Han kan se prestandan hos ett borrhålslager
Emil Nilsson, Linköpings universitet, har utarbetat en modell som bättre kan beräkna och förutsäga prestandan hos industriella borrhålslager. Resultaten redovisas i en aktuell licentiatavhandling.
Företaget Xylem har en 110 000 kvadratmeter stor anläggning i Emmaboda. Bland byggnaderna på området finns bland annat ett gjuteri och en datorhall. Spillvärmen har länge använts för uppvärmning av lokalerna vintertid. Tidigare fläktades spillvärmen bort. Sedan 2010 finns ett borrhålslager där värme lagras i berget. Totalt består det av 140 borrhål, som alla är 150 meter djupa.
Jag har använt uppmätta värden på flödet till lagret och jämfört med den verkliga lagringskapaciteten.
Tanken var att lagret skulle hålla en temperatur på 40–60 °C och lagra 3 600 MWh per år. Enligt mätvärdena i lagret har temperaturen snarare legat på 30–40 °C.
I sin avhandling har Emil Nilsson analyserat värmelagringen, bland annat med hjälp av de mätvärden som gjorts fortlöpande i lagret.
Varför blev inte prestandan så hög som man räknade med?
– Det kan bero på flera orsaker. De stora borrhålslager som fanns i Sverige, innan det här byggdes, lagrar framför allt solvärme halvårsvis. Där blir det långa perioder av inladdning respektive urladdning. I Emmaboda handlar det om en intermittent lagring och urladdning under stora delar av året runt. Det är långt mer komplicerat att beräkna.
– Men det största felet är att mängden och/eller kvaliteten på den tillgängliga överskottsvärmen överskattades. Särskilt viktigt är det att ha koll på vilka temperaturer man har att ladda lagret med. Värmeöverföringen ökar ju med temperaturskillnaden och en högre temperatur innebär dessutom att laddningen kan pågå längre. Det går inte att fortsätta laddningsprocessen om spillvärmen är 40 °C och marken är 40 °C.
– Dessutom utgör markegenskaperna en stor osäkerhet när man modellerar borrhålsvärmelager. Det är inte säkert att resultaten från undersökningsborrningarna och termiskt responstest är representativa för hela beräkningsdomänen.
Du utarbetade en egen modell. Kan du berätta mer om den?
– Modellen är byggd i Ida Ice. Jag har använt färdiga komponenter där och kopplat samman dessa för att beskriva lagerprestanda. Här måste man ha en modell som inte räknar med steady state, eftersom det blir missvisande i ett intermittent system.
– För att beskriva värmeprocessen brukar man dela upp den i två delar. Den första delen kollar värmeöverföringen mellan vätskan och borrhålsväggen och den andra hanterar värmeöverföringen från borrhålsväggen och ut mot omgivande mark. Traditionellt har den första delen hanterats med steady state-förhållanden och där skiljer sig min modell.
– Jag har använt uppmätta värden på flödet till lagret och jämfört med den verkliga lagringskapaciteten. Resultatet tyder på att en sådan här modell kan användas för att med hög träffsäkerhet förutspå effekten av intermittenta laster ner på tidsintervall på åtminstone halva dygn.
Kan din modell användas som ett instrument för den som vill bygga upp ett industriellt borrhålslager?
– Jag tycker absolut att man ska kolla in min modell eller använda den som prototyp, särskilt om man ska hantera intermittenta laster.
– Jag modellerade också olika flöden för Emmaboda och olika avstånd mellan hålen. I dag är det fyra meter mellan dessa. Minskar man avståndet sjunker lagringskapaciteten. Men om man ökar avståndet, sjunker det inte så mycket. Helt klart finns det ett optimalt borrhålsavstånd för varje system.
Finns det behov av ytterligare forskning?
– Det borde tas fram standardprocedurer för att uppskatta mängden överskottsvärme tillgänglig för lagring. Det kan annars lätt bli fel i ett system med tidsvarierande processer.
Text: Maria Åslund
Fakta
Avhandling
Emil Nilssons avhandling godkändes i mars och har titeln ”Borehole Thermal Energy Storage Systems for Storage of Industrial Excess Heat – Performance Evaluation and Modelling”.
