Geoenergi REGEOCITIES i Karlstad. Jessica Benson & Oskar Räftegård Karlstad

Transkript

1 Geoenergi REGEOCITIES i Karlstad Jessica Benson & Oskar Räftegård SP Karlstad

2 Grundläggande om geoenergi

3 Byggnadens värmebehov Fastighetsgräns KÖPT ENERGI Användning Återvinning Behov Energiförlust

4 Effekt och energi Effekt (kw) Energi (kwh) Effekt: kortsiktig påverkan på borrhål Energi: långsiktig påverkan på borrhål

5 Dimensionering av energibrunn Värmepump: Äldre: ca 60% effekt, 90% energi, SPF 3-3,5 Idag: högre effekttäckning (100%?), SPF 3,5-4,0 Äldre typvilla Behov: kwh värme Geoenergi äldre: kwh/år Geoenergi ny: kwh/år Behov

6 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 piles 5-45 m depth Ground water wells 4 - >50 m depth Water from mines and tunnels 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

7 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) Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 7

8 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION 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 8

9 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Energy piles 5-45 m depth Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 9

10 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION The various shallow geothermal methods to transfer heat out of or into the ground comprise: Ground water wells 4 - >50 m depth Water from mines and tunnels Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 10

11 SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS CLASSIFICATION Open systems and closed systems Advantages and disadvantages OPEN SYSTEMS GROUNDWATER WELLS (UTES) Heat transfer from ground to well or viceversa by pressure difference (pumping) Advantage: High capacity with relatively low cost Relatively high temperature level of 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) Heat transfer from ground to BHE or 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 Lesson 2: Technical aspects and procedures involved in the development of a shallow geothermal energy project 11

12 Brunn enligt normbrunn Tätning mot markytan: Foderrör av stål -Minst 6 meter -Minst 2 meter i fast berg Hindrar bl.a.: -Ytliga föroreningar/gödsel -Artesiskt flöde

13 Kollektor: enkelt U-rör

14 Film Borrning Kollektor Brunn

15 Temperaturen i marken

16 Vertikalt och horisontellt flöde Bergrunden har normalt dålig vattenföring. Vattnet rör inte så mycket på sig i berget, jämfört grus, sand, etc. Dh

17 Termisk hävert

18 Varifrån kommer bergvärmen? Äldre typvilla Behov: kwh värme Geoenergi äldre kwh/år Geoenergi ny: kwh/år Behov

19 Vanlig brunn Pumpflöde; a/ 0,5 l/s b/ 1,0 l/s Vid vattenuttag sjunker vattennivån i brunnen och dess närhet tills dess att tillrinningen blir lika stor som pumpflödet. Om pumpflödet minskar så stiger vattennivån i brunnen. vattenflöde a b vattenflöde Källa: Göran Hellström

20 Köldbärare -3 C +0 C Värmeuttag 40 W/m Borrhåls vägg: +2,5 C Ostörd mark +8,5 C Källa: Göran Hellström

21 Värmetillförsel till borrhål Värmetillförsel på kort sikt

22 Bergets termiska egenskaper Värmeledning : 3-4 W/m (utom Skåne) Värmekapacitet: 0,6 kwh/m 3, C

23 Temperatur Bergtemperaturer 9 Borrhål 8 7 Borrhål År Källa: Göran Hellström normallast för småhus

24 Fluidtemperatur Temperaturvariation i bergbrunn År Källa: Göran Hellström

25 Värmetillförsel Värmetillförsel på kort sikt Värmetillförsel på långt sikt

26 Temperatur Bergtemperaturer Borrhål 4 m 10 m 20 m År Källa: Göran Hellström, modifierad normallast för småhus

27 Värmetillförsel Antal år innan marktemperaturen sänkts med 0,8 C. Borrhålsdjup 110 m Uttag 150 kwh/m/år

28 Värmetillförsel 10 meter radie Antal år innan marktemperaturen sänkts med 0,8 C. Borrhålsdjup 110 m Uttag 150 kwh/m/år

29 Värmetillförsel vid 10 meter radie 10 meter radie

30 Temperatur Bergtemperaturer Borrhål 4 m 10 m 20 m År Källa: Göran Hellström, modifierad normallast för småhus

31 Termisk influens mellan 2 borrhål Sänker bergets medeltemperatur på lång sikt mer än om brunnen varit helt friliggande

32 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

33 Ökad köpt energi pga termisk influens Beräkningsexempel 1: Termisk influens motsvarande 1 C sänkning medför att värmepumpens effekt sänks med ca 3-4 %, vilket vid dellast kan kompenseras med 3-4 % 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 Källa: Göran Hellström, fallstudie Grönstensyxan

34 Ökad köpt energi pga termisk influens Beräkningsexempel 2: Termisk influens motsvarande 1 C sänkning medför att värmepumpens effekt sänks med ca 4%, vilket vid dellast kan kompenseras med 4 % längre driftstid. 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 Källa: Göran Hellström, fallstudie Grönstensyxan

35 Temperatursänkning 3000

36 Temperatursänkning kw 125 meter Granne avst effekt Ger: 44 meter extra

37 Temperatursänkning kw 125 meter Granne avst effekt (42-50) (7) Ger: 25 (28) meter extra

38 Temperatursänkning kw 125 meter Granne avst effekt Ger: 40 meter extra

39 Temperatursänkning kw 125 meter Granne avst effekt Ger: 60 meter extra

40 Diskussionsfrågor Tätt mellan husen Hur göra i trånga områden? Nytt område, det saknas ännu verklig granne. Hur göra? Vad händer när folk byter till ny större pump? Bostadsrättsförening som vill borra två brunnar nära varandra.

41 Diskussionsfrågor Risk för läckage till dricksvattenbrunn Enskild brunn Kommunal dricksvattentäkt Saltinträngning Säkerhetsavstånd? Krav på tätning? Riskhantering under själva borrningen? Andra krav?

42