Tar GeoTermos-konseptet ett skritt videre

Bildet: Sesongvarmelagring av varme i borehull og bruk av banedekket som bakkesolfanger (venstre) og oppvarming av banen om vinteren (høyre). Illustrasjon: Asplan Viak

Barn og unge på Kolbotn får snart et helårstilbud for fotballspilling takket være et innovativt konsept med sesongvarmelagring av solenergi.

Publisert: 16 Nov 2021

Av Trond Schieldrop

Hos Kolbotn IL (KIL) skal det etableres et sesongvarmelager med energibrønner som er plassert i en sylinderform. I sommerhalvåret vil banedekkene bli brukt som bakkesolfangere. En varmepumpe (delvis drevet med solcellestrøm) hever temperaturen for lading av energibrønnene i sesongvarmelageret på et høyere temperaturnivå. Om vinteren vil varmen fra sesongvarmelageret bli levert som «frivarme» til banene med kun sirkulasjon og uten bruk av varmepumpe.

Illustrasjon: SOMMERDRIFT: Om våren, sommer og høsten brukes kunstgressbanene som en bakkesolfanger til aktiv opplading av energibrønnene i varmelageret. Varmen fra banedekket føres til varmepumpen som høyner temperaturen egnet for effektiv overlading av brønnene slik at brønnene og berggrunnen etter hvert får en høyere temperatur enn den naturlige temperaturen (6-7 C) i berget rundt. Etter en oppladingsperiode er temperaturen i brønnene egnet til direkte oppvarming, eller «frivarming» av banedekket i fyringssesongen. Varmepumpen drives med solstrøm eller el fra strømnettet.

VINTERDRIFT: Mesteparten av varmen til banene blir levert som «frivarme» ved kun sirkulasjon av væske gjennom sesongvarmelageret og banenes undervarmesystem, det vil si uten bruk av varmepumpe. Sesongvarmelageret har kapasitet til å dekke varmebehovet til baneoppvarming med frivarme. Sesongvarmelageret må lades opp før første driftssesong.

Utnytter egen strømproduksjon

Løsningen planlegger å bruke strøm produsert av egne solceller til drift av varmepumpen. Solcelleanlegget klarer imidlertid ikke å levere hele strømbehovet til varmepumpa, slik at resten av strømbehovet blir dekket med strøm fra nettet. Løsningen utnytter dermed egen solstrømproduksjon og bruker strøm fra el-nettet i en periode på året med liten belastning og tidvis lave strømpriser og rimelige effekttariffer.
– Fotballbanene er godt egnet for lavtemperatur oppvarming, forteller Randi Kalskin Ramstad, dr.ing. og fagansvarlig grunnvarme hos Asplan Viak.

Varmer opp to fotballbaner

Asplan Viak startet beregningsarbeidet for ett år siden og har utviklet konseptet for oppvarming av kunstgressbanen sammen med Båsum Boring AS og Eptec AS.
– Investeringsstøtten fra Enova var på fire millioner til fullskalautbygging og var utløsende for å realisere prosjektet, sier Kalskin Ramstad til VVS aktuelt.
Hun kan fortelle at anlegget med borehull til sesongvarmelagring og energisentral i Sofiemyr Idrettspark skal bygges nå i høst. Anlegget skal varme opp to fotballbaner – Tømtebanen og etter hvert Sofiemyr kunstgress.

Beslutningsgrunnlag

Formålet med konseptutredningen var å gi KIL et faglig og økonomisk beslutningsgrunnlag for valg av oppvarmingsløsning for kunstgressbanene. Varmeløsningen, som nå er ferdig utredet, er en videreutvikling av GeoTermos-konseptet som er inne i sitt første driftsår ved Fjell skole i Drammen. Løsningen til KIL er et helhetlig system med direkte oppvarming av banedekket med sesonglagret varme. Båsum Boring har ansvaret for boring av brønnpark og varmesentral. EPTEC står for varmepumpeanlegg, rørtekniske installasjoner og driftsstøtte. Asplan Viak er grunnvarme- og energirådgiver og har designet sesongvarmelageret. I prosjektet er KIL oppdragsgiver mens Båsum Boring har koordineringsansvaret.

– Samarbeidet mellom entreprenør og rådgiver er viktig for å oppnå en effektiv og markedsnær tilnærming, samt skape en trygghet for den teknologiske gjennomføringen. KILs deltagelse i prosjektet bidrar til en sikker drift når anlegget tas i bruk, mener Kalskin Ramstad.

Utfyller hverandre godt

På spørsmål om samarbeidsformen har vært viktig for prosjektutviklingen, svarer Kalskin Ramstad:
- Det er min klare oppfatning. Vi har utfyller hverandre godt og har gjort teoretiske og praktiske beregninger og vurdert gjennomførbarheten til løsningen. På den måten har det vært mulig å ta ned risikoen i prosjektet - fra investeringsbeslutning til idriftsettelse, mener hun.
Hos KIL skal det etableres et sesongvarmelager med energibrønner som er plassert i en sylinderform. I sommerhalvåret vil banedekkene bli brukt som bakkesolfangere. En varmepumpe (delvis drevet med solcellestrøm) hever temperaturen for lading av energibrønnene i sesongvarmelageret på et høyere temperaturnivå. Om vinteren vil varmen fra sesongvarmelageret bli levert som «frivarme» til banene med kun sirkulasjon og uten bruk av varmepumpe.
– Fotballbanene er godt egnet for lavtemperatur oppvarming, forteller Kalskin Ramstad.

Utnytter egen solstrømproduksjon

Løsningen planlegger å bruke strøm produsert av egne solceller til drift av varmepumpen. Solcelleanlegget klarer imidlertid ikke å levere hele strømbehovet til varmepumpa slik at resten av strømbehovet blir dekket med strøm fra nettet. Løsningen utnytter dermed egen solstrømproduksjon og bruker strøm fra el-nettet i en periode på året med liten belastning og tidvis lave strømpriser og rimelige effekttariffer. Med konseptutredningen kunne man gjøre detaljerte beregninger, noe som ga KIL et godt beslutningsgrunnlag for valg av riktig oppvarmingsoppløsning. Slik sett er KIL en pioner i utviklingen av klimavennlige oppvarmingsløsninger til fotballbaner. Sesonglagring av solvarme og «fri-oppvarming» av banedekkene er en moden teknologi, men kombinasjonen og samvirke mellom dem er fortsatt lite utprøvd.

Kjente teknologier

– Lønnsomhet og risikofaktorer er fortsatt de største barrierene, og utredningsprosjektet har vært viktig for å kunne se nærmere på kostnader og risikoelementer med løsningen. Innovasjonsgraden går primært på å sette sammen kjente teknologier, som varmepumper, solceller, energibrønner, i et helhetlig system der fotballbanen er solfanger og hvor temperaturnivået heves og energien lagres i et sesongvarmelager for deretter å brukes direkte til oppvarming om vinteren. Sammenlignet med kommersielle løsninger har løsningen høy innovasjonsgrad, sier Kalskin Ramstad.
På spørsmål om behovet er like stort for tilsvarende løsninger på andre fotballbaner i Norge, svarer Kalskin Ramstad:
– I Norge er det om lag 1300 kunstgressbaner der 200 blir oppvarmet vinterstid. Av disse fyres ca. 100 med gass som bør konverteres til mer fornybar løsning. Med et varmebehov på 400-600 000 kWh/år, snakker vi om et potensial på i størrelsesorden 50 GWh/år. Det største potensialet ligger imidlertid i videreutviklingen av konseptet med skalering og tilpasning til andre oppvarmingsformål og størrelser, sier hun.

Potensialet er stort

- Resultatene fra utredningsprosjektet viser at potensialet med å redusere det elektriske effektbehovet i høyt belastede timer av døgnet er stort. Vi tror at teknologien med sesongvarmelagring kan bli en viktig brikke i samspillet mellom elektrisk og termisk energiforsyning, og for norsk energisystem som helhet. I de største byene kan kapasitetsutfordringer i strømnettet og fjernvarmenettet avlastes med energiplanlegging og strategisk plassering av store borehullsbaserte sesongvarmelagre. Slik sett er potensialet for videre spredning av løsningen i Norge stort. Prosjektet til KIL blir derfor viktig for å synligjøre potensialet for reduksjon av strømeffekt, understreker hun.
– Er det gjort målinger på hvor lavt strømforbruket er med solvarmelagring av solenergi?
– Nei, dette er ikke målt ennå, men beregnet. Som figuren (1) viser, er energikostnadene og strømforbruket med løsningen svært lavt. I et kaldt og varierende døgn i mars med typisk vintermodus ser vi utlading av sesongvarmelageret til oppvarming av banedekkene. Søylene viser henholdsvis levert varmeeffekt fra lageret (grønn) og tilført strømeffekt (rød) for å drifte brønnparkens sirkulasjonspumpe, sier Kalskin Ramstad.

Figuren (1) viser vintermodus med utlading av sesongvarmelageret til oppvarming av banedekkene et nokså kaldt/varierende døgn mot slutten av vintersesongen i mars. Søylene viser henholdsvis levert varmeeffekt fra lageret (grønn) og tilført strømeffekt (rød) for brønnparkens sirkulasjonspumpe.

Spennende fremtid

– Ser vi på områdeutvikling og oppvarming av boliger og næringsarealer, er det mulig å benytte tilnærmet samme oppvarmingsmetode her. Strømsparing på de kaldeste vinterdagene vil derfor påvirke norsk energisystem i fremtiden og da med en sterkere kobling mellom termisk energi og dagens energiformer. I berggrunnen blir det lagret en temperatur på over 40 grader til oppvarming av fotballbanene. Økte strømpriser krever det en robust økonomi for å håndtere store kuldevariasjoner og økte kostnader.
– Opplagring av varme mellom sesonger bidrar til å redusere energikostnadene betydelig. Løsningen har høy innovasjonsgrad og potensialet for videre spredning er stor. Den kan skaleres og tilpasses andre oppvarmingsformål og størrelser, sier Kalskin Ramstad.

Spesialkompetanse

Det er ikke første gang Asplan Viak har vært involvert i slike prosjekter.
– Siden 2008 har vi arbeidet med grunnvarme og bl.a. deltatt i prosjektet Føyka i Asker med dype brønner. Vi har også vært involvert i GeoTermos i Drammen samt flere prosjekter i Trondheimsområdet. Vi har utviklet spesialkompetanse på dette fagområdet, sier Kalskin Ramstad, som merker økt interesse for løsningen.
- Sommerlagring av vinterenergi med GeoTermos i Drammen gikk helt til topps i miljøkonkurransen «Årets lokale klimatiltak 2020». Løsningen er også med i konkurransen om byggenæringens klimapris. Med nye Fjell skole og knutepunkt Fjell, konstruerte Drammen kommune et termisk batteri for sesonglagring av varmeenergi. Lagringen skjer i fjellet 50 meter under bakken og solceller driver en varmepumpe som i kombinasjon med solcellepaneler leverer varmeenergi til 100 brønner i sommerhalvåret. Om vinteren hentes energien fra GeoTermosen som leverer varme til et bygningsareal på til sammen 10 000 kvm. Som navnet sier fungerer løsningen som en termos og lagrer sommerenergi til bruk om vinteren, sier hun videre.

Reduserer elektrisk effektbehov

Potensialet med bruk av varmeløsningen for å redusere elektrisk effektbehov i høyt belastede timer av døgnet er stort. Det er mulig å avlaste kapasitetsutfordringer i strømnettet og fjernvarmenettet i de største byene med energiplanlegging og strategisk plassering av store borehullsbaserte sesongvarmelagre. Prosjektet til KIL blir derfor viktig for å synligjøre effektreduksjonspotensialet. Installasjonen av solceller i eneboliger, borettslag og næringseiendommer har de siste årene økt kraftig.
– Om sommeren får vi normalt et stort overskudd av solcellestrøm. Hvorfor kan vi ikke heller bruke det til å lade opp sesongvarmelagre til vinterbruk enn å selge strømmen til spotpris på nettet, spør Kalskin Ramstad.
– Sesongvarmelagring av solenergi er en miljøvennlig måte å oppvarme kunstgressbaner. Med kalde vintre er dette fornuftig for å senke energikostnadene, sier Kalskin Ramstad. – Det vil redusere belastningen i strømnettet og spare strømforbrukere for store utgifter og gir bedre forutsigbarhet. Med sesongvarmelagring av solenergi får KIL et robust anlegg med lave driftskostnader som er i stand til å dekke energibehovet om vinteren, sier Kalskin Ramstad.

Sparer store strømutgifter

– Med investeringsstøtten fra Enova kan vi nå realisere prosjektet med sesongvarmelagring av solenergi. Det vil gjøre oss i stand til å bruke fotballbanene på de kaldeste vinterdagene og spare oss for store strømutgifter. For oss er Enova-støtten utløsende for å kunne realisere prosjektet, sier prosjektleder Einar Engedahl i Kolbotn IL.
KIL har i overkant av 1000 barn og unge som hver vinter har stått uten oppvarmede kunstgressbaner i nærmiljøet. Når vinteren kommer må de reise til Oslo og naboklubber flere ganger i uken for å spille fotball.
– For alle som spiller fotball i et av Norges største idrettslag, har det vært uholdbart, kostbart, lite klimavennlig og krevende for alle barn og unge. Derfor har vi i lengre tid jobbet med å få på plass miljøvennlige oppvarmingsløsninger for kunstgressbanene på Sofiemyr. Vi har nå sluttført utredningsprosjektet «Design av konsept for oppvarming – grunnvarme + sol = sant!» og de første spatakene for å realisere prosjektet skjer i november, sier Engedahl.

Inntekter basert på medlemsavgifter

Kolbotn IL er en frivillig aktør og henter sine inntekter i hovedsak fra medlemsavgifter. Løsningen har et samlet investeringsbehov på om lag 14 MNOK der Enova-støtten har vært utløsende for å realisere prosjektet.
– Vi har vært involvert i hele utredningsperioden, deltatt på møter og tatt nødvendige beslutninger underveis. Prosessen har basert seg på faglige beregninger og råd som er dokumentert i sluttrapporten. Hovedfunnet viser at lavtemperaturoppvarming av fotballbaner og direkte oppvarming fra et borebasert sesongvarmelager, er driftssikkert og effektivt og vil redusere strømforbruket vesentlig i de kaldeste vintermånedene, sier Engedahl.
Våren 2022 skal energisentralen i Sofiemyr Idrettspark i drift. Den vil varme opp to fotballbaner på 12 245 kvm. Tømtebanen er et prosjekt som Nordre Follo kommune gjennomfører, finansierer og eier. Arbeidet har skjedd i nært samarbeid med KIL, som skal bruke og drifte banen i etterkant.

Bildet: Randi Kalskin Ramstad, dr.ing. og fagansvarlig grunnvarme hos Asplan Viak.