Með fjölnýtingu má gjörnýta orku jarðhitasvæðanna...

 

 

 

 

 

HS-Orka og HS-veitur, eru meðal merkustu fyrirtækja þjóðarinnar. Þar starfa djarfir og framsýnir menn sem þora að takast á við vandamál sem fylgja því að vinna orku úr 300 gráðu heitum jarðsjó, sem sóttur er í iður jarðar á Reykjanesskaganum. Þeir eru sannkallaðir frumkvöðlar. Að sækja orku í sjó sem hitaður er með eldfjallaglóð er einstakt í heiminum. „Gull að sækja í greipar þeim geigvæna mar, ekki er nema ofurmennum ætlandi var" segir í kvæðinu Suðurnesjamenn. Það á ekki síður við um Suðurnesjamenn nútímans.

 

Hefðbundin jarðvarmaorkuver eins og Kröflustöð framleiða aðeins rafmagn. Önnur jarðvarmaver eins og Hellisheiðarvirkjun og Nesjavallavirkjun framleiða einnig heitt vatn sem notað er til húshitunar.

 

Í Svartsengi hefur aftur á móti smám saman þróast sannkallaður auðlindagarður með ótrúlega margslunginni starfsemi. Þar er ekki eingöngu framleitt rafmagn, heitt vatn og kalt vatn, heldur hefur til hliðar við alkunna starfssemi Bláa lónsins, sem 400 þúsund gestir heimsækja árlega, verið komið á fót meðferðarstöð fyrir húðsjúka, þróun og framleiðslu snyrtivara og sjúkrahóteli, svo fátt eitt sé nefnt.

 

Á vegum HS eru stundaðar margs konar rannsóknir á ýmsum sviðum til að leggja grunninn að framtíðinni. Hugmyndin að djúpborunarverkefninu á rætur að rekja til HS og ÍSOR. Svo má ekki gleyma því að nú er verið að taka í notkun verksmiðju í Svartsengi sem á að vinna metanól eldsneyti úr kolsýrunni sem margir telja eiga einhvern þátt í hnatthlýnuninni. Skammt frá Svartsengi er hátæknifyrirtækið Orf-Genetics sem nýtir græna orku; ljós og hita, frá Svartsengi til að smíða sérvirk prótein úr byggplöntum. Jafnvel er ætlunin að nota koltvísýringinn úr borholunum sem áburð fyrir plönturnar.

 

Í auðlindagarðinum í Svartsengi hafa nú um 150 manns fasta atvinnu; læknar, hjúkrunarfræðingar, sjúkraliðar, viðskiptafræðingar, ferðamálafræðingar, tæknifræðingar, verkfræðingar, vélfræðingar, líffræðingar, lyfjafræðingar, jarðfræðingur, forðafræðingur, matreiðslumenn, trésmiðir, þjónar, blikksmiðir, vélvirkjar, rafvirkjar og ófaglærðir. Fræðslustarfsemin skipar sinn sess í auðlindagarðinum. Í Svartsengi er fyrirtaks aðstaða fyrir ráðstefnuhald, fræðslusetrið Eldborg og Eldborgargjáin, og á Reykjanesi er hin metnaðarfulla sýning Orkuverið Jörð. Sýningin hefst á atburði sem gerðist fyrir 14 milljörðum ára er ,,allt varð til úr engu", þ.e. við Miklahvell. Saga alheimsins er síðan rakin í máli og myndum með sérstakri áherslu á sólkerfið. Fjallað er um orkulindir jarðar og hvernig nýta má þær í sátt við umhverfið okkur jarðarbúum til hagsbóta.

 

Þar sem eingöngu er framleitt rafmagn úr jarðgufu setur eðlisfræðin okkur takmörk varðandi nýtni. Það á við um allar vélar sem nýta hitaorku til að framleiða hreyfiorku. Bílvélin er ekki undanskilin. Úr varmafræðinni þekkja margir Carnot-hringinn sem kenndur er við Nicolas Léonard Sadi Carnot, en hann setti fram kenningu sína árið 1824. Jafnan e=1-TC/ TH gefur okkur mestu mögulega nýtni varmavélar sem vinnur milli tveggja hitastiga TC og TH.

Sem dæmi má taka gufuhverfil þar sem hitastig gufunnar inn er 150°C (423° Kelvin) og gufunnar út 50°C (323° Kelvin). Fræðileg hámarksnýtni verður þá 1-TC/TH = 1-323/423 = 0,24 eða 24%.

Að sjálfsögðu er raunveruleg nýtni öllu lægri en fræðilega nýtnin þar sem ávallt tapast einhver hluti orkunnar sem núningur í vélbúnaði, og einnig þarf að nýta hluta framleiddrar raforku til að knýja dælur o.fl. Í raun er heildarnýtni jarðgufustöðvar sem eingöngu framleiðir rafmagn nær því að vera um 15%. Nýtni bílvélarinnar er í raun ekki mikið meiri en 20%, þó svo fræðileg nýtni sé nær því að vera 40%.

 

Carnot er ekki hægt að plata þegar eingöngu er framleitt rafmagn, en það er hægt að nýta á fjölmargan hátt varmann sem til fellur og færi annars óbeislaður út í náttúruna. Þannig getum við aukið nýtnina við nýtingu jarðgufunnar verulega umfram 15%. Það fer eftir aðstæðum hverju sinni hve mikilli heildarnýtni má ná með fjölnýtingu, og einnig fer það eftir því við hvað er miðað og þær forsendur sem notaðar eru. Án þess að fullyrða of mikið mætti nefna 30-50% til þess að hafa samanburð. Það er um tvöföldun til þreföldun miðað við rafmagnsframleiðslu eingöngu.

 

Flestir hafa tekið eftir miklum gufumekki sem leggur frá kæliturnum flestra jarðvarmaorkuvera. Þetta er varmi sem stundum getur verið hagkvæmt að nýta og er vissulega arðbært ef rétt er að málum staðið. Aðstæður á virkjanastað og í nágrenni hans eru mjög mismunandi. Þess vegna er ekki hægt að beita sömu aðferðum alls staðar. Stundum er virkjunin nærri byggð og þá getur verið hagkvæmt að nota varmann sem til fellur til að framleiða heitt vatn, eins gert er í Svartsengi, Nesjavöllum og Hellisheiði. Á þessum stöðum er því heidarnýtnin töluvert meiri en 15% af þessum sökum. Með svokallaðri fjölnýtingu má gera enn betur...

 

Dæmi um fjölnýtingu:

Með svokölluðum tvívökvavélum, þar sem vökva með lágt suðumark er breytt í gufu sem knýr hverfil, er stundum hagkvæmt að vinna raforku úr lághita. Varmann má nýta á staðnum fyrir efnaiðnað, og einnig má nýta hann á staðnum til að hita t.d. gróðurhús þar sem rafmagnsljós eru notuð í stað sólarljóss. Að lokum má svo nýta steinefnaríka vatnið sem eftir verður til lækninga og baða, og koltvísýringinn sem kemur úr borholunum sem hráefni í framleiðslu á eldsneyti og sem áburð fyrir plöntur í gróðurhúsunum. Jafnvel má nota kísilinn sem fellur úr jarðhitavökvanum í dýrindis snyrtivörur. Allt er þetta gert í og við auðlindagarðinn í Svartsengi.

 

Fjölnýting er lykilorðið til að auka nýtnina við virkjun jarðvarmans. Líklega er hvergi í víðri veröld gengið eins langt í fjölnýtingu jarðvarmans og í auðlindagarðinum Svartsengi. Svartsengi gæti verið góð fyrirmynd að því hvernig nýta má jarðvarmann á sjálfbæran hátt með hámarks nýtingu á auðlindinni.

-

Það er reyndar ekki bara í Svartsengi þar sem afgangsvarminn er nýttur.

Í Nesjavallavirkjun og Hellisheiðarvirkjun er varminn frá eimsvölum hverflanna nýttur til framleiðslu á heitu vatni sem notað er fyrir húshitun á höfuðborgarsvæðinu.

Við Reykjanesvirkjun er nú verið að reisa fiskeldisstöð sem nýtir afgangsvarmann, en þar er einnig fyrirhugað að setja upp vélasamstæðu sem framleiðir rafmagn úr þessum varma, þ.e. án þess að bora þurfi fleiri holur.

Við Hellisheiðarvirkjun er fyrirhugað að reisa gróðurhús fyrir matvælaframleiðslu, en þar yrði afgangsvarmi notaður til upphitunar, raforka fyrir lýsingu og koltvísýringur sem kemur með jarðgufunni sem áburður til að örva vöxt.

 

Tækifærin eru til staðar og bíða þess að þau séu nýtt.   Vafalítið a nýting á afgangsvarma frá farðvarmavirkjunum eftir að aukast á næstu árum og þannig verður hægt að tvöfalda eða þrefalda nýtni jarðhitasvæðanna miðað við að eingöngu sé framleitt rafmagn.   

 

 

Greinin hér að ofan er að stofni til grein sem pistlahöfundur skrifaði í Gangverk fréttablað Verkís haustið 2011.  Blaðið má nálgast í íslenskri útgáfu  með því að smella hér og í enskri útgáfu hér.

 

 

Ítarefni: 

     - Frétt Morgunblaðsins:  Risastór eldisstöð Reykjanesi.

     - Pistill frá 2009 um sjálfbæra nýtingu jarðhitans.

     - Nýtni jarðhitavökva til orkuframleiðslu
         Dr. Oddur B. Björnsson verkfræðingur hjá Verkís
         Davíð Örn Benediktsson verkfræðingur hjá Verkís

 

 

 Myndin efst er af stöðvarhúsi Reykjanesvirkjunar.

 

 Gangverk fréttablað Verkís

 

 

 

Risastór eldisstöð á Reykjanesi

Skrár tengdar þessari bloggfærslu:

• Gangverk Jarðhitablað (Íslenskt)
• Gangverk Geothermal (English)

Athugasemdir

[Gunnar Th. Gunnarsson, 3.11.2012 kl. 10:42]

Fróðleg grein, takk! Sumir umhverfisverndarsinnar virðast í heilögu stríði við jarðvarmavirkjanir. Þeir hneykslast gjarna á lélegri orkunýtingu. Carnot gæti e.t.v. upplýst þá.

Einnig tala þeir margir um stuttan nýtingartíma og gefa sér sem staðreynd að allar virkjanir séu einnota til 40 ára.

[Ágúst H Bjarnason, 3.11.2012 kl. 11:13]

Gunnar.

Í dag eru 101 ár síðan fyrsta fullvaxna jarðgufuvirkjunin í Larderello dalnum á Ítalíu var tekin í notkun, en tilraunavél til raforkuframleiðslu var tekin í notkun árið 1904.  Sjá hér og hér.   Í þessum dal eru nú framleidd um 800 megawött.

Vel er fylgst með svæðum þar sem jarðhitinn er nýttur. Meðal annars er fylgst með breytingu á þrýstingi svæðisins en þannig er hægt að stilla nýtingu svæðisins þannig að notkunin verði ekki ágeng. Með öðrum orðum þá er þess gætt að þrýstingurinn haldist í jafnvægi.

Á ráðstefnu Verkís "Sjálfbær nýting jarðhitans" árið 2009 skýrði Dr. Guðni Axelsson deildarstjóri hjá ÍSOR - Íslenskum orkurannsóknum frá því, að áratuga reynsla og rannsóknir hafa sýnt að hægt er að nýta jarðhitakerfi á sjálfbæran hátt, því nýtt jafnvægisástand kemst oft á eftir að nýting hefst. Hann notaði það sem skilgreiningu að sjálfbær jarðhitavinnsla sé orkuvinnsla sem hægt er að viðhalda í 100-300 ár.  Sjá pistil um ráðstefnuna hér.   Glærur Guðna eru hér.

[Gunnar Th. Gunnarsson, 3.11.2012 kl. 13:17]

Takk fyrir þetta, Ágúst. Það þarf að halda þessu til haga.

[Ómar Ragnarsson, 3.11.2012 kl. 17:40]

Ég hef haldið fullyrðingu Guðna til haga, en hún felst ekki í því að hann viðurkenni að núverandi jarðvarmavirkjanir standist kröfur sjálfbærrarar þróunar, heldur sagði hann í grein í Morgunblaðinu, að skilyrði þess að hægt sé að umgangast jarðvarmann sem endurnýjanlegan sé að "minnka orkunýtinguna jafnharðan og í ljós kemur að um ofnýtingu sé að ræða."

Hvað Hellisheiðarvirkjun áhrærir er hún langt frá þessu, því fyrir nokkrum dögum var upplýst að hún myndi ef til vill ekki endast nema í 40 ár.

Það þýðir ekkert að kenna umhverfisverndarfólki um þá staðreynd að við jarðvarmavirkjanir á Íslandi er ekki reiknað með nema 50 ára endingu.

Þetta eru forsendur sem gefnar eru af þeim vísindamönnum, sem best hafa þekkt til í næstum 40 ár, allt frá dögum Guðmundar Pálmasonar.

Samkvæmt rannsóknum Braga Árnasonar og fleiri vísindamanna þyrfti líklega að draga úr orkuvinnslunni á Heillisheiði um minnst 2/3 til þess að fá fram jafnvægi.

En það er ekki hægt vegna þess að búið er að gera fáránlega orkusölusamninga sem tryggja að víð rænum þessari orku allri frá afkomendum okkar í stað þess að nýta hana á sjálfbæran hátt.

Hjá HS orku hafa verið gefnar upp tölur um að nú þegar hafi hæð hins heita vatns, sem er í jarðvarmahólfinu Svartsengi-Eldvörp, lækkað svo mikið, að það verði uppurið eftir 50 ár.

Samt er sótt fast í það að umturna Eldvörpum til þess að flýta fyrir tæmingunni um helming.

Á sínum tíma var sagt frá því sem orðnum hlut að hægt yrði að ráða við affallsvatn frá þessum virkjunum og að loft stæðist kröfur.

Nú er beðið um átta ára framlengingu til þess að finna út, hvernig eigi að gera þetta á Hellisheiði og beðið um að fá að grafa 4,5 kílómetra langan skurð frá Svartsengi í sjó fram til að tappa af affallsvatninu þar.

Fram að þessu, hafði því verið staðfastlega neitað að um neitt vandamál væri að ræða.

Ef menn vilja standa undir því að vera kallaðir snillingar fyrir að vera búnir að leysa öll vandamál, meðal annars að auka nýtingarhlutfall orkunnar upp úr þeim skitnu 13-15% sem það er nú, verður að breyta um vinnubrögð og sanna fyrst að fullyrðingarnar gangi upp í stað þess að lofa öllu fögru og láta okkur síðan sitja uppi með röð svikinna loforða.

[Ágúst H Bjarnason, 3.11.2012 kl. 18:52]

Starfandi er faghópur um fjölnýtingu á vegum Íslenska jarðvarmaklasans Gekon.

Þetta er einn af 10 faghópum sem þarna starfa.

[Bjarni Jónsson, 3.11.2012 kl. 22:38]

Þakka þér, Ágúst, kærlega, fyrir vandaða og áhugaverða grein um nýtingu jarðvarmans á Íslandi og víðar ásamt upprifjun á gömlum kunningja, Carnot.

Af varúðarástæðum ber að líta á jarðhitann sem takmarkaða auðlind við orkuvinnslu.  Nýtingin er þá í ætt við námuvinnslu, þar sem alltaf er takmarkaður forði.  Af þessum sökum er fjölnýting, eins og þú lýsir skilmerkilega, eina siðferðilega rétta leiðin að fara og um leið sú arðbærasta.  Er ánægjulegt til þess að vita, að Íslendingar eru brautryðjendur í þessum efnum.

Engu að síður tel ég, að of geist hafi verið farið við nýtingu jarðgufunnar hérlendis, og tek undir varnaðarorð Ómars Ragnarssonar hér að ofan að mörgu leyti.  Það er rökrétt að skilgreina sjálfbæra vinnslu jarðgufunnar með skírskotun til þrýstingsmælingar í forðageyminum, beinnar eða óbeinnar, þannig að sjálfbær vinnsla sé sú, sem aðeins fellir þrýstinginn óverulega, og séu þau mörk þá skilgreind m.v. a.m.k. 150 ár.  Það, sem Ómar skrifar um rannsóknir míns gamla prófessors Braga Árnasonar á Hellisheiði er grafalvarlegt, en er einmitt það, sem menn uppskera með gösslarahætti. 

Með góðri kveðju /

[Ágúst H Bjarnason, 4.11.2012 kl. 06:16]

Takk fyrir athugasemdirnar Bjarni og Ómar.  

Bragi Árnason kenndi einnig mér efnafræði við HÍ á sínum tíma og á ég góðar minningar frá þeim dögum, enda hafði ég alltaf nokkurn áhuga á efnafræðinni, bæði þar og í áður MR. Bragi var góður kennari. Ekki var verra að kynnast honum aðeins á annan hátt þegar ég var sumarstarfsmaður á Raunvísindastofnun á þessum árum. Mig minnir að á þessum tíma hafi hann m.a. verið að vinna að grunnvatnsrannsóknum á vatni frá Bláfjöllum með hjálp ísótópa og komist að merkilegum niðurstöðum um aldur þess.

Það er rétt sem þú segir, menn fóru mjög geyst á Hellisheiðinni og fóru ekki eftir þeirri gullnu reglu að virkja í áföngum og fylgjast með þrýstingi svæðisins og sannfæra sig um að hann sé í lagi áður en byrjað er á næsta áfanga. Uppbyggingin í Svartsengi hefur náð yfir miklu lengra tímabil, eða frá um 1978 til 2008, þ.e. um 30 ár.

Pistillinn hér að ofan fjallar þó alls ekki um hvort nýting hinna mismunandi jarðhitasvæða sé ágeng eða í jafnvægi, heldur um það sem kallast fjölnýting jarðhitasvæða þar sem reynt er að láta sem minnst af orkunni fara til spillis eins og þegar eingöngu er framleitt rafmagn.

Pistillinn fjallar um það hvernig hægt er að auka heildarnýtnina úr þessum ca 15% í mun hærri tölu.

(Talan 15% gildir ekki um allar jarðvarmavirkjanir, í sumum virkjunum er þrýstingurinn inn á hverflana aðeins um 6 bör(a) [jafngildir 159°C] en öðrum eins og Reykjanesvirkjun um 20bör(a) [jafngildir 212°C], en það gefur auðvitað töluvert hærri nýtni en í fyrra tilvikinu.  (Mun á fræðilegri hámarksnýtni geta menn nú dundað sér við að reikna með hjálp Carnots og miðað við að hitinn út sé t.d. 50°C. Muna bara eftir að breyta úr °C í °K).

Auðvitað gildir ekki jafna Carnots við fjölnýtingu. Í pistlinum nefndi ég að hægt væri að tvöfalda eða þrefalda þessa tölu ~15%, þ.e. ná 30%-50% úr jarðhitasvæðunum ef vel er að verki staðið. Hvers vegna ekki enn meiru en 30-50%? Það er vegna þess að ekki er alltaf auðvelt að meta hver raunveruleg nýtnin sé. Tökum sem dæmi þar sem sæmilega heitt vatn er notað í sundlaug og síðan í snjóbræðslu. Við erum að nýta hitafallið úr t.d. 40° í 5°. Hver ér þá nýtnin? Eigum við að horfa beint á vatnsmagnið og hitafallið, en er það rétt aðferðafræði? Hvað með þann tíma sem enginn er í sundlauginni og enginn snjór er til að bræða, hvernig nýtist jarðhitinn þá? Það voru svona pælingar sem leiddu til frekar hógværar niðurstöðu 30-50%.

[Ágúst H Bjarnason, 4.11.2012 kl. 06:31]

Þó svo að efni pistilsins hafi verið fjölnýting, þá hefur sjálfbærni borið á góma.

Á opna fundinum um "sjálfbæra nýtingu jarðhitans"  árið 2009 var fjallað um þessi mál og voru frummælendur:
 
 - Ólafur G. Flóvenz, forstjóri ÍSOR – Íslenskra orkurannsókna.
 - Guðni Axelsson, deildarstjóri ÍSOR.
 - Grétar Ívarsson, jarðfræðingur Orkuveitu Reykjavíkur.
 - Albert Albertsson, aðstoðarforstjóri HS Orku.
 - Bjarni Pálsson, verkefnisstjóri Landsvirkjun Power.

Ég var á fundinum og skrifaði í framhaldi nokkuð ítarlegan pistil. Sjá hér.  Þar eru líka krækjur í glærur sem frummælendur notuðu.

 ---

Helstu niðurstöður fundarins haustið 2009 voru í stuttu máli þessar að mati þess er pistilinn ritaði:

Upptök jarðhitans er kjarnorkan í iðrum jarðar. Án hennar væri jörðin orðin gegnköld fyrir löngu. Orkan í jarðskorpunni er það mikil að 0,1% hennar jafngildir orkunotkun mannkyns í 10.000 ár. Orkan frá tæknilega nýtanlegum jarðhita er miklu meiri en frá öðrum endurnýjanlegum orkugjöfum, svo sem vatnsorku, lífmassa, sólarorku og vindorku.

Fræðilega séð má á Íslandi vinna 3000 MW af raforku úr 0,2% þess varmaforða sem er að finna á minna en 3ja km dýpi.

Jarðhitinn getur leikið mikilvægt hlutverk í sjálfbærri þróun á Íslandi og á heimsvísu.

Áratuga reynsla og rannsóknir hafa sýnt að hægt er að nýta jarðhitakerfi á sjálfbæran hátt, því nýtt „jafnvægisástand“ kæmist oft á eftir að nýting hefst.

Vinnslan getur þó þó verið ágeng, þ.e. þrýstingur (vatnsborð) heldur áfram að lækka með tímanum. Þá má grípa til niðurdælingar þar sem stórum hluta þess sem tekið er upp úr holunum er skilað aftur. Einnig má draga úr vinnslu meðan svæðin eru að jafna sig, eða finna jafnvægisástand þar sem þýstingur helst stöðugur. Allt eru þetta vel þekkt atriði í vinnslu jarðhita.

Mjög vel er fylgst með öllum jarðhitasvæðum og er vitað hvort vinnslan er sjálfbær eða ágeng.

Hugtökunum endurnýjanleiki og sjálfbærni er oft ruglað saman. Jarðhitasvæðin eru endurnýjanleg en vinnslan getur verið sjálfbær eða ósjálfbær. Jarðhitinn er skilgreindur sem endurnýjanleg orkulind á alþjóðavísu.

Í Svartsengi er áhugavert dæmi um hvernig nýta má jarðhitann á margslunginn hátt, enda er talað um "auðlindagarðinn Svartsengi".

Næg orka til álvera á Bakka og í Helguvík er til staðar, en ekki er búið að ná henni og ekki víst að það tækist með hefðbundnum og fremur ódýrum aðferðum að vinna alla þessa orku  úr jarðhita. Þetta er sú óvissa sem alltaf fylgir jarðhitavinnslu og oft skortir skilning á. Það er mikilvægt að byggja jarðhitavirkjanir upp í áföngum og vinna markvisst að rannsóknum og þróun á tækninýjungum. Þannig hafa íslendingar staðið að málum undanfarna áratugi, eða allt frá árinu 1928.

Áður en tilraunaholur eru boraðar hafa menn ekki nægilega hugmynd um afkastagetu nýrra jarðhitasvæða. Þess vegna er mjög mikilvægt að rannsaka svæði sem koma til greina með borun tilraunahola. Áður en það er gert verður að styðjast við t.d. jarðviðnámsmælingar sem gefa  vísbendingar um umfang svæðisins. Þannig hefur það alltaf verið og verður áfram.

Áratuga reynsla íslenskra tæknimanna og vísindamanna hefur gert þeim kleift að vera meðal þeirra bestu í heiminum á þessu sviði, enda eru þeir eftirsóttir í verkefnum víða um heim.

 ---

Þetta var opinn fundur og sótti hann fjöldi manna sem áhuga hefur á sjálfbærri nýtingu jarðhitans. Þarna voru  samankomnir  jarðfræðingar, forðafræðingar jarðhitasvæða, verk- og tæknifræðingar,  og fjölmargir áhugamenn um skynsamlega nýtingu þessarar auðlindar okkar. Töluverðar umræður voru eftir inngagnserindin og komu ýmis sjónarmið fram.  Nánar hér.