Forskning som får genomslag inom geoenergi

Simulering av både korta och långa drifttider kan i framtiden komma att göras med en och samma modell. Det får bland annat betydelse för utformning och simulering av geoenergisystem som borrhålslager.

Ett välkommet arbete som tillskott och vidareutveckling av borrhålstekniken, såväl praktiskt som teoretiskt. Så sammanfattade opponenten Dr Simon Rees från De Montfort University i Leicester det arbete som Chalmersforskaren Saqib Javed försvarade vid sin doktorsdisputation 13 januari.

Saqib Javeds avhandling ”Thermal Modelling and Evaluation of Borehole Heat Transfer” innehåller en stor mängd högkvalitativa mätdata och värdefulla praktiskt tillämpbara bidrag till geoenergitekniken. Tidigare behövdes två separata modeller för att klara simulering av både korta (timmar) och långa (år) drifttider, eftersom modellerna för korta tidsskalor blev för tidskrävande för långa simuleringstider och modellerna för långa tidsskalor blev för inexakta för korta drifttider.

I avhandlingen redovisas både en ny korttidsmodell, som bättre klarar korta simuleringstider än tidigare modeller och en ny analytisk modell för långa drifttider som är ett alternativ till existerande numeriska hybridmetoder.

20 år på 25 sekunder
Korttidsmodellen får praktisk betydelse för analys av termiska responstest, och är validerad genom jämförelser med numeriska och experimentella resultat. Den analytiska långtidsmodellen har praktiskt betydelse för utformning och simulering av geoenergisystem. Modellen har jämförts med Eskilsons modellresultat som är den gängse modellen sedan tidigare.
20 år på 25 sekunder

Saqib Javeds beräkningsmodeller kan länkas samman så att en enda modell kan användas för både korta och långa drifttider – utan att beräkningarna tar för lång tid. Genom utveckling av en effektiv last-aggregationsmetod minskar beräkningstiden med mer än 200 gånger jämfört med gängse modeller – beräkningarna för 20 års drift tar 25 sekunder istället för 88 minuter.

I sitt forskningsarbete har Javed utfört termiska responstester av flerborrhålssystem och analyserat mätosäkerhet, känslighetsanalys, konvektion i grundvattenfyllda borrhål och återhämtningstid mellan responstest. En ny utvärderingsmetod för termisk responstest föreslås också i avhandlingen.

Saqib Javeds arbete spås få genomslag både praktiskt och teoretsikt. Praktiskt underlättar hans arbete utvärdering och framtagning av designparametrar för geoenergilager. Simulering av korta drifttider är viktigt för optimering av värmepumpdrift och långa simuleringstider har störst betydelse för dimensioneringen av undermarksdelen av geoenergisystem. Saqib Javeds arbete underlättar alltså både design och driftoptimering.
Snabbare genomslag nu

Snabbare genomslag nu
På det teoretiska planet har hans beräkningsmodeller potential att refereras mycket och sannolikt implementeras i flertalet design- och simuleringsmodeller för borrhål världen över.

I år är det hundra år sedan den mexikansk-schweiziske turbiningenjören Heinrich Zoelly tog patent på den första bergvärmepumpen. Det tog 70 år innan bergvärmepumpen började få praktiskt genomslag på allvar. Saqib Javeds nya beräkningsmodeller och utveckling av termisk responstestanalys kommer sannolikt att få genomslag på geoenergitekniken betydligt snabbare än så.

Signhild Gehlin, Energi & Miljö nr 3/12 sidan 38

• Fakta Disputationen
  Thermal Modelling and Evaluation of Borehole Heat Transfer
  Författare: Saqib Javed
  Installationsteknik, Chalmers
  Handledare: Professor Per Fahlén
  Opponent: Teknologie doktor Simon Rees, De Montfort University, Leicester
  Betygsnämnd:
  Professor Lars O Ericsson, Chalmers
  Dr Lieve Helsen, Katolska universitetet i Leuven
  Dr Chris Underwood, Northumbria University

Forskningsarbetet har genomförts på Chalmers Installationstekik inom ramen för Energimyndighetens forskningsprogram EffSys 2 och EffsysPlus.