Grundvattenpåverkan från pumpkraft - En fallstudie vid Stärnö Stenbrott

Abstract (Swedish)

Pumpkraft är en energilagringsteknik där elektrisk energi omvandlas till lägesenergi i syfte att
kunna omvandla tillbaka lägesenergin till elektrisk energi i ett framtida skede. Detta sker genom
att vatten pumpas från ett lågt beläget vattenmagasin till ett högre beläget vattenmagasin.

Få studier har genomförts gällande vilken grundvattenpåverkan som kan uppstå vid denna typ av
verksamhet, ett ämne som denna studie ämnar undersöka. Arbetet är en fallstudie kring ett
hypotetiskt pumpkraftverk vid Stärnö stenbrott, Karlshamn. Stenbrottet skulle i detta scenario
fungera som nedre magasin och Östersjön som övre magasin. Platsen har relativt unika
förhållanden då stenbrottet är beläget vid en 200 meter bred diabasgång som ligger i närhet till
både förorenad jord och ett Natura 2000-område. Med denna bakgrund beslöts att arbetet skulle
utgå ifrån att undersöka hur driften av ett pumpkraftverk skulle påverka grundvattennivåer och
urlakningen av de närliggande föroreningarna. Studien undersöker även hur inläckage av
grundvatten kan tänkas påverka pumpkraftverkets effektivitet. För att svara på dessa frågor så
genomfördes först en litteraturstudie för att samla in bakgrundsfakta kring området. Detta följdes
av en grundvattenmodellering i GMS där en transient modell skapades för att simulera
förändringar i grundvattennivåer över tiden då pumpkraftverket är i drift. Slutligen utfördes ett
par kompletterande beräkningar till modelleringen för att knyta an modelleringsresultatet till
frågeställningarna.

Grundvattenmodelleringen uppvisade stora fluktuationer i grundvattennivå i de angränsande
områdena kring stenschaktet vars berggrund bestod av diabas. Längs med diabasgången sker som
mest en temporär höjning på 1 meter inom en 200 meters radie från stenschaktets yttergränser.
På ett avstånd om cirka 30 meter uppvisas temporära höjningar uppemot 20 meter. Vid inget
skede av pumpkraftverkets drift sker en grundvattensänkning. Resultaten från
grundvattenmodelleringen går inte att klassa som säkra på grund av brister i modellen och brist
på material att använda för validering av resultat. De kompletterande beräkningarna uppvisade
ett maximalt grundvattenläckage till stenbrottet på 0,031 l/s vilket inte kommer ge upphov till
någon noterbar effektivitetsförlust. Beräkningarna visade att föroreningsspridning inte skulle
orsaka oacceptabla föroreningsnivåer. Även fast de hydrogeologiska förutsättningarna ser goda
ut för att eventuellt anlägga ett pumpkraftverk så skulle det ändå rekommenderas att avlägsna den
förorenade jorden och undersöka vidare förekomst av eventuella sprickzoner längs diabasgången.

Popular Abstract (Swedish)

Kan pumpkraft bistå Sveriges energiproduktion utan att skada lokala grundvattenmagasin?

Det är en fråga som kan vara av stort intresse för framtiden då energilagringsmetoden pumpkraft har fått allt större uppmärksamhet på senare tid. En grundvattenmodellering utförd vid Stärnö stenbrott antyder om att så är fallet.

Pumpkraft är en teknik som tar vara på överskottsenergi från andra energikällor genom att vatten pumpas mellan två vattenmagasin. Tekniken ses som ett väl lämpat komplement till vindkraft och skulle därmed kunna bidra till att ge södra Sverige en mer stabil elproduktion. Teknikens viktigaste egenskaper är höjdskillnaden mellan de två vattenmagasinen samt deras storlek. Turligt nog finns det i Sverige gott om befintlig infrastruktur som har dessa egenskaper i form av övergivna gruvor och stenbrott. Ett sådant exempel är Stärnö stenbrott, beläget i Karlshamn, Blekinge.

Vid Stärnö stenbrott bröts tidigare diabas, en berggrund känd för att vara ytterst tätt. Detta ger platsen goda förutsättningar för ett pumpkraftverk då stenbrottets täta bergväggar sannolikt har en god förmåga att bibehålla vatten utan att det rinner ut i omgivande berggrund. Precis intill stenbrottet finns Östersjön som kan fungera som det andra vattenmagasinet vid pumpkraftverket. Vid första anblick verkar denna plats vara en ideal plats för ett pumpkraftverk, men i de omkringliggande jordlagren finns problem som kan förstöra dess potential.

Runtom Stärnö stenbrott finns förorenade jordar från tidigare industriverksamheter som skulle kunna riskera att spridas ifall det finns en koppling mellan grundvattnet i berget och ytvattnet i stenbrottet. Stora delar av Stärnö utgör ett Natura 2000 vilket gör det av ytterst vikt att säkerställa att pumpkraftverket inte skulle bidra till spridningen av dessa föroreningar. Det är också av intresse att undersöka om grundvattennivåerna runt om stenbrottet kommer att påverkas av de varierande vattennivåerna i stenbrottet då detta fenomen är föga undersökt.

För att undersöka detta skapades en grundvattenmodell i programmet GMS (Groundwater Modeling System) som simulerade drift av ett pumpkraftverk vid Stärnö stenbrott under två månaders tid. Resultatet visade på en ytterst låg samverkan mellan vattennivåer i stenbrottet och den omgivande berggrunden vilket är en god indikation på att platsen har god potential för ett pumpkraftverk. Likaså visade resultatet på en ytterst låg spridning av föroreningar till följd av pumpkraftverket.

Stärnö stenbrott är dock bara en av många tänkbara platser för drift av pumpkraft i Sverige och många av dessa kan ha mindre gynnsamma hydrogeologiska förutsättningar. I sådana sammanhang är förhoppningen att grundvattenmodellen från detta examensarbete ska ge en god bas för att utveckla nya modeller som tacklar dessa utmaningar.

• author: Lundkvist, Johan
• supervisor: Gerhard Barmen
• organization: Engineering Geology; Civil Engineering (M.Sc.Eng.)
• alternative title: Groundwater Impact from Hydropower Storage – A Case Study at Stärnö Quarry
• course: VTGM05 20231
• year: 2023
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: grundvatten, pumpkraft, energilagring
• publication/series: ISRN
• report number: ISRN LUTVDG/(TVTG-5179)/1-73/(2023)
• language: Swedish
• additional info: Examiner: Jan-Erik Rosberg
• id: 9142484
• date added to LUP: 2024-01-08 14:01:30
• date last changed: 2024-01-08 14:01:30