Sesonglagring av solenergi – sommersol blir vintervarme

I Inaventa Solar har vi flere spennende utviklingsprosjekter på gang, som alle har som mål å effektivisere utnyttelsen av solenergi og øke energiproduksjonen fra faktiske anlegg. Lagring av energi er høyaktuelt i denne sammenheng, fordi det gjør at energien kan brukes uavhengig av når den er produsert. Dette er særlig viktig for solvarmeanlegg, som har høyest produksjon i sommerhalvåret mens behovstoppen som regel kommer på vinterstid.

Ved fabrikken vår på Jevnaker har vi boret dype energibrønner som skal lagre varmen som produseres av solvarmeanlegget på fabrikktaket og all overskuddsvarmen vi får fra selve produksjonslinjen. Denne varmen skal vi hente ut i de kaldeste og mørkeste vintermånedene, både til eget bruk og til å dekke varmebehov i omkringliggende bygninger. 

Energibrønnene er en del av FoU-prosjektet VIV – Varmelagring I Vannrike masser, som Enova har gitt støtte til. I VIV tester vi ut et nytt lagringskonsept, som kan være en løsning for varmelagring i fjell der det er grunnvann i bevegelse. Det innovative i prosjektet er at det lages en barriere mot vanngjennomtrengning rundt fjellvolumet varmen lagres i.

Michaela Meir og Jørgen Bergli har jobbet med dette prosjektet gjennom sommeren og beskriver prosjektet og status slik:

Hva er VIV og hva er det som gjør akkurat dette grunnlagringskonseptet spesielt?

Figuren viser en oversikt over Inaventa Solars produksjonsanlegg og 4 pågående FoU-prosjekter tilknyttet produksjonen, SUCCEED, VABETO, VIV og Flex4Fact, og hvordan prosjektene er koblet opp mot hverandre.

VIV er et FoU-prosjekt, der vi prøver å lagre overskuddsvarme i borehull. Prosjektet har to hovedmålsettinger:

• Å teste en ny metode for å lagre varme i bakken i områder som ikke er «geologisk ideelle»
• Å kunne gjenbruke 50% av spillvarmen fra produksjonsbygget, varme som ellers hadde gått tapt

Det som gjør VIV spesielt, er at det er støpt en hul sylinder av betong rundt borehullene som skal brukes for varmeutveksling. Dermed er man ikke prisgitt lokale grunnforhold for at dette skal fungere. I tillegg er det brukt en forenklet og kostnadsbesparende løsning for varmeveksling. 

At VIV er en del av et større internasjonalt samarbeid med mål om å utvikle gode og bærekraftige energiløsninger gjør prosjektet ekstra spennende, samtidig som vi drar nytte av mye høy ekstern kompetanse. Det øker mulighetene for å lykkes. 

Hvorfor er dette prosjektet viktig? 

Å finne smidige løsninger for sesonglagring av termisk energi vil generelt ha stor betydning for overgangen til mer fornybare energikilder. Sola er den desidert viktigste forsørgeren av energi til jordkloden, og når vi skal utnytte mer av denne energien, uten at den tar veien innom biologiske prosesser og millioner av år med modning med høyt trykk og temperatur (les olje og gass), blir vi nødt til å tilpasse oss sola. Det blir for rett og slett for mye å forlange noe annet. 

Solfangere og solvarmeanlegg har ofte en besværlig samheng mellom produksjon av solenergi og behovet for energi. For å få full utnyttelse av den utrolig effektive solfangerteknologien, vil gode lagringsløsninger uten tvil være en game-changer. 

Å lagre varme ved å lade energibrønner i grunnen ved hjelp av rent varmt vann er skikkelig miljøvennlig og har en lav kostnad per kWh lagret sammenliknet med for eksempel elektriske batterier.

Hvordan ser undersøkelsesstedet ut og hva slags infrastruktur er på plass der? 

Installasjonsarbeider i forbindelse med VIV

Energibrønnen er plassert på østsiden av fabrikkbygningen vår, ikke så mange meterne fra fabrikkveggen. Den er kun tilpasset spillvarmeproduksjonen og energibehovet på stedet, og er derfor relativ liten sammenliknet med andre borehullprosjekter. Selve brønnen består av 13 borehull, 65 meter dype, som er ordnet i 2 konsentriske ringer i tillegg til et senterborehull. 

Ladeprosessen er i gang, og et avansert styringssystem sørger for at energien (vannet) med høyest temperatur føres ned i den indre delen av borehullene. Det forventes at vi får en temperaturgradient fra sentrum av lagringsbrønnen og utover. Spillvarmen fra produksjonslinjen føres ned i og lader den ytterste ringen av borehull. Det er fordi vi ønsker en lavest mulig temperatur tilbake til produksjonsprosessene, fordi disse trenger kjøling. 

Vi har installert dataloggere som måler væsketemperaturen inn og ut av borehullene, volumstrømmen og lufttemperaturen. I tillegg prøver vi å måle den fullstendige temperaturprofilen i dybden i et av borehullene.

Hva håper vi å oppnå, og har vi allerede noen foreløpige resultater? 

Målet vårt er å få et bedre energiutbytte fra varmelageret enn det som er typisk for tilsvarende løsninger uten en sylindrisk betongbarriere på utsiden av borehullene. I praksis betyr det at vi forventer å kunne hente opp igjen rundt halvparten av den termiske energien vi har ladet brønnen med, altså 50%. Temperaturnivået vil variere fra sentrum av brønnen og utover, og den høyeste temperaturen vil være i midten.

De første målingene vi har gjort indikerer at ladingen av brønnene går etter planen. Så blir det veldig spennende å følge med fremover på hvor godt energien lagres og hvor effektivt vi klarer å hente den ut igjen. 

Er det noen eksterne partnere som er involvert i VIV? 

Det er Inaventa Solar som leder prosjektet, vi har designet prosjektet og har ansvar for administrasjon, datalogging, utvikling av styringssystem, analyse og rapportering. Når det gjelder praktisk arbeid på siten, så har vi fått hjelp av et lokalt brønnboringsselskap (Brødrene Myhre AS) til både boring av brønner og til støping av betongbarrieren. Vi har også samarbeid med en tysk konsulent (Peter GmbH), som har hjulpet oss med datamodellering på bakgrunn av de første responstestene. I tillegg samarbeider vi med både IFE og SINTEF, som begge er involvert i prosjektet gjennom andre prosjekter, spesielt Flex4Fact. De skal bidra med å lage en dynamisk modell for lading av brønnen med overskuddsvarmen fra fabrikken og uttak av energi i forhold til behov, det vil i si å flytte produksjon og bruk fra en sesong til den neste. Utover det skal de også studere langtidslagring og hele energikonseptet på fabrikken.

Michaela og Jørgen har fått sommerbesøk av Maxime Mussard (bak til høyre) og Henrik Stangeland (foran til høyre) fra IFE på fabrikken.

Vil resultatene også ha betydning utover vår virksomhet?

Hvis vi lykkes med prosjektet og kan vise til at betongbarrieren sørger for å hindre varmetap som følge av vannførende lag i fjellgrunnen, vil det åpne for en langt større geografisk fleksibilitet.  

I Norge er vann gjennom grunnfjellet svært utbredt, og mange steder er derfor i utgangspunktet uegnet for lagring av tilført varme. Løsningen som testes ut i VIV betyr at det ikke lenger behøver å være et begrensende krav om at fjellet skal være tørt. 

Andre prosjekter som er koblet opp mot VIV er:

• Horizon Europe prosjektet Flex4Fact: Development of an industrial flexibility platform for sustainable factories
  Les mer 

• SUCCEED: Utvikling av en digital tvilling til produksjonslinjen for solfangerabsorbatorer (støttet av Forskningsrådet)
  Les mer

• VABETO: Aktivering av bygningsmassen som "low-cost" varmelager i eneboliger (støttet a ENOVA)
  Les mer

0823