Nizkotemperaturna geotermalna energija by VISART studio, Kvants-Visart d.o.o.

NizkotemperatURNA GEOTERMALNA ENERGIJA Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

Projekt GEO.POWER v Sloveniji

„

Predgovor Vemo, da se Evropska unija sooča s problemom povečane odvisnosti od uvoza energije in omejenih energetskih virov, k čemur je treba dodati še potrebo po omejitvi vplivov podnebnih sprememb in odpravi gospodarske krize. Energetska učinkovitost in obnovljivi viri energije so pomembno sredstvo za spoprijemanje s temi izzivi. Izboljšujejo zanesljivost oskrbe v Uniji, saj zmanjšujejo porabo in uvoz energije. S prehodom na energetsko učinkovitejše gospodarstvo in spodbujanjem obnovljivih virov energije v tem gospodarstvu bomo pospešili tudi širjenje inovativnih tehnoloških rešitev in izboljšali konkurenčnost industrije v Uniji ter tako spodbudili gospodarsko rast in ustvarili visokokakovostna delovna mesta. Geotermalne toplotne črpalke so ena od pomembnejših tehnologij na obnovljive vire energije in imajo zelo pozitiven učinek na doseganje zavezujočih ciljev Evropske unije na področju obnovljivih virov energije, saj ponujajo velik potencial pri njihovem uvajanju, novih tehnoloških inovacijah, možnostih izkoriščanja presežkov energije ter shranjevanja toplote in hladu. Vsekakor bodo v prihodnosti, tako na regionalni kot lokalni ravni vplivale tudi na nove zaposlitvene možnosti, zlasti kar zadeva mala in srednja podjetja.

„

Projekti kot je GEO.POWER s svojimi rezultati vsekakor potrjujejo pomembnost geotermalnih toplotnih črpalk in pomagajo pri spodbujanju politike obnovljivih virov energije. mag. Erik Potočar Ministrstvo za infrastrukturo in prostor, Direktorat za energijo

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

NizkotemperatURNA GEOTERMALNA ENERGIJA Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

„

Projekt GEO.POWER »Regionalne strategije za široko uporabo geotermalne energije v stavbah« se sofinancira iz Evropskega sklada za regionalni razvoj v okviru programa INTERREG IVC 2007–2013.

„

Vsebina izraža stališča avtorjev. Organ upravljanja ni odgovoren za kakršnokoli uporabo informacij, ki jih vsebuje publikacija.

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

Uvod Večji razmah uporabe geotermalnih toplotnih črpalk (GTČ) pomeni pomembno spodbudo za uvajanje novih, bolj razvitih tehnologij in rešitev ter spodbudo za gospodarski razvoj. Obstoječi trg je že več let v začetni do zmerno rastoči fazi in ne doseže stopnje hitre rasti in s tem tudi ne uvedbe zahtevnejših tehnologij ter pomembnejšega prispevka v porabi energije za ogrevanje in hlajenje. Današnji delež je v celotni rabi nepomemben in predstavlja le 1,3 % obnovljivih virov energije (OVE) za ogrevanje in hlajenje (H&C). Večji delež te vrste energije bi hkrati pomenil tudi večjo neodvisnost od uvoza, transporta in nihanja cen energentov. Eden od ukrepov za izpolnitev zahtev Direktive 2009/28/ES o spodbujanju uporabe energije iz obnovljivih virov je povečati delež obnovljive energije s 16 % (2005) na 25 % (2020) v rabi bruto končne energije. Za dosego tega cilja je vlada RS sprejela akcijski načrt za obnovljive vire energije (AN OVE) za obdobje 2010–2020, kot ga določa Direktiva 2009/28/ES. V njem so ocenjene in določene potrebne kvantitativne vrednosti rabe energije iz OVE po posameznih sektorjih (ogrevanje in hlajenje – H&C, električna energija – EE, promet – T) ter ukrepi, s katerimi bo omogočena raba želene količine energije iz OVE v prihodnjih letih po posameznih tehnologijah. Država je prenesla odločitve in izvajanje ukrepov na področju energetske oskrbe na lokalno (izvedbeno) raven. Na podlagi Energetskega zakona (EZ, 1999) so občine dolžne izdelati svoje lokalne energetske koncepte (LEK), s katerimi morajo minimalno dosegati tudi cilje iz AN OVE. Ta premik k decentralizirani energetski oskrbi ima več prednosti, vključno z izkoriščanjem lokalnih virov energije, večjo lokalno varnostjo oskrbe z energijo, krajšo prevozno potjo, manjšimi izgubami energije pri prenosu ter večjim razvojem občin in ustvarjanjem lokalnih delovnih mest. S sprejetjem LEK-a občina v skladu z Energetskim zakonom (EZ) pridobi tudi pravico do črpanja nepovratnih sredstev za so-financiranje ukrepov, ki so opredeljeni v akcijskem načrtu LEK-a. Ker se je izkazalo, da so obstoječi LEK-i neprimerljivi, slabe kakovosti in izdelani le zato, da bi bilo zadoščeno zakonskim določbam, so bile kasneje s pravilnikom predpisane obvezne vsebine in vrste zahtevanih podatkov (Pravilnik o metodologiji in obveznih vsebinah lokalnih energetskih konceptov, Ur.l. RS, št. 74/2009, 3/2011). Lokalne skupnosti morajo tako v skladu z EZ in z določbami novega Pravilnika uskladiti LEK-e najkasneje do 31. decembra 2015. Sicer se LEK izdela za obdobje desetih let, najkasneje po petih letih pa ga je potrebno prirediti, dopolniti ali izboljšati oziroma izdelati nov koncept.

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

REPUBLIKA SLOVENIJA MINISTRSTVO ZA GOSPODARSKI RAZVOJ IN TEHNOLOGIJO

LEK-i so za doseganje nacionalnih podnebno-energetskih ciljev ključnega pomena. Sedanji LEK-i kažejo, da 7 % delež OVE za H&C iz GTČ na ravni celotne države ne bo dosežen, ker ne bo dosežen na ravni lokalnih skupnosti. Občine in pripravljavci LEK-ov se ne soočajo s ciljnim deležem in se ne opredeljujejo do razlogov za nedoseganje tega deleža, kar pa ne velja za druge vire energije. Zato so novi LEK-i naša priložnost! Odgovornost je na lokalnem nivoju! Ključna osnova pri načrtovanju in odločanju za uporabo GTČ je poznavanje geotermičnih lastnosti geoloških tal in vodonosnikov. S temi podatki upravlja Geološki zavod Slovenije. V splošnem je glede na podnebne, geološke in hidrogeološke danosti Slovenije uporaba različnih sistemov GTČ mogoča skoraj povsod, tudi na gričevnatih ali celo hribovitih območjih, posebej ugodne pa so razmere v večjih naseljih in gosto poseljenih območjih (Ljubljana, Maribor, Celje, Kranj, Ptuj, Domžale, Kamnik …).

Avtorji: Joerg Prestor Dušan Rajver Simona Pestotnik Andrej Lapanje Geološki zavod Slovenije Dimičeva ulica 14 1000 Ljubljana http://www.geo-zs.si/ E-pošta: info@geo-zs.si

Kazalo

Uvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. GEOTERMALNA ENERGIJA IN KONKURENČNOST. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. NizkotemperatURNA GEOTERMALNA ENERGIJA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3. PODROČJA UPORABE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4. Zajem zemljine energije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5. OPIS SEKUNDARNIH SISTEMOV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6. ZAKONODAJA, PREDPISI IN SPODBUDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7. SKLEPI IN PRIPOROČILA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 8. SLOVAR UPORABLJENIH KRATIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 9. UPORABNE POVEZAVE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

1. GEOTERMALNA ENERGIJA IN KONKURENČNOST 1. 1. Ozadje Geotermalna energija je z vidika stroškov in koristi eden najčistejših in najučinkovitejših virov energije in ima pri široki rabi velik potencial pri nadomeščanju fosilnih goriv ter zmanjševanju globalnega segrevanja. Geotermalne toplotne črpalke (GTČ) predstavljajo moderno tehnologijo za ogrevanje in hlajenje (H&C) stavb ter pripravo sanitarne tople vode (STV). Izrabljajo geoenergijo (toploto, shranje pod površjem trdne zemlje) in so v rabi že skoraj vsepovsod v Evropi. Omogočajo varčevanje s primarno energijo kot tudi varčevanje pri stroških ogrevanja in hlajenja (Sanner, 2008a). Tehnološki napredek, spremenljivost stroškov ter težave pri dobavi plina in nafte iz tujih držav nas opozarjajo na pomembnost energetske neodvisnosti, vse izrazitejša je težnja k uporabi takšnih lokalnih virov, kot je geotermalna energija in še zlasti vseprisotna nizkotemperaturna geoenergija, ki jo izkoriščamo s tehnologijo GTČ. Tehnologija GTČ je s pomembnimi gospodarskimi in okoljskimi koristmi cenovno dostopna in široko uporabna tako za ogrevanje in hlajenje stanovanj, kot za učinkovito rabo energije v industriji in malih ter srednje velikih podjetjih. Glavne ovire za razmah trga GTČ so pomanjkanje znanja in pravih informacij o tehnologiji ter negotovost glede pridobivanja dovoljenj. Konkurenčni položaj različnih tehnologij za namen ogrevanja in hlajenja določajo različni dejavniki. V največji meri je konkurenčnost GTČ odvisna od razmerja cen električne energije in cen konkurenčnih goriv. V splošnem velja, da imajo sistemi GTČ primerjalno prednost pred konkurenčnimi tehnologijami v primerih, ko je faktor sezonske učinkovitosti (SPF) večji kot je razmerje cen energije. Čim večja je razlika med faktorjem SPF ter razmerjem med ceno energije, tem večja je prednost tehnologije v smislu operativnih stroškov. Povprečno razmerje cen električne energije in zemeljskega plina je pri nas 2,04 (1,78–2,23) (velja za obdobje med leti 2007– 2012). Učinkovitost tehnologije GTČ pa je dejansko

veliko večja od 2, torej so GTČ na našem trgu dobra alternativa. Grafikon 1 prikazuje primer učinkovite rabe energije – za 1 kWh vloženega zemeljskega plina, dobimo največ 1 kWh toplotne energije oziroma 0,6 električne energije. Če slednjo vložimo v GTČ za pogon kompresorja, s tem pridobimo 2, 4-krat toliko toplotne energije, kot bi jo neposredno s plinskim gorilnikom.

1 kWh toplotne energije

izgube pri prenosu el. en. 1,4%

0,58 kWh el. en.

plinski gorilnik z η = 100 %

0,59 kWh el. en.

GTČ s SPF = 4

1,00 kWh zemeljskega plina

Proizvodnja el. en. s plinsko turbino z η = 59 %

2,36 kWh toplotne energije

Grafikon 1. Načelo učinkovite rabe energije.

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

1. 2. Cilji Na osnovi teh predpostavk in zavedanja o neizkoriščenosti potenciala nizkotemperaturnih geotermalnih virov je v 11 EU regijah potekal projekt GEO.POWER. Rezultati projekta lahko pomembno prispevajo k uresničevanju ciljev podnebnoenergetskega svežnja EU, imenovanega 20-2020 (20 % zmanjšanje emisij toplogrednih plinov, povečanje energetske učinkovitosti za 20 % in 20 % povečanje rabe obnovljivih virov energije do leta 2020), prav tako pa tudi k doseganju ciljev Kjotskega sporazuma in Københavnskega dogovora. Cilj projekta GEO.POWER je izmenjava dobrih praks (izkušenj, politik, finančnih spodbud, uporabe tehnologije v zasebnem in javnem ter stanovanjskem, storitvenem, industrijskem in kmetijskem sektorju) na

področju izkoriščanja nizkotemperaturne geoenergije ter priprava podlage za večji razmah tehnologije GTČ v stavbah v skladu z Direktivo 2009/28/ES o spodbujanju uporabe obnovljivih virov energije in Direktive 2010/31/EC o energetski učinkovitosti stavb. Glavni rezultat projekta GEO.POWER je izdelava regionalnih akcijskih načrtov za razvoj GTČ, ki upošteva nabor zakonskih oz. urejevalnih, ekonomskih in tehnično oz. tehnološko najboljših predlogov. Njihova vključitev v regionalne operativne programe nove finančne perspektive 2014–2020 naj bi v širšem merilu vplivala na dolgoročno strategijo investicij v široko uporabo nizkotemperaturnih geotermalnih sistemov.

1. 3. Dejavnosti Kot podlago za pripravo lokalnega akcijskega načrta smo najprej izvedli primerjalno analizo pogojev (»benchmarking«) za razvoj GTČ. V naslednjem koraku smo izvedli analizo prednosti in pomanjkljivosti tehnologije ter na drugi strani priložnosti in nevarnosti za okolje in razvoj tega trga (»SWOT analiza«). Analiza slovenskega trga GTČ je

pokazala, da z nadaljevanjem sedanjih opazovanih trendov (1995–2010) naraščanja pridobljene energije za ogrevanje z GTČ cilji iz AN OVE ne bodo doseženi in da je za razmah potrebna bolj aktivna politika. V nadaljevanju podajamo zasnovo predlaganih ukrepov, ki bi omogočili hitrejšo rast trga.

1. 4. Rezultati Velik razmah GTČ (z 1,3 % na 6,9 % v bilanci OVE za namen ogrevanja in hlajenja) zahteva veliko število visoko usposobljenih vrtalcev in inštalaterjev geoenergijskih sistemov, dobro delovanje teh sistemov po namestitvi in monitoring delovanja: takšne so tudi zahteve Direktive o spodbujanju uporabe energije iz obnovljivih virov (14. člen). Za dosego nacionalnega cilja so potrebni veliki koraki s spodbudami gradnje večjih sistemov z GTČ v javnem stavbnem fondu: vpeljava novih tehnologij, večji prispevek k tej energetski bilanci, bolj opazna

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

navzočnost tehnologije GTČ. Pri tehnologiji GTČ se ne moremo odločati po principu »one size fits all« oz. »ena velikost za vse«. Neka enotna globina geosonde (100 m) ne bo ustrezala vsem različnim geološkim danostim, glede na postavljene energetske potrebe stavbe po ogrevanju in hlajenju. Geološke razmere so namreč tisti dejavnik v projektiranju, na katerega nimamo vpliva, z drugimi besedami – načrt se mora prilagoditi geologiji in hidrogeološkim razmeram. Zaradi tega je pomembno orodje pri umeščanju GTČ v prostor priprava javnih podatkovnih slojev.

V nadaljevanju so na kratko predstavljeni ukrepi iz Akcijskega načrta za večji razmah GTČ: Ukrep

Izboljšanje administrativnih postopkov

Izvedbeni koraki

1. Jasni kriteriji za izdajo dovoljenj za naprave 2. Postopek dovoljenj v enem koraku in na enem mestu 3. Ustanovitev informacijskega sistema GTČ

Ciljne vrednosti

Trajanje postopka izdaje dovoljenj – 1 teden, enoten obrazec in eno mesto za oddajo vloge

Strukturni skladi

Operativni program razvoja človeških virov

Ukrep

Vrednotenje prispevka GTČ

Izvedbeni koraki

1. Evidenca prispevka GTČ (število naprav, energija, zmanjšanje CO2) 2. Lokalni energetski koncepti – podpora in navodila občinam za doseganje skupnega nacionalnega cilja 7 % geoenergije v OVE za ogrevanje in hlajenje 3. Informacijski sistem (GIS) za izmenjavo informacij z vključitvijo podatkov o rabi GTČ v kataster nepremičnin 4. Vzpostaviti geotermalno GIS bazo s posodabljanjem niza kart in s priporočili za razširjeno porabo geotermalnih virov uporabnikom

Ciljne vrednosti

7 % GTČ za ogrevanje in hlajenje do 2020

Strukturni skladi

Operativni program krepitve regionalnih razvojnih potencialov

Ukrep

Subvencije za velike in inovativne sisteme GTČ

Izvedbeni koraki

1. Podrobnejši načrt povečanja GTČ pri obnovi in novi gradnji za dosego ciljev iz AN OVE 2. Priprava pogojev in razpisa 3. Izvajanje načrtovanega povečanja GTČ in spremljanje učinkovitosti spodbud

Ciljne vrednosti

letno 28–47 obnov in 9–27 novo gradenj

Kriteriji

Večji sistemi: 200 kW (javne, industrijske, večstanovanjske, nestanovanjske stavbe) Inovativni sistemi: 100 % pokritost potreb po hlajenju in ogrevanju iz OVE (KOMBINACIJE RAZLIČNIH OVE), shranjevanje toplote in hladu, namesto proizvajanja – ATES, BTES

Strukturni skladi

Operativni program razvoja okoljske in prometne infrastrukture

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

2. NizkotemperatURNA GEOTERMALNA ENERGIJA 2. 1. Geotermalna energija Geotermalna energija pomeni energijo, ki je shranjena v obliki toplote pod trdnim zemeljskim površjem. Ta energija je čist, obnovljiv, lahko dostopen in neizčrpen vir energije. Izraz nizkotemperaturni (nizkoentalpijski) geotermalni viri se uporablja za neposredno uporabo geotermalne toplote iz zemlje ali iz podzemne vode za ogrevanje in hlajenje prostorov. Temelji na dejstvu, da Zemlja (pod površjem) čez vse leto pri relativno stalni temperaturi ostaja pozimi toplejša, poleti pa hladnejša kot zrak nad njo, npr. podobno kot v kraški jami. Povprečne dnevne temperature se med letom v globini okoli 5 m ne spreminjajo dosti, največ za 2–3 °C, v globini okoli 10 m le še za nekaj desetink stopinje, v globini nad 20 m pa letne spremembe že izginejo. GTČ izkorišča to prednost z odvzemanjem shranjene toplote iz plitvega podzemlja ali podzemne vode in prenosom le-te v zgradbo pozimi, poleti pa s prenašanjem toplote iz zgradbe navzven ter nazaj v podzemlje. Z drugimi besedami, tla delujejo pozimi kot vir toplote, poleti pa kot ponor toplote.

Plitva geotermalna energija se dejansko lahko izrablja povsod, večinoma v obliki GTČ (Slika 1). Če dosega geotermalna toplota nižjo temperaturo od temperature, ki jo zahteva sistem ogrevanja, se uporablja sistem toplotne črpalke (TČ) ali pa se plitvo podzemlje (tla ali vodonosnik) uporablja za skladiščenje toplote in hladu. Če je geotermalna toplota na temperaturnem nivoju, ki ustreza zahtevani temperaturi za sistem ogrevanja, se energija iz plitvega podzemlja lahko rabi neposredno (preko izmenjevalcev toplote). Shranjevanje toplote v vodonosniku ali tleh: V splošnem velja, da je bolje shranjevati odpadno toploto, ki drugače ne bi bila uporabljena, in jo kasneje uporabiti tam, kjer je potrebna. Izhajamo iz tega, da ni nobene proste ali odpadne energije, dokler zanjo obstaja potreba in so stroški v zameno za shranjevanje smiselni.

Slika 1. Potencial za GTČ.

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

2. 2. Geotermalna toplotna črpalka Sistem GTČ sestoji iz treh glavnih komponent. Preko primarnega tokokroga vhodni energent, ki je v tem primeru toplota plitvega podzemlja, vstopa v energetski sistem ter zagotavlja energijo na določenem nivoju. Med primarnim in sekundarnim tokokrogom je TČ, ki pretvori to toploto na ustrezno temperaturno raven. S sekundarnim tokokrogom je zagotovljen prenos in distribucija energije (v obliki toplote ali hladu) za uporabo v objektu. Dober načrt mora upoštevati celoten sistem s prilagajanjem komponent, saj se s tem doseže najbolj učinkovito delovanje in najvišje udobje. Toplotna črpalka omogoča spremembo toplote z nižje temperaturne ravni na višjo s pomočjo zunanjega vira energije (npr. elektrike za pogon kompresorja). Količina zunanjega vložka energije mora biti čim nižja, da je TČ ekološko in ekonomično prikladna. Merilo učinkovitosti sistema TČ je letna (sezonska) učinkovitost (SPF), ki je poprečni koeficient učinkovitosti (COP) v nekem postrojenju čez vse leto ali le v ogrevalni/hladilni sezoni: SPF =

∫

Slika 2. Rezultati meritev delovanja toplotnih črpalk (Sanner, 2010).

uporabna toplota vložek (električne) energije

To je merilo učinkovitosti plitvih geotermalnih sistemov. Ti so vsestranski in se lahko prilagodijo na skoraj vsakršne podpovršinske pogoje. Monitoring je pokazal, da so GTČ glede SPF tudi v praksi boljše od TČ zrak-voda. Nemški Inštitut Fraunhofer ISE je izdelal študijo z opazovanjem ca. 60 TČ, ki so pokazale povprečni SPF = 3,8 za GTČ glede na 2,6 za TČ na zrak (slika 2). Podobno se za COP, ki je merjena industrijsko določena učinkovitost TČ, smatra, da je to razmerje med ogrevalno kapaciteto in vloženo električno kapaciteto. Če je npr. COP = 4 = 4 kW/1 kW, je v teh 4 kW že vključen ta 1 kW, ki ga TČ troši za pogon kompresorja.

Toplota stisnjena tekočina

stisnjen zrak

Kondenzator

Ekspander

Kompresor

razpuščena tekočina

razpuščenzrak

Uparjalnik

Toplota

Hlad

Slika 3. Delovanje toplotne črpalke.

V splošnem je TČ naprava, s pomočjo katere z dodajanjem energije črpamo toploto z nižje na višjo temperaturo. Enostavna izvedba TČ ima štiri ključne enote – uparjalnik, kompresor, kondenzator in ekspanzijski ventil. Princip delovanja TČ temelji na Carnotovem krožnem procesu. Delovni medij v uparjalniku odvzame toploto Zemlji in se pri tem upari. S kompresorjem dovedemo v proces delo, s čimer se mediju povečata temperatura in tlak, ko pride v kondenzator. V kondenzatorju se nato medij zopet utekočini in pri tem odda uparjalno toploto v sistem ogrevanja. V zadnji fazi gre delovni medij še skozi ekspanzijski ventil, kjer se razširi na začetni tlak. Proces se ponavlja. Na ta način TČ jemlje toploto iz zunanjega okolja (zrak, voda, tla) in ga prenese v stavbo (slika 3).

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

2. 3. Ekonomske in okoljske prednosti Začetna investicija v sistem GTČ, vgradnjo in pridobivanje ustreznih geoloških in hidrogeoloških podatkov o značilnostih območja predstavlja relativno visok strošek, na drugi strani pa ima nizkotemperaturna geotermalna energija številne prednosti z vidika okoljske, ekonomske in obratovalne varnosti sistema (Preglednica 1). Geotermalna energija predstavlja praktično neomejen in neizčrpen vir energije, ki se uvršča med OVE. Druga prednost tega vira je stalnost in razpoložljivost: za razliko od nekaterih drugih OVE, kot sta denimo sončna in vetrna energija, je geotermalna energija na voljo, tudi ko sonce ne sije in veter ne piha – 365 dni na leto in 24 ur na dan. Poleg tega so obratovalni in vzdrževalni stroški sistema GTČ zelo majhni in zelo poceni (Grafikon 2).

50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0

ELKO

GTČw-w

Stroški energenta v življenski dobi 25 let Stroški emisij v življenski dobi 25 let

Preglednica 1. TEHNOLOGIJA GTČ JE …

Grafikon 2. Primerjava stroškov v življenjski dobi naprave (25 let) za ogrevanje in pripravo sanitarne tople vode (za 4 osebe) povprečno izolirane enodružinske hiše 120 m2 (15.000 kWh/leto) z GTČ 8 kW (voda-voda) v primerjavi s kotlom na olje. Letno število ur ogrevanja znaša 1900 ur.

izkorišča obnovljivo geotermalno energijo, ki je shranjena v obliki toplote pod trdnim zemeljskim površjem – trajen in povsod prisoten vir energije njeno delovanje je tiho, naprave so nevidne, omogoča najvišjo stopnjo bivalnega udobja, obratovalni in vzdrževalni stroški so nizki … OKOLJSKO ČISTA

veliko prispeva k zmanjšanju emisij (NOx, SOx, CO2 in prašnih delcev) in prihranku primarne energije omogoča pomembno zmanjšanje odvisnosti od fosilnih goriv in prehod k energetski neodvisnosti je pri uporabi električne energije iz OVE, v kombinaciji s PV ali kogeneracijo na biogoriva, brez emisij toplogrednih plinov ne potrebuje transporta surovin, prenosnih in razdelilnih vodov ali zalogovnikov goriv

… VARNA

ne predstavlja nevarnosti za požar, eksplozijo ali izgube goriva je kot kombiniran energetsko učinkovit geotermalni sistem brez tveganja za prekinitev v dobavi energije za ogrevanje in hlajenje stavb, deluje 24 ur na dan, čez vse leto z 1 kWh vložene energije pridobimo 4 kWh energije omogoča okoli 50 % prihrankov na letni ravni obratovanja v toplotnem in hladilnem načinu v primerjavi s konvencionalnim sistemom je stroškovno učinkovit sistem z dobo vračanja 6 do 15 let

… ZELO EKONOMSKO UČINKOVITA

uporabnik je zaradi visoke učinkovitosti tehnologije manj občutljiv na spremembo cen na energetskem trgu zelo uporabna je za nove stavbe in za zamenjavo obstoječih energetskih sistemov, za stanovanjske stavbe (enostanovanjske, večstanovanjske) in nestanovanjske stavbe (industrijske, kmetijske, trgovske, turistične) ponuja možnosti za shranjevanje presežkov energije v tla ali vodonosnik in sezonsko izkoriščanje viškov ima dolgo življenjsko dobo (>30 let)

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

Strošek plitvih geotermičnih sistemov je krajevno odvisen zaradi spremenljive geologije, prisotnosti ali odsotnosti vode v zemljinah in kamninah, globine gladine podzemne vode, prostora za ustrezen razmik

med kolektorji, vrtinami ali navpičnimi geosondami na površju, razdalje postavitve od primernega vrtalca, ki bi delo korektno izvajal ipd.

a) Odprt sistem – vodne vrtine Parametri, ki večinoma vplivajo na investicijske stroške GTČ voda-voda, so: • globina vrtine, • možni pretok vode, ki poda premer opremljenih (casing) cevi, • narava vodonosnika (vodnjak v karbonatnih kamninah je lažje dokončati in je cenejši v primerjavi s postavitvijo posebnih filtrov in prodnatega zasipa za proizvajanje iz peščenega vodonosnika),

• fizikalno-kemijske značilnosti vode, ki zahtevajo obdelavo vode, s čimer se izognemo koroziji ali olajšamo injiciranje vode po toplotni uporabi v isti vodonosnik, • strošek zavarovanega pokritja v primeru nezadostne proizvodnosti vrtin (praksa v tujini!), • črpalni sistem, ki je drag za večje pretoke, • potrebna študija (izdelava hidrogeološkega poročila) za pridobitev dovoljenja.

b) Zaprt sistem GTČ Za zaprte sisteme velja povsem drugačen pristop; moč vsake vrtine je prav tako odvisna od lokacije, toda ne v istem razponu. Cena vrtanja za geosondo je odvisna od geološke sestave (vrtati v trdne kamnine je lažje in hitreje, ker je možno vrtati z zrakom in t.i. udarnim kladivom, nasprotno pa zahteva vrtanje v izmenične plasti gline in peska uporabo konvencionalnega vrtečega drogovja z izplako), in od prisotnosti vode

v tleh. Nikoli ne smemo poskusiti izdelati vrtine za geosondo v arteškem vodonosniku, ker zapolnjevanje z redko malto (angl. grouting) ne bo zadostovalo (to je možno le pri majhnem nadtlaku) (Sanner, 2010). Prednost zaprtih sistemov je tudi v tem, da ni potrebno nabaviti, vgraditi in vzdrževati potopne črpalke, poleg tega zaprti sistemi niso odvisni od količine in fizikalnokemijskih lastnosti podzemne vode.

Stroški izkoriščanja in vzdrževanja a) Vodne vrtine Sistem GTČ voda-voda porablja električno energijo za črpanje vode v proizvodni vrtini, vendar s predpostavko, da pridobljeni tlak vode na površini dovoljuje pretok vode skozi ploščati izmenjevalec toplote in pretok toka vode nazaj v injicirno vrtino. V plitvih sistemih se lahko pričakuje, da se bo injiciranje opravljalo brez injicirne črpalke. Poraba elektrike je odvisna od padca vodne gladine med črpanjem pri proizvodnem pretoku in od tlačnih izgub v omrežju cevi. Potopna črpalka ima življenjsko dobo 3–6 let, potem jo je potrebno zamenjati,

med delovanjem pa tudi očistiti vrtino, še posebej če izkoriščamo peščene rezervoarje (Sanner, 2008b). Vsi ti stroški niso zanemarljivi in se jim je nemogoče izogniti, če želimo izkoriščati tak sistem najmanj 25 let. Močno se priporoča sklenitev pogodbe s specializiranim podjetjem za letni paket vzdrževanja, vključno z rezervnimi deli in njihovo inštalacijo na mestu samem. Letno znašajo ti stroški poprečno 7.000 € za GTČ vodavoda, ki proizvede ca. 1.000 MWh v enem letu (Sanner, 2008b).

b) Zaprt sistem GTČ Sistem ne zahteva nobenega vzdrževanja. Poraba elektrike je potrebna za kroženje vode v zaprtem krogu v polietilenskih ceveh in v TČ. Toplotni izmenjevalec ni potreben, porabljena energija je le sorazmerna tlačnim izgubam v 32 mm debelih ceveh. Ne potrebujemo nobenega zavarovanja, niti zamenjave opreme. Za običajno polje s 30 geosondami (BHE), so letni stroški ocenjeni na 1.000 €, vključno z letnim kontrolnim obiskom serviserjev, kot omenja Sanner (2008b).

Razpoložljivost geoloških in hidrogeoloških podatkov v študijski fazi načrtovanja je ključnega pomena za konkurenčnost GTČ. V nekaterih državah so podatki prosto dostopni in brezplačni ter so kot taki koristni v predizvedljivostni študiji; še posebejposebno za individualne zasebne hiše. (Vernier, 2010, GeoTrainet).

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

3. PODROČJA UPORABE Področje uporabe GTČ je zelo široko: od malih uporabnikov, kot so enostanovanjske stavbe s povprečno vgrajeno močjo 5–6 kW, nadalje uporaba niza GTČ v večstanovanjskih kompleksih z močjo več sto kW in ne nazadnje v večjih objektih (športne dvorane, hoteli) z močjo več kot 1 MW. Omejitve, ki se pojavljajo pri uporabi te tehnologije, so pretežno povezane s toplotnimi lastnostmi in vrsto distribucije toplote v stavbah. Toplotne značilnosti stavbe so ključni vidik pri odločanju. Visoka stopnja izolacije stavbe omogoča uporabo ogreval pri nizkotemperaturnem ogrevanju. Posledično objekt zaradi visoke energijske učinkovitosti dosega nizek energijski razred. Ti dejavniki so pomembni za doseganje dobrega koeficienta učinkovitosti GTČ. Poleg lastnosti samega objekta imajo veliko težo geološke in hidrogeološke lastnosti podzemlja (vrsta kamnin in trdota, termične lastnosti tal,

hidrogeološke razmere, naravna temperatura tal ter pretok vode v vodonosnikih). S temi podatki upravlja Geološki zavod Slovenije. Glavna prednost GTČ je njihova vsestranskost. Geotermalni sistemi dosegajo dobre rezultate tako v manjših stanovanjskih objektih ali na velikih industrijskih območjih, kot ter pri zamenjavah obstoječih sistemov, ustrezno prilagojenih glede na zahteve učinkovite rabe energije. Obstaja veliko različnih možnosti za uporabo GTČ: • ogrevanje/hlajenje stavb, • priprava sanitarne tople vode, • ogrevanje bazenov, • taljenje ledu na pločnikih ali mostovih, • vzdrževanje zelenih športnih igrišč, itd., • kmetijstvo (rastlinjaki).

3. 1. Geotermalna energija v moji stavbi? V urbanih območjih je mogoča uporaba GTČ za vse nove stavbe, zgrajene skladno z zahtevami učinkovite rabe energije v stavbah in za obnovljene stare stavbe. Vgradnja geotermalnih sistemov je torej dobra rešitev v dobro izoliranih stavbah, ki zahtevajo manjšo vgrajeno toplotno moč. Možne strategije za izboljšanje toplotne učinkovitosti stavb so:

• izolacija sten (stavbni ovoj), • izolacija strehe in podstrešja, • vgradnja ustrezne napeljave, • prehod na nizkotemperaturno ploskovno ogrevanje/hlajenje (talno, stensko ali stropno …), • uporaba prezračevalnih naprav z rekuperacijo toplote in izmenjavo zraka.

3. 2. Opis in analiza primerov dobre prakse GEO.POWER V nadaljevanju je predstavljenih 12 primerov dobrih praks iz osmih držav EU z uporabo GTČ, ki večinoma kombinirajo različne sisteme in zahtevajo celovit pristop k načrtovanju energetskih potreb stavb.

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

1. Avenue Center (Reading, 2–21 °C, Velika Britanija), javna stavba • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: nova gradnja, 2008. • Namen in površina: ogrevanje in hlajenje prostorov, 8.181 m2. • Energijsko število: 105 kWh/m2/leto. • Distribucijski sistem: talno ogrevanje in BMS krmilnonadzorni sistem. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 46 °C, hlajenje 12 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 2 x 80 kW. • Učinkovitost sistema: COP = 4,3. • Vir: Navpični zaprt sistem 40 geosond, globine 60 m. • Dodatni vir, kombiniran sistem: fotonapetostni moduli, sprejemniki sončne energije, veter, kogeneracija obnovljivih virov energije. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: 355 t CO2/leto. • Hladivo: R410A. Temperatura tal

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

10,5

Št. enot

Tip

COP

4,3

Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

1.000

0,15

0,2

2. Univerza politehniškega inštituta (Setúbal, 5–32 °C, Portugalska), javna stavba • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: prizidek, nova gradnja, 2007. • Namen in površina: ogrevanje in hlajenje prostorov, 220 m2. • Energijsko število: potrebe stavbe po toplotni energiji 48 kWh/m2/leto in po hladu 32 kWh/m2/leto. • Distribucijski sistem: ventilatorski konvektorji. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 45 °C  40 °C, hlajenje 7 °C  12 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 2 x 15 kW (paralelno vezani). • Učinkovitost sistema: COP = 6,06 (pri režimu 10/35), SPF = 5,33 (merjeno), EER > 4,5 (ocenjeno) in SEER > 4,5 (ocenjeno). • Vir: Navpični zaprt sistem 5 geosond (2 koaksialni + 3 U-cevne geosonde), globine 80 m, na razdalji 4,6 m, premera 120 mm. • Dodatni vir, kombiniran sistem: že obstoječi plinski kotel. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: prihranki v porabi primarne energije so 30–40 %. • Hladivo: R410A. Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: so-financiranje v okviru EU projekta Groundhit, ocenjena doba vračanja investicije je 5 let. Temperatura tal

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

Št. enot

Tip

COP

5,33

Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

704

0,038

0,025

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

3. Toplotna črpalka na zemljin vir toplote s sistemom shranjevanja energije z uporabo vrtine (BTES) v poslovnih prostorih INFRAX (Torhout, 8–13 °C, Belgija), javna stavba • Leto izgradnje stavbe in vgradnje sistema: nova gradnja, 2009. • Namen in površina: ogrevanje in hlajenje prostorov, skladišča 4.184 m2 in pisarne 5.432 m2. • Energijsko število: energijski razred E60, visoko toplotno udobje (CR1752, NBN EN ISO 7730). • Distribucijski sistem: nizkotemperaturno ogrevanje in visoko temperaturno  hlajenje  preko aktivacije temeljne betonske plošče in talnega ogrevanja ter hibridna ventilacija in ventilatorski konvektorji. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 28 °C  26°C, hlajenje 17 °C  20 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 2 reverzibilni GTČ x (80 kWh + 90 kWc). • Vir: BTES (sistem shranjevanja energije z uporabo polja vrtin) – navpični zaprt sistem 24 geosond (dvojne U-cevne geosonde), globine 130 m. • Dodatni vir, kombiniran sistem: dvoslojni aktivni ovoj z vgrajenimi fotonapetostnimi moduli, plinski kotel za pokrivanje viškov. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: 36 % manj emisij CO2/leto, 42 % manjša poraba primarne energije na leto. • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: so-financiranje v okviru EU skladov in nacionalne energetske agencije. Energijski stroški so manjši za 35 % oziroma 30.100 €/leto. Ocenjena doba vračanja investicije znaša od 9,5–10 let.

4. Tržni uspeh Švedske s spodbudami na trgu in vlaganjem v tehnologijo toplotnih črpalk na zemljin vir toplote Na Švedskem so največkrat uporabljeni sistemi TČ na zemljin vir toplote z geosondami, in sicer tako pri manjših hišah z eno vrtino kot pri večstanovanjskih hišah z več vrtinami. Tipične globine vrtin so med 100–200 m. Ob koncu leta 2011 je bilo (Forsén, 2012) 414.000 vgrajenih sistemov GTČ – 70 % geosond, 25 % plitvih kolektorjev (vodoravnih) in 5 % sistemov na vodni vir, kar pomeni vsaj 12 % ogrevanih stanovanj na Švedskem. Več kot 50 individualnih hiš ima vgrajeno TČ (na zrak ali pa GTČ). Delež vseh vgrajenih TČ znaša preko 1.000.000 enot. Geosonde je ugodno postaviti v takšnih kamninah, kot jih imajo na Švedskem (magmatske, metamorfne), ki pa v Sloveniji blizu površja niso tako pogosto prisotne, zato jih je pri nas ugodno postaviti v kamninah z višjo

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

toplotno prevodnostjo (kremen, peščenjaki, dolomiti, apnenci, dobro vezani brečo-konglomerati …). Tržni uspeh je rezultat delovanja Švedske agencije za gospodarski in regionalni razvoj (NUTEK) s spodbujanjem trga in tehnologij TČ v obdobju 1994– 1995. Skupna prodaja se je v sedmih letih od začetka možnosti nabave tehnologije do leta 2002 povečala za več kot 400 %. Od tedaj se letna prodaja enot GTČ giblje med 20.000–40.000.

5. Sistem shranjevanja energije v vodonosniku (ATES) za ogrevanje in hlajenje z geotermalno energijo: letališče Arlanda (Stockholm, ~7 °C , Švedska), industrija ter majhna in srednje velika podjetja • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: objekti so bili zgrajeni v obdobju 1960–2000, obnova, zamenjava sistema za ogrevanje in hlajenje s sistemom ATES v letu 2009. • Namen in površina: daljinsko hlajenje in ogrevanje terminala (450.000 m2), taljenje snega (100.000 m2) ter pred gretje zraka v enotah za cirkulacijo temperature in vlažnosti v prostorih. • Energijsko število: potrebe kompleksa po hladu in toploti znašajo 8–12 GWh/leto. Terminal ni bil zgrajen kot nizkoenergetska gradnja. Letališče porabi toliko energije kot mesto s 25.000 prebivalci. • Distribucijski sistem: daljinsko ogrevanje in hlajenje – hlajenje preko pasivnih hladilnih modulov, ventilatorskih konvektorjev in enot za uravnavanje cirkulacije temperature in vlažnosti v prostorih. Ogrevanje: daljinsko prek cevi in s predgretjem zraka v enotah za cirkulacijo temperature in vlažnosti v prostorih. • Projektne lastnost sistema: hlajenje 5 °C  15 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 0! • Učinkovitost sistema: COP = 40–100, SPF~100. • Vir: ATES (navpični odprt sistem): vodonosnik na globini 10–15 m (pesek/prod), dolžine 1.800 m, volumna 1.800.000 m3 (30 % vode). Vir toplote je tudi odpadna

toplota hladilnega sistema stavbe in vir hladu sistem za taljenje snega, ki se uporablja za uravnoteženje naravnih pogojev jezera Halmsjön (shranjevanje toplote in hladu). • Dodatni vir, kombiniran sistem: električne hladilne naprave (<100 ur/leto) za hlajenje in daljinsko ogrevanje. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: brez emisij CO2 (zelena elektrika, daljinsko ogrevanje – kogeneracija na biogorivo). • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: Doba vračanja 5 let.

6. Sistem daljinskega ogrevanja: primer Ferrarske province – Casaglia (Ferrara, ~10–14 °C , Italija), industrija ter majhna in srednje velika podjetja • Leto izgradnje stavb  in inštalacije sistema: 1981 . • Namen in površina: daljinsko ogrevanje (5.426.000 m3 oziroma 22.608 stanovanj). • Energijsko število: Geotermalni vir s toplotno nazivno močjo 14 MWt, proizvedena toplotna energija znaša okoli 75.000 MWh/leto. • Distribucijski sistem: daljinsko ogrevanje. • Projektne lastnosti sistema: 90 °C  60 °C. • Vir: navpični odprt sistem – dve črpalni vrtini in ena ponikovalna vrtina na globini 1.000 m, s temperaturo podzemne vode 100 °C in pretokom 400 m3/h. • Dodatni vir, kombiniran sistem: izkoriščanje odpadne toplote iz čistilne naprave, bioplina in kogeneracija. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: 7.471 t CO2 v letu 2011. • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: Sofinanciranje iz Italijanskega sklada Venture.

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

7. Poslovna stavba TELENOR (Törökbálint, ~8–13 °C, Madžarska), industrija ter majhna in srednje velika podjetja • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: nova gradnja, 2008. • Namen in površina: ogrevanje in hlajenje poslovne stavbe (26.520 m2). • Energijsko število: ogrevanje 860 kW in hlajenje 960 kW. • Distribucijski sistem: stensko in stropno. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 42 °C  37 °C in hlajenje 13 °C  18 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 3 GTČ s kapaciteto skoraj 1 MW: 862,2 kW za ogrevanje in 965,7 kW za hlajenje (tip GTČ: Aermec WSA 1251 H). • Učinkovitost sistema: SPF ~4, vgrajen sistem inteligentne stavbe. • Vir: navpični zaprt sistem: 180 vrtin, globine 100 m, na razdalji 7 m, premera 40 mm. • Dodatni vir, kombiniran sistem: sprejemniki sončne energije (168 m2 kolektorjev) za sanitarno toplo vodo Temperatura tal

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

15–15,2 (na 100 m)

Ogrevanje: 862,2 Hlajenje: 965,7

Št. enot

Tip

COP

4,4

(pokrije 60–70 % potreb po topli sanitarni vodi) in dodatna hladilna naprava: 7/12 °C. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: 32 t CO2/leto. Prihranek znaša 80 MWh/leto. • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: Ocenjena doba vračanja znaša 8–10 let. Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

5702

12,79

10,24

8. Hotel „Amalia“ (Nea Tiryntha, ~14–18 °C, Grčija), industrija ter majhna in srednje velika podjetja • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: prenova, 2008. • Namen in površina: ogrevanje in hlajenje hotela, 8.980 m2. • Energijsko število: ogrevanje 144,6 kWh/m2/leto in hlajenje 82,9 kWh/m2/leto. • Distribucijski sistem: ventilatorski konvektorji. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 40 °C  35 °C in hlajenje 7 °C  12 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 2 GTČ na električni pogon x 352 kW (kaskadno vezani). • Učinkovitost sistema: SPF = 4,54 in SEER = 3,65 (merjeno). • Vir: navpični odprt sistem: 4 vrtine (2 črpalni vrtini s temperaturo podzemne vode 17 °C in 2 ponikovalni vrtini), globine 60 m. • Dodatni vir, kombiniran sistem: oljni kotel za sanitarno toplo vodo. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: 323.329 kg CO2/leto. • Hladivo: R407C. Temperatura vode

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

352

Št. enot

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

Tip

SPF

4,54

• Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: Višina investicije 492.000 €, letni prihranek 105.081 €/leto  doba vračanja investicije 4,68 let. Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

3.689

4,67

2,68

9. Dvodružinska hiša (Pikermi, ~14–18 °C, Grčija), stanovanjska stavba • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: nova gradnja, 2010. • Namen in površina: ogrevanje in hlajenje, 180 m2. • Energijsko število: ogrevanje 58 kWh/m2/leto in hlajenje 40,8 kWh/m2/leto. • Distribucijski sistem: talno gretje in dva stropna prezračevalna modula z razvlažilci. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 35 °C  30 °C in hlajenje 14 °C  19 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 1 x 8,7 kW. • Učinkovitost sistema: COP = 5,8, SPF = 4,77, EER = 6,1 in SEER = 3,65 (merjene vrednosti). • Vir: navpični odprt sistem: 2 vrtini (1 črpalna vrtina s temperaturo podzemne vode 19 °C in 1 ponikovalna vrtina), globine 93 m. • Dodatni vir, kombiniran sistem: brez. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: Prihranki energije v primerjavi s konvencionalnimi viri energije (npr. zemeljski plin) znašajo 30–40 %, podobno pa je tudi zmanjšanje emisij CO2. Temperatura vode

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

8,7

Št. enot

Tip

SPF

4,77

• Hladivo: R407C. • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: Višina investicije 23.000 €, ocenjena doba vračanja investicije 10 let, pričakovana življenjska doba sistema 30 let. Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

1.200

0,038

0,026

10. Enodružinska hiša (Ohlsdorf, ~9–13 °C, Avstrija), stanovanjska stavba • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: nova gradnja, 2001. • Namen in površina: ogrevanje, 189 m². • Energijsko število: ogrevanje 62,5 kWh/m²/leto. • Distribucijski sistem: talno gretje (154 m²). • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 35 °C  30 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 1 dvostopenjska GTČ moči 7 in 14 kW. • Učinkovitost sistema: SPF = 4,1 (merjeno). • Vir: vodoravni zaprt sistem (kolektorji): 270 m²  6 x 75 m, paralelna vezava, premera 12 mm na globini 1,2 m. Povprečni odvzem moči iz tal znaša 22 W/m². • Dodatni vir, kombiniran sistem: brez pomožnega, dodatnega vira in zalogovnika. Za pripravo sanitarne tople vode je inštalirana TČ zrak–voda, ki izkorišča odpadni zrak iz kleti. Temperatura tal

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

Št. enot

Tip

SPF

4,10

• Prihranek emisij [kg CO2/leto]: 2.750 kg CO2/leto. V primerjavi s plinskim kotlom to pomeni 49 % manj emisij CO2. • Hladivo: R290 (3,8 kg). Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

844

0,043

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

11. Stanovanjski blok na ulici HUN (Budimpešta, ~8–13 °C, Madžarska), stanovanjska stavba • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: prenova stavbe in vgradnja novega ogrevalnega sistema, 2009. • Namen in površina: ogrevanje in priprava sanitarne tople vode, 14.090 m2 oziroma 256 stanovanj. • Energijsko število: projektna potrebna moč GTČ 860 kW za ogrevanje in 230 kW za pripravo sanitarne tople vode. • Distribucijski sistem: visoko temperaturno radiatorsko gretje. • Projektne lastnosti sistema: ogrevanje 62 °C  57 °C. • GTČ [Št./moč kW]: 3 GTČ: 2 x 430 kW za ogrevanje in 1 x 230 kW za sanitarno toplo vodo. • Učinkovitost sistema: COP > 4,45, SPF = 3,2. • Vir: navpični odprt sistem (voda–voda): 4 črpalne vrtine in 6 ponikovalnih z globinami po 14 m, temperatura črpane podzemne vode je 15 °C in vračane 8 °C. • Dodatni vir, kombiniran sistem: ker sistem ne omogoča hlajenja so v bloku posamezne enote klimatskih naprav. Pred vgradnjo novega sistema ogrevanja so stavbo Temperatura vode

Nazivna moč GTČ

(°C)

(kW)

Ogrevanje: 2x430 STV: 230 Rezerva: 2x135

Št. enot

Tip

COP

4,45

izolirali, stara okna nadomestili z energijsko varčnimi in vgradili sistem za nadzor ogrevanja. • Prihranek emisij [kg CO2/leto]: najmanj 30 %. • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: 76.309 €/leto. Doba vračanja znaša 8–10 let. Ekvivalent polne obremenitve

Izkoriščena toplotna energija

Energija v hladilnem načinu

(Ur/leto)

(TJ/leto)

4.392

7.446

12. Rastlinjak (Antwerp, ~9–13 °C, Belgija), kmetijstvo • Leto izgradnje stavbe in inštalacije sistema: vgradnja novega sistema v obstoječ rastlinjak, 2003. • Namen in površina: ogrevanje, hlajenje in prezračevanje rastlinjaka, 13.500 m2. • Energijsko število: Povprečne potrebe rastlinjaka za ogrevanje znašajo 1.505 MWh/leto in za hlajenje 830 MWh/leto. • Distribucijski sistem: ventilatorski konvektorji. • Projektne lastnosti sistema: visoko temperaturni. • GTČ [Št./moč kW]: GTČ na električni pogon: 824 kW. • Učinkovitost sistema: SPF = 5, EER = 9-40, SEER = 18. • Vir: ATES (shranjevanja toplote v vodonosniku), navpični odprt sistem (voda-voda): 2 vrtini (topla in hladna) z globinami po 140 m, na medsebojni razdalji 200 m, največja hitrost toka vodonosnika znaša 80 m3/h. Pozimi se rastlinjak ogreva s sistemom GTČ, hladen zrak iz evaporatorja se skladišči v mrzlem vodnjaku. Poleti, ko se pojavijo potrebe po hlajenju, podzemna voda iz mrzlega vodnjaka prek prenosnika ohlaja rastlinjak. • Dodatni vir, kombiniran sistem: obstoječi kotel na olje.

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

• Prihranek emisij [kg CO2/leto]: Znižanje emisij CO2 znaša 1.619 t CO2/leto (66 %). CO2 izkoristi kot gnojilo. Letni prihranki primarne energije znašajo 22.022 GJ (zmanjšanje za 65 %). • Hladivo: R134a. • Stroški, spodbude za vgradnjo GTČ: Doba vračanja znaša 7 let.

4. Zajem zemljine energije Primarni tokokrog za GTČ imenujemo talni sistem. Ta povezuje TČ s plitvim podzemljem in omogoča rabo toplote iz tal ali pa vračanje toplote v tla. Ti sistemi se v splošnem razvrščajo v odprte ali zaprte sisteme (Sanner, 2008a) in se razlikujejo glede na različne vrste zunanjih virov energije. Površinska voda (jezero, ribnik, rezervoar, reka …): možna je neposredna uporaba tako zbrane toplote ali pa posredna uporaba preko sistema plastičnih cevi, zapolnjenih s hladivom.

Geološke plasti: sistem vključuje izgradnjo geotermičnih vrtin. Gre za sistem cevi, zapolnjenih s hladivom, na katerega se prenaša toplota kamnin. Nekaj faktorjev je potrebno upoštevati pri izboru pravega sistema za vsako posamezno umestitev. Mednje sodijo: • geologija in hidrogeologija (plitvega) podzemlja (dovolj visoka prepustnost kamnin oz. zemljin je nujen pogoj za odprte sisteme),

Podzemna voda: sistem vključuje izgradnjo črpalne in ponikalne vrtine. S potopno črpalko črpamo vodo do GTČ in jo po izmenjavi toplote vračamo nazaj.

• prostor in raba na površini (vodoravni zaprti sistemi zahtevajo določen prostor),

Tla: sistem vključuje izgradnjo vodoravnega zemeljskega kolektorja, po katerem kroži hladivo, ki prevzema toploto zemljine.

• značilnosti ogrevanja in hlajenja stavb(e).

• obstoj potencialnih virov toplote v bližini, npr. rudnik,

V fazi načrta so potrebni čim bolj točni podatki za ključne parametre izbrane tehnologijo, da se talni sistem postavi v takšni velikosti, ki omogoča optimalno delovanje z minimalnimi stroški.

4. 1. Odprti sistemi Značilnost tega tipa je, da se glavni nosilec toplote, podzemna voda, prosto pretaka po podzemlju in deluje kot vir/ponor toplote in kot sredstvo za izmenjavo toplote s trdno zemljo (Sanner, 2008a,b). Glavni tehnični del odprtih sistemov so vrtine na podzemno vodo. V večini primerov se zahtevata dve vrtini (»dublet«), ena za črpanje podzemne vode, druga za vračanje te vode v isti vodonosnik, iz katerega je bila črpana (Slika 4). Z odprtimi sistemom se lahko izkorišča močan vir toplote pri primerjalno nizkem strošku. Po drugi strani pa vodne vrtine zahtevajo nekaj vzdrževanja. Odprti sistemi pridejo v splošnem v poštev na območjih z dobro do srednje prepustnimi vodonosniki. Glavne zahteve so (Sanner, 2008a,b): • dovolj visoka prepustnost, ki omogoča črpanje zaželene količine podzemne vode z malo padca tlaka, • ugodna kemijska sestava vode, tj. nizka vsebnost železa, da se izognemo težavam z odlaganjem mineralov, mašenjem in korozijo.

Slika 4. Navpični odprt sistem (VODA - VODA) (http:// www.soloheatinginstallations.co.uk/ground_source_ heat_pump.htm).

Ti sistemi so še posebej priljubljeni zlasti v večjih objektih.

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

4. 2. Zaprti sistemi 4. 2. 1. Vodoravni zemeljski (talni) kolektorji Najlažje postavljiv zaprti sistem je vodoravni talni toplotni izmenjevalec. Zaradi omejitev v razpoložljivem prostoru so v zahodni in srednji Evropi posamezne cevi položene v relativno tesnem vzorcu, povezane bodisi v nizih ali paralelno. Za talne kolektorje toplote z gostim vzorcem postavljenih cevi se vrhnjo plast zemlje povsem odstrani, postavi se cevi, nato pa se zemljo spet porazdeli nazaj preko cevi. Ti zemeljski kolektorji so običajno kot ravne cevi ali zvitki (spirale) položeni 1,2 do 2 m globoko in vsaj 1,5 m narazen v primeru ravnih cevi (Slika 5), ter 3–5 m v primeru zvitkov (Lund, 2000; Banks, 2008). Tako se upošteva najmanjši možni medsebojni toplotni vpliv med cevmi. Seveda so ti sistemi pod vplivom sončnega sevanja in se predvsem izkorišča v tleh nakopičena sončna energija. Temperatura tal je precej odvisna od sprememb temperature zraka. Sončno sevanje povzroča cikličnost talnih temperatur, ki s časom zaostajajo in se z globino znižujejo zaradi izolacijskih lastnosti in toplotne difuzivnosti zemljin v tleh; seveda je v takšnem sistemu temperatura precej bolj stabilna kot pa pri TČ zrak-voda. V Velja pa, da lahko v vlažni zemlji oziroma tleh pričakujemo večja temperaturna nihanja kot v suhih tleh. V severni Evropi (in v Severni Ameriki), kjer je zemljišče cenejše, je bolj priljubljen način širokega vzorca (»loop«), s cevmi, postavljenimi v jarkih (rovih). Rovokopači olajšajo postavitev cevi in zapolnjevanje z zemljo. Z namenom, da bi pri talnih kolektorjih

Slika 5. Vodoravni sistem (kolektor) (http://www. soloheatinginstallations.co.uk/ground_source_heat_ pump.htm).

toplote privarčevali na površini, so bili razviti posebni talni izmenjevalci toplote, t.i. rovni kolektorji (»trench« collectors). Glavno napajanje s toploto za vse vodoravne sisteme poteka večinoma s sončnim sevanjem na zemeljsko površino. Zato je pomembno, da se površina s kolektorji ne pozida. Ker so podvrženi vplivom sprememb površinske temperature in zaradi varnosti oskrbe z energijo, zahtevajo 30–50 % več cevi v tleh.

4. 2. 2. Navpični zemeljski kolektorji (geosonde) Že meritve, opravljene ob koncu 17. stoletja v Parizu, so pokazale, da temperatura pod globino nevtralne cone, tj. pri 15–20 m globine, ostaja stalna čez vse leto (Sanner, 2008a). To dejstvo in pa potreba po omogočanju dovolj velike zmogljivosti (kapacitete) izmenjave toplote na omejeni površini govori v prid geosondam (navpični izmenjevalci toplote). V standardni geosondi so plastične cevi (polietilen ali polipropilen) postavljene v vrtine, preostali prazni prostor vrtine pa je zapolnjen z redko malto (Slika 6). Postrojenja različnih velikosti z GTČ so izvedena z geosondami, v razponu od ene vrtine pri majhnih hišah do polja geosond, ki je potrebno pri velikih poslopjih. Vir toplote za ponovno toplotno »okrevanje« (angl. heat recovery) navpičnega izmenjevalca toplote sta sončna toplota (v vrhnjem delu) in geotermični toplotni tok (v spodnjem delu), z nekaj dodatnega vpliva pretakajoče se podzemne vode. Seveda pa v večini primerov vpliv podzemne vode ni prav velik, tako je toplotna prevodnost tal glavni iskani parameter. Nadaljnji padec temperature lahko pojasnimo z zapolnitvijo vrtine in stene izmenjevalca toplote, kar se lahko povzame kot termična upornost vrtine (angl. borehole thermal resistance). Njena vrednost se giblje okrog 0,1 K/(W/m) in zajema termične

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

Slika 6. Navpični sistemi (geosonda, energetska košara, piloti) (http://www.soloheatinginstallations.co.uk/ ground_source_heat_pump.htm).

upornosti tal, cevi, itd.; za odvzem toplote s 40 W/m to pomeni toplotno izgubo 4 K znotraj vrtine (Sanner, 2008a). Za znižanje teh izgub so bili razviti termično izboljšani materiali za zapolnjevanje.

4. 2. 3. Energetski piloti in energetske košare Poseben primer navpičnih zaprtih sistemov so »energetski piloti«, tj. pilotni temelji, opremljeni s cevmi kot izmenjevalci toplote. Uporabljajo se lahko vse vrste pilotov (montažni ali sestavljeni na mestu samem), s premeri od 40 cm do 1 m. Ti sistemi so nadvse primerni pri novih gradnjah, kjer za postavitev enostavno izkoristimo izkop za temeljenje objekta (predvsem pri večjih objektih, ki potrebujejo temeljenje na pilotih). Druga možnost je, da namesto geotermičnih vrtin izvedemo širše izkope do globine 5 m. V izkope vgradimo sistem cevi v obliki energetskih košar (Slika 7).

Slika 7. Primer energetske košare (http://www. dinamikasa.com/).

4. 2. 4. Sistem s površinsko vodo Kot toplotni vir so od površinskih vod zanimive predvsem stoječe vode, kot so jezera ali morje in počasi tekoče vode, ki na določeni globini ohranjajo dokaj stalno temperaturo. To so lahko sistemi z odprto ali zaprto zanko. Kolektorji v zaprti zanki so potopljeni na vodno dno površinske vode (Slika 8). Sistemi z odprto zanko pa zajeto vodo preko cevi vodijo skozi prenosnike toplote, v katerih voda odda toplotno energijo vmesnemu mediju in se nato vrača. Toplotna črpalka z dodajanjem zunanje energije dvigne toploto z nižjega na višji temperaturni nivo.

Slika 8. Sistem s površinsko vodo (voda iz jezera ali ribnika) (http://www.soloheatinginstallations.co.uk/ ground_source_heat_pump.htm).

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

5. OPIS SEKUNDARNIH SISTEMOV Sekundarni tokokrog je zaprt sistem cevi, vgrajen v tla in stene stavb. Sistem je lahko nizkotemperaturni ali visokotemperaturni in zajema ogrevanje, prezračevanje ter klimatizacijo. Nizkotemperaturni sistemi (< 35 °C) Nizkotemperaturni sistemi so idealna kombinacija z GTČ. Takšni sistemi so: • talno ogrevanje (talno, stensko ali stropno), • ventilatorski konvektorji,

Talno ogrevanje

• drugi sistemi na zrak (prezračevalne enote). Visoko temperaturni sistem (> 35 °C) • radiatorsko ogrevanje Sodobne GTČ dosegajo temperature dovoda ogrevalne vode do 65 °C, kar omogoča uporabo radiatorskega ogrevanja tako v novih gradnjah, kot tudi vgradnjo v obstoječe stavbe, ob pogoju preveritve temperature ogrevalne vode in preračuna površine grelnih teles. V tem primeru je potrebno povečati ali zmanjšati površine grelnih teles in/ali izboljšati toplotno izolacijo objekta. Posebej primerna in učinkovita je uporaba nizkotemperaturnih sistemov in kombiniranega sistema GTČ, ki omogoča ogrevanje in hlajenje. Ohlajena voda ima temperaturo 14–16 °C, kar je primerno za neposredno hlajenje preko aktivirane betonske konstrukcije ali za prosto zračno hlajenje brez delovanja kompresorja, torej brez porabe energije. Takšno hlajenje je najcenejše, skoraj brezplačno, saj potrebujemo pogonsko energijo samo za obratovanje obtočne črpalke.

Ventilatorski konvektor

Z zamenjavo starih, slabo učinkovitih obtočnih črpalk z novimi, visoko učinkovitimi, lahko pomembno prihranimo pri porabi električne energije. Sisteme GTČ je mogoče povezati s katerim koli OVE. S tem dosežemo visoko učinkovitost in letna grelna števila blizu 100. Možne so kombinacije s fotovoltaičnim sistemom za neposredno proizvodnjo električne energije, solarnim sistemom za ogrevanje in pripravo sanitarne tople vode ter povezave s pametnimi omrežji …

Prezračevalni sistem

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

6. ZAKONODAJA, PREDPISI IN SPODBUDE 6. 1. Zakoni in predpisi Na najožjih vodovarstvenih območjih (VVO) za javno oskrbo s pitno vodo (VVO I) postavitev GTČ ni dovoljena.

Vodoravni sistem ne zahteva nobenih dovoljenj.

Navpični sistem Za vrtanje globlje od 30 m je potrebno pridobiti dovoljenje za raziskave, ki ga izda Agencija Republike Slovenije za okolje (ARSO - http://www.arso.gov.si/vode/vodna%20dovoljenja/). Za vrtanje na ožjih in širših vodovarstvenih območjih za javno oskrbo s pitno vodo (VVO II in VVO III) je potrebno pridobiti dovoljenje za raziskave tudi za vrtine, plitvejše od 30 metrov. V določenih primerih je na ožjih vodovarstvenih območjih potrebno za izvedbo vrtin za GTČ predložiti tudi analizo tveganja za vodni vir. Če se objekt nahaja v ožjem VVO se je potrebno o tem podrobno pozanimati na občini ali Agenciji RS za okolje (ARSO). Dovoljenje za raziskave določa načrt,

tehnologijo vrtanja, končno globino vrtine, meritve v vrtinah, vzorčenje zemljine, hidravlične teste vodnjakov in zahteve glede poročanja. Za vrtine, globlje od 300 m, je potrebno pridobiti revidiran rudarski projekt vrtine. Po izgradnji vrtine je potrebno poročilo o raziskavah posredovati ARSO.

Sistem voda-voda Vso vodo, ki se načrpa za odvzem toplote, je potrebno vračati. Pred obratovanjem je potrebno pridobiti: vodno dovoljenje, skladno z zahtevami ARSO. Z dovoljenjem je določen predviden letni odvzem vode [m³/leto] in predviden konični odvzem vode [l/s]. V primerih, ko je predviden odvzem vode večji od 2 l/s, je zahtevano merjenje gladine podzemne vode, odvzema vode in letnega odvzema vode. Če je temperatura odvzete vode nad 20 °C (termalna voda), je potrebno pridobiti koncesijo, ki jo podeli Ministrstvo za kmetijstvo in okolje (MKO).

6. 2. Spodbude Slovenija je z vstopom v Evropsko Skupnost postala upravičenka do sredstev EU Skladov: Strukturni – Evropski socialni sklad (ESS) in Evropski sklad za regionalni razvoj (ESRR) ter kohezijski skladi (KS). Črpanje strukturnih skladov spremlja Ministrstvo za gospodarski razvoj in tehnologijo (MGRT), ki je organ upravljanja za strukturne sklade in kohezijski sklad. Sredstva EU Skladov se v Sloveniji črpajo na podlagi sprejetih operativnih programov (OP) za obdobje 2007–2013: • OP ROPI – Operativni program razvoja okoljske in prometne infrastrukture (1.577 mio EUR, EU del iz KS in delno ESRR – izplačana sredstva kohezijske politike do 31. 12. 2011 znašala 22,6 %), • OP RR – Operativni program krepitve regionalnih razvojnih potencialov (1.768 mio EUR, EU del iz ESRR – izplačana sredstva kohezijske politike do 31. 12. 11 so znašala 64,6 %),

• OP RČV – Operativni program razvoja človeških virov (756 mio EUR, EU del iz sredstev ESS – izplačana sredstva kohezijske politike do 31. 12. 2011 so znašala 47,0 %). Poleg navedenih OP Slovenija v finančnem obdobju 2007–2013 izvaja še operativne programe cilja »evropsko teritorialno sodelovanje« ESRR (104 mio EUR) z Avstrijo, Italijo, Madžarsko, Hrvaško in v okviru Jadranske pobude; v okviru transnacionalnega sodelovanja je Slovenija udeležena v 4 programih (Območje Alp, Srednja Evropa, Jugovzhodna Evropa ter Mediteran); v okviru medregionalnega sodelovanja pa prav tako v 4 programih (INTERREG IVC, INTERACT II, ESPON ter URBACT). Druge obstoječe nacionalne finančne sheme so • Program Razvoja Podeželja: http://www.mko.gov.si/ • Slovenski regionalno razvojni sklad Ribnica: http://www.regionalnisklad.si/ • Eko sklad: http://www.ekosklad.si/

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

Specifični strošek spodbud Eko sklada je za gospodinjstva v obdobju 2008–2011 znašal 194,1 €/kW. V letu 2011 je bilo vseh subvencioniranih naložb Eko sklada v GTČ 356. V spodnji preglednici je podana struktura izvajanja strukturne politike. Na spletnih straneh organa upravljanja in posredniških teles so objavljeni aktualni javni razpisi ter nepovratna sredstva s strani državnih pomoči ter programov Evropske unije. Tekoči programi so-financiranja bodo potekali do leta 2013. O možnostih glede kohezijske politike po letu 2014 se še razpravlja. Evropska politika ima pri spodbujanju učinkovite rabe energije in obnovljivih virov zelo jasne cilje in predpisane obveznosti. Spodbujanje teh področij bi morala biti prioriteta tudi v finančni perspektivi 2014–2020, kar bo bistveno tudi za izpolnitev ambicioznih ciljev za GTČ iz AN OVE. Institucija Organ upravljanja

Ministrstvo za gospodarski razvoj in tehnologijo

Organ za potrjevanje

Ministrstvo za finance

Revizijski organ

Urad RS za nadzor proračuna, Ministrstvo za finance

Posredniška telesa

Ministrstvo za infrastrukturo in prostor (MZIP), Ministrstvo za izobraževanje, znanost, kulturo in šport (MIZKS), Ministrstvo za kmetijstvo in okolje (MKO)

Izvajalci razpisov

Ministrstva in agenti (agencije, skladi)

Izvajalci projektov

Upravičenci (podjetja, občine, nevladne organizacije, ministrstva…)

Zelo pomemben vir subvencioniranja je tudi Program razvoja podeželja (PRP). Ta omogoča upravičencem do 50 % nepovratnih sredstev za investicije, ki vključujejo OVE in s tem tudi GTČ.

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

7. SKLEPI IN PRIPOROČILA Pri izbiri ustrezne tehnologije se najprej vprašamo, ali želimo inštalirati tehnologijo le za pripravo sanitarne tople vode ali pa za pripravo sanitarne tople vode in ogrevanje prostorov, potem pa še, ali poleg ogrevanja potrebujemo tudi hlajenje prostorov. V pripravljalni fazi je potrebno najprej preveriti, ali imamo možnost uporabe notranjih ali odpadnih virov toplote (npr. iz hleva, kleti, podstrešja, industrijskih procesov, kanalizacije, rastlinjaka), ter v kakšni meri in kako bi jih lahko porabili. V splošnem velja, da je odpadno vodo bolje uporabiti in/ali shranjevati, kot pa jo proizvajati. V primeru da želimo zagotoviti le pripravo sanitarne tople vode, so TČ zrak-voda ali sončni kolektorji verjetno najboljša izbira. Pri tehnologiji TČ zrak-voda je potrebno preveriti, ali je temperatura okoliškega zraka skozi celo leto na ustreznem nivoju. Pred namestitvijo sončnih kolektorjev pa je potrebno preveriti položaj strehe in njeno osončenost. Če želimo poleg ogrevanja sanitarne tople vode zagotoviti tudi ogrevanje prostorov, sta biomasa in geoenergija učinkoviti rešitvi. V primerih ko oskrba z biomaso ni lokalno dostopna, bi bilo z vidika emisij CO2 pri transportu biomase ter lokalnih emisij prašnih delcev in izpustov hlapnih organskih spojin, iz katerih nastaja prizemni ozon, bolj primerno izkoriščati geoenergijo. Kadar imamo sočasne zahteve po sanitarni topli vodi, ogrevanju in hlajenju, se izkaže GTČ kot edinstvena tehnologija, ki omogoča pokrivanje vseh omenjenih potreb objektov. V primeru, da se odločimo za vgradnjo GTČ voda-voda, najprej preverimo, ali se mesto predvidene gradnje nahaja na vodovarstvenem območju (spletna stran Atlas okolja). Če je izbrana parcela v najožjem vodovarstvenem območju, TČ ni dovoljeno izvesti. Najožje vodovarstveno območje je prostorski vodni rezervat, kjer gradnja novih objektov ni dovoljena. Če gre za ostala vodovarstvena območja, je potrebno od ARSO pridobiti vodno soglasje. Kakšen tip TČ bomo izbrali, je odvisno od potreb po ogrevanju in hlajenju ter geoloških in hidrogeoloških lastnosti območja na mestu postavite TČ in od pravne ureditve. Geološka situacija je tisti del načrta GTČ, ki ga načrtovalec ne more spremeniti. Torej se mora načrt prilagoditi geologiji in zato je potrebno temeljito poznavanje geoloških podatkov (Sanner, 2010). Med te podatke sodijo: • tip kamnin in njihova trdota (za vrtanje), • talne termične značilnosti (za delovanje GTČ), • situacija podzemne vode (za vrtanje in delovanje GTČ). Težave, ki se pojavljajo pri TČ, so standardne težave tehnologij v začetnem razvoju in naslednje (Lapanje et al., 2010):

• nekakovostna vgradnja nekakovostnih naprav in materialov po nizkih cenah, • zaradi neobstoja evidence oz. registra TČ ni mogoč natančnejši izračun deleža obnovljive energije, pridobljene s TČ. Možnost rešitve: vključitev obstoja (lastništva) TČ k popisu prebivalstva in gospodinjstev ali legalizacija po podobnem principu kot za rabo vode po Zakonu o vodah (ZV). V praksi je tako, da se veliko TČ vgradi mimo veljavnih predpisov, na ta način pa ni mogoče kontrolirati ne kakovosti njihove izdelave ne morebitnih negativnih vplivov na prostor, niti vključiti TČ v energetsko bilanco, kar je zahteva Direktive o spodbujanju obnovljivih virov energije (2009/28/ES). Najpogostejše napake pri vgradnji TČ (Lenassi, 2012): 1. izbira vira toplote – smiselno je upoštevati drevo odločanja, ki upošteva kriterij stroški/učinkovitost. 2. pri viru toplote »zrak« je pogosto nerazumevanje »nazivne« ogrevalne moči in »dejanske« ogrevalne moči v odvisnosti od temperature okolice. 3. pri viru toplote »zrak« upoštevanje zgolj trenutne največje ogrevalne moči (COP) namesto »integrirane« (SPF). 4. pri viru toplote »zemlja« horizontalni toplotni izmenjevalec »premajhen« in/ali položen pod finalno površino (asfalt, beton, tlakovci …). Rezultat: ledenitev, slabo grelno število in/ ali poškodovana finalna površina. 5. pri viru toplote »zemlja« horizontalni ali vertikalni toplotni izmenjevalec »dimenzionirana na podlagi izkušenj«. 6. pri viru toplote »zrak« neupoštevanje učinka »hrupa« v okolici. 7. pri viru toplote »zrak« postavitev v kleti v namen hlajenja kleti in/ali sušenja ter neupoštevanje posledičnega prehajanja vlage skozi gradbeno konstrukcijo s posledico dvigovanja parketa … 8. pri iskanju tehničnih rešitev zanašanje zgolj na »odlične izkušnje in znanja« prodajalcev opreme ter nepotrebnost angažiranja strokovnjakov – prodajalec največkrat ni inženir strokovnjak! To so realni problemi, v primerih najboljše razpoložljive tehnologije (ang. Best Available Technology) pa predstavljamo najboljše rešitve v idealiziranih razmerah. Pri odločanju za vir energije za ogrevanje in hlajenje, je potrebno poznati Lokalni energetski koncept (LEK) občine in se posvetovati z področnim energetskim svetovalcem (ENSVET – http://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/index.html).

• izvajanje TČ brez evidence ali dovoljenj, največkrat tudi s plačili »na roko« (dvojna škoda, davek, garancija),

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

8. SLOVAR UPORABLJENIH KRATIC • GTČ (ang. GSHP - ground source heat pump) - geotermalna toplotna črpalka (V – navpični zaprt sistem ali geosonda, H – vodoravni zaprt sistem ali zemeljski kolektor, W – navpični odprt sistem ali voda-voda) • TČ (ang. HP – heat pump) – toplotna črpalka • GCHP (ang. ground coupled heat pump) – geotermalna toplotna črpalka na zemeljski vir toplote (samo V in H tip) • BHE (ang. borehole heat exchanger) – izmenjevalec toplote v vrtini ali geosonda • COP (ang. coefficient of performance) – koeficient energijske učinkovitosti TČ pri ogrevanju, grelno število (= razmerje med pridobljeno energijo in vloženo pogonsko energijo) • EER (ang. energy efficiency ratio) – koeficient energijske učinkovitosti TČ pri hlajenju, hladilno število (= razmerje med pridobljeno hladilno energijo in vloženo pogonsko energijo) • SPF (ang. seasonal performance factor) – letna (sezonska) učinkovitost TČ za ogrevanje (= letna učinkovitost toplotne črpalke) • SEER (ang. seasonal energy efficiency ratio) – razmerje letne energijske učinkovitosti TČ za hlajenje • HSPF (ang. heating seasonal performance factor) – letna (sezonska) učinkovitost TČ za ogrevanje • ATES (ang. aquifer thermal energy storage) – shranjevanje toplotne energije v vodonosniku • BTES (ang. borehole thermal energy storage) – shranjevanje toplotne energije v vrtini (in njeni bližnji okolici) • CTES (ang. cavern thermal energy storage) – shranjevanje toplotne energije v jami

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

9. UPORABNE POVEZAVE Uradna spletna stran projekta GEO.POWER: http://www.geopower-i4c.eu/ Interreg IVC zbirka podatkov primerov dobrih praks: http://www.interreg4c.eu/findGoodpractices.html Kažipot za energijo EU do 2050, Evropska komisija (EU Energy Roadmap 2050): http://ec.europa.eu/energy/energy2020/roadmap/index_ en.htm Regionalna politika EU - INFOREGIO: http://ec.europa.eu/regional_policy/index_en.htm Energetska knjižnica AURE: http://www.aure.si/ Seznam ustanov za svetovanje o OVE: • Eko sklad: http://www.ekosklad.si/ • Slovenski regionalno razvojni sklad Ribnica: http://www.regionalnisklad.si/ • Energetsko svetovanje za občane – ENSVET: http://www.gi-zrmk.si/ensvet.htm Lokalne energetske agencije: • Lokalna energetska agencija za Pomurje, Zavod za promocijo in pospeševanje trajnostnega energetskega razvoja, Martjanci; LEA Pomurje: www.lea-pomurje.si • Energetska agencija za Podravje, Zavod za trajnostno rabo energije; Maribor; EnergaP: www.energap.si • Goriška lokalna energetska agencija, Nova Gorica; GOLEA: www.golea.si • Zavod energetska agencija za Savinjsko, Šaleško in Koroško, Velenje; KSSENA: www.kssena.si • Lokalna energetska agencija Dolenjske, Posavja in Bele Krajine, Krško; LEAD: www.lea-d.si • Lokalna energetska agencija Gorenjske, Kranj; LEAG: www.leag.si • Lokalna energetska agentura Spodnje Podravje, Zavod za promocijo in pospeševanje trajnostnega energetskega razvoja, Ptuj; LEA Spodnje Podravje: http://www.lea-ptuj.si/

Ministrstva: • Ministrstvo za gospodarski razvoj in tehnologijo (EU strukturni skladi, javni razpisi): www.mgrt.gov.si • Ministrstvo za kmetijstvo in okolje (zakonodaja, javni razpisi, Program razvoja podeželja): http://www.mko.gov.si/ • Ministrstvo za infrastrukturo in prostor (zakonodaja, javni razpisi): http://www.mzip.gov.si/ • Agencija RS za okolje (Vodna dovoljenja za rabo vode): http://www.arso.gov.si/vode/vodna%20dovoljenja/ Drugo: • Geotrainet: http://www.geotrainet.eu/moodle/ • Evropski svet za obnovljivo energijo (The European Renewable Energy Council - EREC): http://www.erec.org/ • EU Strukturni skladi: http://www.eu-skladi.si/ • Evropski svet za geotermalno energijo (EGEC): http://www.egec.org/ • Evropsko združenje proizvajalcev toplotnih črpalk (EHPA): http://www.ehpa.org/ Večji Slovenski proizvajalci GTČ: • TEHNOHLAD, d.o.o: http://www.tehnohlad.si/ • TERMO-TEHNIKA, d.o.o.: http://www.termotehnika.com/ • TERMO SHOP, d.o.o.: http://www.termoshop.si/ • GORENJE, d.o.o.: http://www.gorenje.si/ogrevanje-in-hlajenje/toplotnecrpalke Uporabna literatura: • Grobovšek, B. 2009. Praktična uporaba toplotnih črpalk. Ljubljana: Energetika marketing, 487 str. • PRIROČNIK O UPORABI GEOTERMALNIH TOPLOTNIH ČRPALK, v okviru projekta »Pregled rabe geotermalne energije, ocena podzemnih teles termalne vode in priprava skupnega načrta upravljanja vodonosnikov v MurskoZalskem bazenu« – T-JAM. Dostopno na: http://www.t-jam.eu/rezultati-projekta/. • IOVE, 2009a: Osnutek pravilnika o vgradnji geosond. Avstrijski predlog pravne ureditve. Dukič B. (ured.), študijsko gradivo, zbirka Modro Sonce, IOVE, Kranj, 52 str. • IOVE, 2009b: Raba energije Zemlje in podzemnih voda. Avstrijski predlog pravne ureditve. Dukič B. (ured.), študijsko gradivo, zbirka Modro Sonce, IOVE, Kranj, 63 str.

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

Projektni partnerji Province of Ferrara, Italija

Reading Borough Council, Velika Britanija

Centre for Renewable Energy Sources and Saving (CRES), Grčija

Department of Energy Technology, Royal Institute of Science (KTH), Švedska

Ministry of Regional Development and Public Works, Bolgarija

VITO Flemish Institute for Technological Research, Belgija

ENEREA Eszak-Alfold Regional Energy Agency, Madžarska

SP Technical Research Institute of Sweden, Švedska

National Environmental Protection and Energy Centre Nonprofit Ltd., Madžarska

Emilia-Romagna Region, Italija

Institute of Geology at Tallinn University of Technology, Estonija

Geološki zavod Slovenije (GeoZS), Slovenija

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo

VIRI Banks, D., 2008. An introduction to thermogeology: Ground source heating and cooling. Oxford: Blackwell Publishing, 339 str. Bertani, R., Boissavy, C., Clauser, C., Gibaud, J.P., Jaudin, F., Koelbel, T., Kujbus, A., Midtøomme, K., Manzella, A., Sanner, B., Ungemach, P., Urchueguìa, J., van Gelder, G., van Heekeren, V. & Witte, H. (authors in alphabet order), Dumas, P., Landolina, S. (eds.), 2012: Strategic research priorities for geothermal technology. European technology platform on renewable heating and cooling, RHC ETP, EGEC, www.rhc-platform.org, 69 str. Lapanje, A., Rajver, D., Székely, E., 2010: Priročnik o uporabi geotermalnih toplotnih črpalk v okviru projekta T-JAM. GeoZS, Ljubljana, NYUDUKŐVIZIG, Szombathely, 45 str. Lenassi, M., 2012: Najpogostejše napake pri izvedbi sodobnih inštalacij v nizkoenergijski gradnji. Delavnica projekta IEE BUILD UP Skills Slovenija. 51. mednarodni sejem Dom. Dostopna na: http://buildupskills.si/wp-content/ uploads/2012/09/5-Lenassi-BUILD-UP-Skills-GRDOM-20120308.pdf, 9 str. Lund, J. W., 2000: Ground-source (geothermal) heat pumps. V: P. J. Lienau (conv.), Course on »Heating with geothermal energy: Conventional and new schemes«. WGC2000 Short Courses, Kazuno, Japan, 209-236. Lund, J. W., 2008: Characteristics, development and utilization of geothermal resources. Geothermal (ground-source) heat pumps. Interactive Seminar – Workshop 26: Geothermal fields development, e-Proceedings, PESS, June 9-13, Dubrovnik. Rajver, D., Lapanje, A. & Rman, N. 2010: Geothermal development in Slovenia: Country update report 2005–2009. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25–30 April 2010, 1-10. Sanner, B., 2008a: Geothermal heat pumps - Ground source heat pump. EGEC, Brussels, 16 str. Sanner, B., 2008b: Ground source heat pump: A guide book. EGEC, Brussels, 19 str. Sanner, B., 2010: GeoTrainet 01: Overview shallow geothermal systems. 01b: GSHP environmental considerations. 04a: European legal framework. 05: Basics on geology – what engineers and drillers need to know. 05b: Basics of thermal response test: operation and evaluation. GeoTrainet Course for designers and drillers, Peine, Germany, 17–19. 3. 2010. Struckmeier, W. F. & Margat, J., 1995: Hydrogeological maps. A guide and a standard legend: international contribution to hydrogeology, volume 17, 177 str. International Association of Hydrogeologists. Verlag Heinz Heise, Hannover. Vernier, R., 2010: Recommendation to geological surveys and national agencies on geological data needs for GSHP market. GeoTrainet, supported by Intelligent Energy Europe, PP pres.

Projekt GEO.POWER - Nizkotemperaturna geotermalna energija

„Nizkotemperaturna geotermalna energija.“

...vsakomur dostopen ...

„Priročen, ...

...in obnovljiv vir energije.“

Avtorji: Joerg Prestor, Dušan Rajver, Simona Pestotnik, Andrej Lapanje Jezikovni pregled: Jerneja Zajc Založnik: Geološki zavod Slovenije, Ljubljana Grafično oblikovanje in tisk: Kvants – Visart d.o.o., Ljubljana Naklada: 3.000 izvodov Leto izida: 2012 © Geološki zavod Slovenije, Dimičeva ulica 14, 1000 Ljubljana Projekt GEO.POWER »Regionalne strategije za široko uporabo geotermalne energije v stavbah« se sofinancira iz Evropskega sklada za regionalni razvoj v okviru programa INTERREG IVC 2007–2013. Vsebina izraža stališča avtorjev. Organ upravljanja ni odgovoren za kakršnokoli uporabo informacij, ki jih vsebuje publikacija. CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 620.92:550.36(497.4)(082) NIZKOTEMPERATURNA geotermalna energija : neizčrpen vir energije neposredno pred našo hišo : projekt Geo.power v Sloveniji / [avtorji Joerg Prestor ... et al.]. - Ljubljana : Geološki zavod Slovenije, 2012 ISBN 978-961-6498-33-3 1. Prestor, Joerg 264439552

Neizčrpen vir energije neposredno pod našo hišo