Lera som lager

av Claus Laurén Forum 1985-05, sida 14-15, 20.03.1985

Taggar: Teman: energi

Av CLAUS LAURÉN

EH Detta mycket förenklade synsätt har sin rot och sitt ursprung i de experiment som har gjorts med aktivt solfångeri. Det värme eller den el-energi som utvinnes på detta sätt blir mycket riktigt oekonomisk med den utrustning som i dag står till buds.

Problemet är, för de sub-polära breddgradernas vidkommande, i grund och botten inte bristen på instrålande energi. Den egentliga stötestenen ligger på ett annat plan: kollektorytans storlek och beskaffenhet. Och minst lika viktigt är frågan om lagring av den insamlade energin till den dag då den verkligen behövs.

När Imre Gyuk, energiexpert på federal departementsnivå i USA, besökte Sverige under sommaren 1983 för att delta i det energisymposium som då anordnades i Stockholm, hade han några hårda ord att säga om världens energihushållning i dag. I ett föredrag gjorde han vissa övergripande historiska jämförelser, och drog slutsatsen att den civilisation, som inte klarar av att lösa sina energiproblem är dömd att utplånas, vare sig det rör sig om en högteknologisk eller mer primitiv kultur. Och det centrala problemet för Västerlandets vidkommande är, enligt honom, just frågan om energilagring.

Lagra i lera

En av de idéer som tilldrog sig den största uppmärksamheten i samband med symposiet, var värmelagring i lersediment. Leran har vissa egenskaper som gör den spe 14

SVENSK SOLENERGI — sista ordet är inte ännu sagt

Det finns i dag en trend att kategoriskt avfärda solvärmeutnytt jandet på våra kalla breddgrader. Man bedömer på sina håll, att den svenska solen alltför ofta lyser med sin frånvaro, att infallsvinkeln är alltför flack, och att utrustningen blir alldeles för dyr bar i relation till out-put.

ciellt intressant i det här sammanhanget. Dess höga vattenhalt — c. 70 procent — gör att den har förmågan att ta emot mycket stora värmernängder. Och dess fysikaliska struktur med vattnet bundet i form av stillastående ”celler” medför att leran blir värmetrög (d v s den tar god tid på sig då det gäller att avge det inlagrade värmet).

Hans Garderyd är från början skeppsingenjör med specialinriktning på värmepumpsteknologi = (kylanläggningar) och många års erfarenhet från kylfartyg inom handelsflottan. I dag är han värmeverkschef i Vallentuna, ett par mil norr om Stockholm, och håller där på att realisera ett av de intressantaste energiprojekten i världen.

Nyckelaordet bakom projektet är ”lera”! Vallentunasjön är en grund, lerig och övergödd insjö av en typ som det finns relativt gott om i Sverige. Sommartid värms sjöns 6,5 km? ytvatten upp till temperaturer på mellan 25 och 27 grader. Det rör sig, som synes, om gigantiska energimängder (solenergi!), som korttidslagras i sjövattnet. Det problem, som Garderyd ställdes inför, var att utnyttja dessa värmekvantiteter vid en tidpunkt då de verkligen behövdes.

Problemets lösning låg i lersedimenten under sjön. 1,3 millioner kubikmeter lera kan uppta och lagra betydande mängder energi, och den energin skall inom överskådlig framtid komma Vallentuna-borna tillgodo i form av sänkta fjärrvärmetaxor.

Fjärrvärmenätet i Vallentuna omfattar c. 4 500 lägenheter, och den effekt so krävs i dag ligger på omkring 20 MW. Det i sjövattnet inlagrade solvärmet kan reducera det här behovet med 80—585 procent. För att klara av toppbelastningarna under vinterns kallaste dagar räknar man med att komplettera med hjälp av dels elpatron och dels en mindre kvantitet olja (c. 10 procent av totalkonsumtionen).

Intressanta lösningar

Den tekniska helhetslösning, som kommer till användning i Vallentuna-fallet, är på många sätt intressant. Den kan i och för sig tillämpas praktiskt taget var som helst, men just i det här speciella fallet bidrar vissa omständigheter till att systemet kan optimeras.

En viktig faktor är Vallentunasjöns ringa djup. I en djup förkastnings- eller spricksjö värms den totala vattenmassan aldrig upp utan bottenskiktet kommer envist att hålla en temperatur av c. 4 grader. I en sådan sjö finns också s k språngskikt, där vattentemperaturen plötsligt faller radikalt med tilltagande djup.

I det här fallet värms även bottenvattnet upp under sommaren och en trög värmevåg sprider sig från vattnet ner i leran under sjön. Detta medför att lerlagret kommer att behålla en relativt hög temperatur även under den kalla årstiden (upp emot nio grader) och på så vis värma upp sjöns djupare delar. I mitten av november når denna värmepuls sitt maximum, tre meter ner i leran, och avklingar sedan unde resten av vintern.

Vattnets vintertemperaturer uppvisar en del intressanta egenheter. Den lägsta bottentemperaturen (c. 2”) uppmäts i december, varefter den varma lerans värmeverkan börjar göra sig gällande: i januari har temperaturen stigit till tre grader, i februari till fyra och i mars till ungefär fem. Detta sammanhänger med att isen lägger ett ”lock” över sjön och förhindrar vidare avkylning av vattnet.

Sjön fungerar således som ett naturligt värmemagasin, och vad Vallentuna värmeverk står i beråd att göra, är att hjälpa naturen ännu en bit på vägen. I vår börjar man gräva ner plaströr i bottenleran, totalt 360 rör av 1000 meters längd, och i dessa rör skall sedan det varma ytvattnet pumpas ner och cirkulera under sommaren.

Detta innebär att bottenleran ytterligare kommer att värmas upp och nå en temperatur av närmare aderton grader.

Under den kella årstiden skall sedan värmeförrådet brandskattas, och detta måste ske på ett sådant sätt att kontinuiteten i värmeleveranserna bibehålls. Att nu använda det nollgradiga ytvattnet vore mycket dålig ekonomi. I stället använder man ett vattenuttag i en djupare del av sjön där vattnet håller c. 2 grader.

Bottenvattnet leds in i rörsystemet, cirkulerar, och värms upp till 5—6 grader varpå det skickas vidare till värmepumpen. Pumpverket på 8,5 MW installeras i centrala Vallentuna. Det är att märka, att en värmepump alltid bör placeras

Vottenmäsasin 5 -Metanförande Gytha” Lersediment för omelagnin så nära mottagaren som möjligt, eftersom det producerade hetvattnet förlorar betydligt mer energi än det relativt svala vatten ur vilket värmet tas.

Då det gäller det hårt nedkylda, värmepumpade returvattnet har naturen ordnat det vist för Vallentuna-borna. Cirka tjugofem meter från pumpverket rinner en liten å, och denna får fungera som naturlig recipient. Ån utmynnar i Vallentunasjön, vilket medför vissa spännande biverkningar som vi skall återkomma till.

Också biogas i sjön

Förfarandet som skissats här ovan är i sig intressant, men Hans Garderuds planer sträcker sig ytterligare ett par steg längre. På sin väg mot tätorten möter det uppvärmda sjövattnet en ledning för kommunalt avlopp som transporteras till Käppala reningsverk, Sjövattnet håller en lägre temperatur än avloppsslammet, och den naturliga följden blir. givetvis, att växla sjövattnet med slammet för att på så vis pressa upp temperaturen ännu några grader.

Och inte nog med detta — under tidigare år släpptes kommunens samlade dynga ut i Vallentune-sjön, vilket gav upphov till tjocka avlagringar av organiskt material. Redan under våren börjar dessa avlagringar jäsa och släpper ifrån sig betydande kvantiteter metan (eller rättare sagt ”biogas”, d v s en blandning av metan och koldioxid).

Under sommaren kan metanet, tyvärr, inte tas tillvara. Det löses ut ur vattnet och avdunstar till atmosfären. När vattentemperaturen börjar sjunka får metangasen allt svårare att frigöra sig från vattnet. Kallvattnet, som vintertid leds in i plaströren, innehåller alltså betydande mängder brännbar gas.

När vattnet värms upp i rören börjar metangasen frigöras, och kan utvinnas med hjälp av en vacuum-avgasare placerad före värmepumpverket. Garderyds tanke är att utnyttja gasen för att eftervärma hetvattnet från värmepumpen. Gasbrännaren skall ge en effekt av 300 kw, vilket innebär mer än det resterande oljebehovet. På grund av att gasen tillströmmar kontinuerligt, medan vädrets makter däremot inte behagar vara helt kontinuerliga, kan metanet dessvärre inte helt ersätta oljebränningen.

Däremot är det inte alltför orimligt att anta att gasen kanske en dag kan användas för att driva själva värmepumpen. Sådan teknologi är nämligen redan i dag under utveckling.

Förmånligare värme

Vinsterna med det här systemet är uppenbara. Jämfört med ett vanligt värmepumpsverk med t ex sjövatten som värmekälla kommer Vallentunaverket att dra betydligt mindre energi för värmepumparnas drift än det traditionella verket. Det borgar redan värmelagringen för. Ur det kommunala slammet bör man kunna ta c. 11 procent av fjärrvärmenätets totala behov. Eftervärmningen med biogas minskar sedan energibehovet ytterligare. Redan efter två år skall värmekostnaderna för Vallentunabornas vjdkommande kunna minskas med C. 10 procent, för att sedan fortsätta att sjunka.

Och på miljösidan räknar man med idel positiva effekter. Utsläppen minskar radikalt: 60 ton svaveldioxid och 18 ton kväveoxider är den minskning som man räknar med på kommunalt håll. Vallentunasjörn kommer dessutom att få en betydligt bättre vattenkvalitet. Den svaga nedkylning av vattnet — ungefär en halv grad — som värmeuttaget medför är enbart positiv. Detta är alltså följden av att man låter det avkylda sjövattnet returneras genom ån invid värmeverket. Den ökade vattencirkulation, som det här förfarandet ger upphov till, bidrar därutöver till vattnets syrsättning.

Hans Garderyd talade småskrattande om att plantera ut laxöring i sjön. Nåja, en halv grad är faktiskt inte särskilt mycket… Men låt gå för regnbågslax.

Kostnaden för hela kalaset lär gå löst på 25 miljoner, av vilka kommunen satsar fem och Statens energiverk mellan tre och fyra. Resten finansieras genom lån.

15