Copyrig

ht

© 2

012 G

rontm

ij A

/S

Vis hjælpelinjer som er en

på den aktuelle side

”Vis”

.

1

Gødstrup Hospital – visualisering: CuraVita

Grontmij

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Fordele, udfordringer og økonomi

Pia Rasmussen

Energiingeniør og projektleder

Grundvandskøling

Københavns LufthavnAjour / CoolEnergy 27. november 2014

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Agenda

• Grundvandskøling – Principperne

• Fordele og udfordringer

• Design af anlæg

− Over jorden

− Under jorden

• Myndighedsbehandling

• Driftserfaringer

• Økonomi

2

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

ATES / Grundvandskøling - princip3

• Grundvandet bruges som

sæsonlager

• Om sommeren lagres varmen

fra kølebehovet lokalt i

grundvandet

• Om vinteren fjernes varmen

igen – enten ved frikøling eller

ved hjælp af varmepumpe,

som dækker et varmebehov

• Energieffektiv køling med COP

op til 60.

• ATES – Aquifer Thermal Energy Storage

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

ATES / Grundvandskøling - princip4

• Grundvandet pumpes op via en

dipol bestående af to boringspar.

• Om sommeren pumpes koldt

grundvand fra den ene boring.

Grundvandet opvarmes i

varmeveksleren (og køler derved)

og pumpes retur i den anden boring.

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

ATES / Grundvandskøling - princip5

• Om vinteren vendes processen,

hvor den lagrede varme fra

grundvandet afsættes i en tørkøler

eller varmepumpe, så der opnås

termisk ligevægt i grundvandet.

• Afhængigt af udetemperaturforhold

kan grundvandet underkøles, så

kapaciteten den følgende sommer

bliver større

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Fordele og udfordringer6

↑ Effektiv køling selv ved høje udetemperaturer (COP på 50-60)

↑ Stor reduktion af energiudgifter

↑ Efterhånden velafprøvet teknologi

↑ Teknologien i sig selv er enkel

↓ Større investering, som kræver flere driftstimer for at blive rentabel

– Et komfortkølebehov er som regel ikke nok. (Kun ca. 13 % af

årets timer har en udetemperatur over 16 °C)

↓ Køling ved relativt høje temperaturer – grundvandet er ca. 9 °C,

hertil kommer temperaturdifferencer over vekslerne.

↓ Længere projektperiode pga. myndighedsbehandling og prøveboringer

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

ATES / Grundvandskøling

temperaturforhold og anlægsdesign7

• Grundvand kan hentes op ved ca. 9 °C og optage varme fra en

kølekreds med 12-18 °C

• Om vinteren skal grundvandet køles med kølekredsen med en

temperatur på max. 8 °C

• Kapacitet pr. dipol mellem 400 og 1000 kW køling (afhængig af

tilladelser og grundvandsforhold)

• Der skal være termisk balance over året. Varmen i grundvandet

skal derfor bortkøles – via frikøling eller varmepumpe.

• Enkelt anlægsopbygning:

Grundvandsboring (dipoler), veksler, tørkøler/varmepumpe.

• Evt. supplering med mekanisk køleanlæg til backup og spidslast

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

ATES / Grundvandskøling - anlægsdesign8

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Under jordoverfladen9

• De hydrologiske og geologiske forudsætninger er afgørende for,

hvor meget vand, der rent praktisk kan hentes fra boringen

• En for-analyse baseret på erfaringer og data fra lokale boringer

giver en indikation af undergrundens egnethed.

• Sand, grus og kalk er vandførende lag

• Prøveboringen fastslår kapaciteten.

• Prøveboringen skal give 2 – 5 liter/sek.

• Det endelige vandflow og antallet af boringer afhænger af

energibehovet.

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Myndighedsbehandling10

• Bekendtgørelse 1206 af 24. november 2006 regulerer

varmeindvinding og grundvandskøling

− Vandforsyningsloven paragraf 20 og 21

− Miljøbeskyttelsesloven paragraf 19

• Computer simulering af grundvandspåvirkning

• Krav om termisk neutralitet

• Det kan være mere omstændeligt at få tilladelser til større projekter

• VVM redegørelser

• Risikovurdering i forhold til omgivende drikkevandsboringer og

afværgeboringer (forurening)

• … Men det kan bestemt lade sig gøre…

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Driftserfaringer – Københavns Lufthavn11

• 4 dipoler med samlet effekt på 4 MW.

• ”Kølemotorvej” - En stor vandkreds med følgende:

− Grundvandsanlæg

− Lokale forbrugere (komfortkøling og lokale serverrum)

− Eksisterende tørkølere til vinterdrift og sænkning af grundvandstemperaturen.

− Eksisterende køleanlæg til backup

− 720 kW varmepumpe til opvarmning af GO lavpristerminalen

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Driftserfaringer – Københavns Lufthavn12

• Temperaturen i vandkølekredsen er 12-18 °C om sommeren

• Om vinteren er temperaturen 10-16 °C for at grundvandet kan

opnå tilstrækkelig lav temperatur. (Endnu koldere ved underkøling)

• Driftstilstande:

− Over 15 °C: Grundvandskøling

− 6 – 15 °C: Grundvandskøling koblet fra

− Op til 6 °C: Tørkølere i drift og nedkøling af grundvand

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Driftserfaringer – Københavns Lufthavn13

• Indregulering af vandkølekredsen var en større opgave

• Lokale køleflader dimensioneret til 6-12 °C

→ 40% mindre ydelse ved 12-18 °C

• Lune vintre udfordrer varmebalancen

• Myndighedsbehandlingen kan være en tung opgave

• Påregn min. 1 år fra beslutning til projektet er gennemført

• Estimeret opnået elbesparelse på ca. 870.000 kWh/år svarende

til omkring 85%

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Økonomi14

• Samlet investering i anlæg med en dipol, tørkøler og køleanlæg/

varmepumpe ca. 10-12 mio., heraf ca. 4 mio. ”under jorden”.

• Tilbagebetalingstiden afhænger af køle- og varmebehovet.

Summeret kølebehov

fordelt på ude-

temperaturer ved

komfortkøling med

spidslast på 1500 kW

kølebehov

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Økonomi15

• Samlet investering i anlæg med en dipol, tørkøler og køleanlæg/

varmepumpe ca. 10-12 mio., heraf ca. 4 mio. ”under jorden”.

• Tilbagebetalingstiden afhænger af køle- og varmebehovet.

Summeret kølebehov

fordelt på ude-

temperaturer ved

komfortkøling med

spidslast på 1500 kW

kølebehov og

grundlast kølebehov

på 200 kW

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Økonomi – scenarie 116

• Scenarie 1:

Kontor med serverrum

Spidslast, køl = 1500 kW

Grundlast, køl = 200 kw

Elpris = 1,6 kr./kWh

Varmepris = 0,6 kr./kWh

Årligt kølebehov = 2 mio. kWh

Årligt varmebehov = 3 mio. kWh

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

Standard køl Køl medfrikøling

Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP

kW

h/å

r

Energiforbrug [kWh]

Elforbrug Varmeforbrug

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

-500.000

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

Standard køl Køl medfrikøling

Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP

kr.

/år

Besparelse [kr.]

Elforbrug Varmeforbrug

Økonomi – scenarie 117

• Scenarie 1:

Kontor med serverrum

- 92 tons CO2

- 223 tons CO2

- 498 tons CO2Simpel tilbagebetalingstid

G.K.G.K.

+ VP

Ny

investering12,0 7,3

Mer-

investering9,6 4,7

Spidslast, køl = 1500 kW

Grundlast, køl = 200 kw

Elpris = 1,6 kr./kWh

Varmepris = 0,6 kr./kWh

Årligt kølebehov = 2 mio. kWh

Årligt varmebehov = 3 mio. kWh

Medregnet tilskud til energibesparelser

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Økonomi – scenarie 218

• Scenarie 2:

Proces med lille årsvariation

Spidslast, køl = 800 kW

Grundlast, køl = 500 kw

Elpris = 1,0 kr./kWh

Varmepris = 0,6 kr./kWh

Årligt kølebehov = 4,5 mio. kWh

Årligt varmebehov = 3 mio. kWh

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

Standard køl Køl medfrikøling

Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP

kW

h/å

r

Energiforbrug [kWh]

Elforbrug Varmeforbrug

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

2.000.000

Standard køl Køl medfrikøling

Grundvandskøl Gr.vandskøl ogVP

kr.

/år

Besparelse [kr.]

Elforbrug Varmeforbrug

Økonomi – scenarie 219

• Scenarie 2:

Proces med lille årsvariation

- 247 tons CO2

- 512 tons CO2

- 802 tons CO2

Simpel tilbagebetalingstid

G.K.G.K.

+ VP

Ny

investering8,3 4,4

Mer-

investering7,6 3,0

Spidslast, køl = 800 kW

Grundlast, køl = 500 kw

Elpris = 1,0 kr./kWh

Varmepris = 0,6 kr./kWh

Årligt kølebehov = 4,5 mio. kWh

Årligt varmebehov = 3 mio. kWh

Medregnet tilskud til energibesparelser

Copyrig

ht

© 2

014 G

rontm

ijA

/S | C

VR

48233511

Tak for opmærksomheden20

Pia Rasmussen

Grontmij

pir@grontmij.dk

Tlf: 9137 7055