Djúpborun á Reykjanesi
Djúpborun er framtíðin í háhitarannsóknum, a.m.k. sú nánasta. Hér er um merkilegt þróunarverkefni að ræða, en hafa ber í huga að enginn árangur hefur orðið í orkurannsóknum hér á landi síðustu áratugina nema vegna tilrauna, vonbrigða og sigra á að því er virtist – óyfirstíganlegum vandamálum. Ef ekki hafi verið vegna mistaka, fórna, tilheyrandi kostnaðar og óþrjótandi þolinmæði, færi lítið fyrir núverandi háhitavirkjunum á Suðurnesjum.
Hér á eftir er stuttur útdráttur úr erindi sem flutt var á Orkuþingi 2001. Erindið var flutt af Guðmundi Ómari Friðleifssyni, Orkustofnun, en fleiri komu að gerð þess.
Kynnt var hugmynd um að bora 4 til 5 km djúpa rannsóknarholur í háhitasvæði landsins. Markmiðið er að finna yfirkrítískan jarðhitavökva djúpt í rótum háhitasvæðanna, rannsaka hann og kanna nýtingarmöguleika hans. Vitað er að yfirkrítískan jarðhita er að finna á þessum stöðum en ekki er vitað hvort hann er í vinnanlegu magni. Hreint vatn sýður við 100°C við yfirborð jarðar en með auknu dýpi og þar með auknum þrýstingi sýður það við stöðugt hærra þar til komið er að krítískum mörkum við tæplega 375°C og rúmlega 222 bara þrýsting. Við hærra hitastig og þrýsting er vatnið í einum fasa, einskonar gasfasa, og hvorki sýður né þéttist við hita- eða þrýstingsbreytingar ofan krítísku markanna. Neðan krítískra marka skilst vatn hins vegar í tvo fasa við suðu, þ.e. vatn og gufu.
Ljóst er að orkuinnihald vökva í þessu ástandi er firnahátt, en óljóst er hvort tekst að nýta það með hagkvæmum hætti. Til að átta sig á því hvert orkuinnihaldið er hefur verið nefnt að því megi helst jafna við orku í jafnþyngd af dýnamíti. Grundvallarspurningin er hvort vinna megi margfalt meiri orku úr háhitasvæðum en unnt er með hefðbundinni tækni. Með djúpvinnslu má væntanlega auka líftíma jarðhitakerfanna, draga úr umhverfisáhrifum, auka nýtni vinnslunnar umtalsvert og jafnvel vinna verðmæt steinefni og málma úr djúpvökvanum. Áhersla verður lögð á heildstæða vinnslu auðlindanna sem þýðir að fléttað verður saman framleiðslu á raforku, framleiðslu á varmaorku fyrir iðnað, lífrænni og ólífrænni efnavinnslu og skipulagðri fræðslu og ferðamennsku. Verkefnið er ekki einvörðungu áhugavert fyrir Ísland, heldur einnig í alþjóðlegu tilliti þar sem líklega má yfirfæra reynsluna héðan á háhitasvæði vítt og breytt um heiminn bæði á landi og á hafsbotni.
Talið hefur verið að Ísland henti vel til slíkra rannsókna þar sem landið er staðsett á miðju rekbelti jarðskorpuplatna á úthafshrygg. Hér er bæði hægt að skoða háhitakerfi sem flytja varmaorku til yfirborðs með missöltu sjávarættuðu vatni eins og á Reykjanesi og með tiltölulega fersku úrkomuvatni eins og á Hengilssvæðinu og á Kröflusvæðinu.
Til þessa hafa Hitaveita Suðurnesja hf., Landsvirkjun og Orkuveita Reykjavíkur staðið að þessu verkefni með ráðgjöf frá Rannsóknasviði Orkustofnunar. Leitað hefur verið eftir alþjóðlegu samstarfi um rannsóknir aðrar en nýtingarrannsóknir og hefur miðað vel í þeim efnum. Ef áætlanir um verkefnið ganga eftir má búast við að ýmsum undirbúningi, svo sem hagkvæmniathugunum og umhverfismati, verði lokið á næstu tveimur árum þannig að boranir geti hafist árið 2004.
Á ársfundi Orkustofnunar 2003, sem haldinn var 20. mars, kom fram að margfalda mætti nýtingu úr háhitasvæðum Íslands með djúpborunum. Guðmundur Ómar Friðleifsson, jarðfræðingur, fjallaði um efnið:
“Undanfarin tvö ár hafa þrjár stærstu orkuveitur landsins, Hitaveita Suðurnesja, Landsvirkjun og Orkuveita Reykjavíkur, staðið að forathugun á því hvort orkuöflun úr háþrýstum 5 km djúpum borholum, 400-600°C heitum, geti verið álitlegur virkjanakostur. Athugunin hefur tekið til jarðvísindalegra og verkfræðilegra þátta. Ein grundvallarspurningin hefur snúist um það hvort yfirleitt sé hægt að bora holu sem þolir svo háann hita og þrýsting. Önnur spurning hefur snúist um það hvernig
skynsamlegast gæti verið að meðhöndla borholuvökvann meðan á prófunum stendur.
Þriðja spurningin hefur svo snúist um það að velja bestu borholustæðin fyrir fyrstu djúpu holurnar. Vegna mikils kostnaðar við djúpar borholur þarf að kappkosta að
fyrstu borholurnar heppnist vel og svari því hvort háhitavökvi í yfirkrítísku ástandi sé hagkvæmur og hugsanlega betri virkjunarkostur en sá hefðbundni. Þar skiptir höfuðmáli að virkjun yfirkrítísks vökva standist samkeppni við aðra virkjunarkosti. Kostnaður við borun fyrstu 5 km djúpu borholunnar og tilrauna á henni verður þó óhjákvæmilega hærri en kostnaður við borun vinnsluholna síðar meir. Forhönnunarskýrslunni var skilað til orkuveitnanna í byrjun febrúar 2003.
Aðdragandi
Forsögu málsins má rekja til greinar sem birtist á alþjóðlegri jarðhitaráðstefnu í Japan árið 2000. Þar var kynnt hugmynd um borun 4-5 km djúprar borholu eftir jarðhitavatni í svokölluðum yfirmarksham (eða yfirkrítískum ham) og verkefnið kallað Iceland Deep Drilling Project (IDDP). Reykjanes, Nesjavellir og Krafla voru nefnd til sögunnar sem hugsanleg borsvæði. Boðið var upp á alþjóðlegt samstarf um málið.
Hugmyndin hlaut góðar viðtökur enda eru Íslendingar ekki einir um að renna hýru auga til eiginleika vatns í yfirkrítískum ham. Orkufyrirtækin, ásamt Orkustofnun, höfðu í byrjun sama árs sett á fót samstarfsnefndina Djúprýni (DeepVision) sem stýrir verkefninu. Í byrjun árs 2001 ákváðu orkufyrirtækin síðan að ráðast í hagkvæmniathugunina og verja til þess um 30 Mkr, sem síðar var aukið um 15 m.kr. Sérfræðingar frá veitufyrirtækjunum sjálfum, Rannsóknasviði Orkustofnunar, verkfræðistofunni VGK hf., Raunvísindastofnun Háskólans og Jarðborunum hf. hafa starfað að athuguninni. Um mitt ár 2001 var jaframt komið á fót ráðgjafahóp íslenskra og erlendra
sérfræðinga (SAGA-hópurinn), eftir að styrkur hafði fengist frá International Continental Scientific Drilling Program (ICDP). Ísland gerðist aðili að ICDP sama ár og kostar Rannsóknarráð Íslands aðildina. Með tilstyrk ICDP hafa þrír fjölþjóðlegir
vinnufundir verið haldnir hér á landi, með alls um 160 þátttakendum. Fyrsti fundurinn var haldinn í júní 2001 og markaði sá fundur upphaf alþjóðlegs samstarfs um íslenska
djúpborunarverkefnið (IDDP). Haldinn var sérstakur bortæknifundur á Nesjavöllum í mars 2002, og jarðvísindafundur um hálfu ári síðar eftir að viðbótarstyrkur hafði fengist frá ICDP. Samtals nema styrkir frá ICDP um 10 m.kr. Á þeim fundi kynntu
fjölmargir erlendir sérfræðingar rannsóknartillögur og lýstu áhuga sínum til þátttöku í djúpborunarverkefninu. Þátttaka erlendu sérfræðinganna og SAGA hópsins, og þátttaka innlendu ráðgjafanna á umræddum vinnufundum, hefur að mestu leyti verið orkufyrirtækjunum að kostnaðarlausu. Metinn heildarkostnaður fram til þessa er vel yfir 100 milljónir Ikr, þar af hefur um helmingur farið í hagkvæmniathugunina.
Iðnaðarráðuneytið hefur sýnt verkefninu áhuga og velvild.
Framtíðarsýn
Djúpborunin er hafin á Reykjanesi. Einn til tveir áratugir gætu hins vegar liðið áður en endanlegt svar fæst við því hvort hagkvæmt sé að nýta háhitann í yfirkrítísku ástandi. Reynist svarið jákvætt er ljóst að nýtanlegur orkuforði þjóðar-
innar myndi stóraukast og ávinningur fyrir þjóðarbúið gæti orðið umtalsverður. Áleitin spurning er hvort margfalda megi nýtingu úr vinnslusvæðunum, t.d. 3-5 sinnum? Í dag er verið að vinna um 100 MWe úr hverju svæði. Ekki er vitað hvað háhitasvæðin geta staðið undir mikilli vinnslu og því verður ekki svarað í bráð. Með djúpborunarverkefninu er horft til hugsanlegs orkugjafa framtíðar. Ein vel heppnuð borhola gæti þó í einni svipan fleytt okkur ártugi fram á við í orkuvinnslutækni við nýtingu háhitasvæða. Vel heppnuð tilraun hér myndi að sama skapi gagnast alþjóða samfélaginu við nýtingu háhitasvæða vítt og breitt um heiminn.
Bortækni og kostnaður
Ósk um að tekin verði samfelldur borkjarni frá 2,4 til 5 km í IDDP borholunni, í tveimur áföngum, hefur komið fram á öllum alþjóðlegu fundunum í tengslum við IDDP. Með borkjörnum er unnt að afla ganga sem varpa skýru ljósi á það hvernig
varmaskipti milli hitagjafa og jarðhitavatns eiga sér stað í náttúrunni, og tengja þær vinnslutæknirannsóknum á jarðhitavökvanum. Borkjarnataka hleypir hins vegar upp
borkostnaði umfram venjulega hjólakrónuborun. Í ljós hefur komið að kostnaður með venjulegri boraðferð í 5 km dýpi er um 3 sinnum hærri en borun venjulegrar 2 km háhitaholu. Þá tvo kosti þarf að bera saman við ávinning af djúpum holum. Kjarnataka hleypir hins vegar kostnaði upp eins og fyrr segir, og því er ekki óeðlilegt að margir hagsmunaaðilar sameinist um tilraun af þessu tagi. Þekkingaraukinn verður allra en holan gagnast þeim best er svæðið virkjar. Borun holu með kjarnatöku frá 2,4 km í 3,5 km og síðan áfram, eftir rýmingu og fóðringu, frá 3,5 km niður í 5 km dýpi tekur um 8 mánuði. Borun venjulegrar háhitaholu niður í 5 km dýpi myndi hins vegar taka um 5 mánuði. Borun venjulegrar holur niður í 2-2,5 km tekur um 2 mánuði. Áætlaður kostnaður við holu með tvöfaldri kjarnatöku er 13-14 milljónir dollara, en venjulegrar vinnsluholu í 5 km um 8-9 milljón dollara. Kostnaður við venjulega háhitaholu í 2,5
km dýpi er um 3 milljónir dollara.
Ávinningur
Í forhönnunarskýrslunni er lagt mat á hugsanlegan ávinning orkuvinnslu úr yfirkrítískum vökva, og er þar reiknað með að nota þurfi varmaskipta. Niðurstaðan bendir til að ávinningur geti orðið allt að tífaldur við hagstæð skilyrði. Raforkuframleiðsla úr háhitaholum á Íslandi er að meðaltali um 4-5 MWe á holu. Ein djúp hola gæti þannig jafnast á við allt að 10 meðalholur, svo dæmi sé tekið. Slíkan ávinning þarf að bera saman við þrefaldan borkostnað.
Óvissa ríkir um áhrif efnasamsetningar á vinnslueiginleika vökvans. Vitað er að uppleysanleiki steinefna eykst með hækkandi hita og þrýstingi og því er hugsanlegt að yfirkrítískur vökvi geti reynst efnaríkur og erfiður í vinnslu? Flestir eru þó sammála um það að íslensku ferskvatnskerfin séu líklegri til að hafa hagstæðri vinnslueiginleika en önnur háhitakerfi, sem flest eru sölt og sum hver margfalt saltari en sjór. Skilyrði á Íslandi til að kanna vinnslueiginleika náttúrlegs jarðhita í yfirkrítísku ástandi eru því óvenju hagstæð. Þökk sé mikilli úrkomu og vel lekum jarðhitakerfum í rekbeltunum. Að auki finnast hér bæði ísölt og sölt háhitakerfi á Reykjanesskaga, sem kjörin eru til djúpborana og ýmiskonar vinnslutilrauna. Hagstæð skilyrði ættu að vera Íslendingum frekari hvatning til dáða.
Djúpborunarverkefnið hefur í för með sér margvíslegan óbeinan ávinning. Stærsti óbeini ávinningurinn felst í því að komast að hvort dýptarbilið milli 2 og 4 km dýpis sé vinnsluhæft til hefðbundinnar orkuframleiðslu. Hingað til hafa háhitasvæðin
einungis verið nýtt niður á um 2 km dýpi og ekki er vitað hversu mikill orkuforði er í berginu á næstu 2 km þar fyrir neðan. Líklegt er að svæðin séu nýtanleg með hefðbundnum hætti niður á 3–4 km dýpi. IDDP borholur verða fóðraðar af niður á 3,5-4 km dýpi. Ef vitað væri um góða vatnsæð utan við steyptu fóðringuna, þá er bortæknilega auðvelt að skábora út úr fóðringunni og einfaldlega sækja vatnsæðina.
Loks mætti nota IDDP holu til niðurdælingatilrauna. Tiltölulega köldu vatni yrði þá dælt niður í heitt berg neðan 4 km dýpis í þeim tilgangi að brjóta það upp og auka við lekt og vatnsforða í viðkomandi svæði. Varminn yrði síðan nýttur í grynnri háhitaholum þar ofan við. Mikilvægt er að orkuframleiðendur átti sig á ávinningi af þessu tagi þegar fjárhagslegt áhættumat er lagt á IDDP djúpborun. Góðar líkur eru á að verulegur hluti fjárfestingar í djúpum borholum myndi nýtast viðkomandi
orkuveitu, hvernig sem á málið er litið.
Vinnslutækni
Í því skyni að forðast vandamál vegna hugsanlegra útfellinga eða tæringarhættu meðan á IDDP vinnslutilraunum stendur, hefur verið hönnuð sérstök pípulögn eða tilraunarör niður í holuna, um 3,5 km langt. Rörið á að vera hægt að taka upp úr holunni eftir þörfum og í því eiga að vera hita og þrýstiskynjarar og útfellingaplötur af ýmsu tagi, sem skoða má nákvæmlega meðan á tilraununum stendur. Eftir upptekt má setja rörið niður aftur, eða nýtt í stað þess gamla og þannig koll af kolli þar til tilraunum lýkur. Að tilraunum loknum á fóðraði hluti borholunnar að vera jafngóður og í upphafi og tilbúinn til vinnslu. Að líkindum myndum menn kjósa að rýma vinnsluhluta holunar út áður en holan færi í vinnslu, en vinnslunni yrði síðan hagað í samræmi við niðurstöðu tilraunarinnar. Vökvinn sem til stendur að vinna er
einfaldlega yfirhituð háþrýst gufa sem ætti að vera skraufþurr, ef gufan blandast ekki við kaldara vatnskerfi ofar í holunni, eða kólnar ekki of mikið á leiðinni upp á yfirborð. Holan er fóðruð mjög djúpt til að koma í veg fyrir slíka blöndun. Áætlað er að vinnslutilraun taki nokkra mánuði og kosti um 5-6 milljón dollara.
Staðsetning borholna
Að mörgu hefur þurft að hyggja varðandi staðsetningu á IDDP borholum. Fjögur til fimm álitleg svæði fyrir borteiga hafa þó verið valin á virkjanasvæðunum á Nesjavöllum, í Kröflu og á Reykjanesi. Þeim var forgangsraðað í sömu röð.
Mikilvægt er að fyrsta holan sé boruð þar sem líklegast er að holan skili tilætluðum árangri og þar sem auðveldast er talið að fást við jarðhitavökvann. Uppstreymissvæðin rétt austan við Kýrdalssprunguna á Nesjavöllum, í Hveragili í Kröflu, og í miðju
Reykjaneskerfinu, eru öll álitin vænleg til árangurs. Orkuveiturnar þurfa að heimila borun á eigin svæðum áður en lengra er haldið. Yfirstandandi virkjunaráform orkufyrirtækjanna kunna að hafa áhrif á þá ákvörðun, svo og umhverfimál og fleira.
Hár borkostnaður varð til þess að nýr valkostur um djúpboranir var talsvert ræddur á ráðstefnunni í október og skoðaður nánar í framhaldi af því. Hann var um borun einskonar æfingaholu (pilot hole), þar sem einhver gömul hola yrði einfaldlega dýpkuð með kjarnabor. Hola KJ-18 í Kröflu var m.a. nefnd til sögunnar, en hún er ófóðruð niður í 2,2 km dýpi. Byrjað yrði á því að fóðra holuna niður í botn og kjarnabora síðan niður í allt að 4 km dýpi. Borun æfingaholu hefur marga góða kosti í för með sér og veitir
mjög mikilvægar upplýsingar, en kemur þó ekki í staðinn fyrir “fullvaxna” djúpborunarholu.
Á ráðstefnu Orkustofnunar þann 17. apríl árið 2004 flutti iðnðarráðherra, Valgerður Sverrisdóttir, erindi um nýja möguleika til orkuöflunar. Hún sagði m.a.: “Öll umræða um orkumál í heiminum í dag snýst eins og kunnugt er um sjálfbæra orkuvinnslu og nýtingu og krafa er um að allar þjóðir kanni möguleika sína á endurnýjanlegri orku.
Um þessar mundir höfum við horfst í augu við mikla hækkun á olíu á heimsmarkaði, sem margir sérfræðingar telja að geti orðið varanleg um lengri tíma. Við Íslendingar búum góðu heilli svo vel að hafa aðlagað okkur að þessum aðstæðum fyrir 20-30 árum þegar sérstakt átak var gert hér á landi við að draga úr olíunotkun landsmanna með því að auka hlut hitaveitna og raforku þar sem því var við komið. Árangurinn er alþekktur, húshitun landsmanna með þessum orkugjöfum er um 99% og raforkuframleiðsla okkar byggist alfarið á þeim. Segja má að allar innfluttar olíuvörur fari til samgangna og skipaflota landsmanna og við eigum ekki möguleika á að draga úr notkun þeirra nema með aukinni tækniþróun við að nýta endurnýjanlega orku til samgöngutækja og skipaflotans.
Enn sem komið er eru nýir endurnýjanlegir orkugjafar erlendis ósamkeppnisfærir við hefðbundna orkugjafa, t.d. jarðgas og kjarnorku. Einna mest hefur þróunin orðið í virkjun vindorku í Vestur-Evrópu, aðallega í Þýskalandi og Danmörku. Verð frá þessum orkuverum er þó enn ríflega tvöfalt hærra en við þekkjum til hér á landi, en það fer hægt lækkandi.
Rannsóknir á nýjum orkugjöfum hér á landi eru eðlilega skemur á veg komnar en víða erlendis. Skýringin er vitaskuld sú að við höfum einbeitt okkur að rannsóknum jarðhita og vatnsafli, sem við eigum góðu heilli enn gnægð af. Hugmyndir manna um lífræna orkuframleiðslu í Evrópu hafa ekki staðist á undanförnum árum, en þar hafa hins vegar önnur lönd eins og Brasilía verið í farabroddi við að framleiða ethanol sem eldsneyti á bifreiðar. Íslenska lífmassafélagið hefur undirbúið á síðustu árum nýtingu ethanols sem orkugjafa hér á landi, sem verður forvitnilegt að fylgjast frekar með. Rannsóknir hafa einnig verið gerðar hér á landi á því hvort unnt væri að framleiða etanol eða metanol með rafgreindu vetni sem blandað væri saman við kolefnissambönd frá Járnblendiverksmiðjunni í Hvalfirði, en það virðist enn sem komið er of dýr kostur til eldsneytisframleiðslu miðað við hefðbundið olíueldsneyti.
Á sviði jarðhitaleitar og vinnslu fleygir tækninni fram eins og á flestum öðrum sviðum. Okkur hefur í síauknum mæli tekist á farsælana hátt að virkja jarðhitann til hitunar og raforkuframleiðslu. Sífellt færri svæði landsins teljast nú vera „köld“ svæði þar sem ekki hefur tekist að finna heitt vatn. Leit á slíkum svæðum er hins vegar mun dýrari en hefðbundin jarðhitaleit á heitari svæðum og þarf að öðru jöfnu að leggja í langtum meiri kostnað við þær rannsóknarboranir. Þó svo að vel hafi tekist til um það átaksverkefni um jarðhitaleit á köldum svæðum, sem staðið hefur yfir frá árinu 1998, hefur skort fjárhagslegan grundvöll fyrir því að skipulega væri unnt að standa að rannsóknum á þessu sviði.
Nefna má nokkra aðra nýja möguleika til orkuöflunar. Í annan stað vil ég nefna djúpborunarverkefnið, ekki er hægt annað en að minnast á það þegar rætt er um nýja möguleika til orkuöflunar hér á landi til framtíðar. Hér er um að ræða rannsóknarverkefni á alþjóðamælikvarða sem kosta mun hundruð milljóna í upphafi og milljarða er yfir lýkur. Djúpborun er tilraunaverkefni að því markmiði að nýta háhitasvæði okkar mun betur en hingað til hefur verið gert og bora tilraunaholu niður að rótum jarðhitauppsprettunnar á 4-5 þús. metra dýpi. Líkur benda til að með djúpborun verði unnt að margfalda orkugetu ákveðinna háhitavæða sem ligga nærri Atlantshafshryggnum. Þetta er hins vegar langtíma rannsóknarverkefni sem erlendir aðilar munu vinna að í samstarfi orkufyrirtækja og stjórnvalda hér á landi, enda geta slíkar rannsóknir skipt sköpum varðandi möguleika á orkuvinnslu á næstu áratugum.
Í þriðja lagi vil ég nefna orkunýtni. Bæði orkusparnaður og orkunýtni eru lykilorð í umræðu um orkumál meðal almennings erlendis vegna þess hve orkuverð þar er hátt. Hér hugsum við lítið um þetta enda er ekki lögð nein rækt við það af seljendum orkunnar að spara hana. Við höfum hafið og munum enn auka framleiðslu raforku með jarðvarmavirkjunum sem aðeins nýta 11-12% af orkunni, en 85-90% af virkjaðri orku er kastað út í umhverfið. Bætt nýting orkunnar er því eitt form af orkuöflun..
Eins og ég hef rætt um er efni þessa fundar hvergi nærri tæmt með þeirri dagskrá er fyrir liggur. Okkar bíða því fleiri fundir sem fjalla munu um nýja orkuöflunarmöguleika. Ég vonast til þess að fundurinn verði til þess að við höldum áfram að hugsa og horfa fram á veginn til nýrra tækifæra í orkusamfélagi framtíðarinnar.”
