Geoenergi kontra fjärrvärme - Konkurrenter i onödan. Göran Hellström, LTH

1,890 views

Published on

Göran Hellström från Luleå tekniska högskola går igenom flera exempel på byggen där man har använt sig av geoenergi och berättar om säsongslagring av energi.

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,890
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
7
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide
  • Europas største energilager med fjellbrønner
  • Geoenergi kontra fjärrvärme - Konkurrenter i onödan. Göran Hellström, LTH

    1. 1. Geoenergi kontra fjärrvärme Konkurrenter i onödan? Göran Hellström Luleå Tekniska Universitet NeoEnergy Sweden AB
    2. 2. MöjligheterEngland 1300-talet: jordägare och kyrka Vinden är tillgänglig för allahar exklusiv rätt till vattendrag ochkontrollerar vattenkvarnar.
    3. 3. Fjärrvärme och geoenergiKonsumentperspektiv•Fjärrvärmebolagen prissätter mot olja och bergvärme• Inte bara ägarna av geoenergi skall vara glada• Även de som väljer fjärrvärme bör vara glada att geoenergi finnsFjärrvärmebolagen kan också användageoenergilösningar
    4. 4. Förnyelsebar värme och kylaBiobränsle Vattenkraft Vindkraft Solenergi Geoenergi Energilagring
    5. 5. Markvärmepumpar 90 % bergvärme 10 % jordvärme 25,000-30,000 markvärmepumpar installeras varje år i SverigeSveriges energianvändning för husuppvärmning och varmvatten är ca 85 TWhUngefär ca 15 TWh (18 %) av denna energi från värmepumpar puUngefär 30 % av alla enfamiljshus har värmepump (mark eller luft)
    6. 6. Sweden: Annual sales of GSHP 45000 40000 35000 30000 25000 m p h u o-s s a e c r t 20000 15000 10000 5000Adgounesarfl 0 Total number of units sold about 400,000 YearAbout 20 % of national space heating load produced by
    7. 7. Geoenergi och Geotermi GEOENERGI - YTJORDVÄRME - GRUNDVATTENVÄRME - BERGVÄRME - ENERGILAGER (VÄRME/KYLA) GEOTERMI
    8. 8. Energilager i grundvatten Akvifer
    9. 9. Bergvärme och bergkyla Värmekapacitivitet - Berg 0,6 kWh/m3,K - Vatten 1,2 kWh/m3,K Exempel Lagring av 600 MWh Temperaturskillnad 4 C Bergvolym 250,000 m3 Energilagring i berg med borrhålsvärmeväxlare
    10. 10. BorrhålsvärmeväxlareBorrhålsvärmeväxlare för cirkulation av värmebärare i borrhål
    11. 11. Geologiska förutsättningar Jordskikt Grundvattennivå  Tjocklek Berg Marktemperatur  Bergart (borrbarhet)  Värmeledningsförmåga Antalet borrhål beror dimensionerande effekt- och energilast samt geologiska, termiska och borrtekniska förutsättningar
    12. 12. BergvärmeBergvärme för enskilt småhusKorrekt dimensionerat bergvärmesystem – borrhålet uthållig värmekällla
    13. 13. Bergvärme - Geoenergi Bergvärme i villakvarter Ökat energiuttag mer area – (ca 35 kWh/m 2,year) – Termisk influens mellan grannar 7 kW värmepump, 125 m, värmekapacitet per tomt ca 80 MWh/K, uttag ca 20 MWh/yea r
    14. 14. Bergvärme - fastigheter Enskilda bostadsfastigheter Förtätning av uttag – (ca 100 kWh/m 2, år) - kan tillgodogöra sig värmeflöde från omgivning
    15. 15. Stora systemMånga borrhål för värme och/eller kyla
    16. 16. Värmelagring - Volymjämförelse Fotbollsplan med internationella mått
    17. 17. Värmelagring - Volymjämförelse Fotbollsplan med internationella mått Borra till 140 m djup
    18. 18. Värmelagring - Volymjämförelse Fotbollsplan med internationella mått Borra till 140 m djup  1,000,000 m3 Värmekapacitet 600 MWh/K
    19. 19. Samverkan mark och klimatsystem Byggnadens klimatsystem Energilast (klimat)  Energi  Effekt  Temperatur (styrkurva) Dynamisk Värmepump  Värmefaktor samverkan! Marklagret  Köldbärarens temperaturvariation  Termiska egenskaper
    20. 20. Kommersiell Geoenergi Värme och kyla Balanserad eller obalanserad energilast för mark Hybridsystem Energilagring
    21. 21. Geoenergi HEATING HÖST-VINTER COOLING Värmepumpen (HP) tar värme från borrhålen 1 kW tillförd elektricitet – 3-5 kW värme Frikyla tillgängligt vid behov HP
    22. 22. Geoenergi HEATING TIDIG SOMMAR COOLING Frikyla 1 kW elektricitet => 30-50 kW kyla HP
    23. 23. Geoenergi (HEATING)HÖGSOMMAR COOLINGVärmepumpen används som kylmaskin1 kW elektricitet – 3-5 kW kylaÖverskottsvärme från kondensorn återförs tillmarken via borrhålen (eventuellt även till luftvia kylmedelskylare) HP
    24. 24. EnergicentralFåtal stora värmepumpar Flera små värmepumpar Värmepumpar
    25. 25. Stora geoenergianläggningar Projekt Antal bh Borrdjup (m) Totalt (m) Kemicentrum (IKDC), Lund 166 230 38180 Brf. Ljuskärrsberget, Stockholm Saltsjöbaden 156 230 35880 Lustgården, Stockholm 144 230 33120 Vällingby Centrum, Stockholm 133 200 26600 Brf. Igelbodaplatån, Stockholm Saltsjöbaden 120 200 24000 Kv. Bergen, Stockholm Husby 98 215 21070 Xylem Water Solutions, Emmaboda 140 150 21000 Kv. Galgvreten, Enköping 86 220 18920 Copperhill Mountain Lodge, Åre 92 200 18400 Centrala Gribbylund, Täby 87 210 18270 Thulehem, Lund 86 200 17200 IKEA, Uppsala 100 168 16800 NIBE, Markaryd 110 150 16500 Centralsjukhuset, Karlstad 80 200 16000 Backavallen, Katrineholm 91 172 15652 Vänerparken, Vänersborg 78 200 15600 Norrporten, Örebro 58 250 14500 Viksjöskolan, Järfälla 65 220 14300 IKEA, Karlstad 100 120 12000 Musikhögskolan, Örebro 60 200 12000 SL Bussdepå, Stockholm Gubbängen 60 200 12000 Sjukhuset, Kristinehamn 55 210 11550 Viktor Rydberg Samskola, Danderyd 48 225 10800 Rågården Rättspsykiatri, Göteborg 60 180 10800 Åbypark, Västertorp 54 200 10800 Arenastadion, Solna 53 200 10600
    26. 26. Stora geoenergianläggningar • Bostadsrätter • Universitetsbyggnader • Kontor • Köpcentrum • Hotell/spa • Industrier • Sjukhus • Skolor • Äldreboende • Kursgårdar • Telestationer (kyla)
    27. 27. Bergvärme för småhus 8 7 6 5 Fluidtemperatur 4 3 2 1 0 -1 -2 0 5 10 15 20 25 ÅrKöldbärarfluidens variation vid normallast för småhus med ett borrhål
    28. 28. Bergvärme för fastighet ENDAST VÄRMEUTTAG FRÅN BERG 5 10 15 Tid (år)Köldbärartemperaturens variation vid tätt placerade borrhål med enbart värmeuttag
    29. 29. Bergvärme för fastighet ENDAST VÄRMEUTTAG VÄRMEUTTAG FRÅN BERG OCH ÅTERLADDNING FRÅN UTELUFT 5 10 15 Tid (år)Köldbärartemperaturens variation vid tätt placerade borrhål med enbart värmeuttag
    30. 30. Urban Geoenergi Markens energibalans? Återladdning? Uttag per area 250 kWh/m2,år Värmekapacitet 800 MWh/K, uttagen energi mängd 1600 MWh/år
    31. 31. Energibalans för marklagret? Värme Kyla Energibalans för marken påverkar utformningen
    32. 32. Återladdning med naturenergiVinterkyla Sommarvärme Uteluft  Uteluft Ytvatten  Ytvatten Snö och is  SolVÄRM KYLAE  (Frånluft, spillvärme)
    33. 33. UteluftKylmedelskylare, Astronomicentrum, Lund
    34. 34. SolvärmeTakintegrerade glasade solfångare, Anneberg, Danderyd
    35. 35. SolvärmeTakmonterade glasade solfångare
    36. 36. SolvärmeOglasad solfångare, polyetenslang diameter 40mmAbsorberad energimängd 2006 – 1700 kWh/m2 (svart yta)
    37. 37. ÄlvvattenHotell Storforsen
    38. 38. SjövattenBorrhål Vatten- intag Vatten- retur Näsbyparks Slott
    39. 39. Astronomihuset, LundBergvärme och bergkyla (frikyla utan kylmaskin) + fjärrvärme Bruttoyta 4.900 m2, lokalyta 4.000 m2
    40. 40. EnergibalansNyckeltal Drift mars 2002- februari 2003Värmefaktor värmepump (inkl. cirkulation) 4,3Kylfaktor frikyla 56Värme och kylbehov (BTA 4900 m2) 136 kWh/m 2Köpt energi 31 kWh/m 2Energifaktor värmepump+frikyla 5,7Energifaktor värmepump+frikyla+fjärrvärme 4,4
    41. 41. Centralsjukhuset, KarlstadVärme och kyla med energi från mark och älv
    42. 42. Centralsjukhuset, KarlstadEnergilast (köpt energi))FÖRE (2000)Fjärrvärme 26,4 GWh/årElektricitet 23,6 GWh/årTotalt 50,0 GWh/årSteg 1 . Energieffektivisering- Fönster, värmeisoleringSteg 2 . Energiproduktion-Installation av geoenergi/energilager med frikyla under sommaren ochförvärmening av ventilationsluft under vinternEFTER (2011)Fjärrvärme 2,5 GWh/årElektrictet AC/VP 22,2 GWh/yearTotalt 24,7 MWh/yearBesparing 24,1 GWh värme (91 %) 1,4 GWh elektricitet
    43. 43. Q-Med NPU, Uppsala Nybyggnad av produktionslokaler för medicinteknisk tillverkning Byggnad bestående av 4 plan inkl källare Bruttoarea ca 7020 m 2 Värme- och kylcentral förberedd för framtida höglager ca 2000 m 2
    44. 44. InvesteringskostnadAlternativ 1 Alternativ 2Konventionell anläggning med Bergvärme, värmepumparfjärrvärme och kylmaskin och naturkylaAnslutningsavgift 700 tkr Tillkommande 200 tkrfjärrvärme anslutnings-avgift förFjärrvärmecentral 400 tkr utökad elservis samt kraftmatningarKylcentral 1650 tkr Borrentreprenad 2600 tkr 2750 tkr Värmepumpar / 850 tkr kylcentral 3650 tkr Merkostnad investering 900 tkr (exkl moms)
    45. 45. DriftkostnadAlternativ 1Konventionell anläggning med fjärrvärme och kylmaskinVärme vinter 925 MWh x 530 kr 490 tkrVärme sommar 50 MWh x 400 kr 20 tkrKyla vinter 190 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 52 tkrKyla sommar 305 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 83 tkr 645 tkrAlternativ 2Bergvärme, värmepumpar och naturkylaVärme vinter 925 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 253 tkrVärme sommar 50 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 14 tkrKyla vinter 11 MWh x 820 kr (energi cirk.pump) 9 tkrKyla sommar 11 MWh x 820 kr (energi cirk.pump) 9 tkr 285 tkr Besparing 360 tkr / år (exkl moms)
    46. 46. LönsamhetskalkylMerkostnad investering: 900 tkrMinskad driftkostnad: 360 tkr/årRak pay-back tid: 2,5 år
    47. 47. IKEA – Svenska anläggningar• IKEA Centrallager, Torsvik, 1999 (BTES + ytjordvärme)• IKEA Meeting Point, Helsingborg, 2003 (BTES)• IKEA Varuhus, Karlstad, 2007 (BTES)• IKEA Varuhus, Uppsala, 2008 (BTES)• IKEA Varuhus, Malmö, 2009 (ATES)• IKEA Varuhus, Helsingborg, 2010 (BTES)•IKEA Varuhus, Uddevalla, 2012 (BTES)• IKEA Varuhus, 2012 (BTES)
    48. 48. IKEA – Varuhus 36,000 m2, UppsalaVärmelast• Dimensionerande effekt, 1 300 kW• Energi, 2 200 MWh/årKyllast• Dimensionerande effekt, 1 300 kW• Energi, 1 500 MWh/årFörväntningar• SPF värme, 4.3 (inkl. elpanna)• SPF kyla, 6.5 (Americ. design)• Payback time, 5.5 år BTES system installerat 2008  100 borrhål,168m djupa, avstånd 5 m  20 m foderrör genom ytlig jord  grundvattenfyllda borrhål  dubbla U-rör  byggtid 10 veckor (3 borriggar)  Kylvärmepump 2 x 660 kW
    49. 49. TeliaSonera - processkyla 200 anläggningar varav 40 med bergkyla
    50. 50. Kombination av olika fastigheter BOSTAD KONTOR Gemensamt energilager i mark
    51. 51. Kemicentrum, Lund Arkitekthuset Kemicentrum IKDC Energilager 166 borrhålEnergibalans genom att kombinera fastigheter med olika last
    52. 52. Värmelast KemicentrumIKDC
    53. 53. KyllastArkitekthuset Kemicentrum IKDC
    54. 54. Avantor-Nydalen, Oslo Universitet Hotell Kontor Markenergilager Bostadshus (borrhål)Lokalyta : 180.000 m2Energilager : 90 borrhål, djup 200 m + 70 borrhål, djup 260 m Bergvärme och bergkyla (värmepumpen används som kylmaskin)
    55. 55. Katrineholm Sport Centre Community clusters ICE RINK OFFICE Cooled sep-may Heated sep-maySWIMMING POOL GYMNASIUM Heated all year Heated sep-may Outdoor ICE RINK Outdoor SOCCER Cooled when air Heated when air Common ground source above 0 C below 0 C
    56. 56. Vällingby CityEvaluation of CO 2 emissions for two alternativeenergy systemsGeoenergy system (133 boreholes, 200 mdepth):Heating load- Heat pump 8100 MWh- District heating 4100 MWhTotal 12200 MWh-----------------------------------------------------------Cooling load- Cooling from heat pump 5400 MWh- Free cooling from BTES 1700 MWhTotal 7100 MWh
    57. 57. Vällingby CitySupplied energyAlt 1. Geoenergy solution- Electricity 3500 MWh- District heating 4100 MWhAlt 2. District heating with cooling machine- Electricity 1800 MWh- District heating 12200 MWh
    58. 58. Vällingby City CO 2 emissions (kg/MWh) District heating (Stockholm 2009) 87 Electric production (Nordic mix) 90 Electric production (Green electricity) 5 Electric production (EU mix) 385 Total CO 2 emissionsElectricity Nordic Green EUGeoenergy with peak district heat 673000 376100 1703200District heating w. cool machine 1219900 1069100 1743000
    59. 59. Underground Thermal Energy Storage ATES – Aquifer Thermal Energy Storage BTES – Borehole Thermal Energy Storage CTES – Cavern Thermal Energy Storage
    60. 60. Exempel på akviferlager FaktarutaBo 01  Omsätter 3 900 MWh värme/år 3 400 MWh kyla/år  12 brunnar med flödet ca 120 m3/h  Investering ca 3,7 MSEK  Återbetalt på < 1,5 år
    61. 61. ATES/Akvifärlager - Arlanda AirportVärldens största akvifärlager, 5+6 brunnar, ingen värmepump Energibesparing: 3-4 GWh elektricitet 10-15 GWh värme Payback 1,5 år
    62. 62. ATES - Arlanda Airport Kyla på sommaren
    63. 63. ATES - Arlanda Airport Värme på vintern
    64. 64. BTESLagring berg - borrhålsvärmeväxlare
    65. 65. BTES - Project Lulevärme, Luleå Seasonal storage of waste heat• Summer: Storage of waste heat from steel plant• Stored heat: ca 2000 MWh (maximum temp 82 °C)• Winter: University building heated with/without heat pump• Extracted heat: 1000-1200 MWh• In operation 1983-1989
    66. 66. BTES - LuleåBorehole heat store: 120 boreholes depth 65 m
    67. 67. BTES - LuleåMeasured temperature in center of store
    68. 68. BTES - LuleåEstimated ground temperature after chargingSimulation results in good agreement with measurements
    69. 69. Kallax Airport
    70. 70. Luleå FjärrvärmeEnergy source: 900 GWh waste heat from blast-furnace at steel mill Large surplus during summer
    71. 71. Systemlösning Summer Winter District heating RunwayBTES
    72. 72. BTES - Project Emmaboda Seasonal storage of waste heat• Summer: Storage of waste heat from foundry• Stored heat: ca 3600 MWh• Winter: Factory building heated• Extracted heat: 2000 MWh• In operation 2010-
    73. 73. BTES - EmmabodaBorehole heat store: 141 boreholes depth 148,5 m
    74. 74. BTES Emmaboda Operation strategy Heat carrier fluid temperature
    75. 75. BTES Emmaboda Drilling
    76. 76. BTES EmmabodaInstallation of borehole heat exchangers
    77. 77. BTES Emmaboda All pipes connected
    78. 78. BTES Emmaboda Ground (top) insulation
    79. 79. CTES Lyckebo• Volume of cavern: 104,300 m3• Storage capacity: 5,5 GWh• Store temperature 60-90 ºC• Used for seasonal storage• Cost: 17,5 MSEK (1982)
    80. 80. CTESLyckeboSystem design
    81. 81. CTESLyckeboSolarcollectorfield
    82. 82. CTESLyckeboRockcavernschematic
    83. 83. CTESLyckebo Rock cavern during construction
    84. 84. Marklagrens potentialAkviferlager Begränsad geografisk potential (ca 15% av landets yta) Storskaligt, gärna > 1 MW Passar FV/FK, men också större offentliga lokaler Hög effektivitet och lönsamhet Komplex tillståndsprocess Driftproblem kan förekommaBorrhålslager Kan göras i stort sett överallt Bäst i mellanstor skala Passar enskilda offentliga och kommersiella lokaler God effektivitet och lönsamhet Enkel tillståndsprocess Robust, långlivat och driftsäkert
    85. 85. Skillnad mellan högsta och lägsta månadsmedeltemperaturSäsongsvariationer gör säsongslagring av energi intressant
    86. 86. Frikyla och frivärmeVinter Sommar
    87. 87. Vill ni veta mer? Nyheter Fakta FallstudierTidningen Geoenergi ges ut av Geotec
    88. 88. Tack!

    ×