Bilbao, 17 de junio de 2008
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
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