Geothermische energie in Nesjavellir

Het eerste gebruik van geothermische energie Toen Ingólfur Arnarson als eerste kolonist op IJsland voet aan wal zette, noemde hij die plek Reykjavík, omdat er ‘rook’ uit de grond oprees. Maar de rook waarnaar IJslands hoofdstad is vernoemd, was niet het gevolg van vuur, maar van stoom die uit hete bronnen opsteeg. Oude geschriften vermelden het gebruik van de geothermische bronnen voor wassen en baden. De best bekende voorbeelden zijn de Thvottalaugar (wasplaatsen), wat tegenwoordig Laugardalur in Reykjavík is en de bron, waarin Snorri Sturluson baadde bij zijn boerderij in Reykholt. De eerste proefputten om heet water te krijgen, werden in 1755 geslagen in Thvottalaugar in Reykjavík. Meer putten werden er tussen 1928 en 1930 geboord, op zoek naar heet water om als verwarming te dienen. Deze bronnen leverden 14 liter water van 87 °C per seconde, wat in november 1930 door een 3 km lange pijpleiding naar Austurbaejarskóli werd getransporteerd. Dit was een school in Reykjavík, dat als eerste gebouw door geothermisch water werd verwarmd. Niet lang daarna werden meer openbare gebouwen en ongeveer 60 particuliere huizen in dezelfde wijk verbonden met de geothermische pijpleiding uit Thvottalaugar. Geothermische energie in het Hengill-gebied Het geothermische gebied van Hengill is een van de grootste warmtegebieden op IJsland. Het Hengill-systeem is in de laatste ijstijd een aantal keren uitgebarsten en nog steeds worden in Nesjavellir sporadisch aardbevingen gevoeld. Zo’n 2000 jaar geleden ontstond het lavaveld Nesjahraun door een spleeteruptie langs Nesjavellir. Hierdoor werd ook het eilandje Sandey in het Thingvallavatn geschapen. Studies hebben aangetoond, dat een deel van de neerslag, die in de hooglanden ten noorden van Thingvellir terechtkomt, doordringt tot het vaste gesteente en op grote diepte via allerlei breuken naar nog lagere gebieden stroomt. Dergelijk water wordt daar verhit door contact met binnendringend magma en bij oververhitting wordt het omhooggeperst door de scheuren onder het Hengill-gebergte. Boringen hebben aangetoond, dat verwarmd water gevonden kan worden op 1 tot 3 km diepte. De capaciteit van de bronnen in Nesjavellir Sinds 1972 zijn alle proefbronnen dusdanig ontworpen, dat deze later als productiebron gebruikt kunnen worden. De resultaten zijn goed: gemiddeld heeft iedere bron een thermische energie van 60 megawatt, wat een netto opbrengst oplevert van 30 megawatt. Dit zou voldoende zijn om een gemeente met 7500 inwoners van stadsverwarming te voorzien. De installatie is ontworpen om uiteindelijk 400 megawatt te kunnen leveren. Een wiskundig simulatiemodel van het geothermische reservoir geeft aan dat het de exploitatie door een 300 megawatt thermisch energiestation gedurende minimaal 30 jaar aankan. Het productieproces van de installatie Een mengsel van stoom en geothermische pekel wordt vanaf de bronnen naar een centraal scheidingsstation getransporteerd. Nadat de stoom is gescheiden van de pekel, wordt deze via vochtscheiders naar stoom-warmtewisselaars binnenin het bedrijfsgebouw geleid. In de toekomst kan de stoom daarna naar stoomturbines geleid worden voor het opwekken van elektriciteit. Nu nog wordt de ongebruikte stoom vrijgelaten door een stoomuitlaat. In de stoom-warmtewisselaars wordt de stoom onder druk afgekoeld tot een gecondenseerde vloeistof, waarvan de hitte wordt overgebracht naar koud, zuiver water in de condensatie-warmtewisselaars. Het condensaat koelt gedurende dit proces af tot 20 °C. Ook de warmte van de geothermische pekel wordt via geothermische pekel-warmtewisselaars overgebracht naar koud, zuiver water. Omdat de mineraalrijke geothermische pekel ketelsteen veroorzaakt, dat de leidingen van de warmtewisselaar bedekt, worden stalen deeltjes in de stroming in omloop gebracht, die tegen de leidingen botsen om zodoende de eventueel optredende aanslag te verwijderen. Koud, zuiver water wordt vanaf bronnen bij Grámelur (aan de oever van Thingvallavatn) gepompt naar een opslagtank bij het krachtstation. Daarvandaan wordt het naar de warmtewisselaars gevoerd, waar de watertemperatuur wordt verhit tot 85-90 °C. Omdat het heldere water doordrenkt is met opgeloste zuurstof, die na verhitting roestvorming veroorzaakt, wordt het door ontluchters gevoerd, waar het onder lage druk gekookt wordt om zodoende de opgeloste zuurstof en andere gassen te verwijderen. Hierbij zakt de watertemperatuur tot 82-85 °C. Ten slotte wordt een kleine hoeveelheid geothermische stoom, waaraan zure gassen zijn toegevoegd, in het water geïnjecteerd om van eventuele zuurstofrestanten af te komen en de pH-waarde te verlagen. Ook voorkomt dit roestvorming en aanslag. De verbindingspijpleiding naar Reykjavík Het energiestation Nesjavellir ligt op een hoogte van 177 m boven zeeniveau. Het water wordt door een hoofdpijpleiding met een diameter van 90 cm naar een opslagtank in het Hengill-gebied gepompt, die op een hoogte van 406 m ligt. Daarvandaan stroomt het water, puur door zwaartekracht, via een leiding van 80 cm doorsnede naar opslagtanks op Reynisvatnsheidi en Grafarholt, in de oostelijke buitenwijken van Reykjavík. Deze tanks staan 140?m boven zeeniveau en hebben controleventielen, die de waterdruk in de leiding regelen en die zorgen voor een constant waterniveau in de opslagtank bij Hengill. Vanaf deze opslagtank wordt het water naar steden gevoerd die onder contract staan bij Hitaveita Reykjavíkur, de ‘Dienst Waterverwarming voor het district Reykjavík’. Tussen Nesjavellir en Grafarholt is de verbindingspijp ongeveer 27 km lang. Hij is zodanig ontworpen, dat water van maximaal 96 °C kan worden getransporteerd bij een overdracht van 1870 liter per seconde. Gedurende de eerste fase van het project was deze doorstroming ongeveer 560 liter per seconde, waarbij het water 7 uur nodig had om de totale afstand van de pijpleiding af te leggen en daarbij onderweg 2 °C afkoelt. Een goede isolatie en een grote hoeveelheid water zijn de meest essentiële factoren die tot dit lage warmteverlies leiden. In latere stadia zal de doorvoersnelheid verdrievoudigd worden, waardoor het warmteverlies minder dan 1?°C zal bedragen. De metalen pijp is geïsoleerd met een soort glaswol en bovengronds bedekt met aluminiumfolie, terwijl de pijp ondergronds met polyethyleen is geïsoleerd en bedekt met PEH plastic. De hoge isolatiewaarde wordt nog eens bevestigd doordat de sneeuw die op de bovengrondse delen ligt niet smelt. Om milieu- en transportredenen is een 5 km lang deel van de leiding ondergronds. De bovengronds liggende leiding gaat op sommige plaatsen wel onder autowegen door. De leiding is bovendien ‘verrijdbaar’, dat wil zeggen, dat ze zich enigszins kan verplaatsen op de betonnen stutten. Toen de eerste keer water door de pijp werd gevoerd bleek de leiding door warmteuitzetting maar liefst 40?m langer te worden.