Geoenergi är solenergi lagrad i marken

bergvarmeGeoenergi är samlingsnamnet för bergvärme, jordvärme, sjövärme och annan energilagring i jord och berg.

I motsats till vad många tror utgörs geoenergi i huvudsak av solenergi, som passivt lagras i mark och berg. Solenergin når – tack vore direktinstrålning, nederbörd och vind – ner till cirka tio meters djup. Där är temperaturen ungefär lika hög som årets medeltemperatur i luften.

På större djup ökar temperaturen gradvis tack vare värmen som alstras i jordens inre och som strömmar upp mot markytan – så kallad geotermisk värme.

Vi kan utvinna geoenergi för att både värma och kyla våra hus. När vi vintertid utvinner värme, kyls jorden respektive berget något för att under sommaren åter värmas upp med hjälp av solvärme (ovanifrån) och en del geotermisk värme (underifrån). I de vanligaste geoenergianläggningarna är dock det geotermiska värmebidraget mindre än fem procent av det totala inflödet av värme.

Passiv geoenergi
– uttag av värme och kyla

Det vanligaste systemet, bergvärme, används företrädelsevis till villor men även fastigheter med mer än 100 lägenheter. Oftast borras en slangförsedd energibrunn till 100-200 meters djup på den egna fastigheten. En köldbärarvätska cirkuleras i slangen och hämtar värme från berget.

Systemet är slutet och kräver minimalt med underhåll. Det kan även användas för komfortkyla. När värme tas ur berget under den kalla säsongen kyls det. På sommaren kan denna kyla tas upp samtidigt som värme från byggnaden förs ner i berget. Det ger ett gynnsamt tillskott inför nästa kalla säsong genom att berget på så sätt återladdas. (Läs gärna vår folder om bergvärme.)

Ytjordvärme används istället för bergvärme då man har en större tomt. Slangar plöjs eller grävs ned på ett djup av cirka en meter. Systemet bygger oftast på att frysa en del av markens fuktighet. Vid frysningen frigörs stora mängder värme (isbildningsvärme) som förs över till köldbäraren i slangsystemet.

Ytjordvärme kan inte användas för komfortkylning eftersom temperaturen i marken blir för hög.

Grundvattenvärme är det effektivaste sättet att använda geoenergi. Detta beror på att marken på djupet har en konstant temperatur året om, se bild 1. Grundvattnet som energibärare pumpas ur en eller flera brunnar och återförs till grundvattenmagasinet igen efter värmeuttaget. Systemet förutsätter att det finns uttagbart grundvatten inom eller i närheten av fastighetens gränser. Grundvatten kan med fördel också användas för komfort- och processkylning. Systemen är oftast storskaliga.

Aktiv geoenergi: borrhålslager
– lagring av värme och kyla

borrhålslager_02_stor_beskurenBorrhålslager används till större fastigheter och industrier som både behöver värme och kyla. Det är i princip samma teknik som bergvärme, men med tätt sittande borrhål. Det skapar förutsättningar för aktiv säsongslagring av värme och kyla genom att en större volym berg värms eller kyls. Principen för det vanligaste systemet framgår av bild 4.

Under vintern tas värme ur berget som då kyls ned. Det nedkylda berget används sedan under sommaren för att producera komfortkyla. När kylan tas ut återvärms berget till sin ursprungliga temperatur, genom att värme från byggnaden förs ned i systemet. På så sätt utnyttjas energin mer än en gång.

Lagret blir effektivare ju större det är. I de flesta fall är lagervolymen större än 100 000 kubikmeter med ett 30-tal borrhål. Det finns dock flera svenska exempel på betydligt större lager med mer än 100 borrhål. Avståndet mellan borrhålen är oftast 4-6 meter. Antal hål, avstånd och hålens djup beror, förutom energilastens storlek, främst på geologin och bergets termiska egenskaper.

Borrhålslagren kräver förhållandevis liten yta och oftast går det att utnyttja parkeringsplatser, grönområden och liknande. Det finns också exempel på lager som ligger under byggnader.

Borrhålslagren innehåller inga rörliga delar och kräver därför ett minimum av tillsyn och underhåll. Dessa lager har dessutom en mycket lång livslängd och kan i princip avskrivas i samma takt som de fastigheter de betjänar. Tillståndsprocessen är vanligen enkel.

Under utveckling är värmelager för hög temperatur som kan användas både som säsongs- och korttidslager kopplat till fjärrvärme eller industrier med stora mängder spillvärme. Ett sådant borrhålslager kan även användas till säsongslagring av solvärme.

Geoenergi i Sverige

Sverige är det land i världen som använder mest geoenergi per capita räknat. Skälet till detta är sannolikt det stöd för teknisk utveckling som dåvarande Byggforskningsrådet (BFR) stod för från sent 1970-tal fram till och med tidigt 1990-tal. Samtidigt har branschen varit snabb att anamma konceptet.

Under 1980-talet var ambitionen att använda geoenergi för att minska vårt stora oljeberoende. Detta ledde till att en första våg av geoenergi kom till stånd. En andra våg påbörjades under mitten av 1990-talet då oljepriset åter sköt fart uppåt, se bild 6.

Den senaste epoken har understötts av ökad miljömedvetenhet, där framför allt frågan hur vi ska minska utsläppen av växthusgaser har gett extra näring till geoenergin.

Geoenergi – samhällsnyttan

Geoenergin står för en betydande del av vår uppvärmning av bostäder och lokaler. Det finns ett tämligen gott underlag för att beräkna hur mycket geoenergi vi använder.

Från början av 1990-talet fram till nu har Svenska Kyl- och Värmepumpföreningen (SKVP) fört statistik på hur många och vilken typ av mindre värmepumpar som sålts i landet. Totalt rör det sig om cirka 600 000 anläggningar, varav ungefär hälften kan klassas som markvärmepumpar.

Tillsammans med statistik över energibrunnar (SGU:s brunnsarkiv) har andelen värme som kommer från geoenergin uppskattats.

Härtill kommer ett antal större värmepumpar som ligger som basvärme till våra fjärrvärmeverk, samt ett större antal som betjänar offentliga och institutionella lokaler.

Den sammantagna bedömningen är att 10-12 TWh av den värme som tillförs våra bostäder och lokaler kommer från marken. En vetenskapligt framtagen utredning anger en leverans av 22 TWh värme, men inkluderar då alla typer av värmepumpar (Nowacki 2007).

Denna utredning utgår från att värmepumparna har en livslängd på cirka 12 år. Det kan i detta sammanhang noteras att marksystemen med bergvärme, ytjordvärme eller grundvattenvärme har en livslängd som är betydligt längre än så (50-100 år).

De båda lagringssystemen med kombinerad produktion av värme och kyla till större fastigheter har under senare år vuxit snabbt på energimarknaden. Idag finns det minst 300 borrhålslager och ett 100-tal akviferlager i drift. Dessa bedöms årligen leverera cirka 0,5 TWh förnybar värme och kyla. Produktionen av kyla sparar en betydande mängd el som annars skulle ha använts för att driva kylmaskiner.

Geoenergi – prestanda och ekonomi

Systemen med värmeuttag av geoenergi, där temperaturen förädlas med hjälp av en värmepump, har vanligen en energifaktor som ligger i intervallet 3-5. Med energifaktor (SPF) menas, i det här exemplet, att det går åt 1 kWh el för att producera 3-5 kWh termisk energi (värme och kyla).

Det som påverkar energifaktorn mest är typen av system, vid vilken temperatur  geoenergin genereras samt vid vilken temperatur fastigheten värms upp. Erfarenhetsvärden på systemens prestanda visas här nedan.

Typ av geoenergisystem Arbetstemperatur (C) Energifaktor (SPF) Återbetalningstid (år) Bästa geologiska förutsättningar
Ytjordvärme -5/+5 3,0-3,5 4-7 Blöt finkornig jord
Bergvärme -3/+7 3,5-4,0 5-8 Kvartsrikt berg
Grundvattenvärme +3/+10 4,0-5,0 2-4 Åsar, deltan, sandstenar

Värdena i tabellen är ungefärliga och bygger på att geoenergin ersätter antingen olja eller vattenburen elvärme. Vidare förutsätts att uppvärmningen av huset kan ske med en temperatur av + 45-50°C, samt att besparingen av den ersatta energin är cirka 1 kr/kWh. Tabellen gäller för ett geografiskt läge i Mellansverige.

Kostnaden för att anlägga systemet är normalt sett lägre för ytjordvärme än för bergvärme. Samtidigt är värmefaktorn lägre, vilket beror på att vätskan i slangarna har lägre temperatur. Därför finns en viss skillnad dessa två vanligaste system emellan.

Klart står dock att grundvattenvärme är det effektivaste systemet, mycket beroende på en hög och jämn arbetstemperatur. Här ska dock sägas att tillkommande underhållskostnader för problem med brunnar kan minska lönsamheten.
Motsvarande erfarenhetsvärden för säsongslagring av kyla och värme framgår av tabell 2.

Systemen med lagring uppvisar en högre energifaktor än de passiva systemen i tabell 1. Detta beror på att energifaktorn när kyla produceras är betydligt högre än den för värmeproduktion. Allra bäst i detta avseende är akviferlagren, som vid produktion av kyla oftast ligger med en faktor runt 40. Då lagringssystemens samlade energifaktor är  hög beror det på att kylbehovet är stort.

Typ av system Arbetstemperatur (C) Energifaktor (SPF) Återbetalningstid (år) Bästa geologiska förutsättningar
Borrhålslager -1/+10 4,5-5,5 4-6 Kvartsrikt urberg
Akviferlager +6/+13 6,0-7,0 1-3 Åsar, deltan, sed. berg