Plitvageotermalnaenergija prirocnik 2014 12 v12p

PRIROČNIK

PLITVA GEOTERMALNA ENERGIJA V PREDINVESTICIJSKI ANALIZI

IZ ZEMLJE LJUDEM FROM EARTH TO PEOPLE

projektni partner Geološki zavod Slovenije Dimičeva ulica 14 1000 Ljubljana Slovenija www.geo-zs.si

PRIROČNIK PLITVA GEOTERMALNA ENERGIJA V PREDINVESTICIJSKI ANALIZI »Pod zemljo ni samo premog, nad zemljo pa TEŠ 6.

Zemlja skriva različne oblike energije, geotermalna je ena od njih.

Uporabna vsepovsod – ne samo v Prekmurju –, je pa manj poznana kot ekonomsko utemeljena odločitev.« (misel z ene od geotermalnih delavnic) Prav ekonomski vidik je obravnavan v tem priročniku.

Plitva geotermalna energija spada med pomembne vire obnovljive energije v slovenski in evropski energetski politiki.

Ta dokument je bil izdelan s finančno pomočjo Jadranskega čezmejnega programa IPA. Za vsebino tega dokumenta je odgovoren izključno Geološki zavod Slovenije in zanjo v nobenem primeru ne velja, da odraža stališča programskih teles Jadranskega čezmejnega programa IPA. Vsebina izraža stališča in ocene avtorjev.

Vsi številčni podatki služijo samo kot ocena in ponazoritev metod izračuna in ne odražajo dejansko ugotovljenega stanja.

Zahvaljujemo se Občini Piran, županu g. Petru Bossmanu in g.

Borisu Kočevarju za njihovo zanimanje, pripravljenost za sodelovanje in vso izkazano pomoč pri izvedbi projekta LEGEND. Zahvaljujemo se g. Bojanu Žnidaršiču in g. Borutu Zorku za njune strokovne, praktične in življenjske izkušnje.

Avtorji: Joerg Prestor, Simona Pestotnik, Dušan Rajver Sodelavci: Nina Rman, Andrej Lapanje, Barbara Simić, Katja Koren, Petra Meglič, Matjaž Klasinc, Bogomir Celarc Jezikovni pregled: Jerneja Katona Zajc Grafično oblikovanje in tisk: Kvants-VisArt d.o.o., Ljubljana

2

PRIROČNIK

UVOD LEGEND je evropski projekt v okviru programa IPA Adriatic. Ime LEGEND je kratica angleškega naziva projekta »Low Enthalpy Geothermal ENergy Demonstration cases for Energy Efficient buildings in Adriatic Area« (v slovenskem prevodu: »Ponazoritveni primeri uporabe nizkotemperaturne geotermalne energije za energetsko učinkovite stavbe na Jadranskem območju”).

Splošni cilj projekta je spodbuditi uporabo nizkotemperaturne plitve geotermalne energije in prikazati vse njene prednosti za ogrevanje in hlajenje v stavbah na Jadranskem območju. Ta priročnik je eden od proizvodov projekta, njegov namen pa je podati glavna vodila, kako vključiti plitvo geotermalno energijo v predinvesticijsko analizo. Plitva geotermalna energija sicer pri prenovah ali novih gradnjah vedno nastopa kot primer naprednih obnovljivih virov energije, v priročniku pa je podan konkreten prikaz orodij in metod, uporabnih pri pripravi predinvesticijske analize, kakor tudi pri nadaljnjem načrtovanju ter gradnji.

Po oceni Akcijskega načrta za geotermalne toplotne črpalke1 bi morali v Obalno-kraški regiji v obdobju od 2007 do 2014 letno vgraditi vsaj 24 geotermalnih toplotnih črpalk zmogljivosti do 30 kW in 3 geotermalne toplotne črpalke zmogljivosti nad 30 kW 2. S tem bi v Sloveniji sledili trendu za doseganje lastnih zastavljenih ciljev v deležu obnovljive energije za ogrevanje in hlajenje ter povečevanju energetske neodvisnosti 3.

Dejstvo je, da je vključevanje geotermalnih toplotnih črpalk v projekte v vsakdanjem življenju bolj zahtevno kot uporaba drugih sistemov. Sistemi z geotermalnimi toplotnimi črpalkami nikakor ne morejo biti načrtovani po sistemu »eden za vse«, saj mora biti vsak primer obravnavan posebej. V prvi vrsti je potrebno upoštevati posebnosti vsake stavbe, potem pa še naravne geotehnične in geotermične razmere na zemljišču pod stavbo. Zaradi takšnih zahtev je velikokrat prezgodaj sklenjeno, da se to »ne splača«. Vendar pa so lahko marsikje naravne razmere še posebej ugodne, le prepoznati jih je treba. Najpomembneje je v čim večji meri izkoristiti dobre naravne danosti povsod tam, kjer se ponujajo.

V splošnem velja, da za 1 kW vložene električne moči dobimo dodatne 3 kW moči iz zemlje in se grejemo s skupno grelno močjo 4 kW. Ta učinkovitost se z razvojem tehnologije le še povečuje. Po trendu sedanje rasti bodo črpalke vgrajene v letu 2020 že dosegale faktor sezonske učinkovitosti SPF = 5. Če uspemo sprojektirati stavbo s sistemom ogrevanja in hlajenja, ki lahko vsaj delno izkorišča Zemljino toploto brez uporabe toplotne črpalke, pa je faktor učinkovitosti lahko še bistveno višji od 4. Na Stockholmskem letališču so dosegli faktor blizu 100 (1).

Plitva geotermalna energija prihaja izpod stavbe iz njenih lastnih tal, plačilo, ki ga plačamo za vloženi del energije, pa ostane doma.

Plitva geotermalna energija je primerna tako za nove stavbe, kakor tudi za obnove novejših in starejših stavb. Nastavitev v stavbi potrebuje zelo malo prostora, delovanje je tiho, tehnologija geotermalnih toplotnih črpalk pa je udobna, zanesljiva in omogoča dolgo delovanje, 30 let in tudi več.

Naloga predinvesticijske analize je, da preuči in naročniku predstavi tri možne variante, ki so bile izbrane iz množice možnih projektnih rešitev. Te tri variante bo naročnik obravnaval v študiji izvedljivosti.

Namen tega priročnika je ponazoriti, kako bi plitva geotermalna energija lahko bila ena od treh variant študije izvedljivosti.

Navedimo nekaj razlogov, zakaj je smiselno izkoristiti potencial plitve geotermalne energije: Plitva geotermalna energija je prisotna povsod in stalno. Nobenih možnosti ni, da bi – npr. zaradi vremenskih ali političnih razmer – prišlo do prekinitve v njeni dobavi. Prav tako ni potrebe po prevozih kuriva ali odvozih odpadkov. Tudi ni nobenih izpustov v zrak. Ne potrebujemo zalogovnikov in rezervoarjev za skladiščenje energentov, še zlasti pa ne potrebujemo skladiščenja vnetljivih in eksplozivnih snovi.

1 http://geopower-i4c.eu/docs/GEOPOWER%20Action%20Plan%20 for%20GSHPs%20in%20Slovenia.pdf 2 http://www.legend-geothermalenergy.eu/wp-content/uploads/2013/10/3.1_d_LEGEND_GE-local-report_GeoZS.pdf 3 AN OVE, http://www.energetika-portal.si/fileadmin/dokumenti/ publikacije/an_ove/an_ove_2010-2020_final.pdf, stran 120, tabela 11.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

3

Vsebina 1. Izbor reprezentativne stavbe za ponazoritveni primer predinvesticijske analize. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 1. Kriteriji za izbor stavbe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 2. Mejni pogoji iz občinskih »Lokalnih energetskih konceptov« (LEK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. 3. Potencial plitve geotermalne energije v Obalno-kraški regiji. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1. 4. Hitra ocena geotermalnega potenciala na mestu objekta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2. Pregled podnebnih in geoloških podatkov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. 1. Podnebni podatki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. 2. Geološki, hidrogeološki in geotermični podatki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3. Pregled energetskih podatkov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. 1. Kritični pregled obstoječega energetskega pregleda izbrane stavbe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3. 2. Opis ukrepov za vključitev geotermalnih toplotnih črpalk v predinvesticijsko analizo . . . . . . . . . . . 18 4. Modeliranje potreb objekta po dovedeni energiji in priprava predloga ukrepov za investicije. . . . . . . . . 19 4. 1. Vhodni podatki in umerjanje modela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4. 2. Dinamični izračun potreb po energiji za ogrevanje in hlajenje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5. Geotermični vhodni podatki za modeliranje zajetja plitve geotermalne energije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6. Modeliranje zajetja plitve geotermalne energije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 6. 1. Vhodni podatki za dimenzioniranje zajetja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6. 2. Rezultati modeliranja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6. 3. Podrobnejše modeliranje za nadaljnjo optimizacijo in ekonomsko analizo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 7. Ekonomska analiza – primerjava donosnosti projekta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8. Namesto sklepa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 9. Slovar pojmov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 10. Kratice in oznake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 11. Literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4

PRIROČNIK

1. Izbor reprezentativne stavbe za ponazoritveni primer predinvesticijske analize Slovenija ima v Jadranski regiji, v kateri teče EU program IPA Adriatic, tri regije, in sicer Obalno-kraško, Notranjsko-kraško in Goriško regijo. V projektu LEGEND smo se osredotočili na Obalno-kraško regijo. Zanjo je značilno, da obsega obalo Jadranskega morja in ima tipično sredozemsko podnebje.

Zaradi toplejšega podnebja velja, da imajo stavbe v obalnem pasu približno za 30 – 40 % manjše potrebe po ogrevanju kot stavbe v kontinentalnem delu. Na drugi strani pa so za to področje značilni tudi večji viški toplote oziroma večje potrebe po hlajenju. Poleg tega ima Obalno-kraška regija še nekaj, kar je značilno za veliko regij ob Jadranski obali: specifično geološko sestavo ozemlja. Močno prevladujejo flišne in karbonatne kamnine, ki jih sestavljajo večinoma laporji, peščenjaki in apnenci. Ob obali je razmeroma malo ravnega sveta, nato pa se površje hitro razgiba in v zaledju preide v hribovje, ki presega 1000 m nadmorske višine.

Ob obali v okolici Portoroža je podnebje tako toplo, da dosega srednja temperatura zraka v kurilni sezoni približno 8 °C,

zunanja projektna temperatura pa znaša -4 °C. Zaradi tega so v obalnem območju toplotne črpalke na zunanji zrak bistveno bolj učinkovite kot na kontinentalnem delu. Vendar pa so bolj učinkovite tudi geotermalne toplotne črpalke, saj je višja tudi temperatura tal na površju. Geotermalne toplotne črpalke veljajo za sistem ogrevanja, ki najbolj učinkovito izrablja energijo sonca.

Prispevek Zemljinega toplotnega toka k skupni toplotni bilanci tal se zelo spreminja z globino. Če sega toplotni izmenjevalec v globino do 20 m pod površje, se odvzeta toplotna energija obnavlja skoraj izključno iz sončnega obsevanja in pronicanja vode. Šele od globine 20 – 100 m je prispevek Zemljinega toplotnega toka opazen. Naprave, ki segajo globlje od približno 100 m pod površje, pa so odvisne predvsem od Zemljinega toplotnega toka [VDI 4640-1].

1. 1. Kriteriji za izbor stavbe Stavbe predstavljajo, skupaj s prevozništvom in industrijo, enega ključnih sektorjev v strategiji varčevanja z energijo in zmanjšanja izpustov toplogrednih plinov. Ker je pomemben del stavbnega fonda v javni lasti, so prav javne zgradbe lahko primeren zgled dobre prakse in zato bi morale prav javne uprave pri vlaganju sredstev za dosego vsaj minimalne energetske učinkovitosti in uporabe obnovljivih virov energije prednjačiti.

Brez dvoma imajo veliko vlogo pri spodbujanju investicij v obnovljive vire energije, saj lahko javnost sledi, kakšna je dejanska donosnost investicije. Hkrati gre večinoma za večje porabnike, kjer je možno uvajati napredno tehnologijo in najsodobnejše znanje. Za ponazoritveni primer vključevanja plitve geotermalne energije v predinvesticijsko analizo smo zato izbirali med javnimi stavbami.

Register nepremičnin zajema več različnih podatkov in informacij o stavbah, rabi, letu izgradnje, obnovah, instalacijah, ipd.

Tudi če gledamo samo javne stavbe, so te zelo različne. To so, na primer, oskrbovana stanovanja, poslovni prostori javne uprave, postaje, gasilski domovi, dvorane za družabne prireditve, knjižnice, šole, vrtci, prostori za izobraževanje, prostori za zdravstvo, zapori, vojašnice in tako naprej. Samo na območju Obalno-kraške regije je 1.424 različnih delov javnih stavb na 888 lokacijah. Od tega je 23 različnih tipov namenske rabe, kar

je za projekt pomembno predvsem zaradi različne notranje temperature v času ogrevanja in hlajenja. Tako imajo lahko vrtci notranjo temperaturo v času ogrevanja tudi do 24 °C, avtobusna postaja ali dvorana pa, na primer, le 18 °C. Stavbe z nižjimi temperaturami ogrevanja so še posebej zanimive za zajem geotermalne energije. To velja še tem bolj, če se geotermalna energija lahko izkorišča neposredno, brez toplotne črpalke.

Kot kriterij za izbiro ponazoritvenega primera smo upoštevali naslednje okoliščine: 1. že obstoječa javna stavba, 2. obnovljivi viri energije za gretje še niso v rabi, 3. oddaljenost od priključka na plinsko omrežje, 4. manjša dostopnost biomase, 5. potrebna grelna moč: po možnosti večja od 30 kW, lahko pa tudi manjša, 6. čim več že znanih podatkov o energetskih potrebah in gradbeni fiziki stavbe, 7. stavba se že pripravlja na prenovo oziroma menjavo vira ogrevanja, 8. stavba ima tudi potrebe po hlajenju,

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

5

Statistika energetske učinkovitosti šol in vrtcev Lokalni energetski koncept občine Piran (2009) G

F

E

D

A1

B2 B1

C

A2 Zelo potratne

Potratne

starejše stavbe

stavbe iz obdobja

1946 - 1980

1980 - 2002

4%

Varčne stavbe

stavbe

19 %

8%

Nizko energijske

38 %

12 %

Vrtec Morje, Lucija 200

175

150

125

100

75

50

25

0

Količina letne potrebne toplote za ogrevanje na enoto uporabne površine stavbe Energijsko število [kWh/m 2/leto]

Slika 1. Statistika energetske učinkovitosti šol in vrtcev iz Lokalnega energetskega koncepta občine Piran.

9. stavba ima nižje standarde za temperaturo ogrevanja (npr. postaje ali drugi javni prostori, kjer je zahtevana nižja notranja temperatura, npr. 18 °C...), 10. v stavbi so omejene prostorske možnosti za vgradnjo večjih kotlov, zalogovnikov, skladišč, ipd.

Na podlagi teh kriterijev (z izjemo točke 9) in v prvi vrsti seveda tudi glede na pripravljenost na sodelovanje pri predstavnikih občine smo za primer izbrali vrtec Morje v Luciji.

Glavna spodbuda za investicije v energetsko učinkovitost in obnovljive vire energije so manjši stroški, prihranek primarne energije in povečano toplotno udobje ter posledično korist za zdravje – manj bolezni, povezanih z mrazom. Slednje je še posebej pomembno v javnih objektih, kot so šole in vrtci.

Iz Lokalnega energetskega koncepta občine Piran smo povzeli osnovne energetske podatke izbranih šol in vrtcev. Prvo oceno energetske učinkovitosti stavbe kaže energijsko število, ki predstavlja specifično rabo toplotne energije v enem letu glede na velikost ogrevane površine zgradbe. V računski energetski izkaznici se stavbo glede na količino letne potrebne toplote za ogrevanje stavbe na enoto uporabne površine stavbe uvrsti v razred energetske učinkovitosti, in sicer od A do G, pri čemer je A najbolj učinkovit razred. Večina obravnavanih šol in vrtcev je bila energetsko varčnih (D razred), vendarle pa vsi brez uporabe obnovljivih virov energije (le ekstra lahko kurilno olje - ELKO in utekočinjeni naftni plin - UNP). Vrtec Morje v Luciji spada med 20 % najbolj potratnih šol in vrtcev v Piranu (F razred) (Slika 1). Ocena iz LEK (2009): stroški za ogrevanje 15.478 €/ leto (31.641 litrov UNP: 6,9 kWh/liter; 1.452,38 m2), energijsko število 150 kWh/m2.

1. 2. Mejni pogoji iz občinskih »Lokalnih energetskih konceptov« (LEK) Zelo pomembno je, da je javnost seznanjena z letnimi deleži obnovljivih virov energije v energetski bilanci, prav tako pa tudi z deleži energije, ki jih pri tem zavzemajo geotermalne toplotne črpalke. Ti prispevki bi morali biti vedno prosto dostopno prikazani. Najbolje bi bilo, če bi bili prikazani v primerjavi s cilji Slovenije za Akcijski načrt za obnovljive vire energije (AN OVE) in s cilji posameznih občin (LEK). Vodilno vlogo pri tem imajo lahko podpisnice Konvencije županov. Cilji morajo izhajati z lokalne ravni, zato je bistveno, da so te informacije predstavljene javnosti v lokalnih skupnostih. Iz primera LEK Občine Divača je lepo in jasno razvidno, da je načrtovana rast skupnega prispevka iz plitve geotermalne energije približno 24 MWh na leto, oziroma do leta 2020 skupno povečanje za 210 MWh. To pomeni približno 2 manjša objekta na leto ali pa dva večja objekta v desetih letih.

6

V Obalno-kraški regiji (eni od treh Jadranskih regij v Sloveniji) je sedem občin: Komen, Piran, Sežana, Koper, Hrpelje–Kozina, Izola in Divača. Občine so na podlagi Energetskega zakona (EZ) izdelale Lokalne energetske koncepte (LEK). V njih predstavljajo načrtovan obseg porabe ter način oskrbe z energijo.

Ta sledi nacionalnim energetskim programom ter energetski politiki RS in EU. Na tej podlagi je možen pregled rabe energije in energentov za ogrevanje ter za hlajenje v celotni Sloveniji.

Hkrati se tako razvija tudi pregled potenciala obnovljivih virov energije. Prav na tem temelji aktivna vloga lokalnih skupnosti pri usmeritvah oskrbe z energijo v prihodnje. Vse je namenjeno povečevanju energetske učinkovitosti in neodvisnosti.

V Lokalnih energetskih konceptih občin so podani (ponekod

PRIROČNIK

Vrednosti v MWh

Leto LEK

2010

2012

2014

2016

2018

2020

Skupaj obnovljiva energija iz toplotnih črpalk

400

454

508

562

616

670

800

Aerotermalna

250

280

310

340

370

400

440

Geotermalna

150

174

198

222

246

270

360

Hidrotermalna

0

0

0

0

0

0

0

Preglednica 1. Lokalni energetski koncept Občine Divača: Tehnologije za ogrevanje in hlajenje - ocena skupnega prispevka zavezujočim OVE ciljem za l.2020 in okvirne vrednosti za obd. 2010–2020 (GOLEA, 2011). bolj ponekod manj podrobni) pregledi podatkov iz enostavnih energetskih pregledov javnih stavb in predlaganih ukrepov za posamezne javne stavbe. To je osnova za nadaljnje usmeritve energetskih ukrepov na državni ravni, na primer za operativne ali akcijske načrte kot je Akcijski načrt za obnovljive vire energije (AN OVE). Iz tega lahko sledi uveljavljanje interesov lokalnih skupnosti.

Kratek oris pregleda LEK-ov za Obalno-kraško regijo: Iz LEK-ov Obalno-kraških občin lahko razberemo, da se občani ogrevajo večinoma z lesom ali kurilnim oljem. Javne stavbe uporabljajo predvsem utekočinjeni naftni plin ali kurilno olje, industrija pa električno energijo, kurilno olje, utekočinjeni naftni plin, zelo malo tudi les. Šibke točke oskrbe z energijo v občinah so si med seboj podobne, saj so največji problem predvsem dotrajana okna in vrata, slaba izolacija, odsotnost termostatskih ventilov, stara kritina. Potenciali obnovljivih virov energije, kot so sončna energija in vetrna energija, so zelo pomembni. V občinah Komen, Sežana, Hrpelje–Kozina in Divača imajo tudi še zelo visok potencial lesne biomase.

Za geotermalno energijo občine v splošnem ugotavljajo, da njen potencial še ni dovolj raziskan. V občini Hrpelje–Kozina izpostavljajo, da imajo potencial za izkoriščanje geotermalne

energije predvsem zaprti sistemi, v letu 2016 pa želijo v občini vgraditi toplotno črpalko za pripravo tople sanitarne vode. V občini Divača geotermalne energije ne izkoriščajo, v občini Komen pa bodo vgradili eno toplotno črpalko v javni stavbi ali pa sprejemnike sončne energije za pripravo tople sanitarne vode. Za uporabo toplotnih črpalk se večinoma omenja sistem zrak – voda v povezavi s pripravo tople sanitarne vode. Geotermalnih toplotnih črpalk se običajno ne omenja. V občini Piran bodo raziskali potencial morja za namen ogrevanja in hlajenja v objektu Lucija. Z uporabo hidrotermalne toplotne črpalke bodo razliko v temperaturi morja izkoriščali za ogrevanje in hlajenje posameznih objektov v Piranu. V Sežani ugotavljajo, da je potencial geotermalne energije težko določljiv, v Kopru pa še ne dovolj raziskan. V občini Izola ocenjujejo, da obstaja potencial izrabe geotermalne energije, ki pa ga je potrebno šele raziskati in dokazati ter razmisliti o ekonomičnosti njegove izrabe. Ukrepov za področje geotermalne energije ne podajajo.

Na območju občin Hrpelje–Kozina, Koper, Izola in Piran je v načrtu izvedba prenosnega plinovoda M6 Ajdovščina – Lucija. Na območjih, opremljenih z distribucijskim ali daljinskim omrežjem, velja obveznost priklopa objekta na to omrežje, z izjemo tistih, ki več kot dve tretjini potreb pokrivajo z obnovljivim virom energije.

1. 3. Potencial plitve geotermalne energije v Obalno-kraški regiji Na Geološkem zavodu Slovenije smo v okviru projekta LEGEND za območje Obalno-kraške regije pripravili tipični prerez za potrebe prikaza potenciala plitve geotermalne energije.4 Geološki prerez preko ozemlja Obalno-kraške regije (Slika 2) poteka od morske obale pri Kopru preko kraškega roba in pogorja Slavnika do Matarskega podolja. Iz prereza je očitno, da močno prevladujejo plasti apnenca. Plasti fliša prevladujejo na obalnem delu, in sicer do globine več sto metrov. Druge plasti so tanke in jih na prerezu skoraj ni videti. To so plasti z glino, meljem, peskom in prodom iz morskih naplavin ter nanosov Rižane, Badaševice, Dragonje in drugih potokov z obrobja. Te plasti so debele največ do 40 m (Slika 3).

4 http://www.legend-geothermalenergy.eu/si/publications/

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

7

KOPER

DEKANI

Tprojekt = -4 °C Dogrevanje< 200 dni

Tprojekt = -7 °C Dogrevanje < 200 dni

glina z meljem λ = 1,9 W/(m•K) c = 2,30 MJ/(m3K)

fliš λ = 2,4 W/(m•K) c = 2,20 MJ/(m3K)

glina λ = 1,6 W/(m•K) c = 2,40 MJ/(m3K)

prod s peskom, meljem λ = 2,1 W/(m•K) c = 2,40 MJ/(m3K)

fliš λ = 2,4 W/(m•K) c = 2,20 MJ/(m3K)

Tzraka = 13,7 °C

Tzraka = 13,6 °C

T100 m = 16 °C

T100 m = 15 °C

T250 m = 19,5 °C

T250 m = 18 °C

T1000 m = 34 °C

T1000 m = 32 °C

q = 0,065 W/m2

q = 0,050 W/m2

LEGENDA: LEGENDA: KOPER

8

DEKANI

Slika 2 in Slika 3. Geotermični podatki za tipične prereze geoloških plasti v Obalno-kraški regiji.

ZALEDJE IZOLE IN KOPRA, DRAGONJA

PRIROČNIK

ZALEDJE IZOLE IN KOPRA, DRAGONJA

PODGRAD

Tprojekt = -7 °C Dogrevanje <200 dni

Tprojekt = -10 °C Dogrevanje = 250-270 dni

prod (grušč) λ = 2,3 W/(m•K) c = 2,40 MJ/(m3K)

fliš, pretrt fliš λ = 2,4 W/(m•K) c = 2,20 MJ/(m3K)

apnenec λ = 2,7 W/(m•K) c = 2,30 MJ/(m3K)

Tzraka = 12 °C

Tzraka = 9 °C

T100 m = 17 °C

T100 m = 10 °C

T250 m = 21 °C

T250 m = 11,5 °C

T1000 m = 40 °C

T1000 m = 20 °C

q = 0,069 W/m2

q = 0,038 W/m2

PODGRAD

LEGENDA: Fliš (peščenjak, laporovec) Apnenec Rečni in morski sedimenti (prod, pesek, melj, glina )

Tzraka: Srednja letna temperatura zraka, [°C] T250 m: Temperatura v globini 250 m, [°C] Tprojekt: Projektna zunanja temperatura za T1000 m: Temperatura v globini 1000 m, [°C] načrtovanje toplotne izolacije, [°C] λ: Toplotna prevodnost, [W/(m•K)] Dogrevanje: Trajanje ogrevalne sezone, [dni] q: Gostota toplotnega toka, [mW/m2] T100 m: Temperatura v globini 100 m, [°C] c: Volumska toplotna kapaciteta, [MJ/(m3K)]

Nariv Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

9

1) Ugoden vodonosnik za črpanje podzemne vode: Najpogosteje voda – voda: V Obalno-kraški regiji ni visoko izdatnih regionalnih vodonosnikov, za katere bi veljalo, da so izrazito ugodni za sistem voda – voda.

Srednje izdaten vodonosnik je aluvialni zasip reke Rižane v njegovem spodnjem delu, približno od naselja Bivij nad Ankaranskim križiščem do obale v Kopru. Izdatnost tega vodonosnika je med Serminom in obalo ugodna. Primerna bi bila tudi za večja zajetja plitve geotermalne energije iz podzemne vode, vendarle je potrebno upoštevati, da je podzemna voda blizu morja zaslanjena (dosega približno tretjino slanosti morja) in da se njena gladina nahaja skoraj na površju. Zaradi tega je potrebno posebno pozornost posvetiti zaščiti opreme geotermalnih

toplotnih črpalk pred korozijo in vračanju načrpane vode nazaj v vodonosnik. Na območju aluvialnega vodonosnika Rižane je poselitev sorazmerno majhna, vodonosnik pa je razmeroma omejen in ne bi prenesel nenadzorovanega razmaha toplotnih črpalk. Ker je vodonosnik hidrodinamsko zaprtega tipa in razmeroma tanek, lahko pride do medsebojnih vplivov med vodnjaki ali črpalno in ponikalno vrtino tudi na večji razdalji, kot je to običajno pri odprtih vodonosnikih. Pri izdelavi zajetja je še posebej pomembno, da se podrobno ugotovi radij vpliva zajetja in možnost geotermičnega kratkega stika (toplotni preboj) med črpalno in ponikalno vrtino. Pričakuje se, da se bo potencial tega vodonosnika v prihodnosti gotovo izkoristil.

2) Ugodna tla za izkope: Pogosto zemlja – voda vodoravni, košare, piloti, voda – voda (Slika 4 – svetlo modra barva) Aluvialni nanosi rek in potokov v regiji so razen v dolini Rižane bolj nizko izdatni vodonosniki (velja za doline Badaševice, Dragonje, Drnice, Osapske reke in drugih). Razlog za to sta slabša prepustnost in pa tanjši omočeni deli vodonosnika. Na mestnem območju Kopra se podzemna voda pretaka v aluvialnem zasipu Badaševice. V tem vodonosniku je sicer že nekaj zajetij, tudi za geotermalne toplotne črpalke voda – voda, vendar pa gre za majhne količine vode, ki so najbolj primerne za enostanovanjske stavbe oziroma stanovanja. Omočeni vodonosni sloj je tanek, izdatnost vodonosnika in možnost zajetja pa je potrebno od mesta do mesta natančno ugotoviti.

Ti sedimenti so zelo primerni in enostavni za vodoravne in navpične izkope, zato so tam pogosti različni plitvi izmenjevalci z mnogo cenejšo izvedbo od vrtanja. To so vodoravni toplotni izmenjevalci (geokolektorji) v globini od 1,5 do 2 m pod površjem ali od 4 do 8 m globoke energetske košare premera 4 do 5 m.

Morske naplavine (npr. na območju Koprske Bonifike) so stabilnostno neugodne za gradnjo, zato se tam za temeljenje velikokrat uporabljajo piloti. Z vgradnjo toplotnih izmenjevalcev v pilote pa dobimo energetske pilote, ki so hkrati konstrukcijski element in energetski vir za ogrevanje in hlajenje.

3) Najpogosteje zemlja – voda, navpični/vodoravni (Slika 4 – rjava barva) Značilnost flišnih plasti je menjavanje peščenjakov in laporjev ter dokaj debela vrhnja plast preperine ali pretrte kamnine.

Zaradi te vrhnje plasti je na velikem delu flišnega ozemlja možno izvesti enostavne izkope do globine od 1,5 do 2 m. V teh primerih so zelo primerni vodoravni toplotni izmenjevalci, zakopane cevne zanke, spirale in drugo. Običajno se sproti vgrajujejo v izkopane jarke in zasipajo z obsipom in izkopano zemljino. Ponekod so tudi do globine 4 ali več metrov možni dokaj enostavni izkopi z rovokopačem. V tem primeru je zelo primerna in cenovno ugodna vgradnja energetskih košar.

Tam, kjer je v okolici stavbe stiska s prostorom, pridejo v poštev navpični toplotni izmenjevalci (geosonde), vgrajeni v vrtino. Vrtanje v flišne plasti je razmeroma ugodno, vendar zahtevno. Vrtalec mora biti pripravljen na hitro menjavanje trdote hribine. Tudi v večji globini mora računati na možnost nesprijetih ali mehkejših plasti ter možnosti vdorov vode skozi posamezno razpoko. V takih primerih lahko pride do zarušitev vrtine oziroma težav pri vgradnji geosond. Vrtalec mora biti seznanjen s tveganjem ter opremljen za reševanje nastalih težav.

10

Flišne plasti so vodonosnik z lokalnimi ali omejenimi viri podzemne vode. Tok podzemne vode se običajno pojavlja bolj lokalno iz razpok v peščenjakih, iz stikov med plastmi ali iz prelomnih con. Napoved dotokov in izdatnosti vodnjaka v teh plasteh je vedno povezana s tveganjem in ne more biti 100 % zanesljiva. V primeru da se z vrtino naleti na vodo, je priporočljivo daljše poskusno črpanje, po možnosti v času nizkega vodnega stanja. S tem je mogoče dokazati stabilnost obnavljanja podzemne vode in njene kakovosti in šele na tej podlagi je smiselno vgraditi sistem voda – voda. Zaradi omenjenih negotovosti je sistem voda – voda za načrtovanje investicije v teh plasteh neugoden in mora v ozadju vključevati rezervno možnost rešitve z geosondo. Podzemna voda v flišnih plasteh ima ugodne učinke na učinkovitost geosonde, saj lahko njen tok zagotavlja veliko hitrejše obnavljanje toplote ali hladu v okolici geosonde. S tem lahko geotermalna toplotna črpalka dela na ugodnejši temperaturi, zaradi česar se razmerje med pridobljeno in vloženo energijo še poveča.

PRIROČNIK

Slika 4. Primernost območja za vrsto geotermalnih toplotnih črpalk (GTČ) in javne stavbe iz registra nepremičnin (GURS).

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

11

4) Najpogosteje zemlja – voda, navpični (Slika 4 – zelena barva) Na kraškem ozemlju, ki ga gradijo apnenčaste kamnine, je običajno zelo malo preperine. Na površju je zelo redko zemljina, ki bi bila ugodna za izkop in vgradnjo vodoravnih sistemov.

Lokalno, kjer so vendarle nanosi gline, grušča in podobnega (na primer v uvalah, suhih dolinah itd.), je možnost za vodoravni sistem vsekakor smiselno izkoristiti. Vendarle je pri dimenzioniranju potrebno upoštevati, da so vrednosti geotermičnih parametrov tukaj nižje kot v omočeni vlažni zemljini na flišnih plasteh. Potrebno je upoštevati, da gre najverjetneje za suho nevezano zemljino. Njene lastnosti je možno izboljšati z zamenjavo tal in zasipom vkopanih cevnih zank z ugodnejšim materialom, kar pa mora določiti geolog, oziroma projektant.

Apnenčasto kraško ozemlje predstavlja običajno trdno kamnino, ki je za vrtanje in vgrajevanje geosond načeloma ugodnejša kot flišna kamnina. Tveganje, ki se pojavlja pri tem vrtanju in na katerega mora biti vrtalec pripravljen, predstavljajo predvsem kraške kaverne. Pred načrtovanjem geosond je potrebno zato preveriti, kakšna je verjetnost, da se naleti na kaverne, potem pa v skladu s tem vnaprej predvideti ustrezne rešitve (na primer plitvejše vrtine in večje število vrtin, rezervne vrtine,

precevitev kavern in podobno). Apnenec je po toplotni prevodnosti ugodna kamnina in je lahko celo boljši od flišnih plasti.

Vendarle pa je načrtovanje večjih polj geosond v kraških kamninah vprašljivo. Zaradi raznolike razpokanosti in zakraselosti kamnine je težko računati s homogenimi lastnostmi celotnega polja geosond, še posebej na velikem polju s številnimi geosondami.

Apnenčaste plasti so kot vodonosnik zelo težko predvidljive.

Njihova prepustnost in izdatnost je izredno spremenljiva, in sicer od zelo nizke izdatnosti v masivni kamnini do visoke izdatnosti v kavernah in kraških kanalih. Masivni apnenec, ki je brez razpok, je neprepusten skoraj kot beton. Poleg tega je težko napovedljiva tudi kakovost vode. Prepričati se moramo, kakšna je kalnost vode v času nalivov in kakšno je nihanje temperature med poletnim in zimskim časom. V kraškem vodonosniku se gladina vode na večjem delu ozemlja nahaja zelo globoko pod površjem (> 50 m), poleg tega pa v odvisnosti od padavin zelo niha (tudi 100 m in več).

1. 4. Hitra ocena geotermalnega potenciala na mestu objekta 7,0

Zajetje morja je gotovo najprivlačnejša možnost za ogrevanje in hlajenje. Če bi hoteli vgraditi hidrotermalno toplotno črpalko voda – voda z grelnim številom COP = 5, bi morali za pridobitev grelne moči za ogrevanje QH = 90 kW izdelati črpališče z zmogljivostjo najmanj Q = 5,72 l/s (Slika 5). Pri tem je upoštevano, da razlika v temperaturi črpane in vračane vode ne bi bila višja od dT = 3 °C.

6,0

1 QH • (1 – ) COP Q= (dT • 4,2) Za hlajenje z enako hladilno močjo QC = 90 kW (COP = 5, dT = 3 °C) bi morali imeti zajetje z zmogljivostjo črpanja vode Q = 8,57 l/s.

Q=

1 ) COP (dT • 4,2)

QC • (1 +

Vrtec Morje v Luciji je od morske obale oddaljen približno 1 km, stavbno zemljišče pa je na nadmorski višini približno 4 m nad morjem. Kljub bližini morja gre za razdaljo, za katero smo v danem primeru privzeli, da je prevelika. Če bo v prihodnje prišlo do realizacije projekta, bo morska voda verjetno zajeta s ciljem daljinskega ogrevanja, in sicer v smislu celovite rešitve za več pomembnih javnih objektov, saj gre tudi za okoljsko problematiko in okoljske stroške.

12

Potrebna zmogljivost vodnjaka (l/s)

Hidrotermalna energija:

dT= 3 COP= 5 dT= 3 COP= 4 dT= 3 COP= 3 dT= 5 COP= 5 dT= 5 COP= 3

5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0

0

20

40

60

80

100

Grelna moč GTČ (kW)

Slika 5. Graf za oceno potrebne zmogljivosti vodnjaka glede na želeno grelno moč.

Geotermalna energija iz podzemne vode: Za Obalno-kraško regijo je značilno, da je razmeroma malo ozemlja, kjer imamo srednje ali visoko izdatne vodonosnike z visokim potencialom za izkoriščanje plitve geotermalne energije. Če bi hoteli izvesti geotermalno toplotno črpalko z grelno močjo 90 kW, bi morali zagotoviti zmogljivost črpanja 5,72 l/s, torej enako kot pri hidrotermalni toplotni črpalki (Slika 5). Pri tem bi morali izdelati enega ali več črpalnih in ponikalnih vodnjakov.

Na zemljišču vrtca Morje pod površjem ni izdatnega vodonosnika, ki bi zagotavljal zanesljivo možnost zajetja in izkoriščanja

PRIROČNIK

Specifična moč pridobljena iz tal (13, str. 27) Kakovost tal

Čas delovanja 1.800 ur/leto

Čas delovanja 2.400 ur/leto

Suha, nekohezivna zemljina

10 W/m2

8 W/m2

Vlažna kohezivna zemljina

20 do 30 W/m2

16 do 24 W/m2

Omočen pesek in prod

40 W/m2

32 W/m2

Za srednjo EU je 12 K tipično znižanje temperature prenosnika toplote med stalnim obratovanjem. Dimenzionirano mora biti tako, da temperaturna razlika ne povzroča težav.

Preglednica 2. Primer geotermične specifične moči za oceno potrebne površine za vgradnjo vodoravnega kolektorja (14, str. 27). geotermalne energije iz podzemne vode. Možnosti zajema hidrotermalne energije iz morja ali pa geotermalne energije iz podzemne vode v danem primeru nismo obravnavali. Zaradi navedenih negotovosti smo preučili možnosti zajetja z zaprtim sistemom.

Vodoraven sistem (geokolektor) je ugoden samo za ogrevanje, medtem ko so energetske košare že lahko primerne tudi za hlajenje, oziroma shranjevanje viškov toplote.

Hidrotermalni sistem iz površinske vode in geotermalni sistem iz podzemne vode sta sistema, ki omogočata ogrevanje in hlajenje.

Medtem ko je možnost za zajetje podzemne vode vezana na območja z dobrim vodonosnikom pod površjem tal, se zajetje z geosondami lahko prilagodi na veliko večino vseh različnih geoloških razmer.

Geotermalna energija iz tal: Na širšem območju vrtca Morje je zemljina, ki je ugodna za izkop. Vendar pa se vrtec nahaja v dokaj strnjenem naselju.

Zaradi tega ugotavljamo, da zaradi prostorskih omejitev ni možno računati niti z vodoravnim sistemom niti z energetskimi košarami.

Vseeno smo hoteli dobiti vsaj približno oceno, za kakšno velikost vodoravnega kolektorja (izmenjevalec toplote) bi šlo.

Za enostanovanjsko stavbo lahko privzamemo grobo oceno po Standardu SIST EN 15450:2007, str. 27, ki povzema nemški standard VDI 4640 - drugi del (Preglednica 2).

Na danem zemljišču v kohezivni vlažni zemljini in pri 2.100 ur letnega obratovanja se lahko privzame specifično moč 24 W/ m2. Za manjše zajetje do 30 kW bi bil po tej oceni potreben prostor 1.250 m2, v primeru kvadrata približno 35 x 35 m. Za trikrat večje zajetje lahko sklepamo, da je potrebno trikrat večje zemljišče. Če bi hoteli natančnejšo oceno, bi morali izvesti podrobnejše dimenzioniranje, oziroma modeliranje.

Za dimenzioniranje energetskih košar nismo našli metode za hitro oceno. Privzeli smo izkustveno oceno, da je možno zajeti okoli 1 – 3 kW z eno košaro globine do 5 m. Za zajetje 90 kW bi potrebovali 30 košar. Ker je zemljina ugodna za izkop, je to zanimiva možnost. Košare bi lahko bile umeščene tudi globlje, morda celo 7 – 8 m in bi zavzele bistveno manj prostora kot vodoravni kolektor. Vendarle te možnosti v nadaljevanju nismo obravnavali in smo se posvetili zahtevnejši investiciji z geosondami.

Vsekakor je na ozemlju, kjer so izkopi zemljine izvedljivi do globine 4 – 8 m, potrebno nujno obravnavati tudi možnost uporabe energetskih košar. Te lahko predstavljajo, na primer, tudi dopolnitev oziroma pokrivanje viškov za obstoječe sisteme.

Zajetje z geosondami:

Tudi za manjša zajetja z geosondami (do 30 kW) si lahko pomagamo s hitro oceno (14, str. 27). Če upoštevamo specifično vrednost izkoriščanja iz omenjenega standarda, za peščenjak 65 W/m, bi (po zelo grobi oceni) potrebovali 462 m vrtin za zajetje zmogljivosti 30 kW. Za tri podobna zajetja skupaj pa preko 1.300 m.

V danem primeru vrtca Morje smo privzeli, da ima rešitev z vrtinami in poljem geosond verjetno največji potencial. Prostor za izvedbo vrtin se nahaja južno od stavbe v nepozidani vrzeli, ki služi kot otroško igrišče (Slika 14). Lahko pa je lociran tudi severno od stavbe, na še nepozidani vrzeli, ki je trenutno zelenica med stavbami. Geosonde je možno razvrstiti tudi v ravni črti ob parcelnih mejah in na ta način zmanjšati poseg v prostor na zelo majhno površino.

Glavne prednosti polja geotermičnih sond so 5: • njihova stabilnost v smislu produktivnosti: • če so pravilno dimenzionirani, so sistemi z geosondami zmogljivejši od sistemov zrak – voda, in sicer zaradi manjšega spreminjanja temperature vira energije (to je temperature tal v primerjavi s temperaturo zraka), • toplotne izgube so v hidravličnem sistemu manjše zaradi delovanja pri nizki temperaturi; • večji delež obnovljive energije; • možnost njihove uporabe za hlajenje in še posebej tudi hlajenje z neposredno rabo brez toplotne črpalke.

5 Monnot, P., 2012. Guide technique. Les pompes à chaleur géothermique sur champs des sondes. Manuel pour la conception et la mise en oeuvre. ADEME & BRGM, Paris.104 p. (str. 9).

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

13

2. Pregled podnebnih in geoloških podatkov V prvi fazi je potrebno zbrati osnovne prostorske podatke, ki so potrebni za odločanje pri investiciji v plitvo geotermalno zajetje. Zato smo si uredili GIS pregledovalnik za celotno območje našega dela Jadranske regije. Pregledovalnik zajema več podatkovnih slojev, in sicer topografijo, rabo tal, geološke in hidrogeološke značilnosti, termične in hidravlične parametre v odvisnosti od lastnosti tal, podnebne značilnosti, vodovarstveno območje, lokacijo javnega stavbnega fonda. Vsak sloj podatkov lahko za prikazovanje posebej vklopimo ali izklopimo

(Slika 6). Viri podatkov so Agencija RS za okolje - ARSO (vodovarstvena območja, podnebni podatki), Geodetska uprava RS - GURS (topografske podloge, stavbni fond), Geološki zavod Slovenije – GeoZS (temperatura na globini 100 m in 250 m, hidrogeološka karta – IAH in LAWA, lito-geokemijska karta, karta potenciala za geotermalne toplotne črpalke), Ministrstvo za kmetijstvo – MK (raba tal). Vedno več javnih podatkov je že prosto dostopnih.

2. 1. Podnebni podatki Podnebni podatki so dostopni na spletni strani Agencije RS za okolje. Pri dinamičnem modeliranju energijske bilance zgradbe lahko kot vhodni podatek uporabimo t.i. testno referenčno leto (365-dnevni niz urnih vrednosti temperatur zraka)6. Ostali podnebni podatki, ki jih za izpolnjevanje Pravilnika o učinkoviti rabi energije potrebujemo, so:

Postojna 136

Portorož 464 (brez 1991)

Ogrevanje

Hlajenje

Ogrevanje

Hlajenje

Ogrevanje

Hlajenje

1

18 %

0%

17 %

0%

22 %

0%

2

16 %

0%

15 %

0%

20 %

0%

3

14 %

0%

13 %

0%

16 %

0%

4

9%

0%

9%

0%

6%

0%

5

3%

1%

4%

1%

0%

2%

Te podatke lahko pridobimo za poljubno lokacijo (GKX,GKY).

Koordinate obravnavane stavbe (GKX,GKY) pa lahko dobimo s pomočjo pregledovalnika Atlas okolja8.

6

1%

20 %

1%

22 %

0%

20 %

7

0%

46 %

0%

47 %

0%

40 %

Eden pomembnih mejnih pogojev za dimenzioniranje geotermalne toplotne črpalke so tudi povprečne mesečne ali dnevne temperature tal. Te so na voljo za različne postaje v Sloveniji, na globinah od 2 cm do 100 cm pod koto tal.9

8

0%

32 %

1%

30 %

0%

35 %

9

2%

0%

4%

0%

0%

3%

10

7%

0%

8%

0%

4%

0%

Veliko zelo uporabnih podatkov o trenutnih meritvah in statistikah, npr. o globalnem sončnem obsevanju, temperaturi zraka, hitrosti in smeri vetra, je na voljo na spletnih straneh ekoloških postaj Nova Gorica in Koper.10

11

13 %

0%

12 %

0%

12 %

0%

12

17 %

0%

16 %

0%

20 %

0%

• • • •

zaporedni dan v letu začetka in konca kurilne sezone, temperaturni primanjkljaj, povprečne mesečne in letna temperatura ter projektne temperature za 30-letno referenčno obdobje 1971 – 2000.

7

Me-

Nova vas na Blokah 158 (brez 2002)

sec

Preglednica 3. Ocena porazdelitve potrebne letne količine energije za ogrevanje ali hlajenje po mesecih. (Lastni izračun; vir podatkov ARSO za postaje 136, 158 in 464 , dnevne vrednosti temperaturnega deficita (zunanja temperatura T < 12 °C) in temperaturnega presežka (zunanja temperatura T > 21 °C)).

6 http://meteo.arso.gov.si/met/sl/climate/tables/test_ref_year/ 7 http://meteo.arso.gov.si/met/sl/climate/tables/pravilnik-ucinkoviti-rabi-energije/ 8 http://gis.arso.gov.si/atlasokolja/profile.aspx?id=Atlas_Okolja_ AXL@Arso 9 http://meteo.arso.gov.si/met/sl/climate/tables/yearbook/2012/ 10 http://193.95.233.105/econova2/ (http://www.koper.si/)

14

PRIROČNIK

2. 2. Geološki, hidrogeološki in geotermični podatki Geološki, hidrogeološki in geotermični podatki se zbirajo in obdelujejo na Geološkem zavodu Slovenije. Na tej podlagi se posodabljajo kartografske podlage, kot so Osnovna geološka karta, Litostratigrafske enote, Hidrogeološka karta, Geotermična karta ter Kataster vrtin in Baza geoloških profilov. Nekateri podatki so dostopni v digitalni obliki. Za naročilo tistih digitalnih podatkov, ki niso prosto dostopni prek spletne strani, je treba izpolniti obrazec, dostopen v elektronski obliki na spletnih straneh.11 Na Geološkem zavodu Slovenije je v delu izdelava karte temperatur na površini tal T0. To je eden osnovnih podatkov za dimenzioniranje zajetja plitve geotermalne energije. Karta bo temeljila na podatkih iz geotermičnih meritev v vrtinah in bo v pomoč pri dimenzioniranju geotermalnih toplotnih črpalk. Kdorkoli se odloča za dimenzioniranje, na primer geosond, lahko na Geološkem zavodu Slovenije preveri, ali je v bližini obravnavanega zemljišča vrtina, iz katere bi lahko dobil najbolj primerljive merjene geotermične podatke.

Vodovarstvena območja: Vodovarstvena območja so vidna na Atlasu okolja8.

Za izbrano vodovarstveno območje lahko dobimo podatek o Odloku ali Uredbi, kjer so navedeni zaščitni ukrepi. Iz teh je razvidno, kakšne so omejitve oziroma pogoji, ki so pomembni tudi za izvedbo zajetij plitve geotermalne energije. Že izdane vodne pravice: Na Atlasu okolja so tudi podatki o izdanih vodnih pravicah. S tem lahko preverimo, ali je v bližini našega zemljišča že v uporabi drug vodnjak.

11 http://www.geo-zs.si/podrocje.aspx?id=113

Slika 6. Karta temperature na globini 100 m iz pregledovalnika LEGEND.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

15

3. Pregled energetskih podatkov Gradbeni podatki o stavbi so potrebni za določitev dimenzijskih in toplotnih lastnosti objekta (toplotnih izgub) ter izračun potrebne toplotne moči objekta. Te podatke lahko pridobimo iz obstoječih projektnih dokumentacij (idejna zasnova, idejni projekt, projekt za pridobitev gradbenega dovoljenja, projekt

za izvedbo, projekt izvedenih del, energetski pregled), običajno pa manjkajoče informacije izvemo od hišnika oziroma skrbnika stavbe. Za javne stavbe so energetski podatki podani tudi v Lokalnih energetskih konceptih, zlasti pa v obveznih Energetskih pregledih.

3. 1. Kritični pregled obstoječega energetskega pregleda izbrane stavbe Vrtec Morje se nahaja na Fazanski ulici 3, 6320 Portorož.

Osnovni del vrtca je bil zgrajen leta 1976, dograjen pa je bil leta 1989 (Slika 7). Streha je bila obnovljena leta 2009. Obnovljena so bila le okna v kuhinji.

Projektna zunanja T

-6,0

°C

Projektna notranja T

21,0

°C

Transmisijske izgube HT

85,59

kW

Obstoječi plinski kotel, ki ogreva vrtec, ima moč 145 kW. V Energetskem pregledu je bila izračunana potrebna toplotna moč za ogrevanje 109 kW (Preglednica 4). Potrebna toplota za ogrevanje je bila po statičnem izračunu ocenjena na 166,34 MWh.

Ventilacijske izgube HV

23,34

kW

Projektna moč

108,93

kW

Iz podatkov obstoječega Energetskega pregleda (2010) izhaja nekaj nejasnosti: 1. Koliko energije se dejansko porabi za hlajenje s klimatskimi napravami? Ocenjeno je bilo le, da se za potrebe prezračevanja in klimatizacije porabi 35 % električne energije, to je približno 30.149 kWh (povprečje treh let 2007 – 2009), oziroma 4.294,15 EUR. 2. Koliko energije se porabi za sanitarno toplo vodo? Pozimi se sanitarna voda ogreva iz toplotne postaje, to je plinskega kotla, poleti pa iz stenskega plinskega grelnika.

V obeh primerih pa ni posebej merjena količina, ki se

Preglednica 4. Podatki iz Energetskega pregleda vrtca Morje Lucija, projektna toplotna obremenitev vrtca (str. 38).

porabi za sanitarno toplo vodo. Sklepamo lahko le, da je šlo pri sanitarni topli vodi za strošek nekaj tisoč EUR. 3. Kakšna je povprečna raba energije skozi več sezon in ali ima poraba energije morda trend naraščanja ali upadanja? Priporočeni so triletni podatki o dejanski porabi energije za ogrevanje in hlajenje. V obstoječem energetskem pregledu so nekateri podatki podani le za eno leto (npr. o porabi in stroških energije za ogrevanje). Stroški

Slika 7. Vrtec Morje v Luciji.

16

PRIROČNIK

A

B

C

D

E

F

Račun za

Stroški (€) po računu brez DDV 2013

Končna energija MWh

Cena končne energije brez DDV €/MWh

Izkoristek

Koristna energija MWh

Ogrevanje

25.150,63

204

123,37

82%

167

STV+kuhinja

8.669,90

76

113,5

92%

70

Elektrika

17.724,36

130

136,69

100%

130

SKUPAJ

51.544,89

410

367

Preglednica 5. Prikaz izračuna cene končne energije in dovedene koristne energije.

G

H

I

J

K

Porabnik

Delež energije iz računa (%)

Delež koristne energije MWh

Potrebe po odvedeni in dovedeni energiji MWh

Stroški za ogrevanje in hlajenje brez DDV

Ogrevanje

100%

167

167

25.150,63 €

STV

23%

16

16

1.994,08 €

Hlajenje (COP klima = 3)

17%

22

65

2.959,97 €

248

30.104,68 €

SKUPAJ

Preglednica 6. Prikaz izračuna ocene potreb po dovedeni in odvedeni energiji ter stroškov za ogrevanje in hlajenje.

Korak

Izračun

1

B/C=D

2

CxE=F

3

FxH=I

4

I = J (razen pri klimi, kjer je v tem primeru za COP privzeta vrednost 3 in je poraba elektrike trikrat (3-x) manjša kot je potreba po energiji za hlajenje)

5

K=HxB

Preglednica 7. Prikaz načina izračuna vrednosti v preglednicah (Preglednica 5, Preglednica 6). za energijo za ogrevanje in hlajenje iz Energetskega pregleda (2010) zelo odstopajo od stroškov, ugotovljenih iz računov v letu 2013. V letu 2013 so stroški bistveno večji. Ker ni dolgoročne analize, ni jasno, kakšno je letno nihanje in kakšna je zato realna vrednost. Zaradi tega je potrebno uporabiti računske modelirane vrednosti.

V letu 2013 so bili izvedeni popis rabe energije za to leto ter termografske meritve, namenjene le osnovnemu pregledu stavbnega ovoja in meritve mikroklime. Ugotovljene so bile izgube zaradi slabega tesnjenja oken kot možne posledice slabe vgradnje. Izgube so očitne tudi na stiku temeljne plošče in zunanje stene, morda kot posledica slabe izolacije temeljev.

Vlažnost zraka v prostorih je v povprečju, kot kaže, ugodna, to je med 41 in 52 %, vendar pa je v času meritev padla tudi samo na 30 %. Povprečna notranja temperatura je bila ob koncu kurilne sezone med 21,7 °C in 22,6 °C.12 Temperaturni ogrevalni režim je 70/50 °C. Končna energija, pridobljena za ogrevanje iz utekočinjenega naftnega plina, je bila

204 MWh. Za pripravo tople sanitarne vode in tople vode za kuhinjo je bilo porabljeno 76 MWh končne energije, vendar ni bilo možno ugotoviti, kakšen delež od tega predstavlja toplota za sanitarno toplo vodo.

Ugotovljeno je bilo, da je v stavbi 30 klimatskih naprav z močjo do 3 kW, vendar pa njihovega deleža v skupni porabi električne energije ni bilo možno ugotoviti.

Za oceno porabe energije za sanitarno toplo vodo (STV) si lahko pomagamo po dveh metodah: Q[W]=1,163 • Qstv[

l kW ] • (Tt – T h)=74,63 • 242 dni =18,06 MWh(5) dan dan

Tt = temperatura tople vode (60 °C) Th = temperatura hladne vode (13,5 °C) Qstv = poraba tople sanitarne vode (5 l/dan/na otroka, zaposlenega x 276 otrok in zaposlenih) = 1.380 l/dan.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

17

Povprečna poraba tople vode po SIST EN ISO 13790 bi bila 10 kWh/m2/leto, to je skupno 15,86 MWh/leto, oziroma približno 16 MWh/leto (z upoštevanjem ogrevane površine 1,586.4 m2).

Potrebne količine energije za hlajenje (65 MWh – Preglednica 6) ni bilo možno oceniti niti iz računov niti iz drugih obstoječih podatkov. Dejansko je bilo to vrednost možno oceniti šele z modeliranjem. To je predstavljeno v naslednjem poglavju (3.2 spodaj).

3. 2. Opis ukrepov za vključitev geotermalnih toplotnih črpalk v predinvesticijsko analizo Obstoječi Energetski pregled (2010) je predlagal investicijske in organizacijske ukrepe ter ocene stroškov in prihrankov. V preglednici sta podana dva največja predlagana investicijska ukrepa ter vsota vseh predlaganih ukrepov (Preglednica 8).

Zajetje plitve geotermalne energije omogoča gretje in hlajenje.

Zaradi tega smo temu prilagodili scenarije za modeliranje ukrepov in v ukrepih predvideli vgradnjo prezračevalnega sistema, ki bi lahko nadomestil klimatske naprave (Preglednica 9).

Ukrep

Investicija / vračilna doba

Prihranki (MWh)

Prihranki (€)

Obnova ovoja in oken

137.630,18 € / 20,5 let

100,4

6.726,37

Rekonstrukcija toplotne postaje

22.100,00 € / 24,3 let

13,5

909,89

Vsi predlagani ukrepi

171.130,00 € / 19,8 let

123,2

8.630,00 29,495 T CO2

Preglednica 8. Izbor predlaganih možnih ukrepov iz Energetskega pregleda (2010).

Scenarij

Stanje sanacije

Osnovno stanje (OS)

Brez sanacije: Stavba v sedanjem stanju

Ukrep 1 (U1)

Menjava sistema ogrevanja in hlajenja: Vgradnja mehanskega prezračevanja z rekuperacijo Geotermalna toplotna črpalka

Ukrep 2 (U2)

Sanacija celotnega ovoja (PURES 2, 2010) brez posegov v ogrevalni sistem

Ukrep 3 (U3)

Sanacija celotnega ovoja (PURES 2, 2010) + Vgradnja mehanskega prezračevanja z rekuperacijo in Geotermalna toplotna črpalka

*Upoštevano je mehansko prezračevanje z 80 % vračanjem odpadne toplote in izmenjavo hitrosti 0,81 l/(s.m2) (Pravilnik o prezračevanju in klimatizaciji stavb, Ur. l. RS, št. 42/2002).

Preglednica 9. Scenarij za modeliranje potrebe stavbe po dovedeni energiji in ukrepi za zmanjšanje stroškov za ogrevanje in hlajenje.

18

PRIROČNIK

4. Modeliranje potreb objekta po dovedeni energiji in priprava predloga ukrepov za investicije Modeliranje dinamičnega toplotnega odziva stavbe je bilo izvedeno z računalniškim programom IDA Indoor Climate and Energy v4.6 (12).

4. 1. Vhodni podatki in umerjanje modela Vhodni podatki za model so prikazani v preglednici (Preglednica 10). Ključni elementi stavbe so izmerjeni in prikazani v 3D modelu (Slika 8).

Energetik se je pri modeliranju obstoječega stanja objekta želel najprej približati dejanski merjeni porabi energenta za ogrevanje. Zato je opravil večje število simulacij z različnimi projektnimi notranjimi temperaturami. Pri notranji temperaturi 20 °C je prišlo do razlike približno 50 % med potrebno dovedeno energijo za ogrevanje in merjeno energijo za ogrevanje. Najboljši približek merjeni porabi energije je bil dobljen ob upoštevanju notranje temperature 24 °C. Da je notranja temperatura dejansko višja od 20 °C, je bilo moč sklepati tudi iz že opravljenih meritev mikroklime v prostorih. Zato je bilo dogovorjeno, da za modeliranje dejanskega stanja in drugih scenarijev privzamemo notranjo projektno temperaturo 24 °C pozimi, in 26 °C poleti.

Slika 8: 3D model vrtca Lucija Morje v programu IDA ICE (12).

Klimatski podatki

Vrednost

Enota

Vir podatka

Temperatura ambienta

Deg-C

ARSO

Vlažnost ambienta

%

ARSO

Difuzna komponenta sončnega sevanja

W/m2

ARSO, metoda Strahlung

Direktna normalna komponenta sončnega sevanja

W/m2

ARSO, metoda Strahlung

X komponenta smeri hitrosti vetra

m/s

ARSO

Y komponenta smeri hitrosti vetra

m/s

ARSO

Vir podatka

Splošni podatki o stavbi

Vrednost

Enota

Ogrevana površina

1586,4

m2

Ogrevan volumen stavbe

4553,2

m3

Površina ovoja stavbe

4199,1

m2

Razmerja Aokna/Aovoj

5,7

%

Povprečna toplotna prehodnost komponent stavbe

0,5884

W/ (m2K)

Faktor oblike stavbe

0,9222

m2/m3

Preglednica 10. Uporabljeni klimatski podatki in splošne značilnosti objekta za dinamično modeliranje (12).

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

19

Toplotna prehodnost komponent ovoja stavbe

Vrednost

Enota

Vir podatka

Zunanja stena

0,69

W/(m2K)

poročilo energ. pregleda EL-TEC

Streha

0,53

W/(m2K)

arhitekturni načrti

Tla na terenu

0,46

W/(m2K)

arhitekturni načrti

Okna

2,63

W/(m2K)

veljavni pravilnik v času vgradnje

Okna (kuhinja)

1,40

W/(m2K)

veljavni pravilnik v času vgradnje

Vrata

0,71

W/(m2K)

predpostavljeno

Režim uporabe stavbe

Vrednost

Enota

Vir podatka

Uporabniki stavbe

4

h/dan

SIST EN ISO 13790

Razsvetljava

1

W/m2

skupaj 1500 obr. ur letno

Skupno notranji viri

4

W/m2

TSG-1-004:2010

Sistemi hlajenja in ogrevanja

Vrednost

Enota

Vir podatka

Notranja nastavljena temperatura poleti

26

°C

SIST EN ISO 13790

Notranja nastavljena temperatura pozimi

20

°C

SIST EN ISO 13790

Pravilnik o prezračevanju in klimatizaciji stavb Dvostopenjska toplotna črpalka

Vrednost

Enota

Vir podatka

COP

3

Projektna moč toplotne črpalke

90

kW

izračun po SIST EN 12831

Temperaturni ogrevalni režim

70/50

°C

pogovor s hišnikom

Radiatorji dimenzionirani v model glede na topl. obr.

145

kW

poročilo energ. pregleda EL-TEC

Povprečna poraba tople vode

10

kWh/m2/ leto

SIST EN ISO 13790

Maksimalna moč posamezne klimatske naprave

3000

W

ogled na terenu

Preglednica 11. Podatki o ovoju stavbe in sistemih za ogrevanje in hlajenje (12).

Projektna notranja temperatura

Dovedena toplota za ogrevanje

°C

MWh

20

101

22

129

23

144

24

161

25

182

Preglednica 12. Dovedena energija za ogrevanje glede na različno projektno notranjo temperaturo (12).

20

PRIROČNIK

Odvedena toplota za hlajenje Krivulja trajanja - odvedena toplota

9.000

8.500

8.000

7.500

7.000

6.500

6.000

5.500

5.000

4.500

4.000

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

Čas [h]

1.000

90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 500

Za primer saniranega ovoja je energetik poiskal še najbolj optimalno moč generatorja toplote, pri katerem bodo dosežene minimalne zahteve po notranji temperaturi glede na vgrajena ogrevala. Preizkušen je bil generator toplote moči 55 kW in 58 kW.12

Dovedena in odvedena toplota za ogrevanje in hlajenje (OS - trenutno stanje) Dinamični model

0

Končni rezultat modeliranja scenarijev so dinamične urne in mesečne vrednosti dovedene in odvedene energije za doseganje dogovorjenih notranjih projektnih temperatur (Preglednica 13). Iz dinamičnih urnih potreb po dovedeni in odvedeni energiji lahko predvidevamo, kakšna moč generatorja toplote bo potrebna (Slika 9, Slika 10). To so tudi vhodni podatki za podrobnejše geotermično dimenzioniranje zajetja plitve geotermalne energije in geotermalne toplotne črpalke.

Dovedena in odvedena toplota [Wh]

4. 2. Dinamični izračun potreb po energiji za ogrevanje in hlajenje

Dovedena toplota za ogrevanje Krivulja trajanja - dovedena toplota

9.000

8.500

8.000

7.500

7.000

6.500

6.000

5.500

5.000

4.500

4.000

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

Čas [h]

500

90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0

1.000

Dovedena in odvedena toplota za ogrevanje in hlajenje (ovoj stavbe po zahtevah PURES, 2 - 2010) - Ukrep 2 Dinamični model

0

Dovedena in odvedena toplota [Wh]

Slika 9. Modelirana dovedena toplota za ogrevanje in hlajenje: Vrtec Morje sedanje stanje (OS)12.

Odvedena toplota za hlajenje

Dovedena toplota za ogrevanje

Krivulja trajanja - odvedena toplota

Krivulja trajanja - dovedena toplota

Slika 10. Modelirana dovedena toplota za ogrevanje in hlajenje: po sanaciji ovoja stavbe v skladu s Pravilnikom o učinkoviti rabi energije v stavbah, PURES 2 - Vrtec Morje - Ukrep 2 (U2) 12.

12 Gjerkeš, H., Stegnar, G., 2014. Nadgradnja in dopolnitev energetskega pregleda določene stavbe z dodatnim ukrepom plitve geotermalne energije v okviru projekta LEGEND. GI ZRMK, Ljubljana. 32 str.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

21

Proj.notr. T

24 °C

Stanje sanacije

OS

UKREP 1

UKREP 2

UKREP 3

Dovedena toplota

Qf,h

Qf,c

Qf,h

Qf,c

Qf,h

Qf,c

Qf,h

Qf,c

Mesec

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

Januar

36344

342

32566

314

23268

263

23948

271

Februar

27230

577

24138

507

17132

298

17249

324

Marec

20963

951

19722

808

13280

425

12571

441

April

10602

1857

10329

1264

6335

842

5436

587

Maj

2420

5139

2420

3078

1117

2026

433

1007

Junij

235

12708

250

11481

56

6308

0

5519

Julij

34

17778

3

17188

0

9338

0

9627

Avgust

12

16707

1

15420

0

8830

0

9591

September

1658

6382

1516

5166

686

3008

168

1982

Oktober

9773

1483

9596

1071

5921

684

4712

478

November

21808

451

19967

395

13921

279

13477

285

December

29906

388

27478

352

19540

278

19076

288

Letna potreba RAČ

MWh

161

65

148

57

101

34

97

30

RAČ

kWh/m2

102

41

93

36

64

21

61

19

MER

MWh

167

167

167

167

MER

kWh/m2

105

105

105

105

Preglednica 13. Mesečne potrebe po dovedeni / odvedeni energiji: primerjava rezultatov modeliranja za štiri različne scenarije 12.

22

PRIROČNIK

5. Geotermični vhodni podatki za modeliranje zajetja plitve geotermalne energije LITOLOŠKI IN TEHNOLOŠKI POPIS VRTINE

Ime vrtine

Opis

Lucija1

Geosonda

Metoda vrtanja

Datum vrtanja

X

Y

Z

Kota ustja

4.000

Vsi podatki so v (m)

Kota gladina vode (mnm)

Iz pripravljenega prereza je dobro razviden pregled razpona geotermičnih parametrov na tem območju. Za natančnejšo oceno na mestu načrtovanja investicije pa je potrebna interpretacija geotermika.

Za zemljišče, kjer stoji vrtec Morje, je geolog zbral rezultate dosedanjih raziskav na ozemlju med Piranom, Portorožem in Lucijo. Zgradbo geoloških plasti v globini je napovedal na podlagi že izvedenih vrtin v bližnji in daljni okolici.

Vrtec Morje se nahaja v delu Slovenskega primorja, ki ga na površini gradijo eocenske flišne kamnine. Na območju vrtca so plasti flišnih kamnin skoraj vodoravne. Menjavajo se plasti laporja, peščenega meljevca in debelozrnatega karbonatnega peščenjaka.

V njih je na globini 90 m pod koto tal ugotovljena do 5 metrov debela plast kalkarenita.

Glob.

Vrtano [m]

Medprost.

Merilo (1: V/D)

Datum GPV

1.00

4.000

Višine

1500.0

Cevitev Filtri

Dolžine 20.0

Litologija

To = 13,5 20

24

0

Glina in melj: 1,75 W/(m.K) -20

40

-40

60

80

n.m.v. [m]

-60 0.11

CEMENT

Pescenjak 30 %: 2,0 W/(m.K)

0.032

Lapor 70 %: 2,35 W/(m.K)

-80

Cv = 2,22 MJ/(m3.K)

100

q = 0,04 W/m2 120

-100

-120

140 150

150

160

-140

150

160 -160

Slika 11. Prognozni prerez geoloških plasti na zemljišču vrtca Morje in ocena vrednosti geotermičnih parametrov.

180

200

Fliš je na območju Marine Portorož prekrit z od 20 do 40 m 220 debelim paketom recentnih morskih sedimentov (glina), katerih debelina se zmanjšuje proti pobočjem.

240 Pod flišem, približno na globini 260 m pod koto tal, ležijo plasti apnenca paleocenske starosti.

260

Hidrogeolog je pregledal prognozni prerez tal skupaj z geologom. Iz izkustvenih podatkov iz drugih vrtin je ocenil, da je prepustnost fliša med 10-6 m/s (večji del peščenjaka) in 2,7 • 10-7 m/s (prevladujoča lapornata komponenta). Učinkovito poroznost fliša je ocenil na 0,1 %. Prepustnost pretežno glinastih plasti je gotovo slaba, verjetno le okoli 5 • 10-9 m/s. Na območju vrtca Morje v zgornjih nekaj metrih verjetno prevladuje bolj prepusten grušč peščenjaka.

Tok podzemne vode v flišu je mogoč v peščenjakih ali razpokanih delih kamnine ter pobočnem grušču in deluviju. Razpokanost fliša se z globino zmanjšuje, razen na območju prelomnih con. Prav tako pa v spodnjem delu prevladujejo manj prepustni laporji. Večina vrtin za izkoriščanje podzemne vode v

-180

-200

Luciji zajema značilno kalkarenitno plast. Njihova izdatnost je od 0,5 do 1 l/s, ugotovljena pa je tudi hidravlična povezava -220 med njimi. To nakazuje, da je ta plitvi vodonosnik zelo omejen. Gladina podzemne vode je v Marini približno meter pod površjem.

-240 Hidrogeolog je podal naslednje ugotovitve: -260

1. Gladina podzemne vode je plitvo pod površjem, lahko že v globini od 2 do 3 metre. Pod koto gladine morja so plasti gotovo omočene.

2. Geološke plasti na obravnavnem zemljišču predstavljajo nizko izdaten vodonosnik z lokalnimi ali omejenimi viri podzemne vode. Z veliko verjetnostjo lahko pričakujemo le nizko izdatnost vodnjaka, zelo verjetno nižjo od 2 l/s, možno pa tudi nižjo od 0,5 l/s, četudi bi vrtali več kot 260 m globoko. Možni so sicer lokalni večji dotoki. Z dodatnimi preiskavami pa je mogoče napovedati, kje na širšem območju je večja verjetnost pojava takih dotokov.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

23

Prognozni prerez globine 150 m

Toplotna prevodnost λ [W/(m∙K)]

Debelina prevrtanih plasti D [m]

Delež plasti v flišu [%]

λ ∙ D [W/K]

Glina melj

1,75

24

Peščenjak

2,00

37,8

30

75,60

Lapor

2,36

88,2

70

208,15

42,00

Utežena povprečna vrednost prevodnosti od 0-150 m

2,17

Utežena povprečna vrednost prevodnosti fliša

2,25

Preglednica 14. Ocena povprečne toplotne prevodnosti (λ [W/(m∙K)]) geoloških plasti na zemljišču vrtca Morje v Luciji do globine 150 m.

Prognozni prerez globine 150 m

Volumska toplotna kapaciteta (po SIA 384/6) ρc [MJ/(m3∙K)]

Debelina prevrtanih plasti D [m]

Glina in pesek zasičena z vodo

2,35

24

Peščenjak

2,1

37,8

30

79,38

Lapor

2,2

88,2

70

194,04

Utežena povprečna volumska toplotna kapaciteta

Delež plasti v flišu [%]

ρc ∙ D [MJ/(m2∙K)] 56,40

2,20

Preglednica 15. Ocena povprečne volumske toplotne kapacitete (ρc [MJ/(m3∙K)]) geoloških plasti na zemljišču vrtca Morje v Luciji do globine 150 m.

Vendar napoved zadovoljive izdatnosti vodnjaka ne more biti 100 % zanesljiva.

3. Za želeno količino črpanja 6 l/s ocenjujemo, da je napoved te količine vode na danem omejenem zemljišču dokaj negotova. Ugodno izdatnost bi bilo možno dokazati le s poskusnim vodnjakom in poskusnim črpanjem.

S poskusnim črpanjem bi bilo potrebno ugotoviti, ali se podzemna voda, ki bi jo zajeli z vodnjakom, obnavlja v zadostni in stalni količini.

4. V globini 260 m in več lahko pričakujemo apnenčaste plasti. Te so v splošnem malo bolj prepustne in porozne kot pa flišne plasti. Da bi zajeli in dokazali želeni dotok vode, bi morali predvideti vodnjak globok vsaj 350 m.

5. Zemljišče, ki je na razpolago ob obravnavanem objektu, je premajhno, da bi omogočalo črpanje in vračanje vode nazaj v vodonosnik. V tem primeru bi prišlo do geotermičnega kratkega stika, saj so pretoki vode vezani na ozke in omejene razpoklinske cone ali stike med plastmi peščenjaka in laporja.

Geotermik je mnenja, da je polje geosond zanesljiva rešitev na danem zemljišču. Podrobneje je pregledal podatke iz geotermalne vrtine Lu-1/94. Ta je pokazala, da je povprečna gostota toplotnega toka (q) v Luciji 40 mW/m2, na globini približno 285 m je bila izmerjena temperatura 19,5 °C, na globini 800 m pa približno 28 °C.

24

Toplotna prevodnost eocenskih peščenjakov je bila izmerjena na 2,0 W/(m·K), dobro prepustnega krednega apnenca pa na 2,61 W/(m·K). Flišni lapor ima povprečno toplotno prevodnost približno 2,36 W/(m·K).

Geotermik je za vrhnje plasti melja in gline ocenil, da je njihova toplotna prevodnost najverjetneje 1,75 W/(m.K). Za to vrednost se je odločil, ko je pogledal povprečne vrednosti toplotne prevodnosti izmerjenih vzorcev gline in melja (Slika 13). To vrednost je primerjal tudi s priporočenimi vrednostmi (1,4 do 2,4 W/ (m.K)), ki jih švicarski standard SIA 384/6 (2010) podaja za z vodo zasičeno glino in z vodo zasičen pesek. Za flišne plasti je ocenil podobno, a rahlo višjo vrednost (2,25 W/m/K), kot je za prevodnost lapornatih kamnin (2,1 W/m/K) priporočena v SIA 384/6 (Preglednica 14). Lapor je namreč lahko ponekod tudi peščen, vmes pa lahko nastopajo tudi plasti kalkarenita. V globini 94 – 99 m pod površjem pričakujemo kar 5 m debelo plast te kamnine.

Za volumsko toplotno kapaciteto je geotermik izbral vrednost 2,22 MJ/m3/K, nekoliko višjo od utežene povprečne vrednosti, če bi jih izbrali iz standarda SIA 384/6 (Preglednica 15).

Predvsem za večja zajetja (> 30 kW) velja, da so poleg natančnih napovedi nujne tudi podrobnejše meritve na terenu, predvsem test termične odzivnosti (TRT). Ta se opravi na začetnih vrtinah tako, da se dejansko ugotovi, kako se geološke plasti odzivajo na odvzem toplote in ali so bile opravljene napovedi ustrezne. Na tej osnovi se lahko prvotni načrt zajetja še izpopolni, kar nam lahko prihrani tudi veliko denarja.

PRIROČNIK

najvišja, merjena poprečna, merjena najnižja, merjena

Toplotne prevodnosti kamnin (λ) iz vrtin Z in JZ Slovenije [W/(m.K)] 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

glinavec, s prodniki apnenca

peščenjak, meljast karbonatni

meljast (karbonatni) lapor

lapor, karbonatni lapor

dolomitiziran apnenec

lapornat apnenec

apnenec

D. Rajver, GeoZS, Baza geotermičnih podatkov

Slika 12. Toplotne prevodnosti vzorcev kamnin iz vrtin v jugozahodni Sloveniji (Prestor et al., 2013).

najvišja izmerjena vrednost povprečna izmerjena vrednost najnižja izmerjena vrednost

Toplotne prevodnosti (λ) vzorcev kamnin z ozemlja Slovenije [W/(m.K)]

tuf

apnenec

dolomitiziran apnenec

dolomit

konglomerat, breča

peščenjak

lapor

meljevec

muljevec

glinovec

pesek

melj

glina

D. Rajver, GeoZS, Baza geotermičnih podatkov

magmatske kamnine metamorfne kamnine

5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

Slika 13. Toplotne prevodnosti vzorcev kamnin iz vrtin za vso Slovenijo (Rajver, baza geotermičnih podatkov)

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

25

6. Modeliranje zajetja plitve geotermalne energije Modeliranje zajetja plitve geotermalne energije je bilo izvedeno z računalniškim programom EED 3.16 Earth Energy Designer.

rabo prostora (neposeljena in netlakovana površina brez podzemnih vodov) in z lastništvom parcele.

Na podlagi predstavljenih geoloških osnov je bilo ocenjeno, da je za objekt VVZ Morje najustreznejša uporaba toplotnih črpalk zaprtega tipa oziroma geosond. Pri postavitvi smo omejeni z

Slika 14. Občinska parcela okoli vrtca, rdeče šrafirano zemljišče na severu je možna lokacija za postavitev polja geosond (min. 12 x 30 m).

26

PRIROČNIK

6. 1. Vhodni podatki za dimenzioniranje zajetja Tla

Vrednost

Enota

Vir podatka

Toplotna prevodnost tal (plitvega podzemlja)

2,170

W/(m.K)

GeoZS

Toplotna kapaciteta tal

2,220

MJ/ (m³∙K)

GeoZS

Temperatura površine tal

13,5

°C

ARSO

Geotermični toplotni tok

0,040

W/m²

GeoZS

Vrtina Postavitev v vrtini

dvojna-U

Premer vrtine

110,0

mm

Premer U-cevi

32,0

mm

Debelina U-cevi

3,0

mm

Toplotna prevodnost U-cevi

0,420

W/(m∙K)

Razmik U-cevi

70,0

mm

Toplotna prevodnost zapolnitve

0,60

W/(m∙K)

Kontaktna upornost cev/ zapolnitev

0,0

(m∙K)/W

400 €/vrtino

Strošek na meter vrtine

60 €/m

Fiksni dodatni strošek na vrtino

100 €/vrtino

Strošek na dodatni meter vrtine

60 €/m

Skupna dodatna globina vrtanja

5 m/vrtino

Strošek na meter jarka

10 €/m

Fiksni začetni stroški Preiskave in dimenzioniranje

7.500,00 €

Vodenje del

6.500,00 €

TRT – preizkus termične odzivnosti

2.500,00 €

Toplotna črpalka TČ 53 kW (B0W65)

13.571,43 €

TČ 34,5 kW (B0W65)

10.178,03 €

reverzibilna > 20 kW

766,50 €

Osnovni zagon

284,70 €

Dostava

219,00 €

Modul za kaskadno vezavo

863,96 €

Preglednica 17. Vhodni podatki za oceno stroškov izvedbe zajetja.

Toplotne upornosti Število multipolov

Fiksni stroški na vrtino

3

Fluid, prenosnik toplote Toplotna prevodnost fluida

0,480

W/(m·K)

Specifična toplotna kapaciteta

3795,0

J/(kg·K)

Gostota fluida

1052

kg/m³

Viskoznost fluida

0,0052

kg/(m·s)

Točka zmrzovanja

-14,0

°C

Pretok fluida na vrtine

5,4

l/s

Faktor sezonske učinkovitosti Ocenjen povprečni SPF (sanitarna voda)

3

Ocenjen povprečni SPF (gretje)

3,2

Ocenjen povprečni SEER (hlajenje)

2,2

Preglednica 16. Vhodni geotermični parametri.

6. 2. Rezultati modeliranja V zgornjem delu preglednice (Preglednica 18) so podane izračunane dimenzije zajetij, izbrane po kriteriju najnižje cene. V spodnjem delu preglednice pa so prikazane izračunane srednje temperature prenosnika toplote, to je tekočine v geosondah.

Mejni pogoj za srednjo temperaturo prenosnika toplote je bil 0 – 30 °C. Prvi trije scenariji so U1_H (samo ogrevanje), U1_HC (ogrevanje in hlajenje) in U1_HCS (ogrevanje, hlajenje in sanitarna topla voda). Ta primerjava je izračunana zato, da pokaže, kako pomemben je delež shranjevanja viškov toplote pri hlajenju stavbe. S shranjevanjem te toplote v tla je izdelava zajetja cenejša kar za četrtino. Z dodatnim segrevanjem sanitarne vode pa se cena zajetja le malo spremeni. Scenarij U3_HC je ukrep 3 (ogrevanje in hlajenje).

Scenarija U1_HC_L2 in U1_HC_L3 sta izvedena zaradi analize občutljivosti izračuna. Prvi scenarij (U1_HC_L2) je izračunan

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

27

Scenarij

U1_H

U1_HC

U1_HCS

U1_HC_L2

U1_HC_L3

U3_HC

Cena zajetja in GTČ

127.690,00 €

94.527,00 €

98.536,00 €

95.601,00 €

113.741,00 €

80.228,00 €

Število vrtin

9

6

6

6

8

6

Globina vrtin [m]

149,21 m

136,36 m

147,50 m

139,34 m

138,55 m

130,26 m

Skupna globina vrtin [m]

1342,86 m

818,15 m

884,97 m

836,05 m

1108,39 m

781,56 m

Osnovna obremenitev: Srednja temperatura prenosnika toplote (na koncu meseca) [°C] po 10 letih JAN

1,81

0,29

0,47

0,43

0,38

0,69

FEB

3,58

3,29

3,32

3,15

2,21

3,53

MAR

4,6

5,11

5,04

4,79

3,31

5,77

APR

6,96

9,28

8,9

8,61

5,93

9,48

MAJ

9,13

14,31

13,56

13,19

9,1

12,54

JUN

9,92

23

21,59

21,15

14,66

16,76

JUL

10,2

28,97

27,09

26,62

18,52

20,62

AVG

10,38

28,37

26,5

26,1

18,24

21,21

SEP

10,15

19,34

18,08

17,86

12,58

15,39

OKT

8,2

12,23

11,42

11,38

8,11

11,8

NOV

5,47

6,86

6,41

6,46

4,69

6,96

DEC

3,28

3,09

2,94

2,99

2,23

3,66

Preglednica 18. Rezultati modeliranja po različnih scenarijih. za primer, če bi stavba z natanko istimi potrebami kot vrtec Morje stala na območju Dragonje (v zaledju Izole in Kopra), torej v drugih in drugačnih geotermičnih pogojih. Drugi scenarij (U1_HC_L3) je na isti način izračunan za geotermične razmere na območju Podgrada.

Za vsako dobljeno zasnovo zajetja je izračunana bilanca toplotne energije, pridobljene iz tal in vložene energije za pogon geotermalnih toplotnih črpalk ter druge toplotne potrebe, ki niso pokrite z geotermalno energijo (Preglednica 19). Izračunani so tudi stroški za vloženo energijo za pogon geotermalnih toplotnih črpalk in tudi druge potrebe stavbe po toplotni energiji. V tem primeru gre lahko, odvisno od scenarija, za energijo za hlajenje ali za sanitarno toplo vodo.

28

PRIROČNIK

UNP za ogrevanje (123,37 € / 82%)

Cena (€/MWh)

OS (MWh)

150,45

161

Hlajenje

U1_H (MWh)

U1_HC (MWh)

U1_HCS (MWh)

U2 (MWh)

U3_HC (MWh)

101

65

65

34

21,7

21,7

11,3

Elektrika za hlajenje COP = 3

136,69

Toplota iz tal

0

101,7

101,7

101,7

77,7

Elektrika za TČ - gretje

136,69

46,2

46,2

46,2

19,4

Hlad iz tal

0

-83,0

-83,0

-39,1

Elektrika za TČ - hlajenje

136,69

25,9

25,9

8,7

Toplota iz tal - STV

0

10,7

Elektrika za TČ - STV

136,69

5,3

UNP za STV

150,45

16

16

16

16

16

PRIHRANEK

0,0

114,8

110,5

121,2

70,4

154,6

STROŠEK ENERGIJE

29.591 €

11.690 €

12.273 €

10.594 €

19.152 €

6.249 €

Vzdrževanje (1% invest.; ocena)

2.000 €

1.277 €

945 €

985 €

2.000 €

1.493 €

STROŠEK

31.591 €

12.967 €

13.218 €

11.580 €

21.152 €

7.742 €

PRIHRANEK

0€

18.624 €

18.373 €

20.012 €

10.440 €

23.850 €

Delež OVE [%] 13

3%

66%

76%

81%

3%

78%

Preglednica 19. Bilanca pridobljene geotermalne energije in vložene energije za pogon geotermalnih toplotnih črpalk (izračunana s programom EED) ter druge toplotne potrebe, ki niso pokrite z geotermalno energijo.13 Pravilnik o učinkoviti rabi energije v 16. členu določa pogoje glede energetske učinkovitosti stavbe in obnovljivih virov energije. Za geotermalno energijo mora biti delež končne energije za ogrevanje in hlajenje stavbe ter pripravo tople vode pridobljen na način, da je najmanj 70 odstotkov iz geotermalne energije.

6. 3. Podrobnejše modeliranje za nadaljnjo optimizacijo in ekonomsko analizo Občutljivost izračunov dimenzioniranja od razpona geotermičnih parametrov smo opravili na dva načina: 1. Privzamemo, da obnavljamo stavbo z enakimi potrebami po energiji kot v Ukrepu 1 z ogrevanjem, hlajenjem in sanitarno vodo. Ta stavba stoji: a) v prvem primeru na mestu vrtca v Luciji (U1 HCS), b) v drugem primeru v dolini Dragonje (zaledje Izole in Kopra), ravno tako na flišnem ozemlju, vendar z drugačnimi geotermičnimi parametri (U1_HCS_L2) in c) v tretjem primeru na apnenčastem ozemlju nad kraškim robom pri Podgradu (U1_HCS_L3).

13 Pri preračunu je upoštevan 31,4 % delež obnovljivih virov energije v mešanici električne energije.

Primerjava modelnih izračunov pokaže, da bi za stavbo z enakimi potrebami potrebovali zelo podobno geotermalno polje tudi na območju Dragonje v zaledju Izole in Kopra. Izvedba bi bila le malo cenejša. Če bi stavba z enakimi potrebami stala na območju Podgrada, bi bilo potrebno večje geotermalno polje.

Investicija bi bila višja za približno 15.000,00 €, to je za 13 % več kot za stavbo v Luciji (Preglednica 19).

2. Privzamemo, da obnavljamo vrtec Morje v Luciji po Ukrepu 1 z ogrevanjem, hlajenjem in sanitarno vodo (U1_HCS). Pri dimenzioniranju polja geosond izberemo vrednosti ključnih geotermičnih parametrov po različnih možnih razponih.

Največji razponi so za izbiro vrednosti toplotne prevodnosti kamnin. Ta parameter tudi močno vpliva na dimenzioniranje.

V danem primeru pomeni izbira med skrajnima možnostma

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

29

približno 30.000,00 € pri oceni investicije. Odstopanja v oceni posameznih parametrov se seštevajo. To je dovolj nazoren primer, zakaj je pri večjih zajetjih, predvsem nad 30 kW, oziroma za polja geosond, potrebno predvideti meritve termične odzivnosti (TRT).

Zato se lahko tudi vnaprej predvidi izdelavo dveh vrtin, ki sta potem, ko pride do končne izdelave, vključeni v polje.

Zaključna faza podrobnejšega modeliranja je iskanje optimalne razporeditve in globine geosond.

Izbor razporeditve glede na zasedenost prostora in globino vrtanja:

Odstopanje ocene investicije glede na izbor vrednosti glavnih geotermičnih parametrov 80.000 €

90.000 €

100.000 €

110.000 €

120.000 €

Izbrani parametri To [°C]

14,5 12,5 1,5

λ [W/(m.K)]

3,5 1,8

ρc [MJ/(m3.K)]

q [W/m2]

2,6 0,038 0,069

Predvideli smo, da se bo investitor odločil za Ukrep 1 z ogrevanjem, hlajenjem in sanitarno toplo vodo Slika 15. Odstopanje ocene investicije glede na izbor vrednosti glavnih geotermičnih (U1_HCS). Pri osnovni rešitvi razparametrov. poreditve geosond smo postavili mejne pogoje, in sicer, da imamo V četrti rešitvi smo predvideli, da bi se investitor raje odločil za na voljo prostor na parceli severno od stavbe v velikosti 30 x 12 izvedbo vrtin v ravni črti ob robu otroškega igrišča južno od m, znotraj katerega so lahko izvrtane vrtine. Iskali smo rešitev, stavbe in da bi bile vrtine globoke do 120 m. pri kateri sonde ne bodo globlje od 150 m, razmik med njimi bo Vpliv razporeditve geosond na učinkovitosti polja: 5 do 10 m, število vrtin pa ne bo večje od 20.

Nato smo poiskali še dve rešitvi za isti prostor. V eni smo dali pogoj, da morajo biti sonde razporejene v ravni črti, s čimer bi zasedle najmanjši možni del zemljišča (Rešitev 2).

V Rešitvi 3 smo predvideli, da je prostor 30 x 12 m namenjen izrecno zelenici in ga lahko v celoti zasedemo z geosondami.

Vendarle pa želimo izvesti polje geosond z globino manjšo od 100 m in si s tem olajšati težavnost vrtanja, oziroma stopnjo tveganja pri izvedbi.

Privzeli smo, da se je potrebno končno odločiti med rešitvama 1 in 3. Prva je najcenejša, druga pa predvideva bistveno plitvejše geosonde, to je 98 m namesto 147 m. Glede na zmanjšanje tveganja pri vrtanju, je morda druga vendarle ugodnejša.

Zanima nas še, kakšna je primerjava med učinkovitostjo ene in druge. Primerjava na sliki kaže, da je razvoj temperature prenosnika toplote v gostejšem in plitvejšem polju ugodnejši (Slika 16). To je še bolj očitno poleti, ko je razlika že od drugega leta in do 25. leta približno 2 °C.

Število vrtin

Tip postavitve

Razmik [m]

Globina [m]

Skupna dolžina [m]

Cena [EUR]

Mejni pogoji

< 20

30 x 12 m

5 do 10

50 do 150

-

-

Rešitev 1

6

4 x 2 U-(tip 111)

10

147

885

98.536

Mejni pogoji

<20

30 x 5 m

5 do 10

50 do 150

-

-

Rešitev 2

7

1 x 7 v vrsti (tip 6)

5

134

941

102.490

Mejni pogoji

< 20

30 x 12 m

5 do 10

50 do 100

-

-

Rešitev 3

10

6 x 3 U-(tip 130)

6

98

981

107.543

Mejni pogoji

< 20

60 x 5 m

5 do 10

50 do 120

-

-

Rešitev 4

8

1 x 8 v vrsti (tip 7)

9

115

922

102.463

Preglednica 20. Optimizacija razporeditve geosond glede na prostorske možnosti.

30

PRIROČNIK

Rešitev 2:

Rešitev 3:

Rešitev 4:

Najnižja in najvišja srednja mesečna temperatura prenosnika toplote [°C]

Rešitev 1:

Odvisnost temperature tekočine za prenos toplote v geosondah od razporeditve vrtin 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 1

10 Leto od začetka obratovanja

100

6 vrtin (4 x 2 U) globina 147,50 m razmik 10,00 m

6 vrtin (4 x 2 U) globina 147,50 m razmik 10,00 m

10 vrtin (6 x 3 U) globina 98,11 m razmik 6,00 m

10 vrtin (6 x 3 U) globina 98,11 m razmik 6,00 m

Slika 16. Primerjava najvišjih in najnižjih srednjih mesečnih temperatur prenosnika toplote pri dveh različnih razporeditvah geosond (Rešitev 1 in Rešitev 3).

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

31

7. Ekonomska analiza – primerjava donosnosti projekta Za primerjavo predstavljenih primerov izvedbe geotermalnega polja geosond smo uporabili izračun ekonomskih kazalcev in izračun interne stopnje donosnosti investicije (po standardu SIA 480). Izbor ekonomskih kazalcev: • • • • •

vrednost kapitala, interna stopnja donosnosti, doba vračanja, letni čisti dohodek, lastna cena (stroški) za enoto izkoriščanja (v danem primeru MWh).

Izbor enega ali več kazalcev izvajamo v odvisnosti od konkretnih vprašanj, na katere mora izračun donosnosti odgovoriti.

V danem primeru sta nas zanimala orientacijska doba vračanja in letni dobiček (Preglednica 21). Obdobje izračuna smo postavili na 30 let, kar je tudi najdaljša življenjska doba enega od sestavnih delov investicije (Preglednica 22).

Uporabljena realna obrestna mera je 1,56 %. DDV ni upoštevan.

Spreminjanje cen ni upoštevano.

Na podlagi izvedenih izračunov lahko ukrepa 1_HCS in 3_HC pridružimo že predlaganim ukrepom iz obstoječega Energetskega pregleda (2010). Na ta način je v predinvesticijski analizi dodana tudi rešitev s plitvo geotermalno energijo (Preglednica 23).

Izračuni ekvivalenta CO2 (za primer vrtec Morje): Ekvivalent CO2 (elektrika) [ton CO2/leto] = 0,060496 ∙ 3,6 ∙ ­Električna energija [MWh] ∙ 2,8 Ekvivalent CO2 (UNP ogrevanje) [ton CO2/leto] = 0,071056 ∙ 3,6 ∙ UNP koristna energija [MWh] ∙ 1,02/0,82 Ekvivalent CO2 (UNP STV) [ton CO2/leto] = 0,071056 ∙ 3,6 ∙ UNP koristna energija [MWh] ∙ 1,02/0,92 Predvidevamo, da je v danem primeru v študiji izvedljivosti potrebno preučiti možnost izvedbe Ukrepa 1_HCS. Če upoštevamo, da je življenjska doba geotermalnega polja vsaj 30 let, je v tem času možno računati, da bo lahko prišlo tudi do delne obnove stavbnega ovoja (zunanjih sten, stavbnega pohištva - okna, vrata). Prihranki na račun Ukrepa 1_HCS bi omogočili investicijo v ovoj iz Ukrepa 2 že 17. leto po končani investiciji v Ukrep 1_HCS. S tem bi se potreba po dovedeni in odvedeni energiji toliko zmanjšala, da bi zadostovala toplotna črpalka zmogljivosti 55 kW. Obstoječe geotermalno polje bi potem omogočalo občutno višjo učinkovitost (SPF). To bi pomenilo tudi bistveno zmanjšanje stroškov. Strošek za energijo za ogrevanje in hlajenje bi bil v tem primeru že več kot štirikrat manjši od današnjega (Preglednica 19).

Ukrep 1 H

Ukrep 1 HC

Ukrep 1 HCS

Ukrep 2

Ukrep 3 HC

Obdobje izračuna (leta)

30

30

30

30

30

Vrednost kapitala (€)

271.493

298.297

333.306

57.259

258.298

Interna stopnja donosa (%)

11,25

14,57

15,47

3,53

6,74

Doba vračanja (leta)

9,0

7,0

6,7

21,8

14,0

Čisti letni dobiček (€/leto)

11.401,15

12.526,76

13.996,92

2.404,56

10.847,01

Lastna cena na MWh (€/MWh)

83,43

78,78

72,70

120,61

85,72

Preglednica 21. Orientacijska primerjava izbranih ekonomskih kazalnikov modeliranih ukrepov.

Investicija

Ukrep 1 H

Ukrep 1 HC

Ukrep 1 HCS

Polje geosond

104.753

70.890

GTČ

22.938

Prezračevanje

27.000

Ukrep 3 HC

Življ. doba

74.900

68.694

30

23.638

23.638

11.535

18

27.000

27.000

27.000

25

191.334

191.334

30

191.334

298.563

Ovoj in okna Skupaj

154.691

121.528

125.538

Ukrep 2

Preglednica 22. Primerjava višine investicij modeliranih ukrepov v €.

32

PRIROČNIK

Ukrep

Stanje sanacije

Investicija (€)

Vračilna doba (leta)

Prihranki (MWh)

Prihranki (€/leto)

Prihranki (T CO2/leto)

OS

Brez sanacije - stavba v sedanjem stanju

0,00

-

0,0

0,00

0,000

Ukrep 1 HCS

Vgradnja meh. prezrač. z rekup. + GTČ

125.536,00

6,7

121,2

18.997,56

21,718

Ukrep 2

Sanacija celotnega ovoja (PURES 2, 2010), brez posegov v ogrevalni sistem

191.334,00

21,8

70,3

10.439,92

28,888

Ukrep 3 HC

Sanacija celotnega ovoja (PURES 2, 2010) + vgradnja meh. prezrač. z rekup. + GTČ

298.562,00

14

154,6

23.343,53

47,308

Preglednica 23. Ukrep 1_HCS in Ukrep 3_HC vključujeta plitvo geotermalno energijo za nadaljnjo predinvesticijsko ekonomsko analizo skupaj z že predvidenimi investicijskimi ukrepi iz obstoječega Energetskega pregleda (2010) (glej Preglednica 8).

Poleg predlagane možnosti z Ukrepom 1_HCS, lahko energetik in investitor primerjata še druge možnosti z vključitvijo GTČ. To je, na primer, ohranitev plinske postaje za pokrivanje viškov in vgradnja geotermalne toplotne črpalke z nižjo nazivno močjo in višjim grelnim številom. Druga možnost je delno pokrivanje potreb stavbe v posameznih delih. Te možnosti so odvisne od nadaljnjih načrtov s stavbo, pri čemer je mišljeno predvsem, kako bo potekala prenova v naslednjih letih, s kakšno dinamiko in podobno. Važno je tudi, kako bo lastnik sestavljal prednostni seznam obnov, da bo zagotovljen kar največji učinek investicij.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

33

8. Namesto sklepa Od tu naprej se odpira domišljija projektantov geotermalnih toplotnih črpalk. Izziv predstavljajo tudi možne kombinacije z drugimi obnovljivimi viri energije, dodatnim skladiščenjem toplote in podobno. Prav tako tiči izziv še v podrobnostih, kako pokriti konične energije, ki jih je običajno za nekaj desetink odstotka celotnih potreb, in kako izrabiti posebnosti določene stavbe ter naravne danosti.

Pri načrtovanju večjih sistemov geotermalnih toplotnih črpalk (od 30 kW naprej) mora sodelovati čimbolj inovativna skupina z energetikom, arhitektom, inštalaterjem, vrtalcem, geologom z

dobro porazdeljenimi medsebojnimi nalogami. Takih sistemov naj ne načrtuje, na primer, samo energetik ali samo vrtalec.

Težko namreč upamo, da bi našli eno osebo z vsemi potrebnimi znanji.

Glavne dobrobiti geotermalnih toplotnih črpalk so prav gotovo: visoka učinkovitost, visok delež obnovljivih virov energije, vzdržna doba vračanja, udobje in prijaznost okolju. Glavni oviri, ki jih moramo danes za to premagati, sta prenos znanja in ekonomski problem investicije.

9. Slovar pojmov »Geotermalna energija« je energija, ki je shranjena v obliki toplote pod trdnim zemeljskim površjem (definicija po EU direktivi 2009/28/EC). Geotermalna energija je Zemljina toplota.

Pri izkoriščanju GE se za obnovljivo energijo šteje le tisti del, ki ga pridobimo kot Zemljino toploto; vloženi del energije, potreben za delovanje geotermalne toplotne črpalke, pa ne. »Plitva geotermalna energija« je energija, ki je shranjena v obliki toplote z zelo nizkim potencialom, običajno s T < 25 °C. »Plitva in globoka geotermija« – meja med plitvo in globoko geotermijo ni natančno določena. V dosedanji praksi se v svetu kot meja največkrat uporabljata globini 300 ali 400 m. »Kalkarenit« je apnenčev peščenjak, oziroma peščenjak z apnenim vezivom. Posamezne plasti kalkarenita so debele okoli 1 m, redko pa so debele 5 m ali več. Nahajajo se med flišnimi plastmi laporjev, glinovcev, muljevcev in peščenjakov. So bolj redke, a so pomembne, ker predstavljajo pomembne lokalno omejene vodonosnike. Običajno so dobro razpokane, zato se po njih pretaka podzemna voda. Veliko vodnjakov v slovenski Istri zajema vodo iz teh plasti.

čata temperatura prenosnika toplote v toplotnem izmenjevalcu (prvi del oznake, npr. B7) in temperatura prenosnika toplote v ogrevalnem oziroma hladilnem krogu (drugi del oznake, npr.

W55). Prvi del oznake predstavlja vir energije, drugi del pa ponor energije14. kratice W = voda, B = slanica, A = zrak »Faktor sezonske učinkovitosti« (kratica SPF) je razmerje med oddano energijo za ogrevanje in vloženo energijo za pogon sistema za ogrevanje v celotnem letu.

Kot pomemben prispevek k obnovljivim virom energije štejejo le tiste geotermalne toplotne črpalke s faktorjem sezonske učinkovitosti (SPF), ki je večji od 2,5 (velja za geotermalne toplotne črpalke na električni pogon).

»Zaprt sistem« je sistem toplotne izmenjave, pri katerem prenosnik toplote kroži v zaprti cevni napeljavi in ne pride do stika z naravnim okoljem.

Pri »odprtem sistemu« je prenosnik toplote sama površinska ali podzemna voda, ta pa je v stiku z naravnim okoljem, iz katerega se črpa oziroma vrača. »Neposredna raba« geotermalne energije za ogrevanje in hlajenje je raba načrpane Zemljine toplote ali hladu brez uporabe toplotne črpalke. »Posredna raba« geotermalne energije za ogrevanje in hlajenje je raba Zemljine toplote s pomočjo toplotnih črpalk. »Grelno število« (kratica COP) je razmerje med grelno močjo in priključno močjo. To razmerje oziroma učinkovitost toplotne črpalke je odvisno od določenih pogojev (B7 / W35), ki jih dolo-

34

14 SIST EN 15450:2007, str. 37

PRIROČNIK

10. Kratice in oznake COP – grelno število (coefficient of performance) ELKO – ekstra lahko kurilno olje GE – geotermalna energija GTČ – geotermalna toplotna črpalka LEK – Lokalni energetski koncept občine OVE – obnovljivi viri energije

SPF – faktor sezonske učinkovitosti (seasonal performance factor) STV – sanitarna topla voda TČ - toplotna črpalka UNP – utekočinjen naftni plin

11. Literatura ARSO, 2009: Meteorološki letopis 2009: dnevne temperature tal, Portorož-letališče. http://www.arso.gov.si/vreme/podnebje/ meteorolo%C5%A1ki%20letopis/meteoroloski_letopisi.htm Energetski pregled Vzgojno varstveni zavod Morje. EL-TEC Mulej, d.o.o. 2010. 45 str.

Gjerkeš, H., Stegnar, G., 2014. Nadgradnja in dopolnitev energetskega pregleda določene stavbe z dodatnim ukrepom plitve geotermalne energije v okviru projekta LEGEND. GI ZRMK, Ljubljana.

Prestor, J., Mavc, M. 2011: Poročilo o hidrogeoloških razmerah za gradnjo na območju Lucije (občina Piran). Arhiv GeoZS. Prestor, J., Pestotnik, S., Rajver, D., Meglič, P. and Rikanovič, R. 2013: Benchmark report. Three regions of SW Slovenia. Local report on potentials for ground coupled heat pump introduction in Adriatic countries’ market of heating and cooling, Geological Survey of Slovenia, Ljubljana, 29 p.

Rajver, D. 1994: Geotermične raziskave v vrtini LU-1 v Luciji pri Portorožu. Arhiv GeoZS.

Lapanje, A., Marinko, M., Matoz, T., Benčina, D. 2006: Hidrogeološke strokovne osnove za zajem vode za toplotno črpalko v flišnih plasteh Hotel Palace-Portorož. Arhiv GeoZS.

Ratej, J., Lapanje, A. 2006: Hidrogeološke strokovne osnove za zajem vode v flišnih plasteh za toplotno črpalko in za zalivanje Marina Portorož d.d. Arhiv GeoZS.

Lokalni energetski koncept mestne občine Koper. Končno poročilo. BOSON, trajnostno načrtovanje, d.o.o. 2013. 169 str.

Sanner, B., Andersson, O., Eugster, W. & Arrizabalaga, I. 2011: Geotrainet training manual for drillers of shallow geothermal systems. European Geothermal Energy Council. Geo-Education for a sustainable geothermal heating and cooling market.

Project: IEE/07/581/S12.499061. 113 p.

Lokalni energetski koncept mestne občine Koper. Končno poročilo. Eco Consulting, d.o.o., Energija, Okolje, Ekonomija.

2008. 186 str.

Lokalni energetski koncept občine Divača. Končno poročilo.

Goriška lokalna energetska agencija. 2011. 246 str.

Lokalni energetski koncept občine Hrpelje-Kozina. Končno poročilo. Eco Consulting, d.o.o., Energija, Okolje, Ekonomija.

2010. 153 str.

Lokalni energetski koncept občine Izola za obdobje 2014 do 2024. OIKOS, svetovanje za razvoj, d. o. o. 2013. 102 str.

Lokalni energetski koncept občine Komen. Končno poročilo. Eco Consulting, d.o.o., Energija, Okolje, Ekonomija. 2010. 135 str.

Lokalni energetski koncept občine Piran. I. Analiza stanja.

Oikos, svetovanje za razvoj, d.o.o. 2009. 87. str.

SIST EN 15450:2007 → (v angleščini) Grelni sistemi v stavbah – Načrtovanje toplotno črpalnih ogrevalnih sistemov. Heating systems in buildings – Design of heat pump heating systems.

Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA) - SIA 546 384/6:2010 → Bâtiment, génie civil. Sondes géothermiques.

Société suisse des ingénieurs et des architectes (SIA) - SIA 506 480:2004 → Calcul de rentabilité pour les investissemens dans le bâtiment.

Verein Deutscher Ingenieure (VDI) - VDI 4640-Part 1:2000 → Thermal use of the ground. Fundamentals, approvals, environmental aspects.

Lokalni energetski koncept občine Piran. II. Načrt ukrepov.

Oikos, svetovanje za razvoj, d.o.o. 2009. 47. str.

Lokalni energetski koncept občine Sežana. Končno poročilo.

Goriška lokalna energetska agencija. 2011. 254 str.

Neznan: 2005: Mnenje o rezultatih raziskav z vrtino B-1 na lokaciji »Hoteli Bernardin« v Portorožu. Arhiv GeoZS.

Plitva geotermalna energija v predinvesticijski analizi

35

projektni partner GeoloĹĄki zavod Slovenije DimiÄ?eva ulica 14 1000 Ljubljana Slovenija www.geo-zs.si