Forudsætninger
Geologi
Når du planlægger et geologisk varmelager, er en af de væsentligste ting at undersøge de geologiske egenskaber.
De vigtigste ting at tage i betragtning er:
- geologien: sedimentsammensætning og termiske egenskaber
- hydrologi: grundvand
- hydrogeologi: migrerende grundvand.
Nedenfor vil vi diskutere disse tre emner mere detaljeret.
Det er nødvendig at kende til sedmineternes beskaffenhed for at bestemme reservoirets dimensioner og for at placere de varmeoverførende slanger i de rigtige dybder.
Typisk består en sedimentprofil af flere typer sedimenter fra terræn til det dybeste slangelag.
Hver sedimenttype har specifikke termiske egenskaber forbundet med systemets varmekapacitet og varmeledningsevne. Geologisk materialers termiske ledningsevne afhænger af deres mineralsammensætning, struktur og vandindhold. Over vandspejlet, hvor luft er til stede i porerne, har sedimenter generelt en lav varmeledningsevne. Derfor er information om placeringen af vandspejlet i borehullet vigtig, når man planlægger et nyt sted.
Da de stedsspecifikke sedimenters termiske egenskaber direkte korrelerer med den mængde varme, der kan overføres til og lagres i varmelageret, er de uvurderlige for at bestemme systemstørrelse og slangeplacering.
For at bestemme stedets litologi (sediment sammensætning) har du brug for borehulsdata. I Danmark har De Nationale Geologiske Undersøgelser For Danmark og Grønland(GEUS) indsamlet sådanne data, herunder information om placering, konstruktion, geologi, vandtab og grundvandskemi, siden 1926. Dataene er gemt i den nationale borehulsdatabase (Jupiter [link] ) og er frit tilgængelig på Internettet. Dette betyder, at et skøn over stedets litologi kan gøres ret let, bare ved hjælp af dataene fra Jupiter.
En anden og mere præcis mulighed er at bore det faktiske sted fra terrænet til bunden af det planede lager. I processen er det muligt at prøve de forskellige sedimenter og oprette en borehulslog. Bestemmelse af de termiske forhold kan derefter udføres på en af disse måder:
- Brug af Jupiter-data eller den aktuelle borehulslog til at bestemme typen og tykkelsen af hvert sedimentlag og derefter beregne gennemsnitsvarmekapacitet og værdier for varmeledningsevne baseret på generiske tabelværdier for sedimenttypen
- Lav en termisk reaktionstest på stedet af de specifikke lag.
Forudsætninger
Hydrologi
I Danmark kommer alle drikkevandsressourcer fra grundvandsmagasiner. Bestemmelse af virkningen af varmelagring betragtes derfor som uhyre vigtig, når man udfører geologiske varmelagerprojekter. Hovedproblemerne er lækage af vand med frostvæske, krydskobling af forskellige grundvandsmagasiner, udsivning af overfladevand langs borehullet, boring i artesiske akviferer og uønskede termiske effekter på vandmagasiner.
For at forhindre, at nogen af disse meget uønskede hændelser opstår, er der en del lovgivning på området, hvor sikkerhedsafstande til andre grundvarmevekslere og til udvindingsbrønde til drikkevand er specificeret. Lovgivningen specificerer endvidere hvilke frostvæsker der kan bruges i kredsløbet - kun ikke-giftige og let biologisk nedbrydelige væsker er tilladt.
Imidlertid er ikke alt grundvand drikkevandsmagasiner, og højt vandindhold har en stor positiv indflydelse på termisk ledningsevne af sedimenter. Dette betyder, at et højt grundvandsspejl normalt foretrækkes, da det vil placere størstedelen af lageret under vandspejlet. Bestemmelse af grundvandsspejlet på bestemte steder kan gøres ved hjælp af Jupiter-databasen eller ved at bore på stedet og måle direkte.
Forudsætninger
Hydrogeologi
Overførslen af varme til sedimenterne er bestemt af varmeledning, men hvor varmelageret er under grundvandsspejlet spiller også advektiv transport en rolle. Hvor meget afhænger af permeabilitet, hydraulisk ledningsevne og transmissivitet, der bestemmer, hvor hurtigt vandet kan bevæge sig gennem sedimenterne. Den hydrauliske ledningsevne og transmissivitet kan måles ved testboring og pumpning.
Hvor hurtigt migrerende grundvand kan bevæge sig gennem systemet afhænger også af de ovennævnte sedimentegenskaber, og for stort flow kan være hæmmende på grund af det overdrevne varmetab, de kan forårsage. For at undgå dette er det vigtigt, at varmelagringen ikke implementeres i et område, hvor der er betydelig bevægelse af vand i en dybde nær eller over borehullernes bundniveau.
Hvis det værste skulle ske, og der registreres en betydelig vandbevægelse på det valgte varmelagringssted, skal lagringen placeres over niveauet for det bevægelige vand. Hvis grundvandet er stationært eller med ubetydelig strømning, kan lagringen implementeres, men grundvandets niveau skal sænkes under konstruktionsfasen, indtil slangerne er installeret og borehullerne fuget.
