Kart over energipotensialet i løsmasser
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i Elverum
Kartlegging av energipotensialet
Potensialet for grunnvarmeuttak
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i Alvdal
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i Voss
En av hovedaktivitetene innenfor temaet grunnvarme, er kartlegging av potensialet for grunnvarmeuttak fra løsmasser. Grunnvarmeuttak fra løsmasser er basert på bruk av varmepumper der opp-pumpet grunnvann er energikilden. Grunnvarmepotensialet er derfor i hovedsak avhengig av hvor mye grunnvann som kan tas ut og temperaturen på grunnvannet. Driften av slike anlegg er blant annet avhengig av den kjemiske kvaliteten på grunnvannet.
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i løsmasser gjøres i første omgang på grunnlag av eksisterende data fra kvartærgeologiske og hydrogeologiske kart, tidligere undersøkelser av løsmasser og grunnvann og driftsdata fra vannverk. Samtidig vil det nødvendig med tilleggsundersøkelser i felt for å få et helhetlig bilde av de hydrogeologiske forholdene. Her er det snakk om grunnundersøkelser basert på georadarmålinger og undersøkelsesboringer. I tillegg vil det være aktuelt å måle grunnvannstemperaturen i eksisterende brønner, samt prøvetaking og analyse av grunnvannskvaliteten.
Et oversiktskart som viser det lokale grunnvarmepotensialet i løsmasser vil være et utmerket hjelpemiddel til langsiktig arealplanlegging og energipolitikk. Usikkerheten knyttet til valg og planlegging av grunnvarmeanlegg basert på opp-pumpet grunnvann vil bli mindre. Anleggene blir lettere å dimensjonere, og det vil bli færre anlegg med driftsproblemer. Dette, sammen med informasjonstiltak, vil legge forholdene til rette for økt bruk av grunnvarme. I hoveddalførene på Østlandet, med kalde vintre og generelt gode forhold for grunnvannsuttak fra løsmasser, ligger forholdene godt til rette for å benytte grunnvarme.
NGU har kartlagt grunnvarmepotensialet i løsmasser i området rundt Elverum sentrum, og arbeider for tiden med tilsvarende prosjekter i Alvdal og Voss.
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i Elverum
Bruk av varmepumper basert på opp-pumpet grunnvann til varme- og kjøleformål er lite brukt i Norge. I samarbeid med Norges vassdrags og energidirektorat (NVE) har Norges geologiske undersøkelse (NGU) laget et kart over grunnvarmepotensialet i løsmasser i Elverum. Viktige parametre som er bestemmende for hvor mye grunnvann som kan tas ut og benyttes til energiformål, er løsmassetype, magasinmektighet, grunnvannstemperatur og vannets kjemiske kvalitet. To områder i Elverum, Grindalsmoen og Strandmoen/Sagtjernet, peker seg ut som godt egnet for bruk av grunnvann som energikilde. Her er mektigheten av massene stor og de vannførende lagene har høy kapasitet. Brønner fra eksisterende og gamle vannverk i disse områdene har en produksjonsrate på over 2000 l/min (=33 l/s). På grunn av liten løsmasseoverdekning eller mye finstoff i massene, er den sørøstlige delen av det kartlagte området mer eller mindre uegnet for bruk av grunnvann som energikilde. Det er viktig å poengtere at kartet over grunnvarmepotensialet i løsmasser i Elverum er en oversikt over ressursene, og at behovet for detaljkartlegging er stort.
Vi har kartlagt den sentrumsnære delen av Elverum med bebyggelse og industri. Elverum sentrum er svært konsentrert med store deler av boligmassen innenfor et lite område. Dette er gunstig med tanke på fremtidige fjernvarmeanlegg. Topografien i det kartlagte området er dominert av Glommas dalføre med jordbruksarealer langs bredden. Kvartærgeologisk sett består dalbunnen av breelv- og elveavsetninger. Løsmassedekket er gjennomgående mektig, og dets beskaffenhet gjør at relativt lite av nedbøren renner av på overflaten. I områder hvor løsmassedekket er tynnere vil man få raskere avrenning til bekker og elver. Elverum har et typisk innlandsklima der nedbørsmengden i et normalår er 600-700 mm. Årsmiddeltemperaturen i Elverum er 3° C.
Kartlegging av energipotensialet
Kartet som viser potensialet for grunnvarmeuttak fra løsmasser i Elverum er inndelt etter hvor stor effekt det er mulig å ta ut fra opp-pumpet grunnvann pr. brønn ved de enkelte lokaliteter. Vi har valgt å dele området inn i fire kategorier, henholdsvis "> 100 kW", "50-100 kW", "10-50 kW" og "uegnet". Grunnvannstemperaturen er rundt 5° C (jmf. Figur 6). Effektberegningene er gjort på grunnlag av følgende formel:
Effekt = CH2O´ Q´ DT [kW] (formel 1)
hvor
CH2O = vannets spesifikke varmekapasitet = 1,17 [kWh/m3K].
Q = uttatt mengde vann pr. tidsenhet [m3/t].
D
T = Tinn - Tut, temperaturdifferansen mellom grunnvannet inn på, og ut fra varmepumpa [K].I beregningene som ligger til grunn for effektinndelingen på grunnvarmekartet (figur 7) er DT satt til å være 2,5 K. Figur 1 viser det mulige effektuttaket plottet mot pumperate og temperaturdifferanse fra grunnvann beregnet fra formel 1.
Figur 1. Mulig effektuttak gitt i [kW] fra grunnvann som funksjon av pumperate og temperatursenkning. (Andersson et al., 1982).
For å kunne anslå løsmassenes egnethet for grunnvanns-/grunnvarmeuttak er det gjort grunnundersøkelser i form av geofysiske målinger, sonderboringer og prøvetaking av vann i undersøkelsesområdet. Inndelingen av løsmassene er gjort etter en vurdering av løsmassenes mektighet og vanngjennomgang. Grunnvannsmagasin der vannførende lag har stor mektighet og god
vanngjennomgang, er kartlagt til å ha et stort grunnvarmepotensial (høy effekt). Tilsvarende er områder med liten løsmasseoverdekning eller tette masser (silt, leire, morene), kartlagt som "uegnet" for bruk av grunnvann som energikilde. Resultater fra vannanalyser viser at vannet har tilfredsstillende kvalitet. De mest kritiske parameterne, jern og mangan, viste lave verdier slik at risiko for utfellinger er lav. Ut i fra dette ble vannkvaliteten antatt tilfredsstillende i hele undersøkelsesområdet.
Figur 2. Sonderboringer på Elverum høsten 1998.
Det er også gjort en vurdering av hvordan vanntemperaturen i Glomma virker inn på grunnvannstemperaturen i løsmassene langs Glomma. Observasjoner i en brønn i nærheten av nåværende Elverum vannverk på Grindalsmoen, cirka 150 m fra Glomma, viser at brønnen trekker på grunnvann som strømmer fra vest mot Glomma. På vårparten er vannet i brønnen kaldt vintervann, mens man ved juletider har varmt sommervann i brønnene. Denne trenden kommer tydelig frem i figur 3 som gir en fremstilling av lufttemperatur, grunnvannstemperatur og temperaturen i Glomma i løpet av et år (1983/84).
Figur 3. Temperaturvariasjoner ved Elverum vannverk. Grunnvann-, luft- og vanntemperaturen i Glomma.
På bakgrunn av grunnvannstemperaturens "motfase" i forhold til lufttemperaturen, har vi valgt å ikke ta hensyn til Glommas påvirkning av grunnvannstemperaturen ved kartleggingen av grunnvarmepotensialet i løsmasser i Elverum. Enkelte steder langs elvebredden kan imidlertid grunnvannstemperaturen senkes vinterstid. Derfor bør ikke grunnvarmeanlegg basert på opp-pumpet grunnvann plasseres helt i elvekanten uten å ha kartlagt temperaturforholdene for lokaliteten gjennom året på forhånd.
Potensialet for grunnvarmeuttak
Figur 4 viser et utsnitt av grunnnvarmekartet over Elverum i målestokk 1: 30 000. Med Elverums stedvis store løsmassemektigheter er potensialet for bruk av grunnvann som energikilde til varme- og kjøleformål stort. To områder i Elverum er godt egnet for bruk av grunnvann som energikilde, nemlig Grindalsmoen og Strandmoen/Sagtjernet. Her er mektigheten av massene stor, de vannførende lagene har høy kapasitet og vannkvaliteten er tilfredsstillende. Brønner fra eksisterende og gamle vannverk har en produksjonsrate på over 2000 l/min (33 l/s) som ved uttak av 2,5 ° C gir en effekt på cirka 350 kW. Den sørøstlige delen av det kartlagte området er mer eller mindre uegnet for bruk av grunnvann som energikilde. Det er viktig å få presisert at kartet over grunnvarmepotensialet i Elverum kun er en oversikt over tilgjengelige grunnvarmeressurser.Ved eventuelle utbygginger av anlegg er det behov for detaljundersøkelser for vurdering av brønnplassering, brønndimensjonering, brønnkapasitet, grunnvannstemperatur og grunnvannskvalitet.
Figur 4. Energipotensialet i grunnvannsmagasin ved Elverum. Kartet viser mulig energiuttak pr. brønn regnet ut fra en temperatursenkning på opp-pumpet grunnvann på 3 ° C.
Kommunens nytte av kartleggingen
Generelt er nytteverdien av kart direkte knyttet til bruksverdien. Derfor er det viktig at Elverum kommune gjør grunnvarmekartet fra NGU kjent og tilgjengelig for allmennheten. Dette vil øke den framtidige bruken av kartet.
Kartet over grunnvarmepotensialet i løsmasser i Elverum gir grunnlag for å vurdere grunnvarme som et reelt alternativ for andre energikilder som for eksempel bioenergi, ved, olje og elektrisitet. Sett i forhold til ved- og oljefyring, vil oppvarming ved hjelp av grunnvarme og varmepumper bedre luftkvaliteten i Elverum vinterstid (ingen utslipp av NOx og CO2). Bruk av varmepumper frigjør dessuten store mengder elektrisk energi. Den elektriske energien som går med til å drive et varmepumpeanlegg utnyttes eksempelvis tre til fem ganger mer effektivt enn hvis elektrisiteten brukes til oppvarming i panelovner eller elektrokjeler. Med kommunens store bygningsmasse ligger det derfor et betydelig sparepotensiale i reduserte fyringsutgifter ved bruk av riktig dimensjonerte varmepumpeanlegg.
Andersson, O., Johansson, I., Perers, J., 1982:Utnyttjenade av överskottsvärme i grundvatten vid kunstjord infiltrasjon. Förstudie. Byggforskningsrådet. Rapport R121:1982.
Hilmo, B.O., Skarphagen, H., Morland, G.,1998: Grunnvarme -en energikilde for framtiden. Norges geologiske undersøkelse/ årsrapport 1998.
Kalskin, R., 1998: Kartlegging av potensialet for grunnvarmeuttak fra løsmasser i Elverum. Hovedoppgave ved NTNU, fakultet for geofag og petroleumsteknologi.
Kalskin, R., Hilmo, B.O., 1999: Kartlegging av potensialet for grunnvarmeuttak fra løsmasser i Elverum. NGU rapport 99.008.
Skarphagen, H., 1998: Grunnvarmebaserte varmepumper -Geologiske forhold og geografisk lokalisering. Norges geologiske undersøkelse.
Stene, J., 1997: Varmepumper Grunnleggende varmepumpeteknikk. Rapportnr. STF84 A973002, SINTEF Energi, Klima og Kuldeteknikk.
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i Alvdal
NVE og NGU pekte ut Alvdal som et interessant område for kartlegging av grunnvarmepotensialet.
Det kalde klimaet i Alvdal fører til en lang og energikrevende fyringssesong. Lav grunnvannstemperatur vil også redusere lønnsomheten på et grunnvarmeanlegg. Området sees derfor på som et marginalt område med hensyn på utnyttelse av grunnvarme.
Temperaturloggen ved grunnvannsanlegget i Alvdal viste temperaturer ned mot 0°C i perioden februar-april, og i brønnregistret var foruten brønnene ved grunnvannsanlegget, kun en løsmassebrønn registrert, og den var attpåtil tørr. Det var med en viss skepsis en startet opp med kartleggingen av grunnvarmepotensialet i Alvdal.
Figur 5. Oversiktsbilde over Alvdal.
I samråd med Alvdal kommune og kvartærgeolog Morten Thoresen ble undersøkelsesområdet avgrenset til elveslettene langs Glåma, Folla og Sølna samt områdene ved utløpene av sideelvene Tronåa og Kvennbekken.
Området ble først kartlagt med georadar. I løpet av en uke i juni ble det utført ca 16 km med georadarmålinger systematisk over hele området. Mye finkornede avsetninger samt støy fra senderen på Tronfjellet reduserte kvaliteten på georadaropptakene.
Boringene ble bestemt ut fra tolkninger av georadarprofilene. Det ble gjort 17 boringer, vanligvis ned til ca 20 m dyp. Den dypeste boringene ble boret til 44 m. Der det var aktuelt, ble det foretatt prøvepumping. 5 av boringene ga betydelig mengder vann. Kapasiteten til den gunstigste brønnen anslås til 20 l /s. Disse 5 brønnene var lokalisert til elveviftene til de to overnevnte sideelvene samt områder på elvesletta som tolkes som gamle elveløp. Temperaturen på det opp-pumpede grunnvannet ble målt til mellom 4,0 – 7,0° C. Det er satt ned temperaturfølere i 4 av brønnene. De vil logge temperaturen kontinuerlig i vinter.
Figur 6. Georadarundersøkelse i Alvdal sommeren 1999.
Tolkede georadarprofil vil i løpet av desember bli sendt i digital form til NVE. Disse vil være grunnlaget for modellering av grunnvarmepotensialet i området.
Det ble samlet inn 12 bergartsprøver av bergartene i det aktuelle området. Av disse er det preparert ca 40 varmeledningsprøver. Målinger av varmeledningsevnen for disse vil gi en viss antydning om grunnvarmepotensialet i fjell i det aktuelle området.
Kartlegging av grunnvarmepotensialet i Voss
Prosjektet har til forskjell fra tidligere og pågående kartleggingsprosjekter av potensiale for uttak av grunnvarme fra løsmasser i kommuner ikke hatt som formål å kartlegge potensialet i hele Voss kommune. Undersøkelsene i dette prosjektet har derimot vært rettet inn mot enkelte områder med eksisterende eller framtidig behov for vannbåren varme. Disse områdene ble valgt ut i samråd med kommunen.
Utvalgte områder:
Vetleflaten; planlagt bygging av et stort eldresenter.
Tvildemoen; store utbyggingsplaner for teknologisk industri samt nye boligområder.
Vossevangen; kommunale bygninger samt flere større hoteller med vannbåren varme.
Det ble imidlertid utført undersøkelser ut over disse lokalitetene for å få et mer heldekkende kartleggingsgrunnlag for Vossevangen med tilstøtende nærområder.
Det har i perioden juni – oktober 1999 blitt gjennomført feltbefaring, georadarmålinger (5200 meter) samt grunnboringer ved 12 utvalgte lokaliteter. Ved 4 av disse borelokalitetene ble det satt ned sandspiss for prøvepumping og uttak av vann- og løsmasseprøver.
Feltaktiviteter i forbindelse med prosjektet er avsluttet. Det gjenstår noe arbeid i tolkning og presentasjon av georadarprofilene. Rapport med kartgrunnlag er under utarbeidelse og er forventet ferdigstilt i mars 2000. Som en følge av NGUs kartleggingsarbeid gjennomfører kommunen for tiden undersøkelser av mulighetene for grunnvarmeuttak fra dype fjellbrønner ved Vetleflaten. Dette arbeidet ligger utenfor dette prosjektets kartleggingsoppgaver men følges opp av Helge Skarphagen ved NGUs Oslokontor.
Undersøkelsene viser at områder med potensialet for uttak av større grunnvannsmengder i undersøkelsesområdet er avgrenset til deltaflatene ved Vossevangen og ved Gjernesmoen. Temperaturen på grunnvannet målt under prøvepumping ved Vossevangen viste høy grunnvannstemperatur (6-9 oC) og gode muligheter for uttak av grunnvarme. Grunnboringer ved Vetleflaten og Tvildemoen viste liten mektighet og dårlig vannføringsegenskaper på vannmettede sedimenter. Muligheter for større grunnvarmeuttak fra løsmasser er derfor ikke til stede ved disse to lokalitetene.