Se gjennom stein

Å bore dypt etter varme i berget er dyrt. Da vil du vite hva som skjer der nede. Matematikere kan hjelpe.

Publisert

Geoenergi:

Forskning.no tar i denne serien for seg hvordan varmen fra jordas indre kan brukes som en energikilde.

Geoenergi deles inn i to hovedtyper

Grunn geoenergi fører varmt vann fra kjøleanlegg om sommeren noen hundre meter ned i bakken, og henter varmen opp igjen om vinteren.

Den dype, som fortsatt er på forsøksstadiet de fleste steder, henter varme som dannes i fjellet, fra jordas indre eller naturlig radioaktivitet på flere kilometers dybde.

Et nettverk av røde og gule trekanter lyser fra dataskjermen. En bølge av blått skyller over trekantene ovenfra og nedover langs buede linjer.

- Hver trekant er en ukjent i datamodellen, sier Tor Harald Sandve. – Blått betyr betyr kaldt, og rødt betyr varmt. Vi ser hvordan kaldt vann strømmer inn i sprekker i fjellet og gradvis kjøler ned fjellet rundt sprekkene.

Varmt vann i sprekkene

Sandve er forsker på Matematisk institutt ved Universitetet i Bergen. Modellene han lager, kan brukes til mye annet også, for eksempel olje og gassleting, lagring av karbondioksid eller simulering av hvordan forurensing sprer seg i bakken.

Men nå er det varmeenergien i fjellet mange kilometer nede som er av interesse. Når du har brukt store summer på å bore deg ned, vil du gjerne ha med mest mulig opp.

- Vi simulerer væskeflyt i sprekkene i fjellet. Når vannet flyter gjennom disse sprekkene, blir de varmet opp av berget, forklarer Sandve.

Varmen kan komme fra jordas indre, som på Island eller andre vulkanske områder. Eller den kan også komme fra radioaktivitet i fjellet, som i Norge.

Kompromisser

Tor Harald Sandve (Foto: Arnfinn Christensen)
Tor Harald Sandve (Foto: Arnfinn Christensen)

- Modellen kan brukes for å finne hvor raskt vannet bør strømme gjennom sprekkene. Hvis det strømmer for fort, rekker det ikke å ta til seg varmen fra berget. Hvis det strømmer for langsomt, kommer det for lite varmt vann opp til å drive kraftverket, sier Sandve.

Hvor mye vann som ideelt kan strømme, er igjen avhengig av hvor store sprekkene er, og hvor mange det er av dem.

Mange, små sprekker er bedre enn få og store. Da blir kontaktflaten større, og vannet varmes bedre opp av berget.

På den andre siden kan varmen i berget bli raskt borte hvis den hentes ut for fort. Dette er ikke noe problem i vulkanske områder, der varmen kommer fra jordas indre. Men radioaktivitet trenger lengre tid på å varme opp berget igjen. Alt dette kan simuleres.

Forenklinger

– De større sprekkene kan simuleres i ganske stor detalj. Men de miste må vi beregne med gjennomsnitt. Utfordringen er å kombinere disse to modellene slik at det ikke blir noe hull i overgangen mellom dem, sier Sandve.

En annen begrensning er at modellen arbeider med et tverrsnitt av fjellet, altså en flate. Å simulere tre dimensjoner ville kreve for mye regnekraft.

- Det er nødvendig å forenkle, men så lenge forenklingene er gode, beholder du likevel det vesentligste i resultatet, avslutter Sandve.