Bilbao, 17 de junio de 2008

iarrizabalaga@eve.es

ENERGA GEOTRMICA DE BAJA ENTALPA

Aplicaciones en instalaciones deportivas

Advanced Sustainable Energy Advanced Sustainable Energy Technologies Technologies for Cooling and for Cooling and Heating applicationsHeating applications

NDICE

1. ENERGA GEOTRMICA

a) GENERALIDADES

b) CLASIFICACIN

2. SISTEMAS DE INTERCAMBIO GEOTRMICO

a) FUNDAMENTOS

b) APLICABILIDAD

c) TIPOLOGAS

d) VENTAJAS, INCONVENIENTES Y BARRERAS

e) GRADO DE EMPLEO.

3. CLIMATIZACIN DEL C.I.M. AZTERLAN (200 KW) MEDIANTE I. G.

Ciclo geotrmico

CLASIFICACIN DE LA ENERGA GEOTRMICA EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA

E.G. ALTA TEMPERATURA: T>150C; Produccin energa elctrica

E.G. MEDIA TEMPERATURA: 150C >T>90C; Uso directo. COP: 10-20

E.G. BAJA TEMPERATURA: 90C >T>25C; Uso directo. COP:10-20

E.G. MUY BAJA TEMPERATURA: T

GEOTERMIA USO DIRECTO

E.G. MUY BAJA TEMPERATURA (< 25C)

El INTERCAMBIO GEOTRMICO ES LA TECNOLOGA DESARROLLADA

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

OTROS TRMINOS: GEOINTERCAMBIO, GEOTERMIA SOLAR,

GEOEXCHANGE, GROUND SOURCE HEAT PUMP (GSHP), GROUND

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

CALEFACCIN REQUIERE BOMBA DE CALOR

Energa geotrmica baja entalpa

ORIGEN ENERGA

FLUJO GEOTRMICO PROFUNDO: 60-100 mW/m2 (GRADIENTE GEOTRMICO)

RADIACIN SOLAR ABSORBIDA (>45% EN LOS 10 M SUPERIORES)

FLUJO AGUA SUBTERRNEA

ENERGA TRMICA ALMACENADA EN EL TERRENO (0,75 kWh/m3/C)

CARGAS DISIPADAS REFRIGERACIN

Balance energtico geotermia B.E.

TRABAJO

COMPRESOR

0,34 UD (= 85%)PRDIDAS MOTOR

COMPRESOR

0,06 UD

PRDIDAS PRODUCCIN

Y DISTRIBUCIN

0,6 UD

ENERGA PRIMARIA

1 UD

ENERGA ELCTRICA

0,4 UD

ENERGA FUENTE FRA:

TERRENO, AGUA SUBTERRNEA,..

1,2 UD

ENERGA TRMICA1,54 UD

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

NDICE DE ENERGA PRIMARIA (PER): 1,50-2,10

ESQUEMA CICLO BC

ACCIONAMIENTO(MOTOR)

COMPRESOR

W

CONDENSADORVLVULA EXPANSIN

Q2

Q1Adaptado de Monasterio et al (1993)

EVAPORADOR

CONCEPTOS BSICOS

BOMBEO CALOR DESDE FOCO FRO A FOCO CALIENTE

RENDIMIENTO INVERSAMENTE PROPORCIONAL A DIF. T

Coefficent Of Performance (COP) = Pth/Pab

CLASIFICACIN EN FUNCIN NATURALEZA FOCOS: AGUA/AGUA, AIRE/AGUA, AIRE/AIRE,...

PERFIL TEMPERATURAS

0 m1 m

2 m

5 m10 m

Enero Julio

Soil Physics Dpt. Oklahoma State Univertity

CURVAS BOMBA CALOR CALEFACCIN

-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

Tem

pera

tura

(C

)

125.00

150.00

175.00

200.00

225.00

250.00

275.00

PO

TE

NC

IA R

EF

RIG

ER

AC

IN

(K

W)

POTENCIA

CALEFACCI

N (kW)

90

80

70

60

50

40

POTENCIA

ABSORBID

A (kW)

TEMPERATURAAMBIENTE

BC AIRE/AGUA

BC AGUA/AGUA

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

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

COMPARACIN COSTES ENERGA

Adaptado de Monasterio et al (1993)

Comparacin costes energa. Calefaccin 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

Coste (/Kwh)

Bomba de calor: 0,138 /kWhElectricidad, radiador: 0,138 /kWhGasoleo C, carga 20 Tm: 0,105 /kWhPropano, canalizado: 0,082 /kWhGas natural, Caldera alto rendimiento 22800kWh/ao: 0,059 /kWh

IG modo calefaccin

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

APROVECHAMIENTO ENERGA GEOTRMICA (ENERGA RENOVABLE)

Geothermal Heat Pump Consortium

IG Modo refrigeracin

Se transmite la carga

trmica del edificio al

terreno que permanece a

temperatura constante:

10C - 20C, todo el ao

MEJORA RENDIMIENTO. EFICIENCIA ENERGTICA

Geothermal Heat Pump Consortium

GSHP Tipos

Circuito abierto Aguas subterrneas Aguas superficiales: lago, mar, ro

Circuito semiabierto

SCW

ATES

Circuito cerrado

IG aguas superficiales IG horizontal IG expansin directa IG sondeo vertical IG sondeo horizontal Pilotes energticos Pantallas energticas BTES

SS. hbridos

Ss. pretratamiento aire.

GSHP APLICACIN IDEAL

CONDICIONES INSTALACIN IDEAL:

Elevado nmero de horas de utilizacin

Calefaccin y refrigeracin

Disponibilidad terreno (en caso de renovacin)

Escuelas,

Centros administrativos

Centros comerciales

Edificios oficinas

Vivienda unifamiliar.

GSHP APLICACIONES

CLIMATIZACIN ESPACIOS: CALEFACCIN, REFRIGERACIN Y ACS

PISCINAS

PISTAS DE HIELO, CURLING

SECADO Y CONTROL HUMEDAD

GSHP APLICACIONES

Coste mnimo de ciclo de vida

Bajo coste mantenimiento

Bajo coste operacin

Ahorro energtico

hasta 70% en calefaccin

hasta 50% en refrigeracin

Sistema ecolgico

Energa renovable

Balance energtico integral positivo: 120%

Circuito cerrado o uso no consuntivo del agua

Reduce emisiones CO2

El intercambio geotrmico es la tecnologa de climatizacin de edificios energticamente mas eficiente y menos contaminante. EPA (1993)

VENTAJAS I

Flexibilidad; en todo tipo de climas

Universalidad: un sistema para cada terreno y C. Hidrogeolgicas

Calefaccin y refrigeracin simultnea

Sin combustin. Sin depsitos.

Reduccin puntas de consumo elctrico

Montaje en interior edificio, sin tomas de aire ni retornos

bajo nivel ruido: fin denuncia estrella del verano

servidumbres mnimas: no torres de refrigeracin, aeroventiladores,

necesidades de espacio reducidas

vida equipo superior

VENTAJAS II

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

Vida sondeos: mnimo 50 aos

Robustez y fiabilidad mecnica

Efectos beneficiosos sobre empleo local: MO intensiva+no deslocalizacin

Compatible y adicional a otras EE RR.

VENTAJAS III

Elevado coste inicial: recuperacin 5-15 aos

Limitacin temperatura uso: 55C - 65 C

Posibilidad de impactos: cargas elevadas localizadas en ciclo

abierto, afecciones perforacin, mezclas acuferos,..

Afecciones fase de obras

Ocupacin y afeccin terreno

Enturbiamiento, espumas y lodos

Escorrentas

Ruidos.

INCONVENIENTES

Disponibilidad equipos de perforacin: retrasos, precios,..

Dficit de empresas y personal cualificado: diseo,

perforacin, suministros, instaladores PE..

Administrativas: LCA, coordinacin otros trabajos,

Dinmica Obra grande

Falta de experiencias en nuestro entorno.

BARRERAS

Principales pases

(1) DATOS 2004, Lund et al

(2) DATOS 2006, Vuataz, F.

Fuente: EuroObserver (2008) Geothermal Energy Barometer 2006

43536.000CANADA(1)6.300600.000USA (1)60040.000SUIZA (2)2531.600HOLANDA66440.151AUSTRIA72233.612FINLANDIA

82143.252DINAMARCA92285.856FRANCIA99690.517ALEMANIA2.430270.111SUECIA

POTENCIA INSTALADA (MW)N INSTALACIONES (2006)PAS

573 MW273 MW x 10-6 habCAE/Suecia

34,9 MW16,6 MW x 10-6 habCAE/Francia

CASO PRCTICO: PROYECTO AZTERLAN

Proyecto piloto para la climatizacin mediante un sistema de IG del

Centro de Investigacin Metalrgica Azterlan. Durango, Bizkaia

2005-2006

Superficie construida sobre rasante: 3.750 m2, tres plantas

Techo radiante y climatizadora agua/aire

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

Sustitucin 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 perforacin

Profundidad instalacin: 40 m - 200m

Longitudes de circuito >80 m.l.

S intercambiador S construida

Variacin anual T mnima

T intercambio ptima

Excelente aplicabilidad.

Fuente: Geothermal Heat Pump Consortium

Esquema principio

Sondeo piloto

PERFORACIN SONDEO PILOTO. FEBRERO DE 2005

Carctersticas trmicasmateriales

Conductividad trmica

Calor

especfico Densidad

Difusividad

trmica

ROCAS

SEDIMENTARIAS

k Total

(W/m-K)

k 80%

(W/m-K) cp (W-h/kg)) ( kg/ m3)

(k/cp)

(m2/d)

Argilita 1,9-2,94

Doloma 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- CARACT