Naar de bron van de warmtepomp

Studienamiddag : Introductie tot alternatieve en duurzame energieopwekking voor KMO’s Energik – Voka Mechelen 7 juni 2007

Naar de ‘bron’ van de warmtepomp

H.Hoes

4 januari 2009

vertrouwelijk – © 2005, VITO NV – alle rechten voorbehouden


1

C on d e ns o r

V e r d am p e r

• ‘The fifth alternative’ • ‘Ondiepe’ geothermische technologieën • Praktijkvoorbeelden met open / gesloten systemen • Toepasbaarheid en aandachtspunten • Besluit

4 januari 2009


Page 1

2

Traditionele Hernieuwbare bronnen ⌦ Zon ⌦ Water ⌦ Wind ⌦ Biomassa


4 januari 2009

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 januari 2009


Page 2

4

“Het vijfde alternatief” ‘Ondiepe’ geothermie ⌦De bodem gebruiken voor extractie van warmte / koude ⌦De bodem gebruiken voor seizoenale opslag

4 januari 2009


5

4 januari 2009


6

Page 3

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

4 januari 2009


7

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 % 4 januari 2009

WARMTEVRAGER

WARMTEBRON


Page 4

8

Welke bronnen ? Afbeeldingen : Stiebel Eltron

COP

COP

COP

lucht (buiten- ; ventilatie-) water (afval- ; kanaal- ; …) bodem : horizontale warmtewisselaar bodem : verticale warmtewisselaar bodem : grondwater 4 januari 2009


9

Systemen voor ondergrondse energie-opslag ATES

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

BTES

CTES 4 januari 2009


Page 5

10


C on d e ns o r

V e r d am p e r


4 januari 2009


11

ATES – Aquifer Thermal Energy Storage

4 januari 2009


Page 6

12

Beschikbaarheid aquifers  VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek

4 januari 2009


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 m3/h ⌦ Brondiepte = 65 m ⌦ Brondiameter = 80 cm ⌦ Bronafstand = 100 m 4 januari 2009

ATES


Page 7

14

4 januari 2009


ATES

Page 8

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

0,0

150

[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

12/08/04 06:30 13/08/04 00:30

11/08/04 12:30

10/08/04 18:30

10/08/04 00:30

09/08/04 06:30

4 januari 2009

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

Zomerperiode


ATES

15

Klina hospitaal

1500

1350

0

16

Klina hospitaal 30,00 Temperature cold well Temperature warm well 25,00

Temperature [°C]

20,00

15,00

10,00

5,00

4 januari 2009

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

0,00

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 % 4 januari 2009

ATES


Page 9

18

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) 4 januari 2009

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) …

4 januari 2009


Page 10

20

KWO – technologie 2 Koude-opslag/recirculatie – in één richting pompen Bovengrondse installatie Proceskoeling

Koeler

M

Onttrekkingsbron

M

Infiltratiebron

Zomer + winter

WATERVOERENDE LAAG

Winter

Zomer

4 januari 2009


21

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

10 à 50° C

5 à 30° C

4 januari 2009


Page 11

22

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

Koeltoren/ Oppervlaktewater

30 25 20 15 10 5 0 -5 -10

KWO

Grondwater Koelmachine


4 januari 2009

23

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) 4 januari 2009


Page 12

24

BTES – Borehole Thermal Energy Storage

4 januari 2009


25

Geleidbaarheid : 0-30m  VITO, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek

4 januari 2009


Page 13

26

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

4 januari 2009


27

BTES – RVT ‘De Notelaer’ Beveren

4 januari 2009


Page 14

28

Van VWW naar BEO : principetoepassing


4 januari 2009

29

BTES – RVT ‘De Notelaer’ Beveren Kenmerk BEO-veld Configuratie opslagveld BEO-veld, aantal verticale bo ringen BEO-veld, d iep te verticale warmtewisselaars Tota le boorgatlengte (= 50 * 150 ) Tota le b uislengte (= 50* 150 *4) Boorga tafsta nd (o nderling) Bo venoppervlak opslagveld (= 20 * 35 m) Opslagvo lume (bodemvo lume) Type warmtewisselaar Boorga td iameter U-buis type U-buis materiaal U-buis asa fstand Fluïd um Boorga tvulling - BEO Maximu m vloeisto ftemperatuurstraject M inimum vlo eisto fte mperatuurstraject 4 januari 2009

R usthuis Matrix 50 stuks 150 m 7.500 m 30.000 m (5 m) in (5*10)- matrix 700 m² 105.000 m3 Dubbe le 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


Page 15

30

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% 4 januari 2009


31

Uitvoeringsaspecten…

4 januari 2009


Page 16

32

ATES - uitvoering

4 januari 2009


33

ATES - uitvoering

4 januari 2009


Page 17

34

BTES - uitvoering

4 januari 2009


35

BTES - uitvoering

4 januari 2009


Page 18

36

BTES - uitvoering

4 januari 2009



37

C on d e ns o r

V e r d am p e r


4 januari 2009


Page 19

38

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

4 januari 2009


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, [email protected] , T: (014) 33 59 14 Johan DESMEDT, [email protected] , T: (014) 33 58 41 Johan VAN BAEL, [email protected] , T: (014) 33 58 26

4 januari 2009


Page 20

40

Naar de bron van de warmtepomp

Recommend Documents