Hjem
Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Dyp geotermisk energi – ny satsing ved Universitetet i Bergen

Dyp geotermisk energi (DGE) har et enormt potensial for tilnærmet utslippsfri produksjon av kraft og varme. Konstruerte geotermiske systemer gjør det mulig å realisere dette. Ved en koordinert satsing der det bygges på sterk ekspertise innen relaterte disipliner har Universitetet i Bergen mulighet til å innta en viktig posisjon innen dette voksende feltet.

 

Dyp geotermisk energi er varme fra jordens indre. I gjennomsnitt stiger temperaturen med 30 grader C for hver kilometer ned i jordskorpen, og varmestrømmen gjennom jordskorpen er 59mW/kvm. To tredeler av denne varmestrømmen skyldes varme fra jordens kjerne og mantel, mens resten har sitt opphav i naturlig radioaktivitet i jordskorpen. Dersom all den geotermiske energien mellom 3 og 10 km dybde var tilgjengelig for utvinning, ville den kunne dekke verdens energibehov i flere hundre tusen år. I dag er geotermisk energi en signifikant bidragsyter blant de fornybare energikildene, men står likevel bare for 0.414 % av verdens totale energiforbruk (IEA, 2007). Utfordringen ligger i å gjøre en større del av den geotermiske ressursen tilgjengelig.


Når det kommer til utvinning av geotermisk energi er det naturlig å skille mellom konvensjonelle hydrotermiske systemer, som utnytter høytempererte grunnvannskilder tilgjengelig nær jordoverflaten, og konstruerte geotermiske systemer (KGS), som krever mer avanserte teknologiske løsninger for å utvinne energien.

 

KGS består typisk av en injeksjonsbrønn og en produksjonsbrønn; i fjellet mellom brønnene dannes et sammenhengende sprekknettverk slik at vann kan sirkuleres mellom injeksjonsbrønn til produksjonsbrønn og varmes i kontakt med det varme fjellet. Et alternativ til denne type system, som ikke avhenger av at det er mulig å forbinde injeksjons- og produksjonsbrønn med et sammenhengende sprekknettverk, er et system med komplett energiveksling i et enkelt borehull.


KGS åpner for en energiutvinning som er tilnærmet utslippsfri. Installasjonene på bakkenivå vil være små, de kan på mange måter dimensjoneres etter behov, og plasseres der det er hensiktsmessig, for eksempel i forbindelse med fjernvarmeanlegg.


I Norge vil det i første omgang være aktuelt med ren varmeutvinning, men med forbedringer i teknologi vil også kraftproduksjon være aktuelt her til lands.
Allerede i dag ser man flere kommersielle prosjekter internasjonalt som satser på KGS. Basert på den teknologien som allerede eksisterer er lønnsomheten til KGS sikret flere steder, og potensialet for å øke tilgjengeligheten og kostnadseffektiviteten er stort1.


En ny boreteknologi utviklet under ledelse av Arild Rødland ved NTNU, lager stor-diameter dype hull med lavt energiforbruk, og åpner større muligheter for lønnsom utvinning av geotermisk energi både i Norge og internasjonalt. Dette utviklingsprosjektet vil i 2008 starte prøveboring i Bergensområdet. Uavhengige studier viser at slike hull i HDR (hot dry rock) kan produsere energi med en pris på størrelsesorden av 10 øre/KWh, som er svært konkurransedyktig i forhold til andre nye, fornybare og rene energiformer.

 

Forskningsmessige utfordringer knyttet til KGS er knyttet til kartlegging, karakterisering, aksess, og produksjon av geotermiske energiressurser, derunder formulering av troverdige simuleringsmodeller. Dette er interessante og relevante problemstillinger for flere miljø ved Universitetet i Bergen, som har de faglige forutsetninger for en satsing på dyp geotermisk energi basert på spesialkompetanse i geologi, fysikk og anvendt og beregningsorientert matematikk. Det er viktig å bygge opp ung norsk forskningskompetanse innen dyp geotermisk energiutvinning, og et stort PhD- og Post.Doc program står derfor sentralt i etableringsfasen.

 

Sentrale partnere ved UiB vil være Institutt for fysikk og teknologi, Institutt for geovitenskap og Matematisk institutt i tillegg til Christian Michelsen Research (CMR). Det vil også være samarbeid mot boreteknisk ekspertise ved NTNU og boring/ geologi ved NGU. Ved UiB vil aktiviteten videre knyttes opp mot Senter for integrert petroleumsforskning, som har sterk kompetanse på reservoargeologi og strøm i porøse media, og BCCS/Parallab, som råder over Norges kraftigste tungregneressurser.


Miljøet innen anvendt og beregningsorientert matematikk ved Universitetet i Bergen har sterk kompetanse innen matematisk modellering og numeriske simuleringer. Spesielt er kompetansen knyttet til olje- og grunnvannsreservoar verdifull. Ekspertisen innen invers modellering er viktig for forskning knyttet til karakterisering av geotermiske ressurser. Videre vil den gode kontakten mot relevante miljø ved Princeton, Stanford og Massachusetts Institute of Technology også være av betydning for forskning på KGS. Ansatte ved Matematisk insititutt har allerede engasjert seg i simulering og karakterisering av KGS, og har i samarbeid med partnere i institutt for Geovitenskap og Parallab for tiden en søknad inne hos forskningsrådet.


Institutt for geovitenskap har strategisk interesse og ekspertise i marin og regional geologisk struktur, og i geodynamisk modellering. I forhold til KGS er kvantitativ modellering av kobling mellom bergmekanikk, deformasjon og væskeflyt spesielt viktig. Instituttet er allerede sterkt involvert internasjonale programmer som er svært relevante for dyp geotermisk energiutvinning: ”International Ocean Drilling Program” og ”International Continental Drilling Program”.


Institutt for fysikk og teknologi har god kompetanse innen prosessteknologi, energiteknologi og sikkerhet som forskningsmessig kan bidra til å gjøre geotermiske anlegg mer effektive. Miljøet i prosessteknologi er ledende innen numerisk masse og varmetransport, som er viktig i studier for å forbedrede varmeovergangs- effektiviteten. Kvalifisert kompetanse på fysikkområdet, eksempelvis innen plasma og plasmadannelse, bølgespredning, materialfysikk, elektriske utladninger og partikkelfysikk er sentralt for videre utvikling av den aktuelle boreteknologi. I tillegg vil IFT kunne bidra i forbedring av energikonverteringsteknologier, og sikkerhetsmiljøet vil kunne analysere sikkerhets- og miljømessige konsekvenser av KGS.


CMR har sin FoU kompetanse innen industrielt orienterte problemstillinger med fokus på utvikling av nye løsninger og konsepter, teknologidemonstrasjon og bygging/testing av prototyper. Kompetanseområdene er bl.a innen engineering og mekaniske løsninger, termisk- og strømningsmekanisk analyse, materialteknologi, sensor- og måleteknologi, prosessovervåking og systemdesign, teknisk sikkerhet, datamodellering/-simulering og visualisering av komplekse/store datamengder.

 

Et senter for forskning og utvikling på geotermisk energi vil være en ”first”-hendelse i internasjonal kontekst, som inntreffer på et avgjørende tidspunkt i utviklingen, og som ved en lokalisering ved Universitetet i Bergen og i samarbeid med NTNU vil ligge i tet både med hensyn til objektforståelse og teknologi. Dette er å betrakte som et sammentreff, et slags akseptvindu av begrenset varighet. Det er derfor avgjørende viktig at det handles i tide og med tilstrekkelig tyngde. Universitetet i Bergen har et solid grunnlag for dette.