Grunnvarme er løsningen

– Med regjeringens mål om å øke utnyttelse av fornybar energi med 14 prosent innen 2020, er det ikke nok å satse på bioenergi, vindkraft og solenergi. Det eneste som kan bringe oss til dette målet er at vi i mye sterkere grad satser på grunnvarme, hevder Kirsti Midttømme i Norges Geotekniske Institutt (NGI).

Grunnvarme står allerede for 3,0 TWh, vindenergi gir oss nært opp til 1 TWh, mens tilskuddet fra solenergi er forsvinnende lite. Til sammenligning gir vannkraften rundt 120 TWh i et middels år. I Norge produseres nesten all elektrisitet i vannkraftverk, og vi er den sjette største vannkraftprodusenten i verden.[1]

– Grunnvarme og geotermisk energi er det fornybare energialternativet som har det største potensialet. Teoretisk sett finnes det for eksempel mye mer energi magasinert i berggrunnen på land i Norge enn det finnes magasinert som petroleum offshore, sier Midttømme.

Og vi må tro at hun vet hva hun snakker om. Midttømme har arbeidet drøyt ti år innen fagområdet geo-energi, og har vært sentral i flere store prosjekter, bl.a. grunnvarmeanlegget ved Akerhus Universitetssykehus (Ahus).

[1] I et midlere år produseres det i dag om lag 123 TWh fornybar kraft. Maksimal årlig produksjon fra fossil kraftproduksjon er om lag 6 TWh. Kilde: NVE

En uendelig kilde

Geotermisk energi er varmeenergi fra Jordens indre. Den kommer fra ”gammel” varme som ble dannet i kjernen og mantelen den gangen Jorden ble dannet for 4,6 milliarder år siden, samt fra en kontinuerlig tilførsel av varmeenergi fra spalting av radioaktive elementer i jordskorpen.

I gjennomsnitt øker temperaturen med 25-30 °C/km nedover i jordskorpen. Men i aktive geologiske områder, fortrinnsvis i nærheten av plategrensene, kan gradienten være opp til ti ganger høyere. Det største potensialet for geotermisk energi finner vi derfor i land som Island, New Zealand, Indonesia, Filippinene og USA.

Internasjonal forskning antyder at Jorden avgir en varmeeffekt på 31Tw. Omtrent en tredjeedel kommer fra Jordens restvarme, mens to tredjedeler kommer fra radioaktivitet i jordskorpen. Tallet er i seg selv vanskelig å forstå, men det vi må ta innover oss er at vi her snakker om en utømmelig energikilde som er fullstendig utslippsfri. Spørsmålet er hvor og hvordan den kan utnyttes mest mulig effektivt.

– Med de lave temperaturgradientene vi har her i landet, må vi innenfor geotermisk energi i første rekke satse på grunnvarme og varmepumper. Det er ikke aktuelt med det første å satse på fremstilling av elektrisitet fra vanndamp, slik for eksempel islendingene driver med. Her må boreteknologien utvikles før det kan bli lønnsomt, mener Midttømme.

La oss derfor se litt på forskjellige måter å utnytte jordenergien på.

To typer geotermisk energi

Høytemperatur geotermisk energi brukes synonymt med den energien som kan hentes opp og utnyttes direkte til oppvarmingsformål eller til produksjon av elektrisk kraft.

Når temperaturen på de geotermiske kildene er høyere enn 175 °C, kan det produseres elektrisk kraft direkte. Temperaturer ned til 100 °C kan imidlertid også utnyttes med såkalt binær teknologi. Brønnstrømmen varmeveksles da med et medium med lavere kokepunkt. Varmekilder med temperatur ned til 40 °C kan utnyttes direkte til oppvarmingsformål.

Utnyttelse av høytemperaturkilder til oppvarming og prosessvarme er den eldste anvendelsen av geotermisk energi. På Island er i dag 87 prosent av bygningene varmet opp med geotermisk energi distribuert som fjernvarme.

Grunnvarme er lavtemperatur termisk energi (5 – 30 °C) som stammer fra Jordens indre og fra soloppvarming. Her snakker vi altså om både solenergi og geotermisk energi som er lagret i undergrunnen og som hentes ut ved lave temperaturer og oppgraderes til høyere temperatur med bruk av varmepumpe.

Grunnvarmeer en felles betegnelse der lavtemperatur termisk energi fra grunnen – utvekslet i fjell, grunnvann eller løsmasser – utnyttes.

Dersom energikilden holder lavere temperatur enn man trenger, må det benyttes varmepumpe for å heve temperaturen. Det er også mulig å utnytte slike anlegg til kjøling. Ved et balansert varme- og kjølebehov, forbedres lønnsomheten for slike anlegg. For grunnvarme er det særlig energibrønner i fjell med dyp ned til ca. 200 meter som får økende økonomisk og energimessig betydning.

– Grunnvarme representerer det mest lovende fornybare energipotensialet her i landet, hevder Midttømme.

Grunnvarme for Norge

– For enkelthusholdninger her i landet vil geotermiske energi først og fremst være aktuelt for oppvarming. Større bygg, spesielt kontorbygg med datasentraler og sykehus, vil imidlertid også kunne ha et behov for kjøling. I begge tilfellene er grunnvarme en god løsning, mener Midttømme.

Og det er med kjøling at grunnvarme med energibrønner har det største potensialet. Undergrunnen kan da fungere som et energilager, og varme kan lagres både på kort (timer eller døgn) og lang sikt (sesong eller år).

Grunnvarmebaserte varmepumper er den eneste utnyttelsen av geotermisk energi i Norge så langt. Det er særlig lukkede systemer med energibrønner i fjell som er i vekst. Disse anleggene har vist seg mest robuste og minst vedlikeholdskrevende.

– Vi ser på brønner ned til ca. 350 meter hvor temperaturen kan komme opp i 10-12 °C. Under 20 meters dyp er temperaturen også stabil hele året, sier Midttømme som har bistått byggherrer, myndigheter og rådgivere i mange grunnvarmeprosjekter.

Det er anslagsvis 30.000 grunnvarme installasjoner i dag. Antall installasjoner i boliger, større bygninger, samt fjernvarme- og fjernkjølesystemer er økende, og grunnvarme og energilagring bidrar med ca. 3,0 TWh per år per 2009. Energiformen står nå for mer enn to prosent av oppvarmingen av landets bygninger. Vi er heller ikke så dårlige som mange later til å tro. Målt i installert kapasitet etter folketall, ligger Norge internasjonalt på en tredjeplass når det gjelder utnyttelse av grunnvarme. Men Sverige er flinkere.

– I Sverige har de 400.000 anlegg som til sammen produserer 12 Twh per år. Det er omtrent ti prosent av det vi produserer med vannkraft. At Island også er bedre, burde ikke være noen overraskelse for geologer som kjenner landets geologi (GEO 02, 2005).

En gigant i europeisk skala

På Christiania Spigerverks gamle tomt i Nydalen har Handelshøyskolen BI andre bygget på til sammen 170.000 m² gulvflate. Det er 10 ganger slottet og det samme som 1000 store eneboliger. Og alle får de varme, kjøling og varmt tappevann fra fire store varmepumper og et av Europas største grunnvarmeanlegg.

180 energibrønner er boret. 14 cm i diameter og gjennomsnittlig 200 meter dype. Opp av brønnen stikker to slanger, hver med en diameter på 4 cm. De er snudd med en u-bøy dypt der nede og i dette systemet sirkulerer en frostvæske som vinterstid henter varme og sommerstid avgir varme.

Dypere enn ti meter er temperaturen i jorda stort sett stabil, uavhengig av årstiden. Deretter blir det litt varmere jo dypere vi borer.

Frostvæsken fra de 180 brønnene samles i store kvadratiske kummer som vil være tilgjengelige. Enkelt-brønnene støpes over, men garasjeskjellerne bygges slik at man kan pigge opp gulvet dersom det mot formodning skulle bli nødvendig.

Merkostnadene som denne investeringen krever er på ca. 17 millioner kroner. Utbygger, Staten og Oslo kommune spleiser, og når årlige besparelser på driften er beregnet til knapt 4 millioner, så er det åpenbart god butikk.

Ahus – grunnvarmeanlegg åpnet i 2008

Det nye universitetssykehuset i Akershus krever like mye energi til oppvarming (ca. 20 GWh/år) som ca. 1.300 eneboliger på 150 kvm hver. Det varmepumpebaserte grunnvarmeanlegget vil da kunne dekke cirka 80 prosent av sykehusets totale oppvarmingsbehov. Samtidig vil utgiftene til kjøling reduseres.

Grunnfjellet på et 20 måls jorde like i nærheten fungerer som et magasin (energilager) der overskuddsvarmen fra sommerhalvåret lagres og hentes opp igjen om vinteren. Til dette formålet er det boret 228 brønner som er 200 meter dype. Det er planer om å utvide brønnparken ved Ahus, som allerede er Europas største, til 390 brønner.

For overføring av varmeenergi til fjellet føres en væske bestående av vann og etanol gjennom et lukket rørsystem ned i energibrønnen. Varme avgis i brønnen til fjellet når temperaturen på væskeblandingen er høyere enn temperaturen til fjellet. Tilsvarende opptas varme når temperaturen til væskeblandingen er lavere enn temperaturen til fjellet. I tillegg til bruk av grunnen som energilager utnyttes også kondensatorvarmen direkte i varmeanlegget i de periodene av året hvor det er samtidig kjøle- og varmebehov i sykehuset.

Totalt skal det investeres over 100 millioner kroner i det termiske anlegget. En vurdering av lønnsomheten viser at merinvesteringen som anlegget innebærer (i forhold til konvensjonell løsning basert olje eller elektrisitet) tjenes inn i løpet av 5 – 10 år.

Spørsmål om vilje

Løsmassene og berggrunnen er full av varmeenergi. Noe av den har blitt tatt i bruk til oppvarming i husstander, samt til oppvarming og avkjøling i industribygg og sykehus. Potensialet er imidlertid stort. Det er fortsatt nok å ta av.

– Det er kun et spørsmål om vilje for at vi skal bli flinkere til å utnytte denne utslippsfrie energien, sier Kirsti Midttømme som er NGIs frontfigur innenfor dette fremtidens fagfelt.