Garneriet Hjortebjerg –på vej mod at blive
energiproducent.
Stig Niemi Sørensen
Enopsol ApS
Tuborg Boulevard 12, 3
2900 Hellerup
INDLEDNING
Gartneriet Hjortebjerg tager som det første gartneri i Danmark et
vigtigt skridt fra at være energiforbrugende mod at blive
energiproducerende.
Dette sker ved at gartneriet udover at høste afgrøder nu også
høster af den overskudsvarme gartneriet producerer i
sommerperioden. Varmehøsten langtidslagres i et
grundvandsmagasin under gartneriet. I vintertiden genvindes
varmen, der anvendes til opvarmning af drivhusene ved hjælp af en
CO2-varmepumpe.
Energibesparelsen er op mod 60% i forhold til gartneriets
nuværende energiregning og samtidigt opnås en markant reduktion
i gartneriets CO2-udledning.
Projektet, der bærer navnet ”Intelligent energihåndtering i
væksthuse” er initieret af Agrotech –Institut for Jordbrugs- og
Fødevareinnovation og støttet af Region Syddanmark.
I projektet samkøres et varmeekstraktionssystem med et
grundvandsanlæg (ATES-system) og en varmepumpe, der anvender
CO2 som arbejdsmedium.
INTRODUKTION TIL GRUNDVANDSKØLING OG ATES
I sin mest enkle udformning består et grundvandskøleanlæg af en
boring til indvinding af grundvand og en boring til returledning af
grundvand. Grundvandet pumpes fra indvindingsboringen ved ca.
10oC i et lukket rørsystem gennem en eller flere varmevekslere,
hvor grundvandet opvarmes til normalt maks. 25oC inden det
©Enopsol ApS
tilbageføres til grundvandsmagasinet gennem returledningsboringen
eller reinfiltrationsboringen. Der sker således ikke noget forbrug af
grundvand, kun en opvarmning af vandet. Varmen lagres i den
struktur i undergrunden (sand eller kalk), som grundvandet
gennemløber under reinfiltrationen.
Figur 1 viser en principtegning, hvor der er behov for køling af
ventilationsluft eller varmeekstraktion.
HVAC
©Enopsol
©Enopsol
KOLD BRØND
VARM BRØND
Figur 1. Grundvandsanlæg med reinfiltration for køling af
ventilationsluft.
ATES står for Aquifer Thermal Energy Storage og sådanne anlæg
udnytter den lagrede varme i grundvandsmagasinet til
opvarmningsformal fx ved hjælp af en varmepumpe. Anlæggene har
to driftssituationer eller modes: køling og opvarmning.
I køle-mode virker anlægget som på figur 1.
I varme-mode vendes pumperetningen og det opvarmede
grundvand ledes tilbage gennem de samme varmevekslere, der blev
anvendt til køling, hvorfra varmepumper udnytter grundvandsvarmen til opvarmning af bygningen.
©Enopsol ApS
Figur 2 viser en principtegning, hvor der er behov for rumopvarmning
©Enopsol
©Enopsol
KOLD BRØND
VARM BRØND
Figur 2. Grundvandsanlæg med reinfiltration, hvor den lagrede
varme udnyttes til rumopvarmning ved hjælp af
varmepumper.
VARMEEKSTRAKTIONSSYSTEMET.
Under taget på drivhuset er placeret gardiner, der reflekterer solens
stråler, så der sker en varmeophobning over gardinerne.
Gardinerne tillader dog passage af lys med bølgelængder, der kan
udnyttes af planterne. De er opbygget med 300-400 lag ultratynde
plastfolier. Udviklingen af gardinerne varetages af det svenske firma
AB Ludvig Svensson.
Fra det varme rum over gardinerne overføres varmen vha. 24
glasskorstene til et tilsvarende antal gulvplacerede
varmeekstraktions-anlæg, hvor der sker en overførsel af varmen til
en vandbaseret væskekreds.
©Enopsol ApS
GRUNDVANDSSYSTEMET.
Væskekredsen overfører varmen ved varmeveksling til et
grundvandskøleanlæg leveret af Enopsol ApS. Figur 3 viser
princippet. Grundvandsanlægget består af to boringer –en boring
for indvinding og en boring for tilbageledning af grundvand. Der
anvendes et sandmagasin beliggende mellem 20 og 40 meter under
terræn. Det oppumpede grundvand fungerer som varmetransportør
for overskudsvarmen fra gartneriet, idet varmen overføres til
grundvandet i en varmeveksler placeret i gartneriets maskinrum.
Den daværende energiminister Connie Hedegaard gav en
dispensation til projektet, således at det blev muligt at tilbagelede
det ved varmevekslingen opvarmede grundvand ved op til 35oC
mod de nugældende regler om maks. 25oC. Dette betød, at
energibesparelsen kunne blive væsentligt større. Da grundvandet er
ca. 10oC i naturtilstanden kan der lagres med en varmeeffekt på op
til 1450 kW dog maksimalt 27 MWh/døgn, idet pumperaten for
grundvandet er maksimalt 50 m3/time og der i gennemsnit ikke må
lagres med temperaturer over 30oC.
I opvarmningsperioder vendes pumperetningen og der indvindes fra
den varme boring og tilbageledes i den kolde boring efter passagen
af varmeveksleren. Fra varmeveksleren overføres varmen til CO2varmepumpen, der er leveret af firmaet Advansor. Figur 4 viser
princippet.
Grundvandssystemet skal bringes i en termisk balancetilstand,
således at der ikke opstår termisk gennemslag mellem de to
boringer.
Tilladelse til anlægget er indhentet fra Nordfyns Kommune.
GARTNERIET HJORTEBJERG -PRINCIP
Energisystemet under varmeekstraktion (sommer) er vist i figur 3.
grundvandets pumpes fra kold til varm boring.
Energisystemet under varmelevering vha. varmepumper (vinter) er
vist i figur 4. grundvandets pumpes fra varm til kold boring.
©Enopsol ApS
Buffertank
Varmepumpe
Væksthus
Gartneriet Hjortebjerg
ATES
Principdiagram
Sommer
Lagring af solvarme i
grundvandsmagasin
22.05.2008/SNS
© Enopsol ApS
Kold brønd
Varm brønd
Figur 3. Gartneriet Hjortebjerg. Varmeekstraktion fra væksthus og
lagring i grundvandsmagasin.
©Enopsol ApS
Buffertank
Varmepumpe
Væksthus
Gartneriet Hjortebjerg
ATES
Principdiagram
Vinter
Opvarmning vha. varme fra
grundvandsmagasin og varmepumpe
22.05.2008/SNS
© Enopsol ApS
Kold brønd
Varm brønd
Figur 4. Gartneriet Hjortebjerg. Varmegenvinding fra ATES-anlæg.
©Enopsol ApS
VARMEINJEKTION
På figur 5 er vist den beregnede termiske påvirkning som følge af
projektet. Det på figuren med rød og gult viste område svarer til
sommerhalvårets varmeinjektion på 3.000 MWh. Radius for
udbredelsen er ca. 60 meter svarende til ca. 11.300 m2
Figur 5. Gartneriet Hjortebjerg. Beregningsresultat efter
varmeinjektion på 3.000 MWh. Model: FEFLOW.
©Enopsol ApS
DATA
Ates-systemets hovedadat fremgaår af tabel 1
Antal boringer
2
Antal dipoler
1
Maksimum grundvandscirkulation (m3/time)
50
Maksimum grundvandscirkulation (m3/år)
250.000
Varmeinjektion i køle-mode (MWh/år)
3.000
Kuldeinjektion i varme-mode (MWh/år)
3.000
Sparet forbrug af naturgas (m3/år)
320.000
Forøget elforbrug (MWh/år)
736
CO2-besparelse (tons/år)
330
Tabel 1. Gartneriet Hjortebjerg. Data for ATES-anlæg.
FORDELE OG ULEMPER VED ATES-SYSTEMER
At benytte grundvand til køle- og opvarmningsformål under danske
forhold har nogle markante fordele i forhold til alle andre former for
køling og opvarmning:


Stor energibesparelse og dermed CO2-reduktion (op til 90% i
køle-mode og til 60% i varmemode)
Attraktiv tilbagebetalingstid
Gruvandskøleanlæg og ATES-anlæg har også nogle ulemper i
forhold til traditionelle løsninger:

Grundvandskøleanlæg og ATES-anlæg er naturanlæg og
underlagt de naturgivne forhold på etableringsstedet. De kan
©Enopsol ApS



derfor ikke betragtes som maskinanlæg eller hyldevareanlæg.
Specifikke anlægsomkostninger varierer fra sted til sted
Grundvandets kemiske sammensætning kan skabe
driftsvanskeligheder.
Kan ikke etableres alle steder pga. hensynet til indvindingen
af drikkevand
ANLÆGSSTATUS
Tabellen herunder viser data for nogle af de første større
grundvandskøleanlæg med reinfiltration og ATES-anlæg, der er
etableret i Danmark.
Tabel 2. Data for nogle af de første grundvandskøleanlæg med
reinjektion i Danmark. *) Med vandrette boringer for returledning af
grundvand. **) Med termisk balancering af grundvandsmagasinet.
Kilde: Energi & Miljø A/S og Enopsol ApS. Varme-, el- og CO2besparelser er de potentielt opnåelige. Negative værdier for
elbesparelsen skyldes introduktion af varmepumper. Til gengæld
opnås store varmebesparelser.
©Enopsol ApS
DRIFTSERFARINGER
Etableringen af de første anlæg i Danmark var drevet af den helt
uundværlige pionerånd mht. introduktionen af nye og innovative
teknologier.
Da de allerførste anlæg var etableret stod en række nye
virksomheder klar til at satse på denne teknologi, fordi der var
mulighed for at opnå markante besparelser på elregningen til
køling. Nogle virksomheder havde i forvejen udslidte
kølekompressoranlæg og derfor var overgangen til
grundvandskøling endnu mere attraktiv. Desuden var der frem til
regeringsskiftet i 2001 mulighed for at opnå 30% anlægstilskud fra
Energistyrelsen.
Driftserfaringerne under danske geologiske og hydrogeologiske
forhold er overvejende gode. Driftsproblemer har indtil nu
udelukkende skyldtes dårligt udførte boringer og styresystemer med
udfældning af naturligt indhold af jern og mangan fra grundvandet
til følge.
Anlæggene bør kunne opnå lange levetider (over 25 år), hvis der
tages behørigt hensyn til de naturgivne forhold.
Stig Niemi Sørensen er civilingeniør (maskin og energi) (DTU 1980) og Ph.D.
i termisk analyse af grundvandsbaserede varmepumpesystemer (DTU 1991).
Fra 1994 eget firma Energi & Miljø A/S og fra 2007 Enopsol ApS, der
væsentligst beskæftiger sig med grundvandskøleanlæg og ATES-anlæg og
hermed tilknyttet optimering af energisystemer. Markedsførende i Danmark
med turn-key leverance og drift af grundvandskøleanlæg og ATES-anlæg.
©Enopsol ApS