Koelen en verwarmen: de bodem als energiebron

Transcriptie

1 Jaarlijkse Informatievergadering Particulier Historisch Patrimonium 14 juni 2008, Kasteel van Hex te Heers Koelen en verwarmen: de bodem als energiebron J. Van Bael 1

2 Koelen en verwarmen : de bodem als energiebron Inleiding Geothermie De Warmtepomp Koude Warmteopslag (KWO of ATES) Boorgat Energieopslag (BEO of BTES) Besluit 2

3 Inleiding 40% CO 2 emissie Europa gebouwgerelateerd doelstellingen tegen 2020 (EU-klimaatsplan) Doelstellingen rond hernieuwbare energie, EPBD Toename in gebruik van koeling Basisfilosofie voor duurzame gebouwen Toepassing Trias Energetica Comforttabel Laag energieverbruik Lage CO 2 emissies Lage totale levensduurkosten 3

4 Koelen en verwarmen : de bodem als energiebron Inleiding Geothermie De Warmtepomp Koude Warmteopslag (KWO of ATES) Boorgat Energieopslag (BEO of BTES) Besluit 4

5 Traditionele hernieuwbare bronnen Zon Water Wind Biomassa 5

6 Het vijfde alternatief = Geothermie Geo = Aarde en Thermie = warmte Temperatuur op m diepte = constant (12 C) Temperatuur stijgt met 3 K per 100 m diepte (vuistregel) 6

7 Het vijfde alternatief Ondiepe geothermie De bodem gebruiken voor extractie van warmte / koude De bodem gebruiken voor seizoenale opslag 7

8 Ondiepe geothermische technieken GEO-ENERGIE LAAG ENTHALPIE (ONDIEP) (GROND)WATER/ GLYCOL LUCHT HOOG ENTHALPIE (DIEP) Temperatuur Grondwater HYDROTHERMIE Water/glycol AEROTHERMIE Medium Open Gesloten Technologie Horizontale wisselaars Verticale wisselaars Onttrekking Onttrekking Koudewarmteopslag Boorgatenergieopslag Onttrekking Energiepalen Grondbuizen Technieken 8

9 Koelen en verwarmen : de bodem als energiebron Inleiding Geothermie De Warmtepomp Koude Warmteopslag (KWO of ATES) Boorgat Energieopslag (BEO of BTES) Besluit 9

10 De bronnen van de warmtepomp De WARMTEBRON kunnen zorgen voor de hernieuwbare energietoevoer WARMTEPOMP COP = 2..3,5..6 Condensor Verdamper η prim = % Van elke kwh fossiele energie maakt de warmtepomp 0,75..1,4..3 kwh bruikbare warmte Hernieuwbaar als η prim > 100 % WARMTEBRON WARMTEVRAGER 10

11 De bronnen van de warmtepomp Grondwatersystemen Systemen met verticale wisselaars Systemen met horizontale wisselaars Benoemd als grondgekoppelde warmtepompsystemen 11

12 Systemen voor ondergrondse energie-opslag Commerciële Systemen ATES (KWO of Koude-WarmteOpslag) BTES (BEO of Boorgat-EnergieOpslag) CTES (REO of Restruimte-EnergieOpslag) ATES CTES BTES 12

13 Koelen en verwarmen : de bodem als energiebron Inleiding Geothermie De Warmtepomp Koude Warmteopslag (KWO of ATES) Boorgat Energieopslag (BEO of BTES) Besluit 13

14 KWO - werkingsprincipe 14

15 (Grote) KWO-projecten in Vlaanderen KBC (Leuven, bank) Klina (Brasschaat, ziekenhuis) ETAP (Malle, kantoorgebouw) Campus Blairon (Turnhout, kantoorgebouw) Vito (Mol, laserkoeling) - recirculatievariant Cipal/Innotek (Geel, kantoorgebouw) St-Dimpna (Geel, ziekenhuis) St-Elisabeth (Turnhout, ziekenhuis) St-Maria (Overpelt, ziekenhuis) OPZ (Geel, psychiatrisch centrum) Herrijgers (Meer, tuinbouwbedrijf) RVT Ten Hove (Mol, rustoord) St-Elisabeth (Herentals, ziekenhuis) St-Trudo (St-Truiden, ziekenhuis) 15

16 KWO randvoorwaarden Hydro-Geologische voorwaarden : Doorlatendheid watervoerende laag Dikte watervoerende laag Bovenzijde watervoerende laag Redoxgrens Zoet/brakgrens Locale grondwaterstroming Grondwaterwinning 16

17 KWO randvoorwaarden Andere voorwaarden : Focus op koeling Gunstig koeltraject Aangepast afgiftesysteem ( + LTV / - HTK) Koelvermogen > 200 kw Voldoende bedrijfsuren 17

18 KWO randvoorwaarden VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek 18

19 KWO voor/nadelen Kleinere technische ruimte (-30%) Minder elektrisch vermogen voor koeling (-30 tot -80%) Lager energieverbruik (-20 tot -80%) Kleinere noodstroomvoorziening (-80%) Minder geluidsproduktie (-90%) Lagere exploitatiekosten (-50 %) Gunstige milieueffekten Hoge bedrijfszekerheid Technologie met maturiteit Beschikbaarheid aquifers Aangepaste verwarmings/koelsystemen 19

20 M M M M M M M M M M Etap - Malle Fase I LICHTPAVILJOEN LBK 1,2,3 Fase II KANTOREN LBK 4,5 WW1 WW2 LBK : luchtbehandelingskast WW : warmtewisselaar Zomerperiode Warme bron Koude bron 600 kw - KWO 20

21 Cipal/Innotek - Geel 1100 kw - KWO 21

22 Klina hospitaal Nieuw hospitaal, 400 bedden ATES met omkeerbare warmtepomp Koeling/verwarming ventilatielucht In bedrijf sinds aug 2000 Monitoring ANRE-demoproject ATES-bronnensysteem 1 bronnenpaar / 100 m 3 /h Brondiepte = 65 m Brondiameter = 80 cm Bronafstand = 100 m 17 juni 2008 vertrouwelijk 17 juni 2008 vertrouwelijk ATES 2008, VITO NV alle rechten voorbehouden 2005, VITO NV alle rechten voorbehouden 22

23 Klina hospitaal Zomerperiode 17 juni 2008 vertrouwelijk 17 juni 2008 vertrouwelijk ATES 2008, VITO NV alle rechten voorbehouden 2005, VITO NV alle rechten voorbehouden 23

24 Klina hospitaal Evaluatie (Luchtgroepen) totale koudevraag = MWh KWO-koeling (direct) = MWh (78 %) Warmtepomp-koeling = 395 MWh (22 %) Energiebesparing op koeling = 76 % totale warmtevraag = MWh KWO-verwarming (direct) = 534 MWh (19%) Warmtepomp-verwarming = MWh (81 %) Energiebesparing op verwarming = 69 % 17 juni 2008 vertrouwelijk 17 juni 2008 vertrouwelijk ATES 2008, VITO NV alle rechten voorbehouden 2005, VITO NV alle rechten voorbehouden 24

25 Klina hospitaal Evaluation (Luchtgroepen) reductie primair energieverbruik : 3930 GJ/jaar primaire energiebesparing : 85 % CO 2 emissiereductie : 207 ton/jaar CO 2 emissiereductie met 63 % globale SPF verwarming : 5,5 globale SPF koeling : 14,8 (31 voor KWO koude) financiele cijfers : investering KWO : meerinvestering tov klassieke toepassing : jaarlijkse besparing : eenvoudige TVT : 8,5 j (met subsidie 2 j) 17 juni 2008 vertrouwelijk 17 juni 2008 vertrouwelijk ATES 2008, VITO NV alle rechten voorbehouden 2005, VITO NV alle rechten voorbehouden 25

26 Koelen en verwarmen : de bodem als energiebron Inleiding Geothermie De Warmtepomp Koude Warmteopslag (KWO of ATES) Boorgat Energieopslag (BEO of BTES) Besluit 26

27 BEO Boorgat-energieopslag 27

28 BEO Boorgat-energieopslag 28

29 BEO - Thermische geleidbaarheid λ Ruwe schatting op basis van richtwaardes kaart Vlaanderen VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek 29

30 BEO installatie 30

31 Thermische ResponsTest In-situ meting op geïnstalleerde verticale wisselaar Ontwikkeling meetwagen bij VITO (eind 2004) 31

32 Thermische ResponsTest In-situ meting verschaft info omtrent : 1. Geologische karakterisatie 2. Bepaling thermische bodemkarakteristiek (ontwerp) 3. Meten van natuurlijke bodemtemperatuur 4. Bepalen van de boorgatweerstand 5. Begroten van de invloed van grondwaterstroming en bestaande grondwateronttrekkingen 6. Boorbaarheid ter plaatse 32

33 BEO RVT De Notelaer Beveren Nieuw rustoord Zeer energiezuinig gebouw BTES met warmtepomp Energiezuinige verwarming én top koeling Uitvoering

34 BEO RVT De Notelaer Beveren ENERGIE-VRAAG ENERGIE-VRAAG Rusthuis: WINTER en TUSSENSEIZOEN Warmte hoge temperatuur (radiatoren) Warmte hoge temperatuur (radiatoren) Warmte lage temperatuur (vloerverwarming) Koude lage temperatuur Koude hoge temperatuur (ventilo) Koude lage temperatuur (vloerkoeling) Rusthuis : ZOMERSEIZOEN W armte lage temperatuur (vloerverwarming) (vloerkoeling) Koude hoge temperatuur (ventilo) ENERGIE-AANBOD ENERGIE-AANBOD Gasgestookte HR+ ketels Gasgestookte HR+ ketels Condensor Verdamper Elektrische Compressiewarmtepomp Condensor Verdamper Condensor Verdamper Koeltoren BEO-veld Elektrische Compressiekoelmachines Elektrische Compressiewarmtepomp Verdamper Condensor Koeltoren BEO-veld Elektrische Compressiekoelmachines 34

35 BEO RVT De Notelaer Beveren BEO-WP zorgt voor energiezuinige verwarming én koeling 55% van de totale verwarming Op dit gedeelte 35% besparing 75% van de totale koeling Op dit gedeelte 75% besparing Gasfactuur daalt drastisch, elektriciteitsfactuur stijgt licht (globaal /jaar besparing op exploitatiekost) Meerinvestering bedraagt 80% op energie-opwekking Terugbetaald op 8,5 jaar - zonder subsidies 70 ton minder CO2-emissie, zijnde ongeveer 30% 35

36 Beo EANDIS Nieuwbouw kantoor 650 personen ( m² nvo) Bodemwarmtewisselaars + warmtepomp focust op LTV (76%) en HTK (60%) Exploitatiekosten : - 35% tov referentieinstallatie Primair energieverbruik : - 42% CO 2 reductie: - 31% 1ste grote project in werking sinds oktober 2007 Haalbaarheidsstudie, thermische repons test en ontwerp door VITO en SDKE 36

37 BEO EANDIS Energiekosten per jaar 35% elektriciteit vermogen aardgas Exploitatiekosten per jaar 35% Energie Onderhoud Referentie BEO+WP Elektriciteit 22,318 28,143 Vermogenvergoeding 8,367 6,828 Aardgas 37,352 9,104 TOTAAL 68,037 44,076 Verschil - 23,961 Referentie BEO+WP Energiekosten 68,037 44,076 Onderhoudskosten 9,376 6,226 TOTAAL 77,413 50,302 Verschil tov referentie - 27,111 37

38 BEO EANDIS Referentie BEO+WP Gasketels HR+ (incl. toebehoren) 60,800 44,800 Koelmachine (incl. toebehoren) 204,000 80,750 Omkeerbare Warmtepomp (incl. toebehoren) - 90,000 Koeltoren (incl. leidingen, pompen, waterbehandeling) 96,000 30,000 Installatie vertikale warmtewisselaars (BEO-veld) - 270,000 Glycol vulling in vertikale warmtewisselaars (15%) - 8,139 Uitpandig leidingwerk (incl. collector) - 28,100 Batterijen koel(warm)balken - - Inpandige apparatuur en leidingwerk (collector, pomp, afsluiters,..) - 25,000 Meetapparatuur + regeling (meerprijs) - 10,000 Transformatorcabine (meerprijs) 29,243 - BEO - Thermal response test - 6,000 SUBTOTAAL 390, ,789 Onvoorzien (5%) 19,502 29,639 TOTAAL 409, ,428 Meerinvesteringen tov referentie - 212,883 38

39 BEO EANDIS Eenheid Referentie BEO+WP Investeringskosten referentie Investeringskosten 409,546 - Investeringskosten BEO + WP - 622,428 Meerinvesteringen tov referentie - 212,883 Exploitatiekosten per jaar Referentie /jaar 86,789 - BEO + warmtepomp /jaar - 56,528 Besparing op exploitatiekosten tov referentie /jaar - 30,261 Financiele gegevens Eenvoudige terugverdientijd - TVT jaar Internal rate of return - IRR@ 20 jaar % - 15% Netto actuele waarde - 6% - 146,263 39

40 BEO EANDIS Primair energieverbruik (MWh/jaar) Referentie WP + BEO-installatie Elektriciteit Aardgas TOTAAL Verschil tov referentie (MWh/jaar ) % CO 2 -emissie Eenheid Referentie BEO+WP Elektriciteit ton/jaar Besparing ton/jaar Aardgas ton/jaar Besparing ton/jaar Totaal ton/jaar Totale besparing ton/jaar % 40

41 41

42 42

43 43

44 Koelen en verwarmen : de bodem als energiebron Inleiding Geothermie De Warmtepomp Koude Warmteopslag (ATES) Boorgat Energieopslag (BTES) Besluit 44

45 BESLUIT Energie-opslag voor iedereen beschikbaar Let op temperatuurtraject : HTK / LTV Combinaties met warmtepomp zijn het efficiëntst verwarmen aan hoog rendement (SPF = 3,5 5) vrije koeling aan zeer hoog rendement (SPF = 10 50) Mogelijkheden van KWO eerst bekijken zeer gunstige economische situatie (zeker in Kempen) BEO biedt alternatief voor rest van Vlaanderen eenvoudige TVT van om en bij 10 j zeker haalbaar Subsidiesteun via verschillende kanalen voor alle beschreven technologieën 45

46 Koelen en verwarmen : De bodem als energiebron Meer info naar toepassingsmogelijkheden : VITO, Expertisecentrum Energietechnologie Boeretang MOL Hans HOES hans.hoes@vito T: (014) Johan DESMEDT johan.desmedt@vito.be T: (014) Johan VAN BAEL johan.vanbael@vito.be T: (014)