgangspunktet. Så lurer jeg også på risiko ved løsninger som er noe nær eksperimentelle hva angår sikkerhet, levetid og kostnader. Men jeg vet jo ikke hvilket tidsperspektiv som legges til grunn, og hvordan man regner kostnadene.

Hva jeg har forstått er at landstrøm via kabel skal være "for dyrt", men en landkabel kan jo kombineres med noen av løsningene som utredes.  Og bruker man en milliard eller to på kabel, så kan man også lagre billig energi gjennom sommeren på fastlandet. Enten det er H2 til el-produksjon lokalt eller varme på "geothermos". Man vil da ha en basis forsyning fra land, samt back-up på både varme og el.

Endret 24. mars 2021 av NERVI

[Simen1]

Nær eksperimentelle? - Bergvarmebrønner har vært brukt i flere tiår med gode resultater, en drøss med steder i Norge. Vi kjenner allerede til fordeler, ulemper og potensielle fallgruver. Den største fallgruven er nok grunnforholdene, men nå har de jo prøveboret nettopp for å finne ut om grunnforholdene er ok.

Sjøkabel er for dyrt. Det er ikke tykkelsen på kabelen som gjør det dyrt, men lengden og leggearbeidet. Samt at man ikke kan regne den som 100% sikker, slik at man må ha en form for backup. For eksempel to uavhengige sjøkabler. Det blir selvsagt dobbelt så dyrt.

Så var det forsyningssikkerheten til H2 (eller ammoniakk, metan eller andre ting). Longyearbyen kan rammes av utfordrende isforhold, har bare én havn (hvis den er eneste måte å motta drivstoff og svikter, så er de deep shit). Eventuelt politiske forhold. Å lagre store mengder drivstoff oppå bakken gjør disse til yndede terrormål/krigsmål, som må forsvares, men det kan vi ikke gjøre militært pga Svalbardtraktaten.

Derfor er selvforsyning et viktig moment. Drivstoffene har gjerne uregulerbart forhold mellom el og varme-forsyning, samt at varmegenereringen har en stusselig energieffektivitet (noe under 100%), i motsetning til strømdrevne varmepumper som går i sommerhalvåret når utetemperaturene gir virkninsgrad i størrelseorden 3-4 (avhengig av design etc). Dvs. at man får mye mer varme ut av den lokalproduserte strømmen enn man ville fått på andre måter.

Dette har jeg forsåvidt forklart i kommentarfeltet her en rekke ganger og nå ser det heldigvis ut til å være fanget opp av fagmiljøene som planlegger den framtidige energiløsninga til Svalbard. Eventuelt at de har ressonert seg fram til det samme uavhengig av meg. Jeg er i hvert fall glad for at de ser det samme som meg.

[oophus]

Simen1 skrev (42 minutter siden):

Den største fallgruven er nok grunnforholdene, men nå har de jo prøveboret nettopp for å finne ut om grunnforholdene er ok.

Ville det ikke vært mye bedre å isolert brønnene på en måte? Senke rør ned som gjør at man slipper såpass med tap ut på kontaktpunkter på sidene, og hatt et mer lukket system? Kunne man senket et materiale ned i lukkede rør, som lagrer varme enda mer enn vann? Det kan jo være vann + "noe" som har bedre egenskaper? Eventuelt spraye sidene i borehullene med X for å isolere? 

En skulle jo tru at regnskapet rundt dette vil være litt annerledes i et område med permafrost, vs hva man får til nedover i kontinentet? Det å utvikle et materiale som egner seg i et "lukket system" kunne kanskje vært passende for å løse problemet der oppe? 

[NERVI]

Simen1 skrev (1 time siden):

Nær eksperimentelle? - Bergvarmebrønner har vært brukt i flere tiår med gode resultater, en drøss med steder i Norge. Vi kjenner allerede til fordeler, ulemper og potensielle fallgruver. Den største fallgruven er nok grunnforholdene, men nå har de jo prøveboret nettopp for å finne ut om grunnforholdene er ok.

Sjøkabel er for dyrt. Det er ikke tykkelsen på kabelen som gjør det dyrt, men lengden og leggearbeidet. Samt at man ikke kan regne den som 100% sikker, slik at man må ha en form for backup. For eksempel to uavhengige sjøkabler. Det blir selvsagt dobbelt så dyrt.

Så var det forsyningssikkerheten til H2 (eller ammoniakk, metan eller andre ting). Longyearbyen kan rammes av utfordrende isforhold, har bare én havn (hvis den er eneste måte å motta drivstoff og svikter, så er de deep shit). Eventuelt politiske forhold. Å lagre store mengder drivstoff oppå bakken gjør disse til yndede terrormål/krigsmål, som må forsvares, men det kan vi ikke gjøre militært pga Svalbardtraktaten.

Derfor er selvforsyning et viktig moment. Drivstoffene har gjerne uregulerbart forhold mellom el og varme-forsyning, samt at varmegenereringen har en stusselig energieffektivitet (noe under 100%), i motsetning til strømdrevne varmepumper som går i sommerhalvåret når utetemperaturene gir virkninsgrad i størrelseorden 3-4 (avhengig av design etc). Dvs. at man får mye mer varme ut av den lokalproduserte strømmen enn man ville fått på andre måter.

Dette har jeg forsåvidt forklart i kommentarfeltet her en rekke ganger og nå ser det heldigvis ut til å være fanget opp av fagmiljøene som planlegger den framtidige energiløsninga til Svalbard. Eventuelt at de har ressonert seg fram til det samme uavhengig av meg. Jeg er i hvert fall glad for at de ser det samme som meg.

Om du tenker deg en konstant basis forsyning fra sjøkabel, og at man lagrer energi i lavsesong til bruk i høysesong (varmebehov til vinteren), så rokker ikke det ved noe av det som nevnes av løsninger her. Inkluderer man back up strømforsyning fra hydrogen, og "thermosvarme" så kan det bli en prima kombinasjon.

En sjøkabel har en forutsigbar pris og levetidskostnad, tross alt. Diverse utredninger i forbindelse med ofshore vind indikerer at en kabel vil koste rundt en mill NOK per km, og da har man strøm. Så er det naturligvis lurt å produsere brennsel lokalt om man skal ha til back-up elforsyning eller kjøretøy.

Begrepet "for dyrt" er jo et mye brukt, men ganske meningsløst begrep uten å sette det i kontekst, og uten å vei det mot kostnadene ved alternativene. Eksempel Nord-Norgebane og Østfoldbane med oppgradert forbindelse til Sverige. Hva vil det koste i løpet av de kommende 100 år at man lar være? 

Så er det vel slik at alle slags installasjoner på bakken kan utraderes ved terror- og krigshandlinger. Det er vel heller ikke dagens/eksisterende løsninger sikret mot. Heller ikke i Barentzburg.

Endret 24. mars 2021 av NERVI

[Simen1]

@oophus Jeg skjønner tanken, men det er ikke sånn det fungerer. Du kan sammenligne borehullet med varmeelementet i en varmtvannsbereder. Hullet er lite og ikke massivt nok til å kunne lagre nevneverdig varme selv. Det er massene rundt som lagrer varmen. I varmtvannsberederen er det vann + isolasjonsmateriale. I borehullet er bergmassene både lagringsmateriale og isolasjonsmateriale. Stein leder lite varme så varmen strekker seg i praksis ikke lengre unna borehullet enn et par meter selv ved sesonglagring. Derfor borer man mange brønner med et par meters mellomrom slik at varmelekkasjen "ut" i berget likevel kommer til nytte i nabohullet. Ser du på illustrasjonen så virker hele berggrunnen som et ganske så lukket lager selv om det ikke er noe isolasjonsmateriale der. Den termiske massen er også like stor som hele berget, ikke bare massen som befinner seg inni borehullene. Varmelekkasjen ut fra hele den gjennomhullede sonen og ut til omkringliggende berg er veldig liten på grunn av steinens lave ledningsevne. Etter 10 års drift er det neppe målbare temperaturendringer så nært som 10 meter unna sonen.

Funfact 1: Vi har soner med permafrost inne i fjell i fastlandsnorge også. Frosten stammer fra forrige istid og har ikke tint ennå på grunn av bergets lave varmeledningsevne og dybden frosten er i.

Funfact 2: Utetemperatur varierer over døgnet og dermed også på overflaten av bakken. Likevel er det ikke målbare temperatursvingninger mellom natt og dag så lite som 10-20 cm ned i bakken. Det skyldes lav varmeledningsevne og høy varmekapasitet. Samme fenomen ser vi på sesongvariasjoner, bare med litt større dybder. Sesong-temperatursvingningene strekker seg ikke lengre ned enn ca 2-3 meter (litt variasjon pga hvilke masser det er snakk om og hvor i landet).

[oophus]

Simen1 skrev (26 minutter siden):

@oophus Jeg skjønner tanken, men det er ikke sånn det fungerer. Du kan sammenligne borehullet med varmeelementet i en varmtvannsbereder. Hullet er lite og ikke massivt nok til å kunne lagre nevneverdig varme selv. Det er massene rundt som lagrer varmen.

Ja, jeg forstår jo det, men det er nettopp det jeg ønsker å diskutere. Hvorfor lagre varme i fjellmassene over et lukket system. Hvor er fordelene og ulempene når man beveger seg opp i skala som her? 

Om de f.eks ser for seg å utnytte restvarme gjennom en brenselcelle der energien både kan komme lokalt og fra fastlandet, så kan man fint velge allerede nå at brenselcellen f.eks er basert på celler som fungerer på høyere temperatur enn hos PEM. Hos PEM så får man jo ca 80-90 grader å utnytte til dette, mens hvis man valgte SOFC så kan man lagre varme opp mot 500-1000 grader. 

Fordelen og ulempen med en PEM stack og en SOFC stack er jo at SOFC tar mye lengre tid å få start på. Dog for Svalbard som uansett trenger ei baselast av energi til erstatning for kullkraftverket, så skulle en tru at SOFC er perfekt der? Ergo hvorfor et system basert på å lagre med input på 80-90 grader, vs 500-1000 grader? 
 

Simen1 skrev (26 minutter siden):

Derfor borer man mange brønner med et par meters mellomrom slik at varmelekkasjen "ut" i berget likevel kommer til nytte i nabohullet. Ser du på illustrasjonen så virker hele berggrunnen som et ganske så lukket lager selv om det ikke er noe isolasjonsmateriale der. Den termiske massen er også like stor som hele berget, ikke bare massen som befinner seg inni borehullene. Varmelekkasjen ut fra hele den gjennomhullede sonen og ut til omkringliggende berg er veldig liten på grunn av steinens lave ledningsevne. Etter 10 års drift er det neppe målbare temperaturendringer så nært som 10 meter unna sonen.

Joda, jeg forstår hva de har designet her, jeg ønsker bare å diskutere hvorfor de havnet på denne metoden fremfor andre metoder. Jeg støtter dette fult ut jeg. Jeg har bare lyst til å lære mer om hvorfor akkurat dette systemet er antatt å være best. 

Endret 24. mars 2021 av oophus

[Simen1]

oophus skrev (6 minutter siden):

Ja, jeg forstår jo det, men det er nettopp det jeg ønsker å diskutere. Hvorfor lagre varme i fjellmassene over et lukket system. Hvor er fordelene og ulempene når man beveger seg opp i skala som her? 

500 brønner a 200m lengde og varmesone 2m radie fra brønnene gir rundt 3 milloner tonn masse å lagre varme i. Utfordringen med alternativene er kostnadene ved å bygge noe med like mye termisk masse. De har for eksempel en del km med gruver å bygge isolerte anlegg inni, men å isolere et titalls kilometer med gruveganger og bygge et lukket system der koster mye. Det samme med et utendørs isolert tankanlegg.

Eller for å ta en parallell til varmtvannberedere igjen: Man trenger bare et varmeelement, bore hull, stikke det inn så er man i gang. Man trenger ikke å bygge selve varmelagret.

Angående skala så krever det mer materiell (borestrenger) og tar lengre tid å bore veldig dype hull. 200m er vanlig. Men man oppnår skalafordeler av å bore flere hull ved siden av hverandre. Avstand mellom hullene må også tilpasses bergets ledningsevne og hullenes lengde.

500-1000 grader er jo "lava-temperatur". Det skaper selvsagt en del utfordringer med termisk utvidelse, bergarter, avgassing og materialvalg. Høy temperatur gir mer mening der man ønsker å holde nede vekt og volum på varmelagret. Berg er en praktisk talt ubegrenset ressurs sånn sett. Det er lettere å forsyne seg med mer berg enn det er å øke temperaturen.

Dessuten går man jo fullstendig glipp av energiproduksjonen som varmepumper genererer ut av "tynn luft", eller muligens sjøvann i dette tilfellet.

[OPLQC90R]

Sats heller på dypboring etter geotermisk energi. Da får Svalbard trygg tilgang på energi hele året. Gjør for øvrig Svalbard til et internasjonalt forskningsprosjekt som viser hvordan isolerte samfunn kan bli selvforsynte med fornybar energi. Forskningen har nådd langt når det gjelder enkeltteknologier. Den store oppgaven nå er å få alle disse teknologiene til å fungere sammen på en mest mulig effektiv måte.

[Esod Mef]

Det kunne vore interessant å sjå på kostnadane og effektiviteten av ein termos med energibrønnar kontra løysinga til https://polarnightenergy.fi/solutions

Sistnemnde brukar sand av "dårleg" kvalitet og varmar denne opp til typisk 600 grader C med røyrsystemet sitt. Dette er designa som sesonglager for bruk nord i Finland. Det ligg intervju ute med desse der dei hevdar eit sylinderforma varmelager med diameter 40m og djupne 35m (obs! tal frå hukommelsen. Ikkje kvalitetssikra) er nok til ein by på 25000 innbyggarar. Sanden må haldast tørr, elles er større betre i høve til varmetap. Sidan sanden isolerer trengs mindre isolasjon dess større systemet er.

Endret 4. juni 2021 av Ing. Bjotveit