Långsiktiga effekter och kostnader av applicerade utökningar på ett passivt borrhålslager : En fallstudie i norra Sverige

Sammanfattning: Syftet med detta arbete var att undersöka om olika utökningar av ett passivt borrhålslager kan påverka dess långsiktiga prestanda ur ett ekonomiskt samt ett tekniskt perspektiv. Målet var att genom överdimensionering av borrhålslagret försöka sänka de långsiktiga driftkostnaderna och därmed minska dess totala livscykelkostnader samt förlänga lagrets tekniska livslängd.  För detta gjordes en fallstudie på ett projekterad borrhålslager belägen i Luleå kommun som projekterades av WSP till Alviksskolans alternativa bergvärmeanläggning. Borrhålslagret som från början består av 16 borrhål vardera med 300 meters djup utökades eller överdimensionerades genom addering av borrhål samt ökning av dess totala djup. Kombinationerna av dessa utökningsalternativ sammanställdes i olika fall som sedan utvärderades ekonomiskt samt tekniskt ur ett långtidsperspektiv. Fem olika fall undersöktes där ett borrhål adderades för varje fall med 16 borrhål som utgångspunkt i det första fallet upp till 20 borrhål i det femte fallet. Dessa kombinerades med tre olika borrhålsdjup på 300,- 350- samt 400 meter. Genom att addera borrhål samt öka dess totala djup kan medeltemperaturen av i borrhålslagret cirkulerande köldbärarvätskan ökas samt dess nedkylningstakt med åren minskas som kan förbättra bergvärmesystemets långsiktiga prestanda. Förbättringen av prestandan medför minskad energikonsumtion och därmed sänkta driftkostnader som under en längre tid kan medföra sänkta livscykelkostnader. För att se hur köldbärarvätskans temperatur i borrhålslagret påverkas hos de utökade fallen simulerades dess temperaturutveckling med hjälp av programvaran EED. Utifrån de simulerade temperaturprofilerna hos de utökade borrhålslagren räknades sedan den teoretiskt maximala COP ut samt dess degraderingstakt med tiden som för varje undersökta fall jämfördes med den ursprungligen projekterade lagrets uträknade maximala COP och dess degraderingstakt. På så sätt räknades en teoretisk procentuell förbättring fram av systemets långsiktiga prestanda hos de överdimensionerade fallen. Av dessa kunde sedan minskandet av energikonsumtionen hos de utökade fallen räknas ut varav dess livscykelkostnader kunde beräknas. Temperaturutvecklingen av köldbärarvätskan som simuleringarna visade hos de undersökta fallen plottades också upp i grafer för att se hur borrhålslagrets tekniska livslängd påverkas av de applicerade utökningarna.  Resultaten visar att det långsiktigt inte är lönsamt att överdimensionera ett borrhålslager utifrån de beräknade livscykelkostnaderna. Hos alla de studerade fallen är livscykelkostnaderna av de överdimensionerade borrhålslagren alltid högre än av den ursprungligen projekterade borrhålslagret vilket resulterar alla dessa i ekonomiska förluster i slutändan. Det beror på de höga extra investeringskostnaderna som olika utökningar av borrhålslagret medför vilket inte kan kompenseras av den minskade energikonsumtionen. Tekniska livslängden förlängs däremot hos alla utökade fall vilket är en teknisk fördel som kan framtidssäkra borrhålslagret. Generellt presterar utökning mot djupet bättre än utökning av adderade borrhål både ur ett ekonomiskt och ett tekniskt perspektiv. Då energikonsumtionen minskar hos alla de undersökta utökade fallen blir också borrhålslagret mindre beroende av extern elproduktionen som indirekt kan minska användningen av fossila bränslen. Reducering av fossila bränslen till elproduktion kan därmed mildra koldioxidutsläppet och sakta ner globala uppvärmningen. Slutsatsen som kan alltså dras är att överdimensioneringen av ett borrhålslager i norra Sverige är ekonomiskt inte en fördelaktig investering på grund av de höga investeringskostnaderna som detta medför. Förlängningen av den tekniska livslängden samt minskandet av externa elproduktionen kan däremot vara fördelaktigt i längden.Arbetet begränsas av just den specifika fallstudien som görs på Alviksskolans projekterade bergvärmeanläggning. Den specifika platsen gör att endast unika utformningar kan appliceras på den tillgängliga ytan som tillsammans med platsspecifika klimatet gör att resultaten av denna studie inte kan generaliseras för andra borrhålslager belägna på andra platser. Framtida arbeten inom ämnet skulle därför kunna undersöka överdimensioneringar i andra klimat samt utvärdera långsiktiga effekterna av färre borrhål i kombination med djupare borrningar.