Aquifer Thermal Energy Storage : Impact on grondwater chemistry

• Main Author: Kolesnik Lindgren, Julian
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik 2018
• Subjects: ATES; Aquifer Thermal Energy Storage; groundwater chemistry; akviferlager; akviferlagring; termisk energilagring; grundvattenkemi; Water Engineering; Vattenteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-241055

Groundwater is potentially a useful source for storing and providing thermal energy to the built environment. In a nordic context, aquifer thermal energy storage, (ATES) has not been subject to a wider extent of research concerning environmental impact. This thesis intends to study the impact on groundwater chemistry from an ATES that has been operational since 2016 and is located in the northern part of Stockholm, on a glaciofluvial deposit called the Stockholm esker. Analysis of groundwater sampling included a period of 9 months prior to ATES operation as well as a 7 month period after operation and sampling was conducted in a group of wells in vicinity of the installation and within the system as ATES operation began. Means of evaluation constituted a statistical approach which included Kruskal-Wallis test by ranks, to compare the ATES wells with the wells in the surroundings and principal component analysis, (PCA), to study the chemical parameters that could be related to ATES. In addition, a geophysical survey comprising 2D-resistivity and induced polarization, (IP) was done to elucidate whether the origin of high salinity could be traced to nearby possible sources. The analysis was based on foremost the cycle of cold energy storage. The results showed large variations in redox potential, particularly at the cold wells which likely was due to the mixing of groundwater considering the different depths of groundwater being abstracted/injected from different redox zones. Arsenic, which has shown to be sensitive to high temperatures in other research showed a decrease in concentration compared to surrounding wells. There were found to be a lower specific conductivity and total hardness at the ATES well compared to their vicinity. That indicates that they are less subject to salinization and that no accumulation has occurred to date.  It is evident that the environmental impact from ATES is governed by the pre-conditions in  soil- and groundwater. === Grundvatten har förutsättningen att utgöra en värdefull resurs för att lagra och förse byggnader med termisk energi. I en nordisk kontext har termisk energilagring i akviferer, (ATES)  inte varit föremål för någon bredare forskning angående miljöpåverkan. Denna uppsats syftar till att studera kemisk grundvattenpåverkan från ett ATES som togs i drift 2016 i norra Stockholm, i en isälvsavlagring vid namn Stockholmsåsen. Analysen omfattar grundvattenprovtagning 9 månader före ATES driften samt 7 månader efter driftstart och provtagningen genomfördes i ett antal brunnar i närheten av installationen samt i ATES systemet då driften startade. Utvärderingsmetoden bestod av ett statistiskt tillvägagångssätt och omfattade Kruskal-Wallis test by ranks, för att jämföra ATES brunnarna med omgivande brunnar och principal component analysis, (PCA), för att studera kemiska parametrar som kan kopplas till ATES. I tillägg genomfördes en geofysisk undersökning som omfattar 2D-resistivitet samt inducerad polarisation, (IP) för att klarlägga huruvida källan till den höga saliniteten kunde spåras. Analysen baseras på främst på cykeln då kyld energi lagras. Resultaten visar stor variation i redoxpotential, i synnerhet vid de kalla brunnarna vilket sannolikt beror på omblandning av grundvatten med tanke på en differens i djup som grundvattnet infiltrerar/pumpas från med tillhörande skillnad i redox zon. Arsenik vilket har visat sig känsligt för höga temperaturer i annan forskning visade minskade koncentrationer jämfört med omgivande brunnar. ATES brunnarna uppvisade även lägre specifik konduktivitet och totalhårdhet i jämförelse. Det pekar mot att brunnarna är mindre utsatta för salinitet och att ingen ackumulering har skett till dags dato. Det framgår tydligt att miljömässig påverkan från ATES styrs av grundförutsättningarna i mark och grundvatten.