Presentación de Íñigo Arrizabalaga sobre las tecnologías de aprovechamiento de los sistemas de intercambio geotérmico.
Ponencia presentada en la Jornada sobre geotermia en la provincia de Alicante del día 24/02/2016 organizada por la Diputación de Alicante.
2. Índice
2
1. Introducción
2. Algunos casos prácticos instalaciones IG
a. Circuito cerrado vertical
i. C.I.M. Azterlan (Durango)
ii. Polideportivo Pando (Portugalete)
b. Cimentación activa
i. Centro de deporte adaptado Hegalak (San Sebastián)
c. Circuito abierto
i. Alfafar (Valencia)
d. Nuevas aplicaciones
i. PCB Proyecto SusPire H2020
3. LA ENERGÍAGEOTÉRMICAES LA
ENERGÍAALMACENADAEN FORMA
DE CALOR POR DEBAJO DE LA
SUPERFICIE DEL TERRENO
Los usos posibles dependen de la temperatura
del recurso
Alta temperatura >150ºC
Media temperatura 90<T<150ºC
Baja temperatura 25<T<90ºC
Muy baja temperatura T<25ºC
Generación
Eléctrica
Uso Directo
(District heating)
Intercambio
geotérmico
(con bomba de
calor)
Calefacción
Refrigeración
ACS
Sector residencial
Sector terciario
Sector industrial
Sondas
intercambio
geotérmico
Profundidad:
100-150 m
DIRECTIVA
2009/28/CE
ENERGÍA GEOTÉRMICA
5. Tipologias circuitos de Intercambio geotérmico
A. Circuito abierto
1. Uso consuntivo térmico
2. Uso consuntivo en cascada
3. Uso No consuntivo
Reinyección:
a. ATES
b. NO ATES
c. SCW
4. Otra casuística C.A.
a. Aguas de achique
b. Acuíferos costeros y
submarinos
c. Captación de agua marina
d. ……
B. Circuito cerrado
1. Circuito horizontal
2. Cimentaciones activas
3. Circuito vertical
4. Sondeos horizontales dirigidos
5. ………….
6. 8
INSTALACIONES DE MAS DE 70 KW (TIPO C)
UNE 100715-1:2014. DISEÑO, EJECUCIÓN Y SEGUIMIENTO DE UNAINSTALACIÓN GEOTÉRMICASOMERA
PARTE 1: SISTEMAS DE CIRCUITO CERRADO VERTICAL
INSTALACIONES
TIPO A
P < 30 kW
INSTALACIONES
TIPO B
30 kW < P < 70 kW
INSTALACIONES
TIPO C
P > 70 kW
Caracterización geológica e
hidrogeológica
Caracterización termogeológica
(TRT)
Proyecto detallado
Monitorización, seguimiento y
optimización de la instalación
7. 9
vFlujo geotérmico profundo:60-100 mW/m2 (gradiente geotérmico)
vRadiación solar absorbida (>45% en los 10 m superiores)
vFlujo agua subterránea.Flujo advectivo
vEnergía térmica almacenada en el terreno (0,65 kWh/m3/K)
vRecarga térmica. Cargas disipadas refrigeración.
Origen energía geotérmica muy baja temperatura
8. Fortalezas
• Sistema ecológico (EPA 1993)
• Coste mínimo ciclo de vida
• Reduce dependencia exterior
• Ahorro energético, reducción de energía primaria y emisiones
• Calefacción y refrigeración simultáneas
• Sin combustión
• Laminación puntas demanda eléctrica
• Montaje en interior, sin torres, ruido o isla urbana
• Generación distribuida, por definición
• Sin huella exterior
• No deslocaliza industria
• Integra acumulación energía térmica
require for some applications an update of existing standards to ensure the
end the Commission has initiated the process of reviewing the relevant Eur
A good time to replace an old heating system is when a buildi
Transformation to an efficient building makes it possible to shift to he
geothermal heating or waste heat. These appliances save costs. Heat pump
of electricity or gas into 3 or more units of heating or cooling, while sola
need fuel input for heating. In addition, there is a number of innovati
technologies that quickly approach market-readiness, such as stationary fue
Figure 3: Efficiency rating of new space heating appliances13
A wide range of renewable heating and cooling solutions is available
market would reduce their price. The Energy Labelling Directive (2010
Member State incentives for products such as heaters need to aim at the h
levels. In line with the G20 2020 statement about inefficient fossil
Commission is calling on Member States to focus incentives on non-fossi
and cooling technologies.
Cooling comes mostly from electric devices, although there are promis
energy cooling technologies. A recently adopted ecodesign regulation
9. ü Elevado coste inicial: recuperación 5-15 años
ü Limitación temperatura uso: 55 ºC - 65 ºC
ü Incremento complejidad instalación
ü Inversión invisible
ü Afecciones e interferencias y retrasos en fase de obras
ü Requiere puesta en marcha minuciosa y atención post-venta
Debilidades
11
10. PRINCIPALES PAÍSES
(1) Fuente: EuroObserver (2013) TheState of Renewable Energies in Europe 2012
(2) Datos 2008, Rybach L. & Signorelli 2010
(3) Datos 2009, Lund et al 2010
(4) Datos 2008. Thomson A, 2010
(5) Datos 2009. Zheng K. Et al. 2010
COUNTRY
NUMBER OF
INSTALLATIO
NS
TOTAL
POWER (MW)
AVERAGE
POWER
(kW)
RENEWABLE
ENERGY (ktep/y)
SWEDEEN 407.000 4.314 10,6 979
GERMANY 243.978 3.000 12,3 319
FRANCE 162.303 1.785 11,0 233
DENMARK 20.000 160 8,0 40,6
FINLAND 74.187 1.372 18,5 275
AUSTRIA 66.204 740 11,6 75
NEETHERLANDS 35.065 864 24,6 86,9
WHOLE EU27
2011 (1)
1.133.490 13.998 12,3 2.231
SWITERLAND (2)
60.000 1.022 17 -
USA (3)
1.000.000 12.000 12 -
CANADA(4) 55.000 435 7,9 -
CHINA(5)
≈ 350.000 5.200 14,9 -
12
MW
11. SISTEMA DE INTERCAMBIO GEOTÉRMICO PARA LA
CLIMATIZACIÓN DEL CENTRO DE INVESTIGACIÓN
METALÚRGICA AZTERLAN
AZTERLAN
12. GENERACIÓN DISTRIBUCIÓN
Depósito
Inercia
500 l
45ºC
62% de la energía térmica
total es renovable
BOMBA CALOR
P=250 kW
1 kWh
5%
BOMBA
CALOR
P=205 kW
1 kWh
ENERGÍA GEOTÉRMICA
0,75
kWh
Terreno
15ºC
95%
Depósito
Inercia
500 l
TECHOS
RADIANTES
Energía
eléctrica
0,25
kWh
Energía eléctrica
0,5 kWh
AIRE
PRIMARIO
13. 15
SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN MEDIANTE
INTERCAMBIO GEOTÉRMICO PARA EL EDIFICIO DE AZTERLAN
La climatización del edificio Azterlan se basa
en un sistema de intercambio geotérmico con
bomba de calor y circuito de intercambio
cerrado, vertical. La carga punta del edificio
se completa con una bomba de calor
convencional (aire-agua), la cuál únicamente
funciona durante 80 h/año.
Azterlan eraikinaren klimatizazioak truke
geotermikoko sistema baten du oinarria, bero
punpa bat eta bero-trukerako zirkuitu bertikal
itxi batez osatutakoa. Eraikinaren beharren
puntako karga bero punpa konbentzional
batez asetzen da (aire-ura), honek urtean
zehar 80 ordu inguruko funtzionamendua du
Circuito de intercambio geotérmico 2.780 m 23 sondeos
Bajo aparcamiento anexo al edificio
Serie atravesada
Lutitas negras con pasadas de areniscas del
Cretácico inferior
Superficie total climatizada 3.750 m
2
Uso Calefacción y refrigeración
Sistemas emisores Techo radiante y aire de ventilación
Producción mediante sistema bivalente
Sistema intercambio
geotérmico
Bomba de calor
aire-agua
Pc 205 kW 252 kW
Pr 182 kW 252 kW
Demandas cubiertas
95%
337.753 kWh/año
5%
17.776 kWh/año
Ahorros: Energía primaria 19 TEP/año (Reducción del 52%)
Reducción emisiones CO2 26 t CO2/año (Reducción del 52%)
Económico 11.879 !/año (Reducción del 52%)
Sistema monitorizado
Resultados
27. 29
Características
üSolar de 7.650 m2
üPlanta -1 del aparcamiento de la Plaza Cervantes
üCalentamiento vaso piscina e hidroterapia
üCarga punta calefacción: 260 kW
üCarga punta refrigeración: 120 kW
üLimitaciones urbanísticas:
•Paseo marítimo de La Concha
•Entorno urbano de especial protección
oSin equipos o instalaciones exteriores
oMinimización salidas de aire/gases
30. 32
Distribución mensual
Alternativas:
üSistema convencional calderas GN condensación +enfriadoras aire/agua
üSistema de trigeneración
üSistema intercambio geotérmico:
ü5 plantas de garaje
üCota final excavción – 18 m-s.n.m
Solución:
üMuro pantalla geoactivo
ü12.300 m tubería PEAD 32 mm PN16 embebida en los bataches
ü75 circuitos de 164 m de longitud media conectados a cuarto mecánico
ü1 enfriadora tornillo: 190 Kw calefacción /180 kW refrigeración
34. ü New Ikea warehose inAlfafar, Valencia
ü 38.000 m2
climatized surface
ü Strong mediterrenean climatic conditions
ü Water stressed area
ü HVAC mix
• GSHP Opel Loop
• 3 Chiller wh/ adiabatic condensers
• 3 x 100 m3
ice production tanks
• 2 NG Burners
36
Open Loop GSHP in Valencia
emoria fin de obra Pág. 6/39
6
da. La demanda cubierta por el sistema geotérmico es de 671 MWh de calefacción
y 1.005 MWh en refrigeración (38%).
abla 3, se muestra la distribución mensual de la demanda térmica cubierta por el
a de intercambio geotérmico:
COBERTURA SISTEMA IG
Refrigeración
(kWht)
Calefacción
(kWht)
Enero 5.128 148.845
Febrero 7.157 123.403
Marzo 9.100 81.637
Abril 19.825 43.119
Mayo 57.510 17.344
Junio 144.811 11.275
Julio 233.202 8.913
Agosto 245.581 8.480
Septiembre 177.993 8.887
Octubre 81.570 14.735
Noviembre 13.023 61.203
Diciembre 10.942 143.536
Cobertura sistema IG 1.005.843 671.376
Demanda total 2.640.457 716.046
38% 94%
Demanda energética y cobertura geotermiaTabla 3.
T244_Memoria fin de obra Pág. 5/39
El sistema geotérmico cubrirá la demanda térmica base del edificio. La energía no
satisfecha, porque supera la capacidad de diseño del sistema de intercambio geotérmico,
será suministrada por equipos de generación térmica convencionales: calderas de gas
natural y enfriadoras agua-agua condensadas por aero-refrigeradores. En la tabla 2, se
recoge la potencia térmica total instalada y se calcula la cobertura de carga punta del
sistema de intercambio geotérmico.
Potencia
Calefacción
(kW)
Potencia
Refrigeración
(kW)
Caldera 1 270 ---
Caldera 2 270 ---
Enfriadora agua-agua 1 --- 671
Enfriadora agua-agua 2 --- 671
Enfriadora agua-agua 3 --- 671
Enfriadora conectada a IG 465 387 (21%)
Potencia instalada 1005 2.400
. Potencia instalada por equipo de producción y cobertura carga puntaTabla 2.
La cobertura del sistema de intercambio geotérmico es del 21% de la potencia máxima de
refrigeración y del 46% de la carga punta de calefacción.
La energía térmica generada por la enfriadora conectada al sistema de intercambio
geotérmico y no consumida por el edificio se transfiere o capta del acuífero explotado a
través de un intercambiador de placas con una capacidad nominal de 400 kW.
Circuito abierto de intercambio geotérmico para la
climatización de la Nueva Tienda de IKEA en Alfafar, Valencia
La figura 1 representa estos valores:
Figura 1 Cobertura mensual sistema IG
En la figura 1 se presenta la distribución mensual de las demandas a partir de las cuales se
calculan las extracciones del acuífero necesarias de acuerdo con la expresión:
-250.000
-200.000
-150.000
-100.000
-50.000
0
50.000
100.000
150.000
Enero
Febrero
M
arzo
Abril
M
ayo
Junio
Julio
AgostoSeptiem
bre
O
ctubreN
oviem
bre
D
iciem
bre
REFRIGERACIÓN(kWh)CALEFACCIÓN(kWh)
Calefacción IG
Refrigeración IG
36. 38
máquina tiene capacidad de perforar mediante método convencional o sistema Wire-line. La
perforación con recuperación de testigo continuo permite recuperar una muestra poco
alterada lo que permite la identificación en detalle de los materiales atravesados.
El día 9 de agosto llega la maquinaria al emplazamiento y se sitúa en el punto de
perforación.
Perforación del piezómetro PZ2
Día 12 de agosto de 2013.
Se descarga el material de perforación y útiles en el emplazamiento. Se inicia la excavación
de una balsa de decantación y recuperación de lodo. El agua necesaria para la perforación
se obtiene mediante un enganche de tipo rótula y manguera al bombeo de agua que se está
realizando dentro de la obra en la zona de túneles.
Tras la labores de emplazamiento y preparación se inicia a mediodía la perforación que se
desarrolla de forma adecuada hasta media tarde, en la que es suspendida por una avería en
el empalme del manguito del sistema hidráulico. La jornada termina con la perforación a
7,14 m de profundidad.
T244_Anexo II! Pág. 3/13
PZ-2 Exploration drillhole
39. 41
Reinjection Test
Vista de la instalación de la prueba de inyección
Día 11 de noviembre de 2013.
Se realiza el desmontaje de la instalación previa de bombeo e inyección y se instala la
bomba en el pozo P-3 equipando los pozos P-2 y P-4 para la inyección. Se deja preparado
la instalación para el inicio de la prueba al día siguiente.
Día 12 de noviembre de 2013.
A las 10:20 de la mañana comienza la prueba de inyección, bombeando en el pozo P-3 e
inyectando en los pozos P-2 y P-4. En los primeros 20 minutos existen algunos problemas
Ensayos de inyección en los pozos P-2, P-3 y P-4
(Nueva Tienda IKEA Alfafar, Valencia)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
8:00 AM 10-Nov-2013 12:00 PM 10-Nov-2013 4:00 PM 10-Nov-2013 8:00 PM 10-Nov-2013 12:00 AM 11-Nov-2013
Nivelpiezométrico(m)
ENSAYO DE INYECCIÓN EN EL POZO P-3 Y BOMBEO EN LOS POZOS P-2 Y P-4
(ALFAFAR, VALENCIA) 10 de Noviembre 2013
NIVELES
PROYECTO T244
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Caudal(l/s)
2
1
0
Nivelpiezométrico(m)
CAUDALES DE INYECCIÓN
NIVELES
P3
PZ3
PZ1
P4
P2
Recuperación
P2
Fig. 2.1
P4
P3
CAUDALES DE BOMBEO
EnsayosdeinyecciónenlospozosP-2,P-3yP-4
(NuevaTiendaIKEAAlfafar,Valencia)
T244_AnexoIX!Pág.5/11
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
8:00 AM 12-Nov-2013 12:00 PM 12-Nov-2013 4:00 PM 12-Nov-2013 8:00 PM 12-Nov-2013 12:00 AM 13-Nov-2013
Nivelpiezométrico(m) ENSAYO DE INYECCIÓN EN LOS POZOS P-2 Y P-4 Y BOMBEO EN EL POZO P-3
(ALFAFAR, VALENCIA) 12 de Noviembre 2013
NIVELES
PROYECTO T244
-20
-15
-10
-5
0
5
10
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Caudal(l/s)
2
1
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-1
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Nivelpiezométrico(m)
CAUDALES DE INYECCIÓN
NIVELES
P3
PZ3
PZ1
P4
P2
Recuperación
P2
Fig. 2.2
P4
P3 CAUDALES DE BOMBEO
EnsayosdeinyecciónenlospozosP-2,P-3yP-4
(NuevaTiendaIKEAAlfafar,Valencia)
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0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25
Depresión(m)
Caudal (l/s)
P3 Iny. Prueba 2
P3 Iny. Prueba 1
P3 Bombeo Escal.
Fig 2.4- Curva de pozo en el pozo P-3 (Bombeo escalonado y pruebas de inyección)
En la Fig. 2.4 se muestran las curvas de pozo obtenidas para el pozo P-3, a partir de los
datos del ensayo escalonado realizado tras la construcción del pozo y los resultados de las
dos pruebas de inyección, prueba 1 y prueba 2, con inyección y extracción de caudal
respectivamente. La similitud de las curvas obtenidas de las pruebas de bombeo escalonado
y la 1ª prueba de inyección, indican un rendimiento muy parecido del pozo tanto en bombeo
como en inyección. Los datos de la 2ª prueba de inyección difieren ligeramente de los datos
de las otras dos pruebas debido probablemente a la menor duración del primero de los
escalones.
Ensayos de inyección en los pozos P-2, P-3 y P-4
(Nueva Tienda IKEA Alfafar, Valencia)
T244_Anexo IX! Pág. 9/11
40. 47
Consideraciones
eyhyreft
ghfeegh
üLos sistemas de IG, bien ejecutados y correctamente operados, continúan siendo, 20 años después
del estudio de la EPA, la tecnología de climatización de edificios, y de producción de agua caliente,
mas ecológica y menos contaminante;
üLas experiencias realizadas en nuestro entorno confirman sus rendimientos siempre y cuando los
sistemas sean diseñados, ejecutados y operados con el elevado rigor que requieren.
üSon especialmente recomendables en la rehabilitación de instalaciones térmicas de producción donde
los consumos son conocidos
üIdóneos para hibridar con biomasa y/o solar térmica
üExisten soluciones tipo ESE que permiten asegurar el funcionamiento de la instalación, involucrando
al ejecutor, con buenas condiciones de financiación.