Geotermisk energi – en vitbok för Sverige - Kungliga Tekniska ...

3.2. Värmeväxling
Värmeväxling är de tekniska metoder med vilka man kan överföra energi mellan olika
medier (eller energibärare). Vid geotermisk energiutvinning behövs flera steg med
värmeväxling och ett transportmedium med vilket man kan flytta energi mellan
värmeväxlarna, t.ex. från uttagsområdet till platsen där den skall användas.
Värmeväxling är också nödvändig om man vill ha åtskilda och slutna system för
energitransporten. Man kan se att värmeväxling behövs i berggrunden mellan
berggrunden och energibäraren med vilken man flyttar energin till markytan. I de
tekniska systemen på markytan behövs värmeväxling för att överföra energi från
transportmediet till nya energibärare som passar den användning för energin som
avses. Värmeväxlingen kan då vara till ett vattensystem för uppvärmning eller till en
värmebärare som kan användas som arbetsmedium för att driva turbiner (dvs. som
tillåter en fasförändring från flytande till gasfas i det aktuella temperaturområdet) eller
ett medium som passar för en MHD generator. De tekniska systemen på marken kan
också innehålla kombinationer av olika värmeväxlingssteg. Slutligen kan
värmeväxling ske utmed ett värmedistributionssystem för att tillföra eller ta bort
lokalt tillgängliga energimängder. På detta sätt kan man dela in energiflödena i en
primärkrets och ett antal sekundärkretsar.
Konstruktionen av värmeväxlaren skall vara sådan att energiöverföringen sker
effektivt och med material som tål kontakten med energibäraren. Värmeväxlarens
aktiva yta måste vara anpassad till de flöden som skall passera genom den. Ofta
används motströmsprincipen där primär och sekundärkretsens flöde passerar
värmeväxlaren så att primärkretsen varmaste del möter sekundärkretsen kallaste.
Värmeväxlingen mot berggrunden är startpunkten för energiöverföringen och därmed
avgörande för hela systemets funktion. För detta finns några olika principer som
anpassas till de naturliga förutsättningarna, till material som är lämpliga och som
dimensioneras till de flöden som planeras.
Används berggrunden som värmeväxlare så behövs en stor aktiv yta över vilken
energi kan tas upp av transportmediet (som är det i det aktuella berggrundsavsnittet
förekommande grundvattnet) och dessutom tillräcklig permeabilitet för stora flöden
av detta medium. Till detta lämpar sig porösa och permeabla sedimentbergarter,
kristallina bergarter med mycket sprickor som är öppna för vattenflöden och
berggrund som på konstgjord väg (med hydraulisk spräckning) gjorts permeabel.
Används borrhål som värmeväxlare så är borrhålets omkrets och längd den yta över
vilken energiöverföringen sker. Det kalla returflödet hålls åtskilt från det uppvärmda
framflödet med två parallella ledningar i borrhålet som kopplas ihop i botten. I
horisontellt utsträckta ledningar sker värmeväxlingen över ledningens mantel i hela
dess längd.
Det finns skäl att vidareutveckla valet av material som kan användas som
energibärare, i värmeväxlare och i transportledningarna. Salthaltiga heta grundvatten
från stora djup är kemiskt mycket aggressiva och spill från ledningssystemen får inte
skada omgivningen och skall helst kunna tas till vara.
I figur 38 ges en översikt över geotermiska värmeväxlingsprinciper i primärkretsen.
En relativt varm vätskeström betecknas med rött och en relativt kall ström med blått.
Pilar anger strömningsriktningen. Djupa borrningar kräver ett borrtorn vid utförandet.
35