Geoenergi : utvärdering baserad på ekonomiska och drifttekniska resultat av ett passivt geoenergisystem med värmeuttag ur berg i bostadsrättsföreningen Mandolinen i Lund

Abstract

Geothermal energy is a renewable energy source that has achieved more attention from the market in recent years. Geothermal energy comes from two natural sources in the ground; stored energy from the sun and geothermal heat from the centre of the Earth. From a system perspective, the potential for geothermal energy is large, as the Swedish climate with hot summers and cold winters, as well as suitable geology, are favorable for storage of energy from soil, rock and groundwater. It is important that the dimension of a geothermal energy application is right so that there is balance between active outlet and the ambient passive recharge. If the outlet is greater than the ambient recharge, it is possible to actively recharge via the same geothermal energy application. This has led to a division into two categories of systems - passive and active.

A common type of shallow geothermal energy application is used for large residential buildings owned by housing associations. The recharging of ground temperature for those applications is done through heat transfer from the surroundings and balance is achieved by proper design. Few long term evaluations of such systems exist. Long term measurements and evaluations are important for the future market, to show financial results, verify proper operation, and documenting possible occurring problems. In Lund, there is a housing association named Mandolinen, with a ground source heat pump system (GSHP) installed. It consists of 14 boreholes in hard rock. The GSHP supplies the 106 apartments with heat for space heating, and preheats water for domestic hot water production. The old heating system before the GSHP system consisted of a gas boiler. The boiler is used today for peak shaving.

The GSHP system has now been in operation for about 8 years, and is suitable as case study for long term evaluation. The purpose of this project is to describe how the GSHP system is designed and evaluate data for the facility to show the economic and operational results over the years. A re-simulation has been carried out that is more consistent with the final system design, as the simulation done in 2003 included too many boreholes. The two simulations were compared with measured data from the GSHP system to get an estimate of how well the simulations are consistent with the actual system.

The gas and electricity costs for the building have changed significantly after the GSHP system was taken into operation. Electricity costs have increased, but gas costs have almost halved since the GSHP system was taken into operation in 2005. Gas consumption has been higher than assumed for the Malmberg Water AB design and the problem is the gas boiler, which has resulted in unfavorable operating conditions for the heat pump system. This has resulted in a slightly longer payoff time than anticipated in 2004. However, the housing association will still turn a profit on their investment. Although the facility has a repayment term longer than originally estimated, the housing association will still earn money on their investment over several years, because the compressor in the heat pump has a lifespan of about 20 years, but the well system has a lifespan of about 40 years.

Abstract (Swedish)

Geoenergi är en av de energikällor som fått allt mer uppmärksamhet på marknaden de senaste åren. Geoenergi kommer från två naturliga källor i marken; I huvudsak lagrad energi från solen och en liten del geotermisk värme från jordens inre. Sett ur ett anläggningsperspektiv är potentialen för geoenergi stor, eftersom det svenska klimatet med varma somrar och kalla vintrar, samt fördelaktig geologi, tillsammans skapar bra förutsättningar för uttag och lagring av energi ur jord, berg och grundvatten. Geoenergin betraktas som förnyelsebar enligt RES-direktivet (2009/28/EC). Det är viktigt att dimensionera ett geoenergisystem så att det råder balans mellan aktivt uttag och omgivningens passiva återladdning. Om uttaget är större än den passiva återladdningen från omgivningen, kan man aktivt återladda via samma geoenergisystem. Detta gör att man skiljer mellan två olika typer av system - passiva och aktiva.

En vanlig typ av större geoenergianläggningar är passiva geoenergisystem för bostadsrättsföreningar, där återladdningen av marktemperaturen sker endast genom omgivningens påverkan och jämvikt uppnås genom korrekt dimensionering. Systemen har jämförelsevis få erfarenhetsutvärderingar jämfört med större och komplicerade anläggningar. Erfarenhetsutvärderingar är viktiga för framtida marknader för att kunna visa ekonomiska resultat, samt kontrollera att anläggningen har fungerat som den ska eller om problem uppstått. I Lund finns bostadsrättsföreningen Mandolinen som äger ett passivt geoenergisystem med värmepump. Systemet använder 14 brunnar för uppvärmning av bostadsrättsföreningens 106 lägenheter och förser dem dessutom med varmvatten. Bostadsrättsföreningens gamla värmesystem innan dagens värmepumpsanläggning bestod av en gaspanna. Gaspannan används idag som spetslast när värmepumpen inte räcker till.

Anläggningen har nu haft en drifttid på ca 8 år och lämpar sig därför som fallstudie. Syftet med detta projekt är att beskriva hur anläggningen är utformad samt utvärdera statistik för anläggningen, för att kunna visa hur anläggningens ekonomiska och drifttekniska resultat har sett ut genom åren. En återsimulering som stämmer bättre överens med bostadsrättsföreningens slutgiltiga geoenergisystems utformning har gjorts, då den simulering som utfördes 2003 för bostadsrättsföreningen dimensionerades med fler brunnar än vad utfallet blev. Återsimuleringen och den ursprungliga simuleringen jämfördes även med värmepumpens uppmätta medelfluidtemperatur för att få en uppfattning om hur väl simuleringarna stämmer överens med det verkliga brunnssystemet.

Utifrån erhållna erfarenhetsvärden ses en tydlig förändring av gas- och elkostnader för bostadsrättsföreningen, elkostnaderna har stigit men gaskostnaderna har nästan halverats sedan värmepumpsanläggningen kom i drift 2005. Gasförbrukningen har dock varit högre genom åren än vad som antogs i Malmbergs Water AB dimensionering och problemet ligger troligtvis hos bostadsrättsföreningens gaspanna. Gaspannan har medfört minskad energibesparing och ofördelaktigt drifttillstånd för värmepumpsanläggningen, vilket har resulterat i en något längre återbetalningstid än vad som kalkylerades år 2003. Även om anläggningen har en längre återbetalningstid än ursprungligt beräknat, så kommer bostadsrättsföreningen fortfarande tjäna på sin investering flera år framåt, då kompressorn i värmepumpen har en livslängd på ca 20 år, medan brunnssystemets livslängd är minst 40 år.

• author: Sjöstedt, Tony
• supervisor: Signhild Gehlin; Johan Barth; Per Möller; Vivi Vajda
• organization: Department of Geology
• alternative title: Geothermal energy : evaluation based on financial and operating technical performance of a passive geothermal energy application with heat extraction from hard rock for a housing association Mandolinen in Lund
• course: GEOL01 20131
• year: 2013
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geothermal energy application, evaluation, Geothermal energy, bostadsrättsförening, utvärdering, geoenergi, geoenergisystem, Mandolinen, housing association
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lunds universitet
• report number: 353
• language: Swedish
• additional info: Externa handledare Signhild Gehlin och Johan Barth, Geotec, Lund
• id: 3955108
• date added to LUP: 2013-08-21 16:01:36
• date last changed: 2013-08-21 16:01:36