De geothermische warmtepomp biedt nieuwe uitdagingen H.Hoes, VITO 1
Condensor Verdamper De geothermische warmtepomp Geothermie, hernieuwbare energie Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 2
Traditionele Hernieuwbare bronnen Zon Water Wind Biomassa 3
Het vijfde alternatief : GEOTHERMIE 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
Het vijfde alternatief : ONDIEPE GEOTHERMIE De bodem gebruiken voor extractie van warmte / koude De bodem gebruiken voor seizoenale opslag 5
6
Warmte Extractie Systemen Grondwatersystemen Systemen met verticale wisselaars Systemen met horizontale wisselaars Benoemd als grondgekoppelde warmtepompsystemen 7
De bronnen van de geothermische warmtepomp De geothermische WARMTEBRON zorgt voor de hernieuwbare energietoevoer Condensor WARMTEPOMP COP = 2..3,5..6 Verdamper η prim = 75..140 250 % Van elke kwh fossiele energie maakt de warmtepomp 0,75..1,4..3 kwh bruikbare warmte WARMTEVRAGER Hernieuwbaar als η prim > 100 % WARMTEBRON 8
Condensor Verdamper De geothermische warmtepomp Geothermie, hernieuwbare energie Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 9
Welke bronnen? Afbeeldingen : Stiebel Eltron!!! ENKEL WARMTE-ONTTREKKING, GEEN ENERGIE-OPSLAG!!! COP COP COP lucht (buiten- ; ventilatie-) water (afval- ; kanaal- ; ) bodem : horizontale warmtewisselaar bodem : verticale warmtewisselaar bodem : grondwater 10
Warmte/Koude Opslag Systemen Commerciële Systemen ATES (KWO of Koude-WarmteOpslag) BTES (BEO of Boorgat-EnergieOpslag) CTES (REO of Restruimte-EnergieOpslag) ATES CTES BTES 11
ATES Aquifer Thermal Energy Storage (KWO) VARIANT 1 12
(Grote) ATES-projecten in Vlaanderen (KWO) 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) 13
ATES Aquifer Thermal Energy Storage (KWO) VARIANT 2 Koude-opslag/recirculatie in één richting pompen Bovengrondse installatie Proceskoeling Koeler Onttrekkingsbron M M Infiltratiebron Zomer + winter WATERVOERENDE LAAG Zomer Winter 14
KWO koeling in industrie Technologieën : Koeltoren Koelmachine Oppervlaktewater Grondwater KWO 10 à 50 C 5 à 30 C 15
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) 16
KWO koeling in industrie Impact temperatuurstraject Aanvoertemperatuur ( C) KWO 30 25 20 15 10 5 0-5 -10 Koeltoren/ Oppervlaktewater Grondwater Koelmachine 17
BTES Borehole Thermal Energy Storage (BEO) 18
Van VWW naar BEO : principetoepassing 19
Condensor Verdamper De geothermische warmtepomp Geothermie, hernieuwbare energie Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 20
Klina hospitaal Nieuw hospitaal, 400 bedden KWO met omkeerbare warmtepomp Koeling/verwarming ventilatielucht In bedrijf sinds aug 2000 Monitoring ANRE-demoproject KWO-bronnensysteem 1 bronnenpaar / 100 m 3 /h Brondiepte = 65 m Brondiameter = 80 cm Bronafstand = 100 m ATES 21
Klina hospitaal Zomerperiode ATES 22
Klina hospitaal 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 ATES Flow Power 1500 1350 1200 1050 900 750 600 450 300 150 0 23 25/08/04 18:30 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 [m3/h] 25/08/04 00:30 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 [kw]
Klina hospitaal 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 ATES 24 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 Temperature [ C] 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 07/11/05 00:30 15/11/05 21:30 24/11/05 19:00 Temperature cold well Temperature warm well
Klina hospitaal Evaluatie 2005 2005 2006 (LBK) totale koudevraag = 2649 MWh KWO-koeling (direct) = 2156 MWh (81 %) Warmtepomp-koeling = 493 MWh (19 %) Energiebesparing op koeling = 77 % totale warmtevraag = 3988 MWh KWO-verwarming (direct) = 761 MWh (19%) Warmtepomp-verwarming = 3227 MWh (81 %) Energiebesparing op verwarming = 69 % ATES 25
Klina hospitaal Evaluatie KWO toegepast op luchtconditionering reductie primair energieverbruik : 3930 GJ/jaar primaire energiebesparing : 85 % CO2 emissiereductie : 299 ton/jaar CO2 emissiereductie met 64 % globale SPF verwarming : 5,5 globale SPF koeling : 14,8 financiele cijfers : investering KWO : 750 k meerinvestering tov klassieke toepassing : 300 k jaarlijkse besparing : 40 k eenvoudige TVT : 7,5 j (met subsidie 2 j) ATES 26
BEO 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 HDPE 10 cm Water/glycol (15%) Bentoniet-zand 14/18 C 0/5 C 27
BEO RVT De Notelaer Beveren Nieuw rustoord Zeer energiezuinig gebouw BEO met warmtepomp Energiezuinige verwarming én top koeling Uitvoering 2007-2008 28
BEO RVT De Notelaer Beveren 29
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 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% 30
Kaasbedrijf - Catharinadal Warmtevraag koudevraag (seizoenaal constant) Geluidsoverlast wegens buitenunits koelsysteem Vraag naar inzet van een energiebesparend, stil, verwarmings- en koelsysteem Oplossing met grondgekoppelde omkeerbare warmtepomp 31
Kaasbedrijf - Catharinadal 32
Condensor Verdamper De geothermische warmtepomp Geothermie, hernieuwbare energie Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 33
Toepasbaarheid en aandachtspunten Technische aspecten 34
KWO - randvoorwaarden Hydrogeologische voorwaarden : Doorlatendheid watervoerende laag Dikte watervoerende laag Bovenzijde watervoerende laag Redoxgrens Zoet/brakgrens Locale grondwaterstroming Grondwaterwinning 35
KWO - kaart voor Vlaanderen/Brussel 36
KWO - randvoorwaarden Andere voorwaarden : Focus op koeling Optimale integratie in energie-installatie Aangepast afgiftesysteem ( + LTV / - LTK) Koelvermogen > 200 kw Voldoende bedrijfsuren 37
BEO - randvoorwaarden Geologische voorwaarden : Geen nood aan aquifers Invloed grondwaterstroming Invloed grondwaterwinningen Kan in alle sedimenten toegepast worden (zand, klei, leem, silt, rots, ) 38
BEO - randvoorwaarden Geleidbaarheid Vlaamse bodem (tot op 50m diepte) : 39
BEO - randvoorwaarden Andere voorwaarden : Focus op verwarming én koeling Optimale integratie in energie-installatie Aangepast afgiftesysteem ( + LTV / - LTK) Voldoende bedrijfsuren 40
Toepasbaarheid en aandachtspunten Milieu-aspecten aspecten 41
KWO milieu-aspecten Grondwater hoort maximaal beschermd te worden: Lozingen tot een minimum te beperken Onttrekking én injectie in dezelfde aquifer (watervoerende laag) Watervoerende lagen terug afdichten na boring Grondwatercircuit steeds scheiden van gebouwcircuit met wisselaar Luchttoetreding steeds vermijden Grondwatertemperatuur steeds lager dan 25 C te houden Aandacht bij bodemverontreinigingen 42
BEO milieu-aspecten Afdichten van watervoerende lagen na doorboring Vermijden van milieubelastende booradditieven Gebruik van milieuvriendelijke antivriesmiddelen Ethyleenglycol te vermijden Propyleenglycol te prefereren Alternatieve middelen : bietensap, 43
Toepasbaarheid en aandachtspunten Uitvoeringsaspecten 44
KWO - uitvoering 45
KWO - uitvoering 46
KWO - uitvoering 47
BEO - uitvoering 48
BEO - uitvoering 49
BEO - uitvoering 50
BEO - uitvoering 51
BTES - Eandis 52
KWO of BEO in Brussels gewest Vito voert momenteel studie uit in opdracht BIM : Studie van geothermische en hydrothermische technieken die toepasbaar zijn in Brussel : wettelijke context, milieu-impact, goede praktijk en economisch potentieel 53
Condensor Verdamper De geothermische warmtepomp Geothermie, hernieuwbare energie Ondiepe geothermische technologieën Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen Toepasbaarheid en aandachtspunten Besluit 54
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 (KWO) eerst bekijken BEO biedt interessant alternatief als KWO niet mogelijk Terugverdientijden van ± 10 jaar zeker haalbaar (zonder subsidie) Indicatieve kostprijzen : KWO : 250 à 400 /kw (>750 kw) 400 à 500 /kw (>500 kw) 500 à 600 /kw (>300kW) BEO : 600 à 1000 /kw 55
Condensor Verdamper De geothermische warmtepomp 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 Bert LEMMENS, bert1.lemmens@vito.be, T: (014) 33 59 01 56