Internasjonale avtaler om begrensninger i utslipp av klimagasser og en stadig økning i energiforbruket har bidratt til større politisk vilje til å satse på miljøvennlige energikilder. Grunnvarme er en slik energikilde og NGU har utpekt grunnvarme som et nytt satsingsområdene i årene framover.

Hovedmålet i regjeringens energipolitikk er at forbruket av elektrisk kraft skal begrenses, samtidig som det skal stimuleres til økt bruk av alternative fornybare energikilder. I statsbudsjettet for 1999 har dette gitt utslag i økte bevilgninger til enøk og til fornybare energikilder som bioenergi, varmepumper og vindkraft. Offentlige bygg med grunnflate større enn 1000 m2 er fra 1. januar 1999 pålagt å utrede alternative fornybare energikilder til oppvarming.

Når det gjelder varmepumper, vil energiuttak fra grunnen spille en viktig rolle og etterspørselen etter grunnvarme er tiltakende. I tillegg til rene oppvarmingsformål, kan energi fra grunnen også nyttes til kjøleformål og forvarming/avkjøling av luft i ventilasjonsanlegg.

Miljøgevinst og økonomisk lønnsomhet

Vår rike tilgang på billig elektrisk kraft har ført til mindre satsing på andre fornybare energikilder. I hele Norge er det installert knapt 20 000 varmepumper med en årlig energiproduksjon på ca. 4,5 TWh. I Sverige, hvor man har satset mye sterkere på alternative energikilder, finnes rundt 270 000 varmepumper med en årlig energiproduksjon på 17 TWh, og antall anlegg øker med 10 -15 000 hvert år.

Bare en liten andel av verdens 90 millioner varmepumpeanlegg er basert på grunnvarme. De fleste mindre anleggene er luftbaserte, mens mange større anlegg er basert på varmeuttak fra sjøen (som fjernvarmeanlegget i Stockholm, Bodø flystasjon og Statoils forskningssenter i Trondheim).

Utviklingen både i Europa og USA går nå mer i retning av varmepumper med vann, fjell og jord som varmekilde. I USA har myndighetene satt som mål at det hvert år de neste tre årene skal installeres 400 000 anlegg basert på grunnvarme. Dette vil fra 2001 redusere utslippene av drivhusgasser med over en million tonn karbon hvert år, noe som tilsvarer CO2-utslippene fra 500 000 biler.

Lønnsomheten til grunnvarmeanlegg vil dels være avhengig av prisen på konkurrerende energikilder, dels naturgitte forhold. Med dagens lave priser på elektrisk kraft og olje, har grunnvarmeanlegg til eneboliger lang inntjeningstid. Større anlegg, basert på direkteveksling med opp-pumpet grunnvann, er generelt mer lønnsomme. Her kan man, ved gunstige naturgitte forhold, tjene inn anlegget i form av reduserte energikostnader i løpet av få år.

Miljøgevinsten i form av reduserte CO2-utslipp er ikke med i dette regnestykket. Hvordan dette skal beregnes, er opp til de politiske myndigheter. Fra NGUs side må vi imidlertid slå fast at en vesentlig økning i bruken av fornybare energikilder som grunnvarme, forutsetter både økt satsing på FoU og økonomiske støtteordninger til nye anlegg.

Energipotensialet i grunnen

Grunnvarmeuttak skjer vanligvis fra inntil 150 meter dype brønner. Tidligere var nedgravde rør (kollektorsløyfer) mye benyttet. For begge variantene kommer varmen hovedsakelig fra magasinert solvarme. I dypere brønner; for eksempel de som skal forsyne det nye Rikshospitalet, er varmen i hovedsak ren termisk energi dannet ved spalting av radioaktive mineraler.

Effekten på en energibrønn varierer med de geologiske forhold. Avhengig av mulighetene for grunnvannsuttak, benyttes to forskjellige metoder for uttak av grunnvarme: Bruk av lukket kollektor (lukket løsning) og opp-pumping av grunnvann (åpen løsning).

Energipotensialet til en fjellbrønn med lukket kollektor er avhengig av berggrunnens varmeledningsevne, fjellets og grunnvannets temperatur og mengden bevegelig grunnvann. Varmeledningsevnen varierer først og fremst med berggrunnens kvartsinnhold. En energibrønn boret i kvartsitt har ofte ytelser på ca. 7 W/(m(°C), mens brønner i kalksten eller skifer vanligvis yter ca. 2,5 W/(m(°C). Målinger på energiytelser i brønner viser ofte at man oppnår langt høyere effekt enn det man kunne forvente ut fra berggrunnenes varmeledningsevne alene.

Dette må i hovedsak tilskrives varmetilskudd fra bevegelig grunnvann. I Strømstad er det rapportert om ytelser på 10-15 kW uteffekt i 150-200 meter dype brønner i granitt. Dette er mer enn det dobbelte av hva man kunne forvente å oppnå ut fra bergets varmeledningsevne alene.

Grunnvannsstrømning, som i norsk berggrunn foregår på sprekker og riss, har dermed stor betydning for fjellets energipotensiale. Strømningen av grunnvann i fjell er minst i flattliggende terreng og oppe på koller og høydedrag. I brattere terreng og på lokaliteter med tilhørende høyereliggende nedslagsfelt er hastighetene generelt større. Mange norske byer og tettsteder har en slik beliggenhet. Et iøynefallende eksempel er Oslo, der store deler av bebyggelsen ligger på sidene i «oslogryta».

Grunnvarmeuttak fra fjellbrønner blir først og fremst benyttet til oppvarming av eneboliger, men det finnes større anlegg med mange brønner som forsyner boligblokker, næringsbygg etc. Et godt eksempel er varmepumpeanlegget hos Jens Sagen AS i Kristiansand. Anlegget som har en effekt på 50 KW, varmer opp kontorer og produksjonslokaler. Energien tas fra seks 115 m dype fjellbrønner, og opptaket skjer via en glykol/vann-blanding som sirkulerer i plastslanger som er ført ned i hvert borehull. Hele anlegget kostet 400 000 kroner og gir en årlig besparelse på ca. 50 000 kroner i fyringsutgifter.

I løsmassebrønner skjer varmeuttaket ved direkte varmeveksling med opp-pumpet grunnvann. Energipotensialet vil derfor variere med brønnens kapasitet og grunnvannstemperatur. Grunnvannstemperaturen i Norge varierer fra 7°C i kystområdene i Sør-Norge til ca 2°C på Finnmarksvidda. I tillegg vil grunnvannskvaliteten ha betydning for driften av varmepumpeanlegget. Dette gjelder spesielt stoffer som kan gi bakterievekst, igjenslamming og utfellinger (humus, jern, mangan og karbonater) og stoffer som kan gi korrosjon.

Oppvarming og kjøling av bygningsmassen ved Oslo Gardermoen Airport skjer delvis ved bruk av varmeuttak fra opp-pumpet grunnvann. I vinterhalvåret tas grunnvarme fra ni brønner (varmtvannsbrønner) med en samlet effekt på 8 MW. Etter varmeveksling føres vannet tilbake i grunnvannsmagasinet i ni kaldtvannsbrønner. Om sommeren, når det er kjølebehov, snus sirkulasjonen. Da tas vann fra kaldtvannsbrønnene, som etter varmeveksling infiltreres i varmtvannsbrønnene. På denne måten brukes grunnvannsmagasinet som varmelager. Man oppnår høyere effekt, særlig på varmeuttaket om vinteren, fordi man kan ta ut mye mer varme pr liter opp-pumpet grunnvann enn ved kontinuerlig varmeuttak.

Teknologien med å bruke grunnvannsmagasin som varmelager er mye brukt i Sverige. SAS' hovedkvarter utenfor Stockholm dekker hele sitt varme- og kjølebehov ved bruk av denne metoden.

Hvordan utnytte grunnvarme?

Det store flertall av anlegg til enkelthus og middels store brukere nytter lukkede kollektorer (plastrør med en helsemessig harmløs frostveske som henger ned i en borebrønn i fjell) til i varmeopptak. Kollektoren kan også legges i ei grøft, f.eks. i myr eller bores ned i leire.

Større anlegg som benytter opp-pumpet grunnvann er normalt basert på å nytte varmeveksling av grunnvann fra løsmasser, men fjellbrønner som gir mye vann er også godt egnet. Varmevekslet grunnvann blir enten infiltrert i en nærliggende brønn, grøft eller basseng eller pumpet til et vassdrag. Eksempel: Brønnen gir 500 l/minutt = 30 m3/h Det tas ut 3,0 °C Vannets varmekapasitet = 1,16 kWh/m3 °C. Effekt: 30 x 3,0 x 1,16 = 104,4 kW

NGUs rolle

Mulighetene for å utnytte grunnvarme er lite undersøkt her til lands. NGUs brede geologiske kompetanse og kartlegging av berggrunn, løsmasser og grunnvann, gir et godt grunnlag for å utrede grunnvarme som energikilde. I NGUs strategiske langtidsplan er grunnvarme utpekt som satsingsområde for NGU. Arbeidet med å kartlegge energipotensialet, både i fjell og løsmasser, er alt igangsatt.

NGU startet i 1998, i samarbeid med Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) og med støtte fra Norges forskningsråd, prosjektet Kartlegging av grunnvarme i fjell. Formålet er å utvikle egnet metodikk for å utrede potensialet for grunnvarmeuttak fra fjell. Det er valgt ut et forsøksfelt i Asker og Bærum, hvor det skal lages et digitalt kart over energipotensialet.

Kartet lages ut fra en sammenstilling av målt varmeledningsevne og kvartsinnhold på over 80 bergartsprøver, direktemålinger av mulig varmeuttak i borehull og modeller for grunnvannsbevegelse. Erfaringene fra dette prosjektet vil danne grunnlag for videre kartlegging; i første omgang andre steder i Oslo-området og senere rundt andre byer og tettsteder.

I tillegg til kart og oversikter over berggrunnens energipotensiale, er det behov for forskning og utvikling innen fagfeltet. NGU planlegger et forskningsprosjekt for utvikling av metoder for økt energiuttak fra fjellbrønner. Målet er, ved hjelp av spesielle teknikker innen hydraulisk trykking, å lage større varmeveksleflater i fjellet som igjen gir muligheter for større energiuttak pr. brønn.

NGU har også et samarbeidsprosjekt med NVE innen kartlegging av energipotensialet i grunnvannsmagasiner. På bakgrunn av undersøkelser av løsmasser og grunnvann, er det utarbeidet kart over grunnvarmepotensialet rundt Elverum sentrum. Kartet vil inngå i kommunens digitale arealdatabase og vil være et nyttig hjelpemiddel i energiplanleggingen.

Framover ser vi for oss en videreføring av kartleggingen av grunnvarmepotensialet i løsmasser ved andre byer og tettsteder i Østlandsområdet. NGU ser det også som interessant å utrede grunnvarmepotensialet i marine leirer og i dype grunnvannsmagasiner under finkornige avsetninger i flere av våre hoveddalfører.

Fordelen med slike grunnvannsmagasiner er at de har relativt høy og stabil temperatur og kan være godt egnet til varmelagring i sommerhalvåret.

Energipotensialet i grunnvannsmagasin ved Elverum Kartet viser mulig energiuttak pr. brønn regnet ut fra en temperatursenkning på opp-pumpet grunnvann på 3 °C. Energiuttaket som dermed er proporsjonalt med uttaket av grunnvann, er estimert ut fra en samtolking av løsmassekartlegging, geofysiske målinger, boringer, testpumpinger og data fra tidligere og eksisterende grunnvannsanlegg. ©Kalskin 1998

Informasjon til brukerne

For å nå målet om økt bruk av grunnvarme, er informasjon og rådgiving viktige virkemidler. Kart og andre resultater fra prosjektene vil etterhvert bli lagt ut på internett.

På den måten kan hver enkelt grunneier taste inn sin adresse eller gårds- og bruksnummer og få fram en oversikt over grunnvarmepotensialet på eiendommen, der det er kartlagt.

Kartene bør også inn i kommunenes arealdatabaser som hjelpemidler for energiplanlegging. På sikt er det et mål for NGU at grunnvarme alltid skal bli vurdert som et reelt alternativ ved valg av energikilde til oppvarmings- og kjøleformål.

Innhold Årsrapport 1998 | Hovedside NGU