Modellering av varmeutvinning fra berggrunnen

Å utnytte fornybar energi er et viktig redskap i kampen mot global oppvarming. For tiden er vannkraft og vind generelt foretrukket, men geotermisk energi er også et attraktivt alternativ. Elektrisiteten fra et geotermisk kraftverk kommer fra varmt vann eller damp som driver turbiner.

Det må to essensielle faktorer til for å få produsert elektrisitet fra geotermiske reservoarer. Den første faktoren er varme. Ettersom temperaturen i berggrunnen øker med 30 grader celsius per kilometer man borer nedover, er det rikelig med varme. Den andre faktoren er høy permeabilitet, nemlig at væsker må kunne strømme lett igjennom berggrunnen. Om dette ikke er tilfellet vil ikke berggrunnen kunne varme væsken. Ikke all berggrunn har høy permeabilitet og det er derfor bare noen land som foreløpig kan utnytte geotermisk energi. Men et middel mot dette er å konstruere kunstige reservoarer ved å forbedre det geotermiske systemet.

Konstruerte geotermiske systemer skapes ved å stimulere berggrunn som i utgangspunktet har dårlig permeabilitet. En vanlig metode er hydraulisk stimulering hvor en injiserer vann under høyt trykk. Denne metoden fører til små jordskjelv som øker permeabiliteten til berggrunnen. Denne prosessen øker sannsynligheten for å utnytte geotermisk energi signifikant.

Man kan ikke direkte observere selve prosessen av hydraulisk stimulering siden dette foregår flere kilometer under jordens overflate. Derfor spiller matematiske modeller en nøkkelrolle. Simuleringene tillater oss å forstå fysiske prosesser i reservoaret som er nødvendig for å vurdere det geotermiske potensialet og å kontrollere de induserte jordskjelvene for å forhindre eventuelle farer disse kan medføre.

Hovedmålet med denne avhandlingen har vært å utvikle en ny matematisk modell for hydraulisk stimulering. Eren har brukt denne modellen til å simulere hydraulisk stimulering i et kunstig geotermisk reservoar og for å indentifisere en mekanisme som bidrar til jordskjelv under og etter stimuleringen.

Personalia
Eren Ucar (f. 1986) er født og oppvokst i Tyrkia hvor hun tok bachelorgrad (2010) og mastergrad (2013) som maskiningeniør. Fra april 2014 har hun vært ph.d.-stipendiat under veiledning av Inga Berre, Eirik Keilegavlen og Jan Nordbotten i anvendt matematikk ved Universitetet i Bergen.