Säsongslagring av energi

Transkript

1 Nordbygg 2008 Energilager i mark Olika systemlösningar Göran Hellström Luleå Tekniska Universitet Energilager i mark Geoenergi - värme och kyla Geotermi Säsongslagring av energi 1

2 Energilager i grundvatten Akvifer Bergvärme och bergkyla Värmekapacitivitet - Berg 0,6 kwh/m 3,K - Vatten 1,2 kwh/m 3,K Exempel Lagring av 600 MWh Temperaturskillnad 4 C Bergvolym 250,000 m 3 Energilagring i berg med borrhålsvärmeväxlare 2

3 Borrhålsvärmeväxlare Borrhålsvärmeväxlare för cirkulation av värmebärare i borrhål Bergvärme och bergkyla VINTER Värmepumpen (VP) hämtar energi från marken via borrhålen 1 kw tillförd elektricitet 3-4 kw värme Kyla tillgängligt VÄRME VP KYLA 3

4 Bergvärme och bergkyla SOMMAR (Låg kyllast) Frikyla direkt mot berg 1 kw tillförd elektricitet =>30-50 kw kyla VÄRME VP KYLA Bergvärme och bergkyla SOMMAR (Hög kyllast) Värmepumpen används som kylmaskin Överskottsvärme från kondensor lagras i marken (VÄRME) VP KYLA 4

5 Stora energibrunnsprojekt Antal borrhål Borrhålsdjup Kemicentrum (IKDC), Lund m Vällingby Centrum, Stockholm m IKEA, Karlstad m Musikhögskolan, Örebro m Bergvik köpcenter, Karlstad m Solna Business Center, Solna m Näsby Parks Slott, Stockholm m Kv. Långskeppet, Bromma m! Projekt Lulevärme, Luleå m Q-MED, Uppsala m InfraCity, Upplands-Väsby m Ski Lodge, Lindvallen m Anneberg, Stockholm m Språk- och litteraturcentrum, Lund m Äppelvikens telestation, Bromma m! IKEA, Helsingborg m Hotellet, Storforsen m Stadsgårdskajen, Stockholm m Mercedes bilhall, Stockholm m Kirseberg telestation, Malmö m Astronomihuset, Lund m Värme Värme och kyla Kyla Bergvärme och bergkyla kw borrhål m djup 4-12 m borrhålsavstånd 5

6 Geologiska förutsättningar Jordskikt Tjocklek Grundvattennivå Berg Bergart (borrbarhet) Värmeledningsförmåga Marktemperatur Antalet borrhål beror dimensionerande effekt- och energilast samt geologiska, termiska och borrtekniska förutsättningar Borrhålsplacering Borrhålen kan vinklas så att erforderlig markyta minskas och borrhålsavståndet ökas 6

7 Samverkan mark och klimatsystem Byggnadens klimatsystem Energilast (klimat) Energi Effekt Temperatur (styrkurva) Värmepump Värmefaktor Marklagret Köldbärarens temperaturvariation Termiska egenskaper Dynamisk samverkan! Bergvärme för småhus Fluidtemperatur År Köldbärarfluidens variation vid normallast för småhus med ett borrhål 7

8 Bergvärme för fastighet ENDAST VÄRMEUTTAG FRÅN BERG Tid (år) Köldbärartemperaturens variation vid tätt placerade borrhål med enbart värmeuttag Bergvärme för fastighet ENDAST VÄRMEUTTAG VÄRMEUTTAG FRÅN BERG OCH ÅTERLADDNING FRÅN UTELUFT Tid (år) Köldbärartemperaturens variation vid tätt placerade borrhål med enbart värmeuttag 8

9 Energibalans för marklagret? Värme Kyla Energibalans för marken påverkar utformningen Borrhålsplacering Obalans Balans Kompakt system kräver en rimlig balans mellan uttag och tillförsel av värme till marken 9

10 Återladdning med naturenergi Vinterkyla Uteluft Ytvatten Snö och is Sommarvärme Uteluft Ytvatten Sol VÄRME KYLA (Frånluft, spillvärme) Uteluft Kylmedelskylare, Astronomicentrum, Lund 10

11 Solvärme Takintegrerade glasade solfångare, Anneberg, Danderyd Solvärme Oglasade solfångare, Sollaboratoriet, Lunds Tekniska Högskola 11

12 Älvvatten Hotell Storforsen Sjövatten Borrhål Vattenintag Vattenretur Näsbyparks Slott 12

13 Näsby parks slott Bergvärme med återladdning från sjö 48 borrhål VP Näsbyviken Hybridsystem kombination av värme från mark och sjö Energicentral Fåtal stora värmepumpar Flera små värmepumpar Värmepumpar 13

14 Energicentral Samlingsrör för borrhål Värmeväxlare Frikyla av telestation Astronomihuset, Lund Bergvärme och bergkyla (frikyla utan kylmaskin) + fjärrvärme Bruttoyta m 2, lokalyta m 2 14

15 Energilast Värme: Värmebehov 350 MWh Dim. effekt 250 kw Värmepump 125 kw Kyla: Kylbehov 140 MWh Dim. effekt 150 kw Frikyla 80 kw Borrhål Borrhål 20 borrhål, djup 200 m, köldbärartemperatur 4,5-12,5 C 15

16 Energibalans Nyckeltal Drift mars februari 2003 Värmefaktor värmepump (inkl. cirkulation) 4,3 Kylfaktor frikyla 56 Värme och kylbehov (BTA 4900 m2) Köpt energi 136 kwh/m 2 31 kwh/m 2 Energifaktor värmepump+frikyla p 5,7 Energifaktor värmepump+frikyla+fjärrvärme 4,4 Kombination av olika fastigheter BOSTAD KONTOR VINTER 16

17 Kombination av olika fastigheter BOSTAD KONTOR ÅTERLADDNING FRIKYLA SOMMAR Kombination av olika fastigheter BOSTAD KONTOR Gemensamt energilager i mark 17

18 Kemicentrum, Lund Arkitekthuset IKDC Kemicentrum Energilager 153 borrhål Energibalans genom att kombinera fastigheter med olika last Värmelast IKDC Kemicentrum 18

19 Kyllast Arkitekthuset IKDC Kemicentrum Avantor-Nydalen, Oslo Hotell Universitet Markenergilager Bostadshus (borrhål) Kontor Lokalyta : m 2 Energilager : 90 borrhål, djup 200 m + 70 borrhål, djup 260 m Bergvärme och bergkyla (värmepumpen används som kylmaskin) 19

20 Nordbygg 2008 Bergvärme/bergkyla för fastigheter Baserad på etablerad teknik Låg driftskostnad (energi, underhåll) Payoff tid 4-10 år Säsongslagring av energi Utvecklingspotential Värme och kyla Stora andel förnyelsebar energi (75-85 %) Värme Hybridsystem (frånluft, naturenergi) Återladdning med naturenergi (vatten, luft, sol) Ett bra och miljövänligt alternativ! 20