VISIONER OG ØNSKER FOR DEN FREMTIDIGE FORVALTNING AF ANLÆG FOR GRUNDVANDSBASERET KØLING, OPVARMNING OG ATES

Transkript

1 VISIONER OG ØNSKER FOR DEN FREMTIDIGE FORVALTNING AF ANLÆG FOR GRUNDVANDSBASERET KØLING, OPVARMNING OG ATES Civilingeniør, ph.d. Stig Niemi Sørensen, Enopsol ApS Undergrunden som termisk ressource Møde 25. maj 2011

2

3 RESUMÉ Overgangen til det fossil-frie samfund vil kræve store lagre for termisk energi. De terrænnære grundvandsmagasiner er allerede attraktive som sæsonlagre for lavtemperatur varme og kulde. Den nugældende bekendtgørelse, der regulerer udnyttelsen af grundvandsmagasiner som kilde for køling og opvarmning, er imidlertid ikke tidssvarenede, da den ikke tager højde for alle de anlægstyper, der anvendes i dag. Artiklen vil gennemgå de aktuelle anlægstyper og angive ønsker til ændringer af den gældende bekendtgørelse. BAGGRUND Grundvandsbaserede varmepumpeanlæg blev populære i Danmark i begyndelsen af 1980érne efter de to energikriser (1973 og 1979), hvor forsyningen med olie fra de arabiske lande var truet, og råolieprisen var stærkt stigende. Egenproduktionen fra de danske olie- og naturgasfelter i Nordsøen var endnu ikke påbegyndt, og naturgasnettet var ikke etableret. Miljøministeriet udarbejdede Bekendtgørelse om afledning af afkølet vand fra varmeindvindingsanlæg, bekendtgørelse nr. 450 af 21. august 1984 /1/, således at landets daværende amter kunne behandle det stigende antal ansøgninger. På det tidspunkt var det overvejende af interesse at trække varme ud af de terrænnære grundvandsmagasiner til brug for bygningsopvarmning ved hjælp af varmepumper. Herved kunne der spares dyr fyringsolie, og man kunne overgå til billig elbaseret opvarmning, da varmepumperne blev drevet af elektricitet. Elproduktionen var dengang i det væsentlige kulbaseret, og der var ingen fare for rigelige forsyninger med billige kul, hvilket gav stabile elpriser. Oliepriserne faldt imidlertid kraftigt fra slutningen af 1985 og interessen for at etablere nye grundvands-baserede varmepumpeanlæg faldt samtidigt. Stigende elpriser og udfasningen af de ozon-nedbrydende kølemidler i 1990éne øgede interessen for at erstatte de stærkt elforbrugende kølekompressoranlæg med grundvandskøleanlæg, hvorved man kunne spare 90% på elregningen til køling af proceskølevand i industrien. Grundvandsmagasiner kunne også bruges til dette formål, idet der nu blev tilført varme isf. kulde. Med udgangen af 2006 i forbindelse med nedlægningen af amterne, udsendte Miljøministeriet Bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg, bekendtgørelse 1206 af 24. november Bekendtgørelsen trådte i kraft den 1. januar 2007 og ophæves automatisk den 1. januar 2012, medmindre andet bestemmes inden denne dato, jf. Justitsministeriets skrivelse af 28. februar 2002 om en forsøgsordning om anvendelse af automatiske ophørsklausuler i visse bekendtgørelser på miljø- og arbejdsmiljøområdet. Bekendtgørelse 450 blev samtidigt ophævet. Siden 2007 har det i bestræbelserne for at mindske udledningen af CO 2, vist sig attraktivt at anvende grundvandsmagasiner som kombinerede lagre for både kulde og varme til integreret opvarmning og afkøling af bygninger og processer i de såkaldte ATES-anlæg (ATES står for Aquifer Thermal Energy Storage) med termisk balance af det anvendte grundvandsmagasin. Samtidigt med en stor energibesparelse kan man med disse systemer helt undgå anvendelsen af fossile brændsler.

4 FORMÅL Indlæggets formål er at give et overblik over ønsker, der er til revisionen af den nugældende bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg. ANLÆGSUDFORMNINGER Grundvandskøleanlæg I sin mest enkle udformning består et grundvandskøleanlæg af en boring til indvinding af grundvand og en boring til returledning af grundvand (figur 1). Grundvandet pumpes fra indvindingsboringen ved ca. 9 o C i et lukket rørsystem gennem en eller flere varmevekslere, hvor grundvandet opvarmes til maks. 25 o C, inden det tilbageføres til grundvandsmagasinet gennem returledningsboringen eller reinfiltrationsboringen. Der sker således ikke noget forbrug af grundvand, kun en opvarmning af vandet. Varmen afsættes i den struktur i undergrunden (sand eller kalk), som grundvandet gennemløber under reinfiltrationen. Varmen afgives med tiden til jordoverfladen ved varmeledning. Figur 1. Grundvandskøleanlæg med reinfiltration for køling af ventilationsluft og processer. Varmeindvindingsanlæg I sin mest enkle udformning består et grundvandsbaseret varmeindvindingsanlæg af en boring til indvinding af grundvand og en boring til returledning af grundvand (figur 2). Grundvandet pumpes fra indvindingsboringen ved ca. 9 o C i et lukket rørsystem gennem en eller

5 flere varmevekslere, hvor grundvandet afkøles til min. 2 o C, inden det tilbageføres til grundvandsmagasinet gennem returledningsboringen eller reinfiltrationsboringen. Der sker således ikke noget forbrug af grundvand, kun en afkøling af vandet. Kulden afsættes i den struktur i undergrunden (sand eller kalk), som grundvandet gennemløber under reinfiltrationen. Kulden afgives med tiden til jordoverfladen ved varmeledning. Figur 2. Grundvandsanlæg med reinfiltration for opvarmning af ventilationsluft eller vandbåret varmeforsyning vha. en varmepumpe. ATES-anlæg I sin mest enkle udformning består et ATES-anlæg af en boring til indvinding af grundvand og en boring til returledning af grundvand (figur 1). Grundvandet pumpes, når der er behov for køling, fra indvindingsboringen ved ca. 9 o C og derunder i et lukket rørsystem gennem en eller flere varmevekslere, hvor grundvandet opvarmes til maks. 25 o C, inden det tilbageføres til grundvandsmagasinet gennem returledningsboringen eller reinfiltrationsboringen. Der sker således ikke noget forbrug af grundvand, kun en opvarmning af vandet. Varmen afsættes i den struktur i undergrunden (sand eller kalk), som grundvandet gennemløber under reinfiltrationen. Når der er behov for opvarmning vendes pumperetningen (figur 2), og det opvarmede grundvand ledes tilbage gennem den samme varmeveksler, der blev anvendt til køling, hvorfra varmepumper udnytter grundvandsvarmen til opvarmning af bygningen eller processen. Udover vandbalance udformes disse anlæg normalt også for termisk balance, dvs. over en årrække på fx 3 år skal grundvandsmagsinet også være termisk afbalanceret.

6 VISIONER OG ØNSKER For at være tidssvarende ønskes bekendtgørelsens område udvidet til også at dække ATESanlæg med termisk balancering af grundvandsmagasinet. Den tilladte afledningstemperatur bør hæves med 10 o C. Dette begrundes med ønsket om at opnå større energibesparelser ved mindre grundvandscirkulation. En højere tilladt afledningstemperatur kan evt. kombineres med kravet om termisk balancering af grundvandsmagasinet inden for fx 3 år. Der bør suppleres med et krav om, at anlægget skal være påbygget en anordning til vacuumbrydning/trykholdning under reinfiltration for at minimere risikoen for luftindtrægning under tilbageledning af grundvand. Alle boringer bør forsynes med automatisk dataopsamling af temperatur, tryk og grundvandspotentiale. Det årlige eftersyn bør ske af sagkyndige, der er akkrediteret via en godkendelsesordning til at foretage gennemgang af anlæggene. Kommunernes sagsbehandlere har ofte vanskeligt ved at vurdere indkomne ansøgninger, hvorfor der kunne ønskes et højere vidensniveau, fx ved gennemførelse af kurser eller anden undervisning. KONKLUSION OG PERSPEKTIVERING Den nugældende bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg trænger til en mindre opdatering, hvad angår de tekniske krav til indretningen af anlæggene. Bekendtgørelsen bør udvides, således at den medtager ATES-anlæg med termisk balancering af det anvendte grundvandsmagsin. Samtidigt bør bekendtgørelsen lempes for ATESanlæg, således at det bliver muligt at lagre varme ved en temperatur, der er 10 o c højere end det gældende niveau, for at opnå en større energibesparelse, mindre grundvandscirkulation og lavere investeringsomfang med færre boringer. REFERENCER /1/ Bekendtgørelse om afledning af afkølet vand fra varmeindvindingsanlæg, bekendtgørelse nr. 450 af 21. august /2/ Bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg, bekendtgørelse 1206 af 24. november 2006.