EGS : Framtidens Geotermiska System

Abstract

The increasing demand for eco-friendly energy alternatives and the changing requirements of state of the art EGS-plants (Enhanced Geothermal Systems) have set the mark for many countries to start evaluating their geothermal assets. By using the EGS-technique, artificial reservoir providing district heating and electricity are created around the world by stimulating the bedrock hydrostatically with a process called hydroshearing. However, this technique has for long, been limited in cold thick bedrock by costly deep drillings. Interestingly, today´s fast development of the hydraulic hammer drilling technique has enabled a cost effective deep drilling to depths of six-seven km, even in crystalline bedrock and are, continuously being developed in Sweden as well as in South Korea, Germany and Australia. In this work I will present the EGS-technique and how the reservoir is formed. The technique is derived from hydrofracking for in which both methods and environmental risks have been valued against the ones of hydroshearing. The techniques are often combined and environmental friendly approaches are represented in both. Eight important geological parameters, affecting the potential of the EGS-plant have been determined. Granitic bedrock does respond well to these parameters, in case of homogeneous fracturing and increased levels of potassium, thorium and uranium, which results in high heat productivity. Four international pilot-projects, Pohang in South Korea, Newberry in USA, Soultz-sous-Forêts in France and Espoo in Finland are also presented in this work, with the Newberry and Soultz-sous-Forêts- projects as the main contributors in knowledge, especially regarding hydraulic stimulation of the bedrock. In the final part of this essay, a general presentation and assessment of the Swedish bedrock and it´s suitability for EGS-exploration is provided. The evaluation assessment is based on modern literature and data gathered from deep holes. Today´s best conditions are evaluated to exist in areas with sedimentary bedrock that connects to fracturing systems caused by impact- or fault structures. These conditions are found in the northwest of Scania, on Gotland and around the Siljanringen.

Abstract (Swedish)

En ökad efterfrågan på miljövänliga energialternativ har resulterat i att allt fler länder börjat utvärdera sina geotermala tillgångar. En bidragande orsak till det ökade geotermala intresset är förändrade krav som ställs på geologin och hydrologin med dagens moderna EGS-anläggningar. Med EGS-tekniken (Enhanced Geothermal Systems) skapar man idag konstgjorda reservoarer, för fjärrvärme- och elproduktion, runt om i världen genom hydrostatisk stimulering av berggrunden, sk. hydroshearing. I kall tjock berggrund har tekniken länge begränsats av kostsamma djupborrningar. Med dagens snabba utveckling av bl.a. hydraulisk hammarborrteknik tror man sig snart kunna möjliggöra kostnadseffektiva djupborrningar ner till sex-sju kilometer även i kristallin berggrund. Den borrtekniska utvecklingen pågår, förutom i Sverige, bl.a. i Sydkorea, Tyskland och Australien. I arbetet presenteras EGS-tekniken och hur utformningen av reservoaren sker. Tekniken härstammar från hydrofracking, vars metoder och miljörisker här vägts mot hydroshearingens. De båda teknikerna kombineras inte sällan och miljövänliga tillvägagångssätt finnas representerade hos båda. Åtta stycken geologiska parametrar med avgörande betydelse för EGS-anläggningens potential har vidare kunnat fastställas. Granitisk berggrund har visat sig svara mycket bra mot dessa parametrar, detta bl.a. då den ofta uppspricker homogent samt uppvisar förhöjda halter av kalium, torium och uran, vilka föranleder hög värmeproduktion. För utvärdering internationellt presenteras bl.a. testprojekten Pohang i Korea, Newberry i USA, Soultz-sous-Forêts i Frankrike samt Espoo i Finland. Testprojekten i Newberry och Soultz-sous-Forêts har uteslutande bidragit med mest kunskap inom området, detta framförallt kopplat till hydrostatisk stimulering av berggrunden. I arbetes slutliga del har en generell presentation och bedömning gjort av den svenska berggrunden och dess EGS-förutsättningar. Bedömningen har baserats på aktuell litteratur och mätdata från befintliga borrhål. I dagsläget tros de bästa förutsättningarna finnas i område där sedimentär berggrund ansluter till impakt- eller förkastningsstrukturer som resulterat i uppsprickning av berggrunden. I Sverige finner vi dessa platser på Gotland, i sydvästra skåne samt kring Siljanringen.

Popular Abstract (Swedish)

Från dödsrike till global energiförsörjning

Alla som varit i närheten av en varm källa vet att det inte sällan stinker som av ruttna ägg. Det är svavel som luktar, och enligt många kulturer var svaveldoften och värmen ett säkert tecken på var man befann sig. Ingången till helvetet. Idag ser dock vetenskapen stora möjligheter att förvandla denna brinnande straffort till något mycket gott; EGS, Enhanced Geothemal systems,– med potential att mätta samhällets växande energibehov.

Tekniken som används inom EGS kallas hydroshearing och är, till skillnad från hydrofracking där man tillsätter kemikalier, helt miljövänlig och koldioxidneutral. Många förnyelsebara källor såsom sol-, våg- och vindkraft har nackdelen att producera elektricitet endast under vissa förhållande, detta gäller inte EGS. Anläggningarna producerar el 24 timmar om dygnet och upptar dessutom en jämförelsevis liten yta. Tekniken är lokal och kan användas världen runt, vilket även utesluter bränsletransporter. IEA, (Internationellaenergimyndigheten) Figuren visar IEA:s uppskattning av geotermins ökning över tid förutspår stor uppgång av EGS de närmsta 30 åren, med 50 nya anläggningar bara de närmsta 10 åren!
Vad är då EGS? EGS innebär att man skapar ett system i berggrunden genom att skjuva (vidga) berggrundens befintliga spricksystem. Då vatten senare får cirkulera genom systemet kan man ta till vara bergets värme för att producera elektricitet och fjärrvärme. Den geotermala tekniken har länge varit begränsad till område där hetvatten ligger nära markytan, såsom gejsrar och heta källor på Island. För att komma åt de varma områdena i den svenska graniten hade man tvingats borra så djupt att det tidigare inte varit ekonomiskt lönsamt. Idag har dock läget förändrats med den vattendrivna hammarborrtekniken. Djupborrningar ner till 7-8 km i berggrunden tros nu möjliga och redan har anläggningar börjat byggas runt om i världen. Mycket talar för att man i Sverige kan finna bergtemperaturer uppåt 120-130 grader, något som är fullt tillräckligt för uppvärmning i kommersiell skala i landet. I södra Finland håller man just nu på att anlägga ett EGS, i ett område med berggrundsförhållande mycket lika våra egna. Tidpunkt och förutsättningar hade med andra ord inte kunnat vara bättre. För att kunna iscensätta detta på hemmaplan behöver vi nu göra fördjupade geologiska undersökningar kring vår egen berggrund och dess egenskaper, men även följa upp andra länders projekt och dra lärdom härifrån.
Människan har alltid sagts vara duktig på att skapa sina egna helvete, men idag har vi möjligheten att göra det motsatta. Lyder inte talesättet, ”från allt ont kan något gott komma”?

• author: Kervall, Hanna
• supervisor: Mikael Erlström
• organization: Department of Geology
• course: GEOL01 20171
• year: 2017
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: EGS, hydroshearing, hydraulisk hammarborrteknik, granitisk berggrund, Newberry
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lundsuniversitet
• report number: 513
• language: Swedish
• id: 8918423
• date added to LUP: 2017-06-27 15:04:58
• date last changed: 2017-06-27 15:04:58