Afkastageta og ending jarðhitakerfa

Eftir Ólaf G. Flóvenz og Guðna Axelsson. (Grein birt í Morgunblaðinu þriðjudaginn 12. maí 2009).

Umfjöllun um nýtingu jarðhitans hefur aukist mjög á opinberum vettvangi. Oft er hún byggð á takmarkaðri þekkingu á eðli þessarar mikilvægu auðlindar okkar og stundum heyrast hæpnar fullyrðingar um að verið sé að ganga mjög á forða jarðhitakerfanna með vinnslu. Með þessari grein viljum við skýra í stuttu máli þá þætti sem stýra afkastagetu jarðhitakerfa, auk þess að fjalla um endingu þeirra. Með afkastagetu er átt við hversu mikla orku er unnt að vinna úr einstöku kerfi til langs tíma.

Jarðhitinn er flokkaður sem endurnýjanleg orkulind og á það sérstaklega vel við á Íslandi þar sem mikil orka streymir úr iðrum jarðar og viðheldur orkulindinni. Vinnsla jarðhita fer fram á jarðhitasvæðum þar sem saman fara hár hiti á tiltölulega litlu dýpi og opnar sprungur í jörðu. Vatn rennur um sprungurnar og hitnar af snertingu við bergið. Þetta heita vatn er síðan sótt til yfirborðs um borholur.

Afkastageta jarðhitasvæða
Jarðhitinn er þó ekki óendanleg orkulind og eru afkastagetu hvers jarðhitakerfis takmörk sett af náttúrunnar hálfu. Hún ræðst aðallega af þrennu, þrýstilækkun sem verður í kerfinu við vinnslu, stærð þess og hitaástandi. Við vinnslu heits vatns og gufu úr jarðhitakerfum lækkar þrýstingur í þeim, líkt og í vatnsgeymi sem dælt er úr. Þrýstilækkunin stjórnar fyrst og fremst afkastagetu kerfanna. Í afkastalitlum kerfum lækkar þrýstingurinn mikið við litla vinnslu, vegna þess að vatn streymir treglega um þau og að borholunum. Þessu er öfugt farið í afkastamiklum kerfum. Hámarksafkastageta hvers kerfis ræðst svo af þeirri þrýstingslækkun sem telst tæknilega ásættanleg á hverjum tíma.

Þegar vatni er dælt úr lokuðum vatnsgeymum lækkar þrýstingur í þeim uns geymirinn tæmist. Svo er ekki í jarðhitakerfum nema í undantekningartilfellum. Lækkandi þrýstingur veldur því að innstreymi vatns í viðkomandi jarðhitakerfi eykst, stundum til jafns við það sem tekið er upp. Þetta innstreymi veldur því að hægt er að líta á jarðhitann sem endurnýjanlega orkulind sem má nýta til orkuvinnslu í mjög langan tíma, öfugt við t.d. olíulindir. Í stöku jarðhitakerfi er þetta innstreymi þó lítið sem ekkert. Samt er hægt að viðhalda vinnslu úr slíkum kerfum mjög lengi með því að dæla vökvanum aftur niður í kerfin eftir notkun hans og þannig bæta upp takmarkað innstreymi. Þá sækir vatnið varma á ný í heitt berg jarðhitakerfanna.
Innstreymið veldur því að áhrif vinnslu á þrýstiástand jarðhitakerfa eru oftast afturkræf, þ.e. ef vinnslu er hætt þá hækkar þrýstingur í viðkomandi kerfi aftur og kerfin leita í upphaflegt horf. Talið er að það gerist oftast á ámóta löngum tíma og vinnslan hefur staðið. Það getur tekið lengri tíma fyrir varmaforða kerfis að endurnýjast en venjuleg jarðhitavinnsla gengur þó mjög hægt á hann.

Sem dæmi má taka einfalt reikningsdæmi fyrir ímyndað jarðhitakerfi. Gerum ráð fyrir 1000 MW varmaorkuvinnsla úr fremur litlu kerfi, 3 km þykku og 10 ferkílómetra að flatarmáli. Orkuvinnslan mun leiða til þess að meðalhiti kerfisins lækkar í mesta lagi um 0,4°C á ári ef ekki er gert ráð fyrir neinu innstreymi varmaorku. Með öflugu innstreymi yrði kólnunin mun minni. Jafnframt myndi hitinn í reynd lækka mismikið í mismunandi hlutum jarðhitakerfisins, vegna mismunandi rennslisleiða vatnsins. Það er því tæknilegt viðfangsefni að haga vinnslunni þannig að jarðhitakerfi kólni sem jafnast við vinnslu.

Löng reynsla af nýtingu
Margra áratuga reynsla er komin á nýtingu jarðhitakerfa um allan heim, sem hefur staðfest það að hægt er að nýta þau mjög lengi. Sem dæmi má nefna mörg lághitakerfi á Íslandi, sem nýtt eru til húshitunar, og háhitakerfi eins og í Kröflu og Svartsengi. Þessi reynsla, ásamt líkanareikningum, bendir til þess að hægt sé að nýta jarðhitakerfi á sjálfbæran hátt til nokkur hundruð ára, ef rétt er að nýtingu þeirra staðið. Aðeins sárafá jarðhitakerfi í heiminum hafa verið ofnýtt, ekki vegna þess að þau hafi kólnað verulega heldur vegna þess að vatn hefur skort í kerfin til að sækja varmann. Með því að draga úr vinnslunni og grípa til niðurdælingar hefur verið hægt að nýta þau áfram. Varla er hægt að segja að til séu dæmi um jarðhitakerfi sem hafa verið skemmd eða eyðilögð á einhvern hátt.

Jarðhitaauðlindin stækkar
Undanfarna áratugi má segja að jarðhitaauðlindin hafi "stækkað" vegna aukinnar þekkingar og tækniframfara. T.d hafa fundist jarðhitakerfi víða utan þekktra jarðhitasvæða og framfarir í bortækni hafa leyft stöðugt dýpri og markvissari boranir. Ekki er annars að vænta en að jarðhitaauðlindin muni þannig halda áfram að "stækka" á ókomnum áratugum, t.d. með djúpborunum.
Hér hefur aðeins verið stiklað á megindráttum umfjöllunarefnisins og má nálgast frekari upplýsingar hjá höfundum greinarinnar, sem hvetja til málefnalegrar og upplýstrar umræðu um þessa mikilvægu auðlind okkar Íslendinga