grontmij grundvandskøling - ajour erhvervskonferencegrontmij [email protected] tlf: 9137 7055. title:...
TRANSCRIPT
Copyrig
ht
© 2
012 G
rontm
ij A
/S
Vis hjælpelinjer som er en
på den aktuelle side
”Vis”
.
1
Gødstrup Hospital – visualisering: CuraVita
Grontmij
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Fordele, udfordringer og økonomi
Pia Rasmussen
Energiingeniør og projektleder
Grundvandskøling
Københavns LufthavnAjour / CoolEnergy 27. november 2014
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Agenda
• Grundvandskøling – Principperne
• Fordele og udfordringer
• Design af anlæg
− Over jorden
− Under jorden
• Myndighedsbehandling
• Driftserfaringer
• Økonomi
2
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
ATES / Grundvandskøling - princip3
• Grundvandet bruges som
sæsonlager
• Om sommeren lagres varmen
fra kølebehovet lokalt i
grundvandet
• Om vinteren fjernes varmen
igen – enten ved frikøling eller
ved hjælp af varmepumpe,
som dækker et varmebehov
• Energieffektiv køling med COP
op til 60.
• ATES – Aquifer Thermal Energy Storage
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
ATES / Grundvandskøling - princip4
• Grundvandet pumpes op via en
dipol bestående af to boringspar.
• Om sommeren pumpes koldt
grundvand fra den ene boring.
Grundvandet opvarmes i
varmeveksleren (og køler derved)
og pumpes retur i den anden boring.
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
ATES / Grundvandskøling - princip5
• Om vinteren vendes processen,
hvor den lagrede varme fra
grundvandet afsættes i en tørkøler
eller varmepumpe, så der opnås
termisk ligevægt i grundvandet.
• Afhængigt af udetemperaturforhold
kan grundvandet underkøles, så
kapaciteten den følgende sommer
bliver større
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Fordele og udfordringer6
↑ Effektiv køling selv ved høje udetemperaturer (COP på 50-60)
↑ Stor reduktion af energiudgifter
↑ Efterhånden velafprøvet teknologi
↑ Teknologien i sig selv er enkel
↓ Større investering, som kræver flere driftstimer for at blive rentabel
– Et komfortkølebehov er som regel ikke nok. (Kun ca. 13 % af
årets timer har en udetemperatur over 16 °C)
↓ Køling ved relativt høje temperaturer – grundvandet er ca. 9 °C,
hertil kommer temperaturdifferencer over vekslerne.
↓ Længere projektperiode pga. myndighedsbehandling og prøveboringer
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
ATES / Grundvandskøling
temperaturforhold og anlægsdesign7
• Grundvand kan hentes op ved ca. 9 °C og optage varme fra en
kølekreds med 12-18 °C
• Om vinteren skal grundvandet køles med kølekredsen med en
temperatur på max. 8 °C
• Kapacitet pr. dipol mellem 400 og 1000 kW køling (afhængig af
tilladelser og grundvandsforhold)
• Der skal være termisk balance over året. Varmen i grundvandet
skal derfor bortkøles – via frikøling eller varmepumpe.
• Enkelt anlægsopbygning:
Grundvandsboring (dipoler), veksler, tørkøler/varmepumpe.
• Evt. supplering med mekanisk køleanlæg til backup og spidslast
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
ATES / Grundvandskøling - anlægsdesign8
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Under jordoverfladen9
• De hydrologiske og geologiske forudsætninger er afgørende for,
hvor meget vand, der rent praktisk kan hentes fra boringen
• En for-analyse baseret på erfaringer og data fra lokale boringer
giver en indikation af undergrundens egnethed.
• Sand, grus og kalk er vandførende lag
• Prøveboringen fastslår kapaciteten.
• Prøveboringen skal give 2 – 5 liter/sek.
• Det endelige vandflow og antallet af boringer afhænger af
energibehovet.
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Myndighedsbehandling10
• Bekendtgørelse 1206 af 24. november 2006 regulerer
varmeindvinding og grundvandskøling
− Vandforsyningsloven paragraf 20 og 21
− Miljøbeskyttelsesloven paragraf 19
• Computer simulering af grundvandspåvirkning
• Krav om termisk neutralitet
• Det kan være mere omstændeligt at få tilladelser til større projekter
• VVM redegørelser
• Risikovurdering i forhold til omgivende drikkevandsboringer og
afværgeboringer (forurening)
• … Men det kan bestemt lade sig gøre…
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Driftserfaringer – Københavns Lufthavn11
• 4 dipoler med samlet effekt på 4 MW.
• ”Kølemotorvej” - En stor vandkreds med følgende:
− Grundvandsanlæg
− Lokale forbrugere (komfortkøling og lokale serverrum)
− Eksisterende tørkølere til vinterdrift og sænkning af grundvandstemperaturen.
− Eksisterende køleanlæg til backup
− 720 kW varmepumpe til opvarmning af GO lavpristerminalen
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Driftserfaringer – Københavns Lufthavn12
• Temperaturen i vandkølekredsen er 12-18 °C om sommeren
• Om vinteren er temperaturen 10-16 °C for at grundvandet kan
opnå tilstrækkelig lav temperatur. (Endnu koldere ved underkøling)
• Driftstilstande:
− Over 15 °C: Grundvandskøling
− 6 – 15 °C: Grundvandskøling koblet fra
− Op til 6 °C: Tørkølere i drift og nedkøling af grundvand
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Driftserfaringer – Københavns Lufthavn13
• Indregulering af vandkølekredsen var en større opgave
• Lokale køleflader dimensioneret til 6-12 °C
→ 40% mindre ydelse ved 12-18 °C
• Lune vintre udfordrer varmebalancen
• Myndighedsbehandlingen kan være en tung opgave
• Påregn min. 1 år fra beslutning til projektet er gennemført
• Estimeret opnået elbesparelse på ca. 870.000 kWh/år svarende
til omkring 85%
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Økonomi14
• Samlet investering i anlæg med en dipol, tørkøler og køleanlæg/
varmepumpe ca. 10-12 mio., heraf ca. 4 mio. ”under jorden”.
• Tilbagebetalingstiden afhænger af køle- og varmebehovet.
Summeret kølebehov
fordelt på ude-
temperaturer ved
komfortkøling med
spidslast på 1500 kW
kølebehov
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Økonomi15
• Samlet investering i anlæg med en dipol, tørkøler og køleanlæg/
varmepumpe ca. 10-12 mio., heraf ca. 4 mio. ”under jorden”.
• Tilbagebetalingstiden afhænger af køle- og varmebehovet.
Summeret kølebehov
fordelt på ude-
temperaturer ved
komfortkøling med
spidslast på 1500 kW
kølebehov og
grundlast kølebehov
på 200 kW
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Økonomi – scenarie 116
• Scenarie 1:
Kontor med serverrum
Spidslast, køl = 1500 kW
Grundlast, køl = 200 kw
Elpris = 1,6 kr./kWh
Varmepris = 0,6 kr./kWh
Årligt kølebehov = 2 mio. kWh
Årligt varmebehov = 3 mio. kWh
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
3.500.000
Standard køl Køl medfrikøling
Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP
kW
h/å
r
Energiforbrug [kWh]
Elforbrug Varmeforbrug
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
-500.000
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
Standard køl Køl medfrikøling
Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP
kr.
/år
Besparelse [kr.]
Elforbrug Varmeforbrug
Økonomi – scenarie 117
• Scenarie 1:
Kontor med serverrum
- 92 tons CO2
- 223 tons CO2
- 498 tons CO2Simpel tilbagebetalingstid
G.K.G.K.
+ VP
Ny
investering12,0 7,3
Mer-
investering9,6 4,7
Spidslast, køl = 1500 kW
Grundlast, køl = 200 kw
Elpris = 1,6 kr./kWh
Varmepris = 0,6 kr./kWh
Årligt kølebehov = 2 mio. kWh
Årligt varmebehov = 3 mio. kWh
Medregnet tilskud til energibesparelser
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Økonomi – scenarie 218
• Scenarie 2:
Proces med lille årsvariation
Spidslast, køl = 800 kW
Grundlast, køl = 500 kw
Elpris = 1,0 kr./kWh
Varmepris = 0,6 kr./kWh
Årligt kølebehov = 4,5 mio. kWh
Årligt varmebehov = 3 mio. kWh
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
3.500.000
Standard køl Køl medfrikøling
Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP
kW
h/å
r
Energiforbrug [kWh]
Elforbrug Varmeforbrug
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
1.400.000
1.600.000
1.800.000
2.000.000
Standard køl Køl medfrikøling
Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP
kr.
/år
Besparelse [kr.]
Elforbrug Varmeforbrug
Økonomi – scenarie 219
• Scenarie 2:
Proces med lille årsvariation
- 247 tons CO2
- 512 tons CO2
- 802 tons CO2
Simpel tilbagebetalingstid
G.K.G.K.
+ VP
Ny
investering8,3 4,4
Mer-
investering7,6 3,0
Spidslast, køl = 800 kW
Grundlast, køl = 500 kw
Elpris = 1,0 kr./kWh
Varmepris = 0,6 kr./kWh
Årligt kølebehov = 4,5 mio. kWh
Årligt varmebehov = 3 mio. kWh
Medregnet tilskud til energibesparelser
Copyrig
ht
© 2
014 G
rontm
ijA
/S | C
VR
48233511
Tak for opmærksomheden20
Pia Rasmussen
Grontmij
Tlf: 9137 7055