De geothermische warmtepomp biedt nieuwe uitdagingen H.Hoes, VITO

De geothermische warmtepomp biedt nieuwe uitdagingen

H.Hoes, VITO 23 november 2007

vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden

1

De geothermische warmtepomp

Condensor

V e rd a m p e r

• Geothermie, hernieuwbare energie • ‘Ondiepe’ geothermische technologieën • Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen • Toepasbaarheid en aandachtspunten • Besluit

23 november 2007


2

Traditionele Hernieuwbare bronnen ⌦ Zon ⌦ Water ⌦ Wind ⌦ Biomassa

23 november 2007


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)

23 november 2007


4

“Het vijfde alternatief” : ONDIEPE GEOTHERMIE ⌦De bodem gebruiken voor extractie van warmte / koude ⌦De bodem gebruiken voor seizoenale opslag

23 november 2007


5

23 november 2007


6

Warmte Extractie Systemen ⌦ Grondwatersystemen ⌦ Systemen met verticale wisselaars ⌦ Systemen met horizontale wisselaars ⌦ Benoemd als grondgekoppelde warmtepompsystemen

23 november 2007


7

De ‘bronnen’ van de geothermische warmtepomp WARMTEPOMP

De geothermische WARMTEBRON zorgt voor de hernieuwbare energietoevoer

Condensor

Verdamper

COP = 2..3,5..6 ηprim = 75..140…250 % Van elke kWh fossiele energie maakt de warmtepomp 0,75..1,4..3 kWh bruikbare warmte Hernieuwbaar als ηprim > 100 % 23 november 2007

WARMTEVRAGER

WARMTEBRON


8


Condensor

V e rd a m p e r


23 november 2007


9

Welke bronnen ? Afbeeldingen : Stiebel Eltron

!!! E

W L E NK

COP µ

ET M AR

TR ONT

E

NE E N EE G , G N I K K

COP ½

R

PS O E GI

!!! G LA

COP Å

lucht (buiten- ; ventilatie-) water (afval- ; kanaal- ; …) bodem : horizontale warmtewisselaar bodem : verticale warmtewisselaar bodem : grondwater 23 november 2007


10

Warmte/Koude Opslag Systemen Commerciële Systemen

ATES

⌦ ATES (KWO of Koude-WarmteOpslag) ⌦ BTES (BEO of Boorgat-EnergieOpslag) ⌦ CTES (REO of Restruimte-EnergieOpslag)

CTES 23 november 2007


BTES 11

ATES – Aquifer Thermal Energy Storage (KWO) VARIANT 1

23 november 2007


12

(Grote) ATES-projecten in Vlaanderen (KWO) • • • • • • • • • • • •

KBC Klina ETAP Campus Blairon Vito Cipal/Innotek St-Dimpna St-Elisabeth St-Maria OPZ Herrijgers …

23 november 2007

(Leuven, bank) (Brasschaat, ziekenhuis) (Malle, kantoorgebouw) (Turnhout, kantoorgebouw) (Mol, laserkoeling) (Geel, kantoorgebouw) (Geel, ziekenhuis) (Turnhout, ziekenhuis) (Overpelt, ziekenhuis) (Geel, psychiatrisch centrum) (Meer, tuinbouwbedrijf)


13

ATES – Aquifer Thermal Energy Storage (KWO) VARIANT 2 Koude-opslag/recirculatie – in één richting pompen Bovengrondse installatie Proceskoeling

Koeler

M

Onttrekkingsbron

M

Infiltratiebron

Zomer + winter

WATERVOERENDE LAAG

Zomer

23 november 2007

Winter


14

KWO – koeling in industrie Technologieën : • Koeltoren • Koelmachine • Oppervlaktewater • Grondwater • KWO

10 à 50° C

5 à 30° C

23 november 2007


15

KWO – koeling in industrie Vergelijking Grondwater KWO Koelmachine Koeltoren Opp.water 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

+/+/-

+ +

-

+/-

+/+/-

Waterverbruik (%)

Onderhoud - Corrosie Milieu

Besluit Koeltoren/Opp.koeling ideaal als aanvoertemp. > 20° C toelaatbaar is !! anders… KWO sterk alternatief (9 - 20° C) 23 november 2007


16

KWO – koeling in industrie Impact temperatuurstraject Aanvoertemperatuur (°C)

KWO

23 november 2007

30 25 20 15 10 5 0 -5 -10

Koeltoren/ Oppervlaktewater Grondwater Koelmachine


17

BTES – Borehole Thermal Energy Storage (BEO)

23 november 2007


18

Van VWW naar BEO : principetoepassing

23 november 2007


19


Condensor

V e rd a m p e r


23 november 2007


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 m3/h ⌦ Brondiepte = 65 m ⌦ Brondiameter = 80 cm ⌦ Bronafstand = 100 m 23 november 2007

ATES


21

Klina hospitaal

Zomerperiode

23 november 2007

ATES


22

23 november 2007 vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden

ATES 31/08/04 18:30

31/08/04 00:30

30/08/04 06:30

29/08/04 12:30

100,0

Flow Power

80,0

1200

70,0

1050

60,0

900

50,0

750

40,0

600

30,0

450

20,0

300

10,0

150

0,0

[kW]

90,0

28/08/04 18:30

28/08/04 00:30

27/08/04 06:30

26/08/04 12:30

25/08/04 18:30

25/08/04 00:30

24/08/04 06:30

23/08/04 12:30

22/08/04 18:30

22/08/04 00:30

21/08/04 06:30

20/08/04 12:30

19/08/04 18:30

19/08/04 00:30

18/08/04 06:30

17/08/04 12:30

16/08/04 18:30

16/08/04 00:30

15/08/04 06:30

14/08/04 12:30

13/08/04 18:30

13/08/04 00:30

12/08/04 06:30

11/08/04 12:30

10/08/04 18:30

10/08/04 00:30

09/08/04 06:30

08/08/04 12:30

07/08/04 18:30

07/08/04 00:30

06/08/04 06:30

05/08/04 12:30

04/08/04 18:30

04/08/04 00:00

03/08/04 06:00

02/08/04 12:00

01/08/04 18:00

01/08/04 00:00

[m3/h]

Klina hospitaal 1500

1350

0

23

23 november 2007 vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden

ATES 24/11/05 19:00

15/11/05 21:30

07/11/05 00:30

29/10/05 03:30

20/10/05 04:00

11/10/05 07:00

02/10/05 09:30

23/09/05 12:30

14/09/05 15:30

05/09/05 18:30

27/08/05 21:30

19/08/05 00:30

10/08/05 03:30

01/08/05 06:00

23/07/05 05:00

14/07/05 08:00

05/07/05 11:00

26/06/05 14:00

17/06/05 17:00

08/06/05 19:00

30/05/05 22:00

22/05/05 01:00

13/05/05 04:00

04/05/05 06:30

25/04/05 09:30

16/04/05 12:30

07/04/05 14:30

29/03/05 17:30

20/03/05 19:30

11/03/05 22:30

03/03/05 01:00

22/02/05 03:30

13/02/05 06:30

04/02/05 09:30

26/01/05 12:30

17/01/05 13:30

Temperature [°C]

Klina hospitaal 30,00 Temperature cold well

25,00 Temperature warm well

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00

24

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 % 23 november 2007

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) 23 november 2007

ATES


26

BEO – RVT ‘De Notelaer’ Beveren Kenmerk BEO-veld Configuratie opslagveld BEO-veld, aantal verticale bo ringen BEO-veld, d iep te verticale warmtewisselaars Totale boorgatlengte (= 50 * 150 ) Totale b uislengte (= 50* 150 *4) Boorgatafstand (o nderling) Bo venoppervlak opslagveld (= 20 * 35 m) Opslagvo lume (bodemvo lume) Type warmtewisselaar Boorgatd iameter U-buis type U-buis materiaal U-buis asafstand Fluïd um Boorgatvulling - BEO Maximu m vloeisto ftemperatuurstraject M inimum vlo eisto ftemperatuurstraject 23 november 2007

Rusthuis Matrix 50 stuks 150 m 7.500 m 30.000 m (5 m) in (5*10)- matrix 700 m² 105.000 m3 Dubbele U- lus (per 2 in serie) 15 cm 32 x 3 mm HDP E 10 cm Water/glyco l (15%) Bento niet- 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

23 november 2007


28

BEO – RVT ‘De Notelaer’ Beveren

23 november 2007


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% 23 november 2007


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

23 november 2007


31

Kaasbedrijf - Catharinadal

23 november 2007


32


Condensor

V e rd a m p e r


23 november 2007


33

Toepasbaarheid en aandachtspunten

Technische aspecten…

23 november 2007


34

KWO - randvoorwaarden Hydrogeologische voorwaarden : • Doorlatendheid watervoerende laag • Dikte watervoerende laag • Bovenzijde watervoerende laag • Redoxgrens • Zoet/brakgrens • Locale grondwaterstroming • Grondwaterwinning 23 november 2007


35

KWO - kaart voor Vlaanderen/Brussel

23 november 2007


36

KWO - randvoorwaarden Andere voorwaarden : • Focus op koeling • Optimale integratie in energie-installatie • Aangepast afgiftesysteem (+ LTV / - LTK) • Koelvermogen > 200 kW • Voldoende bedrijfsuren

23 november 2007


37

BEO - randvoorwaarden Geologische voorwaarden : • Geen nood aan aquifers • Invloed grondwaterstroming • Invloed grondwaterwinningen • Kan in alle sedimenten toegepast worden (zand, klei, leem, silt, rots, …)

23 november 2007


38

BEO randvoorwaarden Geleidbaarheid Vlaamse bodem (tot op 50m diepte) :

23 november 2007


39

BEO - randvoorwaarden Andere voorwaarden : • Focus op verwarming én koeling • Optimale integratie in energie-installatie • Aangepast afgiftesysteem (+ LTV / - LTK) • Voldoende bedrijfsuren

23 november 2007


40


Milieu-aspecten…

23 november 2007


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

23 november 2007


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,…

23 november 2007


43


Uitvoeringsaspecten…

23 november 2007


44

KWO - uitvoering

23 november 2007


45

KWO - uitvoering

23 november 2007


46

KWO - uitvoering

23 november 2007


47

BEO - uitvoering

23 november 2007


48

BEO - uitvoering

23 november 2007


49

BEO - uitvoering

23 november 2007


50

BEO - uitvoering

23 november 2007


51

BTES - Eandis

23 november 2007


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

23 november 2007


53


Condensor

V e rd a m p e r


23 november 2007


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

23 november 2007


55


Condensor

V e rd a m p e r

Meer info naar toepassingsmogelijkheden op uw locatie :

VITO, Expertisecentrum Energietechnologie Boeretang 200 2400 MOL Hans HOES, [email protected] , T: (014) 33 59 14 Johan DESMEDT, [email protected] , T: (014) 33 58 41 Bert LEMMENS, [email protected] , T: (014) 33 59 01

23 november 2007


56

De geothermische warmtepomp biedt nieuwe uitdagingen H.Hoes, VITO

Recommend Documents