Det følgende er et uddrag fra bogen “Klimaplan 2030 – Realisme eller Utopi”, der udkom i november 2020. Geotermi er på det sidste blevet af interesse, da det er nævnt som én af teknologierne, der skal satses på, i en netop udkommet rapport fra Ingeniørforeningen og Aalborg Universitet. Den rapport vil blive anmeldt snarest her på siden.
Gratis energi, pumpet op fra undergrunden og klar til at bruge som fjernvarme, lyder næsten for godt til at være sandt. Men det bliver praktiseret rundt omkring i verden i stor skala til alles tilfredshed. Det er da helt oplagt at prøve det samme her i Danmark. Det har man gjort, og desværre har resultaterne ikke været så ønskværdige endda. Store risici allerede i investeringsfasen, høje omkostninger og en efterfølgende drift, der ikke er gået særligt godt.
Alligevel er geotermi et af de elementer, der indgår i planerne for Danmarks vej mod CO2-neutralitet. Er det berettiget?
Geotermi
Jordkloden er meget varm under overfladen. Inde i centrum er der 5000 grader eller mere. Så jo længere ned, man borer, desto varmere bliver det. I Danmark regner man med en temperaturstigning på 25-30 grader celsius for hver kilometer, man kommer ned.
Hvis man kunne bringe denne varme op til overfladen, ville man i princippet have en uudtømmelig vedvarende energikilde, der absolut ikke var ledsaget af noget udslip af CO2. I princippet er det bare at bore to huller og pumpe vand ned gennem det ene, vandet varmes op i dybet og bringer varmen med op gennem det andet hul.
Geotermiske anlæg findes som nævnt allerede, ikke mindst på steder som Island, hvor man pga. vulkansk aktivitet har store mængder af naturligt opvarmet vand. Hvis ikke det er nok, skal man ikke bore mange meter ned, før der er adgang til varme i store mængder.
I Danmark er princippet også eftervist i praksis. Her er man nødt til at bore ned til mellem 700 og 3000 m for at få varme nok. Geotermi egner sig ikke til elforsyning, hertil er temperaturerne for lave, men til fjernvarme virker det fint.
Danmark har p.t. tre anlæg, der er, eller har været, i drift. De har hver især produceret varme nok til at forsyne 2000-4000 husstande med fjernvarme. I takt med at fossile brændstoffer udfases, og vindmøllerne tager sig af elektricitetsproduktionen (i hvert fald når det blæser), betragtes geotermi som en mulighed for i større skala at kompensere for den manglende varmeforsyning, som kraftvarmeanlæggene ellers leverer. Der tales om en andel af forsyningen på 10 % i 2030 og op til 30 % i 2050 (1).
Man må ikke forveksle geotermi med jordvarme. Ved sidstnævnte pumper man vand igennem lukkede rør, der er gravet ned i jorden – ned til 250 meters dybde. Derved trækkes der varme ud af jorden og overføres til vandet. Temperaturen er om sommeren ikke meget højere end omgivelsernes, men varmen kan udvindes ved hjælp af en varmepumpe (2). Varmen stammer i vid udstrækning fra solens indstråling. Jordvarme vil ikke blive behandlet yderligere i denne bog.
Teknikken og geologien
Geotermien har mange udfordringer. Cirkulationen af vand vil hurtigt afkøle området mellem nedpumpnings- eller injektions-boringen og oppumpningsstedet. Der skal derfor være en stor afstand mellem de to rør, gerne en kilometer eller mere. Det betyder så, at man skal ramme nogle klippelag, hvor vandet er i stand til at strømme igennem uden for stor modstand. Sådanne porøse lag forekommer ikke så hyppigt i undergrunden. I Danmark er det lag af sandsten, man går efter, men de findes kun på bestemte dybder og langt fra i hele landet. Der er således områder i Danmark (f.eks. det meste af Fyn), hvor geotermi slet ikke kan lade sig gøre, se fig. 1. Andre steder vil der være ét brugbart lag (markeret med lysegrønt på fig. 1) eller flere (mørkegrønt).
Flere af vores nabolande, f.eks. Norge og Sverige, har kun meget begrænsede muligheder, idet de ligger på klippegrund ligesom Bornholm.
Nede i det porøse sandstenslag findes der allerede vand, som normalt er stærkt saltholdigt. Produktionshullet bores ned til laget, og der sænkes en højtrykspumpe derned, den skal så transportere det varme vand op til overfladen.
Fra 700 meters dybde kan man hente vand, der er ca. 50 grader varmt. Går man ned omkring 2000 m, er det muligt at hente vand, der er godt 70 grader varmt. Disse temperaturer kan som nævnt ikke bruges til el-fremstilling, men ved hjælp af en varmepumpe kan temperaturen hæves til et niveau, der kan bruges i fjernvarmeforsyningen. Varmepumpen skal være højeffektiv og er en dyr og temmelig kompliceret maskine. Vandet fra undergrunden bliver heri afkølet til ca. 16 grader, og samtidigt bliver vand til fjernvarmeforsyningen opvarmet til 70 grader eller mere. Det er således ikke vandet fra undergrunden, der løber direkte ud i fjernvarmenettet.
Det afkølede vand bliver pumpet tilbage i undergrunden via injektionsboringen, hertil skal der igen bruges en højtrykspumpe. Fig. 2 viser en principskitse af et geotermisk anlæg. Her fremgår det, at afstanden mellem op- og nedpumpning er 1,5 km. I praksis kan man stadigvæk have begge boringer relativt tæt på hinanden ved jordoverfladen, man skal da bore skråt ned eller med buede forløb, som også kendes fra olieudvindingen. I nogle anlæg har man dog valgt at have lodrette boringer, de er billigere og mindre komplicerede, og så må man acceptere at pumpe det afkølede vand fra varmepumpen til injektionsboringen over land.
Som nævnt fører udnyttelsen af geotermi til en gradvis afkøling af vandet i undergrunden. Det kan ikke nå at blive opvarmet fra omgivelserne i takt med udpumpningen, og langsomt vil temperaturen falde. Som tommelfingerregel siger man, at boringerne vil have en levetid på 25-30 år, før temperaturen bliver for lav. Derefter skal man vente 5000 år på at varmen vender tilbage (4). Nogle forskere har imidlertid udført nogle modelberegninger og når frem til, at der kan være tale om meget længere levetider for boringerne. Fig. 3 viser et diagram over afkølingen efter 50 år ifølge modellen. Om den er realistisk, kan man nok tvivle lidt på, da det næppe er troligt, at der ikke vil være en større strøm af vand fra injektionen til produktionshullet og en tilsvarende meget mindre strøm i de andre retninger.
En investering i et nyt geotermisk anlæg rummer flere risici, end man normalt har ved opførelse af nye energianlæg. Det er altid dyrt og kompliceret at udføre så dybe boringer, meget kan gå galt undervejs. Sandstenen, som det varme vand findes i, bliver på forhånd identificeret ved hjælp af seismiske undersøgelser. De kan fortælle om dybden og tykkelsen af laget, men de giver ikke nøjagtige oplysninger om, hvor gode strømningsforholdene er i stenen. Det ved man først, når begge boringer er færdige. På det tidspunkt er en stor del af den samlede investering allerede brugt.
En anden bekymring er hensynet til grundvandet nær jordoverfladen. De to geotermiske boringer passerer jo grundvandslagene og selvom boringerne fores, er der alligevel en risiko for, at det saltholdige geotermiske vand forurener grundvandet og dermed vores drikkevand (6).
Geotermiske anlæg i Danmark
I Danmark er der 3 geotermiske anlæg. Her følger en kort redegørelse for hvert af dem.
Thisted
Anlægget i Thisted består af to 1300 m dybe lodrette boringer med en afstand på 1,5 km. Der oppumpes 200 m3 vand pr. sekund (4). Anlægget blev sat i drift i 1984 og forsyner ca. 2000 husstande med fjernvarme (7). Der har ikke været nogen mærkbar sænkning i temperaturen, men man løb ind i problemer med injektionen, hvor der var et fald i den mængde vand, man kunne pumpe ned. I 2017 besluttede man så at bore et nyt injektionshul, 650 m fra det gamle (8), Det fungerer tilsyneladende fint.
Sønderborg
Anlægget i Sønderborg blev sat i drift i 2013 og her har man boret ned til 1200 meters dybde (4). Kapaciteten svarer til 2400 husstandes varmeforbrug (7).
Desværre blev anlægget stoppet i slutningen af 2018. Problemet var, at injektionspumpen ikke mere var i stand til at pumpe vandet ned i undergrunden (9). Årsagen var tilsyneladende, at injektionsrøret er blevet blokeret af partikler fra vandet, og muligvis også rust fra røret (10).
Amager
Anlægget har en kapacitet svarende til 4600 husstande (7). Det blev sat i drift i 2006. Der er 3 boringer, en til oppumpning og to til injektion. Ved jordoverfladen er de tæt på hinanden og går så skråt ned. Boringerne er 2,6 km dybe, her er vandets temperatur 73 grader celsius. Der pumpes 210 m3 vand op pr. time (4). Anlægget er imidlertid blevet taget ud af drift, angiveligt fordi maskineriet er slidt (11). Helt tilbage i 2015 forlød det dog også, at der i lighed med Sønderborg og Thisted var problemer med injektionshullerne, og man ville forsøge at rense det ene med en boring (12). Det lykkedes åbenbart ikke så godt.
Viborg
Endeligt er der grund til at nævne projektet i Kvols ved Viborg. Her havde man vedtaget at bygge et geotermisk anlæg, og boringerne blev sat i gang. Undervejs opstod der flere problemer med borearbejdet. Man skulle 3000 m ned, men nogle af de overliggende lag viste sig at være ustabile, og borehullet blev alt for stort i tværmål. Til sidst blev projektet helt opgivet, det havde da kostet 165 millioner kr. (13).
Økonomien i geotermi
Som nævnt er der store risici forbundet med anlægsarbejdet til et geotermisk anlæg, Viborg er i den forbindelse et skræmmende eksempel. Men under forudsætning af at anlægget kommer til at køre fornuftigt, kan man opstille nogle tal for økonomien. Nogle forskere har opstillet en business case for et tænkt, men realistisk projekt.
Tabel 1 viser hovedtallene for projektet, der skønsmæssigt kan forsyne 3500 husstande med fjernvarme. Med dagens priser vil projektet her give tab. Nutidsværdien af investeringen er i størrelsesordenen minus 120 millioner kr. (14).
Investeringerne i geotermi er store og risikable. Som alternativ til anlægget specificeret i tabel 6.1, blev der også regnet på et såkaldt stjerneanlæg, der skulle kunne forsyne ca. 21.000 husstande. Det var baseret på 10 produktionsboringer, der skrånede udad i alle retninger, ned til 2700 meters dybde, heraf navnet ”stjerne”. Tilsyneladende skulle der kun være én injektionsboring. Investeringen ville løbe op i 1.370 millioner kr. og nutidsværdien ville være minus 700 millioner (14).
Af de to ovenstående tal for investeringerne får man en pris på ca. 60.000 kr. pr. husstand, hvilket i øvrigt svarer meget godt til tallene fra de kørende anlæg.
En ombygning af fjernvarmeforsyningen til 30 % geotermi ville omfatte godt 500.000 husstande (15) og investeringen i anlæggene ville med de 60.000 kr./husstand blive i størrelsesordenen 31 milliarder kr.
Afsluttende bemærkninger
Geotermi er i teorien en stabil, vedvarende CO2-fri energikilde. Den lider ikke under vind- og solenergiens upålidelighed og har derfor ikke behov for backup. Temperaturerne i den danske undergrund er dog så lave, at der kun kan blive tale om varmeforsyning, ikke produktion af elektricitet.
Desværre er de tekniske risici meget betydelige, og de vil gå igen, hver gang man beslutter at bygge et nyt geotermi-anlæg. Der skal bores indtil flere kilometer ned i jorden, og meget kan gå galt undervejs. Først når boringerne er færdiggjort, vil man have sikkerhed for, at anlægget rent faktisk kan producere varme.
Hertil kommer, at problemer også kan opstå under driften, selv efter få år. Borehullerne kan stoppe til og dermed reducere strømmen af vand og energiproduktionen.
To ud af tre anlæg i Danmark har således indstillet driften, uden umiddelbar udsigt til at komme i gang igen. Man kan vælge at forsøge med en ny boring til erstatning for en, der er stoppet til, men det er dyrt. En ny boring i Thisted til erstatning for injektionsboringen, kostede således 38 mio. kr. (15).
Der er også et eksempel fra Danmark (Viborg) på, at et projekt måtte opgives halvvejs i konstruktionsfasen, med et meget stort økonomisk tab til følge.
Som forretning kan geotermiske anlæg ikke svare sig, de giver et tab gennem deres levetid. medmindre de modtager tilskud på den ene eller den anden måde.
Situationen p.t. er således, at de store private eller halvoffentlige investorer ikke er interesseret i at kaste sig ud i nye projekter med geotermi, og der er ikke nogen nye anlæg under opførelse. Der er således meget, der taler for, at geotermi ikke kan komme til at spille nogen rolle i forbindelse med opfyldelsen af 2030 målsætningen.
Referencer
(1): https://www.danskfjernvarme.dk/viden/groen-varme/geotermipamflet
(2): https://ens.dk/ansvarsomraader/geotermi/fakta-om-geotermi
(3): http://data.geus.dk/geoterm/
(7): https://ens.dk/ansvarsomraader/geotermi/geotermianlaeg-i-drift
(8): https://www.energy-supply.dk/article/view/662514/thisted_i_1250_meters_dybde
(11): https://ing.dk/artikel/hovedstadsomraadets-fjernvarmeselskaber-dropper-udvikling-geotermi-226196
(12): https://www.hofor.dk/nyhed/ny-midlertidig-borerig-ved-amagervaerket-skal-forbedre-geotermianlaegget/
(13): https://ing.dk/artikel/ekstra-varmeregning-fejlslagne-boringer-850-kr-om-aaret-169285
(14): https://www.gate21.dk/wp-content/uploads/2018/06/Geotermi-_business_case_EPT.pdf
(15): https://www.energy-supply.dk/article/view/341853/thisted_udvider_geotermianlaeg
Danish
Solid artikel med god baggrundsviden. Tak
Onde tunger vil vide, at fiaskoen i Viborg (delvis?) havde ‘politiske undertoner’:
https://www.weekendavisen.dk/2019-9/samfund/en-kilden-sag
Flot og informativ redegørelse for energimulighederne under vore fødder. Værd at gemme.
I 1995 læste jeg en artikel om de Islandske muligheder for energi på vulkanøen. Af artiklen fremgik at der var ubegrænsede varmeresurser der kunne drive elproducerende turbiner. Wow!
I den anledning viste man en plan for et elkabel der kunne føres til Europa med et eltab på 10% til Tyskland f.eks.
Det er ikke sket, ved vi.
Men så skulle man jo tro, at Island er det perfekte sted at fremstille syntetisk brændstof, hvis der er et marked for det. En langt bedre mulighed end en energi-ø i Vesterhavet.