Göran Hellström från Luleå tekniska högskola går igenom flera exempel på byggen där man har använt sig av geoenergi och berättar om säsongslagring av energi.

1. Geoenergi kontra fjärrvärme
Konkurrenter i onödan?
Göran Hellström
Luleå Tekniska Universitet
NeoEnergy Sweden AB

2. Möjligheter
England 1300-talet: jordägare och kyrka Vinden är tillgänglig för alla
har exklusiv rätt till vattendrag och
kontrollerar vattenkvarnar.

3. Fjärrvärme och geoenergi
Konsumentperspektiv
•Fjärrvärmebolagen prissätter mot olja och bergvärme
• Inte bara ägarna av geoenergi skall vara glada
• Även de som väljer fjärrvärme bör vara glada att geoenergi finns
Fjärrvärmebolagen kan också använda
geoenergilösningar

4. Förnyelsebar värme och kyla
Biobränsle Vattenkraft Vindkraft Solenergi
Geoenergi
Energilagring

5. Markvärmepumpar
90 % bergvärme 10 % jordvärme
25,000-30,000 markvärmepumpar
installeras varje år i Sverige
Sveriges energianvändning för husuppvärmning och varmvatten är ca 85 TWh
Ungefär ca 15 TWh (18 %) av denna energi från värmepumpar pu
Ungefär 30 % av alla enfamiljshus har värmepump (mark eller luft)

6. Sweden: Annual sales of GSHP
45000
40000
35000
30000
25000
m
p
h
u
o
-s
s
a
e
c
r
t
20000
15000
10000
5000
A
d
g
o
u
n
e
s
a
r
f
l
0
Total number of units sold about 400,000
Year
About 20 % of national space heating load produced by

7. Geoenergi och Geotermi
GEOENERGI
- YTJORDVÄRME
- GRUNDVATTENVÄRME
- BERGVÄRME
- ENERGILAGER
(VÄRME/KYLA)
GEOTERMI

8. Energilager i grundvatten
Akvifer

9. Bergvärme och bergkyla
Värmekapacitivitet
- Berg 0,6 kWh/m3,K
- Vatten 1,2 kWh/m3,K
Exempel
Lagring av 600 MWh
Temperaturskillnad 4 C
Bergvolym 250,000 m3
Energilagring i berg med borrhålsvärmeväxlare

10. Borrhålsvärmeväxlare
Borrhålsvärmeväxlare för cirkulation av värmebärare i borrhål

11. Geologiska förutsättningar
 Jordskikt Grundvattennivå
 Tjocklek
 Berg
Marktemperatur
 Bergart (borrbarhet)
 Värmeledningsförmåga
Antalet borrhål beror dimensionerande effekt- och energilast
samt geologiska, termiska och borrtekniska förutsättningar

12. Bergvärme
Bergvärme för enskilt småhus
Korrekt dimensionerat bergvärmesystem – borrhålet uthållig värmekällla

13. Bergvärme - Geoenergi
Bergvärme i villakvarter
Ökat energiuttag mer area – (ca 35 kWh/m 2,year) – Termisk influens mellan grannar
7 kW värmepump, 125 m, värmekapacitet per tomt ca 80 MWh/K, uttag ca 20 MWh/yea r

14. Bergvärme - fastigheter
Enskilda bostadsfastigheter
Förtätning av uttag – (ca 100 kWh/m 2, år)
- kan tillgodogöra sig värmeflöde från omgivning

15. Stora system
Många borrhål för värme och/eller kyla

16. Värmelagring - Volymjämförelse
Fotbollsplan med internationella mått

17. Värmelagring - Volymjämförelse
Fotbollsplan med internationella mått
Borra till 140 m djup

18. Värmelagring - Volymjämförelse
Fotbollsplan med internationella mått
Borra till 140 m djup  1,000,000 m3
Värmekapacitet 600 MWh/K

19. Samverkan mark och klimatsystem
 Byggnadens klimatsystem
 Energilast (klimat)
 Energi
 Effekt
 Temperatur (styrkurva) Dynamisk
 Värmepump
 Värmefaktor
samverkan!
 Marklagret
 Köldbärarens temperaturvariation
 Termiska egenskaper

20. Kommersiell Geoenergi
Värme och kyla
Balanserad eller obalanserad energilast för mark
Hybridsystem
Energilagring

21. Geoenergi
HEATING
HÖST-VINTER
COOLING
Värmepumpen (HP) tar värme från borrhålen
1 kW tillförd elektricitet – 3-5 kW värme
Frikyla tillgängligt vid behov
HP

22. Geoenergi
HEATING
TIDIG SOMMAR
COOLING
Frikyla
1 kW elektricitet => 30-50 kW kyla
HP

23. Geoenergi
(HEATING)
HÖGSOMMAR
COOLING
Värmepumpen används som kylmaskin
1 kW elektricitet – 3-5 kW kyla
Överskottsvärme från kondensorn återförs till
marken via borrhålen (eventuellt även till luft
via kylmedelskylare) HP

24. Energicentral
Fåtal stora värmepumpar Flera små värmepumpar
Värmepumpar

25. Stora geoenergianläggningar
Projekt Antal bh Borrdjup (m) Totalt (m)
Kemicentrum (IKDC), Lund 166 230 38180
Brf. Ljuskärrsberget, Stockholm Saltsjöbaden 156 230 35880
Lustgården, Stockholm 144 230 33120
Vällingby Centrum, Stockholm 133 200 26600
Brf. Igelbodaplatån, Stockholm Saltsjöbaden 120 200 24000
Kv. Bergen, Stockholm Husby 98 215 21070
Xylem Water Solutions, Emmaboda 140 150 21000
Kv. Galgvreten, Enköping 86 220 18920
Copperhill Mountain Lodge, Åre 92 200 18400
Centrala Gribbylund, Täby 87 210 18270
Thulehem, Lund 86 200 17200
IKEA, Uppsala 100 168 16800
NIBE, Markaryd 110 150 16500
Centralsjukhuset, Karlstad 80 200 16000
Backavallen, Katrineholm 91 172 15652
Vänerparken, Vänersborg 78 200 15600
Norrporten, Örebro 58 250 14500
Viksjöskolan, Järfälla 65 220 14300
IKEA, Karlstad 100 120 12000
Musikhögskolan, Örebro 60 200 12000
SL Bussdepå, Stockholm Gubbängen 60 200 12000
Sjukhuset, Kristinehamn 55 210 11550
Viktor Rydberg Samskola, Danderyd 48 225 10800
Rågården Rättspsykiatri, Göteborg 60 180 10800
Åbypark, Västertorp 54 200 10800
Arenastadion, Solna 53 200 10600

26. Stora geoenergianläggningar
• Bostadsrätter
• Universitetsbyggnader
• Kontor
• Köpcentrum
• Hotell/spa
• Industrier
• Sjukhus
• Skolor
• Äldreboende
• Kursgårdar
• Telestationer (kyla)

27. Bergvärme för småhus
8
7
6
5
Fluidtemperatur
4
3
2
1
0
-1
-2
0 5 10 15 20 25
År
Köldbärarfluidens variation vid normallast för småhus med ett borrhål

28. Bergvärme för fastighet
ENDAST VÄRMEUTTAG FRÅN BERG
5 10 15
Tid (år)
Köldbärartemperaturens variation vid tätt placerade borrhål med enbart värmeuttag

29. Bergvärme för fastighet
ENDAST VÄRMEUTTAG
VÄRMEUTTAG FRÅN BERG OCH ÅTERLADDNING FRÅN
UTELUFT
5 10 15
Tid (år)
Köldbärartemperaturens variation vid tätt placerade borrhål med enbart värmeuttag

30. Urban Geoenergi
Markens
energibalans?
Återladdning?
Uttag per area 250 kWh/m2,år
Värmekapacitet 800 MWh/K, uttagen energi mängd 1600 MWh/år

31. Energibalans för marklagret?
Värme Kyla
Energibalans för marken påverkar utformningen

32. Återladdning med naturenergi
Vinterkyla Sommarvärme
 Uteluft  Uteluft
 Ytvatten  Ytvatten
 Snö och is  Sol
VÄRM KYLA
E
 (Frånluft, spillvärme)

33. Uteluft
Kylmedelskylare, Astronomicentrum, Lund

34. Solvärme
Takintegrerade glasade solfångare, Anneberg, Danderyd

35. Solvärme
Takmonterade glasade solfångare

36. Solvärme
Oglasad solfångare, polyetenslang diameter 40mm
Absorberad energimängd 2006 – 1700 kWh/m2 (svart yta)

37. Älvvatten
Hotell Storforsen

38. Sjövatten
Borrhål
Vatten-
intag
Vatten-
retur
Näsbyparks Slott

39. Astronomihuset, Lund
Bergvärme och bergkyla (frikyla utan kylmaskin) + fjärrvärme
Bruttoyta 4.900 m2, lokalyta 4.000 m2

40. Energibalans
Nyckeltal Drift mars 2002- februari 2003
Värmefaktor värmepump (inkl. cirkulation) 4,3
Kylfaktor frikyla 56
Värme och kylbehov (BTA 4900 m2) 136 kWh/m 2
Köpt energi 31 kWh/m 2
Energifaktor värmepump+frikyla 5,7
Energifaktor värmepump+frikyla+fjärrvärme 4,4

41. Centralsjukhuset, Karlstad
Värme och kyla med energi från mark och älv

42. Centralsjukhuset, Karlstad
Energilast (köpt energi))
FÖRE (2000)
Fjärrvärme 26,4 GWh/år
Elektricitet 23,6 GWh/år
Totalt 50,0 GWh/år
Steg 1 . Energieffektivisering
- Fönster, värmeisolering
Steg 2 . Energiproduktion
-Installation av geoenergi/energilager med frikyla under sommaren och
förvärmening av ventilationsluft under vintern
EFTER (2011)
Fjärrvärme 2,5 GWh/år
Elektrictet AC/VP 22,2 GWh/year
Totalt 24,7 MWh/year
Besparing 24,1 GWh värme (91 %) 1,4 GWh elektricitet

43. Q-Med NPU, Uppsala
 Nybyggnad av
produktionslokaler för
medicinteknisk
tillverkning
 Byggnad bestående av 4
plan inkl källare
 Bruttoarea ca 7020 m 2
 Värme- och kylcentral
förberedd för framtida
höglager ca 2000 m 2

44. Investeringskostnad
Alternativ 1 Alternativ 2
Konventionell anläggning med Bergvärme, värmepumpar
fjärrvärme och kylmaskin och naturkyla
Anslutningsavgift 700 tkr Tillkommande 200 tkr
fjärrvärme anslutnings-avgift för
Fjärrvärmecentral 400 tkr utökad elservis samt
kraftmatningar
Kylcentral 1650 tkr
Borrentreprenad 2600 tkr
2750 tkr
Värmepumpar / 850 tkr
kylcentral
3650 tkr
Merkostnad investering 900 tkr (exkl moms)

45. Driftkostnad
Alternativ 1
Konventionell anläggning med fjärrvärme och kylmaskin
Värme vinter 925 MWh x 530 kr 490 tkr
Värme sommar 50 MWh x 400 kr 20 tkr
Kyla vinter 190 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 52 tkr
Kyla sommar 305 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 83 tkr
645 tkr
Alternativ 2
Bergvärme, värmepumpar och naturkyla
Värme vinter 925 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 253 tkr
Värme sommar 50 MWh x 820 kr / 3,0 (COP) 14 tkr
Kyla vinter 11 MWh x 820 kr (energi cirk.pump) 9 tkr
Kyla sommar 11 MWh x 820 kr (energi cirk.pump) 9 tkr
285 tkr
Besparing 360 tkr / år (exkl moms)

46. Lönsamhetskalkyl
Merkostnad investering: 900 tkr
Minskad driftkostnad: 360 tkr/år
Rak pay-back tid:
2,5 år

47. IKEA – Svenska anläggningar
• IKEA Centrallager, Torsvik, 1999 (BTES + ytjordvärme)
• IKEA Meeting Point, Helsingborg, 2003 (BTES)
• IKEA Varuhus, Karlstad, 2007 (BTES)
• IKEA Varuhus, Uppsala, 2008 (BTES)
• IKEA Varuhus, Malmö, 2009 (ATES)
• IKEA Varuhus, Helsingborg, 2010 (BTES)
•IKEA Varuhus, Uddevalla, 2012 (BTES)
• IKEA Varuhus, 2012 (BTES)

48. IKEA – Varuhus 36,000 m2, Uppsala
Värmelast
• Dimensionerande effekt, 1 300 kW
• Energi, 2 200 MWh/år
Kyllast
• Dimensionerande effekt, 1 300 kW
• Energi, 1 500 MWh/år
Förväntningar
• SPF värme, 4.3 (inkl. elpanna)
• SPF kyla, 6.5 (Americ. design)
• Payback time, 5.5 år
BTES system installerat 2008
 100 borrhål,168m djupa, avstånd 5 m
 20 m foderrör genom ytlig jord
 grundvattenfyllda borrhål
 dubbla U-rör
 byggtid 10 veckor (3 borriggar)
 Kylvärmepump 2 x 660 kW

49. TeliaSonera - processkyla
200 anläggningar varav 40 med bergkyla

50. Kombination av olika fastigheter
BOSTAD KONTOR
Gemensamt energilager i mark

51. Kemicentrum, Lund
Arkitekthuset
Kemicentrum
IKDC
Energilager
166 borrhål
Energibalans genom att kombinera fastigheter med olika last

52. Värmelast
Kemicentrum
IKDC

53. Kyllast
Arkitekthuset
Kemicentrum
IKDC

54. Avantor-Nydalen, Oslo
Universitet
Hotell
Kontor
Markenergilager
Bostadshus
(borrhål)
Lokalyta : 180.000 m2
Energilager : 90 borrhål, djup 200 m
+ 70 borrhål, djup 260 m
Bergvärme och bergkyla (värmepumpen används som kylmaskin)

55. Katrineholm Sport Centre
Community clusters
ICE RINK OFFICE
Cooled sep-may Heated sep-may
SWIMMING POOL GYMNASIUM
Heated all year Heated sep-may
Outdoor ICE RINK Outdoor SOCCER
Cooled when air Heated when air
Common ground source
above 0 C below 0 C

56. Vällingby City
Evaluation of CO 2 emissions for two alternative
energy systems
Geoenergy system (133 boreholes, 200 m
depth):
Heating load
- Heat pump 8100 MWh
- District heating 4100 MWh
Total 12200 MWh
-----------------------------------------------------------
Cooling load
- Cooling from heat pump 5400 MWh
- Free cooling from BTES 1700 MWh
Total 7100 MWh

57. Vällingby City
Supplied energy
Alt 1. Geoenergy solution
- Electricity 3500 MWh
- District heating 4100 MWh
Alt 2. District heating with cooling machine
- Electricity 1800 MWh
- District heating 12200 MWh

58. Vällingby City
CO 2 emissions
(kg/MWh)
District heating (Stockholm 2009) 87
Electric production (Nordic mix) 90
Electric production (Green electricity) 5
Electric production (EU mix) 385
Total CO 2 emissions
Electricity Nordic Green EU
Geoenergy with peak district heat 673000 376100 1703200
District heating w. cool machine 1219900 1069100 1743000

59. Underground Thermal Energy Storage
ATES – Aquifer Thermal Energy Storage
BTES – Borehole Thermal Energy Storage
CTES – Cavern Thermal Energy Storage

60. Exempel på akviferlager
Faktaruta
Bo 01  Omsätter 3 900 MWh värme/år 3 400 MWh kyla/år
 12 brunnar med flödet ca 120 m3/h
 Investering ca 3,7 MSEK
 Återbetalt på < 1,5 år

62. ATES/Akvifärlager - Arlanda Airport
Världens största akvifärlager, 5+6 brunnar, ingen värmepump
Energibesparing: 3-4 GWh elektricitet 10-15 GWh värme
Payback 1,5 år

63. ATES - Arlanda Airport
Kyla på sommaren

64. ATES - Arlanda Airport
Värme på vintern

65. BTES
Lagring berg - borrhålsvärmeväxlare

66. BTES - Project Lulevärme, Luleå
Seasonal storage of waste heat
• Summer: Storage of waste heat from steel plant
• Stored heat: ca 2000 MWh (maximum temp 82 °C)
• Winter: University building heated with/without heat pump
• Extracted heat: 1000-1200 MWh
• In operation 1983-1989

67. BTES - Luleå
Borehole heat store: 120 boreholes depth 65 m

68. BTES - Luleå
Measured temperature in center of store

69. BTES - Luleå
Estimated ground temperature after charging
Simulation results in good agreement with measurements

70. Kallax Airport

71. Luleå Fjärrvärme
Energy source: 900 GWh waste heat from blast-furnace at steel mill
Large surplus during summer

72. Systemlösning
Summer Winter
District heating
Runway
BTES

73. BTES - Project Emmaboda
Seasonal storage of waste heat
• Summer: Storage of waste heat from foundry
• Stored heat: ca 3600 MWh
• Winter: Factory building heated
• Extracted heat: 2000 MWh
• In operation 2010-

74. BTES - Emmaboda
Borehole heat store: 141 boreholes depth 148,5 m

75. BTES Emmaboda
Operation strategy
Heat carrier fluid temperature

76. BTES Emmaboda
Drilling

77. BTES Emmaboda
Installation of borehole heat exchangers

78. BTES Emmaboda
All pipes connected

79. BTES Emmaboda
Ground (top) insulation

80. CTES
Lyckebo
• Volume of cavern: 104,300 m3
• Storage capacity: 5,5 GWh
• Store temperature 60-90 ºC
• Used for seasonal storage
• Cost: 17,5 MSEK (1982)

81. CTES
Lyckebo
System design

82. CTES
Lyckebo
Solar
collector
field

83. CTES
Lyckebo
Rock
cavern
schematic

84. CTES
Lyckebo
Rock cavern
during
construction

85. Marklagrens potential
Akviferlager
 Begränsad geografisk potential (ca 15% av landets yta)
 Storskaligt, gärna > 1 MW
 Passar FV/FK, men också större offentliga lokaler
 Hög effektivitet och lönsamhet
 Komplex tillståndsprocess
 Driftproblem kan förekomma
Borrhålslager
 Kan göras i stort sett överallt
 Bäst i mellanstor skala
 Passar enskilda offentliga och kommersiella lokaler
 God effektivitet och lönsamhet
 Enkel tillståndsprocess
 Robust, långlivat och driftsäkert

86. Skillnad mellan högsta och lägsta månadsmedeltemperatur
Säsongsvariationer gör säsongslagring av energi intressant

87. Frikyla och frivärme
Vinter Sommar

88. Vill ni veta mer?
Nyheter
Fakta
Fallstudier
Tidningen Geoenergi ges ut av Geotec

89. Tack!