EL ESTUDIO DE VIABILIDAD EN LOS PROYECTOS GEOTÉRMICOS DE BAJA ENTALPÍA. ASPECTOS GEOLÓGICOS E HIDROGEOLÓGICOS

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iarrizabalaga@telur.es EL ESTUDIO DE VIABILIDAD EN LOS PROYECTOS

GEOTÉRMICOS DE BAJA ENTALPÍA. ASPECTOS GEOLÓGICOS E HIDROGEOLÓGICOS

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Introducción

El MAYOR INCONVENIENTE TE

El MAYOR INCONVENIENTE TEÓÓRICO DE LOS SISTEMAS DE IG ES SU MEJOR RICO DE LOS SISTEMAS DE IG ES SU MEJOR VENTAJA

VENTAJA

E.G. MUY BAJA ENTALP

E.G. MUY BAJA ENTALPÍÍAA::

¾

¾ Aplicable en casi todas las condiciones geolAplicable en casi todas las condiciones geolóógicas: escasa dependencia M.N,gicas: escasa dependencia M.N, ¾

¾ IdIdóóneo refrigeracineo refrigeracióónn

CARGAS T

CARGAS TÉÉRMICASRMICAS

COSTES IMPLANTACI

(3)

3

Habitualmente las instalaciones geot

Habitualmente las instalaciones geotéérmicas no cubren el 100% de la carga puntarmicas no cubren el 100% de la carga punta El estudio de viabilidad permite plantear el reparto del sistema

El estudio de viabilidad permite plantear el reparto del sistema bivalentebivalente Nivel anteproyecto

Nivel anteproyecto

Estudio de viabilidad se realiza cuando:

¾

¾ Potencia instalaciPotencia instalacióón >70 kWn >70 kW ¾

¾ Potencia instalaciPotencia instalacióón >30 kW n >30 kW ¾

¾ Aspectos geolAspectos geolóógicos relevantes no evidentes: gicos relevantes no evidentes: perforabilidadperforabilidad, ,

afecciones, hidrogeolog

afecciones, hidrogeologíía, a, …… ¾

¾ Demanda calefacciDemanda calefaccióón/refrigeracin/refrigeracióónn ¾

¾ Uso intensivo >2500 h/aUso intensivo >2500 h/aññoo

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Metodología

1.

1. Consideraciones previas

Consideraciones previas

2.

2. C

C

á

lculo de cargas t

é

rmicas

3.

3. Selecci

Selecci

ó

n tipolog

í

a circuito geot

é

rmico

4.

4. Condiciones

Condiciones

á

rea de trabajo

5.

5. Perforaci

Perforaci

ó

n sondeo piloto

6.

6. Caracterizaci

Caracterizaci

ó

n t

é

rmica/hidrogeol

ó

gica del terreno (TRT)

7.

7. Equipos de producci

Equipos de producci

ó

n calor/fr

í

o

8.

8. Dise

Dise

ñ

o intercambiador

9.

9. Ahorros obtenidos

Ahorros obtenidos

10.

(5)

Distribución de cargas horarias -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 0 1000 2000 3000 Horas funcionamiento Poten c ia [kW ]

Potencia refrigeración (Sensible+Latente) Potencia calefacción

5

(6)

Cargas horarias

-6--400 -200 0 200 400 600 800 0 1 -ene 1 5 -ene 2 9 -ene 12 -f eb 26 -f eb 12 -m ar 26 -m ar 09 -a br 23 -a br 07 -m ay 21 -m ay 04 -j u n 18 -j u n 02 -j u l 16 -j u l 30 -j u l 13 -a go 27 -a go 1 0 -sep 2 4 -sep 08 -o ct 22 -o ct 05 -n ov 19 -n ov 03 -d ic 17 -d ic 31 -d ic PO T E N C I A H O RA RI A ( K W ) C A L E F A C C I Ó N / R E F R I G E R AC I Ó N

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-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 01 -e ne 15 -e ne 29 -e ne 12-f eb 26-f eb 12-ma r 26-ma r

09-abr 23-abr 07-may 21-may 04-j

u n 18-j u n 02-j u l 16-j u l 30-j u l

13-ago 27-ago 10-sep 24-sep 08-oct 22-oct 05-no

v 19-no v 03-di c 17-di c 31-di c

Potencia refrigeración(Sensible+Latent) Potencia calefacción

POTENCIA MÁXIMA (KW)

-394

615 POTENCIA CUBIERTA IG

-184

205 COBERTURA POTENCIA IG

46.7%

33.3%

CARGA TOTAL (kWh)

-197448

195561

CARGA CUBIERTA IG (kWh)

-172920

165382

COBERTURA ENERGÍA IG

87.6%

84.6%

7 7

Cobertura IG

(8)

(9)

Source: IGME Source: IGME

Consideraciones previas terreno

(10)

10

(11)

1.

1. Construcci

Construcci

ó

n sondeo piloto

a)

a) Columna litolColumna litolóógicagica

b)

b) HidrogeologHidrogeologííaa

c)

c) ParParáámetros perforacimetros perforacióónn

d)

d) Procedimientos entubaciProcedimientos entubacióónn

e)

e) Relleno anular: granular, cementaciRelleno anular: granular, cementacióón,..n,..

f)

f) Sellado ambientalSellado ambiental

g)

g) CostesCostes

2.

2. Caracterizaci

Caracterizaci

ó

n t

é

rmica terreno

11

(12)

Perforaci

Perforacióón sondeo piloto. Febrero de 2005n sondeo piloto. Febrero de 2005

12

(13)

A.

A. RecomendaciRecomendacióón fabricante HP: 182 kW/40 W/m=4550 m.l.n fabricante HP: 182 kW/40 W/m=4550 m.l.

B. C

B. Cáálculo seglculo segúún tablasn tablas Qcalor = k* Qcalor = k*∆∆t*St*S K lutitas: 1,73 K lutitas: 1,73--3,12 W/m3,12 W/mººKK Carga refrigeraci Carga refrigeracióón: 236.747 kWhtn: 236.747 kWht --k inf. : 4252 m.l.k inf. : 4252 m.l. --k sup.: 2862 m.l.k sup.: 2862 m.l. ∆ ∆l=1390 m.l.l=1390 m.l. Punit=40 Punit=40 €€/m.l./m.l. ∆ ∆coste=55.600 coste=55.600 €€

Coste sondeo piloto+prueba

Coste sondeo piloto+prueba ≈≈12.00012.000€€

13

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--1414-

-Los sondeos pueden suponer entre el 50 y el 70% del coste total

Los sondeos pueden suponer entre el 50 y el 70% del coste total del circuito de intercambio del circuito de intercambio geot

geotéérmicormico

Los costes de perforaci

Los costes de perforacióón varn varíían de manera extrema, entrean de manera extrema, entre<10 <10 €€/m /m toto>2000 >2000 €€/m, dependiendo de:/m, dependiendo de: 1.

1. Profundidad y diProfundidad y diáámetrometro

2.

2. Tipo de formaciTipo de formacióón/necesidad de entubacin/necesidad de entubacióón auxiliarn auxiliar 1.

1. Consolidadas: calizas, areniscas, pizarras,..Consolidadas: calizas, areniscas, pizarras,.. 2.

2. No consolidadas: arena, grava, fango, bloquesNo consolidadas: arena, grava, fango, bloques 3.

3. Dureza y Dureza y abrasividadabrasividadde la formacide la formacióón n

4.

4. Grado de fracturaciGrado de fracturacióónn 5.

5. Presencia de agua subterrPresencia de agua subterráánea: posicinea: posicióón del N.P. y caudaln del N.P. y caudal..

Costes

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--1515- -Loose sand Gravel Alluvial fans Glacial drift with loose Boulders Clay, Silt, Shale Sandstone Cemented Conglomerate s Limeston e Limestone Cavernous Basalt Layers Basalt-HighlyFract ured-Lost Circulation Zones Granite&Other Non_Fractured Metamorphics

Cable tool Slow Slow-difficult

Slow-mediu m in brittle

shale

Slow Slow Medium Slow to medium Slow, sometimes difficult Slow Direct

rotary (air) NOT RECOMMENDED Fast

Fast

Slow Fast Medium Medium to fast

Direct rotary (fluid)

Fast Impossible to

very slow Fast Med. to fast

Med. to fast Slow to impossible Slow to medium Slow to

impossible Slow to medium

Air

hammer NOT RECOMMENDED

Harder types

Fast Very fast Fast Fast

Medium to

fast Fast

Reverse

rotary Fast medium

Fast

Med. to fast Medium Slow to impossible

Slow to medium

Slow to

impossible Slow to medium Drill

thru-casing driver

Very fast Medium to difficult

Fast

NOT APPLICABLE

Dual wall Very fast Medium Fast Med. to fast Med. to

fast Fast Fast Med. to fast Slow to medium

Source: Culver, G.

Velocidad de avance en función de la

formación

(16)

--1616-

-Adem

Ademáás, hay que considerar las condiciones del sitio de trabajos, hay que considerar las condiciones del sitio de trabajo:: ¾

¾ Superficie disponibleSuperficie disponible ¾

¾ En el sEn el sóótano tano ¿¿Planta Planta ––5?5? ¾

¾ Tipo de cimentaciTipo de cimentacióón, redes de pluviales, fecales, tierras,n, redes de pluviales, fecales, tierras,…… ¾

¾ Programa de trabajo. Cronograma: excavaciPrograma de trabajo. Cronograma: excavacióón, pilotajes, pantallan, pilotajes, pantalla…….. ¾

¾ Interferencias entre contratas Interferencias entre contratas ¿¿Solos o acompaSolos o acompaññados?ados? ¾

¾ Acceso y emplazamiento equiposAcceso y emplazamiento equipos ¾

¾ GestiGestióón de ripios y lodos n de ripios y lodos ¾

¾ GestiGestióón de residuosn de residuos ¾

¾ Servicios afectados, red elServicios afectados, red elééctrica, telecomunicaciones, gas, agua, tctrica, telecomunicaciones, gas, agua, túúneles,..neles,.. ¾

¾ EvacuaciEvacuacióón caudales aflorados,n caudales aflorados,……....

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--1717-

-Tipos de riesgo

Tipos de riesgo

1.

1. Seguridad y salud en la obra. RD 1627. Disposiciones bSeguridad y salud en la obra. RD 1627. Disposiciones báásicas obras de construccisicas obras de construccióón. RD 863: n. RD 863:

Normas b

Normas báásicas seguridad minerasicas seguridad minera

2.

2. Ambiental: afecciAmbiental: afeccióón a suministros de agua, manantiales, contaminacin a suministros de agua, manantiales, contaminacióón cruzada, mezclas de n cruzada, mezclas de

acu

acuííferos no deseadas, feros no deseadas, ……

3.

3. EnergEnergéético: mal disetico: mal diseñño/ejecucio/ejecucióón, sub o sobre estimacin, sub o sobre estimacióón, bajo rendimiento, bajo confort,n, bajo rendimiento, bajo confort,

4.

4. EconEconóómico: mal balance coste/beneficio, caudal inferior al mmico: mal balance coste/beneficio, caudal inferior al míínimo, aguas de mala calidad,nimo, aguas de mala calidad,……....

5.

5. GeotGeotéécnico: dacnico: dañños estructurales, cimentaciones, ferrocarriles, carreteras,os estructurales, cimentaciones, ferrocarriles, carreteras,……

(18)

18

Riesgos

Zeitliche Entwicklung derabsoluten Hebungsbeträge an ausgewählten Hauptpunkten(Stand Juni 2008) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 5 .0 9 .2 0 0 7 1 4 .1 1 .2 0 0 7 0 3 .0 1 .2 0 0 8 2 2 .0 2 .2 0 0 8 1 2 .0 4 .2 0 0 8 0 1 .0 6 .2 0 0 8 2 1 .0 7 .2 0 0 8 Datum H e b u n g in m m MP9Rathausgasse8 MP7Meiergasse6 MP12Wasserwerk MP13Rath.Rückg.Nordost MP4Hauptstraße45 HebungsfigurFebruarbisMai 2008 Sondenfeld

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--1919-

-Source: Goldscheider, N. & Bechtel, T. (2009)

Source: Goldscheider, N. & Bechtel, T. (2009)

(20)

(21)

D YN ACI AT LG6 0 0 V CURV AS CALEFACCI ÓN 0 50 100 150 200 250 300 -10 -5 0 5 10 15 Tª SALI D A EV APORAD OR ( º C) P O T E NC I A C A L E F A C C I Ó N ( K W ) 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 CO P Pc (kW) 35ºC Pc (kW) 45ºC Pc (kW) 55ºC COP 35ºC COP 45ºC COP 55ºC Tª sa lid a con de n sa d or 3 5 º C 4 5 º C 5 5 º C 21 21

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D YN ACI AT LG6 0 0 V CURV AS REFRI GERACI ÓN 0 50 100 150 200 250 30 35 40 45 50 55 Tª SALI D A CON D EN S AD OR ( º C) P O T E N C I A RE F R I G E RAC I Ó N ( K W ) 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 CO P Pf (kW) 2ºC Pf (kW) Pf (kW) 12ºC COPf 2ºC COP COPf 12ºC Tª sa lid a e va p or a d or 1 2 º C 7 º C 2 º C 22 22

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•

• kkaparenteaparente= 3,10 W/m = 3,10 W/m ººKK

•

•Cargas diseCargas diseññoo 9 9280.000kWh, calefacci280.000kWh, calefaccióón n 9 9240.000 kWh, refrigeraci240.000 kWh, refrigeracióónn • • P calefacciP calefaccióón: 205 kWn: 205 kW • • P refrigeraciP refrigeracióón: 190 kWn: 190 kW •

• COP calefacciCOP calefaccióón: 4,00n: 4,00

•

• COP refrigeraciCOP refrigeracióón: 4,40 n: 4,40

•

• Longitud total sondeos: 2.700 mLongitud total sondeos: 2.700 m

23

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Concepto Calefacción Refrigeración Carga térmica del edificio (kWh) 278.551 236.747

Consumo energía eléctrica bomba de calor aire/agua (kWh) 112.319 83.069 Consumo energía eléctrica enfriadora agua/agua (kWh) 65.541 53.806 Energía térmica captada o disipada en el terreno (kWh) 213.010 -290.553 Reducción consumo IG vs óptimo convencional (kWh) -46.778 -29.263 Ahorro (€/año; coste energía eléctrica 2005: 120 € MWh) -5.613 -3.512 Sobre-inversión frente a instalación convencional (€):

Sondeos (60,6%) Conducciones y obra civil (13,2%) Colectores y Grupo hidráulico (9,0%) Enfriadora (10,0%) Electricidad y control (7,2%)

176.123,76

Bomba de calor 220 kW no instalada -40.000 Subvención energía renovable (€) -35.200 Reducción coste mantenimiento (€/año) 1.500

Pay-back (años) 9,5

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