Höga temperaturer ställer stora krav på kollektorn

Claes Regander, Sweco.

Från fjärrvärmebranschen syns ett växande intresse för att ta tillvara överskottsvärmen från näten. Det är lösningar som ibland innefattar borrhålslager, vilka har kollektorer som värmeväxlare. Vilka krav ställer de höga temperaturerna på kollektorn och hur ska systemen utformas? Claes Regander, senior energikonsult på Sweco, har lett ett försök tillsammans med Öresundskraft i Helsingborg.

– Vårt syfte eller koncept var att hitta en teknisk och ekonomiskt gångbar metod för att lagra överskottsvärmen från avfallseldningen på Filbornaverket. Man vill lagra värmen från den eldning som sker under sommaren, för att sedan kunna nyttja den i fjärrvärmenätet på vintern. Lagringen behöver ske vid temperaturer upp till 100 grader, så vi visste redan från början att det inte fanns någon färdig teknik, till exempel i form av kollektorer, att köpa. Traditionella kollektorer är garanterade att klara omkring 25 grader och det finns någon som tål omkring 60–65 grader långsiktigt, berättar Claes Regander.

Geologin på just den här platsen består inte, som vanligt i större delen av Sverige, av kristallint urberg utan av sedimentärt berg i form av ler-, silt- och sandsten.

– Vi bestämde oss för en lösning med slutna borrhål, alltså med foderrör hela vägen ner till 120 meter och med tätplugg i botten. Hålen skulle inte ha någon kontakt med det omgivande grundvattnet. I hålen satte vi innerrör, så att det blev som en koaxiallösning säger Claes Regander.

Två varianter

Foderrören gängades samman, eftersom tiden för svetsning i ett fullskalesystem beräknades motsvara omkring ett års arbetstid. Man gjorde två varianter av experimenthålen. I det ena sattes ett rostfritt dubbelrör med vakuumspalt.

– Det här skulle vara ”state of the art”- lösningen, eftersom vakuum är en så bra isolator. Den är tekniskt sett i någon mening optimal, men av kostnadsskäl aldrig tänkt att användas. Vi gjorde den för att jämföra den andra varianten med, säger Claes Regander.

I det andra hålet sattes en EPDMslang; tillverkad av specialgummi och förstärkt med en inbäddad stålspiral. Det är samma typ av slangar som används bland annat i motorer och som klarar de höga temperaturerna.

EPDM kräver högre flöden

– Den är väsentligt billigare i inköp än stålröret, men frågan är om den skulle vara tillräckligt bra, säger Claes Regander som berättar att man även gjorde en rad andra undersökningar av hålen, bland annat geofysiska mätningar och termiska responstester. Man räknade i första hand på en lösning utan värmepumpar – lagret skulle växlas direkt mot fjärrvärmenätet.

Stålrörsvärmeväxlaren fungerade som väntat mycket bra vid de olika flödeshastigheter man provade med.

– Men EPDM-slangen klarade inte låga flöden. Vid flöden på 0,2–0,3 liter per sekund var den direkt dålig. Det blev så kallad termisk kortslutning, när gummit inte förmådde isolera utan släppte tillbaka den omgivande värmen in i slangen. Men vid högre flöden, från 0,6 upp till 0,8 liter per sekund, var den billigare EPDM-lösningen nästan lika bra som stålröret.

– Så EPDM-slangen skulle kunna vara ett fungerande alternativ för ett fullskalesystem, förutsatt att flödet överstiger 0,6 liter per sekund vid inlagring och uttag av energi. Men borrhålen kan inte göras djupare än cirka 120 meter, för då ökar den termiska kortslutningen igen.

Täta borrhål viktigt

Sammanfattningsvis betonar Claes Regander vikten av att täta borrhålen så att inte grundvattenrörelser orsakar oacceptabla energiförluster.

– Det gäller i första hand foderrören, vi hade problem med att få foderrörsgängorna helt täta. Men sen märkte vi även att det på utsidan av foderrören hade bildats en tunn grundvattenfylld spalt som minskade värmeledningen mellan borrhålet och omgivande berg. Men detta är problem som vi räknar att kunna komma tillrätta med under den fortsatta projektutvecklingen och för det fullt utbyggda systemet räknar vi med en verkningsgrad på 75–80 procent.

Passar europeisk geologi

Avslutningsvis betonar Claes Regander vikten av fortsatt forskning och utveckling, inte minst på materialsidan.

– Det finns en marknad både inom och utom Sverige för att lagra spillvärme från energiprodukter och större industrier, men det finns ingen beprövad teknik eller färdiga produkter för värmeväxling vid de här temperaturerna. Den teknik vi utvecklar här passar för den geologi som finns i stora delar av Europa, till exempel i Tyskland, Danmark och Polen.

TEXT: JÖRGEN OLSSON FOTO: CLAES REGANDER OCH SWECO