Lagring av jordvarme kan løse utfordringen med lagring av fornybar energi

Storskalalagring av energi nødvendig

Det er et økende behov for batterisystemer som kan lagre mye kraft i flere timer eller dager. Dette skyldes at sol- og vindkraft er intermittent, og varierer gjennom dagen og fra dag til dag.

I kalde klimaer blir situasjonen enda verre, da energiforbruket ofte øker når temperaturene er spesielt lave for å varme opp bygninger. Så når himmelen er overskyet eller solpaneler er dekket av snø, er energietterspørselen på sitt høyeste.

Å bruke litium‑ion‑batterier som i elbiler er sannsynligvis ikke en løsning som fungerer i stor skala. De er simpelthen for dyre, ikke holdbare nok, og krever for mye råmateriale.

Derfor har mange ulike alternative batterikjemier blitt vurdert for energilagring i nytte‑skala. Vi ser på de fleste av disse alternativene i artikkelen vår «The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech», inkludert litium‑jern‑fosfat, natrium‑ion, redoks‑flyt, jern‑luft, smeltet metall, nikkel‑hydrogen, natrium‑svovel, osv.

Alle disse batteriene lagrer energi i form av elektrisitet på en eller annen måte, vanligvis gjennom oksidasjon og reduksjon av et metall.

Problemet er at selv svært vanlige metaller som jern eller aluminium fortsatt vil kreve omfattende gruvedrift. Så hva om vi lagrer energi i en annen form?

Lagring av varme

Det finnes et overraskende stort antall alternativer for å lagre energi uten å bruke elektrisitet som lagringsmiddel. Vi så nærmere på dem i artikkelen «Non-Chemical Alternatives To Batteries For The Energy Transition». Disse alternativene inkluderer:

• Komprimert luft.
• Gravitasjonsbatterier (stein, pumpehydro).
• Varmebatterier.
• Svinghjul.
• Termisk solenergi.

Hvert av disse alternativene, både batterier og ikke‑batterier, har fordeler og ulemper. Den ideelle energilagringsløsningen ville oppfylle noen få egenskaper:

• Ingen behov for metall og sjeldne materialer.
• Langvarig energilagring, ideelt sett i flere uker eller måneder.
• Lav kostnad.
• Enkelt skalerbar uten begrensninger fra tilgjengelige steder eller ressurser.
• Den kan konverteres tilbake til elektrisitet med minimale tap.

For de første 4/5 kriteriene vil varmelagring oppfylle kravene. Vi utforsket noen av de mulige «varmebatteri»-teknologiene i vår dedikerte artikkel «Heat Batteries Rapidly Maturing Without the Need for Mining Metals».

Imidlertid krever selv disse løsningene fortsatt noe produksjon av lagringskapasiteten, enten det er gigantiske isolerte silotanker fylt med sand eller blokker av rent karbon oppvarmet til 1500°C.

Forskere fra Kaunas University of Technology (Litauen) utforsker nå en annen mulighet, nemlig å lagre energien direkte i jorden under bygninger, uten behov for ekstra produksjon.

De publiserte sine funn i et spesialutgave av tidsskriftet Sustainability¹ under tittelen «Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation».

Termisk kapasitet i jord

Fordi jord inneholder en blanding av mineraler og vann, har den vanligvis en enorm termisk masse, som er mengden energi i form av varme den kan inneholde for et gitt volum eller masse. Jordens natur, som dens fysiske struktur, organisk innhold, tekstur og mineralinnhold, bestemmer jordens termiske variasjoner.

På grunn av dette har jord en tendens til å holde en mer konstant temperatur under en viss dybde (vanligvis 2‑3 meter / 6,5‑10 fot), som reflekterer den årlige gjennomsnittstemperaturen i et gitt område.

Kilde: MDPI

Det er dette prinsippet som utnyttes av geotermiske varmepumper, som tar varmen lagret i jorden om sommeren for å varme opp hjem om vinteren, i stedet for å prøve å pumpe varme fra den mye kaldere overflateluften. Det kan også fungere omvendt i varme klima, hvor bakken holder seg kaldere på dagtid og om sommeren enn overflateluften. De samme prinsippene blir også brukt i geotermiske drivhus,

Måling av termisk diffusjon

Eksperimentelt oppsett

Lite testing har blitt utført som analyserer termisk diffusjon i flere lag av jord og målt det gjennom hele året, noe som gir en riktig forståelse av jordens potensial som et praktisk termisk batteri.

Derfor laget forskerne et eksperimentelt oppsett med flere målinger på ulike dybder. De la til en elektrisk motstand for senere å måle varmediffusjon. Den eksperimentelle forskningen på varmetap i jord startet i desember og ble avsluttet i juli.

Kilde: MDPI

De eksperimentelle målingene ble sammenlignet med en digital simulering av varmediffusjon i jord, og begge ga lignende resultater, noe som bekrefter simuleringens gyldighet.

Kilde: MDPI

“De ettårs målingene avdekket naturlige sesongmønstre i jordtemperatur og gjorde det mulig for oss å identifisere flere trender. Vi fant at selv passiv bruk av et isolert jordvolum under en bygning kan redusere varmetap og øke energieffektiviteten.”

Prof. Ždankus – Professor ved Kaunas University of Technology

Vannenergilagring

Forskerne visste allerede at vanninnholdet i jorden, samt luftlommer, påvirker hastigheten på termisk diffusjon i jorden og dens termiske masse dramatisk. Etter hvert som dybden øker, øker også akkumuleringstiden, noe som gjør at jorden kan lagre varme saktere og over lengre perioder.

Vannaktiviteten ble oppdaget å være en nøkkelfaktor i varmediffusjon i jorden også, da vann kan transportere varmen mellom jordlag samt horisontalt.

I en test ble jorden varmet opp til punktet der fuktigheten begynte å fordampe – noe som utløste en faseendring der flytende vann blir damp. Denne «faseendringen» fra flytende vann til damp absorberer en betydelig mengde varme, og øker jordens totale kapasitet for varmeopptak samtidig som den endrer fordelingsmønsteret.

“Faseendring kan være en effektiv måte å lagre varme på. Betydelig større mengder energi kan lagres i jorden.

Når dampen beveger seg gjennom bakken, fordeler den varmen over et større område. «Vi merket en kraftig temperaturøkning hvor dampstrømmen nådde. Dette betyr at energien beveger seg og kan kontrolleres.»

Prof. Ždankus – Professor ved Kaunas University of Technology

Praktiske anvendelser

Gjøre hver tomt til et batteri

Ettersom hver bygning har et betydelig fotavtrykk, vil utnyttelse av jord for både strukturell stabilitet og varmelagring ikke kreve ekstra innsats, spesielt for nye bygninger, hvor varmeutvekslingen installeres under bygging av bygningens fundamenter.

Det samme kan sies om store bygde overflater med betong eller asfalt.

“Et slikt system kan bidra til å balansere fjernvarmenett eller redusere belastning under overbelastning av strømnettet. Det er også mulig å installere termiske akkumulatorer for individuell bruk – under boliger, gater eller parkeringsplasser.”

Prof. Ždankus – Professor ved Kaunas University of Technology

Ideen er å bruke overskuddsenergi i solrike timer og dager, eller på vindfulle dager, og varme opp jorden som et gigantisk varmebatteri. Den største mengden energi var nødvendig for å varme opp den omkringliggende jorden i starten.

I det eksperimentelle oppsettet tok det omtrent en uke med kontinuerlig varmestrøm for å nå en stabil likevekt, hvor ingen mer varme kunne tilføres jorden uten at den lekket ut.

Desentraliserte nett & varme

En viktig fordel med denne teknologien er at den enkelt kan utnytte den desentraliserte naturen til solproduksjon, både i landlige og urbane miljøer.

Det kan skape problemer, da nettet ikke er designet for å håndtere svært varierende belastninger gjennom dagen i det som tidligere var et relativt stabilt forbrukspunkt. I den forbindelse er batteriparker av liten nytte, siden strømnettet fortsatt trenger en oppgradering for å forsyne batteriene.

I stedet kan overskuddet av solproduksjon i en gitt bygning sendes lokalt som varme inn i jorden og gjenbrukes senere om natten eller etter flere dager for å varme den opp. På denne måten blir det lokale nettet ikke overbelastet i de solrikeste timene.

Dette kan også fungere i noen grad for kjøling, da jord kan lagre kulde så vel som varme.

Videre forskning

En grundigere vurdering av systemets økonomi må gjennomføres, med integrering av priser på brukt utstyr og byggekostnader, besparelser på nettoppgraderinger, og hvor lenge jorden kan beholde varmen økonomisk.

Så langt ser det ut til at dette bør være et bedre system for å balansere energietterspørselen i dag‑natt‑syklusen, eller over noen dager, enn fler‑måneders og sesongbalansering.

En annen ting som må undersøkes før en praktisk bruk av teknologien tas i bruk, er hvordan den kan benytte eksisterende standardløsninger som allerede brukes i geotermisk industri.

“Vårt umiddelbare mål er å integrere eksisterende løsninger, som borehull, pæler og andre underjordiske varmeutvekslingsteknologier, inn i et system som kan gagne både industri- og boligsektoren.”

Prof. Ždankus – Professor ved Kaunas University of Technology

Investere i geotermisk energi

Sektoren er fortsatt relativt liten sammenlignet med andre fornybare energikilder og utvikler seg raskt teknologisk. Vi diskuterte den i mer detalj i «Geothermal Power: Green Energy That is Red-Hot».

Dette betyr at mange av de mest avanserte oppstartsselskapene i sektoren fortsatt er private. For eksempel, lukket‑sløyfe geotermisk energi Eavor, superkritisk geotermi Quaise, eller fond kun tilgjengelige for akkrediterte investorer som Baseload Capital.

Det betyr også at noen avanserte geotermiske selskaper, som Iceland Drilling, kan være bare en liten del av et mye større olje‑ og gassboringsselskap (Archer Wells – ARCH.OL i dette tilfellet).

Likevel er noen selskaper børsnotert og tilgjengelige for detaljinvestorer. Du kan investere i geotermisk relaterte selskaper gjennom mange meglere, og du kan finne våre anbefalinger for de beste meglerne på dette nettstedet i USA, Canada, Australia, UK, og mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å velge spesifikke selskaper, kan du også se på ETF‑er som Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN), eller ALPS Clean Energy ETF (ACES) for å dra nytte av veksten i den geotermiske energisektoren.

Geotermiske selskaper

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat er verdens største eier og operatør av geotermisk energi. Selskapet har eiendeler i USA, Kenya, Indonesia og Sentral-Amerika + Karibia, med en kapasitet på 1,5 GW, eller 10 % av den globale geotermiske energiproduksjonskapasiteten, med 253 MW lagt til kun i 2024.

Kilde: Ormat

Selskapet har som mål en sterk vekst i kraftproduksjonskapasiteten, med mange nye borehull som bores, spesielt i Nevada, Utah og California. Totalt bør det nå 2,6‑2,8 GW kraftproduksjonskapasitet innen 2028.

Kilde: Ormat

Ormat går også inn i energilagringsmarkedet, med 290 MW i drift. 385 MW ekstra lagringskapasitet er under utvikling, med et potensial på 2,9 GW på lang sikt.

Kilde: Ormat

Det er også en leverandør av geotermisk teknologi, og bidrar med sin ekspertise til 74 % av binære kraftverkprosjekter, som overfører varmen fra bakken til en annen væske; binære kraftverk utgjør 61 % av det globale geotermiske energimarkedet, noe som betyr at Ormat kontrollerer 45 % av det globale markedet.

Kilde: Ormat

Geotermisk energi er for tiden en raskt voksende sektor, men også en som fortsatt er svært konservativ på grunn av manglende kjennskap til teknologien hos de fleste verktøy- og industriselskaper.

I den forbindelse gjør dette Ormat godt posisjonert til å utnytte den økende etterspørselen, samtidig som det er en av de mest etablerte aktørene i bransjen, og leverer baseload fornybar energi, noe som andre grønne teknologier fortsatt sliter med å oppnå.

Siste om Ormat Technologies

Studierreferanse:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation. Renewable Energy Integration and Application in Buildings for Carbon Neutrality 2nd Edition https://doi.org/10.3390/su17010262}