Geoenergisystem för uppvärmning av broar : En fallstudie över Tranarpsbron

Utifrån Tranarpsbron och den massolycka som inträffade på bron den 15 januari 2013, studeras och analyseras möjligheter till ekonomisk lönsamhet och förebyggande av framtida halkolyckor genom att använda geoenergi för uppvärmning. Faktorer som påverkar energibehovet för uppvärmning av broar studeras också, samt vilka broar i Sverige som kan vara lämpliga för en installation av ett geoenergisystem. De metoder som har använts i detta arbete är: intervjuer, litteraturstudier, samt program för modellering (CoupModel) och design (EED 3). De faktorer som påverkar uppvärmningsbehovet för en bro med syfte att hålla dess yttemperatur över 0°C är, bland andra, omgivande vindar, daggpunkt, yt- och lufttemperatur samt brons energibalans och termiska egenskaper. Genom att ta hänsyn till dessa faktorer vid dimensionering av ett geoenergisystem kan antalet tillfällen då yttemperaturen understiger fryspunkten minimeras. Kostnaden för ett geoenergisystem på Tranarpsbron beräknas till omkring 51 miljoner kronor, utan moms. Endast borrhålslagret kostar omkring 37 miljoner kronor. Om jordmäktigheten i borrhålslagret varit mindre och berggrunden kristallin hade kostnaden sannolikt varit avsevärt lägre. Kostnaden för systemet borde dock kunna reduceras genom att mer energi lagras från den intilliggande Rönneån, färre borrhål skulle då behövas. Ett geoenergisystem för Tranarpsbron är förmodligen ändå inte ekonomiskt försvarbart, dels på grund av den höga investeringskostnaden och dels på grund av att endast en liten kostnadsbesparing görs för utebliven aktiv vägsaltning på bron. Dessutom tillkommer extra kostnader vid brounderhåll. Sannolikheten att investeringskostnaden för systemet ska kunna återbetalas som följd av färre trafikolyckor är också låg eftersom Tranarpsolyckan är den enda vinterrelaterade trafikolyckan som har inträffat på bron. Lämpligare är att anlägga ett geoenergisystem under nybyggnation eller renovering av broar, eftersom kantbalkar och räcken då inte riskerar att bytas ut efterhand, och på befintliga broar där det finns ett stort problem med halt väglag. Detta förutsätter att geologin i området är lämplig och att det inte är alltför tätbebyggt. Olyckan på Tranarpsbron hade förmodligen kunnat undvikas om bron varit uppvärmd med geoenergi vid olyckstidpunkten, eftersom olycksorsaken var plötslig blixthalka och oaktsam körning. Å andra sidan är det inte säkert att ett geoenergisystem alltid kan förhindra att yttemperaturen på en bro understiger noll grader. Antalet trafikolyckor och trafikköer samt de kostnader som de orsakar kan minskas om traditionell halkbekämpning ersätts med uppvärmning av geoenergi. Förmodligen kan ytterligare kostnadsbesparingar uppnås genom en minimering av den miljöpåverkan som traditionell halkbekämpning annars medför. Based on Tranarpsbron and the mass accident that occurred on the bridge January 15, 2013, the potential for economic viability and the prevention of future winter related traffic accidents by using geothermal energy for heating is studied and analyzed. Factors affecting the energy needed for heating and which bridges in Sweden that may be suitable for an installation of a geothermal energy system are also being studied. The methods used in this work are: literature studies, interviews, and software for modeling (CoupModel) and design (EED 3). Factors affecting the need for heating a bridge with the aim of keeping the surface temperature above 0°C are, among others, its energy balance, thermal characteristics of the bridge, ambient winds, dew point, surface temperature, and air temperature. By taking these factors into account when designing a geothermal energy system, the number of occurences when the surface temperature falls below the freezing point are minimized. The cost of a geothermal energy system on Tranarpsbron is estimated to be around 51 MSEK, excluding VAT. The costs related to the boreholes are approximately 37 MSEK, excluding VAT. If the soil depth for the boreholes had been less and the bedrock crystalline, the cost would probably have been considerably lower. The cost of the system might however be reduced by storing more energy from the Rönne river, less boreholes would then be needed. A geothermal energy system on Tranarpsbron will probably not be economically viable considering the high investment cost and the very small saving of costs related to the reduced need for the deicing of the bridge. In addition, costs for bridge maintenance are increased. The probability for a return of investment for the geothermal energy system as a consequence of avoided traffic accidents is also low considering that only one winter related traffic accident has occurred on the bridge so far. It is more appropriate to install geothermal energy systems during the construction or renovation of bridges, thus avoiding the need for replacement of edge beams and railings, or on existing bridges with problematic winter road conditions. This assumes that the geology of the area is appropriate and that the area is not too urbanized. The accident on Tranarpsbron had probably been avoided if the bridge had been heated with geothermal energy at the time of the accident, given that the cause of the accident was sudden black ice and negligent driving. However, a geothermal energy system is not likely to always prevent surface temperatures below zero. The number of traffic accidents, traffic jams, and related costs can be reduced as a consequence of traditional deicing being replaced with heating by a geothermal energy system. Substantial additional cost savings can probably be made as a consequence of minimized environmental impact of traditional deicing.