Door een warmtepomp toe te voegen aan een doublet wordt het vermogen dat kan worden geproduceerd verhoogd. Afhankelijk van de productietemperatuur van de geothermiebron, kan de warmtepomp dit doen door:
- het ophogen van de productietemperatuur, en/of
- het verder verlagen van de injectietemperatuur (de retourtemperatuur van het netwerk waar de geothermiebron aan levert).
De eerste optie kan bijvoorbeeld gekozen worden als de productietemperatuur lager is dan de minimaal toelaatbare invoertemperatuur van het netwerk. Door de warmtepomp wordt het verschil tussen de productie- en injectietemperatuur van het doublet groter, en dus de hoeveelheid warmte die aan het water wordt onttrokken.
Voor het basisscenario van ThermoGIS is de retourtemperatuur van het netwerk een vaste waarde van 30 °C. Bij het warmtepomp-scenario verandert deze op de volgende manier:
Er wordt gerekend met een 70-30 °C warmtenet. De warmtepomp-optie in ThermoGIS gebruikt een lagere injectietemperatuur dan aangegeven door de retourtemperatuur van het warmtenet Tnetwerk retour. Aangenomen wordt dat de injectietemperatuur van de geothermiebron Tgeo inj zo laag mogelijk wordt gekozen om het geothermisch vermogen te maximaliseren, echter beperkt tot een maximaal temperatuurverschil:
Tgeo inj = max(Tgeo prod – ΔTmax, Tgeo inj min)
met:
- Tgeo inj injectietemperatuur aquifer
- Tgeo prod productietemperatuur van de aquifer
- ΔTmax maximaal temperatuurverschil tussen geproduceerd en geïnjecteerd water (100 °C1)
- Tgeo inj min 20 °C
De COP van de warmtepomp wordt berekend op basis van de Carnot2-berekening die afhankelijk is van de condensor- en verdampertemperaturen, op de volgende wijze:
met:
- COPwp Carnot Coëfficiënt of Performance van de warmtepomp
- η systeem-efficiëntie van de warmtepomp (0.63)
- Tnetwerk aanvoer invoertemperatuur naar het warmtenetwerk / uitvoertemperatuur van de warmtepomp (70 °C)
- Tgeo inj injectietemperatuur aquifer (berekend)
- Tverlies warmteverliezen in de verdamper en condensor (3 °C)
Er wordt geen rekening gehouden met de debieten aan beide zijden van de warmtepomp, of het type warmtepomp.
Het ThermoGIS basecase scenario (zonder warmtepomp) komt overeen met het "zuivere" geothermische vermogen, dat op zijn beurt overeenkomt met het product van het debiet, ΔT, en de volumetrische warmtecapaciteit van het productiewater.
Bij het warmtepomp-scenario is het getoonde vermogen het geothermische vermogen plus het additioneel geproduceerde vermogen van de warmtepomp. In dit geval zijn voor de berekening van het economisch potentieel ook het energieverbruik in de ESP èn dat van de warmtepomp meegenomen.
Voetnoten
1 Er is in de huidige berekeningen gekozen voor een grote maximale uitkoeling, om ervoor te zorgen dat bij diepe geothermie een injectietemperatuur van 20 °C wordt toegepast in het warmtepomp scenario. Hoe ver het water in de praktijk daadwerkelijk kan worden afgekoeld, verschilt per locatie en project. Daarom is voor elk project een locatie-specifieke analyse nodig.
2 Het Carnot rendement is het theoretisch maximale rendement van een warmtepomp.
3 Het systeemrendement van de warmtepomp geeft weer hoe efficiënt de warmtepomp in de praktijk werkt ten opzichte van het theoretische maximum. Het systeem rendement ligt meestal tussen de 50-70% (www.industrialheatpump.nl), in ThermoGIS wordt hiervoor een waarde van 60% aangehouden. Hierdoor wordt rekening gehouden met factoren die het rendement in de praktijk nadelig beïnvloeden, zodat de berekende prestaties beter aansluiten bij een werkelijke installatie.