ENERGÍA GEOTÉRMICA DE BAJA ENTALPÍA Aplicaciones en instalaciones deportivas

Bilbao, 17 de junio de 2008

iarrizabalaga@eve.es

ENERGÍA GEOTÉRMICA DE BAJA ENTALPÍA

Aplicaciones en instalaciones deportivas

Advanced Sustainable Energy

Advanced Sustainable Energy

Technologies

Technologies for Cooling and for Cooling and

Heating applications

ÍNDICE

1. ENERGÍA GEOTÉRMICA a) GENERALIDADES b) CLASIFICACIÓN

2. SISTEMAS DE INTERCAMBIO GEOTÉRMICO a) FUNDAMENTOS

b) APLICABILIDAD c) TIPOLOGÍAS

d) VENTAJAS, INCONVENIENTES Y BARRERAS e) GRADO DE EMPLEO.

Ciclo geotérmico

CLASIFICACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

E.G. ALTA TEMPERATURA: Tª>150ºC; Producción energía eléctrica
E.G. MEDIA TEMPERATURA: 150ºC >Tª>90ºC; Uso directo. COP: 10-20
E.G. BAJA TEMPERATURA: 90ºC >Tª>25ºC; Uso directo. COP:10-20

GEOTERMIA USO

DIRECTO

E.G. MUY BAJA TEMPERATURA (< 25ºC)

– El INTERCAMBIO GEOTÉRMICO ES LA TECNOLOGÍA DESARROLLADA

PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA E.G. DE BAJA ENTALPÍA

– OTROS

TÉRMINOS:

GEOINTERCAMBIO,

GEOTERMIA

SOLAR,

GEOEXCHANGE, GROUND SOURCE HEAT PUMP (GSHP), GROUND

COUPLED HEAT PUMP (GCHP), LOOP,...

– CALEFACCIÓN REQUIERE BOMBA DE CALOR

Energía geotérmica baja entalpía

ORIGEN ENERGÍA

FLUJO GEOTÉRMICO PROFUNDO: 60-100 mW/m2 _{(GRADIENTE GEOTÉRMICO)}

RADIACIÓN SOLAR ABSORBIDA (>45% EN LOS 10 M SUPERIORES)
FLUJO AGUA SUBTERRÁNEA

ENERGÍA TÉRMICA ALMACENADA EN EL TERRENO (0,75 kWh/m3_/ºC)

Balance energético geotermia B.E.

TRABAJO COMPRESOR 0,34 UD (µ= 85%) PÉRDIDAS MOTOR COMPRESOR 0,06 UD PÉRDIDAS PRODUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN 0,6 UD ENERGÍA PRIMARIA 1 UD ENERGÍA ELÉCTRICA 0,4 UD ENERGÍA FUENTE FRÍA:

TERRENO, AGUA SUBTERRÁNEA,..

1,2 UD ENERGÍA TÉRMICA

1,54 UD

Diagrama de Sankey. Modificado de Monasterio et al (1993)

ESQUEMA CICLO BC

ACCIONAMIENTO (MOTOR) COMPRESOR

W

CONDENSADOR VÁLVULA EXPANSIÓN

Q

2

Q

1

Adaptado de Monasterio et al (1993) EVAPORADOR CONCEPTOS BÁSICOS

BOMBEO CALOR DESDE FOCO FRÍO A FOCO CALIENTE RENDIMIENTO INVERSAMENTE PROPORCIONAL A DIF. Tª

Coefficent Of Performance (COP) = Pth/Pab

CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN NATURALEZA FOCOS: AGUA/AGUA, AIRE/AGUA, AIRE/AIRE,...

PERFIL TEMPERATURAS

0 m 1 m 2 m 5 m 10 m Enero Julio

CURVAS BOMBA CALOR

CALEFACCIÓN

-5.00 -2.50 0.00 2.50 5.00 7.50 10.00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 T e m p e ra tu ra ( ºC ) 125.00 150.00 175.00 200.00 225.00 250.00 275.00 P O T E N C IA R E F R IG E R A C IÓ N ( K W ) P O T E N C I A C A L E FA C C I Ó N ( k W ) 90 80 70 60 50 40 P O T E N C I A A B S O R B I D A ( k W ) TEMPERATURA AMBIENTE BC AIRE/AGUA BC AGUA/AGUA

BC Aire/agua: 3026 kWht/1391 kWh = 2,18

BC IG: 3833 kWht/936 kWh = 4,09

COMPARACIÓN COSTES ENERGÍA

Adaptado de Monasterio et al (1993) Comparación costes energía. Calefacción centralizada

Precios actualizados a 1/4/2007 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 1 2 3 4 5 6 7 COP Co s te ( € / K w h) Bomba de calor: 0,138 €/kWh Electricidad, radiador: 0,138 €/kWh Gasoleo C, carga 20 Tm: 0,105 €/kWh Propano, canalizado: 0,082 €/kWh

IG modo calefacción

La tecnología de IG permite captar 3 kWh del terreno por cada kWh absorbido de la red

APROVECHAMIENTO ENERGÍA GEOTÉRMICA (ENERGÍA RENOVABLE)

IG Modo refrigeración

Se transmite la carga

térmica del edificio al

terreno que permanece a

temperatura constante:

10ºC - 20ºC, todo el año

MEJORA RENDIMIENTO. EFICIENCIA ENERGÉTICA

GSHP Tipos

Circuito abierto

• Aguas subterráneas

• Aguas superficiales: lago, mar, río  Circuito semiabierto SCW ATES Circuito cerrado • IG aguas superficiales • IG horizontal • IG expansión directa • IG sondeo vertical • IG sondeo horizontal • Pilotes energéticos • Pantallas energéticas • BTES SS. híbridos Ss. pretratamiento aire.

GSHP APLICACI

Ó

N IDEAL

CONDICIONES INSTALACIÓN IDEAL: •Elevado número de horas de utilización •Calefacción y refrigeración

•Disponibilidad terreno (en caso de renovación) •Escuelas,

•Centros administrativos •Centros comerciales •Edificios oficinas •Vivienda unifamiliar.

GSHP APLICACIONES

CLIMATIZACIÓN ESPACIOS: CALEFACCIÓN, REFRIGERACIÓN Y ACS PISCINAS

PISTAS DE HIELO, CURLING SECADO Y CONTROL HUMEDAD

Coste mínimo de ciclo de vida

•Bajo coste mantenimiento

•Bajo coste operación

 Ahorro energético

• hasta 70% en calefacción

• hasta 50% en refrigeración

Sistema ecológico

•Energía renovable

•Balance energético integral positivo:

≥≥≥≥120%

•Circuito cerrado o uso no consuntivo del agua

•Reduce emisiones CO

₂

“El intercambio geotérmico es la tecnología de climatización de edificios

energéticamente mas eficiente y menos contaminante”. EPA (1993)

 Flexibilidad; en todo tipo de climas

 Universalidad: un sistema para cada terreno y C. Hidrogeológicas  Calefacción y refrigeración simultánea

 Sin combustión. Sin depósitos.

 Reducción puntas de consumo eléctrico

 Montaje en interior edificio, sin tomas de aire ni retornos •bajo nivel ruido: fin “denuncia estrella del verano”

•servidumbres mínimas: no torres de refrigeración, aeroventiladores,… •necesidades de espacio reducidas

•vida equipo superior



Funciona en circuito cerrado: no legionella. Menores gastos de O/M

 Vida sondeos: mínimo 50 años

 Robustez y fiabilidad mecánica

 Efectos beneficiosos sobre empleo local: MO intensiva+no deslocalización

Compatible y adicional a otras EE RR.

 Elevado coste inicial: recuperación 5-15 años

 Limitación temperatura uso: 55ºC - 65 ºC

 Posibilidad de impactos: cargas elevadas localizadas en ciclo

abierto, afecciones perforación, mezclas acuíferos,..

 Afecciones fase de obras

• Ocupación y afección terreno

• Enturbiamiento, espumas y lodos

• Escorrentías

• Ruidos.

 Disponibilidad equipos de perforación: retrasos, precios,..

 Déficit de empresas y personal cualificado: diseño,

perforación, suministros, instaladores PE…..

 Administrativas: LCA, coordinación otros trabajos,

“Dinámica Obra grande”

 Falta de experiencias en nuestro entorno.

Principales países

(1) DATOS 2004, Lund et al (2) DATOS 2006, Vuataz, F.

Fuente: EuroObserver (2008) “Geothermal Energy Barometer 2006”

435

36.000

CANADA(1)

6.300

600.000

USA (1)

600

40.000

SUIZA (2)

253

1.600

HOLANDA

664

40.151

AUSTRIA

722

33.612

FINLANDIA

821

43.252

DINAMARCA

922

85.856

FRANCIA

996

90.517

ALEMANIA

2.430

270.111

SUECIA POTENCIA INSTALADA (MW) Nº INSTALACIONES (2006) PAÍS

573 MW

273 MW x 10

-6

_hab

CAE/Suecia

34,9 MW

16,6 MW x 10

-6

_hab

CAE/Francia

CASO PRÁCTICO:

PROYECTO AZTERLAN

Proyecto piloto para la climatización mediante un sistema de IG del

Centro de Investigación Metalúrgica Azterlan. Durango, Bizkaia

2005-2006

Superficie construida sobre rasante: 3.750 m

2

_{, tres plantas}

Techo radiante y climatizadora agua/aire

Proyecto original 2 x 200 kW bombas de calor aire/agua

Sustitución 1 x 200 kW BC agua/agua+1 x 200 kW BC aire/agua

Proyecto piloto acometido y financiado por EVE-CADEM.

INTERCAMBIADOR VERTICAL

Precisa equipo perforación

Profundidad instalación: 40 m - 200m

Longitudes de circuito >80 m.l.

S intercambiador ≤ S construida

Variación anual Tª mínima

Tª intercambio óptima

Excelente aplicabilidad.

Sondeo piloto

Carácterísticas térmicas

materiales

Conductividad térmica Calor

específico Densidad Difusividad térmica ROCAS SEDIMENTARIAS k Total (W/m-ºK) k 80% (W/m-ºK) cp (W-h/kg)) ¶ ( kg/ m3) æ (k/¶cp) (m2/d) Argilita 1,9-2,94 Dolomía 1,56-6,23 2,77-6,23 0.136 2723-2803 0,102-0,214 Caliza 1,38-6,23 2,42-3,81 0.142 2403-2803 0,093-0,13 Halita 6.4 0.129 2082-2162 Arenisca 2,08-3,46 0.155 2563-2723 0,065-0,11 Limolita 1,38-2,42 Lutita saturada (25%cuarzo) 1,04-3,98 1,73-3,12 0.136 2082-2643 0,084-0,11 Lutita saturada (sin cuarzo) 1,04-3,98 1,04-1,56 0.136 2082-2643 0,046-0,056 Lutita seca (25% cuarzo) 1,04-3,98 1,38-2,42 0.136 2082-2643 0,065-0,093 Lutita seca (sin

cuarzo) 1,04-3,98 0,86-1,38 0.136 2082-2643 0,042-0,051 k"total": Comprende la totalidad de las observaciones

k"80%": Comprende el 80% de las observaciones

TABLA I- CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS DE ALGUNAS ROCAS SEDIMENTARIAS A 25ºC. Adaptado de Kavanaugh & Rafferty (1997) Qcalor = k*∆t*S K lutitas: 1,73-3,12 W/mºK Carga refrigeración: 236.747 kWht k inf.4252 m.l. k sup. 2862 m.l. ∆∆∆∆l=1390 m.l. Punit=40 €/m.l. ∆∆∆∆coste=55.600 €

Termometría

Ensayo termométrico Azterlan

0 5 10 15 20 25 0 24 48 72 96 120 144

Horas desde inicio prueba (15/3/2005 12:50 h)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 C a u d a l (l / s )

Temperatura impulsión Temperatura retorno Caudal circulante

DYNACIAT LG600V CURVAS CALEFACCIÓN 0 50 100 150 200 250 300 -10 -5 0 5 10 15 Tª SALIDA EVAPORADOR (ºC) 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 C O P Pc (kW) 35ºC Pc (kW) 45ºC Pc (kW) 55ºC COP 35ºC COP 45ºC COP 55ºC Tª salida condensador 35ºC 45ºC 55ºC

Selecci

ó

n BC

Selecci

ó

n BC

DYNACIAT LG600V CURVAS REFRIGERACIÓN

0 50 100 150 200 250 30 35 40 45 50 55 Tª SALIDA CONDENSADOR (ºC) 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 C O P Pf (kW) 2ºC Pf (kW) Pf (kW) 12ºC COPf 2ºC COP COPf 12ºC Tª salida evaporador 12ºC 7ºC 2ºC

Construcción sondeos

PERFORACIÓN:

Construcción sondeos

Azterlan construcción sondeos

PERFORACIÓN 2780 M DE SONDEOS

Azterlan conexionado sondeos

ZANJEO. COLOCACIÓN TUBERÍAS CONEXIÓN

Conexionado sondeos

CÁMARA COLECTORES

Conexionado sondeos

CÁMARA DE COLECTORES

Cuarto mecánico

CIRCUITO INVERSIÓN

Cuarto mecánico

Evoluci

ó

n sistema calefacci

ó

n

25/01/07. COP: E_TERM/E_ABS = 2520 KWh/587 KWh = 4,29

AZTERLAN 25 enero 2007 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 T E M P E R T U R A ºC 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 P A b s . ( k W ) - P o t. C a lef a c c ió n ( k W ) -C A U D A L ( M 3 / H ) Tª IMPULSION Tª RETORNO TªImp SONDEOS Tª Ret SONDEOS Tª AMBIENTE EXT. Pabsorbida CAUDAL Pcalefaccion

Evolución Tª en terreno

- 3 5 - 3 0 - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 5 0 1 - a g o - 0 4 0 4 - a g o - 0 4 0 7 - a g o - 0 4 1 0 - a g o - 0 4 1 3 - a g o - 0 4 1 6 - a g o - 0 4 1 9 - a g o - 0 4 2 2 - a g o - 0 4 2 5 - a g o - 0 4 2 8 - a g o - 0 4 3 1 - a g o - 0 4 C o ta n iv e l d in á m ic o (m .s .n .m .)

PREGUNTAS

ESKERRIK ASKO

MUCHAS GRACIAS