Morgunblaðið - 21.07.1977, Blaðsíða 14

14
MORGUNBLAÐIÐ, FIMMTUDAGUR 21. júlí 1977
Inngangur
1 febrúar 1977 fór Orkustofnun
þess á leit við höfund þessarar
skýrslu, að hann kæmi í stutta
heimsókn til tslands til þess að
hafa samstarf við starfsmenn
stofnunarinnar um tillögur til
aukinnar gufuvinnslu á jarðhita-
svæðínu við Kröflu. Höfundur
lagði upp frá Corvallis þann 29.
marz og dvaldi á tslandi til 15.
apríl. Eftirfarandi plagg er
skýrsla höfundar til Orkustofnun-
ar, en stutt skýrslubrot var og
tekið saman í Reykjavík.
Höfundur þakkar iðnaðarmála-
ráðherra, iðnaðarmálaráðuneyti,
Kröflunefnd og starfsmönnum
Orkustofnunar fyrir ánægjulegt
samstarf.
Gufuvinnsla
við Kröflu
Jarðhiti og
jarðeldur
við Kröflu
Ýtarlegar lýsingar á jarðhita
við Kröflu eru gefnar í fjölmörg-
um skýrslum Orkustofnunar, og
er óþarfi að endurtaka efni þeirra
hér. Aðeins skal á það bent,' að
samband jarðhita og jarðelds er
greinilegra á Kröflusvæði en á
flestum öðrum svæðum á Islandi.
Svæðið virðist og eitt heitasta
jarðhitasvæði landsins.
Starfsmenn Orkustofnunar og
Raunvísindastofnunar hafa og
gert ýtarlegar og athyglisverðar
skýrslur um ýmsa atburði á
svæðinu í kjölfar gossins í desem-
ber 1975. Eru fyrir hendi niður-
stöður mælinga á skjálftavirkni,
landrisi og öðru, sem rekja má til
jarðeldavirkninnar. Mjög at-
hyglisvert er, að þessir atburðir
eru svo að segja alveg hliðstæðir
því, sem gerist við eldöskjuna
Kilauea á Hawaii. Þegar bornir
eru saman atburðir á báðum
stöóum verður ekki hjá því
komist að álykta, að kvika neðan-
jarðar sé meginorsök landhreyf-
inga og skjálftavirkni við Kröflu.
Rétt er að taka fram, að skortur
þekkingar á eðli sambands-
jarðhita og jarðelds veldur megin-
vanda við skipulagningu gufu-
vinnslu á Kröflusvæði og öðrum
líkum svæðum. Ekki er vitað á
hvern hátt jarðhitavatn tekur upp
varma né um hvaða rásir það leit-
ar til yfirborðs.
Gufuvinnsla 77/4
Á Kröflusvæði hafa alls verið
boraðar 11 vinnsluholur og er
dýpt þeirra frá 1,1 til 2,2 km.
Aðeins tvær þeirra hafa borið
sæmilegan árangur, þ.e. hola 7,
sem flytur um 7 kg/s af gufu við 8
ata þrýsting og hola 11, sem flytur
10 til 12 kg/s við 10 ata þrýsting.
Greinilega hefur komið fram,
að vinnsla er úr tveim aðgreind-
um kerfum. Efra kerfið er á 0,8 til
1,2 km dýpt og flytur vatn við
220°C hita. Neðra kerfið er mest-
megnis neðan 1,5 km dýptar og
flytur gufu-vatnsblöndu við um
320°C hita.
Vert er að taka fram, að þau
vandamál, sem fram hafa komið
við gufuvinnslu á Kröflusvæði
eru hvergi einsdæmi um hegðun
slfkra svæða. Um 1960 voru gerð-
ar 3 árangurslausar boranir f
Krýsuvfk. Afköst borhola á
Olkariasvæði f Kenya eru
ófullnægjandi. Þá hafa komið
upp vandamál af Ifku tagi f Valles
öskjunni I New Mexico, East
Mesa, Imperial Valley, Cali-
fornia, Momotombo I Nicaragua
og allt að 5 háhitasvæði á Nýja
Sjálandi hafa verið dæmd úr leik
vegna tregs rennsiis borhola.
Umræða og túlkun
(4.1) Innstreymi I borholur.
Það skiptir nokkru máli að gera
sér grein fyrir hversu smáir inn-
steymisfletir eru. Lítum á niður-
stöður mælinga á KJ-7 frá 76. 11.
18. Holan er talin flytja svo að
segja eingöngu háhitavatn úr
neðra kerfi. Við 12 ata topþrýst-
ing er gufurennsli 7 til 8 kg/s en
vatnsrennsli um 5 kg/s. Gerum
ráð fyrir 20 ata þrýstingi við inn-
streymi í holu á 1.6 til 2.0 km dýpt
og 320°C og um 110 ata þrýstingi í
bergi. Hér er um margyfirbætið
(supercritical) streymi að ræða,
en það má telja eðlilegt við þær
aðstæður, sem hér ríkja. Inn-
streymishraði hreinnar gufu inn i
holu ætti að vera yfir 600 m/s en
vegna vatnsblöndunar mun raun-
verulegur hraði talsvert lægri.
Gizkum á 300 m/s og reiknum þá
innstreymi 3000 kg/m%s. Til þess
að flytja 8 kg/s þarf því aðeins
2,7x10— Km54 innstreymisflöt. Ef
gufan streymir út úr láréttri æð,
sem er opin allan hringinn þarf
vidd hennar aðeins að vera 3,5
mm til þess að flytja blönduna.
Þessi niðurstaða sýnir, að inn-
streymisæðar eru mjög óveru-
legar. Likar aðstæður ættu að
ríkja í holum 6, 10 og 11.
Til fróðleiks má geta þess, að
fyrrgreind æð gæti við þær
þrýstingsaðstæður, sem hér ríkja
flutt um 200 kg/s af hreinum
vatnsfasa. Þessi tala er reiknuð á
einföldum grundvelli, sem ekki
verður rakinn hér. Samanburður
á þeim rennslistölum, sem hér
hafa verið gefnar sýnir, að það
getur skipt talsverðu máli að reka
holur þannig, að innstr. sé í vatns-
fasa, ef þess er kostur.
(4.2) Botnhiti og fasaástand.
Lítum aftur á niðurstöðu mælinga
í holu 7. Samkvæmt F-18886 er
mældur hiti á 1.6 km dýpt 340°C
en suðuhiti á þessari dýpt er
320°C. Þar sem hitamælar eru við
hámark er mælingin ekki
nákvæm, og fullt eins Hklegt, að
raunverulegur berghiti sé við
suðumark. Þá er samkvæmt F-
14899 gufuhlutfall holunnar við
12 ata útþrýsting um 0,57, og er
þetta óvenju há tala. Hlutfallið
hækkar I 0,60 við 5 ata útþrýsting.
Holan er talin taka lítið eða
ekkert vatn úr efra kerfi, og ættu
þessar tölur þvl að vera ein-
kennandi fyrir ástand I neðra
kerfi.
A íslenzkum jaT-ðhitasvæðum er
eðlilegt að gera ráð fyrir því, að
djúpvatn, ef undirhætið, sé I
vatnsfasa. Orsakir fyrir háu gufu-
hlutfalli geta þá verið þrjár, þ.e.
(1) hár botnhiti (2) ísóbar suða I
nágrenni holu og (3) skiljun gufu
og vatns og niðurstraumur vatns-
fasa vegna hærri eðlismassa.
Gufutölur sýna að til þess að ná
gufuhlutfalli 0,57 við 12 ata út
þyrfti botnhiti að vera um 370°C,
þ.e. mjög nálægt hætnum hita
vatns. Ef atriði (2) og (3) skipta
máli lækkar þessi tala.
Einfaldir útreikningar, sem
ekki verða raktir hér, sýna nú, að
varmaleiðni bergs er svo lág að
óeðlilega stóra snertifleti þarf til
þess að Isóbar suða skipti máli. Þá
er og þrýstingsfall nálægt holu 7
svo mikið, að óeðlilegt virðist, að
munur eðlismassa gufu og vatns
geti haft veruleg áhrif á strauma I
berginu. Það er því sennilegt, að
atriði (1), þ.e. hár botnhiti skipti
hér mestu máli, og að raunveru-
legur botnhiti svæðisins sé nálægt
370°C, a.m.k. I nágrenni holu 7.
Botnhiti = base temperature
Þrýstingur vatns við 370°C er
um 210 ata, og má því ekki reikna
með því að botnhiti rlki fyrr en á
um 3 km dýpt. Ef svæðið er
nokkurn veginn I hitajafnvægi,
ætti vatn með 370°C hita að leita
upp frá þessari dýpt, verða fyrir
ísenthalpískri suðu á leið sinni, og
koma upp á 1,6 km dýpt með
gufuhlutfall um 0,3 en þetta hlut-
fall ætti að rlkja I nágrenni botns
holu 7.
Vert er að taka fram, að
mælingar á gufuhlutfalli eru ætlð
erfiðar, og hitamælar þeir, sem
notaðir eru i borholu eru hvergi
nákvæmir við svo háan hita.
Framangreind áætlun um gufu-
hlutfall er því i nokkurri óvissu.
(4.3) Rennslisminnkun og
óstöðugleiki. Breytingar I rennsli
borhola má rekja til eftirfarandi
atriða, og ekki skal þvl haldið
fram, að þessi listi sé tæmandi.
Þrýstingslækkun. Lækkun bak-
þrýstings I kerfi mun að sjálf-
sögðu tregða rennsli. Ekki er vit-
að um tímaferil þrýstings I neðra
Dr. Gunnar Böðvarsson
valda þessu. En I borholum er
samgangur milli kerfanna, og er
hætt við þvl, að vatn úr efra kerfi
auki hættu á kæfingu þess neðra.
Einnig getur verið hætta á efnis-
söfnun I sprungum neðra kerfis,
ef efrakerfisvatn nær að streyma
niður og inn I þær.
(4.5) Afköst og könnun
vinnslugetu neðra kerfis. Lengd
virkra borahola I neðra kerfi er
nú um 3,5 km og afköst við 8 ata
toppþrýsting eru um 18 kg/s af
gufu, þ.e. um 5 kg/s, km. Fjár-
hagslega séð er æskilegt, að hver
borahola reki I minnsta lagi 3MW,
og minnstu afköst þyrftu því að
nema um 7 kg/s af gufu við um 10
ata þrýsting. Ef meðallengd bora-
holu i neðra kerfi er 0.8 km
þyrftu afköst þá að nema 9 kg/s,
km af gufu við 10 ata þrýsting.
Því má segja, að núverandi afköst
borhola I neðra kerfi séu um 50%
af minnstu æskilegu afköstum, og
er þá miðað við varanlegt rennsli,
en það kann að vera tálvon, ef
höfð er hliðsjón af fenginni
reynslu. Þegar öllu er á botn
hvolft má þvi segja, að byrjunar-
afköst borahola I neðra kerfi
þyrftu að vera talsvert meir en
tvöföld núverandi afköst. Eðlilegt
virðist að stefna að 15 til 20 kg/s,
km byrjunarafköstum.
Skýrsla til Orkustofnunar
- eftir dr.Gunnar Böðvarsson verkfræðing
kerfi, en ólíklegt er, að hann hafi
tekið merkjanlegum breytingum,
og það er næsta óliklegt að rekja
megi rennslisbreytingar til slikra
orsaka. Hins vegar eru merki um,
að grunnvatnsborð á Kröflusvæði
hafi lækkað við gosið 1975, og
gæti þetta skýrt minnkun rennsl-
is úr efra kerfi og einnig auka
gufumyndun úr yfirborðsaugum.
Stlflun. Utfellingar, sandur og
grjót geta stíflað innstreymisæð-
ar, raufar og jafnvel borholur.
Þetta eru alþekkt fyrirbæri og
óþarfi að ræða þau frekar. Á svo
virku svæði sem Kröflusvæði geta
jarðhreyfingar beyglað og kramið
fóðurpfpur þannig að til stíflunar
komi.
Lokun æða. Hækkun berghita
og önnur þensia gæti lokað inn-
streymisæðum og þannig valdið
rennslisminnkun.
Kæfing. t tvlfasa straumi upp
borholu þar sem gufufasinn hef-
ur ekki nægan hraða getur vatn
safnast fyrir og kæft innstreymi
úr neðri æðum. Þetta virðist
koma fyrir I holu II þegar dregið
er úr afköstum með því að
minnka blástursop.
Tæming hólfa. Hugsanlegt er,
að borholur taki blöndu úr af-
mörkuðum (lokuðum) sprungu-
kerfum, sem ekki geyma nema
takmarkaðan massa. Slíkt er þó
ósennilegt á Kröflusvæði þar sem
COj gusan, sem fram kom við
gosið 1975 virðist hafa streymt
um neðra kerfið.
(4.4) Túlkun fyrirliggjandi
gagna. A grundvelli þeirra gagna,
sem fyrir liggja, virðist eftirfar-
andi mynd einna sennilegust.
Vatn við nær-hætið ástand
(370°C) er á um og yfir 3 km.
dýpt. Uppstreymi framkallar
Isenthalpíska suðu, sem veldur á
1,6 til 2,0 km dýpt gufuhlutfalli,
nálægt 0,3. Astand I neðra
vinnslukerfi er þannig eðlileg af-
leiðing straumskilyrða. Blandan
streymir um vlðáttumikið sam-
tengt æðakerfi, sem myndað er af
mjög þröngum sprungum. Líklegt
er, að þeirra sé helzt að leita á
lagamörkum og jafnvel I innskots-
lögum.
Borholur taka gufu-
vatnsblöndu úr sprungum, sem
eru aðeins örfárra millimetra vlð-
ar. Flutningsgeta æðanna er mjög
viðkvæm gagnvart ýmsum breyt-
ingum. Líklegt er, að rennslis-
minnkun borahola I neðra kerfi
sé fyrst og fremst af völdum efn-
issöfnunar vegna útfellinga, en
grjót og sandur geta einnig valdið
stiflun millibila og raufa. Kæfing
innstreymis úr neðra kerfi af
völdum vatns fer augljóslega
fram I sumum borholum.
Efra vinnslukerfið liggur yfir
því neðra, og virðist ekki hafa
beinan samgang við það. Þétt
jarðlög og/eða efnissöfnun munu
Á þessu stigi er algerlega óvíst,
hvort fyrrgreind byrjunarafköst
eru raunhæft markmið, og mun
reynslan ein skera úr um það. En
sá, sem þetta ritar, er þeirrar
skoðunar, að borun 3.5 km i neðra
kerfi sé hvergi fullnægjandi
könnun afkasta. Þá eru fyrir
hendi, eins og síðar skal bent á,
ýmsir möguleikar á þvl að bæta
tækni við staðsetningu nýrra bor-
hoia og einnig standa vonir til
þess að beita megi sérstökum að-
ferðum til örvunar rennslis bor-
hola.
Viðhorf 77/4
(5.1) Gufuþörf virkjunar. Mið-
að við 8 ata inntak og þéttingu við
0,1 ata er gufuþörf virkjunarinn-
ar um 8 kg/kwst., þ.e. alls 145
kg/s við 65MW álag. Ef auka má
meðalafköst borahola I neðra
kerfi I 10 kg/s við 10 ata topp-
þrýsting þarf um 15 borholur til
þess að ná framangreindum af-
köstum.
(5.2) Sérstök vandamál. Rétt er
að drepa með nokkrum orðum á
ýmis atriði, sem hafa verður T
huga við þau verkefni, sem fram-
undan eru á Kröflusvæði.
Skammtfmasjónarmið. Æski-
Iegt væri að geta tekið Kröflu-
virkjun I rekstur þegar á þessu
Frá Kröflusvæðinu.