BeFo-rapport 40:L177 Avser uppdrag nr 20ô0-081för Nämnden för Energi-produ ktionsforskning

ö

Vattenburen värme-transport ¡ bergtunnlarEkonomi och Teknik

Transport of Hot Water in Unlined Rock TunnelsEconomy and Technique

Per Almqvist, Sten Bjurströñì, Arne Göransson,Lars Jäderberg och Rolf Lindskog

Stiftelsen Bergteknisk Forskning - BeFoSwedish Rock Mechanics Research FoundationStockhqlm L977

TNNEHÂLLSFöRTECKNING

Förord

Sammanfattning

1 Introdukti-cn

1.1 Energiteknisk bakgrund

1.2 Forskningens nuvarande läge

1 .3 Utförd studie

2 Produktion och distributionav fjärrvärme

3 Storskali-g fjärrvärmeöverföringi stålrör med konventionell teknik

3.1 Storstockholms fjärrvärmeförsörjning

3.2 överföring av fjärrvärme från Fors-mark ti11 Uppsala och Stockholm

4 Stors,kalig fiärrvärmeöverförj-ng ioinklädda bergtunnlar

4.1 Förutsättningar

4.2 Erforderlig tunnelarea för huvud-tunnlar

4.3 Tunnelutförande

4.4 Allmän tunnel-layout för huvudtunnlar

4.5 Terminaler och mellanstationer

4.6 Driftförhållanden

4.7 Mj-1jöaspekter

4.8 Synpunkter på vattenkvalitet

4.9 Inspektion Í framtiden

4.1 0 Byggnadstid

4.11 Interkommunalt nät

4.12 Kostnader

4.13 Sammanfattning

sid

3

5

9

9

12

16

18

31

31

34

38

38

38

40

42

44

49

51

53

54

55

55

57

59

2

5 JåimföreIse mellan värmeöverföringi stå1rör och bergtunnlar

överföring i stålrör kontra berg-tunnlar

Allmänna förutsättningar

Förslag t,ill fortsatt forskning

Studium av liknande forsknings-projekt

Sammanfattande slutsatser

Referenser

sid

60

60

66

66

67

70

72

75

6

5.2 Jåimförelse med enledningsöverföring 65

Fortsatt forskning inom området"Transport av vattenburen värmei berg"

5.1

6.1

6.2

36

7

I

3

FöRORD

Energisituationen i sverige ì-dag ställer krav på effek-tiva 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 ioinklädda bergtunnlar är ett intressant uppslag med av-

sevärda potentiella tekniska och ekonomiska fördelar.

sådana överföringssystem har hittills ej provats men

resultat av forskningsarbeten inom området värmelag-ring i berg tyder på att tekniken är realistisk.

Föreliggande forskningsuppgift utgör ett uppdrag frånNämnden för energiproduktionsforskning tilI StiftelsenBergteknisk Forskning - BeFo att utreda tekniska och

ekonomiska förutsättningar för vattenburen värmeöver-

föring i bergtunnlar. Uppgiften har samordnats med

BeFos m fl övriga forskningsverksamhet inom området

värmelagring i berg och har genomförts under huvudmanna-

skap 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 Vattenbyggnads-byrån samt Sten Bjurström från BeFo' som också svaratför projektlednÍngen.

Projektet harreferensgrupp

inj-tierats, stöttats och granskatsbestående av:

av en

Direktör C1aës Lindroth, Stockholms Energiverk'ordf,Direktör Halvard Gedung, Södertörns Fjärrvärme AB,

Övering Karl-Arthur Scherman, Statens Vattenfalls-verk,

4

Civiling Rolf Lindskog, Vattenbyggnadsbyrån AB

samtTekn lic Sten Bjurström, BeFo.

Dess.utom har byggnadschef Malte Nilsson och överingen-jör Bengt Oknemark, Stockholms Energiverk, deltagit iprojekt- och referensgruppsarbetet.

Projektet har kunnat j-nfogas i forskningsplanen hos

Nåimnden för Energiproduktionsforskning - NE och däri-genom fått finansiellt stöd från nämnden. Civilingen-jörerna Birgitta Palmberger och Harald Haegermark harinom NE handlagt ärendet.

Projektet har givits tillgång t'ill omfattande befint-ligt utredningsmaterial hos berörda företag. För detta,liksom stöd och hjälp som låimnats arbetsgruppen av refe-rensgrupp och bidragsgivare m f1 framförs ett varmttack.

Stockholm december 1977

Stiftelsen bergteknisk forskning - BeFo

âb* bt*'USten BjurströmProjektledare

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 utnyttjastora kvantiteter överskotts- och spillvärme i kraft-produktionen och från olika industriella processer.Pågående och planerad fjärrvärmeutbyggnad i våra tät-orter kan ge förutsättningar för att ta emot sådan vär-me i stor skala.

Dagens teknik för överföring av fjärrvärme i stor ska-la innebär normalt att hetvatten pumpas i värmeisole-rade stålrör, vilka ofta är förlagda i bergtunnlar.

För att förbilliga tekniken har man föreslagit ett sys-tem där berg'tunneln utnyttjas som "rör" och det upp-

värmda vattnet pumpas i den oinklädda bergtunneln.

överföring i bergtunnlar på nämnt sätt har ej provatstidÍgare men resultat av forsknÍngsarbeten inom områ-

det värmelagring i berg liksom erfarenheter från kraft-verkstunnlar, olje- och gaslager i berg m fI tyder på

att överföring i bergtunnlar bör kunna ske med god vär-meekonomi, hög kapacitet samt i vissa fall jämförtmed traditj-onel-l teknik tilI lägre kostnader för an-

läggning och drift..

För att belysa ett sådant överförj-ngssystem har erfa-renhets-, utrednings- och litteraturmaterial ställtssamman i en översiktlig studie. Olika tekniska och

ekonomiska frågor har utvärderats genom att bergtunnel-överföring av fjärrvärme från ett kärnkraftvärmeverkjämförts med motsvarande överföring i stålrör. Problem-

stäl-lningarna har diskuterats i huvudsak med utgångs-punkt 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- Idenna utredning har jämförelsen baserats på en anlägg-

ning i mottrycksutförande-

I studien har skisserats en 120 km bergtunnelöverfö-ring av 2 200 ¡41{? värmeeffekt vid en maximal vattentem-peratur på 99o C. Denna värmeeffekt kräver en borrad

eller sprängd tunnel med 316 m respektive 4r5 m diame-

ter och ett vattenflöde på ca 17 m3/s. Förutom retur-tunnel 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 iett nät bestående av ståIrör dels ett system där berg-

tunnlarna direkt förs vidare i ett bergtunnelnätr som

via lokala värmeväxlare överför värmen til-l områdesnät.

I motsvarande skiss för ett stålrörssystem överföresca 2 40.0 MW vid en maxÍmal temperatur på 1650 C. Sys-

temet består här av en fram- och en returledning av

värmeisolerade stålrör med 1 r5 m diameter, vilka för-Iagts i bergtunnel eller kulvert. Huvudledningen an-

sl_utes direkt tiII ett interkommunalt distributions-nät, som via lokala värmeväxlare sammanbindes med om-

rådesnät.

Utredningens resultat

ur teknisk-teoretisk synpunkt torde det vara helt rea-

listiskt att transportera hetvatten direkt i oinklädda

bergtunnlar. Bergtunnelöverföring kan utföras enklarejämfört med traditionell ståIrörsteknik i tunnelav-

snitten, genom slopade rörinstallationer. Â andra si-dan kräver bergtunnelöverförj-ng dubbla tunnlar och mer

7

omfattande terminalinstallationer. Detta innebär attbergtunnelalternativet för närvarande endast bör till-lämpas där man avser att överföra stora värmemängder

i vatten förhåtlandevis långa sträckor. Eventuell ut-vecklj-ng av värmeöverföring med ett system utan retur-lednÍ.ng kan innebära ökade fördelar för bergtunnelörzer-föring.

Investerings- och driftskostnaderna för bergtunnelöver-föring blir genom dubbeltunnelarrangemanget och störreterminaler av samma storleksordning som för stålrörs-alternativet. I det studerade Forsmark-Stockholmsfal-let har anläggningskostnaden beräknats till 2 - 2,5

miljarder och årskostnaden till 300 400 miljoner kro-nor (1976-â,rs priser). Genom 1ägre temperatur i vatt-net i bergtunnelalternativet erhålles möjlighet för en

större elproduktion, vilket i det studerade fallet ger

bergtunnelalternativet en potentíet1 fördel värderadtill ca 100 miljoner kronor Per år.

Värmetekniskt erbjuder bergtunnelöverföring jämförbara

eller bättre förhålJ-anden än motsvarande överföring iisolerade stålrör. Efter ett initiellt uppvärmnings-

skede torde temperaturfall och värmeförluster varamycket måtttiga. För ett system enligt ovan torde to-tala 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 förbliropåverkad då tunnlarna går fyllda med vatten i tryckba-Ians med grundvattnet, vÍlket ger fördelar speciellt1 stadsbebyggda områden.

ur bergteknisk synpunkt torde de värmespänningar som

uppstår i berget kring tunneln ej ge upphov titl nämn-

värda stabilitetsproblem vid noggrant utförd tunnel.

B

.4, andra sidan är tekniken oprövad och bedömningen inne-håller de osäkerheter, som är normalt för konstruktio-ner i berg. En tillämpning i stor skala kräver därföromfattande utprovning i stora fäItförsök.

9

fNTRODUKTION

Utvecklingen inom energiområdet kräver att man prövarolika vägar och tekniker att utveckla enkla och ekono-

miska system för J-agring och transport av värme. En

sådan utveckling öppnar möjligheter att bättre än idagtillvarataga olika former av överskotts- och spillvärmei kraftproduktionen och från industriprocesser eller attmöjligen förbilliga system för sol- eller vindenergi-lagring, så att dessa energiformer kan bli mer ekono-miskt realistiska.

Lagring och transport av vattenburen värme i bergrum

respektive bergtunnlar bedöms att erbjuda fördelar här-vidlag såväI ur ekonomi.sk som teknisk synpunkt

1.1 Enersiteknisk bakcrrund

Ett ångkraftverk erfordrar víd normal drift stora mäng-

der kylvatten vare sig ångan genereras j- en kärnreak-tor eller i en oljeeldad panna. I ett kärnkraftverkbortgår mer än dubbelt så mycket energi med kylvattnetsom den producerade elkraften.

Tillvaratagande av denna "spillenergiI j- kylvattnet ärangeläget och förekommer vÍd större kommunala fjärrvär-meanläggningar och vi.ssa av industrins processanlägg-ni-ngar. I verkligt stor skala t ex vid kärnkraftverkhar kylvattenenergin ännu ej tillvaratagits ' bortsettfrån det numera nedlagda Ågestaverket.

Vid optimal verkningsgrad för elproduktion kyles turbi-nens kondensor med kylvatten, varvid vattnet får en

temperatur på 20 30o c. Om energin i kylvattnetskall 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 er-hålles dock en mycket god energiutnyt.tjning.

'1 0

När det gäller vattenburen värmeöverföring från en vär-meproducent till ett bostadsområde har man i dag store¡farenhet av distrlbution i isolerade stålrör. Vidöverföring j- större skala läggs rören normalt i venti-lerade och inspekterbara bergtunnlar eller i betongkul-vertar.

För överföring av verkligt storanågra tusen MW - längre sträckorstålrörsledning mycket kostsam.

effekter någon eller(20 1 00 km) blir en

nödvän-distribu-andra

Olika utredningar inom kraftindustrin har dock vid stu-dier av värmetransport över längre avstånd som regelförordat systemet med stålrör, då man är angelägen attväIja helt känd och beprövad teknik.

Ett alternati-v tilt distribution i stålrör är värme-transport direkt i oinkl-ädda bergtunnlar' ett afterna-tiv som vid stora vatten- och energimängder kan ge för-del-ar genom enkelt utförande och god värmeekonomi r llr-der förutsättning att ett sådant system ur bergteknisktdriftssynpunkt kan utföras på tillfredsställande sätt.

Överföring av vattenburen värme direkt i bergtunnlarär idag en oprövad t.eknik. Tämligen omfattande studieri samband med värmelagring i berg talar för att tekni-ken är från bergteknisk synpunkt helt möj1ig. Själv-faIlet återstår en rad frågor som måste djupare stude-ras innan man slutgiltigt kan ta stäl1nin9.

Förutom sådana mera teoretiska studier är detdigt att göra en teknisk-ekonomisk analys fört:-onssystemet Í berg, där jämförelse sker med

1ösningar.

I dessa ekonomiska frågeställningar ingår olika optime-ringsfrågor vid kraftvärmeproduktion och distribution.

11

TUNNEL 25 - 125 KM

qoERALE TUNNLAR

150-300 M

1 50 -300 M

5,0 M

FRAM RETUR

30-50M

SPRANGDA TUN

¿,0 M 30- OM

Transporttunnel i berg för värmeöverföringfrån kärnkraftvärmeverk

Figur 1

12

Stora tekniska frågor rör hela systemuppläggningen med

pumpar, värmevåixlare, erforderliga modifikationer på

produktions- och mottagarsidan m m. Ur bergmekanisk-och bergteknisk synpunkt dominerar stabilitets- ' tät-hets- 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 bergtekniskafrågestäIlningar i samband r¡ed lagring av hetvatten iberg studerats sedan 1971. I fig 2 illustreras tvåtyper av värmelagring i bergrum.

Arbetet har bestått igenomgång samt försök

teoretiska analyser, litteratur-i laboratorium och fäIt.

I BeFo-rapporten "Hetvattenlager Í bergrum; Bergtek-niska konsekvenser av lagring av varmt vatten i oinkläd-da bergutrymmen!', (1 ) presenteras resultatet av värme-

och spänningsberäkningar för bergmassan runt en hetvat-tenackumulator samt analys av varmvattnets inverkan på

bergarter, betong, sköIar och omgivande miljö-

Utifrån b1 a resultat i denna utredning har problem-

området vidarestuderats genom att vissa problemställ-ningar specialstuderats i två omfattande fältförsök.

Detrerfigettde,

ena av dessa försök avsåg bestämning av temperatu-och spänningar runt ett uppvärmt oljelager i berg,3, medan det andra studerade förhållandena kringgrovt borrhåI, i vilket uppvärmt vatten cirkulera-f1g 4.

VÁRMEVAXLARE\++.t

VARMEPRoDUKTT0N i._-<+

OPPETBERGRUMSLAGER

k-ÅNGKOKARE ALT KOMPRESSOR

, VÀRMEVÄXLARE

\ vÀRvexoNsuuloN

-,!-'-

13

BLOCKFYLLTBERGRUMSLAGER

UPPVÁRMT VATTEN

KALLT RETURVATTEN

Figur2 Värmelageriberg

ss/tts" c

14

Det senare försöket med grovborrhåI genomfördes gemen-

samt av Stockholms Energiverk, Vattenfall, Norra och

södra stockholms EnergiaktÍebolag och BeFo direkt isyfte at,t ge en käns,la för problemområdet när det gäI-1er värmetransport i berg. I försöken studerades b1 aspänni.ngar, deformationer och temperaturer i bergetSamt förändringar i den kemiska sammansättningen hos

spolvattnet. Primärresultaten är redovisade i rappor-ten "Varmvattendistribution i oinklädda tunnlar", (3) .

Inom kraftindustrins projekt för studium av möjlighetenatt säkert lagra kärnbränsleavfall har värmeavgivningenfrån detta lager till berget ägnats stor uppmärksamhet

(6). Bl_ a har utförts en rad experimentella värmeför-sök i stripa gruva. Resultaten är dock ännu ej redovi-sade.

Efter studium av tillgängliga litteraturuppgifter och

hittills utförd forskning inom området hetvatten iberg kan fötjande omdömen formuleras:

Inga bergtekniska fakta har framkommit som allvar-ligt talar emot möjligheten att transportera ellerlagra hetvatten i berg. Berget bedöms kunna er-bjuda ekonomiskt konkurrenskraftiga och väl isole-rande lagri.ngsutrlrmmen f ör värme.

Vissa speciella frågeställnj-ngar såsom stabilitetvid olika bergstrukturer, utlakningshastighet förbergartsmineral, förläggningsdjup, värmeväxlar-problem m m måste ägnas fortsatt utredning.

Vissa frågor torde ta en orimllg tid att detalj-analysera, varför de måste hanteras med någon form

av "helhetsgrepp". Svar på sådana kvarståendevärmetekniska och bergtekniska frågor samt verifi-kation av beaktade frågeställningar kan sannoliktsnabbast ges genom att en första demonstrations-anläggning byggs.

lll^

or_.t¡, ¿a"c

15

23 23 21

16m

30 m

1 TEI4PERATUIi, 6 ¡¡tVÀt.R

2 RELATtv st-ÃNti¡tto3 ABSOLUT SPAIINI['IG

Figur 3 lr{ätningar vid }4arvikens oljelager

t___ì_--

FTHETVATTEN

1 TEMPERATUR2 RELATIV SPAI.INING3 ABSOLUT SPÁNNING

4 VATTENKVALITET{r

{ro3 i-? -?- qo2i

tr

--€----+F2

o2

0l2m

12 3 123 21

Figur 4 Mätningar vid. försök i bergtunnel medcirkulérande värmt vatten, Uggelvikskällan

16

1.3 Utförd studie

A11mänt syftar projektet till bättre totalt energiut-nyttjande genom att erbjuda tekniska lösningar för över-föring av stora värmeenergimängder i form av het- och

varmvatten långa sträckor i oinklädda bergtunnlar. Den

genomförda studien avser att ge underlag för att värde-ra den ekonomiska potentialen hos ett sådant system,

erforderlig teknik samt i en senare etapp möjlÍgheternaatt få fram tillförlitligt konstruktj-onsunderlag even-tue1lt genom fältförsök i full skala. I studíen har,för att medge en konkret och påtagtig jämförelse, ihuvudsak diskuterats en överföring från Forsmark tillStockholm i stålrör respektive bergtunnel. Avsiktenär dock att visa frågorna så generellt och allmänt attresultaten kan tillämpas i alla de falI man finner detav intresse att studera ett bergal-ternativ som ersätt-ning för exempelvis stålrör.

-o'*'-

tI

/Ø-*(r

''ù-

<J\l¿*à,-=\5 6Ê0k -\

>ø \a\r--

f ST.XKHOLìI

ti -t

Figur 5 Tunnelsträckning Forsmark Stockholm

Den nu utförda studien avses bll uppföljd med ett forsk-ningsprogram för ett fäItdemonstrationsprojekt. Avsik-

17

ten är att utföra ett sådant fullskaleförsök genom attutföra en experi:nenttunnel i ett befintligt fjärrvärme-nät. Om denna utföres tillräckligt Iång torde det fö-religga goda möjligheter att med ett helhetsgrepp be-Iysa frågorna.

I den nu föreliggande rapporten har erfarenhets-, üt-rednÍngs- och litteraturmaterial ställts safllman föratt översiktligt belysa olika tekniska-ekonomiska frå-gor vid överför1.ng av stora mängder vattenburen värme

Iånga sträckor.

2

1B

PRODUKTION OCH DISTRTBUTIoN AV FJTiRRviTnun

Uppvärmning av tätorter med hetvatten som produceras icentral-a anläggningar och cirkuleras genom slutna rör-system, fjärrvärme, började i Sverige på allvar intro-duceras på 1950-ta1et. A,r 1977 uppgår den anslutnafjärrvärmeeffekten t.iIl 11 000 ã 12 000 l4W fördelad på

ett 60-tal tätorter.

En undersökning visar attter skulle kunna ta emot30 000 MVü om även glesareslutas.

Sveriges 120 störstaen fjärrvärmeeffekt avsmåhusbebyggetse kunde

hetvattentemperatur Ì fjärrvärmenäten äroptimeringsfråga. Hög temperatur ger bI

tätor-ca

an-

en eko-a

Några av skälen för fjärrvärme är att de centrala vär-meanläggningarna kan drj-vas med hög bränsleutnyttjning,stor flexibilitet beträffande användning av såväl fastasom flyt,ande bränslen samt att god luftrenhet kan upp-nås för regionen.

I större fjärrvärmesystem finns också ekonomj-ska möjlig-heter att bygga an1äggningar för kombinerad produktionav el och värme, kraftvärmeverk. I en sådan anläggningnyttiggörs bränslet på ett mycket gynnsamt sätt, denandel av bränsleenergin som inte nyttiggörs är endastca 10 Z.

Elenergi har et,t högre värde än värmeenergj- och bördärför produceras i så stor andel som möjligt. Räknatper ti.llförd bränsleenhet är dock elproduktionen 1ägrei ett kraftvärmeverk än i en motsvarande anläggning förenbart elproduktion där kylning sker med havsvatten avIåg temperatur. En viss elproduktion måste offras föratt hetvatten av Iämplig temperatur skall kunna produ-ceras. Ju högre temperatur på vattnet ju lägre andeleleffekt.

Val av

nomisk

19

mindre rördimensioner och värmevåixlare (lägre vatten-flöden) , l.âg temperatur ger större elutbyte i kraftvär-meanläggningarna. I Sverige har man ganska alImäntgått in för att ha 12Oo C som högsta temperatur på vat-ten som från produktionsanläggningarna tillförs fjärr-Värmenäten. Denna temperatur erfordras endast under

årets kallaete dagar och övrig tid sänks temperaturen'ned till ca 8Oo C under sommartid.

Vattnet återförs till produktionsanläggningarna vid600 45o c.

Variationerna av värmelast och temperatur i ett befint-ligt värmenät visas i princip i fig 6 - Som synes er-fordras temperaturer över 90o C endast ca 800 timmar

av året. Värmelasten överst1ger då 60 ? av den maxima-

Ia. 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 totalaenergÍförbrukningen över året. På grund av den kortautnyttjningstiden för denna spetsenergi bör den produ-

ceras: i anläggningar med 1åg kapitalkostnad med åtför-jande relativt hög driftkostnad (lokaIa hetvattenpan-nor) medan det blir ekonomiskt möjligt att bygga mer

påkostade produktionsanläggningar och överföringssystemsom ger 1ägre driftkostnader, för den del av värmeener-

gÍn som har längre utnyttjni.ngstid-

Orn möjlighet finns att koppla kraftvärmeverk och het-vattencentraler i serfe så att de högre vattentempera-turerna endast åstadkoms i hetvattenpannorna behöver

kraftvärmeverket ej under någon del av året lämna vat-ten av högre temperatur än 9Oo C för att de skall täcka

halva den maxi-mala effekten i nätet.

överföring av stora värmeeffekter vid 1åg temperaturkräver stora vattenflöden och därmed stora rörareor.vid stålrörslednLngar är det därför optimalt att höja

LAST%

t20

tt0

100

90

oc

80

70

TEMP

0

20

h Ån

7000 8000r0æ 2000 3000 5000

Värmelastens varaktíghet och samhörandetemperaturer i ett fjärrvärmenät (Hässetby)

\

\

\

\\

RETURTEMPERATUR

-\

-\

LAST -/

\

\

Figur 6

21

överföringstemperaturen vid längre överföringsavståndtrots den minskning i elproduktion som då uppstår ikraftvärmeverket .

Hitti.lls har kraftvärmeanläggningar med en sallmanlagd

efeffek,t av ca 2 000 Mü\J byggts och måIet för energi-politiken är att bYgga ytterligare anläggningar mot-

svarand.e 1 500 MI¡il eleffekt till år 1985. Oljeeldadekraftvärmeaggregat har i sverige utförts för högst ca

250 ¡4W eleffekt och ca 330 M!{ värmeeffekt.

Oljeeldade kraftvärmeaggregat förläggs nära fjärrvärme-nätet i eller intill tätorten. De förses med höga

skorstenar så att miljöpåverkan från rökgasutsläppen re-duceras ti1I accePtabel nivå.

Bränsl-eförbrukningen för ett kraftvärmeaggregat av för-ut 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 transportappa-rat,

För kärnkraftaggregat med kombÍnerad produktion av eloch värme är större storlekar aktuella. För svenska

projekt har aggregatstorleken 3 000 MVt reaktoreffektdiskuterats varvid värmeeffekten kan bli 1 000 - 2 400

MV{ och eleffekten 850 550 MW beroende på turbinut-formning. Vid de överförtngsavstånd som varit aktuellabland annat av säkerhetsskäl och med konventionell stål-rörteknik för överföringsledningen har temperaturen ca

1 600 C på utgående hetvatten från aggregatet visat sigvara optimal.

Projektering och utförande av ett kärnkraftvärmeaggre-gat tar något e1ler några år Iängre tid än för ett van-

ligt 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 befintligkärnkondensanläggning för värmeproduktion är teknisktkomplicerad och kostsam.

Om anläggningen skall för1ä99as i berg, vilket förefaÌ-ler troligt om den placeras nära en tätort, tar projek-tering 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 bespa-

ringar i ledningskostnader som kan kompensera härför.

För landets tre mest tätbefolkade regioner omkring

Stockholm, Göteborg och Malmö har möjligheterna att tafjärrvärme från kärnkraftanläggningar utretts. För

Stockhol-m har en, alternativt bergförlagd, kärnkraft-värmeanläggning på Södertörn ca 30 km från Stockholmscentrum diskuterats. Även möjligheterna att transpor-tera hetvatten från Forsmarkr cët 120 km från Stockholm,har undersökts.

För Göteborg har även bergförlagda anläggningar i sta-dens närh.et preliminärt studerats ' men nuvarande huvud-

inrÌktning vid undersökningar är värmeöverföring frånRinghals ca 60 km från Göteborg.

Den mest detaljerade utredningen om värmeöverföringfrån 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 utnyttjasför uppvärmning av Malmö på ca 25 km avstånd och Lund.

För kärnkraftvärmeanläggningarna har huvudsaklj-gen tvãturbj-ntyper diskuterats, avtappningsturbÍn där en delav ångan användes för värmeproduktion och mottryckstur-b.in där hela ångmängden f år alstta f )ärrvärme, f ig 7 -

23

REAKTOR TURB I NGENERATOR

ÅrERxvtanr

MOTTRYCKSTURBIN MED ÅrEnxvl¡nE

REAKTOR TURBI N

GENERATOR

KALLKONDENSORER

VÄRM EKONDENSORER

AVTAPPNI NGSTURBIN

Figur 7 Turbintyper för kärnkraftvärmeverk

1

vÄnve -KONDENSOR

1

24

Avtappningsturbinen har hittills rönt störst j-ntressesåväl från kraftföretag som tillverkare. Utvecklings-steget från en kondensturbin är måttligt. Värmeeffek-ten är dock begränsad tilI ca 'l 000 M\r per aggregatvarvid effekten tÌll elnätet bl1-r ca 850 MI^I. Det ärmöjligt att utan specÌella arrangemang mj_nska värmepro-duktionen ända ned tiIl 0 Mhr vid oförändrad reaktoref-fekt. Eleffekten ökar då til1 drygt 1 000 MW.

Vid behov av större värmeeffekt än 1 000 MW från kärn-kraftvärmeverk (behov som i sverige finns i storstock-holmsområdet) kan mottrycksturbinen erbjuda en lämplig1ösning, speciellt om det är svårt att utföra fleravärmeproducerande 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 eI-produktion skall vara möjlig även då värmebehovet ärlägre kan aggregatet förses med en sjövattenkyld åter-kylare för fjärrvärmevattnet. Mottrycksturbinen be-döms kräva större utvecklingsinsatser än avtappnings-turbinen.

f de utförda projektstudierna har en station med kraft-värmeproduktion säkerhetsmässigt bedömts likvärdig med

en för enbart elproduktion. Risken för utsläpp av ak-tivitet i fjärrvärmesystemet har vid normal- drift be-dömts som obefintlig. Haverifal-1 inom stationen måstedock b1i förernål för speciell analys.

ïnom svenska fjärrvärmenät användes uteslutande stål-rör för överföring av hetvatten från produktionskällatil1 förbrukare. Vj_ssa försök med klena plaströr ilokaIa förderningsnät och vid reducerad temperatur hardock förekommit.

Produktfonskärlorna för värmen, huvudsakligen oljeelda-de hetvattenpannor eller kraftvärmeverk är placerade i

25

nära ans.lutníng ti1l värmenäten varför inga längreöverförÍngsledningar, högst några km, existerar.Största dimension på rörledning i drift i Sverige ärca 1 m. Utomlands har dock använts r:ör med ca 1'5 m

dìameter.

Vid de i Sverige diskuterade kärnkraftvärmeprojektenfordras 20 120 km långa överföringsledningar för över-föring 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 förläg-gas ovan mark, i ett öppet dike, i en nedgrävd kulvertav betong eller i en bergtunnel. De två förstnämnda

förtäggningssätten har inte hittills kommit tiIl utfö-rande i Sverige i större omfattning eftersom de ärolämpliga i tätorter. f'ör överföring från verk beläg-na på längre avstånd från tätorter utgör de dock in-tressanta alternativ.

Anslutningen mellan överföringsledning och värmenät kan

ske direkt eller via en värmeväxlare. Vid anslutningutan värmeväxlare kommer tryck och flöden i överförJ-ngs-ledningen att direkt påverka motsvarande storheter ivärmenätet. En blandning av vatten titl rätt distrÍbu-tionstemperatur måste även ske i anslutningspunkten.Vid indirekt anslutnj-ng kan trycket i överföringsled-ningen väljas olÍka (högre) mot i nätet och förorenin-gar kan inte överföras. Genom att mindre vattenmängderär i rörelse inom de skilda systemen blir flödesregle-ringen något enklare. Värmeväxlaren medför dock en

extra kostnad och en temperaturändring som kan minskaelproduktlonen i kraftvärmeverket.

Kopplingen för ett kärnkraftvärmealternativ med värme-

överföring från Forsmark till uppsala och Stockholmvla stålrör framgår av fig 8. Data hänför sig till

KÄRNKRAFTVÄRMEvERK I FoRsMARK

560 MW EL

övEnrönIHOSLEDNING

26

INTERKOMMUNALA

LEDN INOAR

1 65oc

6

6ooc

2/.00 MwvÄn

Figur I

165o

TERMINAL MED

vÄR¡rEvÄxlanE

LOKALT

vÄR¡¡evEnr

6ooc r2ooc

L65oc

FOJltbl

€-JltI-e-r

12ooc

LoKALT HÄrI UPPSALA

LOKALA NAT

I STOCKIIOLM

Principiellt kopplingsschema för värme-överföring från kärnkraftvärmeverk meddubbla stålrör

27

ett system med mottrycksturbin som presenteras mer de-

taljerat i kapitel 3.

Några olika alternativ ti11 stå1rör för överföringsled-ningar har diskuterats såsom rör av glasfiberarmeradplast eller av armerad betong samt det i föreligganderapport aktuella alternativet, överföring i oinkläddabergtunnlar.

Vid dessa alternativ bör troligen överföringstemperatu-ren begränsas till ca 1 00o C och erforderlig lednings-area h'lir avsevärt större än vid ståIrör. Plast- och

betongrör skulle eventuellt kunna förläggas direkt imark, vilket förbilligar utförandet. Rören är intekorrosionskänsliga vil.ket möj1iggör I'sämreil vattenkva-litet, t o m havsvatten har föreslagits.

Oinklädda bergtunnlar användes ofta vid vattenkraftan-Iäggningar och som kylvattenvägar vid värmekraftverk.Erfarenheter flnns dock inte för högre temperatur. Man

kan därför ej helt bortse från probJ-em med smärre berg-ras, urlakning av betongförstärkningar, påverkan av

grundvatten m m.

Tnget av nlimnda förslag till alternativ överföringstek-nik har ännu tÍllämpats. Potentiella möjligheter bordedocl< finnas för goda driftegenskaper och god ekonomi.

Scheman för ett alternativ med värmeöverföring i dubblabergtunnlar frår: ett kärnkraftvärmeverk i Forsmark tillUppsala och Stockholm visas i fig 9. Alternativet pre-senteras utförligare i kapitel 4.

Det har även framförts förs1ag att överföra fjärrvärmei enrörsystem, Värmemedium skulle L detta fall varahavsvatten, som uppvärms till ca 100o C i kraftvärme-Verkets turbinkondensor och via korrosionsokänsliga led-ningar av plast, betong eller i bergtunnel ledes titt

A KÄRNKRAFTV,\RMEVERK I FORSMARK

760 MW EL

övEnrönt HoSLEDNtNGAR

2200 MW99o c

HUVUDTERMINAL

MED

vÄR¡lrvÄxt-¡RE

28

INTERKOMMUNALT"srÅrnönssYSTEM "

g5"c

65oc

gooc 6ooc

'r2ooc

LOKALA uÄrI STOCKHOLM

vÁnuE gg"c

68o c

2200 MW

vÁnvE ggo

TERMINAL MED

väRN4evÁxuaRE

LOKALT

vÄRvEveRx

go"c

LOKALT NÄT

I UPPSALA

öveRröR t ¡tosLEDN I NGAR

lr

SBoc

ie-1tliej

I

ll

lt

6ooc

B rilRrurnarrvÄRvevgnx I FORSMARK

760 MW ELI NTERKOM MUNALT

TUNNELSYSTEM

g8o cc

68 oc

68o crl

TERMINAL MED

vÄnvEvÄxL¡ns9oo

LOKALT +vÃnuEvERr

60o c

12ooc 12oo

LOKALT NÁT I UPPSAI-¡ LOKALA NAT I STOCKHOLM

principiellt kopplingsschema för värmeöverföringfrån kãrnkraftvãrmeverk med dubbla bergtunnlar ihuvudnät. Interkommunalt system alternativt med

A stålrör resp B oínklädda bergtunnlar'

Figur 9

29

förbrukaren. Där skulle värme tas ut via värmeväx1are

så att vattentemperaturen sjunker till ca 50o C ellerIägre om värmepumpar användes. Efter inblandning av

kallt havsvatten sku1le utsläpp kunna ske i havet på

1ämpligt stäIle.

Koppling och huvuddata för ett enrörsystem för värme-överföring från två kärnkraftaggregat från Forsmark

t,ilt Uppsala och Stockholm visas i fig 10 . Systemetär i princip baserat på ett förslag redovisat av Mar-gen (4L. Angivna data avser medelvärden under vinter-perioden ti1l skillnad från fig 8 och 9 som avser datavid dimensionerande ytterlufttemperatur (ca -20o C).I medeltal över vintersäsongen kan drygt halva d.en ti11kondensorerna avgivna värmeeffekten nyttiggöras förfjärrvärmeändamål. Värme med Iägre temperatur än re-turvattnet kan ej utnyttjas.

Vattenflödet från Forsmark blir ca 12 m3 /s. Härför er-fordras 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 drygttre 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 sys-temet aktualisera komplicerade problemställningar' som

kräyer fördjupat studj-um och utveckllngsarbete. I före-llggande studie har därför enkelledningsalternativet idet föIjande endast berörts Ì mycket begränsad omfatt-nlng.

En annan metod som föreslagits, för överföring av het-vatten Iängre sträckor är med tankbåtar. Vattnet skul-Ie 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 ochmiljömässiga problem.

KÃRNKRAFTVÄRMEVERK I FoRSMARK

VÄRMEEFFEKT 42OO Mw, VARAV UTNYTTJAT 24OO MW

ELEFFEKT ; 2 x860 = 1720 MW

2AG

lgoc

TERMINAL MED

VÄRMEVÄXLAREg/.o c 9¿" C

LOKALT

-,_VARMEVERK

(12ooC) (1 2ooc )

INTERKOMMUNALA

TEDNINGAR

98oc

530 C

4goc

LOKALA NÁT

I STOCKHOLM

li

5 cii

49" cgoc

HAVET LOKALT NÄT

I UPPSALA

HAVET

Figur 1 0 Principiellt kopplingsschema för värmeöver-föring från kärnkraftvärmeverk med enkel-ledning

31

3 sToRSKALIG FJ}iRRVÄRMEöVERFöNTNC I STÂLRöR MED KONVEN-

TTONELL TEKNÏK

3.1 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-tregionens fjärrvärmenät (5). Som förIäggningsplatserför ett eventuellt kärnkraftvärmeverk har antagits ettläge på Södertörn 25 30 km från Stockholms centrum

samt Forsmark ca 120 km från stockholm. Nedan redovi-sas 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 (Stock-

holm 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 mottrycksagg-regat ovan jordom 2 400 MW värme-

effekt och ca

560 MW eleffekt

ett avtappnings-aggregat ovanjord om 1 000 MW

värmeeffekt och

ca 850 MV'I eI-effekt

ett mottrycksaggregatovan jord ell-er i berg

ett avtappningsagg-regat ovan jord elleri berg

två avtappningsagg-regat ovan jord om

sammanlagt 2 000 MW

värmeeffekt och

1 7O0 MVI eleffekt

32

två avtappningsaggre-gat ovan jord

För jämföretse har också undersökts fem olika alterna-tiv med enbart otjeeld.ade anläggningar i regionen.

Det gynnsammaste av alternativen med enbart oljeeld-ning Ínnebär utbyggnad av kraftvärmeanläggningar iStorstockholmsregionen ti11 en salrùnanlagd värmeproduk-

tion av ca 1 800 MW' vilket motsvarar en samtidig el-produktion av drygt 1 000 MW. Resten av värmebehovet

täckes genom hetvattenpannor.

För de olika alternativen har systemlösningar samt ut-formni.ng av stationer och ledningar tagits fram med er-forderlig detaljering för en kostnadsberäknj-ng och en

totalekonomisk analYs.

I den tidigare nåimnda utredningen har jämförts de to-tala kostnaderna för al-ternativen och därvid värderatskitlnaden i elproduktj-on med hänsyn till värdet därav

för det svenska kraftsystemet. Fördelningen mellanolika kraftslag i systemet lnverkar på jämförelsen och

andelen kärnkraft har därför varierats.

Vid jåimförelsen mellan bästa alternativ med kärnkraft-värme och bästa fossilalternativ studerades två skildautbyggnadssituationer för kärnkraft. I den ena situa-tionen förutsattes att kärnkraftvärmeblock fick byggas

utöver de begränsningar som råder för utbyggnaden av

kärnkondensverk. Konkret motsvaraöe detta en situa-tion där Forsmark 3 och eventuellt 4 fâ.r byggas enbart

om de utformas som kärnkrafLvärmeverk men ej som kärn-kondensverk. I denna situation visade utredningen attbästa kärnkraftvärmealternativ (2 avtappningsaggregat)

33

var ekonomiskt gynnsammare än bästa fossileldade alter-nativ redan vid en måtttig relativ prishöjning på fos-si_Ibränsle. Alternativet medförde dessutom en minsk-

ning av den totala förbrukningen av fossila bränslen iStockholmsregionen och Uppsala motsvarande ca 1 '5 mil-joner ton per år och ungefär lika mycket i landet i öv-

rigt vid använd elenergiprognos. Huvuddelen av vinstenvid kärnkraftvärmealternativet berodde dock på att kärn-

kraftutbyggnaden fick utökas med, två aggregat varvidproduktion i fossileldade kondens- och mottrycksanlägg-ningar ersattes.

Den andra utbyggnadssituatj-onen som studerades i utred-nÍngen förutsatte att antalet kärnkraftblock som ficktas i drift var begränsat men ej påverkades av om bloc-ken utfördes som kraftvärmeaggregat eller ej. Med ut-redni.ngens förutsättningar kunde i denna utbyggnadssi-

tuation bästa kärnkraftvärmealternativ inte ekonomiskt

konkurrera med bästa fossj-lalternafiv. Detta gäI1de

även vÍd en förhållandevis kraftig relativ prishöjningpå fos.sl.lbräns1e. Orsaken var att bortfallet av elpro-duktion i kärnkraftvärmeverken på grund av värmeavtapp-

ning samt bortfallet av fossi-l-baserad mottryckskraft iStorstockholm i stor utsträckning förutsattes ersattmed fossilbaserad kondenskraft. Detta ledde också tiIIatt förbrukningen av fossitbränsle i landet blev unge-

fär lika vid alternativen med och utan kärnkraftvärmei denna utbyggnadssj-tuation. Även med detta betraktel-sesätt erhölls dock en avsevärd minskning av förbruk-ningen av fossila bränslen i stockholmsregionen, med.

Iokal miljöförbättring som fö1jd.

Jåimförelser mellan olika kärnkraftvärmealternativ i ut-redningen anger att södertörn är gy-nnsammare än Fors-mark om förläggnÍng ovan jord är möjlig. Måste däre-

mot en kärnkraftvärmeanläggnlng på södertörn förläggasi berg blir värmekostnaden ungefär densamma som för

3.2

34

ett system med kärnkraftvärmeanläggningen förlagd ovanjord i Forsmark.

I anslutning till energikommissionens arbete har värme-

överföring från Forsmark diskuterats översiktligt..

Om man som i SKG-STOSEB-utredningen beaktar två olikautbyggnadssituationer för kärnkraft kan olika resultaterhåIlas.

Om kraftvärmeutförande är en förutsättning för utbygg-nad av fler kärnkraftaggregat, så blir kärnkraftvärme-laternativen lönsamma speciellt vÍd ökande relativtpris på fossil-bränsIe. Mottrycksutförande av ett agg-

regat är det minst lönsamma av dessa alternativ, dess-

utom erfordrar mottrycksutförande omfattande nykonstruk-tÍonsarbete. Att utföra anläggningarna i avtappnings-utförande, är med SKG-STOSEB-utredningens förutsättnin-gar beträffande anläggningskostnader och prestanda detmest lönsamma alternativet.

Om däremot utbyggnaden av fler kärnkraftaggregat fårske oberoende av värmeavtappningen eller om en situa-tion med stort kraftöverskott uppstår är lönsamheten

av kraftvärmeutförande mer svårbedömd. En kl.ar fördelmed samtllga kärnkraftvärmealternativ þIir dock att en

mindre andel fossllbränsle förbrukas i stockholmsre-gionen, med lokat miljöförbättring som föIjd-

överför av f-iärrvärme från Forsmark till- Uppsala

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-nveste-ringar och kostnader i samband med en kärnvärmeöverfö-ring till Storstockholm och omfattade även ett led-ningssystem som skulle sammanbinda regionens fjärrvär-menät. Som underlag för kostnadsberäkningarna genom-

fördes fältstudier och en översiktlig geoteknisk under-sökning samt kapacitetsmässiga och hållfasthetsteknj-s-ka rörberäkningar.

överförÍngen från Forsmark studerades med och utan av-tappning till Uppsalas fjärrvärmenät vid olika J-ednings-dragningsalternativ. Vidare studerades förläggning av

rören i såvä1 bergtunnel som betongkulvert. Beträffan-de kulvertsträckorna förutsattes att dessa utföres som

elementbygge med prefabricerade betongelement. Yttredränering utförs längs hela kul-verten och arbetsvägerfordras för hela kul-vertsträckan. Stålrören förut-sattes utförda med förstyvningsringar.

Expans.lonen har förutsatts tas upp i expansionsel-ement(lyror) varje 300 m vid markkulvert - och varje 750 m

vid tunnelför1äggnj-ng.

Isolering har förutsatts ske med mineralull s k kul-vertmantel med olika tjocklekar på fram- och returled-ning respektive i tunnel och kulvert.

På kulvertsträckorna har - med utgångspunkt av den

översiktliga geotekniska studien - förekomsten av bergantagits tiII 10 ? av schaktvolymen, grundförstärkningglenom pålning förutsatts erforderlig på 2 Z av sträckanmed ett medelpåldjup om 7 m.

Tunnelstandarden har förutsatts bti ungefär den som ärpraxis i befintliga fjärrvärmesystem, fig 11.

ø 1500

36

/.300

Figur 11 Tunnel för rörpar (stål) med 1,5 m

diameter

Dimensionerande tryck och temperatur i det alternativsom 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 över-

förj-ngssystem i tryckklass NT 40.

Kostnader för pumpar, motorer och reglering är beräk-

nade överslagsmässigt och avser Kl4w-pumpar samt kort-slutna motorer och hydraulkoppling utom för några

mindre anläggningar.

Ocf@\'

37

Förutom pumpstationer i Forsmark och Akalla erfordrastre nätpumpstationer. Det totala pumpeffektbehovet -inkluslve det som erfordras i integrationsnätet i Stor-stockholm - har beräknats till 95 M^i-

Erford.erlig rördimensÍon vid 165/650 C och med en maxi-

mal 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 Stock-holm.

Vidare erfordras en avgrening på ca 3 km : dimension700 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 resterande40 å i bergtunnel. Större delen av integrationsled-nÍngarna inom Storstockholm måste förläggas i bergtunn-1ar.

Anslutningen titl lokalnäten förutsättes ske via värme-

växlare Í terminaler i anslutning till de lokala pro-duktionscentra.

Investerings- och kostnadsberäkningarna genomfördes

under hösten 1975 med då gällande prisnivå. För över-

föringsledningar 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'

4

4

3B

STORSKALIG FJÄRRVÄRMEöVERFöRTNG I. OINKL¡iDDA BERGTUNNLAR

Förutsättninqar

Som nämnts under 1.1 kan trangport av varmvatten i oin-klädda bergtunnlar vara ekonomiskt intressant när detgä1ler att transportera s:tora energimängder en lång

sträcka. Det bör vara ekonomiskt konkurrenskraftigtjämfört med ett konventionellt system både när det gä1-

ler anläggning och drift, och dessutom blir värmeför-lusterna mindre, undantagandes den första tiden, då

närmast kringtiggande berg värms upp-

Vid en öppen utformning av överföringssystemet kan varm-

vattnet vid bergtunneltransport inte ha högre tempera-

tur 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 avlän-kas i Uppsala vid maximal belastning i Stockholm. Ef-ter smärre förluster i överföringen kommer ca 1 850 MW

titl huvudterminalen i Akalla. Därifrån pumpas vatt-net i ett interkommunalt system ti11 olika terminaleri Stockholmsregionen. Detta system kan utföras antin-gen med konventionell teknik, d v s med ståIrör i tunn-lar, eller även fortsättningsvis i oinklädda bergtunn-Lar, åtminstone för de mest bel-astade delarna. Båda

alternativen har beräknats r s€ 4.12.

4.2 nrforderliq tunnelarea för huvudtunnlar

I tunnlarna framföres alltid vattnet under relativtstort tryck, varför i princfp temperaturen skulle kunna

vara högre än 1O0o c. Av säkerh.ets.skäl har vi dock ejj- utredningen räknat med denna möjlighet, dels på grund

aV oVisSh.eten om bergbeskaffenheten och grundvattentryckdels då det är ovisst om det går att klara tryckslag

1

39

och svallningsproblem utan att gå upp tiIl marknivåmed tryckl-ös vattenyta.

Temperaturförhållanden vid full kapacitet framgår av

kopplingsschema fig 9. Vid ankomsten til1 huvudtermi-nalen i Akall-a, beräknas vattnet ha 98o c temperatur.Då returvattentemperaturen är ca 680 C, erhåI1es en

temperaturdifferens på 30o C. Motsvarande differensvid. kraftverk blir ca 31o. För att under dessa förhål-landen transportera en energimängd på 2 200 MI^I erford-ras ett vattenfl-öde på ca 17 m3,/sek.

Bergtunnlarna kan utföras antingen som konventionef.ltsprängda tunnlar, som slätsprängda tunnlar eller som

fullortsborrade tunnlar. Då tekniken för fullortsborr-ning j- våra hårda bergarter gått framåt på senare år,och dessa tunnlar erbjuder stora fördelar just för detaktuella faIIet, se pkt 4.3, har vi räknat. med dettaalternativ i första hand. Sprängda tunnlar har dockhela ti-den beaktats som sidoalternati-v.

Tunnelns tvärsnittsarea bestämms främst av årskostnadenav anläggningskostnad, pumpningskostnad samt värdet aveventuell skillnad i värmeförlust hos vattnet. T be-räkningarna 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 övrigtmed 1976 års prisnivå. Friktionsförlusterna har beräk-nats enligt Mannings formel. För en vattenföring av

17 m3 /s fås föIjande ungefärlÍga ekonomiska areor:

Konventionelltsprängd tunnel

S1ätsprängdtunnel

Borrad tunnel

17 m2 ("

11 m2 ("

21 m2 (friktionskonstant M = 30)

M 4s)

65)M

Tryckfallet i tunnelnoch 0,65 o/oo. Dettablir ungefär densamma

40

är för dessa fall mellan 0r60

innebär att PumPningskostnadení de olika alternativen.

Va]da areor är något under det teoretiska minimivärdet,

då det bedömts i detta fall vara fördelaktigt att spa-

ra investeringskostnad även om driftskostnaderna sedan

skulle bli aningen större.

4.3 Tunnelutförande

Som ovan nåimnts erbjuder i aktuellt fall borrade tunn-

lar stora tekniska fördelar. Utöver att från hydrau-

Iisk synpunkt en betydtigt mindre tunnelarea är möjtigkan föIjande fördelar nämnas jämfört med sprängd tun-

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 tunnlarvid 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 ignejser och många graniter är dock positiva'

Andra exempel på probtem vicl borrad tunnel kan vara

svårighet att anskaffa tillräckligt antal utrustningaroch träna upp folk för denna nya teknik i tid för etteventuellt projekt. För att borra sträckan Forsmark -

41

Fi-gur 12 Borrni-ng av bergtunnel

42

Stockholm på rimlig tid fordras omkring 12 utrustningarper 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. Vidsvaghetspartier i berget, såsom krosszoner o d, kan

dock betonginklädnad behöva tillgripas. Denna kan då

t ex utföras som förtillverkade betongelement. Even-

tuetlt kan sprutbetong i samband med bergbultnÍng använ-

das. Funktionen hos förstärknings- och tätningsåtgär-der bör låimpligen verifieras genom fullskaleförsök vidaktuella temperaturförhålIanden.

Erfarenheten visar att en sprängd tunnel normalt krävermer förstärkningsarbete för att vara säkert stabil un-der drift, inte minst på grund av den höga temperaturenoch temperaturväxlingarna. Vid passerandet av kross-zoner och dylikt krävs troligen omfattande betonginkläd-nad, antingen platsgjuten eller i form av bakfyllda'förtillverkade bågelement av betong. Vid mindre då1igabergpartier, som dock ej kan lämnas utan åtgärd, kan

möjligen sprutbetong användas, eventuellt i samband med

bergbult. I detta fall gäller dock vad som ovan sagtsbeträf f ande borrade tunnl-ar.

Kostnader för förstärknìngsarbeten har i utförda kal-kyler beräknats tiII 25 % för sprängda tunnlar och

10 3 för borrade tunnlar, räknat på uttagningskostna-den. Storleken av driftstörningar på grund av förstärk-ningsarbeten torde vara ungefär lika vid båda utföran-dena.

A11män tunnellayout för huvudtunnlar

Vid ett dubbeltunnelsystem används samma vatten helatiden för energiöverföringen. En tunnel används för

4.4

43

framledning från turbinkondensorn ti11 värmeväxlarevid terminal i förbruknJ-ngsorten och en tunnel för re-tur av vattnet. I detta fall bör vattnet vara sötvat-ten (t ex mälarvatten) som dels är miljövänligare än

saltvatten vid vattenutbyte med det naturliga grund-vattnet, dels är förmånligare med hänsyn till avsätt-ningar i värmeväxl-are och kondensorer.

Med avseende på förIäggningsdjupet talar vissa faktorerför ett stort djup och andra för ett mindre. För ettstort djup talar sannolikheten för bättre berg ochmindre inverkan på den naturliga miljön (grundvatten,markyttemperatur) samt mindre värmeförluster. För ettytligare förläggningsdjup talar att pås1ag, pumpkammare,

svallschakt och dylikt kan ordnas enkl-are samt attsjälva tunneldri-vningen förväntas bli något bittigareoch byggnadstiden något kortare. Dessa fördelar ärdock osäkra och kan elimineras av det förväntade sämreberget vid ett grundare tunnelläge.

För att passera slättområden öster och sydost om Upp-sala, där herget ligger djupt., är det antagligen nöd-vändigt 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 Fors-mark till en punkt strax öster om Uppsala och sedandärifrån til] Akalla i Stockhol-ms norra utkant.

Tunneldelen Forsmark - Uppsala dimensioneras för max

värmeöverföringskapacitet 2 200 llw samt delen UppsalaStockholm för 1 900 MW medan avtappni-ngsmöjlighet

ordnas i Uppsala för 500 ¡4W. Detta innebär vid borradedubbeltunnlar att delen till Uppsala får tunneldiamet-rar på ca 3 t75 m och delen söder om Uppsala på omkring

44

3r50 m. Avgreningen vid Uppsala består huvudsakligenav ett vertikalt schakt till en närbelägen värmeväxlare.

4.5 Terminaler och mell-anstationer

En terminal utföres i Forsmark med anslutning tilI tur-binkondensorn för uttag av värmer êrr vid Stockholm(Akalla) för överföring av värme till- ett huvudd.istri-butionsnät och en mindre liknande vid Uppsala,f ig '13.

För tunnel-drivningen utföres mellanpåslag på 15 ã 20 lrnavstånd förutom påslag vid ändarna. påslagen utbyggesför att fungera som svallbassänger och därigenom minskatryckvariationerna hos tunnelvattnet vid snabba hastig-hetsändringar. Svallschakten fungerar som expansions-kammare vid temperaturändringar hos vattnet. Vid vart-annat mellanpåslag anlägges dessutom pumpstationer förpumpning av det uppvärmda vattnet.

Svallschakten utföres genom att upprynìma transport-schakten på översta delen (ca 20 m) till en area på150 200 m2. Denna del inklädes med betong, som försupp ti1l sådan höjd att överströmning ej sker vidhögsta uppsvall. Vattenytan täckes av flytkroppar avskumplast för att hindra avångning från den varma ytan.

Med ett inbördes avstånd på 30 - 40 km anläggs pumpsta-tj-oner. Förutom att vara trans.portschakt under bygg-nadstiden skall de under drfft fungera som svalrbassän-ger eller på annat sätt vara tryckvariatÍonsdämpande.

Två olika modetler på sådana anläggningar har skisse-rats, lågtrycksuppställning och högtrycksuppställning.För bestämning av pumpstorlek har antagits en tryckför-lust i tunnel-n vid största kapacitet på 0165 m per km

samt vid vardera ändpunkten en tryckförlust på 5 m (ikondensor respektive värmeväxlare), säg totalt 90 m i

û 45

r TERI'IINAL PU'''IPSTAIIONt SVALLSCHAI(I

n\

I

ü

Ê.

/ r..-/

\rmo

G.

ðsr¡¡¡r¡r¡na

ö"ta*ur-/

((

û

\¿\

I/

/I

I

\

¡,rÄnsre

STOCKHOLM

\

c\

oo^aroL

ó lo 2okmæ

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 propeller-pumpar, 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'som där utvidgas från 80 m2 till omkring 200 m2. Gencnt

hela det vertikala schaktet byggs en mellanvägg av be-

tong upp tÍll i nivå med drivvattenytan på trycksidan.Prüîparna placeras alltså ca 20 m 1ä9re på tilloppssidanoch lyfter vatten över (evetuellt genom) betongväggen.

AA

t- -}"C

B_ B

A-Ac-c

ts

Figur 14 LågtrycksuppstäIlning av pumpar

47

Vattenytorna täcks med flytkroppar och schaktet över-byggs. Motorerna placeras över vattenytan och driveralltså med långa axlar. Vid stora svallningsrörelserhos vattenytorna får vattnet bräddas över krönet på

meLlanväggen, varvid rörelserna utjåimnas. största av-

stånd mellan pumpstationerna blir 30 km.

Vid högtrycksuppstäIlning, fig 15, place::as pumparna

på tunnelnivå, d v s ca 200 m under markytan. I dettafatl väljes centrifugalpumpar, som kan utföras för storkapacitet. På grund av risk för vattenläckage melland.e oinklädda tunneldelarna begränsas dock lyfthöjdent.il1 30 m. Fyra pumpar på 6 m3/s, varav en i reservtorde 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 led-ningsschakt. som alternativ ti11 svallschakt upp t,iI1markytan har skisserats två kammare, en på var sida om

pumphallen, där framlednings- och returtunnlarna för-bindes. Dessa kammare är cirka 40 m höga och vidgas isin övre del samt förses med en skiljevägg av betongupp til1 6 - I m under tak. Vid max drift ligger vat-tenytorna på var sida om betongväggen med ca 30 m höjd-skiltnadr îtêrl vid större svallningsrörelser får vattnetströmma över betongväggen, varvj-d utjämning (dämpning)

åstadkommes. För att kompensera det höga normala tryc-ket hos tunnelvattnet måste bergrummet över vattenytor-na 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 tryckkammareIösning, som troligen endast motiverasönskar transportera hetvatten av högre

är en avanceradi det faIl man

temperatur.

E]

"ryII I

.i

.*Ø-l

48

ÊÐ

î

I A

__1I

_l

t.

l1_

"iPLAN

ïxl -Tä:j:::il li:.il

-i+- Ftt

R

A_A

I A

B-B

A

Figur 1 5 HögtrycksuppstälIning av pumpar

49

4.6 Driftförhå11 anden

Temperatur

Som nämnts under 4.2 räknas i första hand med att vat-tentemperaturen ej överstiger 100o c. Högre tempera-turer är otänkbart om pumpstationerna ordnas för 1åg-

trycksuppstä1lning enligt 4.5. Med högtrycksuppstäIl-ning är det som nämnts tänkbart med högre temperaturpå vattnet, men detta har ej tillgodoräknats i projek-tet på grund av främst osäkerhet beträffande bergkvalj--teten. Med detta alternativ skulle det dock vara tänk-bart att man höjer temperaturen över 100o c. lå måste

dock även mellanliggande svallschakt utformas så att de

kan trycksättas.

Under tunnelns första drifttid kommer berget kringtunnlarna att ackumulera en hel del värme' vilket le-der till att vattnef- initiellt får en lägre temperaturvid framkomsten tilt Stockholm än vid långtidsdrift.Vid borrade tunnlar kommer vattentemperaturen i fram-ledningstunneln efter en månads drift sjunka 3r0o på

sträckan Forsmark-stockholm, efter ett år 1 r50 och ef-ter 10 år mindre än 1r0o. Temperaturförlusterna i re-turtunneln är ungefär hälften så stora. Alternativetmed sprängd tunnel- ger något större temperaturförlus-ter.

Angivna exempel på temperaturförluster gä11er vid full-överföringskapacitet. Vid t ex halv överföringskapaci-tet med 8,5 m3 /s 1 OOo-vatten blÍr temperatursänkningendubbelt så stor.

De ovan beräknade temperaturförlusterna hänför sigtill- värmeledning i berget. Om vattenutbyte skull-e ske

till- grundvatten på sådana ställen, där man ej lyckatstäta vattenförande s1ag, blir temperatursänkningenstörre.

50

Hur mycket är s.vårt att säga ¡ îtêrl med tanke på propor-tionerna mellan ÍnIäckande vatten (några L/sl och vat-tenföringar 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 förIäggnings-djupet, dels på pumpordnj-ngarna.

Högsta tryck vid normal drift, d v s efter en pumpsta-

tj-on, bör motsvara rådande grundvattentryck i berget.Detta innebär att trycket före pumpstation ligger20 à 30 m 1ägre än grundvattentrycketr Ítêrl vid före-slagna stora förläggningsdjup och Iåga vattenläckagefrån tunnlarna bör detta inte ha någon betydelse. Prin-cipen ger dock mj-nimalt vattenutbyte mellan tunnelvat-ten och grundvatten.

Vid tryckdifferenser (svallning) i systemet kommer tem-

porärt vattenytan i svallschakt e d att röra sig upp

erler ned. Des.sa hastiga rörelser påverkar inte grund-vattnet eller principen i övrigt. Speciella anordnÍn-gar måste dock eventuellt vj-dtas vid svallschakten föratt förhindra yttre skadegörelse vid uppsvall.

På grund av tunnelns djupläge kommer tunnelvattnet attnormalt alltid stå under högt tryck, omkring 20 atö.Endast vid terminalernar vid svallschakt och eventuelltvid pumpstatj-onerna är vattentrycket Iägre.

Värmebalans

Värmeförlusterna i tunnlarna blir relativt stora underden första drifttiden. Vid full effekt och borrad tun-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 knappthälften så stora. Vid sprängd tunnel blir förlusternaomkrj-ng 35 % större

¡¡änsYn harca 15 Mltil i

tagits till värmetillskottet från pumpni-ngen,

var riktning vid 17 m3 /s.

De låga temperatur- och värmeförlusterna från tunnelnberor på bergets ringa värmeledningsförmåga. Med tidenmagasineras dock stora värmemängder i omgivande berg,efter ett år har t ex 1,3 TWh lagrats och efter 5 år4r3 TWh. Den j- berget lagrade värmen kan i någon mån

återvinnas om kallare vatten transporteras genom tun-neln. Detta torde ej ha någon nämnvärd praktisk bety-del-se, då man får begränsade uppvärmningseffekter på

eventuellt genomströmmande kallt vatten-

4.7 Mil j öaspekter

Den yttre mÍljön längs tunnelsträckningen kan påverkas

med avseende på dels grundvattnet, dels uppvärmning av

marken.

Med det stora förläggningsdjup, som föreslås, bör in-verkan på grundvattnet vara mycket liten- Oftast ärberget i det stora hel-a tätt och in- och utströmning av

vatten sker endast lokalt vid t ex sprick- och kross-zorler, Om dessa tätas med t ex injektering och betong-bågar bör sedan utbytet mellan tunnelvattnet och natur-ligt grundvatten vara minimalt.

För att ytterligare förhindra uppblandnÍng med grund-

vattnet eIler avsänkning av grundvattenytan skall vat-tentrycket i tunnlarna håll-as Í sådan storleksordningsom motsvarar grundvattenytans läge. Med föreslagnadjupa tunnelförläggning inverkar olika nivåer på grund-vattenytan eller tryckförändringar i tunnelvattnet re-lativt sett lite på funktionen i förhållande till grund-

vattnet.

52

För att det tunnefvatten som trots allt möjligen 1äc-

ker ut i berget inte skall förändra grundvattenkarak-tären på ogynnsamt sätt, bör vattnet i tunnlarna utgö--

ras av insjövatten. Kommunikation med }Iälaren ellerannan lämplig sjö ordnas för påfyllning av vatten.

Då vattenväxlingen med grunden blir liten är också vär-meförlusten av denna orsak liten. Den uppvärmning av

grundvattnet, som sker på detta sätt eller genom attqrundvatten strömmar genom uppvärmt bergparti, kan be-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 fråntunneln efter många års drift ca 50o C och 30 m fråntunneln ca 25o c. Detta är visserligen betydligt mera

än den naturliga temperaturen omkring 120 C som bergethar på 200 m djup. Men med beaktande av djupet är detdock ett mycket lokalt bergparti som blir uppvärmt' som

inte kan ha någon betydelse i stort.

En viss värmemängd matas hela tiden ut i berget och en

det kommer upp titl markytan, där uppvärmningen möjli-gen skulle kunna ha en ekologisk effekt. Vid ett tun-neIIäge på 200 m djup btir uppvärmningen strax under

markytan på grund av läckvärme efter mycket Iång tid istorleksordningen 1o C. Den viktigaste inverkan häravpå förhåI1-andena vid markytan torde vara att tjäIdjupetminskar 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 pumpsta-

tionerna vid lågtrycksuppställning kan förhållandenabti ogynnsammare. För att förhindra ångavgivning

4.8

53

(dimbildning) måste vattenytorna täckas med värmeiso-

Ierande och täta element, t ex flytbtock av skumplast.

Att markytan kring sådana schakt uppvärms lokalt kan

knappast undvikas, men torde inte ha någon större be-

tydelse.

Synpunkter på vattenkvalitet

vid transport av sötvatten Iängre sträckor i bergtunn-lar tillföres vattnet föroreningar dels genom viss ur-lakning av sjäIva berget och dels genom mer ellermindre tillskott från grundvatten. Föroreningarna ut-göres av pannstensbildande salter samt kolsyra och ivattnet Iöst syrgas. Vid uppvärmning och avkylning av

ett dylikt förorenat vatten fäl1s svårlösIiga salter utoch bildar beläggningar (exempelvi-s pannsten) främst på

värmeförande ytor. Vidare rubbas kolsyrebalansen och

risk finns att kalciumkarbonat utfälles och avsätts isystemet

Den i vattnet lösta syrgasen medverkar till risken förkorrosion i värmeväxlare och på konstruktionsmaterial.Korrosionsrisken kan mQtverkas genom val av 1ämpligt

material, t ex titan eller genom kemisk borttagning av

syret.

Konstrukti.oner: som står i kontakt med ett förorenattransportvatten riskerar således att utsättas för kor-rosion om vattnet innehåller |öst syre och vidare kom-

mer 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 del-ström, säg 1 - 5 % av det totala flödet.

En dylik reningsanläggning används lämpligen även

spädmatning och kan förslagsvis innehåIla filterför

för

54

avhärdning eller avsaltning samt eventuell utrustningför avgasning av det cirkul-erande fjärrvärmevattnet.För att underlätta valet av reningsutrustning bör vissforskning insättas, exempelvis för att utröna vilkaslags salter och i hur stor mängd dessa kommer att till-föras vattnet i det aktuella tunnelsystemet.

4.9 Inspektion i framtiden

I driftsskedet kan det möjligen vara nödvändigt att in-spektera tunneln och eventuellt utföra vissa arbeteni den. Detta skul-Ie framför allt vara fallet om någotstörre bergras skulle inträffa. Även om sannolikhetenhärför är mycket liten, speciell-t vid borrad tunnel,bör man inte helt bortse därifrån. Tidpunkten för re-parationsåtgärder torde kunna förläggas till periodermed 1åg förbrukning. Små ras bör normalt inte behöva

medföra någon åtgara.

Genom att stänga av en tunnelsektion (15 ã 20 km) mel-lan pumpstatÍon och svallschakt och Iänspumpa denna,kan tunnel göras tillgänglig för mindre arbetsredskap,efter det att tunnel-deten kylts ned genom att frj-sk-luft blåses genom den tömda tunneln. Efter ganska

kort tid bör man, under fortsatt ventilation, kunna 9åin i tunneln.

Ett al-ternatÍv för att kunna utföra inspektion och

enkl-are arbeten i tunnlarna utan att törmna på vattenär att delvis kyta ned tunneln med t ex 5Oo vatten och

sedan arbeta antingen med roboLar, utrustade med TV-

kameror och arbetsredskap, eller med kylda bemannade

undervattens f arkos ter .

En kortare tids avställning av tunnefn medför ej attden i berget magasinerade värmen hinner försvinna istörre utsträckning, varför man efter driftstart snarthar den normala värmebalansen kring tunneln.

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. Ti-den disponeras grovt enligt nedan:

Byggentreprenörens etablering

Arbeten med sänken och terminaler

Montering av borraggregat

Tunnelborrni-ng

Utsprängnj-ng av mötesPlatser

Stopp för förstärkningsarbeten

Avslutningsarbeten

Reserv

z man

I mån

z man

36 mån

^¿ man

3 mån

I man

J man

SUMMA: 57 mån

Sprängda tunnlar kan utföras på ungefär samma totalatid.

Om tillgänglig byggnadstid är kortare än ovan, måste

projektet utföras med flera mellanpåslag, vÍlket då

blir mindre ekonomiskt. Även ett mindre djupt tunnel-1äge kan tänkas minska tiden. En byggtid kortare än

50 månader är dock knappast realistLsk.

TiIl ovan nämnda byggnadstid måste läggas tid för pro-jektering, förundersökningar, beslutsfattande' d'om-

stolsbehandlÍng m m. AIlt detta torde ta ytterligare^O2 A J ar.

4.11 Interkommunalt nät

Från huvudterminalen I Akalla skall det varma vattnettransporteras t.111 underterminaler f olika delar av

Storstockholm, se flg 16. Detta kan ske enligt någon

av nedanstående två huvudprincÍper.

ä"

\î

Y

56

::: R.in I esneruNNrLALT, BoRRADF ruxNrAR f

- nde I BERG-ruNNFL

----ncjn I I<uLvERT

NAcKA

\

TYRESO

oAk\

\

ALLA

V\"\

SUNDBYBERLi

o G1

ô Õ

5km

AMMARBY

LËN

Ff TTJ ---+_-.1-- -Ð

.,5/_{ ,/''l

tþ

r-7

o

tt4 *^rorn

ù

Figur 16 Interkornmunalt nät

A

57

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 konventionellaIösningen genom att en stor värmeväxlare måste ordnasj- Akalla och att ledningar, pumpar etc nu måste dj-men-

sioneras för en ungefär 3 9gr så stor vattenmängd-

Oinklädda bergtunnlar

På de del-arr soto har högre krav på kapacitet, kan man

byta ut stålrörssystemet mot (borrade) bergtunnlar, så-

som för huvudledningen. Detta skull-e då gälJ-a delarnafram ti11 Högdalen och Värtan, vilket markerats på

fig 16, där också aktuella diametrar visas för borrade

tunnlar. Vid denna lösning behövs ingen stor värmeväx-

lare vid Akalla, men i stältet- motsvarande vid under-

terminalerna. Pumpstationer måste ordnas för samma

vattenmängd som enligt A. ovan men för betydligt mindre

tryckförIuster.

4.12 Kostnader

I nedanstående schematj-ska kostnadsberäkning har förhuvudtunneln räknats med två borrade tunnlar från Fors-mark via Uppsala ti1l Stockholm (Akalta). Al1 utrust-ning i pumpstationer m m är inräknad- Hänsyn har ta-gits tilt normala förstärkningsarbeten i berget samt

provlsori.er som behövs för att driva arbetet. För detinterkommunala systemet har båda alternativen i 4.11

räknats.

B

En post förlagts ti1l.ett projekt

oförutsedda (ospecificerade) kostnader har

Storleken är erfarenhetsmässigt vald förav detta slag på detta stadium.

58

Prisnivån är medio 1976.

Huvudtunnlar

Bergtunnlar

Pumpstationer m m

Terminaler

Administration' alImänt

Räntor under byggtid

oförutsett

Interkommunalt nät

Alternativ A

Tunnlar m rör

Pumpstatfoner

Terminaler

Administration

Räntor

Oförutsett

Alternatlv B

SUMI4A: 1 400 Mkr

860

140

30

60

200

110

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

540

140

190

50

130

90

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

ukr

Mkr

SUMMA: 1 140 Mkr

Bergtunnlar

Tunnlar m rör

Pumpstationer

TermLnaler

Administration

Räntor

Oförutsett

160

200

120

150

50

90

80

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

Mkr

SUMMA: 850 Mkr

59

4.13 Sammanfattning

Et,t överföringssystem för vattenburen värme i oinkläd-da bergtunnlar som har beskrivits har följande bas-fakta.

Av 2 200 MW värme som levereras med en högsta tempera-tur av 99o C från Forsmark kommer vid fortvarighet1 850 Müf fram till Stockholm sedan 300 MlrI levereratsvid Uppsala och 50 MI/Í avgått i förluster. Temperaturenpå vattnet är då ca 98o c. Medetst värmeväxlare avgesenergin till de lokala fjärrvärmenäten. Temperaturenpå returvattnet t,ill Forsmark blir ca 680 C.

Samtidigt levererar kraftverket 760 M!{ elkraft. Erfor-derlig energi för överföringssystemets drift är ca30 35 MhI vid fuII kapacitet.

Anläggningskostnad för huvudtunnlarna har beräknatstill 1 400 Mkr och för det interkonununala nätet ca850 Mkr (utom detaljdistribution).

5

60

JÄMFöRELSE MELLAN VÄN¡ISöVNRFöRING T STÄ.INöR OCH BERG-

TUNNLAR

Metoden att överföra hetvatten i bergtunnlar bör iförsta hand utvärderas genom en teknisk-ekonomisk jäm-

förelse med motsvarande värmeöverföring i stålrör-Andra alternativ med överföring i markförlagda plast-eller betongrör har redovisats och diskuteras kort iavsnitt 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. Jäm-

förelsen i tabellen nedan baserar sig på 5 000 MW, vil-ket motsvarar det sammanlagda värmebehovet omkring år1995. Tekniska data har ställts sarllman i Tabell I och

kostnaderna i Tabell TI. Av den ekonomiska uppstäl1-ningen framgår att anläggningskostnaden för bergtunnel-alternativet är lika hög som för stålrörsalternativete1ler något högre beroende på om det interkommunala nä-tet utförs med bergtunnlar eller stålrör. Skillnadeni pumpeffekt återspeglas i att årskostnaden för berg-tunnelalternativen är lägre än för stålrörsalternativet.

Värmeeffekten är 200 MVü 1ä9re i tunnelalternativen.Denna värmeeffekt har dock relativt kort utnyttjnings-tid (ca 2 500 timmar) och medför en ökad körning med

de oljeeldade kraftvärmeverken i systemet. överslags-mässigt antas att denna skÌIlnad i värmeeffel<'t integer något större ekonomiskt utslag.

Eleffekten från kärnkraftvärmeverket är i tunnelalter-natÍven 2OO MVr/ större. Om utnyttjningstÍden för denna

effel<t kan sättas till 5 000 timmar per år och elprj-seti 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

Interkom.ledningar Totalt

stå1rör (1650 c)

Bergtunnel (1 00o

Stålrör (1 0Oo

.A,rskostnad

(Miljoner kr)

C)

C)

1 ,65

1 ,40

0 ,6o

0r851,15

2,25

2,252,55

Huvud-ledning

Interkom.Iedningar Totalt

StåIrör (1650 c)

Bergtunnel (1OOo

Stålrör (1 00o

c)..

c) '\$

BO

10s

160

310

285

340

230

180

61

TABELL T

Tekniska data

Stå1rör Bergtunnel

Huvuddata

Värmebehov 1995

Värmeeffekt för mot-tryckskraftSamhörande eleffektti11 elnätEleffekt vid åter-kylardrift

5 000 MW

2 400 M!ìi

560 MI/'I

670 MW

5 000 MVü

2 200 MI^f

7 60 MV\r

820 MIiü

YsltcrleBpeEqlsEgr:Från mottryckskraf tverkTi11 '!,

Ti11 huvudterminalenFrån rr

Interkommunalt nät:FramtemperaturReturtemperatur

Lokala nät:Framtemperatur

Returtemperatur

r/t' I

9!êlrslr / ,l'-;;õ-;- e80

1o5o c650 c

165

65

o120 c

99

68

98

68

o

o

o

o

C

C

C

c

ocoi

c

c600

650 c 680 c

to

90 C företemperatur-spetsn j-ng

12oo c eftertemperatur-spetsning600 c

EssPe!ÍeEler:Pumpeffekt i överförings-ledningPumpeffekt i interkommu-nalt nät

30 Ml/{75 MW

20 Müü 60 MVt 1O MlV

63

Kostnaderna för kärnkraftvärmeverket uppskattas ur un-

derlag från stal-Lavat bli ca 1 00 Mkr lägre vid stål-rörsalternativet .

Tunnelalternativet ger större ledningsareor i kraft-verket, större turbinkondensorer och större generatormedan för stålrörsalternativet en extra högtemperatur-kondensor tillkonrner.

Beräkningen av skill-naden i producerad elenergi mellanalternativen är mycket schematisk. Vid noggrannare

ka1ky1 måste hänsyn tas tiII de varierande driftförhål-landena för värmeproduktionen över året samt till möj-ligheterna att fylla ut elproduktionen genom kylningav 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 alternativenvalts för att förenkla jämförelsen och är alltså inteoptimerade. För stålrörsfall-et har i SKG - STOSEB-uI-

redningen även undersökts alternativ med två avtapp-ningsaggregat i Forsmark i stället för det här antagnamottrycksaggregatet. Under vissa förutsättningar kan

det ena alternativet vara något fördelaktigare medan

det omvända gäl1er vid andra förutsättningar. Skillna-derna är dock relativt små och bör ej påverka jämfö-

relsen mellan system med ståIrör eller tunnlar.

Av de tyå undersökta tunnelalternativen är det med

tunnlar även i det interkommunala nätet ekonomiskt för-delaktigast och väljes därför vid jämförelsen med stå1-rörsalternativet. Anläggningskostnaden för värmeöver-föringssystemet är lika men för kärnkraftvärmeverketca 100 Mkr högre för tunnelalternativet. Detta kan

dock tillgodoräknas ca 100 1'1kr/âr för ökad elproduktionoch ca 25 Mkr/är som Iägre årskostnader för bl a mins-kad pumpeffekt.

Figur 17 Värme- och eleffekt över året vidvärmeverk med mottrycksturbin och

64

P R

kärnkraft-återkylare

ENT,FÑT

EÉEIli Jlt.

k+

UKT] )NÐvÞ ÀF'

>Riol.v.(p

65

Sammanfattningsvis kan konstateras att tunnelalterna-tivet synes ha en potentiell förde1 över stålrörsalter-nativet på drygt. 100 mÌljoner kronor per år.

5.2 JämföreIse med enledninqsöverföring

Margen (4) har gjort en kostnadsjämförelse mellan ettstålrörsalternativ liknande det i avsnitt 3 beskrivnaoch ett enl-edningsalternativ där markförlagda plast-eller betongrör användes, )fr fig 10r avsnitt 2.

EnlÍgt beräkningen skulle den poLentiella vinsten med

enledningsalternativet vara av storleksordningen 1 mil-jard kronor kapitaliserat eIler ungefär 1 00 miljonerkronor per år. Al-ltså ungefär sanma fördel som tvåtun-nefalternativet bedöms ha i jämförelse med stå1rörsal-ternativet.

Kostnaden för ledningen i plast eller betong Forsmark -Akall-a anges tilt 720 Mkr i prisläge februari 1976 el-ler omrä.knat till medio 1976 ca 750 Mkr.

Projektet avser värmeleverans från två aggregat i Fors-mark. Vattenflödet är 12 m3/s, varför en borrad tunnelom ca 7 ,5 m2 skulle erfordras. Om kostnaden för en en-kel tunnel om 7,5 m2 är 50 % av dubbla tunnlar om 11 mt

blir kostnaden 700 Mkr i prisläge medio 1976, alltsånågot billigare än plast- och betongrör.

En ungefär lika stor kostnadsminskning kan uppskatt-ningsvis uppstå om i stället för plast- eller betong-rör bergtunnlar även användes i det regionala systemetoch tilt utsläppspunkten vid havet.

Sammanfattningsvis kan man konstatera att ett systembestående av dubbla bergtunnlar bedöms vara ekonomisktlikvärdigt med enledarsystem i plast- eller betongrör.Lägsta anläggningskostnaden ger sannolikt ett enledar-system med bergtunnlar.

6

6.1

66

FORTSATT FORSKNING INOM OMRA,DET !'TRA,NSPORT AV VATTEN-

BUREN VÄRME I BERG''

A1Imänna f örutsättningar

Ekonomj-skt utnyttjande av bergtunnlar som "transport-rör" för olika former av fjärrvärme förutsätter normaltförhållandevis s.tora mängder vattenburen värme och Iån-ga transportsträckor. Sådan värmeproduktion kan ske

främst vid kärnkraftverk och stora olje- eller kolkraft-verk. En fortsatt utveckling av "bergtunneltekniken"med hänsyn till svenska behov beror sålunda i hög gradpå huruvj-da den framtida energiproduktionen kan komma

att ske i kärnkraftverk och,/eller stora kol- och olje-kraftverk belägna på Iämpligt avstånd från stora tät-orter.

Med hänsyn t.i1l rådande oklara läge (hösten 1977 ) be-träffande inriktning och former för framtida energipro-duktion i Sverige förefaller det naturligt att intagaen avvaktande inställning i det fortsatta forsknings-arbetet. Â andra sidan kräver förverkligandet av

"bergtunneltekniken" en förhållandevis tidskrävandeutvecklingsinsats, ca 2 - 3 år. För att ha rimlig hand-

Iingsfrihet och beredskap inför framtiden har det be-dömts motiverat och Iämpligt att projektet snarast vi-darehearbetas såväl när det gälIer studium av begränsa-de detaljfràEor i. laboratorium som förberedelser förfullskaleförsök i en bergtunnel.

Väsentliga delar av planerad fortsatt forskning är av

förhållandevis generell natur och avses ge informationom berg och bergutrymmens beteende vid hetvattenexposi-tion. Sålunda kan resultaten vä1 appliceras på andranärbesläktade projekt t ex olika former av värmelag-ring i berg , )fr ref. (1 , 2) .

67

6.2 Förslag ti11 fortsatt forskninq

6 .2.1 A1Imänt

6.2.2

Bergtekniken kännetecknas av att man normalt har ringaförmåga att kvantifiera olika frågor. Oftast får man

för1it-a sÍg på kvalitativa och i enstaka fall halvkvan-tj-tativa resonemang.

En bergteknisk metodutveckling måste därför normaltske genom prov i fält, endera i fullskala eIler i verk-lighetstrogna stora fältförsök. Endast på detta sättkan man idag på rimlig tid skaffa sig en samlad kuns-kapsbild.

Ett större fältförsök i fulI skala är därför en natur-lig väg för att få fram ett generellt konstruktionsun-derlag f ör värmeöverföri-ngssystem i berg.

Då kraven på driftsäkerhet hos sådana system är höga,krävs förhållandevis grundlJ-ga och omfattande fältför-sök. Det tämligen kostsamma försöksarbetet torde dockvara väl motiverat sett i relation titl de investerin-gar som diskuteras och konsekvenserna av driftstörnin-gar.

E gl I qEc I e E Þ r g qL -Eed -þe !ye !!et !r e!epe t! _ I _þe r g ! gllc _r

Ett fullskal-eförsök utföres i en särskilt gjord tunnel,helst í anslutning ti11 ett befintligt fjärrvärmenät,lämpligen genom att tidigarelägga en planerad fjärrvärme-tunnel. I fig 17 har skisserats en tänkbar utformningav försöksanläggningen. TiIlgång ti11 tunnelnedfart ochhetvatten är nödvändiga förutsättningar för försöket.

Försökstunnel med en längd på minst ca 300 500 m börvara belägen i "svenskt normalberg" (gnejser, urgranit)och omfatta en sprängd del och helst en borrad deI. Urförsökssynpunkt torde t ex Atlas Copcos miniful-l-facervara möj1ig. Utrustningen är snabbmonterad, Iätt och

6B

smidig och ger en 3 m2 stor tunnel. Hetst bör dockutnyttjas ett större, 10 = 12 fots fullborraggregatför att ge helt verklighetstrogna förhåIlanden.

I fig 1 I redovj-sas några av de viktigaste mätstorheter-na. Dessa kan registreras såväl i bergborrhåI frånmarkytanr solrr i tunneln. Det krävs ett komplj-ceratmätprogram, som bör pågå under några års tid. Erfaren-heterna från pilotprojektet vid Ugglevikskäl-Ian (jäm-för avsnitt 1.2) indikerar att vi i huvudsak behärskarmätproblemen.

Kostnaderna för försöken är avsevärda. Byggande avmj-ndre tunnel och erforderliga installationer tordeligga i en storleksordning mellan 2 à 3 miljoner kro-nor. Härtill kommer kostnaderna för utrustning, mät-ning j-nklusj-ve personallöner under ca 3 års tid på istort sett motsvarande kostnad. En större och längreförsökstunnel, som ger mer information, bör dock över-vägas med hänsyn til1 diskuterade mycket stora inves-teringar och krav på ett titlförlitligt bedömningsunder-rag.

6-2.3 9g¡gerlers-þelye!!e!lQglrshet samt värmeväxlartekni-k

Anslut,ning tiIl befl.ntliga fjärrvärmenät förutsättereffektiv värmeväxling vid små temperaturdifferenseroch stora vattenvolymer. Hetvattentransporten inne-bär att små mängder bergartsmineral löses ur tunnel--väggarna och förväntas ge vissa problem genom ut.fäll-ningar o d i värmeväxlarsystemen. Idag saknar vi kun-skaper beträffande dels mängder av utlöst material iform av t ex kalcium- och natriumförening, dels huroch i vilken form fasta utfälInÍngar kan komma attske, jfr avsnitt 4.8.

För närvarande studeras vÍd CTH/geologi inom ramen förBeFos värmelagringsprojekt inverkan av hetvatten på en

69

È::fo-(')z.(]t--J:))¿&(-)

zzIIL!

JLrlzzft'--tll:æ.

's0lÈ.

[-

(9(DfJo,(9zot-Lllm

BORRAT

HAL

CA ¿OMSPRUTBETONG

CAlOM 200 - 500 M

SLÄTSPRANGD TUNNEL BORRAD TUNNEL

AKTUELLA ¡,I.ITNINCAR OCH UNOBNSöXNTNGAR

o undersökning av värmeväxlarfunktiono temperaturförlust (vattenmängd och temperatur)o temperaturspridning (borrhå1smätníng)o besiktning av bergyta (okulärt, borrhålskikare)o'uppluckringsmätning (multiplextensometermätning)o klyftvattentrycko kemisk analys på vatten och provkroppar i tunnelo betongspänning i sprutbetong (9Iötzlceller)

Mindre ful-lskaleförsök för provning avvattenburen värmetransport i bergtunnlar

Figur 1 I

70

rad svenska bergart'er under varierande förutsättningar,vilket ger vissa baskunskaper. En naturlig fortsätt-ning omfattar storskaliga laboratorieprov där värmeväx-lingsproblematiken i.ngår. Proven har preliminärt pla-nerats ske vid Statens Vattenfallsverk i befintlig ut-rustning, som medger långtidsprovning av bergarter vid980 c och värmevåixling.

Denna forskning är också en nödvändig grund för att be-döma problem i och val av reningsutrustningar o d.

Andra områden som bör studeras rör tämpligheten av attpåverka vattenkvaliteten genom tillsats av inhibitorereller 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 g - I -þe rs

buren värme-!8r-lsgEirs av vatten-

Inom BeFos projekt "Lagring av värme i berg" (ref. 1

och 2) pågår förberedelsearbeten för demonstratj-on av

tekniken i en stor fältanläggnìng. En rad frågeställ-ningar är till karaktären likartade med föreliggandebergtunnelprojekt varför projektprogrammen bör b1i sam-

ordnade i största möjliga utsträckning.

Sådana frågor rör exempelvis värmeväxIare och stabili-tet, som avses i nämnt försök bli grundligt studerade.I vj-lken omfattning resultaten av dessa försök kan kom-

ma att komplettera e1ler på annat sätt förenkla etteventuellt fullskaleförsök i bergtunnlar är idag svår-bedömt. Ett fullskaleförsök ì. bergtunnlar bedöms dock

helt nödvändÌgt som underlag för beslut beträffandeframtida satsningar på bergtunnelsystem för fjärrvärme-transport.

6.3.2

71

undersökninsaE_ i _g !f lPe-gEgyg- f 9[-5E g -P-

g]-F.D--:---;---.

ï samband med undersökningar för lagring av radioaktivtavfall i berg t Strlpa gruva har värmeproblemen givitsen serf.ös beh.andling. Såväl f rån svensk som amerikansk

sl.da utför man experfment i syfte att utröna värmesprid-nlngs- och. stabilítetsproblem vid värmeavgivning frånradioaktivt avf allsmaterial .

Mycket i detta material är av direkt intresse för värme-

transporter Í bergtunnlar.

7.

72

SAMMANFATTANDE SLUTSATSER

Utförd översiktlig teknisk:ekonomisk värdering beträf-fande möjligheten för överföring av vattenburen värme

direkt i oinklädda bergtunnlar kan för det studeradefal]et = överföring av ca 2 000 MW värme i dubbeltunnel-vid ggi68o C temperatur och 17 m3 /s vattenflöde sam-

manfattas I följande huvudpunkter.

Ur teknisk-teoretisk synpunkt torde det vara heltrealistiskt att transportera hetvatten direkt ioinklädda bergtunnlar. Bergtunnelöverföring kanutföras enklare jämfört med traditionell stå1-rörsteknik i tunnelavsnitten, genom slopade rör-installationer. Å andra sidan kräver bergtunnel-överföring dubbla tunnlar och mer omfattande ter-minalinstallationer. Detta innebär att bergtun-nelalternativet för närvarande endast bör tilläm-pas där man avser att överföra stora värmemängderi vatten förhållandevj-s 1ånga sträckor. Bergtunn-lar kan med fördel även användas i enledarsystemmed havsvatten som värmebärare.

Värmetekniskt bör överföring i bergtunnlar erbju-da jämförbara e1ler bättre förtrållanden än mot-svarande överföring i isolerade stålrör. Efterett initiellt uppvärmningsskede torde temperatur-fall och värmeförluster vara mycket måttliga.För ett system enligt ovan förväntas totala tempe-raturfallet mellan Forsmark och Stockholm vara ca10 C och motsvarande värmeför1ust ca 2 - 3 Z.

Risk för utfällningar och korrosion i värmeväxlar-systemen där små temperaturdifferenser än nödvän-dlga moti.verar forsknings- och utvecklingsarbeteinom detta område.

2

3

73

Från bergteknisk synpunkt torde de värmespännin-gar som uppstår i berget kring tunneln ej ge upp-

hov tiII nämnvärda stabilitetsproblem vid nogg-

rant utförd tunnel. Â andra sidan är teknikenoprövad och bedömningen innehålIer de osäkerheter,som är normalt för konstruktioner i berg. En ti1l-lämpning i stor skala kräver därför omfattande ut-provning i stora fältförsök.

Man kan icke helt bortse från smärre ras i berg-tunnlar, men tidpunkten för eventuella reparations-åtgärder borde kunna vä1jas lämpligt med hänsyn

till yärmebehovet under året.

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 bergtunnelalternativvara gynnsamt.

Inverkan på miljön är obetydlig. Påverkan frånutläckande värme kan försummas. Grundvattenytanförblir opåverkad då tunnlarna går fyllda med

vatten i tryckbalans med grundvattnet.

Investerings= och driftskostnaderna för system med

bergtunnelöverföring blir genom dubbeltunnelarran-gemanget och större terminaler av sanma storleks-ordning som för ett stålrörsalternativ. I detstuderade Forsmark-stockholmsfallet har anlägg-ningskostnaden beräknats till drygt 2 miljarderoch årskostnaden till ca 300 miljoner kronor. Ge-

nom Iägre temperatur i vattnet i bergtunnelalter-nativet erhålles möjlighet för en större elproduk-tion, yilket i det studerade fallet 9er bergtun-

4

5

6

74

nelalternativet en potentiell fördel värderadtill ca 100 miljoner kronor Per år.

Slutord

Ovanstående slutsatser är baserade på förenklade anta-ganden och befintligt material i utredningar och forsk-ningsrapporter. Ett fördjupat studium torde antagligeninnebära ändringar beträffande förekommand.e siffervär-den 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 kärnkraftverkutnyttjas med uppoffring av viss elproduktion erbjuderen rad intressanta möjligheter att hushåtla med ener-gien och nedbringa vårt behov av olja för uppvärmning.

En lämplig sträckning av tunnlarna ger möjlighet attenkelt ansluta - direkt eller indirekt - samhälIen mel-lan Stockholm och Forsmark t.iIl fjärrvärmenätet, liksomman kan tänka sig användnLngsområden för 1ågtemperatur-vattnet i returledningen t ex växthusuppvärmning, id-rottsanläggningar etc.

,

8

75

REFERENSER

S Bjurström m fI, Hetvattenlagring i bergrum.Bergtekniska konsekvenser av lagrj-ng av varmt vat-ten i oinklädda bergutrymmen. ReFo-rapport,Stockholm 1974

S Bjurström m fl, Lagring och transport av värme

i berg. Fältförsök. BeFo-rapport 11 214/77 ,

Stockholm 1977

R Lindskog & Arne Göransson, KÄRNVÄRMEDTSTRIBU-

TION. Varmvattentransport i oinkl-ädda bergtunn-lar. Förförsök. VBB-rapport, mars 1976, Stock-holm

P Margen, "Värmetransport från Forsmark till Stor-stockholm med envägsledning", AB AtomenergiTPM-VS-175/1

5. STOSEB, Utredningar

2.

3.

4

6

7

KBS-rapportr "Förglasat(del II geologí och delStockholm 1977

avfall från upparbetning"III anläggningar).

O T Blindheim, Fjellforhold - FullprofilboringBeFo-rapport 17 z2/77 , Stockholm 1977