Erfaringer med grundvandsbasererede geoenergi anlæg. Grundvandskøling/-og opvarmning, udvikling af anlæg i praksis

Transkript

1 Kursus d. 5. Maj 2015 TM 14 Grundvandsbaseret Geoenergi Erfaringer med grundvandsbasererede geoenergi anlæg Grundvandskøling/-og opvarmning, udvikling af anlæg i praksis -hvilke overvejelser, muligheder og udfordringer Eksempler bl.a. fra udvikling af anlæg for grundvandskøling på DR og ATP-huset på Langelinie COWI 1 grundvandsbaserede geoenergi anlæg

2 Indhold og rammer Fokus i nærværende foredrag på: Grundvandskøling på DR Strategier og udvikling af projektet Erfaringer Grundvandskøling ATP Pakhuset Strategier Grundvandskøling/havvandskøling Køling/opvarmning, koncept mv Myndighedskontakt, tidlig dialog mv Energi-regnskab mv. udvikling af projektet Nogle generelle konklusioner 2 grundvandsbaserede geoenergi anlæg

3 Grundvandskøling på DR Strategier og udvikling af projektet Kølebehov beregnet svarende til m3/t, geo-hydro, muligheder, hensynet til omgivelserne, myndigheder mv. 3

4 Kølekoncept DR fortsat 4 grundvandsbaserede geoenergi anlæg

5 Faktisk placering og udformning. 5

6 Erfaringer mv Fuld vinterdrift (dvs m 3 hver vej), ej realistisk og/eller rentabelt (pga. flow i grundvandsmagasin samt energiforbrug af tagkølere mv.) Følger Fuld sommer og reduceret vinterdrift, forventet netto-energibesparelse kwh/år Sikre at driftspersonale udnytter og optimerer brugen af systemets muligheders i praksis 6

7 ATP Pakhuset på Langelinie Aktører Bygherre: ATP Ejendomme Arkitekt: Lundgaard & Tranberg Arkitekter Bygherrerådgiver: Rambøll Ingeniør: COWI Udførende: NCC (byggegrube mv), (Pihl & Søn) Aarslev (råhus), Jakon (indvendig komplettering), Kemp & Lauritzen (Teknik), GEO (gvs-køling implementering), Brøker (dybe boringer) 7

8 Mål for byggeri Klima og miljøvenlige løsninger generelt Bæredygtige løsninger/drift med reduceret energibehov Lave (reducerede) udgifter til drift og vedligehold Driftvenligt Koncept: Samlet energikoncept for køling, varme og ventilation, Integreret/iterativ udvikling/udformning af byggeri og energikoncept 8

9 Grundvandskøling kontra havvandskøling, strategier/muligheder mv Indledende screening af muligheder, fordele/ulemper, teknisk/økonomisk mv. Havvandet er varmt om sommeren Grundvand, udgangspunkt 9-11 grader Vurdere muligheder, forskellige alternativer, fordele/ulemper, teknisk/økonomiske konsekvenser (anlægs og driftfasen), hydrogeo, miljøforhold, myndighedsaspekter mv mv. Mange alternativer: -Havvandsløsning -(Oppumpning fra dybereliggende lag, infiltration i højere lag), flere løsninger, også energilagring (varme/kulde) -Oppumpning fra dybereliggende lag, udledning til havet -Oppumpning fra dybereliggende lag, infiltration til samme lag (flere løsninger med forskellige afstand mellem op/nedpumpning, også energilagring varme/kulde, ulemper -Oppumpning fra højereliggende lag, infiltration i højere lag Bygherren åben og positiv i forhold til muligheder 9

10 Mange alternativer, eksempler herpå (Op/nedpumpning, flere magasiner stor afstand/"over hinanden", lovgivning mv) 10

11 Vandspejl i pejleboringer [m. under top af rør] Vandspejl i pumpeboring [m. under top af rør] Hydrogeologiske forhold Flere vandførende lag, flere muligheder Forundersøgelser, boringer/prøvepump/modellering mv. Miljøforhold, omgivelser mv Grundvandsressourcen til rådighed Myndighedsanliggende mv PG04-øvre, logger PG04-nedre, logger PG06-øvre, logger PG06-nedre, logger PG07-øvre, logger PG07-nedre, logger PG08-øvre, logger PG08-nedre, logger PG09-nedre, logger PG09-øvre, logger Havn, logger PU1, logger PU1, logger

12 Grundvands- eller havvandskøling (eventuelt kombinationer heraf!!) Grundvandskøling Havvandskøling Fordele Bedre energiregnskab generelt Billigere i drift, mere direkte køl, bedre COP om sommeren mv. Simplere løsning, pladsbesparende i bygningen mv. (giver frie m2), mange penge Udfordringer 12 Grundvandressourcen kan være begrænset, hydrauliske forhold lokalt mv Mulig påvirkning af omgivelserne (grundvand, overfladevand) Myndighedsforhold Fordele Havvandet er lige ved siden af, og der er nok af dette (store anlæg) Afledning af det samme vand til havet Kendt løsning mv. Kan være billigere at etablere (men dyrere i drift) Udfordringer Temperaturer i havnen ej optimale Indtag havvand, risiko for oversvømmelse af kældre, rensning mv Mere pladskrævende

13 Proces i udviklingen af anlægget Grundvand/havvand Vurdering af grundvand/havvand, muligheder, teknisk/økonomisk, fordele/ulemper mv., (jf forrige slides) Indledende dialog med myndighederne, vigtig Grundvandsmodellering (indledende), gvs-model KBH Tidlig tilkendegivelse fra myndighederne Grundvandskøling. Forundersøgelser, boringer, prøvepumpning mv (ressourcen, vandføringsevne, inflowzoner, lækage, gvs-kemi) Opdatering af grundvandmodel lokalt mv, scenarier, følsomhedsanalyser, iterativ proces Myndighedsprojekt, tilladelser mv, iterativ proces Detailprojektering, optimering af vandbehov/køling Implementering og drift af anlæg 13

14 Iterativ optimering af projekt og design, vandbehov, udnyttelse, påvirkning, CO2 mv. Flere alternativer, afhænger bl.a af mulig Q, peaks mv. Grundvandsmodel, eksempel på påvirket område i dybtliggende lag (100 m.u.t) Grundvandsressoucen, størrelse Muligheder, flere magasiner Optimering Myndigheder 14

15 Vandstand (m u. M.P.) / Barometertryk (m H2O) Vandstand [m u.mp] Stigning i E+4 1.0E+5 1.0E+6 Agarwal Equivalent Time (sec) Obs. Wells Aquifer Model Leaky Solution Hantush-Jacob Parameters T = m 2 /sec S = r/b = Kz/Kr = 1. b = 20. m Havnevandstand (kote m) Forundersøgelser Generelt. Udføre nogle "ordentlige" forundersøgelser tidligt i processen, inkl tolkning/evaluering heraf, således at resultater heraf kan indgå i udviklingen af projektet og teknisk/økonomisk optimering heraf DGU DGU Dato Dato Barometertryk Loggerdata, ikke korrigerede Loggerdata, korrigerede Håndpejlinger Havnedata Recovery (m) 15

16 Køling/opvarmning, koncept bl.a Samlet energikoncept for køling, varme og ventilation, Integreret/iterativ udvikling/udformning af byggeri og energikoncept Bygning designes med et lavt varme og kølebehov Der etableres termoaktive dæk: Sparer plads, muliggør en ekstra etage! Bygningen bliver kølet/opvarmet med termoaktive dæk (køling/varme om natten, beton buffer, afgiver om dagen) Luft til varmeveksler (sparer % til opvarming) Ved kombination af termoaktive dæk og grundvandskøling, ej nødvendigt at skulle producere køling og varme ved meget lave eller høje temperaturer. 16

17 Bestemmelse af kølebehov Varighedskurve for kølebehov Komfortkøl via BSim-beregninger Teknik- og serverkøl Tre alternative forsyningsmuligheder med stigende energiforbrug og CO2 Frikøl+kompressor, max. 70 m³/h -> ~400 kw frikøl Frikøl+kompressor, max. 35 m³/h -> ~200 kw frikøl Kompressor, max. 35 m³/h 17

18 Iterativ optimering af projekt og design, vandbehov, udnyttelse, påvirkning, spare % CO2 mv. Flere alternativer, afhænger bl.a af mulig Q, peaks mv. 18 grundvandsbaserede geoenergi anlæg.

19 Optimering fortsat -alternativ 1 valgt (oppumpning/afledning til hav) -væsentlige CO2 besparelser (op til %) -væsentlige drift økonomiske besparelser Traditionel køling, CO2 udledning og driftøkonomi vil ligge yderligere % over Alternativ 3. Havvandskøling vil ligge mellem Alternativ 2 og 3 Alternativ 1 Alternativ 2 Alternativ 3 Enhed Vandbehov m³/år Maksimalt døgnmiddel m³/døgn Elforbrug kwh/år CO2-udledning 23,5 37,5 102,0 ton CO2/år Driftsøkonomi kr./år 19

20 Overordnet principdiagram (sommerdrift) 20 grundvandsbaserede geoenergi anlæg

21 Frikøl, op til 400 kw kølebehov Udsnit af principdiagram for varme/kølesystem 21 grundvandsbasrede geoenergianlæg

22 Kombidrift, op til 800 kw kølebehov Udsnit af principdiagram for varme/kølesystem 22

23 Nogle generelle overvejelser og konklusioner Det er i høj grad bæredygtigt -Nødvendigt at vurdere hver lokalitet/projekt for sig, muligheder, udføre en indledende screening heraf -Samlet energikoncept. Bygning bør designes med et lavt varme og kølebehov -"Skræddersy" løsningen, strategier, ordentlige forundersøgelser, tidlig ind i processen, energimæssig-teknisk-økonomisk optimering mv. -Gør ej systemerne for komplekse (så udnyttes potentialet måske ikke fuldt ud i praksis) -Vigtigt med tidlig og åben dialog mv (bygherre, myndigheder mv) -Grundvandskøling/havvandskøling, grundvand kan være en fordel på mindre anlæg-hvis mulig. Havvandskøling på større anlæg. Evt kombination heraf. -Ressourcen er tilstede, og kan udnyttes bæredygtig. Muligheder, beliggenhed, design (ferskvand, saltvand, nedsivende havvand, ingen uønsket påvirkning, oppumpning/reinfiltration, varme/kuldelagring mv) -Reinfiltration af grundvand vil normalt være nødvendigt (ressourcen, omgivelserne mv), undtagelser findes. Reinfiltration, mulighed for lagring -Sparer op til 80 % CO2, billigere i drift, grønt signal mv. 23

24 Tak for god ro og orden. Spørgsmål mv. 24