Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica

Transcripción

1 Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica Aplicaciones y casos prácticos Diego Toimil Octubre 2013

2 Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica (ASET) Por qué? q Ahorro en el consumo energético q Reducción de la emisión de CO 2 (reducción del carbon footprint) q Reciclaje de calor/frío residual q Peak shaving & peak shifting del consumo energético

3 Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica (ASET) Almacenamiento estacional de calor y frío. (Combinado con bomba de calor) Almacenamiento de calor (Calor solar no constante durante el año) Almacenamiento de calor (Calor residual, geotérmico o cogeneración, constante durante el año) 3

4 Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica (ASET) UTES Underground Thermal Energy Storage Almacenamiento estacional El subsuelo como acumulador

5 Reutilización de frío y calor Bomba de calor con ASET Suministro de calor & almacenamiento de frío en el subsuelo Suministro de frío desde el subsuelo & almacenamiento de calor en el subsuelo

6 Bomba de calor geotérmica 25% Energía eléctrica Modo calefacción Suministro de 100% calor e c Extracción de 75% calor del terreno = Carga de frío COP = 4

7 Bomba de calor geotérmica Suministro de 100% frío Modo refrigeración 20% Energía eléctrica e c COP = 5 Carga de 120% calor en el terreno

8 Desfase entre disponibilidad y demanda de energía térmica

9 Mejora del aprovechamiento del calor disponible S + S A S+ S+ S Suministro de base A S Calor residual / cogeneración / geotermia de alta entalpia Almacenamiento de calor sobrante A S + Almacenamiento del calor solar sobrante en el subsuelo Suministro del almacén

10 Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica (ASET) ASET A Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica en Acuíferos Escala: 0,5 > 100 MWt ATES Aquifer Thermal Energy Storage ASET B Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica en Sondeos Escala: 0,1 > 25 MWt BTES Borehole Thermal Energy Storage

11 Temperatura de almacenamiento Frío (< 12 C) Frío y calor a baja temperatura (15-25 ºC) Calor a temperatura media (25 40 ºC) calor a alta temperatura (40 90 ºC) Depende de: fuente energía térmica y su posterior uso Posibles fuentes: Frío invernal / calor estival Energías renovables (solar térmica, geotermia alta entalpía) Calor residual (Cogeneración, central eléctrica, proceso industrial)

12 Rendimiento de almacenamiento La eficiencia de almacenamiento (ratio de utilización) depende de: q la temperatura de almacenamiento y la temperatura de suministro q el subsuelo (hidrogeología local) q la escala del proyecto Almacenamiento de frío y calor de baja temperatura Almacenamiento de calor a alta temperatura Eficiencia de almacenamiento alcanzable Capacidad de almacenamiento mínima 70 90% 200 a 300 MWh t 50 70% 800 a 1000 MWh t

13 Rendimiento de almacenamiento Temperatura mínima de utilización durante descarga del almacén à Temperatura de corte (Tcorte) Evaluación de la temperatura del pozo almacén Temperatura (ºC) Descarga de calor cuando T corte = 50 ºC Descarga de calor cuando T corte = 40 ºC T corte = 50 ºC T corte = 40 ºC Temperatura pozo frío es de 30 ºC Tiempo (días) 13

14 ASET-A, sistema abierto

15 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de frío IBM Office, Zoetermeer (NL) Frío: kw Año: 1993

16 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de frío

17 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de frío Peak shaving & peak shifting del consumo energético

18 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de frío y calor de baja temperatura National Maritime Museum, Londres (UK) Año de realización: 2010 Sistema ASET-A con bomba de calor Potencia de refrigeración 350 kw Información del sistema subterráneo Numero de pozos 1 doblete (2 pozos)

19 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de frío y calor de baja temperatura Suministrando calor & cargando el pozo frío

20 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de frío y calor de baja temperatura Descargando el pozo frío para suministrar frío

21 Sistema bivalente / sistema híbrido Curva de demanda Carga (kw) versus horas (h) Demanda anual (MWh) = superficie por debajo de la curva Carga (kw) Carga pico; caldera Carga pico; enfriadora % de la demanda anual (MWh) Carga base; Sistema geotérmico Horas (h)

22 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de calor a temperatura media Almacenamiento de energía solar Temp. Almacenam.: 40 45º C Capacidad calorífica: kw 2 MW-project, Haarlem (NL)

23 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de calor a temperatura alta excedente de calor déficit de calor Carga del almacén Descarga del almacén Universidad Utrecht (NL) Almacenamiento de calor residual de cogeneración Temp. almacenamiento: 90º C Capacidad calorífica: 6 MW

24 Calor residual; demanda y suministro Carga (MWth) Suministro de base Excedente de calor Suministro de pico (calderas auxiliares) horas

25 ASET-A, sistema abierto Almacenamiento de calor a temperatura alta Verano: carga del almacén Balance del desequilibrio entre el calor residual disponible y la demanda de calor Incremento de la seguridad para la industria sobre la cesión de calor residual (también en verano) Capacidad de respaldo (back-up) en el caso de interrupción de suministro de calor residual Reducción del coste por optimalización del dimensionamiento de la tubería del transporte principal Ahorro por reducción en carga pico y energía de equipos auxiliares Invierno: descarga del almacén

26 Calor residual; demanda, oferta y almacenamiento Carga (MWth) Suministro de base Almacenamiento de calor Suministro del almacén Suministro de pico (calderas auxiliares) horas

27 Calor residual; demanda, oferta y almacenamiento Carga (MWth) Suministro de pico (calderas auxiliares) Suministro del almacén Suministro de calor residual Almacenamiento de calor horas

28 ASET-B, sistema cerrado Intercambiador de Calor Terrestre (ICT) Borehole Heat Exchanger (BHE)

29 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de calor a temperatura alta Drake Landing Solar Community, Okotoks, Alberta (Canada)

30 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de calor a temperatura alta Energy centre & BTES Drake Landing Solar Community, Okotoks, Alberta (Canada)

31 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de calor a alta temperatura Energy centre & BTES Energy centre with short term energy storage tanks Drake Landing Solar Community, Okotoks, Alberta (Canada)

32 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de calor a alta temperatura Número de sondeos: 144 Profundidad: 35 m Drake Landing Solar Community, Okotoks, Alberta (Canada)

33 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de calor a alta temperatura Realization of the borehole seasonal (long term ) energy storage Drake Landing Solar Community, Okotoks, Alberta (Canada)

34 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de calor a alta temperatura Thermal Energy Storage in Saturated SAnd layers Almacenamiento del calor residual de una central eléctrica Temperatura de almacenamiento: 70 ºC Temperatura de suministro : 55 ºC TESSAS, Mol - Bélgica (2002)

35 Corte térmico, influencia flujo de aguas subterráneas Corte vertical del campo de almacenamiento, con las temperaturas medidas después de la primera carga (sept. 2002) Corte vertical del campo de almacenamiento, con las temperaturas medidas después de la primera descarga (mayo 2003) TESSAS, Mol - Bélgica (2002)

36 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

37 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Sistema ASET-B con Bomba de Calor (BC) Potencia de calefacción: kw Potencia de refrigeración: kw Número de sondeos: 144 Profundidad: 145 m Longitud total: m Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

38 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Suministrando calor & cargando frío Refrigeración directa Refrigeración activa Refrigeración activa & calefacción simultáneamente Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

39 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

40 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Plant room Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

41 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Heat Pump Skid (HPS), unidad prefabricada para aplicaciones geotérmicas de media y gran escala Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

42 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Bombas de circulación variable que circulan el agua sobre el ICT (Intercambiador de Calor Terrestre) Vista de los 2 HPS con los intercambiadores de calor que separan el circuito del ICT con los circuitos de frío y calor del sistema de clima Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

43 ASET-B, sistema cerrado Almacenamiento de frío y calor a baja temperatura Bomba de calor Deposito estratificado Hospital de Mollet, Mollet del Vallès (Barcelona)

44 Por qué el almacenamiento subterráneo de energía térmica es una tecnología prometedora? 1) Casi el 50% de la energía consumida en Europa es usada para la generación de calor. 2) Resuelve el desajuste entre suministro y demanda de calor. 3) Incrementa la eficiencia energética global de centrales eléctricas, plantas industrial y soluciones de energía renovable. Reducción del consumo energético Ahorros en costes energéticos Reducción de las emisiones de CO 2 4) Seguridad en el suministro de energía (reducción de la dependencia de los países productores de combustibles fósiles). 5) Los combustibles fósiles son limitados y estamos agotandolos. 6) Baja oposición social.

45 Gracias por su atención Diego Toimil C/ Doctor Esquerdo 10, 4º centro MADRID Tel: (+34) At IFTec GeoEnergía we are happy to advise on a potential project or reply to any query you may have, please feel free to contact us.