C on d e ns o r Ve r d am p e r Studienamiddag : Introductie tot alternatieve en duurzame energieopwekking voor KMO s Energik Voka Mechelen 7 juni 2007 Naar de bron van de warmtepomp H.Hoes 1 Naar de bron van de warmtepomp The fifth alternative Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 2 Page 1
Traditionele Hernieuwbare bronnen Zon Water Wind Biomassa 3 Geothermie Het vijfde alternatief Geo = Aarde en Thermie = warmte Temperatuur op 10 100 m diepte = contant (12 C) Temperatuur stijgt met 2 K per 100 m diepte (vuistregel) 4 Page 2
Het vijfde alternatief Ondiepe geothermie De bodem gebruiken voor extractie van warmte / koude De bodem gebruiken voor seizoenale opslag 5 6 Page 3
Condensor Verdamper Warmte Extractie Systemen Grondwatersystemen Systemen met verticale wisselaars Systemen met horizontale wisselaars Benoemd als grondgekoppelde warmtepompsystemen 7 De bronnen van de warmtepomp De WARMTEBRON kunnen zorgen voor de hernieuwbare energietoevoer COP = 2..3,5..6 η prim = 75..140 250 % Van elke kwh fossiele energie maakt de warmtepomp 0,75..1,4..3 kwh bruikbare warmte Hernieuwbaar als η prim > 100 % WARMTEBRON WARMTEPOMP WARMTEVRAGER 8 Page 4
Afbeeldingen : Stiebel Eltron Welke bronnen? COP COP COP lucht (buiten- ; ventilatie-) water (afval- ; kanaal- ; ) bodem : horizontale warmtewisselaar bodem : verticale warmtewisselaar bodem : grondwater 9 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 10 Page 5
C on d e ns o r Ve r d am p e r Naar de bron van de warmtepomp The fifth alternative Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 11 ATES Aquifer Thermal Energy Storage 12 Page 6
Beschikbaarheid aquifers VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek 13 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 ATES 14 Page 7
Klina hospitaal Zomerperiode ATES 15 Klina hospitaal 100,0 90,0 80,0 Flow Power 1500 1350 1200 70,0 1050 60,0 900 [m3/h] 50,0 40,0 750 600 [kw] 30,0 450 20,0 300 10,0 150 0,0 01/08/04 00:00 01/08/04 18:00 02/08/04 12:00 03/08/04 06:00 04/08/04 00:00 04/08/04 18:30 05/08/04 12:30 06/08/04 06:30 07/08/04 00:30 07/08/04 18:30 08/08/04 12:30 09/08/04 06:30 10/08/04 00:30 10/08/04 18:30 11/08/04 12:30 12/08/04 06:30 13/08/04 00:30 13/08/04 18:30 14/08/04 12:30 15/08/04 06:30 16/08/04 00:30 16/08/04 18:30 17/08/04 12:30 18/08/04 06:30 19/08/04 00:30 19/08/04 18:30 20/08/04 12:30 21/08/04 06:30 22/08/04 00:30 22/08/04 18:30 23/08/04 12:30 24/08/04 06:30 25/08/04 00:30 25/08/04 18:30 26/08/04 12:30 27/08/04 06:30 28/08/04 00:30 28/08/04 18:30 29/08/04 12:30 30/08/04 06:30 31/08/04 00:30 31/08/04 18:30 0 ATES 16 Page 8
Klina hospitaal 30,00 Temperature cold well 25,00 Temperature warm well 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 17/01/05 13:30 26/01/05 12:30 04/02/05 09:30 13/02/05 06:30 22/02/05 03:30 03/03/05 01:00 11/03/05 22:30 20/03/05 19:30 29/03/05 17:30 07/04/05 14:30 16/04/05 12:30 25/04/05 09:30 04/05/05 06:30 13/05/05 04:00 22/05/05 01:00 30/05/05 22:00 08/06/05 19:00 17/06/05 17:00 26/06/05 14:00 05/07/05 11:00 14/07/05 08:00 23/07/05 05:00 01/08/05 06:00 10/08/05 03:30 19/08/05 00:30 27/08/05 21:30 05/09/05 18:30 14/09/05 15:30 23/09/05 12:30 02/10/05 09:30 11/10/05 07:00 20/10/05 04:00 29/10/05 03:30 Temperature [ C] 07/11/05 00:30 15/11/05 21:30 24/11/05 19:00 ATES 17 Klina hospitaal Evaluatie 2003 2004 2005 (LBK) totale koudevraag = 1789 MWh KWO-koeling (direct) = 1394 MWh (78 %) Warmtepomp-koeling = 395 MWh (22 %) Energiebesparing op koeling = 76 % totale warmtevraag = 2841 MWh KWO-verwarming (direct) = 534 MWh (19%) Warmtepomp-verwarming = 2307 MWh (81 %) Energiebesparing op verwarming = 69 % ATES 18 Page 9
Klina hospitaal Evaluation 2003 2004 2005 (LBK) reductie primair energieverbruik : 3930 GJ/jaar primaire energiebesparing : 85 % CO2 emissiereductie : 207 ton/jaar CO2 emissiereductie met 63 % globale SPF verwarming : 5,5 globale SPF koeling : 14,8 financiele cijfers : investering KWO : 750 k meerinvestering tov klassieke toepassing : 300 k jaarlijkse besparing : 35 k eenvoudige TVT : 8,5 j (met subsidie 2 j) ATES 19 (Grote) ATES-projecten in Vlaanderen KBC (Leuven, bank) Klina (Brasschaat, ziekenhuis) ETAP (Malle, kantoorgebouw) Campus Blairon (Turnhout, kantoorgebouw) Vito (Mol, laserkoeling) Cipal/Innotek (Geel, kantoorgebouw) St-Dimpna (Geel, ziekenhuis) St-Elisabeth (Turnhout, ziekenhuis) St-Maria (Overpelt, ziekenhuis) OPZ (Geel, psychiatrisch centrum) Herrijgers (Meer, tuinbouwbedrijf) 20 Page 10
KWO technologie 2 Koude-opslag/recirculatie in één richting pompen Bovengrondse installatie Proceskoeling Koeler Onttrekkingsbron M M Infiltratiebron Zomer + winter WATERVOERENDE LAAG Zomer Winter 21 KWO koeling in industrie Technologieën : Koeltoren Koelmachine Oppervlaktewater Grondwater KWO 10 à 50 C 5 à 30 C 22 Page 11
KWO koeling in industrie Impact temperatuurstraject Aanvoertemperatuur ( C) KWO 30 25 20 15 10 5 0-5 -10 Koeltoren/ Oppervlaktewater Grondwater Koelmachine 23 KWO koeling in industrie Vergelijking Grondwater KWO Koelmachine Koeltoren Opp.water Waterverbruik (%) 100 0-5 0-5 0-5 0-5 Energieverbruik (%) 20-30 30-50 100 40-60 20-30 Investering (%) 40-60 100 80-100 50-70 30-50 Onderhoud - Corrosie + / - + - - + / - Milieu + / - + - + / - + / - Besluit Koeltoren/Opp.koeling ideaal als aanvoertemp. > 20 C toelaatbaar is!! anders KWO sterk alternatief (9-20 C) 24 Page 12
BTES Borehole Thermal Energy Storage 25 Geleidbaarheid : 0-30m VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek 26 Page 13
BTES RVT De Notelaer Beveren Nieuw rustoord Zeer energiezuinig gebouw BTES met warmtepomp Energiezuinige verwarming én top koeling Uitvoering 2007-2008 27 BTES RVT De Notelaer Beveren 28 Page 14
Van VWW naar BEO : principetoepassing 29 BTES RVT De Notelaer Beveren Kenmerk BEO-veld Configuratie opslagveld BEO-veld, aantal verticale boringen BEO-veld, diepte verticale warmtewisselaars Totale boorgatlengte (= 50 * 150) Totale buislengte (= 50* 150 *4) Boorgatafstand (onderling) Rusthuis Matrix 50 stuks 150 m 7.500 m 30.000 m (5 m) in (5*10)- matrix Bovenoppervlak opslagveld (= 20 * 35 m) 700 m² Opslagvolume (bodemvolume) 105.000 m 3 Type warmtewisselaar Boorgatdiameter U-buis type U-buis materiaal U-buis asafstand Fluïdum Boorgatvulling - BEO Maximum vloeistoftemperatuurstraject Minimum vloeistoftemperatuurstraject Dubbele U- lus (per 2 in serie) 15 cm 32 x 3 mm HDP E 10 cm Water/glycol (15%) Bentoniet- zand 14/18 C 0/5 C 30 Page 15
BTES 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 20.000 /jaar besparing op exploitatiekost) Meerinvestering bedraagt 80% op energie-opwekking Terugbetaald op 8,5 jaar - zonder subsidiesteun 70 ton minder CO2-emissie, zijnde ongeveer 30% 31 Uitvoeringsaspecten 32 Page 16
ATES - uitvoering 33 ATES - uitvoering 34 Page 17
BTES - uitvoering 35 BTES - uitvoering 36 Page 18
C on d e ns o r Ve r d am p e r BTES - uitvoering 37 Naar de bron van de warmtepomp The fifth alternative Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 38 Page 19
Besluit Grondgekoppelde warmtepompen voor iedereen beschikbaar Zeer efficiënte verwarming én koeling verwarmen aan hoog rendement (SPF = 3,5 5) vrije koeling aan zeer hoog rendement (SPF = 10 50) Mogelijkheden van grondwatersystemen (ATES) eerst bekijken BTES biedt interessant alternatief als ATES niet mogelijk Terugverdientijden van ± 10 jaar zeker haalbaar (zonder subsidie) Indicatieve kostprijzen : ATES : 250 à 400 /kw (>750 kw) 400 à 500 /kw (>500 kw) 500 à 600 /kw (>300kW) BTES : 600 à 1000 /kw 39 Van grondgekoppelde warmtepomp tot KWO en BEO (Koude-WarmteOpslag en Boorgat-EnergieOpslag) Meer info naar toepassingsmogelijkheden op uw locatie : VITO, Expertisecentrum Energietechnologie Boeretang 200 2400 MOL Hans HOES, hans.hoes@vito.be, T: (014) 33 59 14 Johan DESMEDT, johan.desmedt@vito.be, T: (014) 33 58 41 Johan VAN BAEL, johan.vanbael@vito.be, T: (014) 33 58 26 40 Page 20