Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Gunsta is situated about 10 km east of Uppsala. Today there are plans to establish 1000 new households in Gunsta before year 2030. The required energy for heating houses and water would be distributed via a district heating system, which also includes 200 existing residences. The annual required energy, according to this study, would be 16.2 GWh with a maximal peak effect of 6.9 MW.

To meet this need, the study suggests a system with heat pumps to upgrade the 31˚C water from a 1.8 kilometre deep borehole. In order to achieve the desired water flow, hydraulic fracturing will be necessary since it is assumed that the rock would be relatively solid at that depth. Water at 10˚C will be pump down between an injection hole and a production one. During circulation water absorbs heat from the surrounding ground and increases temperature. The main source of energy is the difference between the initial and after circulation temperatures.

The proposed system consists of a primary and a secondary circuit connected via a heating
exchanger. The primary circuit includes the boreholes and necessary equipment for filtering
and pumping the thermal water. The secondary circuit involves two paralleled series of heat
pumps, a pellet boiler for peak production and a storage tank to even out the daily
consumption variations. The system is then connected to the Gunsta ’s local heating system.

Uncertainties regarding the extent of the drilling make it difficult to estimate total costs of
the geothermal district heating plant in Gunsta. The investment costs for the plant were
roughly estimated to 88 million SEK, with a production cost of 0.19 SEK/kWh and a payback time of 12 years.

Gunsta är ett område som ligger cirka 1 mil öster om Uppsala. Det finns idag planer på att uppföra 1000 nya bostäder i Gunsta fram till år 2030. Energi för uppvärmning och varmvatten till dessa bostäder kommer att distribueras via ett närvärmenät, som även kommer att vara sammankopplat med 200 av de redan befintliga fastigheterna. Energibehov
för området beräknades i denna studie att uppgå till 16,2 GWh per år, med krav på en maxeffekt på 6,9 MW.
För att möta detta behov föreslår denna studie ett system med värmepumpar, som uppgraderar värmen i vatten som håller 31 ºC från ett 1,8 kilometer djupt borrhål. Då
berggrunden antas vara relativt solid på det önskade djupet måste hydraulisk spräckning användas för att göra det möjligt för ett vattenflöde att ske. Vatten som håller 10 ºC kan sedan pumpas mellan injektionshål och brunnshål, under vilket vattnet kommer att anta bergets temperatur. Energin i temperaturdifferensen utgör den huvudsakliga energikällan för systemet.
Den systemlösning som denna studie föreslår, kommer att bestå av en primär- och en sekundär krets, sammankopplade med en värmeväxlare. Primärkretsen utgörs av utrustning
för att filtrera och pumpa upp brunnsvattnet. Den sekundära kretsen utgörs av två parallella serier med vardera tre värmepumpar, samt en pelletspanna för topplaster och en
ackumulatortank för att utjämna dygnsvariationer i energibehovet. Systemet kopplas därefter samman med Gunstas närvärmenät.
På grund av osäkerheten kring hur omfattande borrningen blir är det mycket svårt att uppskatta ett pris till en nyckelfärdig geotermisk fjärrvärmeanläggning i Gunsta. En grov uppskattning på cirka 88 miljoner SEK gjordes. Med en produktionskostnad på 0,19 SEK/kWh fås en återbetalningstid för anläggningen på 12 år.