Thermal sustainability of groundwater-source cooling in Winnipeg, Manitoba

摘要

Groundwater from the Carbonate Rock Aquifer is extensively used for cooling purposes in Winnipeg, Manitoba. This paper examines the factors affecting the magnitude and timing of temperature increases at production wells in groundwater-source cooling applications through numerical modeling and observations at a case study site. Generic simulations carried out using typical hydrogeologic parameters for the Carbonate Rock Aquifer suggested that temperature increases of a few degrees occur at a typical production well only a few years after the start of operation in a given system. Spacing of the wells and pumping rates were found to have a greater affect than material properties in a homogeneous aquifer. A case study of a thermal doublet in the Winnipeg area indicated, however, that heterogeneities are capable of causing a departure from the predicted temperatures of the generic models. The case study showed that it is possible to make reasonable predictions of the behaviour of the subsurface temperature field during thermal development of the Carbonate Rock Aquifer. Temperature records of the length used in this study will not be available in new developments, however, and efforts must be made to conduct more extensive field investigations to ensure that designs can properly account for geologic conditions.Key words: geothermal energy, fractured rock, Carbonate Rock Aquifer, Winnipeg, Manitoba, injection, heat flow.On utilise abondamment l'eau souterraine de l'aquifère rocheux de carbonate pour fin de refroidissement à Winnipeg, Manitoba. Nous examinons les facteurs affectant la grandeur et le minutage des accroissements de température aux puits de production dans les applications de refroidissement au moyen d'une modélisation numérique et des observations d'un site d'étude de cas. Des simulations numériques réalisées au moyen de paramètres hydrogéologiques typiques pour l'aquifère rocheux de carbonate suggèrent que des accroissements de température de quelques degrés se produisent à un puits de production typique seulement quelques années après le début de l'opération dans un système donné. On a trouvé que l'espacement des puits et les taux de pompage ont un effet plus grand que les propriétés du matériau dans un aquifère homogène. Cependant, une étude de cas d'un doublet thermique dans la région de Winnipeg indique que les hétérogénéités sont capables de causer une dérogation par rapport aux températures prédites à partir des modèles génériques. L'étude de cas montre qu'il est possible de faire des prédictions raisonnables du comportement du champ de température souterraine au cours du développement thermique de l'aquifère rocheux de carbonate. Cependant, les données de température d'une durée telle que celle utilisée dans cette étude ne seront pas disponibles pour de nouveaux développements et des efforts devront être faits pour conduire des études plus exhaustives afin de s'assurer que les conceptions peuvent tenir compte convenablement des conditions géologiques.Mots clés : énergie géothermique, roc fracturé, aquifère de roches de carbonate, Winnipeg, Manitoba, injection, écoulement de chaleur.[Traduit par la Rédaction]