Borrhålslager 3 (konservativa val, basdumpning)

Under förutsättningen att borrhålslagret ska användas som bas för värmedumpningen är det möjligt att anlägga ett betydligt mindre borrhålslager. Detta beror främst på att spetseffekten för kyla minskar kraftigt och på att toppigheten på baslast- och spetslast-kurvorna minskar för kyluttaget. Alltså blir det helt andra förutsättningar för maximitemperaturen i borrhålslagret. Förutsatt att borrhålslängden ska vara närmare 294 än 244 meter i enlighet med metod-delen – krävs att ett lager om cirka 21 500 borrhålsmeter totalt anläggs, 5x15 borrhål. Detta borrhålslager skulle bli så smalt att det skulle vara möjligt att borra i servicegaraget i framtiden om det skulle vara aktuellt. Däremot har bedömningen gjorts att eftersom det verkar vara känsligt med hur djupt/nära det går att borra så kan det vara en idé att presentera ett lager som kräver mindre än ≈300 m borrhål och som istället bygger på den lösningen som kräver minst antal borrhålsmeter totalt sett, givet förutsättningarna. Särskilt då de borrade borrhålen har avvikit ovanligt mycket. Detta är Borrhålslager 3 och motsvarar precis som innan det minsta antal borrhålsmeter som behövs och det är således möjligt att borra djupare i fall att det skulle vara aktuellt.

 84 borrhål i ett mönster med 6x14 borrhål.  Teoretiskt avstånd mellan borrhålen: 6,5 meter.  Minimalt aktivt borrhålsdjup: 234,20 meter.

 Totalt minimum för aktivt borrhålsdjup: 19 673 meter.  Kollektor: Dubbelt U-rör.

 Värmeuttag: 1 768 MWh, maximalt 1 600 kW under 11 h.  Värmetillförsel: 2 359 MWh, maximalt 679 kW under 169 h.

 Stationär värmeförlust: 591 MWh (baserat på simuleringstiden 100 år).  Maximalt flöde 74,9 l/s vid 1 600 kW värmeuttag  max 0,89 l/s per borrhål.  Uppskattad investeringskostnad: 17 100 000 kr.

Fullständig EED-utskrift återfinns i Appendix 4: EED-utskrift för Borrhålslager 3 (baserat på konservativa val och basdumpning av värme). Konfigurationen 6x14 motsvarar i verkligheten 4 m mellan borrhålen längs med kortsidan av garaget och 6,05 m längs med långsidan.⁹

Den extra värmeinlagringen som krävs för att kompensera för värmeförlusterna har fått en stor påverkan på det här borrhålslagrets storlek. Om borrhålslagret simuleras utan den riktiga marktemperaturen, med ansatt balanstemperatur och förutsatt att toppkyleffektens storlek bara är motsvarande vad som krävs för energibalans exklusive värmeförluster – innebär detta att borrhålslagret kan göras 1 300 m mindre. Vilket innebär att borrhålslagrets storlek fick öka med cirka 7,09 % för att kunna klara av den ökade värmeinlagringen som krävs för att kompensera för värmeförlusterna. ¹⁰ I den teoretiska situationen att spetseffektens storlek, kompenserad för värmeförluster var känd från början skulle motsvarande ökning vara 1,45 %. ¹¹ Alltså i samma storleksordning som i fallet av spetsdumpning, där spetseffektens storlek redan är känd. Detta visar på hur viktiga spetseffekterna är för dimensioneringen av ett borrhålslager och ger en antydning till varför borrhålslager är dyra att investera i per effekt.

9

Tillgänglig yta för borrningsarbetet är 20,0x78,6 m². Konfiguration 6x14  20/(6-1)=4 m och 78,6/(14-1)≈6,05 m.

10 19 672,80/18 370,13 ≈ 1,0709 11

4.2.3.1 T

Utifrån Ekvation 10-13 beräknades även de transienta värmeförlusterna för detta borrhålslager. Eftersom de olika uppsättningarna av parametrar (konservativt valda och uppmätt data) resulterar i olika värmeförluster, redovisas båda fallen i Figur 35. Beräkningarna baseras på en momentan höjning av temperaturen i lagret från bergets ostörda temperatur, 10,84 °C, till balanstemperaturen. För uppmätt data är balanstemperaturen 23,5 °C och för konservativt valda parametrar är den 25,5 °C. Ekvation 13 resulterade i att formeln enbart är giltig inom tiden 22,9 månader, varför Figur 29 är begränsad till 22 månader. Totalt är den transienta värmeförlusten 2 209/2 611 MWh under år ett och 1094/1 288 MWh under år två, de större talen för uppmätt data. Figur 35 ska tolkas som att den ger en uppfattning av minskningstakten för värmeförlusterna, snarare än exakta värden.

Figur 35. Transient värmeförlust per månad [MWh] som funktion av månader, för det konservativa borrhålslagret med basdumpning; Borrhålslager 3. De blåa staplarna är den transienta värmeförlusten givet de konservativt valda parametrarna och de orangea är den extra värmeförlust som uppmätt data innebär.

4.2.3.2 U

Figur 36. Illustration av tiden det tar att nå balanstemperaturen, med λberg=2,90 W/mK, cv_berg=1,84 MJ/m³K, Rb=0,07 mK/W. Grader °C som funktion av månad. Värden för medelfluidtemperaturen för baslasten, toppkyllasten och en approximation av borrhålslagrets temperatur. Totalt dumpas 3 806 MWh värme årligen i lagret med en maximal effekt på 2 300 kW kontinuerligt under 15 h. Totalt under tre år innebär detta 11 418 MWh.

Figur 37. Illustration av tiden det tar att nå balanstemperaturen med λberg=3,34 W/mK, cv_berg=2,25 MJ/m3K, Rb=0,061 mK/W. Grader °C som funktion av månad. Värden för medelfluidtemperaturen för baslasten, toppkyllasten och en approximation av borrhålslagrets temperatur. Totalt dumpas 3 806 MWh värme årligen i lagret med en maximal effekt på 2 300 kW kontinuerligt under 15 h. Totalt under tre år innebär detta 11 418 MWh.

4.2.3.3 S

Detta borrhålslager resulterar i en specifik effekt på cirka 81,33 W/m vid spetslasten för värmeuttag, vilket är högt i borrhålslager-sammanhang (Nilsson, 2014). För dubbla U-rörskollektorer uppgår det specifika effektuttaget av erfarenhet till omkring 60 W/m vid spetslast (ibid.). Denna specifika effekt gäller däremot borrhålslager med en lägre balanstemperatur som används för frikyla och förutsatt goda berg egenskaper (ibid.). Den specifika effekten bestäms av temperaturdifferensen mellan köldbäraren och borrhålsväggen (ibid.). Eftersom det är teoretiskt möjligt att cirkulera ner en -10 °C vätska ner i ett borrhålslager som har medeltemperaturen 50 °C, är det lätt att inse att den specifika effekten rent teoretiskt kan vara i princip hur hög som helst – i alla fall momentant. Samtidigt varierar temperaturen i borrhålsväggen över ett år sett och tumregler finns av en anledning. Avsikten med detta delkapitel är att ge en fingervisning för hur det skulle påverka ekonomin om borrhålslagret inte kan leverera mer än 60 W/m. Ekonomin i detta delkapitel ska inte ses som exakt, då nya offerter skulle behöva begäras in. Om det antas att maximalt 60 W/m kan erhållas från berget innebär detta att värmepumparna inte kommer att kunna ta ut 1 600 kW värme från borrhålslagret. Istället kommer maxbelastningen att vara 60/81,33 ≈ 74 % av 1 600, vilket är ≈ 1 180 kW på förångarsidan. Eftersom detta gäller basdumpning kommer enbart värmesidans effekt att påverkas – då maxeffekten på kylsidan är 679 kW på kondensorsidan av värmepumpen, alltså långt under 1 180 kW och därmed långt under begränsningen på 60 W/m. Mängden värme som kan värmedumpas i borrhålslagret kommer att minska eftersom värmeuttaget minskar. Med samma beräkningsprocedur som i 3.1 Förutsättningar visar det sig att begräsningen på 60 W/m skulle innebära att byggnaden enbart kan tillgodogöra sig 2 257 MWh värme, med toppeffekten 1 593 kW. Detta innebär alltså att ≈ 1 450 kW timvismedeleffekt fjärrvärme krävs och 532 MWh fjärrvärme totalt. Sammantaget medför detta att mängden fjärrvärme ökas med 532-403=129 MWh och en ökning av den abonnerade effekten från 295 till 568 kW.

Givet fjärrvärmepriserna i Appendix 9: Prisavtal Fortum motsvarar detta en ökning av fjärrvärmekostnaderna med 217 958 kr. Det är rimligt att jämföra detta borrhålslager med Borrhålslager 1, då dessa kan anses vara två motpoler av investeringsalternativ. Givet att borrningsarbetet för ett 26 460 m stort borrhålslager kostar cirka 9 267 750 kr, se Appendix 10: Budget, och att detta borrhålslager är mindre, kan den intjänade kostnaden för att anlägga det uppskattas med en linjär skalning av borrningskostnaden enligt;

Alltså blir besparingen cirka 9 267 750 kr – 6 890 000 kr = 2 380 000 kr. Eftersom extra kostnaden som följer av att borrhålslagret eventuellt endast kan hantera 60 W/m jämfört med 81,33 W/m måste ställas i relation till den minskade anläggningskostnaden – innebär detta att antalet år som Fabege skulle tjäna på att bygga ett mindre och eventuellt lite sämre borrhålslager borde beräknas. En merinvesteringskalkyl kan ställas upp för att beräknas detta antal år;

De första 11 åren skulle alltså Fabege gå med vinst om de investerar i ett underpresterande men billigare Borrhålslager 3, samtidigt som de skulle gå i förlust efter 11 år – i jämförelse med att anlägga Borrhålslager 1. Detta väldigt grovt räknat och helt utan hänsyn till skillnaden i kyleffekt. Det ska noteras att det inte finns någon teoretisk anledning att misstänka att EED har fel, annat än tumregeln om 60 W/m. Det är alltså både fullt möjligt och troligt att det faktiskt går att ta ut 81,33 W/m ur ett teoretiskt

perspektiv. Om det går kan denna kalkyl helt bortses ifrån. En fullständig kalkyl för energikostnaderna för ett underpresterande Borrhålslager 3, jämfört med ett välfungerande Borrhålslager 3 återfinns i Appendix 6: Energikostnader för ett underpresterande Borrhålslager 3 med basdumpning av värme (60 W/m). Denna energikostnadskalkyl bygger på samma princip som dem under avsnittet 4.4 Ekonomi. Något som inte har tagits hänsyn till i denna förenklade kalkyl är att Borrhålslager 3 kräver att kyltorn/kmk täcker en större del av kyleffekten. Detta är inget problem om kyltornen är kvar, men skulle de däremot rivas så finns det merkostnader som denna förenklade kalkyl inte tar hänsyn till.