1. No category

BeFo-rapport 40:L177
Avser uppdrag nr 20ô0-081
för Nämnden för Energiprodu ktionsforskning
ö
Vattenburen värmetransport ¡ bergtunnlar
Ekonomi och Teknik
Transport of Hot Water in Unlined Rock Tunnels
Economy and Technique
Per Almqvist, Sten Bjurströñì, Arne Göransson,
Lars Jäderberg och Rolf Lindskog
-
Stiftelsen Bergteknisk Forskning BeFo
Swedish Rock Mechanics Research Foundation
Stockhqlm L977
TNNEHÂLLSFöRTECKNING
sid
Förord
3
Sammanfattning
5
1
1.1
1.2
1 .3
2
Introdukti-cn
9
Energiteknisk bakgrund
9
3
3.1
3.2
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.1 0
4.11
4.12
4.13
Forskningens nuvarande läge
12
Utförd studie
16
Produktion och distribution
av fjärrvärme
18
Storskali-g fjärrvärmeöverföring
i stålrör med konventionell teknik
31
Storstockholms fjärrvärmeförsörjning
31
överföring av fjärrvärme från Forsmark ti11 Uppsala och Stockholm
34
Stors,kalig fiärrvärmeöverförj-ng i
oinklädda bergtunnlar
Förutsättningar
Erforderlig tunnelarea för huvudtunnlar
38
38
38
Tunnelutförande
40
Allmän tunnel-layout för huvudtunnlar
42
Terminaler och mellanstationer
44
Driftförhållanden
49
Mj-1jöaspekter
51
Synpunkter på vattenkvalitet
53
Inspektion Í framtiden
54
Byggnadstid
55
Interkommunalt nät
55
Kostnader
57
Sammanfattning
59
2
JåimföreIse mellan värmeöverföring
i stå1rör och bergtunnlar
5
sid
60
5.1
överföring i stålrör kontra bergtunnlar
60
5.2
Jåimförelse med enledningsöverföring
65
7
Fortsatt forskning inom området
"Transport av vattenburen värme
i berg"
Allmänna förutsättningar
Förslag t,ill fortsatt forskning
Studium av liknande forskningsprojekt
Sammanfattande slutsatser
I
Referenser
6
6.1
6.2
6
3
66
66
67
70
72
75
3
FöRORD
Energisituationen i sverige ì-dag ställer krav på effektiva och billiga system för lagring och transport av
värme. Särskilt accentueras detta i diskussioner som
förts beträffande tillgodogörande av "överskottsvärme"
från kärnkraftverk. Transport av vattenburen värme i
oinklädda bergtunnlar är ett intressant uppslag med avsevärda potentiella tekniska och ekonomiska fördelar.
ej provats men
sådana överföringssystem har hittills
resultat av forskningsarbeten inom området värmelagring i berg tyder på att tekniken är realistisk.
Föreliggande forskningsuppgift utgör ett uppdrag från
Stiftelsen
Nämnden för energiproduktionsforskning tilI
Bergteknisk Forskning - BeFo att utreda tekniska och
ekonomiska förutsättningar för vattenburen värmeöverföring i bergtunnlar. Uppgiften har samordnats med
BeFos m fl övriga forskningsverksamhet inom området
värmelagring i berg och har genomförts under huvudmannaskap av Stockholms Energiverk i samarbete med Statens
Vattenfallsverk, Storstockholms Energi AB (STOSEB) m f1.
Arhetet har utförts i en arbetsgrupp bestående av Per
Almqvist och Lars Jäderberg från Stockholms Energiverk,
Arne Göransson och Rolf Lindskog från Vattenbyggnadsbyrån samt Sten Bjurström från BeFo' som också svarat
för projektlednÍngen.
Projektet har inj-tierats, stöttats och granskats av
en
referensgrupp bestående av:
Direktör C1aës Lindroth, Stockholms Energiverk'
ordf,
Direktör Halvard Gedung, Södertörns Fjärrvärme AB,
Övering Karl-Arthur Scherman, Statens Vattenfallsverk,
4
Civiling Rolf Lindskog, Vattenbyggnadsbyrån
AB
samt
Tekn lic Sten Bjurström, BeFo.
har byggnadschef Malte Nilsson och överingenjör Bengt Oknemark, Stockholms Energiverk, deltagit i
projekt- och referensgruppsarbetet.
Dess.utom
Projektet har kunnat j-nfogas i forskningsplanen hos
Nåimnden för Energiproduktionsforskning - NE och därigenom fått finansiellt stöd från nämnden. Civilingenjörerna Birgitta Palmberger och Harald Haegermark har
inom NE handlagt ärendet.
Projektet har givits tillgång t'ill omfattande befintligt utredningsmaterial hos berörda företag. För detta,
liksom stöd och hjälp som låimnats arbetsgruppen av referensgrupp och bidragsgivare m f1 framförs ett varmt
tack.
Stockholm december 1977
Stiftelsen bergteknisk forskning -
âb* bt*'U
Sten Bjurström
Projektledare
BeFo
5
SAMMANFATTNING
Energisituationen i Sverige idag ställer bl a krav på
åtgärder i syfte att bättre hushålla med och inbespara
olja för uppvärmningsändamå1. TiIIgång tilt enkla och
rimligt kostsamma system för transport och lagrj-ng av
värme ger ökade möjligheter att ekonomiskt utnyttja
stora kvantiteter överskotts- och spillvärme i kraftproduktionen och från olika industriella processer.
Pågående och planerad fjärrvärmeutbyggnad i våra tätorter kan ge förutsättningar för att ta emot sådan värme i stor skala.
teknik för överföring av fjärrvärme i stor skala innebär normalt att hetvatten pumpas i värmeisolerade stålrör, vilka ofta är förlagda i bergtunnlar.
Dagens
För att förbilliga tekniken har man föreslagit ett system där berg'tunneln utnyttjas som "rör" och det uppvärmda vattnet pumpas i den oinklädda bergtunneln.
överföring i bergtunnlar på nämnt sätt har ej provats
tidÍgare men resultat av forsknÍngsarbeten inom området värmelagring i berg liksom erfarenheter från kraftverkstunnlar, olje- och gaslager i berg m fI tyder på
att överföring i bergtunnlar bör kunna ske med god värjämfört
meekonomi, hög kapacitet samt i vissa fall
tilI lägre kostnader för anmed traditj-onel-l teknik
läggning och drift..
För att belysa ett sådant överförj-ngssystem har erfarenhets-, utrednings- och litteraturmaterial ställts
samman i en översiktlig studie. Olika tekniska och
ekonomiska frågor har utvärderats genom att bergtunnelöverföring av fjärrvärme från ett kärnkraftvärmeverk
jämförts med motsvarande överföring i stålrör. Problemstäl-lningarna har diskuterats i huvudsak med utgångspunkt från Storstockhol-ms fjärrvärmeförsörjning och en
t,änkt överföringsledning från Forsmark på 120 km.
6
Produktion och överföring av fi ärrvärme i stor skala
För produktion av erforderliga stora värmemängder
(ca 2 OO0 MVf) erfordras ett kärnkraft'värmeaggregat med
mottrycksturbin eller två med avtappningsturbiner- I
denna utredning har jämförelsen baserats på en anläggning i mottrycksutförande-
I studien har skisserats en 120 km bergtunnelöverföring av 2 200 ¡41{? värmeeffekt vid en maximal vattentemperatur på 99o C. Denna värmeeffekt kräver en borrad
eller sprängd tunnel med 316 m respektive 4r5 m diameter och ett vattenflöde på ca 17 m3/s. Förutom returtunnel erfordras ca 1 0 pump- eller svallschakt samt
värmeväxlarterminaler i änd- och avlänkningspunkterna.
För interkommunal distribution av värme titl 10ka1a
nät diskuteras två system, dels efter värmeväxling i
ett nät bestående av ståIrör dels ett system där bergtunnlarna direkt förs vidare i ett bergtunnelnätr som
via lokala värmeväxlare överför värmen til-l områdesnät.
I motsvarande skiss för ett stålrörssystem överföres
ca 2 40.0 MW vid en maxÍmal temperatur på 1650 C. Systemet består här av en fram- och en returledning av
värmeisolerade stålrör med 1 r5 m diameter, vilka förIagts i bergtunnel eller kulvert. Huvudledningen ansl_utes direkt tiII ett interkommunalt distributionsnät, som via lokala värmeväxlare sammanbindes med områdesnät.
Utredningens resultat
ur teknisk-teoretisk synpunkt torde det vara helt realistiskt att transportera hetvatten direkt i oinklädda
bergtunnlar. Bergtunnelöverföring kan utföras enklare
jämfört med traditionell ståIrörsteknik i tunnelav andra sisnitten, genom slopade rörinstallationer.
dan kräver bergtunnelöverförj-ng dubbla tunnlar och mer
7
Detta innebär att
omfattande terminalinstallationer.
bergtunnelalternativet för närvarande endast bör tilllämpas där man avser att överföra stora värmemängder
i vatten förhåtlandevis långa sträckor. Eventuell utvecklj-ng av värmeöverföring med ett system utan returlednÍ.ng kan innebära ökade fördelar för bergtunnelörzer-
föring.
Investerings- och driftskostnaderna för bergtunnelöverföring blir genom dubbeltunnelarrangemanget och större
terminaler av samma storleksordning som för stålrörsalternativet. I det studerade Forsmark-Stockholmsfallet har anläggningskostnaden beräknats till 2 - 2,5
miljarder och årskostnaden till 300 400 miljoner kronor (1976-â,rs priser). Genom 1ägre temperatur i vattnet i bergtunnelalternativet erhålles möjlighet för en
större elproduktion, vilket i det studerade fallet ger
bergtunnelalternativet en potentíet1 fördel värderad
till ca 100 miljoner kronor Per år.
Värmetekniskt erbjuder bergtunnelöverföring jämförbara
eller bättre förhålJ-anden än motsvarande överföring i
uppvärmningsisolerade stålrör. Efter ett initiellt
skede torde temperaturfall och värmeförluster vara
mycket måtttiga. För ett system enligt ovan torde totala temperaturfallet mellan Forsmark och Stockholm
vara ca 10 c och motsvara-nde värmeförlust ca 2 - 3 z -
Inverkan på miJ-jör är obetydlig.
Påverkan från ut-
läckande Värme är försumbar och grundvattenytan förblir
opåverkad då tunnlarna går fyllda med vatten i tryckbaIans med grundvattnet, vÍlket ger fördelar speciellt
1 stadsbebyggda områden.
ur bergteknisk synpunkt torde de värmespänningar som
uppstår i berget kring tunneln ej ge upphov titl nämnvärda stabilitetsproblem vid noggrant utförd tunnel.
B
andra sidan är tekniken oprövad och bedömningen innehåller de osäkerheter, som är normalt för konstruktioner i berg. En tillämpning i stor skala kräver därför
omfattande utprovning i stora fäItförsök.
.4,
9
fNTRODUKTION
Utvecklingen inom energiområdet kräver att man prövar
olika vägar och tekniker att utveckla enkla och ekonomiska system för J-agring och transport av värme. En
sådan utveckling öppnar möjligheter att bättre än idag
tillvarataga olika former av överskotts- och spillvärme
i kraftproduktionen och från industriprocesser eller att
möjligen förbilliga system för sol- eller vindenergilagring, så att dessa energiformer kan bli mer ekono-
miskt realistiska.
Lagring och transport av vattenburen värme i bergrum
respektive bergtunnlar bedöms att erbjuda fördelar härvidlag såväI ur ekonomi.sk som teknisk synpunkt
1.1
Enersiteknisk bakcrrund
Ett ångkraftverk erfordrar víd normal drift stora mängder kylvatten vare sig ångan genereras j- en kärnreaktor eller i en oljeeldad panna. I ett kärnkraftverk
bortgår mer än dubbelt så mycket energi med kylvattnet
som den producerade elkraften.
Tillvaratagande av denna "spillenergiI j- kylvattnet är
angeläget och förekommer vÍd större kommunala fjärrvärmeanläggningar och vi.ssa av industrins processanläggni-ngar. I verkligt stor skala t ex vid kärnkraftverk
har kylvattenenergin ännu ej tillvaratagits ' bortsett
från det numera nedlagda Ågestaverket.
Vid optimal verkningsgrad för elproduktion kyles turbinens kondensor med kylvatten, varvid vattnet får en
temperatur på 20 30o c. Om energin i kylvattnet
skall tagas tillvara bör detta hål1-a en temperatur på
omkrfng 1O0o C. En sådan förändring är tekniskt möj1i9,
men man förlorar något i elproduktÍon. Totalt sett erhålles dock en mycket god energiutnyt.tjning.
'1
0
När det gäller vattenburen värmeöverföring från en värett bostadsområde har man i dag stor
meproducent till
Vid
e¡farenhet av distrlbution i isolerade stålrör.
överföring j- större skala läggs rören normalt i ventilerade och inspekterbara bergtunnlar eller i betongkulvertar.
någon eller
För överföring av verkligt stora effekter
några tusen MW - längre sträckor (20 1 00 km) blir en
stålrörsledning mycket kostsam.
Olika utredningar inom kraftindustrin har dock vid studier av värmetransport över längre avstånd som regel
förordat systemet med stålrör, då man är angelägen att
väIja helt känd och beprövad teknik.
Ett alternati-v tilt distribution i stålrör är värmetransport direkt i oinkl-ädda bergtunnlar' ett afternativ som vid stora vatten- och energimängder kan ge fördel-ar genom enkelt utförande och god värmeekonomi r llrder förutsättning att ett sådant system ur bergtekniskt
driftssynpunkt kan utföras på tillfredsställande sätt.
Överföring av vattenburen värme direkt i bergtunnlar
är idag en oprövad t.eknik. Tämligen omfattande studier
i samband med värmelagring i berg talar för att tekniken är från bergteknisk synpunkt helt möj1ig. SjälvfaIlet återstår en rad frågor som måste djupare studeras innan man slutgiltigt kan ta stäl1nin9.
Förutom sådana mera teoretiska studier är det nödvän-
digt att göra en teknisk-ekonomisk analys för distribut:-onssystemet Í berg, där jämförelse sker med andra
1ösningar.
I dessa ekonomiska frågeställningar ingår olika optimeringsfrågor vid kraftvärmeproduktion och distribution.
11
TUNNEL 25 - 125
qoERALE
KM
TUNNLAR
150-300 M
RETUR
FRAM
30-50M
SPRANGDA TUN
1
50
-300 M
5,0 M
¿,0 M
Figur
1
30-
OM
Transporttunnel i berg för värmeöverföring
från kärnkraftvärmeverk
12
Stora tekniska frågor rör hela systemuppläggningen med
pumpar, värmevåixlare, erforderliga modifikationer på
produktions- och mottagarsidan m m. Ur bergmekaniskoch bergteknisk synpunkt dominerar stabilitets- ' täthets- och vattenkemifrågor.
1.2
Forskningens nuvarand.e läqe
A11mänt kan sägas att området är sparsamt undersökt.
Studier som täcker speciella mindre områden i problem-
komplexet har utförts utomlands.
fnom ramen för BeFos verksamhet har olika bergtekniska
frågestäIlningar i samband r¡ed lagring av hetvatten i
berg studerats sedan 1971. I fig 2 illustreras två
typer av värmelagring i bergrum.
Arbetet har bestått i teoretiska analyser, litteraturgenomgång samt försök i laboratorium och fäIt.
I BeFo-rapporten "Hetvattenlager Í bergrum; Bergtekniska konsekvenser av lagring av varmt vatten i oinklädda bergutrymmen!', (1 ) presenteras resultatet av värmeoch spänningsberäkningar för bergmassan runt en hetvattenackumulator samt analys av varmvattnets inverkan
bergarter, betong, sköIar och omgivande miljö-
på
Utifrån b1 a resultat i denna utredning har problemområdet vidarestuderats genom att vissa problemställningar specialstuderats i två omfattande fältförsök.
försök avsåg bestämning av temperatuoch spänningar runt ett uppvärmt oljelager i berg,
3, medan det andra studerade förhållandena kring
grovt borrhåI, i vilket uppvärmt vatten cirkuleraf1g 4.
Det ena av dessa
rer
fig
ett
de,
13
k-ÅNGKOKARE ALT
,
VÁRMEVAXLARE\
.t
++
KOMPRESSOR
VÀRMEVÄXLARE
\ vÀRvexoNsuuloN
-,!-'-
VARMEPRoDUKTT0N i
._-<+
OPPET
BERGRUMSLAGER
BLOCKFYLLT
BERGRUMSLAGER
UPPVÁRMT VATTEN
ss/tts"
c
KALLT
Figur2
RETURVATTEN
Värmelageriberg
14
Det senare försöket med grovborrhåI genomfördes gemensamt av Stockholms Energiverk, Vattenfall, Norra och
södra stockholms EnergiaktÍebolag och BeFo direkt i
syfte at,t ge en käns,la för problemområdet när det gäI1er värmetransport i berg. I försöken studerades b1 a
spänni.ngar, deformationer och temperaturer i berget
Samt förändringar i den kemiska sammansättningen hos
spolvattnet. Primärresultaten är redovisade i rapporten "Varmvattendistribution i oinklädda tunnlar", (3) .
Inom kraftindustrins projekt för studium av möjligheten
att säkert lagra kärnbränsleavfall har värmeavgivningen
från detta lager till berget ägnats stor uppmärksamhet
(6). Bl_ a har utförts en rad experimentella värmeförsök i stripa gruva. Resultaten är dock ännu ej redovisade.
Efter studium av tillgängliga litteraturuppgifter och
hittills utförd forskning inom området hetvatten i
berg kan fötjande omdömen formuleras:
Inga bergtekniska fakta har framkommit som allvarligt talar emot möjligheten att transportera eller
lagra hetvatten i berg. Berget bedöms kunna erbjuda ekonomiskt konkurrenskraftiga och väl isolerande lagri.ngsutrlrmmen f ör värme.
Vissa speciella frågeställnj-ngar såsom stabilitet
vid olika bergstrukturer, utlakningshastighet för
bergartsmineral, förläggningsdjup, värmeväxlarproblem m m måste ägnas fortsatt utredning.
Vissa frågor torde ta en orimllg tid att detaljanalysera, varför de måste hanteras med någon form
av "helhetsgrepp". Svar på sådana kvarstående
värmetekniska och bergtekniska frågor samt verifikation av beaktade frågeställningar kan sannolikt
snabbast ges genom att en första demonstrationsanläggning byggs.
15
23
23
l^
21
16m
ll
or_.t¡, ¿a"c
30
12
3 123
m
21
1 TEI4PERATUIi, 6 ¡¡tVÀt.R
2 RELATtv st-ÃNti¡tto
3 ABSOLUT SPAIINI['IG
Figur 3
lr{ätningar vid }4arvikens oljelager
t___ì_--
FT
HETVATTEN
1 TEMPERATUR
2 RELATIV SPAI.INING
3 ABSOLUT SPÁNNING
4 VATTENKVALITET
{r
-?
Figur
4
o3
-?-
{r
q
o2
i
o2i
tr
---+F
--€-
2
0l2m
Mätningar vid. försök i bergtunnel med
cirkulérande värmt vatten, Uggelvikskällan
16
Utförd studie
A11mänt syftar projektet till bättre totalt energiutnyttjande genom att erbjuda tekniska lösningar för överföring av stora värmeenergimängder i form av het- och
varmvatten långa sträckor i oinklädda bergtunnlar. Den
genomförda studien avser att ge underlag för att värdera den ekonomiska potentialen hos ett sådant system,
erforderlig teknik samt i en senare etapp möjlÍgheterna
konstruktj-onsunderlag evenatt få fram tillförlitligt
tue1lt genom fältförsök i full skala. I studíen har,
för att medge en konkret och påtagtig jämförelse, i
huvudsak diskuterats en överföring från Forsmark till
Stockholm i stålrör respektive bergtunnel. Avsikten
är dock att visa frågorna så generellt och allmänt att
resultaten kan tillämpas i alla de falI man finner det
av intresse att studera ett bergal-ternativ som ersättning för exempelvis stålrör.
1.3
-o'*'I
/Ø-*
(r
t
''ùf
ti
l¿*à,-=
\5 6Ê0k
\a
>ø
\r--
Figur 5
-\
<J\
ST.XKHOLìI
-t
Tunnelsträckning Forsmark Stockholm
utförda studien avses bll uppföljd med ett forskningsprogram för ett fäItdemonstrationsprojekt. AvsikDen nu
17
ten är att utföra ett sådant fullskaleförsök genom att
utföra en experi:nenttunnel i ett befintligt fjärrvärmeIång torde det fönät. Om denna utföres tillräckligt
religga goda möjligheter att med ett helhetsgrepp beIysa frågorna.
I den nu föreliggande rapporten har erfarenhets-, ütrednÍngs- och litteraturmaterial ställts safllman för
att översiktligt belysa olika tekniska-ekonomiska frågor vid överför1.ng av stora mängder vattenburen värme
Iånga sträckor.
1B
2
PRODUKTION OCH DISTRTBUTIoN AV FJTiRRviTnun
Uppvärmning av
tätorter
hetvatten som produceras i
central-a anläggningar och cirkuleras genom slutna rörsystem, fjärrvärme, började i Sverige på allvar introduceras på 1950-ta1et. A,r 1977 uppgår den anslutna
fjärrvärmeeffekten t.iIl 11 000 ã 12 000 l4W fördelad på
ett 60-tal tätorter.
med
En undersökning visar att Sveriges 120 största tätorter skulle kunna ta emot en fjärrvärmeeffekt av ca
30 000 MVü om även glesare småhusbebyggetse kunde an-
slutas.
Några av skälen för fjärrvärme är att de centrala värmeanläggningarna kan drj-vas med hög bränsleutnyttjning,
stor flexibilitet
beträffande användning av såväl fasta
som flyt,ande bränslen samt att god luftrenhet kan uppnås för regionen.
I större fjärrvärmesystem finns också ekonomj-ska möjligheter att bygga an1äggningar för kombinerad produktion
av el och värme, kraftvärmeverk. I en sådan anläggning
nyttiggörs bränslet på ett mycket gynnsamt sätt, den
andel av bränsleenergin som inte nyttiggörs är endast
ca 10 Z.
Elenergi har et,t högre värde än värmeenergj- och bör
därför produceras i så stor andel som möjligt. Räknat
per ti.llförd bränsleenhet är dock elproduktionen 1ägre
i ett kraftvärmeverk än i en motsvarande anläggning för
enbart elproduktion där kylning sker med havsvatten av
Iåg temperatur. En viss elproduktion måste offras för
att hetvatten av Iämplig temperatur skall kunna produceras. Ju högre temperatur på vattnet ju lägre andel
eleffekt.
Val av hetvattentemperatur Ì fjärrvärmenäten är en ekonomisk optimeringsfråga. Hög temperatur ger bI a
19
mindre rördimensioner och värmevåixlare (lägre vattenflöden) , l.âg temperatur ger större elutbyte i kraftvärmeanläggningarna. I Sverige har man ganska alImänt
gått in för att ha 12Oo C som högsta temperatur på vatten som från produktionsanläggningarna tillförs fjärrVärmenäten. Denna temperatur erfordras endast under
årets kallaete dagar och övrig tid sänks temperaturen'
ned till ca 8Oo C under sommartid.
Vattnet återförs till
600 45o c.
produktionsanläggningarna vid
Variationerna av värmelast och temperatur i ett befintligt värmenät visas i princip i fig 6 - Som synes erfordras temperaturer över 90o C endast ca 800 timmar
av året. Värmelasten överst1ger då 60 ? av den maximaIa. Drygt 2 000 timmar årligen överstiger värmel-asten
50 3. Energiinnehål1et för den del av belastningen som
överstiger 50 å effekt är mindre än 1 0 ? av den totala
energÍförbrukningen över året. På grund av den korta
utnyttjningstiden för denna spetsenergi bör den produceras: i anläggningar med 1åg kapitalkostnad med åtförjande relativt hög driftkostnad (lokaIa hetvattenpannor) medan det blir ekonomiskt möjligt att bygga mer
påkostade produktionsanläggningar och överföringssystem
som ger 1ägre driftkostnader, för den del av värmeener-
gÍn
som
har längre utnyttjni.ngstid-
möjlighet finns att koppla kraftvärmeverk och hetvattencentraler i serfe så att de högre vattentemperaturerna endast åstadkoms i hetvattenpannorna behöver
kraftvärmeverket ej under någon del av året lämna vatten av högre temperatur än 9Oo C för att de skall täcka
halva den maxi-mala effekten i nätet.
Orn
överföring av stora värmeeffekter vid 1åg temperatur
kräver stora vattenflöden och därmed stora rörareor.
vid stålrörslednLngar är det därför optimalt att höja
20
LAST
TEMP
oc
%
t20
tt0
100
\
90
\
80
70
\
\
\
RETURTEMPERATUR
-\
-\
LAST
-/
\
\
h Ån
0
Figur
r0æ
6
2000
3000
5000
Värmelastens varaktíghet och samhörande
7000
temperaturer i ett fjärrvärmenät (Hässetby)
8000
21
överföringstemperaturen vid längre överföringsavstånd
trots den minskning i elproduktion som då uppstår i
kraftvärmeverket .
Hitti.lls har kraftvärmeanläggningar med en sallmanlagd
efeffek,t av ca 2 000 Mü\J byggts och måIet för energipolitiken är att bYgga ytterligare anläggningar motsvarand.e 1 500 MI¡il eleffekt till år 1985. Oljeeldade
kraftvärmeaggregat har i sverige utförts för högst ca
250 ¡4W eleffekt och ca 330 M!{ värmeeffekt.
Oljeeldade kraftvärmeaggregat förläggs nära fjärrvärmenätet i eller intill tätorten. De förses med höga
skorstenar så att miljöpåverkan från rökgasutsläppen reduceras ti1I accePtabel nivå.
Bränsl-eförbrukningen för ett kraftvärmeaggregat av förut nämnd storlek är betydande t cã 1 500 ton olja per
dygn. om verket ej är placerat vid hamn eller kan an-
slutas dit via pipeline, måste oljan transporteras med
tåg eller bil, vilket ger en omfattande transportapparat,
För kärnkraftaggregat med kombÍnerad produktion av el
och värme är större storlekar aktuella. För svenska
projekt har aggregatstorleken 3 000 MVt reaktoreffekt
diskuterats varvid värmeeffekten kan bli 1 000 - 2 400
550 MW beroende på turbinutMV{ och eleffekten 850
formning. Vid de överförtngsavstånd som varit aktuella
bland annat av säkerhetsskäl och med konventionell stålrörteknik för överföringsledningen har temperaturen ca
1 600 C på utgående hetvatten från aggregatet visat sig
vara optimal.
Projektering och utförande av ett kärnkraftvärmeaggregat tar något e1ler några år Iängre tid än för ett vanligt kondensaggregat eller minst ca 10 år. Med hänsyn
t.ill tider för utredningar och beslut kan ett kärnkraft-
22
värmeverk knappast vara i drift förrän i slutet av
1980-talet. Ombyggnad av en påbörjad eller befintlig
kärnkondensanläggning för värmeproduktion är tekniskt
komplicerad och kostsam.
anläggningen skall för1ä99as i berg, vilket förefaÌler troligt om den placeras nära en tätort, tar projektering och bygge ännu något år längre tid. Bergför*
Iäggning beräknas dra extra kostnader för aggregat om
20 25 ? men en förläggning nära en tätort ger besparingar i ledningskostnader som kan kompensera härför.
Om
För landets tre mest tätbefolkade regioner omkring
Stockholm, Göteborg och Malmö har möjligheterna att ta
fjärrvärme från kärnkraftanläggningar utretts. För
Stockhol-m har en, alternativt bergförlagd, kärnkraftvärmeanläggning på Södertörn ca 30 km från Stockholms
centrum diskuterats. Även möjligheterna att transportera hetvatten från Forsmarkr cët 120 km från Stockholm,
har undersökts.
För Göteborg har även bergförlagda anläggningar i stadens närh.et preliminärt studerats ' men nuvarande huvudinrÌktning vid undersökningar är värmeöverföring från
Ringhals ca 60 km från Göteborg.
Den
mest detaljerade utredningen om värmeöverföring
från ett kärnkraftverk har gjorts för Mal-möregionen.
I det s k sydvärmeprojektet planeras ca 1 000 MW värme
tas från ett nytt aggregat i Barsebäck och utnyttjas
för uppvärmning av Malmö på ca 25 km avstånd och Lund.
För kärnkraftvärmeanläggningarna har huvudsaklj-gen tvã
turbj-ntyper diskuterats, avtappningsturbÍn där en del
av ångan användes för värmeproduktion och mottrycksturb.in där hela ångmängden f år alstta f )ärrvärme, f ig 7 -
23
1
REAKTOR
GENERATOR
TURB I N
vÄnve -
ÅrERxvtanr
KONDENSOR
MOTTRYCKSTURBIN
REAKTOR
MED ÅrEnxvl¡nE
TURBI
N
1
GENERATOR
KALLKONDENSORER
VÄRM EKONDENSORER
AVTAPPNI NGSTURBIN
Figur 7
Turbintyper för kärnkraftvärmeverk
24
rönt störst j-ntresse
såväl från kraftföretag som tillverkare.
Utvecklingssteget från en kondensturbin är måttligt. Värmeeffekten är dock begränsad tilI ca 'l 000 M\r per aggregat
varvid effekten tÌll elnätet bl1-r ca 850 MI^I. Det är
möjligt att utan specÌella arrangemang mj_nska värmeproduktionen ända ned tiIl 0 Mhr vid oförändrad reaktoreffekt. Eleffekten ökar då til1 drygt 1 000 MW.
Avtappningsturbinen har hittills
Vid behov av större värmeeffekt än 1 000 MW från kärnkraftvärmeverk (behov som i sverige finns i storstockholmsområdet) kan mottrycksturbinen erbjuda en lämplig
1ösning, speciellt om det är svårt att utföra flera
värmeproducerande aggregat på den aktuella platsen.
Värmeeffekten från en sådan turbin kan vara ca 2 400 t4W
och samtidig eleffekt ca 560 MW. För att maximal eIproduktion skall vara möjlig även då värmebehovet är
lägre kan aggregatet förses med en sjövattenkyld återkylare för fjärrvärmevattnet. Mottrycksturbinen bedöms kräva större utvecklingsinsatser än avtappningsturbinen.
f de utförda projektstudierna har en station med kraftvärmeproduktion säkerhetsmässigt bedömts likvärdig med
en för enbart elproduktion. Risken för utsläpp av aktivitet i fjärrvärmesystemet har vid normal- drift bedömts som obefintlig.
Haverifal-1 inom stationen måste
dock b1i förernål för speciell analys.
ïnom svenska fjärrvärmenät användes uteslutande stål-
rör för överföring av hetvatten från produktionskälla
til1 förbrukare. Vj_ssa försök med klena plaströr i
lokaIa förderningsnät och vid reducerad temperatur har
dock förekommit.
Produktfonskärlorna för värmen, huvudsakligen oljeeldade hetvattenpannor eller kraftvärmeverk är placerade i
25
nära ans.lutníng ti1l värmenäten varför inga längre
överförÍngsledningar, högst några km, existerar.
Största dimension på rörledning i drift i Sverige är
ca 1 m. Utomlands har dock använts r:ör med ca 1'5 m
dìameter.
Vid de i Sverige diskuterade kärnkraftvärmeprojekten
fordras 20 120 km långa överföringsledningar för överföring av 1 000 2 500 Mw värme vid som regel ca 1 600 C
vattentemperatur och isolerade ståtrör av upp till ca
1 r5 m diameter.
Rörledningar kan beroende på lokala förhåIlanden förläggas ovan mark, i ett öppet dike, i en nedgrävd kulvert
av betong eller i en bergtunnel. De två förstnämnda
förtäggningssätten har inte hittills kommit tiIl utförande i Sverige i större omfattning eftersom de är
olämpliga i tätorter. f'ör överföring från verk belägna på längre avstånd från tätorter utgör de dock in-
tressanta alternativ.
Anslutningen mellan överföringsledning och värmenät kan
ske direkt eller via en värmeväxlare. Vid anslutning
utan värmeväxlare kommer tryck och flöden i överförJ-ngsledningen att direkt påverka motsvarande storheter i
värmenätet. En blandning av vatten titl rätt distrÍbutionstemperatur måste även ske i anslutningspunkten.
Vid indirekt anslutnj-ng kan trycket i överföringsledningen väljas olÍka (högre) mot i nätet och föroreningar kan inte överföras. Genom att mindre vattenmängder
är i rörelse inom de skilda systemen blir flödesregleringen något enklare. Värmeväxlaren medför dock en
extra kostnad och en temperaturändring som kan minska
elproduktlonen i kraftvärmeverket.
Kopplingen för ett kärnkraftvärmealternativ med värmeöverföring från Forsmark till uppsala och Stockholm
vla stålrör framgår av fig 8. Data hänför sig till
26
KÄRNKRAFTVÄRMEvERK
I
FoRsMARK
560 MW
EL
INTERKOMMUNALA
övEnrönIHOSLEDNING
2/.00 Mw
vÄn
165o
FOJ
€-J
bl L
I-e-r
lt
65oc
LEDN INOAR
1
lt
65oc
6
TERMINAL MED
vÄR¡rEvÄxlanE
6ooc
12ooc
r2ooc
6ooc
LOKALT
vÄR¡¡evEnr
LoKALT HÄr
I
Figur I
UPPSALA
LOKALA
I
NAT
STOCKIIOLM
Principiellt kopplingsschema för värmeöverföring från kärnkraftvärmeverk med
dubbla stålrör
27
ett system med mottrycksturbin
taljerat i kapitel 3.
som
presenteras mer de-
Några olika alternativ ti11 stå1rör för överföringsled-
ningar har diskuterats såsom rör av glasfiberarmerad
plast eller av armerad betong samt det i föreliggande
rapport aktuella alternativet, överföring i oinklädda
bergtunnlar.
Vid dessa alternativ bör troligen överföringstemperaturen begränsas till ca 1 00o C och erforderlig ledningsarea h'lir avsevärt större än vid ståIrör. Plast- och
betongrör skulle eventuellt kunna förläggas direkt i
mark, vilket förbilligar utförandet. Rören är inte
korrosionskänsliga vil.ket möj1iggör I'sämreil vattenkvalitet, t o m havsvatten har föreslagits.
Oinklädda bergtunnlar användes ofta vid vattenkraftanIäggningar och som kylvattenvägar vid värmekraftverk.
Erfarenheter flnns dock inte för högre temperatur. Man
kan därför ej helt bortse från probJ-em med smärre bergras, urlakning av betongförstärkningar, påverkan av
grundvatten m m.
Tnget av nlimnda förslag till alternativ överföringstekPotentiella möjligheter borde
nik har ännu tÍllämpats.
docl< finnas för goda driftegenskaper och god ekonomi.
för ett alternativ med värmeöverföring i dubbla
bergtunnlar frår: ett kärnkraftvärmeverk i Forsmark till
Uppsala och Stockholm visas i fig 9. Alternativet presenteras utförligare i kapitel 4.
Scheman
Det har även framförts förs1ag att överföra fjärrvärme
i enrörsystem, Värmemedium skulle L detta fall vara
havsvatten, som uppvärms till ca 100o C i kraftvärmeVerkets turbinkondensor och via korrosionsokänsliga ledningar av plast, betong eller i bergtunnel ledes titt
28
A
I
KÄRNKRAFTV,\RMEVERK
FORSMARK
760 MW EL
HUVUDTERMINAL
INTERKOMMUNALT
MED
övEnrönt HoSLEDNtNGAR
"srÅrnönssYSTEM "
vÄR¡lrvÄxt-¡RE
2200 MW
gg"c
vÁnuE
99o
ie-1
iej
c
tl
68o
g5"c
I
65oc
c
lt
TERMINAL MED
väRN4evÁxuaRE
go"c
gooc
6ooc
6ooc
LOKALT
vÄRvEveRx
'r2ooc
LOKALT
I
B
rilRrurnarrvÄRvevgnx
760 MW
I
UPPSALA
EL
I
I
NTERKOM MUNALT
NGAR
TUNNELSYSTEM
lr
g8o c
ggo c
vÁnvE
68
SBoc
c
oc
ll
rl
TERMINAL
STOCKHOLM
FORSMARK
öveRröR t ¡tosLEDN
2200 MW
68o
I
LOKALA uÄr
NÄT
MED
vÄnvEvÄxL¡ns
LOKALT +
vÃnuEvERr
60o
9oo
12oo
12ooc
LOKALT NÁT
Figur
9
c
I UPPSAI-¡
LOKALA NAT
I
STOCKHOLM
principiellt kopplingsschema för värmeöverföring
i
från kãrnkraftvãrmeverk med dubbla bergtunnlar
med
alternativt
huvudnät. Interkommunalt system
A stålrör resp B oínklädda bergtunnlar'
29
förbrukaren. Där skulle värme tas ut via värmeväx1are
så att vattentemperaturen sjunker till ca 50o C eller
Iägre om värmepumpar användes. Efter inblandning av
kallt havsvatten sku1le utsläpp kunna ske i havet på
1ämpligt stäIle.
Koppling och huvuddata för ett enrörsystem för värmeöverföring från två kärnkraftaggregat från Forsmark
t,ilt Uppsala och Stockholm visas i fig 10 . Systemet
är i princip baserat på ett förslag redovisat av Margen (4L. Angivna data avser medelvärden under vinterperioden ti1l skillnad från fig 8 och 9 som avser data
vid dimensionerande ytterlufttemperatur (ca -20o C).
I medeltal över vintersäsongen kan drygt halva d.en ti11
kondensorerna avgivna värmeeffekten nyttiggöras för
fjärrvärmeändamål. Värme med Iägre temperatur än returvattnet kan ej utnyttjas.
Vattenflödet från Forsmark blir ca 12 m3 /s. Härför erfordras två rör i plast e1ler betong med vardera ca
1 r5 m diameter. Motsvarande borrad bergtunnel får med
hänsyn tflt bergets större råhet en diameter på drygt
tre meter. Returledningen från Uppsala till Forsmark
utgöres av ett rör med en diameter av knappt en meter.
överförlng I enkellednlng är en intressant Iösning med
en rad potentiella fördelar. Å andra sidan torde systemet aktualisera komplicerade problemställningar' som
kräyer fördjupat studj-um och utveckllngsarbete. I förellggande studie har därför enkelledningsalternativet i
det föIjande endast berörts Ì mycket begränsad omfattnlng.
En annan metod som föreslagits, för överföring av hetvatten Iängre sträckor är med tankbåtar. Vattnet skulIe förvaras i trycktankar vid ca 1600 C. Ekonomiska
beräkningar för effekter mellan 1 000 och 2 000 MV,I och
30
distanser me1lan 20 och 120 km, har dock visat att al-ternativet är klart underlägset stålrörsledningar.
Dessutom rynmer alternativet åtskilliga tekniska och
miljömässiga problem.
KÃRNKRAFTVÄRMEVERK
I
FoRSMARK
VÄRMEEFFEKT 42OO Mw, VARAV UTNYTTJAT 24OO MW
ELEFFEKT
; 2 x860 = 1720 MW
2AG
INTERKOMMUNALA
TEDNINGAR
98oc
lgoc
li
5
cii
530 C
TERMINAL MED
VÄRMEVÄXLARE
g/.o
49" c
goc
c
-,_
LOKALT
VARMEVERK
(12ooC)
LOKALT
HAVET
I
Figur
10
NÄT
UPPSALA
4goc
9¿" C
(1
2ooc
)
LOKALA NÁT
I
HAVET
STOCKHOLM
Principiellt kopplingsschema för värmeöverföring från kärnkraftvärmeverk med enkelledning
31
3
3.1
sToRSKALIG FJ}iRRVÄRMEöVERFöNTNC
TTONELL TEKNÏK
I
STÂLRöR MED KONVEN-
Storstockholms f -iärrvärmef örsörininq
För Storstockholm har Stockholms Kraftgrupp l\B SKG
och Storstockholms Energi AB STOSEB i samarbete ut-
rett möjligheterna att ansluta ett kärnkraftverk til-t
regionens fjärrvärmenät (5). Som förIäggningsplatser
för ett eventuellt kärnkraftvärmeverk har antagits ett
läge på Södertörn 25 30 km från Stockholms centrum
samt Forsmark ca 120 km från stockholm. Nedan redovisas kort vissa allmänna utdrag ur utredningen samt mer
i detalj de delar som rör överföring från Forsmark.
Värmeprognoserna anger att trolig fjärrvärmeeffekt
(maximal årseffekt i nätet) för Storstockholm (Stockholm med grannkommuner) är 3 710 MW år 1 990 och
4 760 MW år 2000. Om värmen tas från Forsmark kan
Uppsala anslutas på vägen och värmeeffekten ökar då
ti1l 4 610 MW år 1990 och 5 840 år 2000.
Följande kärnkraftvärmealternativ har studerats:
Forsmark
Södertörn
ett mottrycksaggregat ovan jord
om 2 400 MW värmeeffekt och ca
560 MW eleffekt
ett mottrycksaggregat
ovan jord ell-er i berg
ett avtappnings-
ett avtappningsaggregat ovan jord eller
i berg
aggregat ovan
jord om 1 000 MW
värmeeffekt och
ca 850 MV'I eI-
effekt
32
två avtappningsaggregat ovan jord om
sammanlagt 2 000 MW
två avtappningsaggregat ovan jord
värmeeffekt och
1
7O0
MVI
eleffekt
För jämföretse har också undersökts fem olika alternativ med enbart otjeeld.ade anläggningar i regionen.
Det gynnsammaste av alternativen med enbart oljeeldning Ínnebär utbyggnad av kraftvärmeanläggningar i
Storstockholmsregionen ti11 en salrùnanlagd värmeproduktion av ca 1 800 MW' vilket motsvarar en samtidig elproduktion av drygt 1 000 MW. Resten av värmebehovet
täckes genom hetvattenpannor.
För de olika alternativen har systemlösningar samt utformni.ng av stationer och ledningar tagits fram med erforderlig detaljering för en kostnadsberäknj-ng och en
totalekonomisk analYs.
I den tidigare nåimnda utredningen har jämförts de totala kostnaderna för al-ternativen och därvid värderat
skitlnaden i elproduktj-on med hänsyn till värdet därav
för det svenska kraftsystemet. Fördelningen mellan
olika kraftslag i systemet lnverkar på jämförelsen och
andelen kärnkraft har därför varierats.
Vid jåimförelsen mellan bästa alternativ med kärnkraftvärme och bästa fossilalternativ studerades två skilda
utbyggnadssituationer för kärnkraft. I den ena situationen förutsattes att kärnkraftvärmeblock fick byggas
utöver de begränsningar som råder för utbyggnaden av
kärnkondensverk. Konkret motsvaraöe detta en situation där Forsmark 3 och eventuellt 4 fâ.r byggas enbart
om de utformas som kärnkrafLvärmeverk men ej som kärnkondensverk. I denna situation visade utredningen att
bästa kärnkraftvärmealternativ (2 avtappningsaggregat)
33
var ekonomiskt gynnsammare än bästa fossileldade alternativ redan vid en måtttig relativ prishöjning på fossi_Ibränsle. Alternativet medförde dessutom en minskning av den totala förbrukningen av fossila bränslen i
Stockholmsregionen och Uppsala motsvarande ca 1 '5 miljoner ton per år och ungefär lika mycket i landet i övrigt vid använd elenergiprognos. Huvuddelen av vinsten
vid kärnkraftvärmealternativet berodde dock på att kärnkraftutbyggnaden fick utökas med, två aggregat varvid
produktion i fossileldade kondens- och mottrycksanläggningar ersattes.
Den andra utbyggnadssituatj-onen som studerades i utrednÍngen förutsatte att antalet kärnkraftblock som fick
tas i drift var begränsat men ej påverkades av om blocken utfördes som kraftvärmeaggregat eller ej. Med utredni.ngens förutsättningar kunde i denna utbyggnadssituation bästa kärnkraftvärmealternativ inte ekonomiskt
konkurrera med bästa fossj-lalternafiv. Detta gäI1de
även vÍd en förhållandevis kraftig relativ prishöjning
på fos.sl.lbräns1e. Orsaken var att bortfallet av elproduktion i kärnkraftvärmeverken på grund av värmeavtappning samt bortfallet av fossi-l-baserad mottryckskraft i
Storstockholm i stor utsträckning förutsattes ersatt
med fossilbaserad kondenskraft. Detta ledde också tiII
att förbrukningen av fossitbränsle i landet blev ungefär lika vid alternativen med och utan kärnkraftvärme
i denna utbyggnadssj-tuation. Även med detta betraktelsesätt erhölls dock en avsevärd minskning av förbrukningen av fossila bränslen i stockholmsregionen, med.
Iokal miljöförbättring som fö1jd.
Jåimförelser mellan olika kärnkraftvärmealternativ i utredningen anger att södertörn är gy-nnsammare än Forsmark om förläggnÍng ovan jord är möjlig. Måste däremot en kärnkraftvärmeanläggnlng på södertörn förläggas
i berg blir värmekostnaden ungefär densamma som för
34
ett system med kärnkraftvärmeanläggningen förlagd ovan
jord i Forsmark.
I anslutning till energikommissionens arbete har värmeöverföring från Forsmark diskuterats översiktligt..
beaktar två olika
utbyggnadssituationer för kärnkraft kan olika resultat
erhåIlas.
Om
man som
i
SKG-STOSEB-utredningen
kraftvärmeutförande är en förutsättning för utbyggnad av fler kärnkraftaggregat, så blir kärnkraftvärmeOm
laternativen lönsamma speciellt vÍd ökande relativt
pris på fossil-bränsIe. Mottrycksutförande av ett aggregat är det minst lönsamma av dessa alternativ, dessutom erfordrar mottrycksutförande omfattande nykonstruktÍonsarbete. Att utföra anläggningarna i avtappningsutförande, är med SKG-STOSEB-utredningens förutsättningar beträffande anläggningskostnader och prestanda det
mest lönsamma alternativet.
däremot utbyggnaden av fler kärnkraftaggregat får
ske oberoende av värmeavtappningen eller om en situation med stort kraftöverskott uppstår är lönsamheten
av kraftvärmeutförande mer svårbedömd. En kl.ar fördel
Om
kärnkraftvärmealternativ þIir dock att en
mindre andel fossllbränsle förbrukas i stockholmsregionen, med lokat miljöförbättring som föIjdmed samtllga
3.2
av f-iärrvärme från Forsmark till- Uppsala
överför
och Stockholm
STOSEB har studerat och översiktligt projekterat en
ledningsförbindelse mellan kärnkraftverket i Forsmark
och AkaIla värmeverk i norra Storstockholm under hös-
ten 1975 (5) r lfr fíg
8.
35
Utredningen syftade primärt till att beräkna j-nvesteringar och kostnader i samband med en kärnvärmeöverföring till Storstockholm och omfattade även ett ledningssystem som skulle sammanbinda regionens fjärrvärmenät. Som underlag för kostnadsberäkningarna genomfördes fältstudier och en översiktlig geoteknisk undersökning samt kapacitetsmässiga och hållfasthetsteknj-ska rörberäkningar.
överförÍngen från Forsmark studerades med och utan avtappning till Uppsalas fjärrvärmenät vid olika J-edningsdragningsalternativ. Vidare studerades förläggning av
rören i såvä1 bergtunnel som betongkulvert. Beträffande kulvertsträckorna förutsattes att dessa utföres som
elementbygge med prefabricerade betongelement. Yttre
dränering utförs längs hela kul-verten och arbetsväg
erfordras för hela kul-vertsträckan. Stålrören förutsattes utförda med förstyvningsringar.
har förutsatts tas upp i expansionsel-ement
(lyror) varje 300 m vid markkulvert - och varje 750 m
vid tunnelför1äggnj-ng.
Expans.lonen
Isolering har förutsatts ske med mineralull s k kulvertmantel med olika tjocklekar på fram- och returledning respektive i tunnel och kulvert.
På kulvertsträckorna har - med utgångspunkt av den
översiktliga geotekniska studien - förekomsten av berg
antagits tiII 10 ? av schaktvolymen, grundförstärkning
glenom pålning förutsatts erforderlig på 2 Z av sträckan
med ett medelpåldjup om 7 m.
Tunnelstandarden har förutsatts bti ungefär den som är
praxis i befintliga fjärrvärmesystem, fig 11.
36
O
cf
@
\'
ø 1500
/.300
Figur
11
Tunnel för rörpar (stål) med 1,5
diameter
m
Dimensionerande tryck och temperatur i det alternativ
som senare visade sig 9e den 1ägsta totalkostnaden var
NT 25 respektive 165/G5o C. liven temperaturerna
125/65 respektive 95/650 c har studerats liksom överförj-ngssystem i tryckklass NT 40.
Kostnader för pumpar, motorer och reglering är beräknade överslagsmässigt och avser Kl4w-pumpar samt kortslutna motorer och hydraulkoppling utom för några
mindre anläggningar.
37
Förutom pumpstationer i Forsmark och Akalla erfordras
tre nätpumpstationer. Det totala pumpeffektbehovet -
inkluslve det som erfordras i integrationsnätet i Storstockholm - har beräknats till 95 M^i-
Erford.erlig rördimensÍon vid 165/650 C och med en maximal värmetransiteringskapacitet om knappt 2 400 MW har
beräknats titl 1 500 mm på sträckan mellan Forsmark och
Uppsala respektive 1 400 mm mellan Uppsala och Stockholm.
Vidare erfordras en avgrening på ca 3 km : dimension
700 mm - tÍll Uppsala samt ett fördelningsnät till de
olika fjärrvärmesystemen i Storstockholm om totalt ca
64 km. Ungefär 60 Z av ledningen mellan Forsmark och
Akalla förutsättes förlagd i kulvert och resterande
40 å i bergtunnel. Större delen av integrationslednÍngarna inom Storstockholm måste förläggas i bergtunn1ar.
lokalnäten förutsättes ske via värmeväxlare Í terminaler i anslutning till de lokala produktionscentra.
Anslutningen titl
Investerings- och kostnadsberäkningarna genomfördes
under hösten 1975 med då gällande prisnivå. För överföringsledningar inklusive pumpstationer erfordras då
ca 1r5 miljarder kronor och för det interkommunala
nätet inklusive pumpstationer och terminaler ca 0 r 5
miljarder kronor. Motsvarande kostnader har beräknats
tilI 213 Mkr/â'r respektive 72 Mkr/â'r, ifr avsnitt 5'
3B
STORSKALIG FJÄRRVÄRMEöVERFöRTNG I. OINKL¡iDDA BERGTUNNLAR
4
4
1
Förutsättninqar
under 1.1 kan trangport av varmvatten i oinklädda bergtunnlar vara ekonomiskt intressant när det
gä1ler att transportera s:tora energimängder en lång
sträcka. Det bör vara ekonomiskt konkurrenskraftigt
Som nämnts
jämfört med ett konventionellt system både när det gä1ler anläggning och drift, och dessutom blir värmeförlusterna mindre, undantagandes den första tiden, då
närmast kringtiggande berg värms upp-
Vid en öppen utformning av överföringssystemet kan varmvattnet vid bergtunneltransport inte ha högre temperatur än 100o C. Om turbinen vid ett kärnkraftvärmeverk
(BWR 3000 Forsmark) ordnas som en mottrycksturbin kan
man vid nämnda temperatur få ut en värmemängd på
2 200 !lI{ vid en samtidig elproduktion av 760 MVl.
I det nedan skisserade projektet ledes denna värmemängd
i tunnlar tilt Uppsala och Stockholm. Ca 300 MW avlänkas i Uppsala vid maximal belastning i Stockholm. Efter smärre förluster i överföringen kommer ca 1 850 MW
titl huvudterminalen i Akalla. Därifrån pumpas vattnet i ett interkommunalt system ti11 olika terminaler
i Stockholmsregionen. Detta system kan utföras antingen med konventionell teknik, d v s med ståIrör i tunnlar, eller även fortsättningsvis i oinklädda bergtunnLar, åtminstone för de mest bel-astade delarna. Båda
alternativen har beräknats r s€ 4.12.
4.2
nrf orderliq tunnelarea för huvudtunnlar
I tunnlarna framföres alltid vattnet under relativt
stort tryck, varför i princfp temperaturen skulle kunna
vara högre än 1O0o c. Av säkerh.ets.skäl har vi dock ej
j- utredningen räknat med denna möjlighet, dels på grund
aV oVisSh.eten om bergbeskaffenheten och grundvattentryck
dels då det är ovisst
om
det går att klara tryckslag
39
och svallningsproblem utan att gå upp tiIl
med tryckl-ös vattenyta.
marknivå
Temperaturförhållanden vid full kapacitet framgår av
kopplingsschema fig 9. Vid ankomsten til1 huvudterminalen i Akall-a, beräknas vattnet ha 98o c temperatur.
Då returvattentemperaturen är ca 680 C, erhåI1es en
temperaturdifferens på 30o C. Motsvarande differens
vid. kraftverk blir ca 31o. För att under dessa förhållanden transportera en energimängd på 2 200 MI^I erfordras ett vattenfl-öde på ca 17 m3,/sek.
Bergtunnlarna kan utföras antingen som konventionef.lt
sprängda tunnlar, som slätsprängda tunnlar eller som
fullortsborrade tunnlar. Då tekniken för fullortsborrning j- våra hårda bergarter gått framåt på senare år,
och dessa tunnlar erbjuder stora fördelar just för det
aktuella faIIet, se pkt 4.3, har vi räknat. med detta
alternativ i första hand. Sprängda tunnlar har dock
hela ti-den beaktats som sidoalternati-v.
Tunnelns tvärsnittsarea bestämms främst av årskostnaden
av anläggningskostnad, pumpningskostnad samt värdet av
eventuell skillnad i värmeförlust hos vattnet. T beräkningarna har förutsatts en avskrivningstid på 25 å.r,
en kalkylränta på 1 0 Z, ett prls på elenergi på
10 örerlrvÍh och på värmeenergi på 4 öre/kWh och i övrigt
med 1976 års prisnivå. Friktionsförlusterna har beräknats enligt Mannings formel. För en vattenföring av
17 m3 /s fås föIjande ungefärlÍga ekonomiska areor:
Konventionellt
21 m2
(friktionskonstant
M
tunnel
17 m2
("
M
4s)
Borrad tunnel
11 m2
("
M
65)
sprängd tunnel
=
30)
S1ätsprängd
40
Tryckfallet i tunneln är för dessa fall mellan 0r60
och 0,65 o/oo. Detta innebär att PumPningskostnaden
blir ungefär densamma í de olika alternativen.
Va]da areor är något under det teoretiska minimivärdet,
då det bedömts i detta fall vara fördelaktigt att spara investeringskostnad även om driftskostnaderna sedan
skulle bli aningen större.
4.3
Tunnelutförande
ovan nåimnts erbjuder i aktuellt fall borrade tunnlar stora tekniska fördelar. Utöver att från hydrauIisk synpunkt en betydtigt mindre tunnelarea är möjtig
kan föIjande fördelar nämnas jämfört med sprängd tun-
Som
ne1:
fcke uppsprucken Ytzon
Mindre behov av förstärkning
Stabilare t ex mot temperaturvariationer
Inga skador på byggnader på markytan
Lätt.are utlastning av bergmassor
Större avstånd mellan Påslag.
Dessa fördel-ar torde rent ekonomiskt uppväga den mer-
kostnad på 1 0 ä 30 ? som gäller för borrade tunnlar
vid här valda storlekar. Tiden för genomförandet torde
vara av sanma storleksordning vid båda metoderna'
I mycket hårda och homogena berg kan man fh problem
med stort skärslitage. Erfarenheter från borrning i
gnejser och många graniter är dock positiva'
Andra exempel på probtem vicl borrad tunnel kan vara
antal utrustningar
svårighet att anskaffa tillräckligt
och träna upp folk för denna nya teknik i tid för ett
eventuellt projekt. För att borra sträckan Forsmark -
41
Fi-gur 12 Borrni-ng av bergtunnel
42
Stockholm på rimlig tid fordras omkring 12 utrustningar
per tunnel eller omkrÍng 24 utrustningar för ett system
med fram- och
returtunnlar'.
En borrad tunnel torde ej behöva några större förstärk-
ni-ngsarbeten, specieflt på grund av det "försiktiga"
utförandet, som föga stört kvarlämnad bergmassa. Vid
svaghetspartier i berget, såsom krosszoner o d, kan
Denna kan då
dock betonginklädnad behöva tillgripas.
t ex utföras som förtillverkade betongelement. Eventuetlt kan sprutbetong i samband med bergbultnÍng användas. Funktionen hos förstärknings- och tätningsåtgärder bör låimpligen verifieras genom fullskaleförsök vid
aktuella temperaturförhålIanden.
Erfarenheten visar att en sprängd tunnel normalt kräver
mer förstärkningsarbete för att vara säkert stabil under drift, inte minst på grund av den höga temperaturen
och temperaturväxlingarna. Vid passerandet av krosszoner och dylikt krävs troligen omfattande betonginklädnad, antingen platsgjuten eller i form av bakfyllda'
förtillverkade bågelement av betong. Vid mindre då1iga
bergpartier, som dock ej kan lämnas utan åtgärd, kan
möjligen sprutbetong användas, eventuellt i samband med
bergbult. I detta fall gäller dock vad som ovan sagts
beträf f ande borrade tunnl-ar.
Kostnader för förstärknìngsarbeten har i utförda kalkyler beräknats tiII 25 % för sprängda tunnlar och
10 3 för borrade tunnlar, räknat på uttagningskostnaden. Storleken av driftstörningar på grund av förstärkningsarbeten torde vara ungefär lika vid båda utförandena.
4.4
A11män
tunnellayout för huvudtunnlar
Vid ett dubbeltunnelsystem används samma vatten hela
tiden för energiöverföringen. En tunnel används för
43
framledning från turbinkondensorn ti11 värmeväxlare
vid terminal i förbruknJ-ngsorten och en tunnel för retur av vattnet. I detta fall bör vattnet vara sötvatten (t ex mälarvatten) som dels är miljövänligare än
saltvatten vid vattenutbyte med det naturliga grundvattnet, dels är förmånligare med hänsyn till avsätt-
ningar i värmeväxl-are och kondensorer.
på förIäggningsdjupet talar vissa faktorer
för ett stort djup och andra för ett mindre. För ett
stort djup talar sannolikheten för bättre berg och
mindre inverkan på den naturliga miljön (grundvatten,
markyttemperatur) samt mindre värmeförluster. För ett
ytligare förläggningsdjup talar att pås1ag, pumpkammare,
svallschakt och dylikt kan ordnas enkl-are samt att
själva tunneldri-vningen förväntas bli något bittigare
och byggnadstiden något kortare. Dessa fördelar är
dock osäkra och kan elimineras av det förväntade sämre
berget vid ett grundare tunnelläge.
Med avseende
För att passera slättområden öster och sydost om Uppsala, där herget ligger djupt., är det antagligen nödvändigt med en tunnelförläggning på minst ca 1 00 m
djup. Mycket talar för ett större förläggningsdjup,
kanske någonstans mellan 150 och 300 m under markytan.
Föreliggande studj-e baseras på ett djup på 200 m.
Tunnelns finjeföring föreslås blÌ helt rak från Forsmark till en punkt strax öster om Uppsala och sedan
därifrån til]
Akalla i Stockhol-ms norra utkant.
Tunneldelen Forsmark - Uppsala dimensioneras för max
värmeöverföringskapacitet 2 200 llw samt delen Uppsala
Stockholm för 1 900 MW medan avtappni-ngsmöjlighet
ordnas i Uppsala för 500 ¡4W. Detta innebär vid borrade
dubbeltunnlar att delen till Uppsala får tunneldiametrar på ca 3 t75 m och delen söder om Uppsala på omkring
44
3r50 m. Avgreningen vid Uppsala består huvudsakligen
av ett vertikalt schakt till en närbelägen värmeväxlare.
4.5
Terminaler och mell-anstationer
En terminal utföres i Forsmark med anslutning tilI turbinkondensorn för uttag av värmer êrr vid Stockholm
(Akalla) för överföring av värme till- ett huvudd.istributionsnät och en mindre liknande vid Uppsala,
f ig '13.
För tunnel-drivningen utföres mellanpåslag på 15 ã 20 lrn
avstånd förutom påslag vid ändarna. påslagen utbygges
för att fungera som svallbassänger och därigenom minska
tryckvariationerna hos tunnelvattnet vid snabba hastighetsändringar. Svallschakten fungerar som expansionskammare vid temperaturändringar hos vattnet. Vid vartannat mellanpåslag anlägges dessutom pumpstationer för
pumpning av det uppvärmda vattnet.
Svallschakten utföres genom att upprynìma transportschakten på översta delen (ca 20 m) till en area på
150 200 m2. Denna del inklädes med betong, som förs
upp ti1l sådan höjd att överströmning ej sker vid
högsta uppsvall. Vattenytan täckes av flytkroppar av
skumplast för att hindra avångning från den varma ytan.
ett inbördes avstånd på 30 - 40 km anläggs pumpstatj-oner. Förutom att vara trans.portschakt under byggnadstiden skall de under drfft fungera som svalrbassänger eller på annat sätt vara tryckvariatÍonsdämpande.
Med
Två olika modetler på sådana anläggningar har skisserats, lågtrycksuppställning och högtrycksuppställning.
För bestämning av pumpstorlek har antagits en tryckförlust i tunnel-n vid största kapacitet på 0165 m per km
samt vid vardera ändpunkten en tryckförlust på 5 m (i
kondensor respektive värmeväxlare), säg totalt 90 m i
45
û
n
r
t
\
TERI'IINAL
PU'''IPSTAIION
I
SVALLSCHAI(I
ü
a
ðsr¡¡¡r¡r¡n
ö"ta*ur-/
/
Ê.
I
/
r..-
\rmo
/
G.
I
I
/
(
(
\
\
¡,rÄnsre
û
¿
\\
\
c
oo^aroL
STOCKHOLM
æ
ó
lo
2okm
Figur 13 överföringstunnel Forsmark-Uppsala-Stockholm
46
vardera ri-ktni-ngen. Pumpstatj-onerna bör sammanbyggas
som en enhet för de båda tunnlarna, som ligger ca 5Q *
från varandra.
Vid tågtry'cksuppstäIlning, fíg 14 användes propellerpumpar, t ex 4 st för var riktning varav en i reserv.
Kapacitet per pump är 6 m3 /s vid en lyfthöjd på 20 m.
Pumparna placeras vid övre änden på transportschaktet'
omkring 200 m2. Gencnt
som där utvidgas från 80 m2 till
hela det vertikala schaktet byggs en mellanvägg av betong upp tÍll i nivå med drivvattenytan på trycksidan.
Prüîparna placeras alltså ca 20 m 1ä9re på tilloppssidan
och lyfter vatten över (evetuellt genom) betongväggen.
A
A
C
B_
t-
-}"
B
ts
A-A
c-c
Figur 14
LågtrycksuppstäIlning av
pumpar
47
Vattenytorna täcks med flytkroppar och schaktet överbyggs. Motorerna placeras över vattenytan och driver
alltså med långa axlar. Vid stora svallningsrörelser
hos vattenytorna får vattnet bräddas över krönet på
meLlanväggen, varvid rörelserna utjåimnas. största avstånd mellan pumpstationerna blir 30 km.
Vid högtrycksuppstäIlning, fig 15, place::as pumparna
på tunnelnivå, d v s ca 200 m under markytan. I detta
fatl väljes centrifugalpumpar, som kan utföras för stor
kapacitet. På grund av risk för vattenläckage mellan
d.e oinklädda tunneldelarna begränsas dock lyfthöjden
t.il1 30 m. Fyra pumpar på 6 m3/s, varav en i reserv
torde ge titlfredställande kapacitet. Pumparna för de
båda tunnlarna (4 + 4 stl placeras i ett bergrum med
titlträde genom det "gamla" transportschaktet, som
ändrats till- permanent hiss-, ventilations- och ledningsschakt. som alternativ ti11 svallschakt upp t,iI1
markytan har skisserats två kammare, en på var sida om
pumphallen, där framlednings- och returtunnlarna förbindes. Dessa kammare är cirka 40 m höga och vidgas i
sin övre del samt förses med en skiljevägg av betong
upp til1 6 - I m under tak. Vid max drift ligger vattenytorna på var sida om betongväggen med ca 30 m höjdskiltnadr îtêrl vid större svallningsrörelser får vattnet
strömma över betongväggen, varvj-d utjämning (dämpning)
åstadkommes. För att kompensera det höga normala trycket hos tunnelvattnet måste bergrummet över vattenytorna hållas under ett övertryck av närmare 20 atö. En
kompressor i pumphallen åstadkommer detta. Avstånd
mellan sådana pumps:tationer blir ca 40 km.
Högtry-cksuppstäIlning med tryckkammare är en avancerad
Iösning, som troligen endast motiveras i det faIl man
önskar transportera hetvatten av högre temperatur.
48
E]
Ê
Ð
î
1_
I
"ry
t.
I
I
l
I
l
I
.i
.*Ø-
_l
"i
PLAN
-Tä
ïxl
:j:::il
-i+tt
li:.il
F
A
R
A_A
I
A
B-B
Figur 1 5
HögtrycksuppstälIning av pumpar
A
__1
49
4.6
Driftförhå11 anden
Temperatur
under 4.2 räknas i första hand med att vattentemperaturen ej överstiger 100o c. Högre temperaturer är otänkbart om pumpstationerna ordnas för 1ågtrycksuppstä1lning enligt 4.5. Med högtrycksuppstäIlning är det som nämnts tänkbart med högre temperatur
på vattnet, men detta har ej tillgodoräknats i projektet på grund av främst osäkerhet beträffande bergkvalj-teten. Med detta alternativ skulle det dock vara tänkbart att man höjer temperaturen över 100o c. lå måste
dock även mellanliggande svallschakt utformas så att de
kan trycksättas.
Som nämnts
Under tunnelns första drifttid kommer berget kring
tunnlarna att ackumulera en hel del värme' vilket lefår en lägre temperatur
der till att vattnef- initiellt
vid framkomsten tilt Stockholm än vid långtidsdrift.
Vid borrade tunnlar kommer vattentemperaturen i framledningstunneln efter en månads drift sjunka 3r0o på
sträckan Forsmark-stockholm, efter ett år 1 r50 och efter 10 år mindre än 1r0o. Temperaturförlusterna i re-
turtunneln är ungefär hälften så stora. Alternativet
med sprängd tunnel- ger något större temperaturförluster.
Angivna exempel på temperaturförluster gä11er vid full-
överföringskapacitet. Vid t ex halv överföringskapacitet med 8,5 m3 /s 1 OOo-vatten blÍr temperatursänkningen
dubbelt så stor.
De ovan beräknade temperaturförlusterna hänför sig
till- värmeledning i berget. Om vattenutbyte skull-e ske
till- grundvatten på sådana ställen, där man ej lyckats
täta vattenförande s1ag, blir temperatursänkningen
större.
50
Hur mycket är s.vårt att säga ¡ îtêrl med tanke på proportionerna mellan ÍnIäckande vatten (några L/sl och vattenföringar i tunneln (upp emot 17 m3 /s) torde den
extra förlusten b1i högst i
samma
storleksordning
som
den ovan nämnda.
Tryck
Vattentrycket i tunnlarna beror dels på förIäggningsdjupet, dels på pumpordnj-ngarna.
Högsta tryck vid normal drift, d v s efter en pumpstatj-on, bör motsvara rådande grundvattentryck i berget.
Detta innebär att trycket före pumpstation ligger
20 à 30 m 1ägre än grundvattentrycketr Ítêrl vid föreslagna stora förläggningsdjup och Iåga vattenläckage
från tunnlarna bör detta inte ha någon betydelse. Principen ger dock mj-nimalt vattenutbyte mellan tunnelvatten och grundvatten.
Vid tryckdifferenser (svallning) i systemet kommer temporärt vattenytan i svallschakt e d att röra sig upp
erler ned. Des.sa hastiga rörelser påverkar inte grundvattnet eller principen i övrigt. Speciella anordnÍngar måste dock eventuellt vj-dtas vid svallschakten för
att förhindra yttre skadegörelse vid uppsvall.
På grund av tunnelns djupläge kommer tunnelvattnet att
normalt alltid stå under högt tryck, omkring 20 atö.
Endast vid terminalernar vid svallschakt och eventuellt
vid pumpstatj-onerna är vattentrycket Iägre.
Värmebalans
Värmeförlusterna i tunnlarna blir relativt stora under
Vid full effekt och borrad tunden första drifttiden.
nel blir energiförlusten i framledningstunneln en månad
efter start ca 160 MW, efter ett år 75 Mlf och efter
51
10 år 40 MV'I. Förlusterna i returtunneln blir knappt
hälften så stora. Vid sprängd tunnel blir förlusterna
omkrj-ng 35 % större
tagits till värmetillskottet från
ca 15 Mltil i var riktning vid 17 m3 /s.
¡¡änsYn har
pumpni-ngen,
De låga temperatur- och värmeförlusterna från tunneln
beror på bergets ringa värmeledningsförmåga. Med tiden
magasineras dock stora värmemängder i omgivande berg,
efter ett år har t ex 1,3 TWh lagrats och efter 5 år
4r3 TWh. Den j- berget lagrade värmen kan i någon mån
återvinnas om kallare vatten transporteras genom tunneln. Detta torde ej ha någon nämnvärd praktisk betydel-se, då man får begränsade uppvärmningseffekter på
eventuellt genomströmmande kallt vatten4.7
Mil j öaspekter
Den yttre mÍljön längs tunnelsträckningen kan påverkas
med avseende på dels grundvattnet, dels uppvärmning av
marken.
föreslås, bör inverkan på grundvattnet vara mycket liten- Oftast är
berget i det stora hel-a tätt och in- och utströmning av
vatten sker endast lokalt vid t ex sprick- och krosszorler, Om dessa tätas med t ex injektering och betongbågar bör sedan utbytet mellan tunnelvattnet och naturligt grundvatten vara minimalt.
Med
det stora förläggningsdjup,
som
För att ytterligare förhindra uppblandnÍng med grundvattnet eIler avsänkning av grundvattenytan skall vattentrycket i tunnlarna håll-as Í sådan storleksordning
som motsvarar grundvattenytans läge. Med föreslagna
djupa tunnelförläggning inverkar olika nivåer på grundvattenytan eller tryckförändringar i tunnelvattnet relativt sett lite på funktionen i förhållande till grundvattnet.
52
För att det tunnefvatten som trots allt möjligen 1äcker ut i berget inte skall förändra grundvattenkaraktären på ogynnsamt sätt, bör vattnet i tunnlarna utgö-ras av insjövatten. Kommunikation med }Iälaren eller
annan lämplig sjö ordnas för påfyllning av vatten.
blir liten är också värmeförlusten av denna orsak liten. Den uppvärmning av
grundvattnet, som sker på detta sätt eller genom att
qrundvatten strömmar genom uppvärmt bergparti, kan beDå vattenväxlingen med grunden
dömas
vara betydelselös.
Berget närmast tunnlarna blir efter en tid varmt- Om
tunnelvattnet är ca 1 00o C blir t ex berget 1 0 m från
tunneln efter många års drift ca 50o C och 30 m från
tunneln ca 25o c. Detta är visserligen betydligt mera
än den naturliga temperaturen omkring 120 C som berget
har på 200 m djup. Men med beaktande av djupet är det
dock ett mycket lokalt bergparti som blir uppvärmt' som
inte kan ha någon betydelse i stort.
viss värmemängd matas hela tiden ut i berget och en
det kommer upp titl markytan, där uppvärmningen möjligen skulle kunna ha en ekologisk effekt. Vid ett tunneIIäge på 200 m djup btir uppvärmningen strax under
markytan på grund av läckvärme efter mycket Iång tid i
storleksordningen 1o C. Den viktigaste inverkan härav
på förhåI1-andena vid markytan torde vara att tjäIdjupet
En
minskar något.
Däremot kan en tunnelförläggning på endast
t ex 50 m
djup ha betydligt större inverkan strax under markytan,
då temperaturökningen efter 20 års drift blir 3 - 40 C.
Lokalt kring svallschakten och speciellt vid pumpstationerna vid lågtrycksuppställning kan förhållandena
bti ogynnsammare. För att förhindra ångavgivning
53
(dimbildning) måste vattenytorna täckas med värmeisoIerande och täta element, t ex flytbtock av skumplast.
Att markytan kring sådana schakt uppvärms lokalt kan
knappast undvikas, men torde inte ha någon större betydelse.
4.8
Synpunkter p å vattenkvalitet
vid transport av sötvatten Iängre sträckor i bergtunnlar tillföres vattnet föroreningar dels genom viss urlakning av sjäIva berget och dels genom mer eller
mindre tillskott från grundvatten. Föroreningarna utgöres av pannstensbildande salter samt kolsyra och i
vattnet Iöst syrgas. Vid uppvärmning och avkylning av
ett dylikt förorenat vatten fäl1s svårlösIiga salter ut
och bildar beläggningar (exempelvi-s pannsten) främst på
värmeförande ytor. Vidare rubbas kolsyrebalansen och
risk finns att kalciumkarbonat utfälles och avsätts i
systemet
i vattnet lösta syrgasen medverkar till risken för
korrosion i värmeväxlare och på konstruktionsmaterial.
Korrosionsrisken kan mQtverkas genom val av 1ämpligt
material, t ex titan eller genom kemisk borttagning av
syret.
Den
Konstrukti.oner: som står i kontakt med ett förorenat
transportvatten riskerar således att utsättas för korrosion om vattnet innehåller |öst syre och vidare kommer speciellt värmeförande ytor att gradvfs beläggas
med isolerande skikt av pannsten. För att motverka
pannstensbfldningen kan vattnet renas eller doseras
me<l inhibitorer som binder de pannstensbildande ämnena
Eftersom systemet ¿ir slutet kan en reninE ske i delström, säg 1 - 5 % av det totala flödet.
En dylik reningsanläggning används lämpligen även för
för
spädmatning och kan förslagsvis innehåIla filter
54
avhärdning eller avsaltning samt eventuell utrustning
för avgasning av det cirkul-erande fjärrvärmevattnet.
För att underlätta valet av reningsutrustning bör viss
forskning insättas, exempelvis för att utröna vilka
slags salter och i hur stor mängd dessa kommer att tillföras vattnet i det aktuella tunnelsystemet.
4.9
Inspektion i framtiden
I driftsskedet kan det möjligen vara nödvändigt att inspektera tunneln och eventuellt utföra vissa arbeten
i den. Detta skul-Ie framför allt vara fallet om något
större bergras skulle inträffa. Även om sannolikheten
härför är mycket liten, speciell-t vid borrad tunnel,
bör man inte helt bortse därifrån. Tidpunkten för reparationsåtgärder torde kunna förläggas till perioder
med 1åg förbrukning. Små ras bör normalt inte behöva
medföra någon åtgara.
att stänga av en tunnelsektion (15 ã 20 km) mellan pumpstatÍon och svallschakt och Iänspumpa denna,
kan tunnel göras tillgänglig för mindre arbetsredskap,
efter det att tunnel-deten kylts ned genom att frj-skluft blåses genom den tömda tunneln. Efter ganska
kort tid bör man, under fortsatt ventilation, kunna 9å
in i tunneln.
Genom
Ett al-ternatÍv för att kunna utföra inspektion och
enkl-are arbeten i tunnlarna utan att törmna på vatten
är att delvis kyta ned tunneln med t ex 5Oo vatten och
sedan arbeta antingen med roboLar, utrustade med TVkameror och arbetsredskap, eller med kylda bemannade
undervattens f arkos ter
.
En kortare tids avställning av tunnefn medför ej att
den i berget magasinerade värmen hinner försvinna i
större utsträckning, varför man efter driftstart
har den normala värmebalansen kring tunneln.
snart
55
4.1
0
Byqqnadstid
För att ekonomiskt utföra projektet Forsmark-Stockholm
bör en byggnadstid på 4,5 à 5 år stå till förfogande,
räknaL från kontraktskrivnj-ng med en entreprenör. Tiden disponeras grovt enligt nedan:
Byggentreprenörens etablering
z
man
Arbeten med sänken och terminaler
I
mån
Montering av borraggregat
z
man
36
mån
Tunnelborrni-ng
Utsprängnj-ng av mötesPlatser
^¿ man
Stopp för förstärkningsarbeten
3
mån
Avslutningsarbeten
I
man
Reserv
J
man
SUMMA: 57 mån
Sprängda tunnlar kan utföras på ungefär samma totala
tid.
tillgänglig byggnadstid är kortare än ovan, måste
projektet utföras med flera mellanpåslag, vÍlket då
blir mindre ekonomiskt. Även ett mindre djupt tunnel1äge kan tänkas minska tiden. En byggtid kortare än
50 månader är dock knappast realistLsk.
Om
TiIl ovan nämnda byggnadstid måste läggas tid för projektering, förundersökningar, beslutsfattande' d'omstolsbehandlÍng m m. AIlt detta torde ta ytterligare
2 A J^O ar.
4.11
Interkommunalt nät
Från huvudterminalen I Akalla skall det varma vattnet
transporteras t.111 underterminaler f olika delar av
Storstockholm, se flg 16. Detta kan ske enligt någon
av nedanstående två huvudprincÍper.
56
ä"
\î
R.in I esneruNNrL
:::
YoAk ALLA
----ncjn
\
\
ALT, BoRRADF
ruxNrAR
nde I BERG-ruNNFL
I
I<uLvERT
V
\"
\
SUNDBYBERLi
ù
o
G1
NAcKA
Õ
ô
AMMARBY
\
Ff
TTJ
LËN
---+_
TYRESO
-.1--
-Ð
.,5/
_{
,/''l
tþ
r
-7
o
Figur 16
5km
Interkornmunalt nät
tt
4
*^rorn
f
57
A
B
Konventionellt system
Systemet utföres såsom beskrivits i kapitel 3, d v s
med isolerade stålrör i tunnel eller kulvert. Det
skiljer sig från motsvarande i den helt konventionella
Iösningen genom att en stor värmeväxlare måste ordnas
j- Akalla och att ledningar, pumpar etc nu måste dj-mensioneras för en ungefär 3 9gr så stor vattenmängdOinklädda bergtunnlar
På de del-arr soto har högre krav på kapacitet, kan
man
byta ut stålrörssystemet mot (borrade) bergtunnlar, såsom för huvudledningen. Detta skull-e då gälJ-a delarna
fram ti11 Högdalen och Värtan, vilket markerats på
fig 16, där också aktuella diametrar visas för borrade
tunnlar. Vid denna lösning behövs ingen stor värmeväxlare vid Akalla, men i stältet- motsvarande vid underterminalerna. Pumpstationer måste ordnas för samma
vattenmängd som enligt A. ovan men för betydligt mindre
tryckförIuster.
4.12
Kostnader
I nedanstående schematj-ska kostnadsberäkning har för
huvudtunneln räknats med två borrade tunnlar från Forsmark via Uppsala ti1l Stockholm (Akalta). Al1 utrustning i pumpstationer m m är inräknad- Hänsyn har tagits tilt normala förstärkningsarbeten i berget samt
provlsori.er som behövs för att driva arbetet. För det
interkommunala systemet har båda alternativen i 4.11
räknats.
En post för oförutsedda (ospecificerade) kostnader har
lagts ti1l. Storleken är erfarenhetsmässigt vald för
ett projekt av detta slag på detta stadium.
58
Prisnivån är medio 1976.
Huvudtunnlar
Bergtunnlar
860 Mkr
Pumpstationer m m
140 Mkr
Terminaler
30 Mkr
Administration' alImänt
60 Mkr
Räntor under byggtid
200 Mkr
oförutsett
110 Mkr
SUMI4A:
1 400 Mkr
Interkommunalt nät
Alternativ
A
Tunnlar m rör
540 Mkr
Pumpstatfoner
140 Mkr
Terminaler
190 Mkr
50 Mkr
Administration
Räntor
130
Oförutsett
90 Mkr
SUMMA:
Alternatlv
ukr
1 140 Mkr
B
Bergtunnlar
160 Mkr
Tunnlar m rör
200 Mkr
Pumpstationer
120 Mkr
TermLnaler
150 Mkr
Administration
50 Mkr
Räntor
90 Mkr
Oförutsett
80 Mkr
SUMMA: 850 Mkr
59
4.13
Sammanfattning
Et,t överföringssystem för vattenburen värme i oinklädda bergtunnlar som har beskrivits har följande basfakta.
Av 2 200
värme som levereras med en högsta temperatur av 99o C från Forsmark kommer vid fortvarighet
1 850 Müf fram till Stockholm sedan 300 MlrI levererats
vid Uppsala och 50 MI/Í avgått i förluster. Temperaturen
på vattnet är då ca 98o c. Medetst värmeväxlare avges
energin till de lokala fjärrvärmenäten. Temperaturen
på returvattnet t,ill Forsmark blir ca 680 C.
MW
Samtidigt levererar kraftverket 760 M!{ elkraft. Erforderlig energi för överföringssystemets drift är ca
30 35 MhI vid fuII kapacitet.
Anläggningskostnad för huvudtunnlarna har beräknats
till 1 400 Mkr och för det interkonununala nätet ca
850 Mkr (utom detaljdistribution).
60
5
JÄMFöRELSE MELLAN VÄN¡ISöVNRFöRING
T
STÄ.INöR OCH BERG-
TUNNLAR
Metoden att överföra hetvatten i bergtunnlar bör i
första hand utvärderas genom en teknisk-ekonomisk jämförelse med motsvarande värmeöverföring i stålrörAndra alternativ med överföring i markförlagda plast-
eller betongrör har redovisats och diskuteras kort i
avsnitt 5.2.
5.1
överföring í ståIrör kontra bergtunnlar
Prognoserade värmebehov i Storstockholm och Uppsala
år 1990 och 2005 har valts som grund för jämföretsen.
I Storstockholm varierar behovet mellan 3 700 och
4 750 MVil och i Uppsala mellan 900 och 1 000 ¡'fl^I. Jämförelsen i tabellen nedan baserar sig på 5 000 MW, vilket motsvarar det sammanlagda värmebehovet omkring år
1995. Tekniska data har ställts sarllman i Tabell I och
kostnaderna i Tabell TI. Av den ekonomiska uppstäl1ningen framgår att anläggningskostnaden för bergtunnelalternativet är lika hög som för stålrörsalternativet
e1ler något högre beroende på om det interkommunala nätet utförs med bergtunnlar eller stålrör. Skillnaden
i pumpeffekt återspeglas i att årskostnaden för bergtunnelalternativen är lägre än för stålrörsalternativet.
1ä9re i tunnelalternativen.
Denna värmeeffekt har dock relativt kort utnyttjningstid (ca 2 500 timmar) och medför en ökad körning med
de oljeeldade kraftvärmeverken i systemet. överslagsmässigt antas att denna skÌIlnad i värmeeffel<'t inte
ger något större ekonomiskt utslag.
Värmeeffekten är 200
MVü
Eleffekten från kärnkraftvärmeverket är i tunnelalternatÍven 2OO MVr/ större. Om utnyttjningstÍden för denna
effel<t kan sättas till 5 000 timmar per år och elprj-set
i medeltal till 1 00 kr/Mwh erhålles ett värde för den
extra elenergin av 100 Mkr/å't.
62
TAB.ELL
TI
Ekonomi.ska
data, kostnadsnivå medio
1976
AN Iäqqninqskostnad
(Miljarder kr)
Huvud-
ledning
stå1rör
(1650 c)
Bergtunnel
Stålrör
(1 00o C)
Interkom.
ledningar
Totalt
1
,65
0
,6o
2,25
1
,40
0r85
1,15
2,25
2,55
Huvud-
Interkom.
Iedningar
Totalt
(1 0Oo C)
.A,rskostnad
(Miljoner kr)
ledning
StåIrör (1650 c)
Bergtunnel (1OOo
Stålrör (1 00o
c)..
c)
230
BO
310
180
10s
285
160
340
'\$
61
TABELL T
Tekniska data
Stå1rör
Bergtunnel
5 000 MW
5 000
2 400 M!ìi
2 200 MI^f
Huvuddata
Värmebehov 1995
Värmeeffekt för mot-
tryckskraft
eleffekt
ti11 elnät
Eleffekt vid återkylardrift
Samhörande
YsltcrleBpeEqlsEgr:
Från mottryckskraf tverk
Ti11
'!,
MI/'I
7
670
MW
820
99
68
Ti11 huvudterminalen
Från
98
rr
Interkommunalt nät:
Framtemperatur
Returtemperatur
68
165oc
oi
65
9!êlrslr
-;;õ-;-
120
o
c
/
r/t'
650 c
Lokala nät:
Framtemperatur
60 MV\r
560
1o5o c
650 c
MVü
MIiü
o
C
o
C
o
C
o
c
I
,l'
e80 c
680 c
t
o
C före
temperatur90
spetsn j-ng
12oo c efter
Returtemperatur
EssPe!ÍeEler:
Pumpeffekt i överföringsledning
Pumpeffekt i interkommunalt nät
600 c
temperaturspetsning
600 c
75 MW
20
Müü
30 Ml/{
60
MVt
1O
MlV
63
Kostnaderna för kärnkraftvärmeverket uppskattas ur underlag från stal-Lavat bli ca 1 00 Mkr lägre vid stål-
rörsalternativet
.
Tunnelalternativet ger större ledningsareor i kraftverket, större turbinkondensorer och större generator
medan för stålrörsalternativet en extra högtemperaturkondensor tillkonrner.
Beräkningen av skill-naden i producerad elenergi mellan
alternativen är mycket schematisk. Vid noggrannare
ka1ky1 måste hänsyn tas tiII de varierande driftförhållandena för värmeproduktionen över året samt till möj-
ligheterna att fylla ut elproduktionen genom kylning
av vattnet i en återkylare för havsvatten (fig 17) .
Den här överslagsmässigt framtagna skillnaden bör dock
stämma inom något tiotal procent.
En annan svaghet med jämförelsen är att alternativen
valts för att förenkla jämförelsen och är alltså inte
optimerade. För stålrörsfall-et har i SKG - STOSEB-uIredningen även undersökts alternativ med två avtappningsaggregat i Forsmark i stället för det här antagna
mottrycksaggregatet. Under vissa förutsättningar kan
det ena alternativet vara något fördelaktigare medan
det omvända gäl1er vid andra förutsättningar. Skillnaderna är dock relativt små och bör ej påverka jämförelsen mellan system med ståIrör eller tunnlar.
Av de tyå undersökta tunnelalternativen är det med
tunnlar även i det interkommunala nätet ekonomiskt fördelaktigast och väljes därför vid jämförelsen med stå1rörsalternativet. Anläggningskostnaden för värmeöverföringssystemet är lika men för kärnkraftvärmeverket
ca 100 Mkr högre för tunnelalternativet. Detta kan
dock tillgodoräknas ca 100 1'1kr/âr för ökad elproduktion
och ca 25 Mkr/är som Iägre årskostnader för bl a minskad pumpeffekt.
64
ENT
,FÑT
P
R
EÉEI
li Jlt.
k+
>Riol UKT] )N
Þ ÀF'
Figur
17
.v.(p
Ðv
Värme- och eleffekt över året vid kärnkraftvärmeverk med mottrycksturbin och återkylare
65
Sammanfattningsvis kan konstateras att tunnelalternativet synes ha en potentiell förde1 över stålrörsalternativet på drygt. 100 mÌljoner kronor per år.
5.2
JämföreIse med enledninqsöverföring
Margen (4) har gjort en kostnadsjämförelse mellan ett
liknande det i avsnitt 3 beskrivna
stålrörsalternativ
och ett enl-edningsalternativ där markförlagda plasteller betongrör användes, )fr fig 10r avsnitt 2.
EnlÍgt beräkningen skulle den poLentiella vinsten med
enledningsalternativet vara av storleksordningen 1 miljard kronor kapitaliserat eIler ungefär 1 00 miljoner
kronor per år. Al-ltså ungefär sanma fördel som tvåtunnefalternativet bedöms ha i jämförelse med stå1rörsalternativet.
Kostnaden för ledningen i plast eller betong Forsmark Akall-a anges tilt 720 Mkr i prisläge februari 1976 eller omrä.knat till medio 1976 ca 750 Mkr.
Projektet avser värmeleverans från två aggregat i Forsmark. Vattenflödet är 12 m3/s, varför en borrad tunnel
Om kostnaden för en enom ca 7 ,5 m2 skulle erfordras.
kel tunnel om 7,5 m2 är 50 % av dubbla tunnlar om 11 mt
blir kostnaden 700 Mkr i prisläge medio 1976, alltså
något billigare än plast- och betongrör.
En ungefär lika stor kostnadsminskning kan uppskattningsvis uppstå om i stället för plast- eller betongrör bergtunnlar även användes i det regionala systemet
och tilt utsläppspunkten vid havet.
Sammanfattningsvis kan man konstatera att ett system
bestående av dubbla bergtunnlar bedöms vara ekonomiskt
likvärdigt med enledarsystem i plast- eller betongrör.
Lägsta anläggningskostnaden ger sannolikt ett enledarsystem med bergtunnlar.
66
6
FORTSATT FORSKNING INOM OMRA,DET !'TRA,NSPORT AV VATTENBUREN VÄRME
6.1
I
BERG''
A1Imänna f örutsättningar
utnyttjande av bergtunnlar som "transportrör" för olika former av fjärrvärme förutsätter normalt
förhållandevis s.tora mängder vattenburen värme och Iånga transportsträckor. Sådan värmeproduktion kan ske
främst vid kärnkraftverk och stora olje- eller kolkraftverk. En fortsatt utveckling av "bergtunneltekniken"
svenska behov beror sålunda i hög grad
med hänsyn till
på huruvj-da den framtida energiproduktionen kan komma
att ske i kärnkraftverk och,/eller stora kol- och oljekraftverk belägna på Iämpligt avstånd från stora tätorter.
Ekonomj-skt
t.i1l rådande oklara läge (hösten 1977 ) beträffande inriktning och former för framtida energiproduktion i Sverige förefaller det naturligt att intaga
en avvaktande inställning i det fortsatta forskningsarbetet. Â andra sidan kräver förverkligandet av
"bergtunneltekniken" en förhållandevis tidskrävande
utvecklingsinsats, ca 2 - 3 år. För att ha rimlig handIingsfrihet och beredskap inför framtiden har det bedömts motiverat och Iämpligt att projektet snarast vidarehearbetas såväl när det gälIer studium av begränsade detaljfràEor i. laboratorium som förberedelser för
fullskaleförsök i en bergtunnel.
Med hänsyn
Väsentliga delar av planerad fortsatt forskning är av
förhållandevis generell natur och avses ge information
om berg och bergutrymmens beteende vid hetvattenexposition. Sålunda kan resultaten vä1 appliceras på andra
närbesläktade projekt t ex olika former av värmelagring i berg , )fr ref. (1 , 2) .
67
6.2
6
.2.1
Förslag ti11 fortsatt f orskninq
A1Imänt
Bergtekniken kännetecknas av att man normalt har ringa
förmåga att kvantifiera olika frågor. Oftast får man
för1it-a sÍg på kvalitativa och i enstaka fall halvkvantj-tativa resonemang.
därför normalt
ske genom prov i fält, endera i fullskala eIler i verklighetstrogna stora fältförsök. Endast på detta sätt
kan man idag på rimlig tid skaffa sig en samlad kunsEn bergteknisk metodutveckling måste
kapsbild.
Ett större fältförsök i fulI skala är därför en naturlig väg för att få fram ett generellt konstruktionsunderlag f ör värmeöverföri-ngssystem i berg.
Då kraven på
driftsäkerhet hos sådana system är höga,
krävs förhållandevis grundlJ-ga och omfattande fältförsök. Det tämligen kostsamma försöksarbetet torde dock
vara väl motiverat sett i relation titl de investeringar som diskuteras och konsekvenserna av driftstörningar.
6.2.2
!!et !r e!epe t! _ I _þe r g ! gllc
Ett fullskal-eförsök utföres i en särskilt gjord tunnel,
helst í anslutning ti11 ett befintligt fjärrvärmenät,
lämpligen genom att tidigarelägga en planerad fjärrvärmetunnel. I fig 17 har skisserats en tänkbar utformning
av försöksanläggningen. TiIlgång ti11 tunnelnedfart och
hetvatten är nödvändiga förutsättningar för försöket.
E
gl I qEc I e E Þ r g qL
-Eed -þe !ye
_r
Försökstunnel med en längd på minst ca 300 500 m bör
vara belägen i "svenskt normalberg" (gnejser, urgranit)
och omfatta en sprängd del och helst en borrad deI. Ur
försökssynpunkt torde t ex Atlas Copcos miniful-l-facer
vara möj1ig. Utrustningen är snabbmonterad, Iätt och
6B
smidig och ger en 3 m2 stor tunnel. Hetst bör dock
utnyttjas ett större, 10 = 12 fots fullborraggregat
för att ge helt verklighetstrogna förhåIlanden.
I fig 1 I redovj-sas några av de viktigaste mätstorheterna. Dessa kan registreras såväl i bergborrhåI från
markytanr solrr i tunneln. Det krävs ett komplj-cerat
mätprogram, som bör pågå under några års tid. Erfarenheterna från pilotprojektet vid Ugglevikskäl-Ian (jämför avsnitt 1.2) indikerar att vi i huvudsak behärskar
mätproblemen.
Kostnaderna för försöken är avsevärda. Byggande av
mj-ndre tunnel och erforderliga installationer torde
ligga i en storleksordning mellan 2 à 3 miljoner kronor. Härtill kommer kostnaderna för utrustning, mätning j-nklusj-ve personallöner under ca 3 års tid på i
stort sett motsvarande kostnad. En större och längre
försökstunnel, som ger mer information, bör dock övervägas med hänsyn til1 diskuterade mycket stora investeringar och krav på ett titlförlitligt
bedömningsunderrag.
6-2.3
9g¡gerlers-þelye!!e!lQglrs het samt värmeväxlartekni-k
Anslut,ning tiIl befl.ntliga fjärrvärmenät förutsätter
effektiv värmeväxling vid små temperaturdifferenser
och stora vattenvolymer. Hetvattentransporten innebär att små mängder bergartsmineral löses ur tunnel-väggarna och förväntas ge vissa problem genom ut.fällningar o d i värmeväxlarsystemen. Idag saknar vi kunskaper beträffande dels mängder av utlöst material i
form av t ex kalcium- och natriumförening, dels hur
och i vilken form fasta utfälInÍngar kan komma att
ske, jfr avsnitt 4.8.
För närvarande studeras vÍd CTH/geologi inom ramen för
BeFos värmelagringsprojekt inverkan av hetvatten på en
69
J
zz
f
È
(')
(9
tll
z.
(]
(D
t-J
o,
(9
::f
Lrl
o-
t'--
:
æ.
È.
zz
I
[-
I
L!
's
0l
:)
)¿
&
(-)
f
J
zo
t-
BORRAT
m
HAL
Lll
SPRUTBETONG
CA ¿OM
CAlOM
SLÄTSPRANGD TUNNEL
200
-
500
M
BORRAD TUNNEL
AKTUELLA ¡,I.ITNINCAR OCH UNOBNSöXNTNGAR
o undersökning av värmeväxlarfunktion
o temperaturförlust (vattenmängd och temperatur)
o temperaturspridning (borrhå1smätníng)
o besiktning av bergyta (okulärt, borrhålskikare)
o'uppluckringsmätning (multiplextensometermätning)
o klyftvattentryck
o kemisk analys på vatten och provkroppar i tunnel
o betongspänning i sprutbetong (9Iötzlceller)
Figur 1 I
Mindre ful-lskaleförsök för provning av
vattenburen värmetransport i bergtunnlar
70
rad svenska bergart'er under varierande förutsättningar,
vilket ger vissa baskunskaper. En naturlig fortsättning omfattar storskaliga laboratorieprov där värmeväxlingsproblematiken i.ngår. Proven har preliminärt planerats ske vid Statens Vattenfallsverk i befintlig utrustning, som medger långtidsprovning av bergarter vid
980 c och värmevåixling.
Denna forskning är också en nödvändig grund för att bedöma problem i och val av reningsutrustningar o d.
Andra områden som bör studeras rör tämpligheten av att
påverka vattenkvaliteten genom tillsats av inhibitorer
eller genom användning av jonbytare.
6.3
Studium av l-iknande forskninqsproiekt
6.3.1
Ðcsrgl
s
!r e !i9! s c! I äg gl il
buren värme
g
- I -þe
rs -!8r-lsgEirs av vatten-
Inom BeFos projekt "Lagring av värme i berg" (ref.
och 2) pågår förberedelsearbeten för demonstratj-on av
tekniken i en stor fältanläggnìng. En rad frågeställ1
ningar är till karaktären likartade med föreliggande
bergtunnelprojekt varför projektprogrammen bör b1i samordnade i största möjliga utsträckning.
Sådana frågor rör exempelvis värmeväxIare och stabilitet, som avses i nämnt försök bli grundligt studerade.
I vj-lken omfattning resultaten av dessa försök kan komma att komplettera e1ler på annat sätt förenkla ett
eventuellt fullskaleförsök i bergtunnlar är idag svårbedömt. Ett fullskaleförsök ì. bergtunnlar bedöms dock
helt nödvändÌgt som underlag för beslut beträffande
framtida satsningar på bergtunnelsystem för fjärrvärmetransport.
71
6.3.2
!f lPe-gEgyg- f 9[-5E g -P- g]
ï samband med undersökningar för lagring av radioaktivt
avfall i berg t Strlpa gruva har värmeproblemen givits
en serf.ös beh.andling. Såväl f rån svensk som amerikansk
sl.da utför man experfment i syfte att utröna värmespridnlngs- och. stabilítetsproblem vid värmeavgivning från
radioaktivt avf allsmaterial .
undersökninsaE_ i
_g
-F.D--:---;---.
Mycket i detta material är av direkt intresse för värme-
transporter Í bergtunnlar.
72
7.
SAMMANFATTANDE SLUTSATSER
Utförd översiktlig teknisk:ekonomisk värdering beträffande möjligheten för överföring av vattenburen värme
direkt i oinklädda bergtunnlar kan för det studerade
fal]et = överföring av ca 2 000 MW värme i dubbeltunnelvid ggi68o C temperatur och 17 m3 /s vattenflöde sammanfattas I följande huvudpunkter.
Ur teknisk-teoretisk synpunkt torde det vara helt
realistiskt att transportera hetvatten direkt i
oinklädda bergtunnlar. Bergtunnelöverföring kan
utföras enklare jämfört med traditionell stå1rörsteknik i tunnelavsnitten, genom slopade rörinstallationer. Å andra sidan kräver bergtunnelöverföring dubbla tunnlar och mer omfattande terminalinstallationer. Detta innebär att bergtunnelalternativet för närvarande endast bör tillämpas där man avser att överföra stora värmemängder
i vatten förhållandevj-s 1ånga sträckor. Bergtunnlar kan med fördel även användas i enledarsystem
med havsvatten som värmebärare.
2
Värmetekniskt bör överföring i bergtunnlar erbjuda jämförbara e1ler bättre förtrållanden än motsvarande överföring i isolerade stålrör. Efter
ett initiellt
uppvärmningsskede torde temperaturfall och värmeförluster vara mycket måttliga.
För ett system enligt ovan förväntas totala temperaturfallet mellan Forsmark och Stockholm vara ca
10 C och motsvarande värmeför1ust ca 2 - 3 Z.
Risk för utfällningar och korrosion i värmeväxlarsystemen där små temperaturdifferenser än nödvändlga moti.verar forsknings- och utvecklingsarbete
inom detta område.
73
3
Från bergteknisk synpunkt torde de värmespänningar som uppstår i berget kring tunneln ej ge upphov tiII nämnvärda stabilitetsproblem vid noggrant utförd tunnel. Â andra sidan är tekniken
oprövad och bedömningen innehålIer de osäkerheter,
som är normalt för konstruktioner i berg. En ti1llämpning i stor skala kräver därför omfattande utprovning i stora fältförsök.
kan icke helt bortse från smärre ras i bergtunnlar, men tidpunkten för eventuella reparationsåtgärder borde kunna vä1jas lämpligt med hänsyn
till yärmebehovet under året.
Man
4
5
6
Bergtunnlar erbjuder en flexibel konstruktion med
avsevärda möjligheter att möta inre övertryck och
ändrade kapacitetskrav. För närvarande bedöms
dubbeltunnlar med sötvatten som mest aktuella,
men även vid en eventuell framtida överföring med
uppvärmt havsvatten borde ett bergtunnelalternativ
vara gynnsamt.
Inverkan på miljön är obetydlig. Påverkan från
utläckande värme kan försummas. Grundvattenytan
förblir opåverkad då tunnlarna går fyllda med
vatten i tryckbalans med grundvattnet.
Investerings= och driftskostnaderna för system med
bergtunnelöverföring blir genom dubbeltunnelarrangemanget och större terminaler av sanma storleksI det
ordning som för ett stålrörsalternativ.
studerade Forsmark-stockholmsfallet har anläggningskostnaden beräknats till drygt 2 miljarder
och årskostnaden till ca 300 miljoner kronor. Genom Iägre temperatur i vattnet i bergtunnelalternativet erhålles möjlighet för en större elproduktion, yilket i det studerade fallet 9er bergtun-
74
nelalternativet en potentiell fördel värderad
till ca 100 miljoner kronor Per år.
Slutord
Ovanstående slutsatser är baserade på förenklade antaganden och befintligt material i utredningar och forsk-
ningsrapporter. Ett fördjupat studium torde antagligen
innebära ändringar beträffande förekommand.e siffervärden och möjlÍghet tilI mer optimala Iösningar. Däremot
torde sannolikt tendenserna hålla i sig.
En allmän slutsats är att en fjärrvärmeöverföring av
diskuterad utformning där värme från ett kärnkraftverk
utnyttjas med uppoffring av viss elproduktion erbjuder
en rad intressanta möjligheter att hushåtla med energien och nedbringa vårt behov av olja för uppvärmning.
En lämplig sträckning av tunnlarna ger möjlighet att
enkelt ansluta - direkt eller indirekt - samhälIen mellan Stockholm och Forsmark t.iIl fjärrvärmenätet, liksom
man kan tänka sig användnLngsområden för 1ågtemperaturvattnet i returledningen t ex växthusuppvärmning, id-
rottsanläggningar etc.
,
75
8
REFERENSER
S Bjurström m fI, Hetvattenlagring i bergrum.
Bergtekniska konsekvenser av lagrj-ng av varmt vatten i oinklädda bergutrymmen. ReFo-rapport,
Stockholm 1974
2.
Lagring och transport av värme
i berg. Fältförsök. BeFo-rapport 11 214/77 ,
S Bjurström m fl,
Stockholm
3.
1977
R Lindskog & Arne Göransson,
KÄRNVÄRMEDTSTRIBU-
TION. Varmvattentransport i oinkl-ädda bergtunnlar. Förförsök. VBB-rapport, mars 1976, Stockholm
4
P Margen, "Värmetransport från Forsmark till
stockholm med envägsledning", AB Atomenergi
Stor-
TPM-VS-175/1
5.
6
7
STOSEB,
Utredningar
KBS-rapportr "Förglasat avfall från upparbetning"
(del II geologí och del III anläggningar).
Stockholm 1977
O T Blindheim, Fjellforhold
- Fullprofilboring
BeFo-rapport 17 z2/77 , Stockholm 1977