Norsk English
Prosjekt

GHOST DigiT

Vi utvikler digitale løsninger som fremmer geotermisk varmelagring som en miljøvennlig, skalerbar energilagringsmetode.

Kontaktpersoner

Prosjektoversikt

GHOST DigiT er et forskningsprosjekt som utvikler digital tvilling-teknologi for geologisk varmelagring. Prosjektet undersøker hvordan varmelagringssystemer i undergrunnen kan designes, overvåkes og driftes mer effektivt ved hjelp av avansert numerisk simulering, dataintegrasjon og optimaliseringsmetoder.

GHOST DigiT retter seg mot underjordisk energilagring, ofte omtalt som underground thermal energy storage (UTES). Dette omfatter blant annet Borehole Thermal Energy Storage (BTES) og Fractured/Aquifer Thermal Energy Storage (FTES/ATES). Slike systemer kan spille en viktig rolle i sesonglagring av energi og i integrasjonen av fornybar varme i fremtidens energisystemer. Ved å kombinere fysikkbaserte simuleringsmodeller med driftsdata skal GHOST DigiT bidra til å redusere usikkerhet og gi bedre beslutningsstøtte gjennom hele levetiden til slike anlegg.

Mål og omfang

Hovedmålet med GHOST DigiT er å utvikle digital tvilling-teknologi som kan støtte både design og drift av geologiske varmelagringssystemer. Dette omfatter blant annet å:

  • videreutvikle simuleringsmodeller for BTES og F/ATES på relevante romlige og tidsmessige skalaer
  • integrere observasjonsdata for kalibrering og kontinuerlig modelloppdatering
  • muliggjøre optimalisering av systemdesign og driftsstrategier under usikkerhet

Prosjektet dekker hele arbeidsflyten fra modellering av undergrunnen til operasjonell beslutningsstøtte. Det legges særlig vekt på metoder som er skalerbare, robuste og anvendbare for reelle industrielle og urbane varmelagringssystemer.

Fremskritt innen simulering

Prosjektet har gjort betydelige fremskritt i utviklingen av avanserte simuleringsverktøy for BTES- og F/ATES-systemer. Eksisterende geotermiske simuleringsverktøy er videreutviklet for bedre å kunne representere og analysere:

  • komplekse borehullskonfigurasjoner og systemer med flere brønner
  • koblet varmetransport og væskestrømning i heterogene og oppsprukne geologiske formasjoner
  • langsiktig termisk utvikling og samspill med grunnvannssystemer

Disse utviklingene gjør det mulig å modellere både lade- og utladingsfaser på en mer realistisk måte. Modellene kan også brukes til å analysere varmetap, termisk interferens og systemeffektivitet over mange års drift. Resultatene benyttes både til systemanalyse og som kjerner i digitale tvillinger i operasjonelle studier.

Digitale tvillinger i GHOST DigiT

I GHOST DigiT forstås en digital tvilling som en levende, fysikkbasert modell av et geologisk varmelagringssystem, der modellen kontinuerlig oppdateres med data. Dette går utover tradisjonelle, statiske simuleringsmodeller og omfatter:

  • regelmessig oppdatering og kalibrering ved hjelp av driftsdata
  • eksplisitt håndtering av usikkerhet og sensitiviteter
  • bruk av modellen til prediksjon, optimalisering og beslutningsstøtte

Selv om etablering av komplette digitale tvillinger ikke ligger innenfor prosjektets omfang, utvikler GHOST DigiT muliggjørende teknologier som kobler modeller av undergrunnen med overflateanlegg og driftsbegrensninger. Dette gjør det mulig å evaluere alternative driftsstrategier og støtte informerte beslutninger både i daglig drift og i langsiktig planlegging.

Differensierbar simulering og gradientbaserte metoder

En sentral metodisk nyvinning i GHOST DigiT er utvikling og bruk av differensierbar simulering. Når simuleringsmodellene gjøres differensierbare, blir det mulig å beregne nøyaktige gradienter av ytelsesmål med hensyn til modellparametere og kontrollvariabler. Dette åpner for effektive gradientbaserte metoder for:

  • modellkalibrering og dataassimilering
  • sensitivitetsanalyse
  • optimalisering av designparametere og driftsstrategier

Slike metoder er særlig verdifulle for geotermiske lagringssystemer, der geologisk kompleksitet ofte må håndteres samtidig som detaljerte data fra undergrunnen er begrenset.

Casestudier og demonstratorer

Metodene og de digitale tvilling-konseptene som utvikles i GHOST DigiT, demonstreres og valideres gjennom flere reelle casestudier:

  • Wesselkvartalet (Oslo): Et urbant BTES-system som brukes i prosjektet til å studere samspill med grunnvann, varmelekkasje og alternative driftsstrategier.
  • GeoTermos (Drammen): Generiske og skalerbare BTES-konsepter med vekt på systemdesign, ytelsesvurdering og kobling mot overflatebaserte energisystemer.
  • Kvitebjørn / Skattøra (Tromsø): Et fullskala sesonglager for geotermisk varme som brukes til å undersøke kalibrering mot prediksjon, forsinket termisk respons og operasjonell usikkerhet.
  • LKAB / Kiruna-related concepts (Narvik): Konsepter for storskala industriell varmelagring, med vekt på langtidslagring og integrasjon i energiintensive industrielle prosesser.

Til sammen sikrer disse casestudiene at prosjektets resultater er forankret i praktiske utfordringer og realistiske driftsbetingelser.

Vitenskapelige resultater

GHOST DigiT har produsert, og fortsetter å produsere, vitenskapelige resultater rettet mot både geotermimiljøet og fagmiljøer innen anvendt matematikk. Resultatene omfatter blant annet:

Konferanseartikler og fagfellevurderte publikasjoner

Presentasjoner på internasjonale konferanser og andre arenaer

Åpne og representative modeller, algoritmer og simuleringsrammeverk

  • Fimbul.jl – Julia-basert verktøykasse for geotermiske simuleringer

Annen publisering

Mer informasjon om de industrielle casestudiene

Skattøra

Kvitebjørn Varme AS leverer fjernvarme til hele Tromsøya. Ruden Energy utvikler en høytemperatur UTES-løsning ved Skattøra i Tromsø, der varme skal lagres ved 140°C i 300 meter dype brønner. Formålet er å lagre varme som produseres om sommeren, slik at den kan utnyttes om vinteren. Varmen fra Kvitebjørn Varme produseres gjennom avfallsforbrenning med varmegjenvinning. Anlegget har som mål å oppnå en utladingskapasitet på 6–8 MW og et lagringsvolum på 20 GWh. Ved å utnytte denne varmen vinterstid kan behovet for elektrisk oppvarming reduseres ytterligere. De viktigste forskningsutfordringene ved Skattøra er knyttet til optimal anleggskonfigurasjon, bedre forståelse av lokal geologi, inkludert større forkastninger og dominerende sprekknettverk, samt fastsettelse av optimale driftsbetingelser.

Wesselkvartalet

Wesselkvartalet er et nybygd kombinert bolig- og næringsbygg i Asker sentrum. Bygningskomplekset har et geotermisk lagringssystem med flere reservoarer som dekker behovet for oppvarming og kjøling. I tillegg leverer systemet lagret varme om vinteren til et distribuert snøsmelteanlegg i bygatene. Driften av det geotermiske systemet er kompleks. Det består av tre geotermiske reservoarer på ulike dyp, henholdsvis 5, 20 og 400 meter, med svært forskjellige egenskaper. Systemet omfatter mer enn hundre brønner og er utformet for både å levere jevn grunnlast og rask varme ved kortvarige effekttopper. Anlegget har vært i drift siden rundt 2020. Viktige utfordringer er å forstå og redusere betydelig energilekkasje, både advektiv og diffusiv, finne optimale driftsbetingelser, utnytte tilgjengelige data best mulig og vurdere nytten og potensialet i nye datakilder.

Fjell Skole GeoTermos

Fjell Skole GeoTermos er et borehullsbasert termisk energilager (BTES) som ligger under parkeringsområdet ved Fjell skole i Drammen. Systemet består av 100 borehull, hvert 50 meter dypt, organisert i et sirkulært mønster for å lagre varmeenergi som høstes i sommermånedene. Den lagrede energien brukes deretter til å varme opp omtrent 10 000 m² bygningsareal om vinteren.

Systemet er utviklet som en lukket og skalerbar løsning som reduserer både klimagassutslipp og behovet for spisslast fra elektrisitet. GeoTermos har vist at sesonglagring av solenergi er både gjennomførbart og effektivt i Norge, og anlegget har fått internasjonal oppmerksomhet som en modell for bærekraftige urbane energisystemer.

Narvik GeoTermos

LKAB utvikler et borehullsbasert geotermisk varmelagringssystem ved sitt anlegg i Narvik for å redusere energibruk og klimagassutslipp fra energiintensive industrielle prosesser. Systemet bygger på det samme lukkede BTES-konseptet som GeoTermos-anlegget ved Fjell skole, men er skalert og tilpasset industrielt varmebehov. Overskuddsvarme lagres i berggrunnen og hentes ut igjen om vinteren. Varmen skal primært erstatte oljebasert oppvarming og redusere effekttopper knyttet til avising og vask av malmvogner. Systemet er under utvikling og inngår i LKABs langsiktige strategi for å fase ut fossil energibruk.

Nøkkelinfo

Prosjektvarighet

2024 - 2027

Partnere

Ruden AS, Kvitebjørn Varme AS, Seabrokers Geoenergi AS, Asplan Viak AS, Wessel Energi AS

Prosjekttype

Kompetansebyggende prosjekt for Næringslivet

Utforsk fagområdene

Prosjektmedarbeidere