WP4 – Traininig ProgramP4 – Potentialul sistemelor geotermale

de mica adancime in atingereaobiectivelor UE 2020

Autor – Robert GavriliucPresedintele Societatii ROMANE GEOEXCHANGE

Cladiri publice

- nationale, regionale, cladiri ale autoritatilor publice locale

- spitale, policlinici, dispensare

- unitati de invatamant – licee, scoli, gradinite

Condominii

Cladiri de birouri

Cladiri rezidentiale

Cladiri comerciale

Aplicatii industriale

ENERGIA GEOTERMALA SE POATE UTILIZA IN

“Available and clean energy”, 7-9 June 2012

ÎNTREBĂRI DE BAZĂ

Este permis un sistem GSHP pe o anumită locaţie?

Care sunt informaţiile privind geologia subterană a locaţiei şi ce ştim despre:- parametrii termici;- sistemele de forare;- probleme de mediu?

Care sunt sarcinile termice ce trebuie acoperite?

Cum poate fi evaluat preliminar solul destinat implementării?

…şi in final:poate fi sistemul propus fezabil economic???

SURSA GEOTERMALA - POTENTIALUL GEOTERMAL DE SUPRAFATA IN EUROPA

Harta Europei şi datelecentralizate de către BRGMprivind locaţiile rocilorsedimentare/cristaline şitemperatura pământului laadâncimile curente de forarea puţurilor geoexchange(BHE)

Valori conform VDI 4640Tipul rocii Conductivitate termică

W/(m∙K)Capacitate termică specifică legată de

volumMJ/(m3∙K)

Densitate103 kg/m3

Domeniul valoric

Valoare recomandată

Nec

onso

lidat

Argilă / nămol, uscat 0.4-1.0 0.5 1.5-1.6 1.8-2.0Argilă / nămol, saturat de apă 1.1-3.1 1.8 2.0-2.8 2.0-2.2

Nisip, uscat 0.3-0.9 0.4 1.3-1.6 1.8-2.2Nisip, umed 1.0-1.9 1.4 1.6-2.2 1.9-2.2

Nisip, saturat de apă 2.0-3.0 2.4 2.2-2.8 1.9-2.3Pietriş / pietre, uscat 0.4-0.9 0.4 1.3-1.6 1.8-2.2

Pietriş / pietre, saturate de apă 1.6-2.5 1.8 2.2-2.6 1.9-2.3Lut 1.1-2.9 2.4 1.5-2.5 1.8-2.3

Turbă, lignit moale 0.2-0.7 0.4 0.5-3.8 0.5-1.1

Rocă

sed

imen

tară

Argilă / nămol întărit 1.1-3.4 2.2 2.1-2.4 2.4-2.6Gresie 1.9-4.6 2.8 1.8-2.6 2.2-2.7

Conglomerat / roci tari 1.3-5.1 2.3 1.8-2.6 2.2-2.7Marne 1.8-2.9 2.3 2.2-2.3 2.3-2.6Calcar 2.0-3.9 2.7 2.1-2.4 2.4-2.7

Roci dolomatice 3.0-5.0 3.5 2.1-2.4 2.4-2.7Anhidrit 1.5-7.7 4.1 2.0 2.8-3.0

Gips 1.3-2.8 1.6 2.0 2.2-2.4

SURSA GEOTERMALA CATACTERISTICILE TERMICE ALE SOLULUI

SURSA GEOTERMALA - POTENTIALUL GEOTERMAL DE ADANCIME IN ROMANIA

SURSA HIDROTERMALA Sistem de schimb de caldura hidrotermal in canalizarea urbana

NECESARUL DE ENERGIE - ZONAREA CLIMATICA A ROMANIEI

POSIBILE APLICATII PENTRU UTILIZAREA ENERGIEIGEOTERMALE

CONSIDERENTE DE MEDIUÎN REALIZAREA BHE

Posibile probleme de mediu cu GSHPPoluarea solului şi a apelor subterane:• scurgeri de antigel;• conectarea diferitor strate acvifere între ele sau conectarea acviferelor la suprafaţă (calitatea cimentării /etanşeitatea pe termen lung);

• foraj în ape arteziane.

Efectele termice=> trebuie respectate reglementările de protecţie a apelor subterane !!!- alte efecte cum ar fi umflarea argilelor, a anhidritului, etc

CONSIDERENTE DE MEDIU

Fantânăarteziană

Puţ în acvifer limitat

Zonă de alimentare

acvifer

Argilă (aquitard)

Nisip / pietriş (acvifer)

Niciodată nu încercaţi să instalaţi un BHE într-un acvifer artezian!Cimentarea nu va fi suficientă (posibil doar în cazul unor suprapresiuni mici)

Probleme posibile de presiune ale apelor subterane

SISTEME GEOTERMALE TIP ATES

SISTEME GEOTERMALE TIP ATES

Energy Engineering Conference (CIE), Băile Felix, Romania

“Available and clean energy”, 7-9 June 2012

HOT WATER CEREREA DE ENERGIEPENTRU PREPARAREAAPEI CALDE DE CONSUM

CLĂDIREA[

COOLINGCEREREA DE ENERGIE

PENTRU RĂCIRE

VENTILATIONCEREREA DE ENERGIE PENTRU PREPARAREAAERULUI PROASPĂT

HEATINGCEREREA DE ENERGIE

PENTRU ÎNCĂLZIRE

CONSUMATORUL DE ENERGIE

PROIECTARE DE SISTEM/ REZERVĂ DE ENERGIE

Capacitate mare şi ieftină de stocare a energiei (ex: 0,6 kWh/m³.K pentru Peninsula Scandinava)

PĂMÂNTUL – SURSĂ PENTRU POMPE DE CĂLDURĂ

Căldura extrasă 1.150 MWh/an Suprafaţa proprietăţii 11.000 m²

Exemplu: cazul SuedieiCapacitatea de extracţie a pompelor de caldura: cca 100 kWh/m².an.

Capacitatea rezervei de căldură 2.000 MWh/K.anCapacitatea rezervei de căldură poate fi sporită prin foraje mai adânci

Suprafata climatizata 11.000 m²

SISTEM CU BUCLĂ ÎNCHISA

TOAMNĂ – IARNĂ

Pompa de căldură (HP) extrage energie de la pământ prin intermediul sondelor.Sondele sunt foraje verticale cu buclă închisă.

1kW intrare (electricitate) = 3-5 kW ieşire (căldură)Răcire liberă dacă este necesar (free cooling)

ÎNCEPUTUL VERII

Răcire liberă

1kW intrare => 30-50 kW ieşire (rece)

SISTEM CU BUCLĂ ÎNCHISA

Vara şi sfârşitul verii

Pompa de căldură funcţionează ca o maşină de răcireapă prin inversarea ciclului frigorific

1kW intrare (electricitate) – 3-5 kW ieşire (rece)

Căldura reziduală de la condensator este stocatăîn sol

SISTEM CU BUCLĂ ÎNCHISA

BILANŢ ENERGETIC?

CALD FRIG

Bilanţul energetic pentru sol determină lungimea schimbătorului de căldură cu pământul

Schimbătorul de căldură cu pământul

Gerul iernii Căldura verii

Aerul exterior

Apă de suprafaţă

Zăpadă şi gheaţă

Aerul exterior

Apă de suprafaţă

Căldura solară

PĂMÂNT

RĂCIREÎNCĂLZIRE

REÎNCĂRCAREA ENERGIEI REGENERABILE ÎN SOL

RĂCIREA CLĂDIRILOR VARA APORTURILE TERMICE

Aporturi termice solare prin ferestre

Aporturi termice prin

infiltrare

Fluxul de căldurătransmis prin

pereţii exteriori

Fluxul de căldurătransmis prin

pereţii interiori

Aporturi termice prin

ventilaţie

APORTURI TERMICE EXTERNE +

APORTURI TERMICE INTERNE

Iluminat artificial

Oameni Echipamente

APORTURI TERMICE ŞI SARCINA DE RĂCIRE A CLĂDIRII

APORTURI TERMICE EXTERIOARE

APORTURI TERMICE

SARCINA DE RĂCIRE

[kW]

FLUXUL DE CĂLDURĂCONVECTIVĂ ÎN AER

APORTURI TERMICE INTERIOARE

FLUXUL DE CĂLDURĂRADIANTĂ PRIN

FERESTRE ŞI PEREŢI FLUXUL DE CĂLDURĂCONVECTIVĂ ÎN AER

(comportamentul termic al masei)

ANALIZA ENERGETICA A SISTEMELOR TERMICE CU POMPE DE CALDURA - Consumul de energie primara

ANALIZA ENERGETICA A SISTEMELOR TERMICE CU POMPE DE CALDURA - Consumul de energie primara

ANALIZA ENERGETICA A SISTEMELOR TERMICE CU POMPE DE CALDURA - Emisiile de CO2

SISTEME BIVALENTE PC + CAZAN

Distributia costurilor intr-un proiect de utilizare a energieigeotermale de mica adancime

• În studiul de fezabilitate, proiectantul trebuie să calculeze:

1) Investiţia preconizată:

• Spre orientare: preţuri unitare în Europa Centrală• BHE cu preţ unitar (e.g. 50 €/m)

• Pompe de căldură cu preţ unitar (e.g. 800 €/kW)

• Investiţia totală (echipare interioară HVAC, echipare exterioară BHE): 2100 ÷ 2800 €/kW• 2) Costuri de operare preconizate:• Consumul de energie electrică, preţul energiei electrice (rate speciale / off-peak)

• Mentenanţă

• Spre orientare: în practica curentă 2÷5 €/m2an (funcţie de capacitatea pompelor de căldură instalate)•• ... Şi comparaţi acestea cu investiţia şi costurile de operare ale unui sistem HVAC convenţional pentru

aceleaşi condiţii de confort interioare: orientativ 1100 – 1800 €/kW si 18-22 €/m2an.• Studiul va lua în considerare toate cheltuielile cerute de exploatarea celor două variante analizate pentru o

durată de referinţă de 20-25 ani conform HG 28/2008. Metoda “Life Cycle Cost Analysis” este prevazută de reglementarile ASHRAE şi este cerută de către Directiva 2010/31/EC cunoscută sub numele de EPBD-RECAST.

UTILIZAREA EFICIENTA A ENERGIEI LA UTILIZATOR – CONCEPTUL nZEB

Izolarea termica a anvelopei (pereti exteriori, terasa, pardoseala, triple-glazing Ar)

Echipamente de inalta eficienta (ventilare cu recuperare de caldura, VC, LED)

3

12

4

Sistemele “geothermal district heating and cooling”Contorizarea inteligenta

UTILIZAREA EFICIENTA A ENERGIEI LA UTILIZATOR – CONCEPTUL nZEB

C.H.P.C.H.P.

Study case Components

Loses

supply

Fuel

ComponentsLoses

supply

Fuelsavings

Efficiency

Separate producing of

heat and power

High efficiencycogeneration powered by Diesel / Otto

engine

Cogenerarea de inalta eficienta pe

baza turbinelorcu gaze si a

recuperarii de caldura

PRODUCEREA EFICIENTA A ENERGIEI COGENERAREA

PĂMÂNTUL – SURSĂ PENTRU POMPE DE CĂLDURĂ

Date provenite din aplicaţii în Suedia: CASE INSIRUITECa urmare a aglomerarii urbane scade capacitatea termica de extracţie la cca. 35kWh/m².an datorita influenţei termice a vecinătăţilor (distanta 125m) in cazul echiparii cu pompe de căldură 7KW/locaţie pentru o capacitate de încălzire pe locaţie de cca 80MWh/K si o căldura extrasă din sol de cca. 20MWh/an.

PĂMÂNTUL – SURSĂ PENTRU POMPE DE CĂLDURĂ

PĂMÂNTUL – SURSĂ PENTRU POMPE DE CĂLDURĂ

Complex de locuinţe în Suedia în afara orasuluiCreşterea capacitatii de extracţie la cca 100kWh/m².an

SISTEM URBAN GSHP

Exemplu : Suedia Cererea de extracţie a căldurii pe suprafaţă este de 250 kWh/m².anCapacitatea termică a solului este 800 MWh/K.an, căldura extrasă de pompele de caldura este1600 MWhCererea este solvabila?

Dezechilibru rezervă sol

Reîncărcare?

GSHP – CLADIRI TERTIARE*

Încălzire/RăcireEchilibru/Dezechilibru rezervă solSistem hibridRezervă de energie

Nota* Cladiri cu alta destinatie decat locuinte: Birouri; Cladiri comerciale; Spitale; Crese; Universitati

112 foraje, adancime 70m

Exemplu Auto Showroom, Birouri si Service MIDOCAR VITAN - Bucuresti, Romania

Energy Globe Award 200“ROMANIA – a Clean Country

for a Clean EUROPE”

ContactROMANIAN GEOEXCHANGE SOCIETY

ROMANIA, Bucarest,66 Pache Protopopescu Street,E-mail: info@geoexchange.ro /

robertgavriliuc@geoexchange.ro / robertgavriliuc@yahoo.com

Visit regeocities.eu !

VA MULTUMESC PENTRU ATENTIE!