Náttúrufræðingurinn - 2012, Page 68

Náttúrufræðingurinn
68
hversu nærri lagi þessi rúmmálstala
er. Mælst hefur kæling á vatni sem
dælt er úr borholum bæði á Laug-
arnessvæði og Reykja- og Reykja-
hlíðarsvæðunum í Mosfellsbæ frá
því að vinnsla hófst í stórum stíl,
allt upp í 10°C í Laugarnesi frá upp-
hafi vinnslu á 7. áratug síðustu aldar
en 4–5°C að meðaltali. Að Reykjum í
Mosfellsbæ er kælingin meiri, allt að
15°C en 6°C að meðaltali, en vinnsla
í stórum stíl hófst þar skömmu eftir
1970. Samskonar tölur fyrir Reykja-
hlíð í Mosfellsdal eru mun lægri,
eða 4°C og 2°C.
Setlaga- og þurrkerfi
Endurnýjun varma í setlaga- og
þurrkerfum á meginlöndum er
mjög hæg og hægari en í jarðskorp-
unni undir Íslandi, því hitastigull
er lægri og ekki er um aðra varma-
strauma að ræða en þá sem berast
með leiðingu úr dýpri og heitari
lögum jarðskorpunnar til að við-
halda þessum kerfum. Samkvæmt
Davis og Davis26 er varmaflæði
upp í gegnum meginlandsskorpu
að meðaltali 65 kW/km2, sem sam-
svarar 0,19 kg/s rennsli af 100°C
vatni á hvern ferkílómetra, og er þá
miðað við að vatnið hafi upphaflega
verið 20°C, þ.e. að það hafi hitnað
um 80°C. Miðað við nýtingu þess-
ara kerfa í einhverjum mæli ætti því
að vera ljóst að nánast ekkert munar
um endurnýjun varmans. Þessi kerfi
ber að skoða sem varmanámur alveg
eins og önnur jarðvarmakerfi.
Nýting jarðvarmakerfa
Þegar ráðist er í jarðhitaleit og bor-
anir á jarðhitasvæði með umfangs-
mikla vinnslu í huga, er ekki vitað
hvort eða hversu hagkvæm vinnsla
reynist. Ekki er heldur ljóst hversu
stórt svæðið er eða hversu stóra
virkjun sé æskilegt reisa frá sjónar-
hóli hagkvæmni og upplýsinga
um jarðhitalindina. Með hugtak-
inu „umfangsmikil vinnsla“ er átt
við að mun meiri varmi sé tekinn
úr jarðhitalindinni um borholur en
sem nemur náttúrulegu varmaflæði
úr kerfinu.
Þegar tekin er ákvörðun um bygg-
ingu virkjunar er ekki heldur vitað
hvernig jarðhitakerfið muni bregð-
ast við vinnsluálaginu. Allir þessir
óvissuþættir kalla á að fyrsta virkjun
á hverju svæði sé eins lítil og mögu-
legt er frá sjónarhóli hagkvæmni. Sé
stefnan tekin á sem mesta nýtingu á
tilteknu svæði þarf hún að eiga sér
stað í þrepum yfir nokkurt tímabil,
áratug eða meira, svo að hámarks-
árangur náist.
Eftir að virkjun hefur verið tekin
í notkun er mikilvægt að gera
vöktunarmælingar til þess að leiða
í ljós viðbrögð jarðhitakerfisins við
vinnsluálaginu. Sú grundvallar-
breyting sem verður á jarðhital-
ind við umfangsmikla vinnslu er
lækkun á þrýstingi (grunnvatns-
borði) í jarðhitalindinni vegna upp-
töku á vatni (og gufu) um borholur.
Í kjölfarið eykst írennsli á köldu
grunnvatni í lindina miðað við nátt-
úrulegt írennsli.
Í kerfum með kvikuvarmagjafa
dugar varmastreymi frá varmagjaf-
anum til að viðhalda varma í heitu
bergi jarðhitakerfisins við náttúru-
legar aðstæður eða jafnvel til að
bæta við þennan varma, sérstaklega
þegar kerfið er ungt, ýmist með því
að berg kerfisins hitnar frekar eða
rúmmál heits bergs eykst. Aukið
írennsli kalds grunnvatns í slík jarð-
hitakerfi í kjölfar vinnslu, umfram
náttúrulegt írennsli, leiðir til varma-
náms úr heitu bergi kerfisins og/eða
styttingar á endingartíma varmagjaf-
ans, sbr. 14. mynd. Í lághitakerfum
og kerfum í setlagatrogum er ljóst
að nýtingin gengur á varmagjafann
(heitt berg í kerfunum).
Örvað írennsli kalds grunnvatns
í jarðhitakerfi í vinnslu getur sýnt
sig í lækkandi hitastigi vatns sem
streymir inn í eða úr borholum.
Ekki er þó unnt að nema kælingu
af þessum toga ef áköf suða byrjar
í aðfærsluæðum gufuhola, því þá
ræður gufuþrýstingur hitanum. Í
þeim tilfellum má oftast notast við
mælingar á lækkun í styrk klóríðs
eða annarra utangarðsefna í holu-
renni til að meta kalt írennsli, sbr.
15. og 16. mynd, en í köldu grunn-
vatni er styrkur þessara efna jafnan
lágur en tiltölulega hár í jarðhita-
vatni. Klóríð í jarðhitavatni getur
verið af ýmsum uppruna, úr úrkom-
unni, berginu sem vatnið streymir
um eða frá kviku. Örvað írennsli
kalds grunnvatns í kjölfar vinnslu
eykur líkur á að vatnið taki í sig
mun minna klóríð úr berginu en við
náttúrulegar aðstæður. En það tekur
til sín varma úr heitu bergi jarðhita-
kerfisins og hitnar við það en kælir
bergið um leið. Þetta vill leiða til
þess að kælingar verði ekki vart um
nokkurt skeið eftir að vinnsla hefst,
jafnvel þótt styrkur klóríðs í holu-
vatni lækki, en slík lækkun er þó
fyrirboði kælingar.
Mælingar á þrýstingslækkun í
jarðhitakerfum og minnkað flæði úr
borholum eru notaðar til að spá fyrir
um viðbrögð kerfisins við vinnslu-
álagi. Meðan vinnslusagan er stutt
er spáin óviss, en hún verður þeim
mun öruggari sem vinnslusagan er
lengri. Æskilegt er að haga vinnslu
á þann hátt að ekki sé tekinn meiri
vökvi úr kerfinu um borholur en svo
að þrýstingur fari ekki sílækkandi
heldur náist stöðugt ástand eftir
eitthvert tímabil vinnslu.79 Þetta
stöðuga ástand næst þegar írennsli
verður jafnmikið og upptaka vatns/
gufu úr tiltekinni jarðhitalind, en
það felur ekki endilega í sér stöðuga
upptöku varma, heldur minnkandi
varmaupptöku ef kæling á sér stað.
Ekki er rökrétt að flytja niðurstöður
af jarðhitasvæði sem hefur verið í
nýtingu um skeið yfir á nýtt svæði
sem fyrirhugað er að nýta. Það sýnir
reynslan. Engin tvö jarðhitakerfi eru
eins. Hversu fljótt kæling verður
og hversu mikil er háð því hversu
nálægt jöðrum jarðhitasvæðis bor-
holur liggja, hversu djúpt æðar eru
í borholum, hversu áköf vinnslan
er og hvernig lekt bergsins breytist
í þrívídd.
Sanyal16 og O'Sullivan o.fl.15 meta
það svo að endurnýjunartími jarð-
hitakerfa eftir að vinnsla er stöðvuð
sé í beinu hlutfalli við þá varmatöku
úr kerfinu vegna vinnslunnar sem
er umfram náttúrulegt varmatap. Ef
þessi aukna varmaupptaka er t.d. 10
sinnum meiri en náttúrulegt varma-
tap á 50 ára vinnsluskeiði tekur