I motsats till vad många tror utgörs geoenergi i huvudsak av solenergi, som passivt lagras i mark och berg. Solenergin når – tack vore direktinstrålning, nederbörd och vind -  ner till ett djup av ca 10 m, där temperaturen är ungefär lika hög som årets medeltemperatur i luften. På större djup fås en gradvis ökning av temperaturen tack vare värmen som alstras i jordens inre och som strömmar upp mot markytan – så kallad geotermisk värme.

Geoenergi är samlingsnamnet för bergvärme, jordvärme, sjövärme och annan energilagring i jord och berg.

Med hjälp av geoenergianläggningar kan vi utvinna geoenergi för att både värma och kyla våra hus. När vi vintertid utvinner värme, kyls jord/berg något för att under sommaren åter värmas upp (återladdas) med hjälp av hjälp av solvärme (ovanifrån) och en del geotermisk värme (underifrån). I de vanligaste geoenergianläggningarna är dock det geotermiska värmebidraget mindre än 5% av det totala värmeinflödet.

Passiv geoenergi
- uttag av värme och kyla

Det vanligaste systemet, bergvärme, används

företrädelsevis till villor men även fastigheter med mer än 100 lägenheter. Oftast borras en slangförsedd energibrunn till 100-200 meters djup på den egna fastigheten. En köldbärarvätska cirkuleras i slangen och hämtar värme från berget. Systemet är slutet och kräver minimalt med underhåll. Systemet kan även användas för komfortkylning vilket i så fall genererar ett gynnsamt tillskott till värmesäsongen genom återladdning.(Läs gärna vår folder om bergvärme.)

Ytjordvärme används istället för bergvärme då man har en större tomt. Slangar plöjs eller grävs ned på ett djup av ca 1 m. Systemet bygger oftast på att frysa en del av markens fuktighet. Vid  frysningsprocessen frigörs stora värmemängder (isbildningsvärme) som förs över till köldbäraren i slangsystemet.

Ytjordvärme kan inte användas för komfortkylning eftersom temperaturen i marken blir för hög.

Grundvattenvärme är det effektivaste sättet att nyttja geoenergi. Detta beror på att marken på djupet har en konstant temperatur året om, se bild 1. Grundvattnet som energibärare pumpas ur en eller flera brunnar och återförs till grundvattenmagasinet igen efter värmeuttaget. Systemet förutsätter att det finns uttagbart grundvatten inom eller i närheten av fastighetens gränser.
Grundvatten kan med fördel också användas för komfort- och processkylning. Systemen är oftast storskaliga.

Aktiv geoenergi: borrhålslager
- lagring av värme och kyla

Borrhålslager används till större fastigheter och industrier som både behöver värme och kyla. Det är i princip samma teknik som bergvärmen, men med tätt sittande borrhål vilket skapar förutsättningar för aktiv säsongslagring av

värme och kyla genom att en större bergsvolym värms eller kyls. Principen för det vanligaste systemet framgår av bild 4.

Under vintern tas värme ur berget som då kyls ned. Det nedkylda berget används sedan under sommaren för produktion av komfortkyla. Vid uttag av kyla återvärms berget till ursprunglig temperatur. På så sätt utnyttjas energin mer än en gång. Lagret blir effektivare ju större det är. I de flesta fall är lagervolymen större än 100 000 m3 med ett 30-tal borrhål. Det finns dock flera svenska exempel på betydligt större lager med mer än 100 borrhål. Avståndet mellan borrhålen är oftast 4-6 m. Antalet hål, håldjup och avstånd beror, förutom energilastens storlek, främst på geologin och bergets termiska egenskaper.

Borrhålslagren kräver förhållandevis liten yta och oftast går det att utnyttja parkeringsplatser, grönområden och liknande. Det finns också exempel på lager som ligger under byggnader.

Borrhålslagren innehåller inga rörliga delar och kräver därför ett minimum av tillsyn och underhåll. Dessa lager har dessutom en mycket lång livslängd och kan i princip avskrivas i samma takt som de fastigheter de betjänar. Tillståndsprocessen är vanligen enkel.

Under utveckling är värmelager för hög temperatur som kan användas både som säsongs- och korttidslager kopplat till fjärrvärme eller industrier med stora mängder spillvärme. Ett sådant borrhålslager kan även användas till säsongslagring av solvärme.

Geoenergi i Sverige

Sverige är det land i världen som använder mest geoenergi per capita räknat. Skälet till detta är sannolikt det stöd för teknisk utveckling som dåvarande Byggforskningsrådet (BFR) stod för från sent 70-tal fram till och med tidigt 90-tal samt att branschen har varit snabb att anamma konceptet.

Under 80-talet var ambitionen att använda geoenergi för att minska vårt stora oljeberoende. Detta ledde till att en första våg av system med geoenergi kom till stånd under 80-talets första hälft. En andra våg påbörjades under mitten av 90-talet då oljepriset åter igen sköt fart, se bild 6.

Den sista epoken har dock understötts av en ökad miljömedvetenhet, där framför allt frågor som handlar om hur vi skall motverka utsläppen av växthusgaser gett extra näring till geoenergin.

Geoenergi – samhällsnyttan

Från början av 90-talet fram till nutid har Svenska värmepumpföreningen (SVEP) fört statistik på hur många och vilken typ av mindre värmepumpar som sålts i landet. Baserat på denna statistik har andelen värme som kommer från geoenergin uppskattats. Totalt rör det sig om ca 600 000 anläggningar

varav ungefär hälften kan klassas som markvärmepumpar. Dessa uppgifter tillsammans med statistik över energibrunnar (SGU:s brunnsarkiv) gör att det finns ett tämligen gott underlag för att beräkna hur mycket geoenergi vi använder i våra bostäder och lokaler.

Härtill kommer ett antal större värmepumpar som ligger som basvärme till våra fjärrvärmeverk samt ett större antal som betjänar offentliga och institutionella lokaler. Den sammantagna bedömningen är att 10-12 TWh av den värme som tillförs våra bostäder och lokaler kommer från marken. En vetenskapligt framtagen utredning anger en leverans av 22 TWh värme, men inkluderar då alla typer avvärmepumpar (Nowacki 2007). Denna utredning utgår från att värmepumparna har en livslängd av ca 12 år. Det kan i detta sammanhang noteras att marksystemen med bergvärme, ytjordvärme eller grundvattenvärme har en livslängd som är betydligt längre än så (50-100 år).

Bortsett från brister i det statistiska underlaget kan konstateras att geoenergin redan idag står för en betydande del av vår bostads- och lokaluppvärmning.

De båda lagringssystemen med kombinerad produktion av värme och kyla till större fastigheter har under senare år vuxit snabbt på energimarknaden. Idag finns det minst 300 borrhålslager och ett 100-tal akviferlager i drift. Dessa bedöms årligen leverera ca 0,5 TWh förnybar värme och kyla. Produktionen av kyla sparar en betydande mängd el som annars skulle ha använts som annars skulle ha använts för driften av kylmaskiner.

Geoenergi – prestanda och ekonomi

Systemen med värmeuttag av geoenergi, där temperaturen förädlas med hjälp av värmepump, har vanligen en energifaktor som ligger i intervallet 3-5. Med energifaktorn (SPF) skall förstås att det åtgår 1 kWh el för att producera 3-5 kWh termisk energi (värme och kyla).

Det som påverkar energifaktorn mest är typen av system, vid vilken temperatur geoenergin genereras samt vid vilken temperatur fastigheten värms upp. Erfarenhetsvärden på systemens prestanda visas här nedan.

Siffervärdena i tabellen är ungefärliga och bygger på att geoenergin ersätter antingen olja eller vattenburen elvärme. Vidare förutsätts att uppvärmningen av huset kan ske med en temperatur av + 45-50oC, samt att den ersatta energin har ett besparingsvärde av ca 1 kr/kWh. Tabellen gäller för ett geografiskt läge i Mellansverige.

Anläggningskostnaden är normalt sett lägre för ytjordvärme än för bergvärme, men samtidigt är värmefaktorn lägre beroende på en lägre temperatur på vätskan i slangarna. Därför finns en viss skillnad dessa två vanligaste system emellan. Klart står dock att grundvattenvärme är det effektivaste systemet, mycket beroende på en hög och jämn arbetstemperatur. Här skall dock sägas att tillkommande underhållskostnader för problem med brunnar kan minska lönsamheten.
Motsvarande erfarenhetsvärden för systemen med säsongslagring av kyla och värme framgår av tabell 2.

Systemen med lagring uppvisar en högre energifaktor än de passiva systemen med i tabell 1. Detta beror på att den del av energin som utgörs av kyla produceras med en energifaktor som som är betydligt högre än den för värmeproduktionen. Allra bäst i detta avseende är akviferlagren som vid kylproduktion oftast ligger med en faktor runt 40. Då lagringssystemens samlade energifaktor är hög beror det på att kylbehovet är stort.