Säsongslagring av energi i akvifärer

Transkript

1 Säsongslagring av energi i akvifärer - en undersökning vid Vilundaparken, Upplands Väsby. Åsa Ögren Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola. (löpnr. som tilldelas)

2 Abstract The aim of this thesis which has been done at WSP for the municipality of Upplands Väsby has been to investigate whether it is possible to provide heat and cold needed in a couple of buildings by seasonal energy storage in an aquifer. A study of literature concerning existing aquifer energy plants has been done where the main focus has been on the aquifer energy plant at the main office of SAS in Frösundavik. The buildings studied are located in Vilundaparken, Upplands Väsby. The buildings in Vilundaparken consist of an ice-skating hall, a sports centre, football fields and a swimming bath. In the spring of 2009 a new swimming bath will open and there will be two swimming baths in Vilundaparken. Nearby Vilundaparken runs the esker Stockholmsåsen in which the energy will be stored. The annually energy needs for heating the already existing buildings has been determined to be approximately 1.9 GWh based on energy statistics from previous years. The energy needs for heating the new swimming bath has been approximated to 3.2 GWh/year. This gives Vilundaparken a total energy demand of 5.1 GWh/year. The aquifer energy plant should be able to meet the buildings maximum power needs which have been determined to be 1.63 MW. Of the 5.1 GWh energy used annually for heating the buildings in Vilundaparken, 3.4 GWh must be taken from the aquifer reservoir. The remaining part will be electrical energy supplied to the heat pump used in the system. In the ice-skating hall there are two refrigerators used to cool the ice. Today these refrigerators are cooled with a cooling tower but this energy, 1.85 GWh/year, could instead be used to charge the aquifer reservoir with heat. When using an aquifer for seasonal energy storage it is important to charge the aquifer reservoir with the same amount of energy that is taken from the reservoir, and to accomplish this, an additional 1.55 GWh/year must be charged into the reservoir. This energy might come from excessive energy from the ventilation during summer, the usage of a heat pump in the natural ground water flow through the aquifer reservoir or by connection of buildings with high cooling needs to the aquifer reservoir. Based on the costs of the aquifer energy plant used at the main office of SAS in Frösundavik, the investment cost of an aquifer energy plant in Vilundaparken has been calculated to 14 million SEK. With an assumed life time of 20 years the life cycle costs of an aquifer energy plant has been compared with the life cycle cost of the existing heating system using district heating. For an aquifer energy plant the life cycle costs is about 90 million SEK while the existing district heating system gives a life cycle cost of about 117 million SEK. The carbon dioxide emission using aquifer energy storage has been determined to kg/year while the carbon dioxide emission using district heating is kg/year. The conclusion of this thesis is that an aquifer energy plant will reduce the carbon dioxide emissions and give a lower life cycle cost. A report of the geological conditions and any possible influence of the environment due to the aquifer energy plant are being done parallel to this thesis. Further investigation concerning the source of the additional 1.55 GWh/year of heat that must be charged in to the aquifer reservoir is needed.

3 Sammanfattning Syftet med detta examensarbete som utförts på WSP på uppdrag av Upplands Väsby kommun har varit att undersöka möjligheten att värma och kyla en sportanläggning genom att säsongslagra energi i en akvifär. En litteraturstudie över befintliga anläggningar har gjorts där fokus legat på akvifäranläggningen vid SAS huvudkontor i Frösundavik. De byggnader som har studerats ligger i Vilundaparken i Upplands Väsby kommun. I Vilundaparken finns en ishall, en sporthall, fotbollsplaner och en simhall. Under våren 2009 invigs en ny simhall i parken och det kommer då att finnas två simhallar. Intill Vilundaparken löper Stockholmsåsen i vilken energin ska lagras. Energianvändningen för uppvärmning för de befintliga byggnaderna har, m.h.a. energistatistik, bestämts till ca 1,9 GWh/år. För den nya simhallen har energianvändningen för uppvärmning bestämts genom beräkningar till ca 3,2 GWh/år. Totalt för Vilundaparken krävs årligen ca 5,1 GWh för uppvärmning. Energianläggningen ska klara av ett värmeeffektbehov på 1.63 MW. Av Vilundaparkens årliga energianvändning på ca 5,1 GWh behöver ca 3,4 GWh tas upp från akvifären, resterande del är el till den värmepump som används i systemet. Från kylmaskinerna i ishallen kan ca 1,85 GWh laddas ner i akvifären, denna värme kyls idag bort i ett kyltorn. För att energibalans ska råda krävs att ytterligare 1,55 GWh/år laddas ner i akvifären. Tänkbara källor för denna resterande energi är överskottsvärme från ventilationen sommartid, en värmepump som utnyttjar värmen i den naturliga grundvattenströmmen genom akvifären eller anslutning av byggnader med stort kylbehov. Baserat på kostnader för energianläggningen vid SAS huvudkontor i Frösundavik har investeringskostnaden för en akvifäranläggning bedömts till ca 14 miljoner kronor. Med en beräknad livslängd på 20 år har livscykelkostnader bestämts. Livscykelkostnaderna för den befintliga energianläggningen som baseras på fjärrvärme ligger på 117 Mkr och livscykelkostnaden för en akvifäranläggning ligger på 90 Mkr. Koldioxidutsläppen med en energianläggning baserad på fjärrvärme har bestämts till 394 ton CO2 per år och för en akvifärbaserad energianläggning till 206 ton per år. Slutsatsen blir att en investering i en akvifärbaserad energianläggning ger minskade koldioxidutsläpp och minskade kostnader sett över anläggningens hela livslängd. Parallellt med detta arbete pågår utredning om geologiska förutsättningar och eventuell miljöpåverkan vid energilagring i akvifären. Vidare utredning kring vilken av de föreslagna energikällorna som ska användas för att energibalans ska uppnås i akvifären krävs.

4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. INLEDNING BAKGRUND SYFTE MÅL TEORI GRUNDPRINCIP ENERGILAGRING I AKVIFÄR GRUNDVATTEN OLIKA TYPER AV AKVIFÄRER TEMPERATURSKIKTNING Horisontell temperaturskiktning Vertikal temperaturskiktning VÄRMETRANSPORT OCH VÄRMEFÖRLUSTER I AKVIFÄRER Jämförelse värmeförluster i horisontell vs vertikal temperaturskiktning TEMPERATURFRONT VÄRMEPUMPAR OCH KYLMASKINER VENTILATION GRADDAGAR GRUNDLÄGGANDE SAMBAND EKONOMISKA SAMBAND ANLÄGGNINGAR SAS FRÖSUNDAVIK Beskrivning av anläggningen Akvifärlagret Energianläggningen Driftsresultat Slutsatser ÖVRIGA SVERIGE Malmö Arlanda Fjärrkyla Sollentuna energi Fjärrvärmenät i Lomma, Skåne ÖVRIGA VÄRLDEN Parlamentet i Berlin Solvärmeanläggning med energilagring i akvifär Rostock Värme och kylsystem för växthus Turkiet och Indien Nederländerna och Kanada TILLSTÅNDSPROCESS BERÖRDA PARTER MILJÖKONSEKVENSBESKRIVNING UPPLANDS VÄSBY KOMMUN INLEDNING OCH KARTLÄGGNING VILUNDAPARKEN DAGENS ENERGIBEHOV Ny simhall Befintliga byggnader i Vilundaparken Vilundaparken totalt FASTIGHETENS KONSTRUKTION VENTILATION Ny simhall Befintliga byggnader VÄRMESYSTEM OCH KYLSYSTEM... 41

5 6.2.1 Ny simhall Ishall DIMENSIONERING DIMENSIONERANDE EFFEKTBEHOV Ny simhall Befintliga byggnader Vilundaparken totalt SYSTEMDESIGN FÖR AKVIFÄRBASERAD ENERGIANLÄGGNING Värmepump Brunnsplacering ENERGIBALANS FÖR AKVIFÄRLAGRET Spillvärme från kylmaskiner Kompletterande ytjordvärme Överskottsvärme från ventilation Spillvattenflöde från ny simhall Solfångare på tak Anslutning av byggnader med kylbehov Värmepump som nyttjar den naturliga grundvattenströmmen EKONOMISK SAMMANS TÄLLNING INVESTERINGSKOSTNAD Värmepumpar Akvifäranläggning Total investeringskostnad Drift och underhållskostnader JÄMFÖRELSE MED ANDRA UPPVÄRMNINGSSYSTEM PAY-OFF TID LIVSCYKELKOSTNADER KOLDIOXIDUTSLÄPP ENERGIANLÄGGNING BASERAD PÅ FJÄRRVÄRME ENERGIANLÄGGNING BASERAD PÅ AKVIFÄRLAGRING DISKUSSION OCH S LUTSATS DISKUSSION Framtaget energibehov Energibalans i akvifären Systemlösning Jämförelse med anläggningen i Frösundavik SLUTSATS REFERENSER...57

6 1. Inledning 1.1 Bakgrund Bakgrunden för examensarbetet är att Upplands Väsby kommun vill ha en utredning om det är möjligt att använda en akvifär belägen i Stockholmsåsen, som sträcker sig genom kommunen, för att täcka värme- och kylbehovet i kommunens största sport- och fritidsanläggning Vilundaparken. I Vilundaparken finns en sporthall, simhall, ishall, fotbollsplaner samt friidrottsplats. En ny stor simhall med flera bassänger är under byggnation och ska invigas under våren Vilundaparken värms idag med fjärrvärme. En värmeanläggning baserad på akvifärlagring är ett mycket bra sätt att ta tillvara på värme som annars skulle gå till spillo. På detta sätt vill kommunen minska både sin miljöpåverkan samt kostnaderna för uppvärmningen av kommunens fastigheter. 1.2 Syfte Examensarbetet börjar med en litteraturstudie för att få en förståelse för tillämpbar teknik. Liknande befintliga anläggningar studeras, särskilt akvifäranläggningen vid SAS huvudkontor i Frösundavik som var en av de första akvifäranläggningarna i Sverige. I nästa steg bestäms energianvändningen och effektbehovet för byggnaderna i Vilundaparken. Detta görs dels genom energistatistik för de befintliga byggnaderna och dels med hjälp av programmet VIP+ för den nya simhallen. Syftet med examensarbetet är att utifrån dessa framtagna data ta fram ett förslag på en akvifärbaserad energianläggning och att göra en översiktlig ekonomisk bedömning av denna anläggning. 1.3 Mål Göra en litteraturstudie och studera befintliga anläggningar med liknande teknik. Utifrån framtagen energianvändning dimensionera och designa ett värme/kylsystem för byggnaderna. I mån av tid undersöka möjligheten att kunna ansluta nya planerade bostäder till den akvifärbaserade energianläggningen. 2. Teori 2.1 Grundprincip energilagring i akvifär Grundprincipen för att använda akvifärer för säsongslagring av energi är enkel. Akvifären, som är ett grundvattenmagasin bestående av grus och vatten, värms på sommaren upp med överskottsvärme som lagras i akvifären och sedan tas ut under vintern då den behövs. Till akvifären finns en eller flera brunnar där kallvatten tas upp eller pumpas ner (kalla brunnar) respektive en eller flera varma brunnar där varmt vatten tas upp eller pumpas ner. För att förse ett område med tappvarmvatten behövs ofta värmepumpar för att höja temperaturen på tappvarmvattnet tillräckligt. 2.2 Grundvatten Akvifärer är ett annat namn på de grundvattenmagasin som återfinns i bland annat rullstensåsar. Grundvattnet i södra Sverige håller normalt sett en temperatur mellan 6 och 9 C. Den i Sverige vanligast förekommande akvifären är den som återfinns i rullstensåsar. Dessa åsar bildades när inlandsisen drog sig tillbaka för cirka år sedan. Åsarna har en 1

7 kärna bestående av grus och sand. Åsarna har ofta en bredd som varierar mellan 50 och 500 meter och ett akvifärdjup på mellan 5 och 20 meter. Förhållandet mellan mängden grus och mängden vatten i en akvifär uttrycks med hjälp av porositeten. Porositeten definieras som VV n = V (1) T där V V är volymen av tomrummet mellan gruskornen och V T är akvifärens totala volym. (Värmelagring i naturliga grundvattenmagasin (Vol 1), 1978) Porositeten i en ås ligger vanligtvis på omkring 30 %. En annan viktigt parameter för att beskriva en akvifärs sammansättning är permeabiliteten. Permeabiliteten beskriver akvifärens förmåga att släppa igenom vätska. 2.3 Olika typer av akvifärer I Sverige finns två typer av akvifärer som lämpar sig för energilagring. Den ena är den ovan nämnda akvifären som återfinns i sand och grusåsar. Den andra typen är akvifärer i sand- eller kalksten. Dessa akvifärer finns mestadels i de södra delarna av Sverige. För att en akvifär ska fungera bra som ett säsongslager för energi bör grundvattenflödet från akvifären vara litet. Ett stort flöde innebär en högre värmeledning genom akvifären vilket ökar värmeförlusterna och därmed försämrar akvifärens prestanda som värmelager. I de fall då akvifärer nyttjas för grundvattenuttag är ett stort flöde fördelaktigt. Akvifärer som lämpar sig som vattentäkt är alltså mindre lämpliga som säsongslager för energi. En akvifär kallas öppen när det inte finns ett täckande lerlager ovanför utan akvifären består av grus och sand hela vägen upp till markytan. (Värmelagring i naturliga grundvattenmagasin (Vol 1), 1978) 2.4 Temperaturskiktning För att en akvifär ska kunna nyttjas som säsongslager för energi krävs en temperaturskiktning i akvifären mellan kallt och varmt vatten. Två möjliga temperaturskiktningar finns. Temperaturskiktningen kan antingen vara horisontell eller vertikal Horisontell temperaturskiktning När vattnet skiktas horisontellt lägger sig det varma vattnet som har lägre densitet än det kalla vattnet ovanpå det kalla vattnet, se figur 1. I det enklaste fallet finns två brunnar, en som går ner till det kalla vattnet och en som går ner till det varma vattnet. Temperaturgränsskiktet mellan vattenmassorna kommer under laddning och urladdning att variera i vertikal led och det krävs därför att akvifären har ett tillräckligt djup. Många akvifärer i Sverige är grunda och det är därför inte särskilt vanligt med akvifärer med horisontell temperaturskiktning i Sverige. Figur 1. Akvifärlager med horisontell temperaturskiktning. 2

8 En fördel med ett akvifärlager med horisontell temperaturskiktning är att de har stabila jämviktsförhållanden och generellt sett låga strömningshastigheter och akvifärlagret blir därmed mindre känsligt för ojämnheter i akvifärens uppbyggnad. (Värmelagring i naturliga grundvattenmagasin (Vol 1), 1978) En nackdel med en horisontell temperaturskiktning är att vattenmassorna kan blandas med varandra. Vid pumpning av vatten från någon av brunnarna i akvifären är det viktigt att flödet hålls under kontroll. Ett kraftigt pumpflöde kan medföra att vattenmassorna blandas och att värmeförlusterna därmed ökar. För att minska risken för blandning av vattenmassorna ska temperaturdifferensen mellan det varma och kalla vattnet vara stor eftersom det är skillnaden i densitet mellan vattenmassorna som stabiliseras systemet. Ytterligare en sak som minskar risken för blandning av vattenmassorna är ett litet horisontellt avstånd mellan den varma respektive kalla brunnen. Ett akvifärlager med horisontell temperaturskiktning lämpar sig bäst där värme lagras vid höga temperaturer i akvifärer med stor vertikal utsträckning Vertikal temperaturskiktning Vid vertikal temperaturskiktning lägger sig de två vattenmassorna bredvid varandra. Varmt vatten pumpas under sommaren in i en brunn i ena delen av akvifären och kallt vatten tas ut ur en brunn vid andra sidan av akvifären. En vertikal temperaturskiktning passar bra för akvifärer som inte är så djupa. Vid en vertikal temperaturskiktning kommer gränsskiktet mellan det varma och kalla vattnet att luta. Lutningen uppkommer på grund av skillnader i densitet och viskositet mellan de två vattenmassorna. Ju mer temperaturgränsskiktet lutar desto större kommer värmeledningen mellan de två vattenmassorna och till markytan att vara och det är därför viktigt att ha en så liten lutning som möjligt. Lutningen på temperaturfronten kan hållas nere genom att ha en liten temperaturdifferens mellan den varma och kalla vattenmassan. Ett akvifärlager med en vertikal temperaturskiktning passar således bäst för grunda akvifärer där värme lagras vid låga temperaturer. Det finns två typer av akvifärmagasin med vertikala temperaturskiktningar, pulserande och genomströmningsmagasin. (Värmelagring i naturliga grundvattenmagasin (Vol 1), 1978) I ett pulserande system, se figur 2, finns en bestämd varmbrunn där varmvatten tas ut eller pumpas in. På samma sätt finns en bestämd kallbrunn. Temperaturfronten rör sig sedan mellan dessa brunnar beroende på om magasinet laddas eller urladdas. 3

9 Figur 2. Vertikal skiktning i ett pulserande system. I ett system med genomgående strömning, se figur 3, är vattnets strömningsriktning alltid densamma. Detta gör att det inte finns bestämda varm- respektive kallbrunnar utan de kan variera beroende på årstid. Under uppladdningsskedet tillförs varmt vatten till brunn 1, figur 3, och temperaturfronten rör sig mot brunn 2. När temperaturfronten nått brunn2 kan urladdningen börja och varmt vatten tas då ut från brunn 2 och kallt vatten tillförs brunn1. Figur 3. Vertikal skiktning i ett genomströmningsmagasin. 4

10 Ett genomströmningsmagasin kan således inte användas för att under kort tid lagra energi eftersom vatten pumpas upp ur samma brunn hela tiden och endast är varmt om temperaturfronten nått fram dit. 2.5 Värmetransport och värmeförluster i akvifärer I ett akvifärlager finns flera olika typer av värmetransporter, dessa är: Ledning mellan gruskornen Ledning mellan vattenmolekylerna Advektion, dvs. att värme flyttas med vattenströmmen. Ledning mellan gruset och vattnet. Jämvikt uppnås efter en viss tid om vatten med konstant temperatur (skilt från grusets temp) strömmar genom akvifären. Denna tid är proportionell mot korndiametern i kvadrat. I ett akvifärmagasin uppkommer dels energiförluster och dels temperaturförluster. Temperaturförlusterna uppkommer genom att en temperaturutjämning sker mellan de två vattenmassorna. Detta är ingen förlust i energi eftersom energin i hela magasinet är konstant, men det medför en försämring av akvifärmagasinets prestanda. Energiförluster från akvifären till omgivningen kan delas upp i stationära förluster och i insvängningsförluster. Med stationära förluster menas de förluster som ständigt sker. Insvängningsförluster innefattar de förluster som sker i systemet innan termisk jämvikt nåtts mellan akvifären och dess omgivning. De stationära förlusterna består utav ledning från akvifärmagasinet till omkringliggande mark. I insvängningsförlusterna ingår förlusterna då marken ovanför och runtomkring värms upp till stationär medelnivå. Med stationär medelnivå menas medelvärdet av det varma vattnet och det kalla vattnet. Stationär medelnivå uppnås i områden ovanför och runtomkring akvifären under det första driftåret. Marken under akvifären är ofta själva bergrunden och successivt byggs en värmekudde upp under akvifärlagret. Det tar flera år för berggrunden under akvifären att uppnå stationär medelnivå. Värmekudden byggs på år efter år och den överförda energin mellan akvifären och berggrunden minskar år för år. I de fall då den eftersträvade kalla vattenmassan i akvifären har en högre temperatur än grundvattnets ursprungstemperatur uppkommer en insvängningsförlust då vattnet värms till denna eftersträvade temperatur. De värmeförluster av betydelse som sker i ett akvifärlager sker genom ledning mellan det lagrade vattnet och den omgivande marken och dessa förluster kan betraktas som endimensionella där värmeförlusten sker i normalriktningen från kontaktytan mellan akvifären och omgivande mark. Värmeförluster genom ledning beskrivs av sambandet (Cengel, 2003) Q led dt = λ A t (2) dx Där? är värmeledningsförmågan (W/mK), A är arean på kontaktytan mellan ytorna där värmeförlusten sker, dt/dx är temperaturgradienten och t är tiden. 5

11 Om stora värmeförluster sker i en begränsad del av akvifären och där medför att temperaturen sjunker kommer densiteten hos denna vattenmassa att öka och vattenmassan kommer då att sjunka och ge upphov till vertikala konvektionsströmmar. Dessa strömmar skapar en obalans i akvifärmagasinet och kan bidra till ökade värmeförluster Jämförelse värmeförluster i horisontell vs vertikal temperaturskiktning Värmeförlusterna från vattenmagasinet till ovanliggande mark är större vid en horisontell temperaturskiktning än vid en vertikal temperaturskiktning. Detta beror på att vid horisontell temperaturskiktning är magasinets hela övre area en kontaktyta mellan det varma vattnet och marken medan vid vertikal temperaturskiktning är endast i genomsnitt halva övre arean är en kontaktyta mellan det varma vattnet och den kallare marken. När det gäller insvängningsförluster är dessa lägre för ett magasin med horisontell temperaturskiktning eftersom det varma vattnet då inte är i kontakt med marken under akvifären och därmed minskas mängden energi som går åt till att bygga upp värmekudden under akvifären. Vilken temperaturskiktning som ger lägst värmeförluster beror på akvifärens utformning. Generellt kan sägas att för grunda akvifärer med stor utsträckning i horisontell led är en vertikal temperaturfront att föredra pga. att kontaktytorna mellan det varma vattnet och omkringliggande marklager då minimeras. När det gäller akvifärer med stor utsträckning i vertikal led är en horisontell temperaturskiktning att föredra eftersom insvängningsförluster då hålls nere. 2.6 Temperaturfront På grund av att vattnet strömmar naturligt genom akvifären kommer värme att avges mellan vattnet och gruslagret i akvifären när en temperaturdifferens mellan dessa finns. Detta kommer leda till att hastigheten på temperaturfronten mellan den varma och kalla sidan i akvifären kommer att bero av det strömmande vattnets hastighet genom akvifären. Sambandet mellan dessa två hastigheter ges av ekvation (3) (Värmelagring i naturliga grundvattenmagasin, bilaga 1, 1978) v v n T = (1 n) n c ρ c ρ s s 1 + (3) w w Där v n är vattnets hastighet genom akvifären, v T är temperaturfrontens hastighet, n är porositeten, c s /c w är specifik värmekapacitet (kontant volym) för gruset i akvifären respektive vattnet och? är densiteten Normalt sett fås v n =2v t dvs. vattnet rör sig dubbelt så fort som temperaturfronten. 2.7 Värmepumpar och kylmaskiner En värmepump används när den önskade temperaturen på en vätska är högre än vad som kan åstadkommas från den energikälla som används. En värmepump är uppbyggd enligt figur 4: 6

12 Q H Kompressor Kondensor W in Ventil Förångare Q L Figur 4. Schematisk bild över komponenterna i en värmepump/kylmaskin. Energi från en lågtempererad källa, Q L används för att förånga vätskan som finns i värmepumpskretsen. Den gas som då bildas komprimeras i kompressorn varvid trycket och temperaturen höjs. Den uppvärmda gasen kondenseras sedan vid en hög temperatur och användbar värme Q H avges. Vätskan förs sedan tillbaka till förångaren via en ventil som återställer trycket. Verkningsgraden uttrycks för en värmepump med det så kallade COP-värdet (Coefficient of Performance). COP-värdet definieras som den användbara energin som fås ut från systemet genom det arbete som behöver tillsättas vid kompressorn (W in ), för en värmepump enligt ekvation 4. Q H COP HP = W (4) in En kylmaskin fungerar på precis samma sätt som en värmepump. Skillnaden är hur systemet nyttjas. I en värmepump är den användbara energin Q H, i en kylmaskin är det bortförandet av energin Q L som är det väsentliga. För en kylmaskin definieras COP-värdet enligt ekvation 5 Q L COP R = W (5) in En energibalans över värmepumpen/kylmaskinen ger följande samband Q = L + Win QH (6) 7

13 2.8 Ventilation Ventilationssystem kan indelas på många olika sätt, ett sätt är att indela ventilationssystemen efter deras tekniska lösning. Den vanligaste indelningen är: Självdragssystem (S-system). Frånluften från de olika rummen transporteras med hjälp av skillnaden i densitet mellan varm och kall luft, så kallad skorstensverkan ut ur huset. Luft tas då in direkt utifrån för att ersätta frånluften. Frånluftssystem (F-system). Liknar S-systemet med skillnaden att fläktar finns i frånluftskanalen. Från- och tilluftssystem (FT-system). Är ett frånluftssytem som även har någon form av behandlingsaggregat för tilluften. Från- och tilluftssystem med värmeåtervinning (FTX-system). Är ett FT-system kompletterat med en värmeväxlare som återför värmen i frånluften till tilluften. Återluftssystem. Luft som tas in utifrån blandas med en viss andel av frånluften som tas in i byggnaden en gång till. Återluftssystem är inte tillåtet i bostäder. Det finns även kombinationer av ovanstående system till exempel FS-system där ett självdragsystem utgör grunden men en frånluftsfläkt används under de tillfällen då självdragsystemet inte ger en tillräckligt bra ventilation. (Abel & Elmroth, 2006) 2.9 Graddagar Graddagar är ett mått som används av SMHI för att ge en uppfattning om hur temperaturerna ett år förhåller sig till ett normalår eller föregående år och med hjälp av detta kan man få en god uppfattning om energianvändningen varit normal. Graddagar är ett mått på hur många dagar och hur många grader som temperaturen skiljer sig från en given referenstemperatur. För vinterhalvåret är denna referenstemperatur 17 C. Om medeltemperaturen under en dag i januari är -10 C ger denna dag ett tillskott på (17-(-10))=27 graddagar, är temperaturen 5 C ger detta ett tillskott på 12 graddagar osv. Referenstemperaturen är den temperatur till vilken huset behöver värmas för att temperaturen inomhus ska vara behaglig. Under vinterhalvåret krävs att huset värms till en temperatur på 17 C, den resterande värmen som krävs för en behaglig innetemperatur kommer från människor, solinstrålning och apparater. Följande referenstemperaturer används i Sverige av SMHI Tabell 1. Referenstemperaturer enligt SMHI:s graddagsystem. Tidsperiod Referenstemperatur [ C] November-Mars 17 April 12 Maj-Juli 10 Augusti 11 September 12 Oktober 13 För en mer noggrann tidsindelning används gradtimmar istället för graddagar. För att göra en normalårskorrigering utav energianvändningen ett visst år summeras antalet graddagar under det året och divideras sedan med antalet graddagar under ett normalår. Om denna faktor är mindre än ett innebär det att året har varit varmare än normalt. För att sedan korrigera energianvändningen till normalåret ska den del av energianvändningen som är 8

14 klimatberoende divideras med denna faktor. Med klimatberoende menas t.ex. uppvärmning av byggnaden men dock inte tappvarmvatten eftersom tappvarmvattnet ska värmas lika mycket året om Grundläggande samband Den upptagna eller avgivna effekten hos en strömmande fluid ges av ekvation (7) P = ρ VC & p T (7) Där? är densiteten, V är volymsflödet, C p är den specifika värmekapaciteten och?t är temperaturdifferensen hos fluiden. Energimängden som överförs till/från fluiden ges av E = Pt (8) Där P är effekten och t är tiden då värmetransport sker Ekonomiska samband Vid en investering, K i, bestäms den årliga kapitalkostnaden av ekvation 9 K = a (9) å K i Där K i är den totala kapitalkostnaden, K å är den årliga kapitalkostnaden och a är annuiteten som bestäms enligt ekvation 10 r a = 1 (1 + r) n (10) där r är den årliga räntan och n är avskrivningstiden. Tiden det tar för en investering att löna sig, pay-off tiden bestäms av ekvation 11 T i = (11) I å K D å Där I å är de årliga intäkterna och D å är de årliga driftskostnaderna. Den årliga vinsten bestäms av ekvation 12 V å = I å Då Kå (12) 3. Anläggningar Under 80-talet anlades ett flertal anläggningar med energilagring i akvifärer i Sverige. I de flesta av dessa lagras grundvatten vid en relativt låg temperatur (10-25 C). De flesta anläggningarna i Sverige nyttjar akvifärer både för värme och kyla. (För en lista över befintliga system (år 1994) i Sverige se Underground Thermal Energy Storage, 1994 ) 9

15 3.1 SAS Frösundavik Beskrivning av anläggningen (Johansson & Berglund, Teknisk och ekonomisk utvärdering av energianläggningen vid SAS Frösundavik, 1997) SAS huvudkontor i Frösundavik, Solna, var en av de första anläggningarna i Sverige som använde sig av storskalig energilagring i en akvifär för att värma och kyla anläggningen. Huvudkontoret var inflyttningsklart och togs i drift i januari Huvudkontoret består av fem byggnader som är placerade runt en inglasad gata, bruttoarean för byggnaderna är m 2. Anläggningen omfattar ca 1450 kontorsrum, större inglasad gata, restaurang, kafé, konferenscenter och friskvårdsanläggning, se figur 5. Figur 5. Bild över anläggningen i Frösundavik. Byggnadernas värmeeffektbehov som kan täckas av energianläggningen uppgår till ca 3,7 MW. Byggnadernas totala kyleffektbehov ligger på 1-1,5 MW och kan helt täckas av energianläggningen. Energianläggningen har en sammanlagd kylkapacitet på 3,3 MW Akvifärlagret Akvifären som används är belägen i Stockholmsåsen som sträcker sig mellan Stockholm och Arlanda. Akvifären är öppen och har en volym på 1,5 miljoner m 3 varav m 3 används 10

16 som säsongslager. Medeldjupet för akvifären, dvs. delen under grundvattenytan är ca 15 meter och akvifärens största djup är 30 meter. Bredden varierar mellan 100 och 200 meter. Den naturliga grundvattenströmmen genom akvifären är liten vilket är bra för ändamålet att lagra energi i den. Grundvattnet mynnar senare ut i Brunnsviken, som är en vik i Östersjön. Eftersom grundvattnet strömmar mot Brunnsviken finns ingen risk för att bräckt vatten från Brunnsviken kommer in i akvifären. Medeltemperaturen på grundvattnet i Stockholmsåsen vid Frösundavik är 7-8 grader. Anläggningen använder sig av två varma brunnar och tre kalla brunnar. Brunnsdjupen varierar mellan 8 och 28 meter. Temperaturen vid de varma brunnarna ligger mellan 14 och 17 grader, temperaturen vid de kalla brunnarna varierar mellan 6 och 8 grader. Längst ner i varje brunn finns en sildel genom vilken vatten tas upp från respektive infiltreras i akvifären. Brunnarna är gjorda i syrafast stål medan ledningarna är gjorda i polyetenplast. En av de två varma brunnarna, 34, är placerad i södra delen av området, den andra varma brunnen, 55, är placerad i den norra delen av området. De tre kalla brunnarna, 51, 52 och 53, är placerade mellan de varma brunnarna, se figur 6. 11

17 Figur 6. Placering av brunnar och mätrör. På grund av densitetsskillnader mellan det varma och kalla vattnet varierar djupet på de varma respektive kalla brunnarna. Brunnsdjupet på de olika brunnarna kan ses i tabell 2. 12

18 Tabell 2. Nivåer för vattenintaget i sildelen i de olika brunnarna. Brunn nr Typ Övre djup [m] nedre djup [m] 51 kall -15,2-19,2 52 kall kall -12,3-17,3 34 varm -2,6-7,6 55 varm -1,9-5,9 Eftersom grundvatten aldrig bortförs från akvifärlagret är flödet från varm brunn alltid lika med flödet till kall brunn och nivån på grundvattenytan i stort ändras aldrig pga. energianläggningen Energianläggningen Energianläggningen är uppbyggd av fyra olika cirkulationskretsar, se figur 7. Figur 7. Schematisk bild över energianläggningen. 13

19 De fyra olika kretsarna är - grundvattenkretsen (ljusblå) - Kyltakskretsen (Blå) - Lågtemperaturkretsen(Grön) - Högtemperaturkretsen (Röd) Grundvattenkretsen I grundvattenkretsen cirkulerar vattnet från akvifären och temperaturen på detta vatten varierar mellan 5 och 18 C. Beroende på om det är värme eller kyla till anläggningen som eftersträvas pumpas vatten från en varm respektive kall brunn. Kyltakskretsen Grundvattnet värmeväxlas mot kyltakskretsen och grundvattnet blir då varmt. Det kalla vattnet i kyltakskretsen sprids i byggnaden och i varje kontorsrum finns kylbafflar dit kylan distribueras. Lågtemperaturkretsen Lågtemperaturkretsen innehåller vatten blandat med glykol för att förhindra frysning som kan ske vid cirkulationen. Grundvattnet värmeväxlas mot lågtemperaturkretsen och det kalla vattnet i lågtemperaturkretsen sprids i byggnaden och används på sommaren för att kyla ventilationsluften. På vintern värmeväxlas lågtemperaturkretsen med grundvatten från en varm brunn och tar därvid upp värme. Denna värme används för att förvärma ventilationsluften. Högtemperaturkretsen Via lågtemperaturkretsen tas värme från akvifärens varma del till tre stycken värmepumpar som värmer vattnet till en temperatur på ca 60 C. Detta vatten kan antingen lagras i fyra ackumulatortankar på vardera 50 m 3 eller distribueras vidare ut i byggnaden via högtemperaturkretsen. Vattnet i högtemperaturkretsen kan användas för att täcka tappvarmvattenbehovet och värma upp ventilationsluften. Värmepumparna hade fram till 2005 en sammanlagd effekt på 1100 kw. År 2005 byttes värmepumparna och det finns nu tre stycken med en sammanlagd effekt på 1300 kw. Som reserv till värmepumparna fanns förut två elpannor med en sammanlagd effekt på 400 kw. På grund av att elpannorna har relativt låg effekt och i princip aldrig har behövt användas är dessa nu bortkopplade och finns endast som reserv för att säkerhetsställa tappvarmvattnet. Ventilation och värmesystem Ventilationsluften värms eller kyls med lågtemperaturkretsen som ovan nämnts. När ventilationsluften passerat kylbafflarna i varje enskilt kontor leds den ut i den stora inglasade gatan som därmed värms upp. Från den inglasade gatan leds luften ner i garaget som då också värms upp. Från garaget leds luften ut utan ytterligare värmeåtervinning. I byggnaden finns inget vattenburet värmesystem. I varje kontorsrum finns det kylbafflar som används för att kyla rummen. På vintern värms inkommande ventilationsluft och det finns även elradiatorer så att temperaturen kan regleras i varje enskilt rum. Pumpar För lågtemperaturkretsen och kyltakskretsen finns två grundvattenpumpar vardera. Dessa pumpar ser till att det råder undertryck i systemet så att vattnet hela tiden finns tillgängligt i systemet. Av dessa är en pump varvtalsstyrd och en har ett fast varvtal. Pumpen med fast 14

20 varvtal används som reserv. Flödet styrs med hjälp av varvtalet så att önskade temperaturnivåer i distributionssystemet uppnås. De tre värmepumparna är seriekopplade för att höja temperaturen på vattnet så mycket som möjligt och även för att få så kallt vatten som möjligt till värmeväxlingen mot grundvattnet så att detta blir kallt och kyla kan lagras i akvifären Driftsresultat En byggnads energibehov bestäms i hög grad av dess utnyttjande och av meterologiska förutsättningar. Energibehovet beror av utetemperaturen och av antalet soltimmar. I figur 8 kan ses hur månadsmedelvärdena för temperaturen uppmätta på SMHI:s station Stockholm varierat under perioden januari 1988 till juni Figur 8. Medeltemperatur vid SMHI:s mätstation Stockholm samt normalvärden och avvikelse. (Johansson & Berglund, Teknisk och ekonomisk utvärdering av energianläggningen vid SAS Frösundavik, 1997) Det som framkommer är att under åren 1989 och 1990 finns längre sammanhängande perioder med höga vintertemperaturer. Det framkommer även att somrarna 1994 och 1995 var varmare än normalt och vintern var kallare än normalt. För att få en sammanfattande bild över hur energianläggningen har fungerat kan en systemverkningsgrad bestämmas. Systemverkningsgraden definieras som producerad värmeoch kyla Systemverk ningsgrad = (13) tillförd elektricitet Under sommaren när energiproduktionen mest består av kyla kan systemverkningsgraden vara så hög som 11. Under vintern när värmebehovet är stort används värmepumpar, vilket medför att den tillförda elektriciteten ökar och systemverkningsgraden minskar. Under vintern ligger systemverkningsgraden kring 3. Ett medelvärde över året ger en systemverkningsgrad på ca 5. I figur 9 kan ses hur systemverkningsgraden har varierat mellan månaderna under perioden 1989 till

21 Figur 9. Månadsmedelvärden över systemverkningsgraden mellan 1989 till (Johansson & Berglund, Teknisk och ekonomisk utvärdering av energianläggningen vid SAS Frösundavik, 1997) I figur 9 kan tydligt ses att systemverkningsgraden under vintern/våren 1990 ligger över medelvärdet vilket kan kopplas till de då höga vintertemperaturerna. Brunnar På grund av det behov som energianläggningen har behöver bara en varm brunn i taget användas. När det gäller de kalla brunnarna finns en del oklarheter gällande vilka som har varit i drift mellan 1988 och 1996 särskilt eftersom en avstängningsventil till brunn 52 inte fungerade under 1989 och delar av Väster om restaurangen, se figur 5, finns en konstgjord sjö som rymmer 4000 m 3. Grundvatten pumpas upp till sjön via en särskild brunn med ett flöde på 500 liter per minut. Detta gör att vatten läcker ner i akvifären igen och därmed värms den norra varma brunnen upp. Nu används nästan enbart den södra varma brunnen beroende på höga värmeförluster kring den norra brunnen. Den södra brunnen används under hela året bortsett från 1,5 månad i september-oktober då värmen som lagrats in i den norra brunnen från den konstgjorda sjön utnyttjas. Ingen värme bortsett den från den konstgjorda sjön laddas ner i den norra varma brunnen. Brunnarna har i stort fungerat bra och inte uppvisat någon försämrad funktion från det de togs i drift fram till idag. Initiala problem med viss igensättning av brunn 34 fanns men dessa åtgärdades under Rensningarna som då gjordes påverkade inte driften av anläggningen eftersom brunn 55 då användes istället. Energianvändning Anläggningen har ett värmebehov på ca 3,7 GWh per år av vilka ca 0,9 GWh går till förvärmning av ventilationsluften. Anläggningen har ett kylbehov på ca 2,9 GWh per år. Energibalans För att få en hållbar energianläggning är det viktigt att mängden inladdad energi och mängden uttagen energi från akvifärlagret är i samma storleksordning. Energibalansen har för varje månad under perioden jan 89 till jun 96 beräknats och kan ses i figur

22 Figur 10. Energibalans per månad mellan januari 1989 och juni Det framgår att energi har lagrats in i akvifären under perioden maj till september och att energi har tagits ut under perioden november till och med mars. Under april och oktober råder energibalans, lika mycket energi har lagrats in respektive tagits ut ur akvifären. Akvifärlagret fungerar då endast som ett korttidslager. Sett över hela perioden 1989 t.o.m har 21,01 GWh lagrats in i akvifären och 20,92 GWh har tagits ut. När anläggningen byggdes var den en av de första i sitt slag och det var därför mycket viktigt att kunna mäta temperaturer och grundvattennivå för att se om lagret betedde sig som förväntat. Ett tjugotal mätrör installerades spridda över anläggningen. Från 1990 har mätningar i 12 mätrör utförts månadsvis av personal på SAS. Mätningarna har visat på hur snabbt temperaturskiktningar sker på olika djup i akvifären. Mätningar under perioden , se tabell 3, visar på relativt stabila förhållanden med likartade temperaturskiftningar i de olika mätrören. Tabell 3. Sammanfattning av temperaturmätningar mellan Mätrör nr Läge Medel( C)?T( C) T juni-96( C) 8618 söder 14,6 1,8 15, söder 14,2 1,5 13, söder 12,1 3, söder 12,4 0 12, mellan 9,5 2,3 8, mellan 11 3, mellan 9,1 2,6 9, norr 11,4 0,7 8, norr 11,1 0 9, norr 9,7 0,7 8, norr 10,1-0,1 9, norr 11,4 4 11,7 17

23 I tabellen är?t skillnaden mellan uppmätt temperatur i januari 1989 och uppmätt temperatur i juni I tabellen kan ses att genomsnittstemperaturen kring den varma brunnen i söder ligger mellan 12 och 15 C, genomsnittstemperaturen kring de kalla brunnarna i områdets mitt ligger mellan 9 och 11 C och genomsnittstemperaturen kring den norra varma brunnen ligger kring C. Temperaturen kring de kalla brunnarna ligger på en högre nivå än vad som är önskbart vilket kan bero på att en temperaturutjämning skett mellan den kalla och den varma vattenmassan. Temperaturerna kring den norra varma brunnen ligger något lägre än temperaturen kring den varma södra brunnen, detta beror på sämre isolationsförmåga hos omgivande mark i det norra området. Känslighet i systemet Den största känsligheten i systemet är att de kalla brunnarna är kopplade till ett gemensamt ledningsnät och om skada på detta ledningsnät skulle uppstå kan energianläggningen inte drivas. För att ha någon form av reservkyla har anläggningen kompletteras med en matning från vattenledningsnätet som kan användas för kyla vid de eventuella tidpunkter då skada skett på ledningsnätet från de kalla brunnarna. Denna reserv har ännu inte behövt användas. De två varma brunnarna har separata ledningar vilket ökar säkerheten vid driftstörningar. Ett problem med att det bara finns ett gemensamt kylsystem för hela byggnaden är att kylbehovet inte är detsamma i hela byggnaden. Datorhallar har ett högt kylbehov och för att klara detta utan att minska komforten i den övriga byggnaden har kylmaskiner för datorhallarna installerats. Detta problem hade inte uppkommit om två separata kylsystem skapats från början. När anläggningen planerades fanns förslag med ett separat kylsystem till datorhallarna, detta byggdes dock aldrig eftersom SAS då beslutade att förlägga datorhallarna till Köpenhamn. Systemet designades så att det ska klara att förse anläggningen med värme även om ett temperaturgenomslag sker och vatten vid temperaturer på 5 C måste användas. Systemet designades också för att kunna förse anläggningen med kyla vid vattentemperaturer på 9-10 C. (Johansson, 2008) Driftserfarenheter Injusteringen av energianläggningen tog längre tid än förväntat och först i maj 1989 fungerade anläggningen som förväntat. Under de första åren var det även problem med värmepumparna och värme fick tidvis produceras med hjälp av elpannorna. Värmepumparna har dock efter några år fungerat tillfredställande. Anläggningen har fungerat så bra att elpannorna inte behövs annat än som reserv för tappvarmvattnet. Inga större driftstörningar har inträffat och systemet fungerar efter 20 år fortfarande bra. Grundvattenytan har under hela driftstiden varit konstant och skillnaden mellan den lägsta och högsta grundvattennivån som uppmätts ligger på 70 cm. Grundvattenytans nivå beror på vattenståndet i Brunnsviken. Ekonomi Investeringskostnaden för ett akvifärbaserat system beräknades 1986 till 8,4 Mkr och för en konventionell anläggning bestående av fjärrvärme och kylmaskiner samt värmeväxling mellan till- och frånluft till 8,7 Mkr. Det bedömdes med då gällande energipriser att den årliga besparingen skulle bli mellan 0,4 och 0,5 Mkr jämfört med ett konventionellt system. 18

24 Den verkliga investeringskostnaden ökade sedan till 15,6 Mkr (år 1989) beroende på att energibehovet var större än man tidigare trott och en tredje värmepump behövdes installeras. Det är rimligt att kostnaden för ett konventionellt system också hade ökat med det ökade energibehovet och merkostnaden för ett akvifärbaserat system uppskattas till mellan 0 och 4 Mkr. Energikostnaderna blir med ett akvifärbaserat system lägre jämfört med en konventionell anläggning beroende på att endast en relativt liten del el behöver tillföras systemet. Det akvifärbaserade systemet har dock något högre driftskostnader Slutsatser Energianläggningen har fungerat bra och har uppfyllt de projekterade specifikationerna. Temperaturförloppen i lagret har varit stabila utan långsiktiga trender mot ökande eller minskande temperaturnivåer. Temperaturskillnaden mellan de varma delarna av akvifärlagret och de kalla delarna har minskat vilket har resulterat i att ett större flöde från brunnarna har krävts för att tillgodose energibehovet. Energianläggningen har trots den temperaturutjämning som skett inte haft några problem att klara de energibehov som funnits. Temperaturutjämningen har dock lett till en försämrad systemverkningsgrad. Det genomsnittliga värdet på den årliga energiomsättningen i lagret ligger på 6000 MWh och energibalansen, skillnaden mellan värmeuttag och värmeinlagring har under perioden uppgått till 13 MWh/år vilket i sammanhanget är ett lågt värde. Energikostnaderna för systemet har bedömts vara 0,5 Mkr lägre än för en konventionell anläggning och känsligheten mot prisförändringar på el är också lägre för en akvifärbaserad energianläggning på grund av den stora mängd el som i en konventionell anläggning går till kylmaskinerna. Energianläggningen har under de 20 år den funnits fungerat väldigt bra utan några driftsstörningar och drift- och underhållskostnaderna har därför varit låga. (Jakobsson, 2008) Vid anläggning av ett liknande energisystem idag finns några saker som skulle kunna förbättras. För att ytterligare förbättra systemverkningsgraden kan värme som finns kvar i den luft som lämnar garaget tas till vara. Även den värme som finns i använt tappvarmvatten skulle kunna tas till vara. För att förbättra kylsystemet bör två separata kylsystem konstrueras, ett för kontorsrum och andra delar av byggnaden med relativt lågt kylbehov och ett för datorhallar och andra utrymmen som har ett stort kylbehov. Energianläggningen har varit ett viktigt steg i etableringen av akvifärbaserade energianläggningar eftersom den gett viktigt information om problem som kan uppkomma och hur ett sådant system kan fungera. 3.2 Övriga Sverige Malmö I Malmö har ett område runt Västra hamnen som kallas framtidsstaden byggts. Området använder enbart förnyelsebar energi. Ett vindkraftverk och solceller producerar el och en akvifär med tillhörande värmepumpar förser området med värme och kyla. Akvifären är belägen 40 till 70 meter under markytan och den utnyttjade delen har en lagringskapacitet på MWh. Vattnet från akvifären tas upp, värmeväxlas och pumpas tillbaka via 10 brunnar som förbinder akvifären med omkringliggande byggnader. (Med värme från Akterns Värmepumpsanläggning) 19

25 Redan år 1985 togs en anläggning som förser shoppingcentrat Triangeln med värme och kyla i bruk. I systemet lagras varmt vatten med temperaturen 25 C och det kalla vattnet som returneras till akvifären har en temperatur på 10 C. Akvifären både kyler och värmer shoppingcentrat Arlanda Vid Arlanda planeras att använda en akvifär i Stockholmsåsen för att förse flygplatsen med värme och kyla. På sommaren ska kallt vatten tas från akvifären för att kyla flygplatsens byggnader. På vintern används det då lagrade varma vattnet till att hålla flygplatsens uppställningsplatser isfria samt till att förvärma ventilationsluften. I den tänkta designen för anläggningen krävs inga värmepumpar eller kylmaskiner vilket gör anläggningen energieffektiv och billig. Åsen bedöms kunna lagra GWh kyla respektive värme. Med en övergång till ett uppvärmnings- och kylsystem baserat på energilagring i akvifär bedöms utsläppen av koldioxid minska med ton per år. De minskade utsläppen uppkommer då flygplatsen inte längre behöver använda fjärrvärme och el för att reglera temperaturen inom flygplatsområdet. (Ny teknik, 2008) Figur 11. Schematisk bild över planerad anläggning Fjärrkyla Sollentuna energi Sollentuna energi producerar fjärrkyla med hjälp av en akvifär i Stockholmsåsen där kyla lagras in under vintern. Akvifären ligger i nära anslutning till Edsviken och under vintern värmeväxlas grundvattnet i akvifären mot det kallare vattnet i Edsviken. Grundvattnet får då en temperatur på 3,5 C. Under större delen av året produceras fjärrkyla med kallt vatten som hämtas på 16 meters djup i Edsviken. När detta vatten under sommaren successivt blir 20

26 varmare används mer och mer kylt vatten från Stockholmsåsen för att klara att leverera fjärrkylan. Vattnet som distribueras ska hålla en temperatur på 9 C när det når kunden. (Sollentuna energi, 2006) Akvifärlagret som används för produktionen av fjärrkyla är ett exempel på ett genomströmningsmagasin där det finns 4 brunnar utrustade med pumpar där kallt vatten hämtas upp och fyra brunnar utan pumpar i vilka vattnet leds ner i akvifären igen. Brunnarna är placerade på varsin sida av Sollentunavallen. Figur 12. Värmeväxling mellan grundvatten och vatten från Edsviken Fjärrvärmenät i Lomma, Skåne De flesta byggnaderna i Lomma, som ligger en mil norr om Malmö, värms med fjärrvärme. Omkring 60 procent av värmen till fjärrvärmenätet produceras med värmepumpar. Som energikälla till värmepumpsystemet används ytvatten från Höje å. På sommaren finns mer värme tillgänglig i ytvattnet än vad som behövs, denna överskottsenergi lagras i en akvifär. Under vintern när temperaturen i ån ligger under 5 C används den lagrade energin i akvifären för produktion till fjärrvärmenätet via värmepumparna Under våren och hösten är ån den främsta energikällan och akvifären används endast som reservkapacitet. Systemet kan lagra och återanvända ca 10 GWh per år. Anläggningen togs i bruk (Underground Thermal Energy Storage, 1994) 3.3 Övriga världen Parlamentet i Berlin Parlamentet i Berlin värms och kyls med hjälp av två akvifärlager, ett nära ytan (60 meter ner) för kyla och ett djupare beläget akvifärlager (300 m) för värme. Se figur

27 Figur 13. Schematisk bild över anläggningen som förser parlamentet i Berlin med värme och kyla. Parlamentet och omkringliggande kontor får sin el, värme och kyla från ett system bestående av två kraftvärmeverk, tre värmepumpar, en kokare (boiler), två kompressionskylare (compressor chillers) samt ett akvifärlager där värme från kraftvärmeverken lagras. Kokaren används för att täcka in toppbehovet av värme och kompressionskylarna för att klara av maxbehovet av kyla. (Burkhard) Solvärmeanläggning med energilagring i akvifär Rostock (Müller-Steinhagen & Schmidt, 2004) Ett område med flerfamiljshus med en sammanlagd yta på 7000 m 2 fördelad på 108 lägenheter får sedan april 2000 cirka hälften av sitt värme/kyl-behov tillgodosett med en solvärmeanläggning med energilagring i en akvifär. Husen har försetts med solpaneler på taken, som gjorts sluttande för att öka den solupptagande ytan. På sommaren lagras överskottsvärmen från solpanelerna i en akvifär belägen 15 till 30 meter under markytan som husen står på. Anläggning är en av åtta demonstationsanläggningar som gjorts inom det tyska forskningsprogrammet Solarthermie Målet för projektet var att kunna tillgodose hälften av flerfamiljshusens behov av värme och varmvatten. Detta mål uppnåddes år 2003 då 49 % av värmebehovet täcktes av energi från solen. Resterande uppvärmningsbehov täcks av en gasbrännare (gas condensing boiler). 22