Koelen en verwarmen: de bodem als energiebron

Jaarlijkse Informatievergadering Particulier Historisch Patrimonium 14 juni 2008, Kasteel van Hex te Heers

Koelen en verwarmen: de bodem als energiebron

J. Van Bael

17 juni 2008 17 juni 2008

vertrouwelijk – © 2008, VITO NV – alle rechten voorbehouden vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden

1

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

17 juni 2008 17 juni 2008


2

Inleiding • • • • •

40% CO2 emissie Europa gebouwgerelateerd 20-20-20-doelstellingen tegen 2020 (EU-klimaatsplan) Doelstellingen rond hernieuwbare energie, EPBD Toename in gebruik van koeling Basisfilosofie voor duurzame gebouwen – – – – –

17 juni 2008 17 juni 2008

Toepassing Trias Energetica Comforttabel Laag energieverbruik Lage CO2 emissies Lage totale levensduurkosten vertrouwelijk – © 2008, VITO NV – alle rechten voorbehouden vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden

3


17 juni 2008 17 juni 2008


4

Traditionele hernieuwbare bronnen ⌦ Zon ⌦ Water ⌦ Wind ⌦ Biomassa

17 juni 2008 17 juni 2008


5

“Het vijfde alternatief” = Geothermie ⌦Geo = Aarde en Thermie = warmte ⌦Temperatuur op 10 – 100 m diepte = constant (12°C) ⌦Temperatuur stijgt met 3 K per 100 m diepte (vuistregel)

17 juni 2008 17 juni 2008


6

“Het vijfde alternatief”

‘Ondiepe’ geothermie ⌦De bodem gebruiken voor extractie van warmte / koude ⌦De bodem gebruiken voor seizoenale opslag

17 juni 2008 17 juni 2008


7

Ondiepe geothermische technieken G E O -E N E R G IE

LAAG E N T H A L P IE (O N D IE P )

LU CH T

HOOG E N T H A L P IE (D IE P )

(G R O N D )W A T E R / G LYC O L

G ro n d w a te r

H Y D R O T H E R M IE

W a te r/g lyco l

O pen

T e m p e ra tu u r

M e d iu m

A E R O T H E R M IE

G e s lo te n

T e ch n o lo g ie H o rizo n ta le w is se la a rs

Koudew a rm te o p s la g

17 juni 2008 17 juni 2008

O n ttre k k in g

O n ttre k kin g

V e rtic a le w is se la a rs

B o o rg a te n e rg ie o p s la g

O n ttre kk in g

E n e rg ie p a le n

G ro n d b u ize n

T e ch n ie ke n


8


17 juni 2008 17 juni 2008


9

De ‘bronnen’ van de warmtepomp WARMTEPOMP

De WARMTEBRON kunnen zorgen voor de hernieuwbare energietoevoer Condensor

COP = 2..3,5..6

Verdamper

ηprim = 75..140…250 % Van elke kWh fossiele energie maakt de warmtepomp 0,75..1,4..3 kWh bruikbare warmte Hernieuwbaar als ηprim > 100 % 17 juni 2008 17 juni 2008

WARMTEVRAGER

WARMTEBRON


10

De ‘bronnen’ van de warmtepomp ⌦ Grondwatersystemen ⌦ Systemen met verticale wisselaars ⌦ Systemen met horizontale wisselaars ⌦ Benoemd als grondgekoppelde warmtepompsystemen

17 juni 2008 17 juni 2008


11

Systemen voor ondergrondse energie-opslag Commerciële Systemen

ATES

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

CTES 17 juni 2008 17 juni 2008

BTES


12


17 juni 2008 17 juni 2008


13

KWO - werkingsprincipe

17 juni 2008 17 juni 2008


14

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

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

17 juni 2008 17 juni 2008

(Leuven, bank) (Brasschaat, ziekenhuis) (Malle, kantoorgebouw) (Turnhout, kantoorgebouw) (Mol, laserkoeling) - recirculatievariant (Geel, kantoorgebouw) (Geel, ziekenhuis) (Turnhout, ziekenhuis) (Overpelt, ziekenhuis) (Geel, psychiatrisch centrum) (Meer, tuinbouwbedrijf) (Mol, rustoord) (Herentals, ziekenhuis) (St-Truiden, ziekenhuis) vertrouwelijk – © 2008, VITO NV – alle rechten voorbehouden vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden

15

KWO – randvoorwaarden Hydro-Geologische voorwaarden : • Doorlatendheid watervoerende laag • Dikte watervoerende laag • Bovenzijde watervoerende laag • Redoxgrens • Zoet/brakgrens • Locale grondwaterstroming • Grondwaterwinning 17 juni 2008 17 juni 2008


16

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

17 juni 2008 17 juni 2008


17

KWO – randvoorwaarden © VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek

17 juni 2008 17 juni 2008


18

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 17 juni 2008 17 juni 2008


19

Etap - Malle Fase II KANTOREN

LBK 1,2,3

M

M

M

LBK 4,5

M

M

M

WW1

M

Fase I LICHTPAVILJOEN

M

WW2 LBK : luchtbehandelingskast WW : warmtewisselaar

M

M

Zomerperiode

Koude bron

Warme bron

600 kW - KWO

17 juni 2008 17 juni 2008


20

Cipal/Innotek - Geel

1100 kW - KWO

17 juni 2008 17 juni 2008


21

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 m3/h ⌦ Brondiepte = 65 m ⌦ Brondiameter = 80 cm ⌦ Bronafstand = 100 m 17 juni 2008 17 juni 2008

vertrouwelijk – © 2008, VITO NV – alle rechten voorbehouden

ATES


22

Klina hospitaal

Zomerperiode

17 juni 2008 17 juni 2008


ATES


23

Klina hospitaal Evaluatie 2003 – 2004 – 2005 (Luchtgroepen) • totale koudevraag = 1.789 MWh • KWO-koeling (direct) = 1.394 MWh (78 %) • Warmtepomp-koeling = 395 MWh (22 %) • Energiebesparing op koeling = 76 % • totale warmtevraag = 2.841 MWh • KWO-verwarming (direct) = 534 MWh (19%) • Warmtepomp-verwarming = 2.307 MWh (81 %) • Energiebesparing op verwarming = 69 % 17 juni 2008 17 juni 2008


ATES


24

Klina hospitaal Evaluation 2003 – 2004 – 2005 (Luchtgroepen) • 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

(31 voor KWO koude)

• financiele cijfers : • investering KWO : 750 000 € • meerinvestering tov klassieke toepassing : 300 000 € • jaarlijkse besparing : 35 000 € • eenvoudige TVT : 8,5 j (met subsidie 2 j) 17 juni 2008 17 juni 2008


ATES


25


17 juni 2008 17 juni 2008


26

BEO – Boorgat-energieopslag

17 juni 2008 17 juni 2008


27

BEO – Boorgat-energieopslag

17 juni 2008 17 juni 2008


28

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

17 juni 2008 17 juni 2008


29

BEO – installatie

17 juni 2008 17 juni 2008


30

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

17 juni 2008 17 juni 2008


31

Thermische ResponsTest In-situ meting verschaft info omtrent : 1. 2. 3. 4. 5.

Geologische karakterisatie Bepaling thermische bodemkarakteristiek (ontwerp) Meten van natuurlijke bodemtemperatuur Bepalen van de boorgatweerstand Begroten van de invloed van grondwaterstroming en bestaande grondwateronttrekkingen 6. Boorbaarheid ter plaatse

17 juni 2008 17 juni 2008


32

BEO – RVT ‘De Notelaer’ Beveren ⌦ Nieuw rustoord ⌦ Zeer energiezuinig gebouw ⌦ BTES met warmtepomp ⌦ Energiezuinige verwarming én ‘top’koeling ⌦ Uitvoering 2007 - 2008

17 juni 2008 17 juni 2008


33

17 juni 2008 17 juni 2008

ENERGIE-VRAAG

Rusthuis: WINTER en TUSSENSEIZOEN Warmte hoge temperatuur

Warmte lage temperatuur

Koude lage Koude hoge R usthuis : temperatuur Z O M E R S E IZ OEN temperatuur

(radiatoren)

(vloerverwarming)

(vloerkoeling)

(ventilo)

W arm te hoge tem peratuur

W arm te lage tem peratuur

K oude lage tem peratuur

K oude hoge tem peratuur

(radiatoren)

(vloerverw arm ing)

(vlo erkoeling)

(ventilo)

Condensor

ENERGIE-AANBOD

ENERGIE-AANBOD

ENERGIE-VRAAG

BEO – RVT ‘De Notelaer’ Beveren

Verdamper

C o nd e nsor

V e rda m p er

Verdamper

Gasgestookte HR+ ketels

Elektrische Compressiewarmtepomp

G a sg e sto okte H R + k e tels

Condensor

V e rda m p er Koeltoren

E le k trisc h e C o m pressie w a rm te pom p

BEO-veld

K o e ltore n

Elektrische Compressiekoelmachines

B E O - ve ld

C o nd e nsor

E le k trisc h e C om pre ssiek o e lm a c h ines


34

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 subsidies ⌦ 70 ton minder CO2-emissie, zijnde ongeveer 30% 17 juni 2008 17 juni 2008


35

Beo EANDIS • • • • • • • •

17 juni 2008 17 juni 2008

Nieuwbouw kantoor 650 personen (15.000 m² nvo) Bodemwarmtewisselaars + warmtepomp focust op LTV (76%) en HTK (60%) Exploitatiekosten : - 35% tov referentieinstallatie Primair energieverbruik : - 42% CO2 reductie: - 31% 1ste grote project in werking sinds oktober 2007 Haalbaarheidsstudie, thermische repons test en ontwerp door VITO en SDKE


36

BEO EANDIS • Energiekosten per jaar – 35% – + € 5.800 elektriciteit – + € 1.500 vermogen – - € 28.200 aardgas

Referentie

BEO+WP

Elektriciteit

€ 22,318

€ 28,143

Vermogenvergoeding

€ 8,367

€ 6,828

Aardgas

€ 37,352

€ 9,104

TOTAAL

€ 68,037

€ 44,076

-

€ 23,961

Verschil

• Exploitatiekosten per jaar – 35% – Energie - € 24.000 – Onderhoud - € 3.150

Referentie

BEO+WP

Energiekosten

€ 68,037

€ 44,076

Onderhoudskosten

€ 9,376

€ 6,226

TOTAAL

€ 77,413

€ 50,302

-

€ 27,111

Verschil tov referentie

17 juni 2008 17 juni 2008


37

BEO EANDIS Referentie

BEO+WP

Gasketels HR+ (incl. toebehoren)

€ 60,800

€ 44,800

Koelmachine (incl. toebehoren)

€ 204,000

€ 80,750

-

€ 90,000

€ 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

€ 29,243

-

-

€ 6,000

SUBTOTAAL

€ 390,043

€ 592,789

Onvoorzien (5%)

€ 19,502

€ 29,639

TOTAAL

€ 409,546

€ 622,428

-

€ 212,883

Omkeerbare Warmtepomp (incl. toebehoren) Koeltoren (incl. leidingen, pompen, waterbehandeling)

Transformatorcabine (meerprijs) BEO - Thermal response test

Meerinvesteringen tov referentie 17 juni 2008 17 juni 2008


38

BEO EANDIS Eenheid

Referentie

BEO+WP

Investeringskosten Investeringskosten referentie

€

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

-

7.0

Internal rate of return - IRR@ 20 jaar

%

-

15%

Netto actuele waarde - NAW @ 6%

€

-

146,263

17 juni 2008 17 juni 2008


39

BEO EANDIS Primair energieverbruik (MWh/jaar) Referentie WP + BEO-installatie Elektriciteit 590 822 Aardgas 1400 341 TOTAAL 1990 1163 Verschil tov referentie (MWh/jaar ) 827 CO 2 -emissie

Eenheid

Referentie

BEO+WP

Elektriciteit

ton/jaar

162

226

Besparing

ton/jaar

-

-64

Aardgas

ton/jaar

253

62

Besparing

ton/jaar

-

192

Totaal

ton/jaar

415

287

Totale besparing

ton/jaar

-

128

17 juni 2008 17 juni 2008

- 42 %

- 31 %


40

17 juni 2008 17 juni 2008


41

17 juni 2008 17 juni 2008


42

17 juni 2008 17 juni 2008


43

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

17 juni 2008 17 juni 2008


44

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 17 juni 2008 17 juni 2008


45

Koelen en verwarmen : De bodem als energiebron

Meer info naar toepassingsmogelijkheden :

VITO, Expertisecentrum Energietechnologie Boeretang 200 2400 MOL Hans HOES Johan DESMEDT Johan VAN BAEL

17 juni 2008 17 juni 2008

hans.hoes@vito [email protected] [email protected]

T: (014) 33 59 14 T: (014) 33 58 41 T: (014) 33 58 26


46

Koelen en verwarmen: de bodem als energiebron

Recommend Documents