01/06/2012
Evaluatie van ondiepe en diepe geothermie voor de Parkwijk in Turnhout Geert Schoofs (DE ARK) en Ben Laenen (VITO)
Situering
Eigendom 245 won + 205 app
Bouwjaren Parkwijk 1 24
24
83
1969 1971 1972
32
1973
1976 1977
235
1997
27 24
2009
Vlaams Urgentieprogramma energie 2020
1.DAKISOLATIE 2.HOOGRENDEMENTS GLAS 3.CONDENSATIE CV-KETELS
RENOVATIE PLANNING +/- 100 miljoen € voor patrimonium DE ARK 14 miljoen € voor Parkwijk 283 van de 450 CV-ketels zijn OK Natte kruipkelders Geen isolatie, vele koudebruggen Kenmerkende architectuur – erfgoed
Verscheidene grootschalige projecten op til
GEOTHERMIE ALS OPLOSSING?
Welke technologie? Schaalgrootte? Betaalbaarheid? kosten/baten
Jaarlijkse energie behoefte Woningen Appartementen TOTAAL
incl renovatie excl sanitair warm water
Bestaande toestand (EPC)
2.605 MWh 1.316 MWh 3.921 MWh
10.901 MWh 3.482 MWh 14.384 MWh
Op basis van EPC’s woningen 530 kWh/m2 app 240 kWh/m2
Energiebehoefte Type Aantal m2/unit traditioneel (133 kWh/m2) laag energieverbruik (85 kWh/m2) Woningen kWh per woning Totaal MWh kWh per woning Totaal MWh PAA 24 110 14.630 351 9.350 224 PAC 1 23 110 14.630 336 9.350 215 2 62 145 19.285 1.196 12.325 764 PAE 1 10 110 14.630 146 9.350 94 2 22 140 18.620 410 11.900 262 PAF 27 65 8.645 233 5.525 149 PAI 1 3 110 14.630 44 9.350 28 2 20 150 19.950 399 12.750 255 PAJ 1 10 110 14.630 146 9.350 94 2 20 145 19.285 386 12.325 247 Appartementen PAK 1 23 67 8.911 205 5.695 131 2 60 85 11.305 678 7.225 434 3 22 105 13.965 307 8.925 196 PAL 1 22 67 8.911 196 5.695 125 2 57 85 11.305 644 7.225 412 3 21 105 13.965 293 8.925 187 PAN 24 78 10.374 249 6.630 159 Totaal 7.020 3.976
01/06/2012 © 2012, VITO NV
11
Energiebehoefte 3000
Warmtevraag 2500
Verwarmingsvermogen [kW]
2000
1500
1000
500
0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Uren van het jaar [h]
01/06/2012 © 2012, VITO NV
12
Energievoorziening Ref.
BETS + ATES
ATES
Intermed. Diepe Geothermie geothermie
diepte
Nvt
120
150
1000
2200
Organisatie
Decentraal decentraal
semicentraal
Centraal
centraal
Verwarming
Gasketel
Warmtepomp
Warmtepomp
Direct
Direct
40 – 30
40 – 30
35 – 25
95 – 65 (30)
Direct + warmtepomp
Direct + warmtepomp
Nvt
Adsorptiekoeling
15 – 19
15 – 19
Nvt
12 – 16
T Koeling
T
Koelmachine, water
01/06/2012 © 2012, VITO NV
13
Koude-warmte opslag in aquifers (ATES)
01/06/2012 © 2012, VITO NV
14
Koude-warmte opslag in aquifers (ATES) » Watervoerende laag niet dieper dan 150 m » Voldoende hoge waterdoorlatendheid » 8 m/d of hoger » Gerelateerd aan de dikte » Voldoende dikte van de watervoerende laag » Minimaal 10 m » Gerelateerd aan de doorlatendheid » Grondwaterstroming niet groter dan 25 m/j » Geen interferentie met bestaande toepassingen » Buiten beschermingszones voor grondwaterwinningen
01/06/2012 © 2012, VITO NV
15
Toepassingsgebied van ATES
01/06/2012 © 2012, VITO NV
16
Mogelijkheden ATES in de Parkwijk Diepte (m t.a.w.)
Diepte (m)
Litholgie
Formatie
21 – 17
0–4
Zand met kleilage
Quartair
17 – -15
4 – 36
Fijn zand
Formatie van Poederlee
-15 – -26
36 – 47
Fijn kleiig groen zand
Formatie van Kasterlee
-26 – -132
47 – 153
Groen zand
Formatie van Diest
-132 – -151
153 – 172
Zwartgroen zand
Formatie van Berchem
01/06/2012 © 2012, VITO NV
17
Mogelijkheden KWO in de Parkwijk Parameter
Waarde
Ontwerpvermogen KWO verwarming Doublet 1
487 kW
Ontwerpvermogen KWO verwarming Doublet 2
540 kW
Ontwerp warmteproductie Doublet 1
773 MWh
Ontwerp warmteproductie Doublet 2
856 MWh
Injectietemperatuur bron
6 – 18°C
Gemiddelde onttrekkingstemperatuur bron
12°C
Maximaal grondwaterdebiet Doublet 1
70 m3/u
Maximaal grondwaterdebiet Doublet 2
80 m3/u
Totaal verpompt volume Doublet 1
110.600 m3/j
Totaal verpompt volume Doublet 2
122.400 m3/j
01/06/2012 © 2012, VITO NV
18
Boorgatenergieopslag (BTES)
01/06/2012 © 2012, VITO NV
19
Boorgatenergieopslag (BTES) » Verticale lus in een 20 tot 150 m diep boorgat » Vermogen en capaciteit via meerdere boringen » Tussenafstand 2 tot 10 m
» Hoge temperatuuropslag mogelijk (tot 90°C) » In principe overal toepasbaar » Thermische geleidbaarheid van de bodem
» Warmtecapaciteit van de boden » Grondwaterstroming
01/06/2012 © 2012, VITO NV
20
Geschiktheid ondergrond voor BTES
01/06/2012 © 2012, VITO NV
21
Mogelijkheden in de Parkwijk (ATES – BTES) » Appartementen via ATES Parameter
Waarde
Ontwerpvermogen KWO verwarming
320 kW
Ontwerp warmteproductie
509 MWh
Injectietemperatuur bron
6 – 18°C
Gemiddelde onttrekkingstemperatuur bron
12°C
Maximaal grondwaterdebiet
45 m3/u
Totaal verpompt volume
72.900 m3/j
01/06/2012 © 2012, VITO NV
22
Mogelijkheden in de Parkwijk (ATES – BTES) » Woningen via BTES (ontwerp per woning) Parameter
Waarde
Configuratie opslagveld
In line
Aantal verticale warmtewisselaars
3
Diepte verticale warmtewisselaars
120 m
Type warmtewisselaar
Dubbele-U-lus
Onderling boorgatafstand
16 m
Boorgatdiameter
16 cm
Fluïdium
Water/glycol
Maximum vloeistoftemperatuurstraject
14 – 18°C
Minimum vloeistoftemperatuurstraject
-3 – 1°C
01/06/2012 © 2012, VITO NV
23
Geothermie
01/06/2012 © 2012, VITO NV
24
Geothermie
» Wth = Q x
x cw x (Tp – Ti)
» Wth: thermische vermogen (W) » Q: debiet (m3/s) » : densiteit van water (kg/m3) » cw: specifieke warmte van water (J/kg.°K) » Tp: productietemperatuur (°C) » Ti: injectietemperatuur (°C)
01/06/2012 © 2012, VITO NV
25
Energiebalans in de ondergrond
Model: poro: 15%; h: 100 m; k: 230 mDarcy; Q: 10,4 kg/s; 6,7 MW th; oneindig reservoir
01/06/2012 © 2012, VITO NV
26
Toepassingen van geothermie > 120°C
elektriciteitsproductie
150°C
productie van aluminium via Bayer procédé
140°C
drogen en inblikken van landbouwproducten
110°C
drogen en afharden van prefab betonelementen
100°C
drogen van organische stoffen zoals groenten en gras
80°C
traditionele ruimteverwarming
70°C
onderste grens adsorptiekoeling
60°C
verwarming van stallen (veeteelt)
55°C
onderste grens serreverwarming
50°C
balneologie, teelt paddenstoelen
40°C
onderste grens ruimteverwarming
30°C
verwarming zwembaden
25°C
visteelt
< 25°C
warmtepompen
01/06/2012 © 2012, VITO NV
27
Het potentieel in Vlaanderen
01/06/2012 © 2012, VITO NV
28
Geothermische reservoirs Noorderkempen temperature (°C) 0
20
40
porosity (m3/m3)
60
80
100
0
500
500
1000
1000
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Krijt
depth (m)
0
depth (m)
0
0,1
1500
1500
2000
2000
Westfaliaan
Kolenkalk 2500
2500 modelled
measured
average
23/02/2009 01/06/2012 © 2012, VITO NV
minimal
maximal
Geothermie in Vlaanderen 29
29
Mogelijkheden geothermie in de Parkwijk Krijt
Onder-Carboon
Toeleveringstemperatuur
35°C
95°C
Injectietemperatuur
22°C
60 (30)°C
Productiedebiet
75 m3/u
125 m3/u
Vermogen
1.125
5.100 (9.450) kW
Warmtelevering
4.000 MWh
7.050 MWh
Pompvermogen
90 kW
190 kW
Totaal verpompt volume
263.700 m3/j
172.700 m3/j
01/06/2012 © 2012, VITO NV
30
Evaluatie energieprestatie eenheid
referentie
Decentraal ATES
Krijt
BovenCarboon
Elektriciteit
MWh/j
16
110
277
320
260
Aardgas
MWh/j
4.700
2.500
2.350
0
0
Som Primaire MWh/j energie
4.716
2.610
2.627
320
260
45
44
93
94
43
40
102
84
89
91
Besparing
%
CO2 uitstoot
ton/j
Besparing
%
886
01/06/2012 © 2012, VITO NV
31
Economische evaluatie eenheid Investering Euro Verschil
Euro
Werking
Euro/j
Verschil
Euro/j
Eenvoudig e payback
J
referentie
Decentraal
ATES
Krijt
BovenCarboon
540.000
1.810.000
2.218.000
3.045.000
8.503.000
1.270.000
1.678.000
2.505.00
7.963.00
113.000
142.000
75.000
111.000
102.000
73.000
140.000
104.000
12,5
23
17,9
76,5
215.000
886
01/06/2012 © 2012, VITO NV
32
Besluiten » De warmtevraag kan ingevuld worden met ondiepe en diepe geothermie » Het decentrale systeem, ATES en de geothermische bron in het BovenCarboon kunnen koeling leveren » Systemen met warmtepompen leveren een primaire energiebesparing van ca. 45% en verminderen de CO2 uitstoot met ca. 40% » Rechtstreekse toepassingen leveren een primaire energiebesparing van met meer dan 90% en verminderen de CO2 uitstoot met ca. 90% » Het vermogen van de twee geothermische bronnen wordt onderbenut, wat resulteert in langere terugverdientermijnen » Indien koeling kan gevaloriseerd worden stijgt de rendabiliteit van het decentrale systeem, ATES en de geothermische bron in het BovenCarboon » De geothermische bron in het Boven-Carboon kan hoge temperatuur warmte leveren en stelt minder eisen aan de isolatie van de woningen 01/06/2012 © 2012, VITO NV
33
