Teknisk notat. Innhold. Geo-energi - Vurdering av bruk av grunnvann eller energibrønner som energikilde for Lom flerbrukshall

Transkript

1 Teknisk notat Til: ROJO Arkitekter AS v/: Kopi: Fra: NGI Dato: 12. april 2011 Dokumentnr.: TN Prosjekt: Lom flerbrukshall, geo-energi Utarbeidet av: Kirsti Midttømme Prosjektleder: Randi Skirstad Grini Kontrollert av: Randi Skirstad Grini Geo-energi - Vurdering av bruk av grunnvann eller energibrønner som energikilde for Lom flerbrukshall Innhold 1 Innledning 2 2 Beskrivelse av området Geologisk beskrivelse 4 3 Hydrogeologiske undersøkelser i forbindelse med Lom vannverks grunnvannsbrønner 5 4 Vurderinger for direkte bruk av grunnvann fra elveavsetninger nord og øst for flerbrukshallen Vannkapasitet Grunnvannstemperatur Lokalisering Vannkvalitet 9 5 Vurderinger for etablering av energibrønnpark Lokalisering Berggrunn Temperatur 10 6 Anbefalinger og konklusjon Anbefalinger for direkte bruk av grunnvann fra elveavsetningene som energikilde Anbefalinger for energiuttak fra energibrønner i fjell 11 7 Referanser 11 Kontroll- og referanseside

2 Side: 2 1 Innledning Lom kommune har vedtatt å bygge en flerbrukshall ved dagens samfunnshus på Grov. Det er vedtatt at det skal benyttes varmepumpe til oppvarming av hallen. NGI er bedt om å vurdere muligheten for bruk av geo-energi enten med direkte bruk av grunnvann eller ved etablering av en brønnpark med energibrønner i fjell. 2 Beskrivelse av området Lom flerbrukshall vil bli bygget ved dagens samfunnshus på Grov ved Lom sentrum (Figur 1). Området ligger nedenfor R15 ca 230 m sør for Ottavatnet og 250 m vest for elva Bøvra. Samfunnshuset ligger i dag på kote 366 m.o.h., noen meter over Ottavatnet. Figur 1 Lom sentrum med pil som viser Lom flerbrukshall Normal års temperatur for Lom målt i Lom sentrum (382 moh) for perioden er +2,6 C med en månedlig fordeling som vist i Figur 2. Normal årsnedbør er 321 mm med fordeling over månedene, som vist i Figur 3.

3 Side: 3 Figur 2 Normal månedlig temperatur for Lom målt i Lom sentrum (382 moh) i perioden Data fra meteorologisk institutt (eklima.met.no) Figur 3 Årlig nedbør i Lom sentrum. Datagrunnlaget er for perioden Data fra meteorologisk institutt (eklima.met.no)

4 Side: Geologisk beskrivelse Flerbrukshallen ligger delvis på elvavsetninger. Området ved idrettsplassen og kirka er kartlagt som elveavsetninger (Figur 4). Tidligere undersøkelser og kartlegging utført av NGU viser at berggrunnen består av diorittisk til granittisk gneis (Figur 5). Figur 4 Kvartærgeologisk kart over Grov, Lom (NGU 2011). Undersøkelsesboringer i forbindelse med hydrogeologiske undersøkelser utført av NGU i 1996 er merket med gule sirkler. Figur 5 Berggrunnskart over Fossbergom, (NGU, 2011).

5 Side: 5 3 Hydrogeologiske undersøkelser i forbindelse med Lom vannverks grunnvannsbrønner Lom vannverk har tre grunnvannsbrønner mellom idrettsbanen og Bøvra. NGU utførte hydrogeologiske undersøkelser for å kartlegge sikringssonene rundt vannverket i (NGU, 1997). Det ble utført 10 undersøkelsesboringer (5,5-22,0 m dyp) og målt 5 profiler med georadar i området mellom kirka og idrettsplassen. Undersøkelsesboringene er markert som gule punkter i Figur 4. Lom kommune har oversendt driftsdata fra grunnvannsverket for perioden (Figur 6). Figur 6 Månedlig minimumstemperatur (rød kurve) og vannuttak pr. måned fra Lom Vassverk ved Grov (Data fra Lom kommune). Månedlig årsmiddel luft temperatur er vist med svart kurve.

6 Side: 6 4 Vurderinger for direkte bruk av grunnvann fra elveavsetninger nord og øst for flerbrukshallen 4.1 Vannkapasitet I NGU rapport konkluderes det med at elveavsetningen nord og øst for den planlagte flerbrukshallen har tilstrekkelig kapasitet til å dekke et framtidig vannbehov på 1700 m 3 /døgn. Hydrogeologiske undersøkelser med testpumping av drikkevannsbrønnene i 1996 viste at grunnvannsnivået i området var styrt av vannstanden i Ottavatnet, og at den lokale grunnvannstanden ble lite påvirket av pumping i testbrønnen (NGU, 1997). I 2010 var vannforbruket fra det kommunale vannverket 432 m 3 /døgn og med høyeste forbruket om sommeren da oppvarmingsbehovet er minst. Det antas derfor å være potensial for økt grunnvannsuttak fra avsetningen. Det anbefales likevel å injisere grunnvannet i grunnen igjen ved injeksjonbrønner for å opprettholde det naturlige grunnvannsregimet med hensyn på grunnvannsnivå, - strømning og vannkvalitet. 4.2 Grunnvannstemperatur Månedlig minimumstemperatur for grunnvannet som pumpes opp fra brønnene ved idrettsplassen er vist i Figur 6 (rød graf). Temperaturen så langt i vinter (2011) har variert mellom 2,5 3,9 C. Normalt er midlere grunnvannstemperatur 1,5 C til 2,0 C høyere enn årsmiddel temperaturen i luft. (som er +2,6 C for Lom). På grunn av lite snø som isolerer grunnen antas grunnvannstemperaturen i Lom å være noe lavere enn dette. Den laveste grunnvannstemperaturen for 2010 ble målt i mai med 2,3 C. Det antas å være 1-3 måneders tidsforsinkelse mellom kaldeste lufttemperatur og kaldeste grunnvannstemperatur. De lave grunnvannstemperaturene som måles i grunnvannsbrønnen i Lom vannverk samsvarer med disse antagelsene. Det anbefales ikke å fryse et grunnvannsbasert energisystem og grunnvannstemperaturen vil derfor være kritisk ved direkte bruk av grunnvann som energikilde. Energiuttaket fra grunnvann beregnes ut fra formelen vist i Figur 7.

7 Side: 7 Figur 7 Effekt fra oppumpet grunnvann Med en T på 1,5 K kreves det dobbelt så mye vann for å oppnå samme effekt som et anlegg med T på 3,0 K (Figur 7). Det antas at det kommunale grunnvannsanlegget trekker vannet fra Bøvra. Temperaturen i grunnen i de vestlige deler av elveavsetningen kan derfor være noe høyere. Dette bør undersøkes hvis dette alternativet velges. 4.3 Lokalisering I forbindelse med grunnvannsverket er det etablert klausuleringssoner som vist i Figur 8. Et grunnvannsuttak er konsesjonspliktig, og det er NVE som vil behandle en søknad og gi den endelige tillatelsen. Det må ventes at en eventuell tillatelse minimum vil kreve at produksjons- og injeksjonsbrønner legges utenfor sone 0,I og II. Det er ikke kjent at det er etablert større geo-energianlegg i klausuleringssoner til grunnvannsverk. Aktiviteter og etableringer i klausuleringssoner må også godkjennes av Lom kommune. Sikringssone III omfatter (folkehelseinstituttet, 2006): eventuelle arealer som kanskje kan være en del av influensområdet lokale overflatenedbørfelt utenfor sone II hvor fremtidig utbygging kan tenkes å påvirke forurensningssituasjonen i sone I og II øvrige arealer hvor ulik aktivitet kan tenkes å påvirke forurensningssituasjonen i sone I og II

8 Side: 8 Figur 8 Klausuleringssoner for grunnvannsverket, (NGU, 1997). NGI har vært i kontakt med NVE vedrørende lokalisering av geo-energi-anlegg i sone 3. De ønsker ikke å uttale seg før de får en søknad om dette til behandling. Det mest aktuelle området for etablering av nye brønner vil være i den vestlige delen av idrettsplassen og det vestlige søkket sør for dette. Det området ligger innenfor klausuleringssone 3. Deler av elveavsetningen ligger utenfor klausuleringssonene til vannverket. Det er de marginale delene av avsetningen som ofte er tynnere og mer finkornede enn de sentrale, og derfor mindre egnede for større grunnvannsuttak. Deler av området er også bebygd. Det anbefales ikke å legge verken produksjons- eller injeksjons brønn ved eksisterende bebyggelse. Det er ikke utført geologiske, hydrogeologiske eller geofysiske undersøkelser i de vestlige delene av elveavsetningen. Det anbefales derfor å gjøre forundersøkelser med georadar for å lokalisere beste borlokaliter. Det må også utføres undersøkelsesboring med testpumping for å: Teste om det er mulig å pumpe opp tilstrekkelig med grunnvann Undersøke grunnvannstemperatur og vannkvalitet over lengre tids pumping Vurdere risiko for endret grunnvannstrømning i elveavsetningen ved et større grunnvannsuttak og injeksjon i akviferen Redusere risikoen for at det injiserte vannet strømmer direkte mot vannverket

9 Optimalisere design av produksjon og injeksjonsbrønn med hensyn på filter -dyp, -type og lengde lokalisering av brønnene Bestemme driftsbetingelser for anlegget inklusivt maksimalt grunnvannsuttak Dokumentnr.: TN Side: Vannkvalitet Vannanalyser som er utført på drikkevannet i tilfredsstiller krav til drikkevannskvalitet (NGU, 1997 Folkehelseinstituttet, 2006). Det er spesielt høyt innhold av jern og mangan i grunnvannet som kan skape problem ved grunnvannsvarme anlegg, men analysene som er utført tidligere antyder at det er lave konsentrasjoner av jern og mangan i vannet. I tidligere analyser av ble det imidlertid funnet for høyt bakterieinnhold i et par av prøvene. Dette antas å skyldes overflateavrenning. Det vil derfor være viktig å lokalisere brønnene og spesielt produksjonsbrønnen slik at man unngår overflateavrenning i grunnvannet. 5 Vurderinger for etablering av energibrønnpark Geo-energi med energibrønner i fjell vil være et alternativ. Fjellbrønner på m dybde bores i fjell. En plastslange (kollektorslange) monteres i brønnen og varmen hentes opp ved å sirkulere frostvæske (etanol) i slangen. 5.1 Lokalisering Brønnene bør lokaliseres utenfor klausuleringssone II for grunnvannsverket. Om klausuleringssone III kan benyttes må godkjennes av Lom kommune. Mektige løsmasser vil øke borekostnadene. Løsmassetykkelsen lokalt i området er ikke kartlagt. Det antas at løsmassetykkelsen avtar med høyden over elvesletta. Området mellom riksvegen og flerbrukshallen vil sansynligvis være et egnet område. Brønnene kan også etableres i flere del-områder. Grunnvannsnivået vil også påvirke borekostnadene da energiuttak fra grunnen over grunnvannsnivå er minimalt. Det antas at grunnvannsnivået står høyt og mindre enn 10 m under bakken i hele det aktuelle området. 5.2 Berggrunn Berggrunnen er kartlagt som diorittisk til granittisk gneis (Figur 2) (NGU, 1996). Siden 2008 har Brustugun Brønnboring boret to energibrønner for boliger i boligfeltet under Lomseggen. Den ene brønnen rant over og den andre måtte støpes pga. en større grunnvannssone. Større grunnvannsførende soner vil være

10 Side: 10 gunstig og tilføre mer energi til brønnen, men kan by på boretekniske utfordringer. 5.3 Temperatur Den lave grunntemperaturen vil også være dimensjonerende for design av en energibrønnpark. Det anbefales ikke å fryse grunnen rundt energibrønnene, og med en grunntemperatur på ned mot 3 C må man ha et større bergvolum å trekke varmen fra sammenlignet med tilsvarende anlegg i varmere klima. 6 Anbefalinger og konklusjon 6.1 Anbefalinger for direkte bruk av grunnvann fra elveavsetningene som energikilde Tabell1 Vurdering av faktorer for direkte bruk av grunnvann Antas bra Usikker Kritisk Vannkapasitet X Grunnvannstemp X Lokalisering X Vannkjemi X Elveavsetningen nord-øst for flerbrukshallen antas å ha stort potensialet for grunnvannsuttak og det vil sannsynligvis være mulig å pumpe opp store mengder grunnvann. Den kritiske faktoren vil være grunnvannstemperaturen. Lav grunnvannstemperatur medfører behov for stort vannuttak, og den vannmengden bør også injiseres tilbake i avsetningene. Infiltrasjonskapasiteten kan også være en kritisk faktor. Teknisk kan man velge løsninger som takler grunnvann kaldere enn 0 C ved å benytte overrislings varmeveksler eller overdimensjonert platevarmeveksler. Det anbefales likevel ikke å velge en løsning der det er fare for at vannet fryser rundt brønnen og i brønn og rør systemet. Hvis det er ønskelig å utrede alternativet med direkte uttak av grunnvann nærmere bør det gjøres geofysiske undersøkelser for å kartlegge den vestlige delen av elveavsetningene bedre Det bør videre etableres testbrønner for produksjon og injeksjon av vannet. Brønnene bør langtids testes med tilnærmet lik vannuttak som forventet ved drift av anlegget. Det er spesielt viktig å få kartlagt grunnvannstemperaturen gjennom oppvarmingssesongen. Det bør også gjøres fysiske, geokjemiske og bakteriologiske vannanalyser av grunnvannet gjennom testperioden. Det anbefales å injisere returvannet fra varmepumpa i grunnen nedstrøms (nordøst) for produksjonsbrønnen.

11 Side: Anbefalinger for energiuttak fra energibrønner i fjell Tabell 2 Vurdering av faktorer for direkte bruk av grunnvann Antas bra Usikker Kritisk Berggrunnen X Grunnvannstemp X Lokalisering X Bruk av energibrønner i fjell vil være sikrere enn direkte bruk av grunnvann, spesielt når grunnvannstemperaturen er så lav. Berggrunnen antas å være godt egnet for energiuttak med god varmeledningsevne og antatt god grunnvannsstrømning. Heller ikke et slikt system bør fryse, og det bør under alle omstendigheter ikke dimensjoneres slik at man får permanent permafrost rundt brønnene. Etableringskostnadene er høyere ved bruk av energibrønner i fjell i forhold til et grunnvannsbasert anlegg, men vedlikeholdskostnadene er høyere for grunnvannsbaserte anlegg en for energibrønnparker. I NVEs potensialstudie om bruk av grunnvarme i Norge er vedlikeholdskostnader for lukkede anlegg satt til 1 % av investering, mens det er satt til 2 % av investering for åpne grunnvannsbaserte anlegg (NVE 2011) Lav grunnvannstemperatur bør kompenseres med enten flere brønner, dypere brønner, større brønnavstand eller ladning av brønnen ved kjøling eller dumping av overskuddsvarme. Brønnene kan fordeles og legges i flere områder rundt flerbrukshallen. Det må søkes / avklares med NVE hvis man ønsker å etablere brønner i klausuleringssone III. Hvis man ønsker å utrede energialternativet nærmere anbefales at det etableres en testbrønn, og utfører temperaturlogging og termisk respons test i denne. Disse undersøkelsene vil gi geologisk grunnlagsinformasjon. Sammen med et anslag på månedlig energibruk og effektbehov kan det gis en anbefaling på størrelse av brønnparken med antall brønner, brønndyp og brønnavstand. 7 Referanser Folkehelseinstituttet 2006: Vannforsyningens ABC et oppslagsverk om drikkevann NGU, 1996: Lutro O. & Tveten E, Geologiske kart over Norge Berggrunnskart Årdal M 1: , NGU NGU, 1997: Rohr-Torp, E. & Lauritsen, T: 1997: Lom vannverk, forslag til nye brønner og sikringssoner, NGU rapport s

12 NVE 2011: Grunnvarme i Norge kartlegging av økonomisk potensial. Utgave Utarbeidet av Asplan Viak 81 s. Dokumentnr.: TN Side: 12

13 Kontroll- og referanseside/ Review and reference page Dokumentinformasjon/Document information Dokumenttittel/Document title Vurdering av bruk av grunnvann eller energibrønner som energikilde for Lom flerbrukshall Dokumenttype/Type of document Rapport/Report Teknisk notat/technical Note Distribusjon/Distribution Fri/Unlimited Begrenset/Limited Dokument nr/document No Dato/Date Rev.nr./Rev.No. Oppdragsgiver/Client Rojo arkitekter Ingen/None Emneord/Keywords Geo-energi, grunnvann, energibrønner Stedfesting/Geographical information Land, fylke/country, County Norge Kommune/Municipality Lom Sted/Location Lom Kartblad/Map 1618 IV Lom UTM-koordinater/UTM-coordinates Havområde/Offshore area Feltnavn/Field name Grov Sted/Location Felt, blokknr./field, Block No. Dokumentkontroll/Document control Kvalitetssikring i henhold til/quality assurance according to NS-EN ISO9001 Rev./ Rev. Revisjonsgrunnlag/Reason for revision Egenkontroll/ Self review av/by: 0 Originaldokument KMi RGr Sidemannskontroll/ Colleague review av/by: Uavhengig kontroll/ Independent review av/by: Tverrfaglig kontroll/ Interdisciplinary review av/by: Dokument godkjent for utsendelse/ Document approved for release Dato/Date Sign. Prosjektleder/Project Manager Randi Skirstad Grini Skj.nr. 043

14

15