MUSE GeoERA

El projecte contempla analitzar catorze casos pilot situats en les ciutats europees d'Aarhus, Bratislava, Brussel·les, Cardiff, Cork, Girona, Glasgow, Linköping, Liubliana, Praga, Saragossa, Varsòvia, Viena i Zagreb. L’ICGC participa treballant a l’àrea de Girona.

Mapa con la localización de las áreas urbanas piloto repartidas en 12 estados miembros de la UE en las que se realizaran trabajos de evaluación del potencial geotérmico superficial

Col·lecció de Fact-Sheets preparats per la divulgació de les àrees pilot del projecte i situació de les àrees urbanes i periurbanes incloses a la zona pilot de Girona, Salt i Vilablareix.

El projecte MUSE i els projectes de geotèrmia superficial a l’ICGC

El projecte MUSE es trasllada a Catalunya i en concret a l’àmbit urbà i periurbà de Girona, Salt i Vilablareix coincidint amb el desplegament del Contracte Programa III (2019 – 2022) de l’ICGC. Aquesta sincronització permet l’encaix de les línies de treball pròpies de l’ICGC amb les tasques objectiu del projecte MUSE de manera que:

• L’any 2019 l’ICGC inicia el projecte ‘Xarxa d'estacions geotèrmiques de Catalunya (XEGCat)’ amb l’objectiu d’implementar sondatges instrumentats en el subsol destinats a recollir dades científiques sobre el comportament tèrmic del terreny per tal de facilitar l’avaluació i el monitoratge del recurs geotèrmic superficial i promoure el càlcul de nous sistemes d’intercanvi amb bomba de calor geotèrmica a l’escala urbana i periurbana. La primera xarxa d’estacions geotèrmiques del projecte XEGCat va ser implementada entre els anys 2019 i 2020 en l’àmbit urbà i periurbà dels municipis de Girona, Salt i Vilablareix coincidint amb l’àrea pilot del projecte MUSE. Les característiques i tipologia dels punts de control implementats es pot consultar a la pàgina XEGCat de Girona-Salt i Vilablareix (2019-2020). Les dades obtingudes d’aquesta xarxa permet alimentar el projecte MUSE pel que fa a l’estudi i càlcul del potencial geotèrmic per a sistemes superficials oberts i tancats en aquest àmbit i estudiar altres aspectes com el possible efecte “illa de calor” en el subsol (Urban Heat Island – UHI).
• Les dades geològiques prèvies disponibles juntament amb les noves dades derivades de la perforació de nous sondatges per la construcció de les estacions de la XEGCat en l’àmbit de Girona i municipis circumdants, permeten l’elaboració d’un model 3D dels principals aqüífers existents coincidint amb l’àrea pilot objectiu del projecte MUSE. El model s’ha construït utilitzant tècniques de modelització implícita mitjançant el programari Leapfrog Geo v5.1 (consulta el visor3D, i l’informe en format PDF -en anglès-). D’altre banda, a partir de les dades de la XECat és possible determinar la profunditat de l’aigua subterràniea a l’àmbit d’estudi i a partir del model s’obté una aproximació en 3D de les geometries i la distribució de gruixos dels diferents aqüífers presents a la zona. La combinació de les dues fonts de dades permet la generació de nous mapes de la distribució espacial dels paràmetres hidrogeològics i tèrmics equivalents, paràmetres necessaris pel càlcul del potencial geotèrmic en sistemes verticals oberts i tancats.
• L’ICGC desenvolupa programari orientat a l’aprofitament de recursos geològics. En aquest context, l’any 2021 publica la primera versió de Geo-SIV, un programari lliure i de codi obert publicat a OpenICGC GitHub per facilitar l'avaluació preliminar tècnica, econòmica i mediambiental de Sistemes d’Intercanvi Geotèrmic en circuits Verticals tancats per instal·lacions de calefacció, refrigeració i aigua calenta sanitària de fins a 70 kW (tipus A i B d'acord amb la norma UNE-100715-2014) en el territori de Catalunya. Diverses de les capes d’informació generades en el marc del projecte MUSE orientades al dimensionament de sistemes d’intercanvi de calor, com ara la temperatura i la conductivitat tèrmica equivalent del subsol, s’han incorporat a Geo-SIV permetent d’aquesta forma utilitzar dels resultats en l’àmbit específic de Girona, Salt i Vilablareix a una eina de càlcul específica orientada a usuaris finals.

Diagrama de relacions entre el Projecte MUSE, l’elaboració d’un model3D dels aqüífers en l'àmbit urbà i periurbà de la ciutat de Girona, el Projecte XEGCat i el desenvolupament del programari Geo-SIV

Resultats del projecte MUSE en l’àmbit de Girona, Salt i Vilablareix

Els objectius del Projecte MUSE en l’àmbit de Girona, Salt i Vilablareix s’han centrat en l’avaluació i mapeig del potencial geotèrmic superficial per sistemes d’intercanvi de calor verticals oberts (Open Loop Systems – OLS) i verticals tancats (Closed Loop Systems - CLS). Amb aquest objectiu i tenint en compte les dades obtingudes dels treballs de camp per la implementació de la XEGCat i les dades d’auscultació sobre la distribució de temperatura a diferents profunditats en el subsol i la posició del nivell piezomètric, s’han elaborat diferents capes d’informació en formats ràster i vectorial que permeten el càlcul i mapeig del potencial geotèrmic superficial en ambdós cassos.

Col·lecció de capes d’informació generades en el marc del Projecte MUSE

Per als sistemes verticals oberts (OLS), s’han generat mapes de gruix dels principals aqüífers de la zona, i models 2D de la distribució de la seva transmissivitat hidràulica equivalent. Considerant la hipòtesis d’estat estacionari i prenent un descens màxim del nivell d’aigua en els pous d’aprofitament del 25% del gruix saturat de l’aquïfer, es calcula el cabal potencialment explotable segons l’equació de Thiem (1996) per cadascun d’aquests aqüífers. Considerant llavors un bescanvi tèrmic ΔT = màxim a 5ºC, i tenint en compte el calor específic de l’aigua, es calcula finalment la capacitat tèrmica específica o potencial geotèrmic (kW)  en dos supòsits: a) considerant pous de longitud equivalent al gruix total dels aqüífers explotables de la cubeta de Salt-Girona i  b) considerant els aqüífers presents en els primers 100 metres de profunditat.

Per als sistemes verticals tancats (CLS) i utilitzant els mapes de gruix de les unitats geològiques del model 3D i les dades extretes dels assajos de resposta tèrmica (Thermal Response Test – TRT) realitzats en 5 dels intercanviadors de la XEGCat, es calculen models 2D de la distribució de la seva conductivitat tèrmica equivalent. S’obtenen també mapes de la temperatura del subsol a diferents profunditats i la distribució de la durada de l’època de calefacció. Mitjançant l’aplicació del mètode G.POT (Casasso & Sethi, 2016), s’obté la càrrega tèrmica anual (MWh/a) o potencial geotèrmic dels primers 100 metres de profunditat.

La relació de capes d’informació derivades del projecte MUSE i els mapes de potencial geotèrmic superficial per OLS i CLS obtinguts, es poden visualitzar al visor Resultats del projecte MUSE (ICGC - Geoíndex. Visor projecte GeoERA MUSE). Per conèixer més sobre l’aplicabilitat d’aquesta informació descarregueu-vos la guia “Significat i ús de les capes d’informació derivades del projecte MUSE i el càlcul del potencial geotèrmic per sistemes d’intercanvi de calor verticals tancats (CLS) i sistemes d’intercanvi de calor verticals oberts (OLS). Geoíndex – Geotèrmia superficial urbana” (link).

Els resultats generals i documents associats a les activitats realitzades pel consorci en el marc del projecte GeoERA MUSE poden consultar-se a MUSE story line – GeoERA.

Visor

Visor a finestra sencera | Més informació del visor

Principals conclusions del projecte MUSE a Girona, Salt i Vilablareix

• El projecte MUSE i l’encaix amb les línies de treball de l’ICGC, ha permès l’exploració i caracterització del comportament tèrmic del subsol i l’obtenció de dades dels paràmetres tèrmics principals que intervenen en l’estimació del potencial geotèrmic superficial a l’àmbit de Girona, Salt i Vilablareix, i fins a Sant Gregori i Bescanó per l’oest i Fornells de La Selva pel sud.
• Mentre que la temperatura dels primers 10-20 metres del subsol enregistra les fluctuacions diàries i estacionals típiques de la zona, en profunditat es manté constant entre el 14 i el 17.2ºC. Destaca l’efecte illa de calor mesurat sota els entorns urbans de Girona i Salt on la temperatura assoleix els valors màxims.
• S’han obtingut els mapes de potencial geotèrmic superficial per sistemes OLS i CLS que permeten realitzar una primera aproximació del disseny del camp de captació
• La totalitat de l’àmbit presenta un potencial geotèrmic significatiu per sistemes d’intercanvi de calor verticals tancats (CLS). Aquest varia entre 8 i 12 MWh/any per intercanviadors tipus de 100 metres de longitud, sent màxim en els entorn urbans de Girona i Sant Narcís, Salt i bona part del nucli de Bescanó.
• El potencial geotèrmic superficial per sistemes d’intercanvi de calor verticals oberts (OLS) està associat principalment amb l’existència de tres aqüífers principals: l’aqüífer al·luvial quaternari, l’aqüífer detrític neogen i l’aqüífer de les calcàries eocenes fracturades i carstificades de la Formació Girona. En aquests, el potencial varia en funció de la transmissivitat hidràulica equivalent del medi dins un rang molt ampli on les calcàries eocenes situades a l’extrem est de l’àrea d’estudi contenen el potencial més elevat considerant un pou tipus de 100 metres de longitud. Fora d’aquests aqüífers el potencial geotèrmic per OLS es redueix significativament, fet que desaconsella el seu ús. 
• Les capes d’informació de paràmetres tèrmics equivalents del subsol utilitzats en els càlculs del potencial (com la temperatura mitjana no pertorbada del subsol i la distribució de la conductivitat tèrmica equivalent) han estat introduïdes al programari Geo-SIV permetent la reutilització de la informació generada al projecte MUSE.
• Els conjunts de dades produïts en el marc del projecte MUSE, podrien ser d’utilitat per empènyer les polítiques de promoció de les energies renovables i/o ser inclosos en el contingut dels plans estratègics d’energia i clima dels municipis, és a dir, els Plans d'Acció pel Clima i l'Energia Sostenible (PACES), cara a establir accions encaominades a la implementació de les energies renovables tant en nous equipaments com en la descarbonització d’espais ja existents.
• Els sistemes d'energia geotèrmica superficial estan en ple desenvolupament a tot el territori de Catalunya amb una taxa de creixement entorn al 20% anual (dades Informe núm. 5 Agost 2021, font: BdIGSCat). El projecte MUSE ha contribuït a difondre el coneixement sobre el recurs geotèrmic superficial i dóna l'oportunitat de treballar amb les administracions locals i grups d'interès per donar a conèixer els avantatges i la versatilitat d’aquesta tecnologia.
• MUSE ha contribuït a projectar Girona i el seus entorns en el marc del nou Horitzó (2021-2027) i la promoció de les energies renovables a l’alçada d’altres capitals europees com Brussel·les, Viena, Praga, Varsòvia o Ljubljana.

Referències

• Casasso, A.; Sethi R. (2016). G.POT: A quantitative method for the assessment and mapping of the shallow geothermal potential. Energy. vol. 106: 765-773. DOI: 10.1016/j.energy.2016.03.091.
• Čypaitė, V.; Herms, I.; Núñez, J. A.; Colomer, M.; Camps, V.; Arnó, G.; Baxter, C. (2021). 3D Conceptual Model Approach for the Assessment of Shallow Geothermal Potential in Urban Areas: The Case Study of the Girona City (Preliminary Results). Proceedings World Geothermal Congress 2021. Reykjavik, Iceland, April 27 – May 1, 2021. http://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2020/12079.pdf.
• Eurogeosurveys. https://www.eurogeosurveys.org/.
• European Geological Data Infrastructure (EGDI). GeoERA - GeoEnergy - MUSE - Girona urban pilot area (link).
• EGDI Metadata Catalogue. https://www.europe-geology.eu/metadata/.
• GeoERA MUSE Project. https://geoera.eu/projects/muse3/.
• Herms, I.; Goetzl, G.; Borovic, S.; García-Gil, A.; Ditlefsen, A.; Boon, D.; Veloso, F.; Petitclerc, E.; Janza, M.; Erlström, M.; Kłonowski, M.; Holecek, J.; Hunter, N.H.; Vandemeijer, V.; Cernak, R.; Malyuk, B. (2019). MUSE- Managing Urban Shallow geothermal Energy. A GeoERA geoenergy project. European Geothermal Congress 2019. La Haia (Països Baixos), juny 2019. https://www.researchgate.net/publication/334785690_MUSE-MANAGING_URBAN_SHALLOW_GEOTHERMAL_ENERGY_A_GEOERA_GEO-ENERGY_PROJECT.
• Klonowski, M.; Herms, I.; Goetzl, G.; Borovic, S.; Steiner, C.; García-Gil, A.; Ditlefsen, C.; Boon, D.; Veloso, F.; Petitclerc, E.; Janza, M.; Erlström, M.; Holecek, J.; Hunter Williams, N.; Vandeweijer, V, P.; Cernack, R.; Malyuck, B. (2020). Managing Urban Shallow Geothermal Energy (Preliminary Results of the MUSE Project). Proceedings World Geothermal Congress 2020. Reykjavik, Iceland, April 27 – May 1, 2021.http://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2020/29029.pdf.