Grundläggande om geoenergi. Geoenergi REGEOCITIES i Stockholm. Effekt och energi. Byggnadens värmebehov 16/10/2014. Effekt (kw) Fastighetsgräns

Transkript

1 Geoenergi REGEOCITIES i Stockholm Grundläggande om geoenergi Jessica Benson & Oskar Räftegård SP Stockholm Byggnadens värmebehov Effekt och energi Effekt (kw) Fastighetsgräns Användning Återvinning Energi (kwh) KÖPT ENERGI Behov Energiförlust Effekt: kortsiktig påverkan på borrhål Energi: långsiktig påverkan på borrhål 1

2 Dimensionering av energibrunn Värmepump: Äldre: ca 60% effekt, 90% energi, SPF 3-3,5 Idag: högre effekttäckning (100%?), SPF 3,5-4,0 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Horizontal ground heat exchangers m depth (horizontal loops) Borehole heat exchangers m depth (vertical loops) Energy piles5-45 m depth Ground water wells4 ->50 m depth Water from mines and tunnels Äldre typvilla Behov: kwh värme Geoenergi äldre: kwh/år Geoenergi ny: kwh/år Behov Methods using a heat exchanger inside the ground are also called closed systems, methods producing water from the ground and having a heat exchanger above ground are called open systems. Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 6 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Horizontal ground heat exchangers m depth (horizontal loops) The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Borehole heat exchangers m depth (vertical loops) Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 7 Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 8 2

3 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Energy piles5-45 m depth The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Ground water wells4 ->50 m depth Water from mines and tunnels Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 9 Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 10 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION Open systems and closed systems Advantages and disadvantages Brunn enligt normbrunn OPEN SYSTEMS GROUNDWATER WELLS (UTES) Heattransfer from ground to wellor viceversa by pressure difference (pumping) Advantage: High capacity with relatively low cost Relatively hightemperature levelof heat source/ low level of cold source Disadvantage: Maintenance of well(s) Requires aquifer with sufficient yield Water chemistry needs to be investigated CLOSED SYSTEMS BOREHOLE HEAT EXCHANGERS (BHE) Heattransfer from ground to BHEor viceversa by temperature difference Advantage: No regular maintenance Safe Can be used virtually everywhere Disadvantage: Limited capacity per borehole Relatively low temperature level of heat source/ high level of cold source Tätning mot markytan: Foderrör av stål -Minst 6 meter -Minst 2 meter i fast berg Hindrar bl.a.: -Ytliga föroreningar/gödsel -Artesiskt flöde Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 11 3

4 Kollektor: enkelt U-rör Film Borrning Kollektor Brunn Temperaturen i marken Vertikalt och horisontellt flöde Bergrunden har normalt dålig vattenföring. Vattnet rör inte så mycket på sig i berget, jämfört grus, sand, etc. h 4

5 Termisk hävert Varifrån kommer bergvärmen? Äldre typvilla Behov: kwh värme Geoenergi äldre kwh/år Geoenergi ny: kwh/år Behov Vanlig brunn Pumpflöde; a/ 0,5 l/s b/ 1,0 l/s Köldbärare -3 C +0 C Värmeuttag Vid vattenuttag sjunker vattennivån i brunnen och dess närhet tills dess att tillrinningen blir lika stor som pumpflödet. vattenflöde a b vattenflöde 40 W/m Borrhåls vägg: +2,5 C Om pumpflödet minskar så stiger vattennivån i brunnen. Ostörd mark +8,5 C 5

6 Värmetillförsel till borrhål Värmetillförsel på kort sikt Bergets termiska egenskaper Värmeledning : 3-4 W/m (utom Skåne) Värmekapacitet: 0,6 kwh/m 3, C Temperatur Bergtemperaturer Borrhål Borrhål År normallast för småhus Fluidtemperatur Temperaturvariation i bergbrunn År 6

7 Värmetillförsel Bergtemperaturer Värmetillförsel på kort sikt Värmetillförsel på långt sikt Temperatur År (bearbetad) Borrhål 4 m 10 m 20 m normallast för småhus Värmetillförsel Värmetillförsel Antal år innan marktemperaturen sänkts med 0,8 C. Borrhålsdjup 110 m Uttag 150 kwh/m/år 10 meter radie Antal år innan marktemperaturen sänkts med 0,8 C. Borrhålsdjup 110 m Uttag 150 kwh/m/år 7

8 Värmetillförsel vid 10 meter radie Termisk influens mellan 2 borrhål 10 meter radie Sänker bergets medeltemperatur på lång sikt mer än om brunnen varit helt friliggande Fallstudie - Kvarteret Grönstensyxan Medelfluidtemperatur (C) Fall C. Varje fastighet Värmepumpseffekt 5 kw Aktivt borrhålsdjup 90 m Ostörd Fastighet 4, 5, 12 och 13 Fastighet 3, 6, 11 och 14 Fastighet 2, 7, 10 och 15 Fastighet 1, 8, 9 och Tid (år) Temperatursänkning p.g.a årsmedeluttag 19 W/m Termisk influens Endast det årliga nettouttaget av energi ur marken påverkar grannen Variationen under året är inte märkbar Nettouttaget kan minskas genom återladdning Temperatursänkningen väsentligen proportionell mot nettouttag per meter borrhål Genom att borra djupare kan man kompensera för grannpåverkan 8

9 Beräkningsexempel 1: Ökad köpt energi pga termisk influens Termisk influens motsvarande 1 C sänkning medför att värmepumpens effekt sänks med ca 3-4 %, vilket vid dellastkan kompenseras med 3-4 % längre driftstid. Beräkningsexempel 2: Ökad köpt energi pga termisk influens Termisk influens motsvarande 1 C sänkning medför att värmepumpens effekt sänks med ca 4%, vilket vid dellastkan kompenseras med 4 % längre driftstid. 0,25-0,3 grader i medeltal, ger ca 1 % längre driftstid på värmepump Befintlig VP: Värme 6 kw * 4000 timmar = kwh/år Värmefaktor 3 ger elförbrukning värmepump 8000 kwh/år Ökad elförbrukning 1 % uppskattas till 80 kwh/år Temperatursänkning 2-3 C, får till följd att vid utetemperatur under ca -3 till -5 C kommer värmepumpen att gå hela tiden. Elpatronen kommer att gå in vid en något högre lufttemperatur. Ökad elförbrukning uppskattas till ca kwh/år Temperatursänkning 3000 Temperatursänkning kW 125meter Granne avst effekt Ger: 44meter extra 9

10 Temperatursänkning 3000 Temperatursänkning kW 125meter Granne avst effekt (42-50) (7) 7kW 125meter Granne avst effekt Ger: 40meter extra Ger: 25 (28)meter extra Temperatursänkning 3000 Borrhålslager 7kW 125meter Granne avst effekt Ger: meter extra Borrhålen ligger tätt: 5-10 meter Vanlig dimensionering är max-kallt berg Ger kall frikylapå sommaren <12 C Obalanserat: värme tas från omgivning året runt Alternativt dimensionering balanserad temperatur : varmt kylsystem ca C framledning Balanserat: tar både värme/kyla från omgivning 10

11 Byggnadens energibalans och -last Byggnadens energibalans och -last Spetsvärme El till värmepump Lager El till kylmaskin Lager Sofia Stensson Sofia Stensson Värme-och kylbehov på Vällingby center Årliga behov och köpt el [kwh/m 2 /år] Köpt fjärrvärme 67 VP producerad värme 98 SUMMA VÄRMEBEHOV 165 VP producerad kyla 35 Kyla från berget 20 SUMMA KYLBEHOV 56 Köpt el 39 Diskussionsfrågor Stockholm Hur hantera ansökningar om "stora anläggningar" dvs. fler än 10 borrhål, särskilda krav? Handläggning av större värmepumpar, med många borrhål. Vi har i Solna sett att det blir allt mer populärt med anläggningar till flerfamiljshus. Ofta blir det en borrhål då. Den vägledning som finns är mest utformad kring enfamiljshus med enstaka borrhål, det skulle därför vara intressant med en diskussion som tar upp vad som kan krävas vid större anläggningar med tanke på att "20- metersregeln" mest är tillämpbar vid mindre anläggningar. Likvärdig anmälnings/tillståndsblankett Källa: Svenska Sofia Bostäder Stensson 11

12 Diskussionsfrågor Stockholm Vilka krav kan man ställa i närheten av och inom yttre/sekundärt vattenskyddsområde? Hur ska man tänka när det gäller stora anläggningar inom vattenskyddsområdet eller i närheten av det. Områden som har identifierats som potentiellt förorenade enligt MIFO, hur ska man tänka då, särskilt om detta också ligger inom vattenskyddsområdet? Närheten till förorenad mark, hur nära är tillräckligt nära för att det ska kunna betraktas som en risk? Och vilka risker finns för att föroreningar sprids vid borrning? Krav på återfyllning och tätning, är sådana krav rimliga? hjälper det eller är skadan redan skedd i och med att borren penetrerar olika markskikt? 12