Transcript of Duurzaam inzetten op bodemenergie Hans Gehrels, Niels van Oostrom (Deltares) Jan Diederik van Wees...
- Dia 1
- Duurzaam inzetten op bodemenergie Hans Gehrels, Niels van
Oostrom (Deltares) Jan Diederik van Wees (TNO)
- Dia 2
- 18 november 2009PAO Energie uit Water2 Programma 1.Inleiding (5
min) 2.Warmte-koude opslag (25 min) 3.Geothermie (15 min)
4.Discussie (15 min)
- Dia 3
- 1.Inleiding
- Dia 4
- 18 november 2009PAO Energie uit Water4 Broad picture We will
restore science to its rightful place, and wield technology's
wonders....... We will harness the sun and the winds and the soil
to fuel our cars and run our factories. Barack Obama in his
inaugural speech on Jan. 20, 2009
- Dia 5
- 18 november 2009PAO Energie uit Water5 Maatschappelijk
vraagstuk Transitie naar duurzame energie is urgent Doelstelling
kabinet: verminderen afhankelijkheid van fossiele brandstoffen door
20% energiebesparing, 20% duurzame energie en 20% minder
CO2-uitstoot in 2020 (t.o.v. 1990) Bij ongewijzigd beleid komen we
halverwege - we zijn er nog lang niet Duurzame energie speelt grote
rol in komende 20-40 jaar opgave en kans voor wetenschap en
bedrijfsleven
- Dia 6
- 18 november 2009PAO Energie uit Water6 Urgentie van duurzame
energiebronnen Tegenlicht: Ontwikkeling zon- en wind-energie sterk
in opmars Werk aan de winkel voor energie uit water en ondergrond
Zweden: 20% van energiegebruik uit waterkracht Noorwegen: 98,8% van
het electriciteitsverbruik uit waterkracht. Nederland: 30% van NL
energieverbruik voor warmte en koude van gebouwen 50-70% besparing
mogelijk met WKO DUS 15-20% energiebesparing mogelijk met maar 1
techniek
- Dia 7
- 18 november 2009PAO Energie uit Water7 Geothermie
systemenGesloten systemenOpen systemen Bodemenergie verschillende
vormen
- Dia 8
- 18 november 2009PAO Energie uit Water8 Overzicht Verticale
BWWWKODiepe geothermie ToepassingsvormVerwarmen en koelen met
warmtepomp Koelen of koelen en verwarmen vaak met warmtepomp Alleen
verwarmen MarktsectorenWoningbouw, kleine utiliteitsbouw
Utiliteitsbouw, glastuinbouw, woningbouw Woningbouw, glastuinbouw,
industrie Minimale schaalgrootte 1 woningGebouw > 2.000 m2, 50
woningen 2500 woningen Diepte in de bodem20-150 meter30-150
meter1500-5000 meter Terugverdientijd10 20 jaar1 12 jaar5 20 jaar
Aantal25000 lussen1200 bronnen1 systeem Vergunning(nog) geen
vergunning nodig GrondwaterwetMijnbouwwet Energiebesparing50% op
combinatie; 30-50% op verw+koel 50-80% op koeling, 30-50% op
verwarmen 60-70% op verwarmen
- Dia 9
- 18 november 2009PAO Energie uit Water9 Cofficint of
performance: COP COP - coefficient of performance: verhouding
tussen de hoeveelheid afgegeven warmte tegenover de hoeveelheid
verbruikte energie van onder andere een warmtepomp. Deze energie
wordt bij de warmtepomp gebruikt door de compressor. Een
water/water warmtepomp heeft een COP van 3,5: 3,5 kWh aan
warmteproductie voor elke kWh uit het elektriciteitsnet. Dit kan
men gelijkstellen aan een rendement van 350%. Bij gewone
elektrische verwarming heb je slechts een rendement van 100%. De
verhouding tussen de gas- en elektriciteitsprijs bepaalt vervolgens
wat de bedrijfskosten zijn. Kosten aardgas hoogrendementsketel
19,00. Kosten elektriciteit voor de warmtepomp 18,50. Het voordeel
van de warmtepomp zit dus niet zozeer in de grote besparing op
stookkosten, maar wel in de vermeden uitstoot CO2.
- Dia 10
- 18 november 2009PAO Energie uit Water10 Vergelijking
TypeaarddiepteVermogenSchaal #huize n Basis Investering CAPEX CO2
reductie tov gasgestook t/ COP Lifetime BWWWK2-15025 GJ/yr110
kEUR50%/4-6oneindig WKOWK30-1500.1 MWth100100 kEUR50%/4-6oneindig
Geoth Warmte W1.5-3.5 km 7.5 MWth30006 MLN70-95%/1530-75 jaar Geoth
Elektr W/E>3.5 km20 MWth/ 3 MWe 8000/ 4500 30 MLN100%30
jaar
- Dia 11
- 18 november 2009PAO Energie uit Water11 Vergelijking
TypeOndergrondse economische performance risicos Maatschappelijke
risicosSubsidies BWWGeenVerstoring hydrologische systemen door
boringen Geen WKODoorlatendheid bodem chemie Verstoring
hydrologische systemen door boringen en productiesystemen Geen
Geoth Warmte Temperatuur Doorlatendheid bodem chemie Geringe
bodemdaling door afkoeling Project Geoth Elektr Temperatuur
Doorlatendheid Hydraulic Fraccing chemie Induced
seismicityProject
- Dia 12
- 2.Warmte-koude opslag
- Dia 13
- 18 november 2009PAO Energie uit Water13 WKO is hot
- Dia 14
- 18 november 2009PAO Energie uit Water14 Werkingsprincipe Koude
en/of warmte wordt opgeslagen in een watervoerende zandlaag
(aquifer) in de bodem. s Winters wordt winterkoude opgeslagen in de
koude bron met een temperatuur van circa 8C. s Zomers wordt het
koude grondwater uit de koude bron opgepompt en gebruikt voor
koeling van een gebouw of een proces. Het grondwater neemt de
warmte uit het koelcircuit in het gebouw op en wordt met een
temperatuur van 15 20C in de warme bron genfiltreerd. Het
grondwatercircuit en het gebouwcircuit zijn gescheiden door een
warmtewisselaar (TSA). Koelen met opgeslagen koude kost slechts 10%
van het vermogen van een koelmachine. Samen met de elektriciteit
voor het laden van koude is een besparing mogelijk van 40 - 80% op
het elektriciteitsverbruik voor koeling in vergelijking met een
koelmachine. Warmte/koudeopslag in combinatie met een warmtepomp
bespaart circa 50 procent op de energie voor verwarmen en koelen in
vergelijking met een klassieke installatie, bestaande uit een ketel
en koelmachine.
- Dia 15
- 18 november 2009PAO Energie uit Water15 Warmtepomp
Drukverhoging in de compressor: het gasvormige koudemiddel wordt
samengeperst. Temperatuur loopt op tot boven die van de te
verwarmen ruimte. Hete damp stroomt naar de condensor.
Warmteafgifte in de condensor: In de condensor (radiator)
condenseert de damp tegen de relatief koude wand en geeft warmte
af. De vloeistof wordt aan de onderzijde van het reservoir afgetapt
en stroomt dan naar een smoorventiel. Drukverlaging: In het
smoorventiel of reduceerventiel stroomt de vloeistof door een nauwe
opening. Warmteopname uit de omgeving: In de verdamper is de druk
lager, zodat de vloeistof aan de kook raakt. De warmte die daarvoor
nodig is wordt onttrokken aan de omgeving.
- Dia 16
- 18 november 2009PAO Energie uit Water16 Gesloten systemen:
horizontaal
- Dia 17
- 18 november 2009PAO Energie uit Water17 Gesloten systemen:
verticaal
- Dia 18
- 18 november 2009PAO Energie uit Water18 Groei gesloten
systemen
- Dia 19
- 18 november 2009PAO Energie uit Water19 Open systemen
- Dia 20
- 18 november 2009PAO Energie uit Water20 Groei open
systemen
- Dia 21
- 18 november 2009PAO Energie uit Water21 Groei open systemen
200020081990 10 systemen1000 systemen200 systemen
- Dia 22
- 18 november 2009PAO Energie uit Water22 Advies Taskforce WKO
(VROM) GroeiPer jaarOpen WKO in 2020 Duurzame energie [PJ]
ReductieCO2 [Mton] % CO2 t.o.v. gebouwde omgeving
Autonoom12%3.50080,62% Beperkt versneld 20%7.500171,25%
Versneld30%18.000412,911% Wat is het effect van versnelde groei op
ondergrond en rendement?
- Dia 23
- 18 november 2009PAO Energie uit Water23 Stijghoogte Benvloeding
van bovenliggende pakketten en/of freatisch grondwater Gevolgen
freatische grondwaterstand- verandering in stedelijk gebied
potentieel groter Hydraulische interferentie: harder pompen om
debieten te halen
- Dia 24
- 18 november 2009PAO Energie uit Water24 Stijghoogte Regionale
stromingspatroon Den Haag Stijghoogte toename Regionale natuurlijke
stijghoogte gradient
- Dia 25
- 18 november 2009PAO Energie uit Water25 Freatische
grondwaterstand De Uithof: groen is nabij de pompput, paars en
bruin freatische grondwaterstand op 10 respectievelijk 25 meter
afstand
- Dia 26
- 18 november 2009PAO Energie uit Water26 Verzilting
- Dia 27
- 18 november 2009PAO Energie uit Water27 Verzilting
Irreversibel
- Dia 28
- 18 november 2009PAO Energie uit Water28 Grondwaterkwaliteit
Vermenging verschillende natuurlijke grondwaterkwaliteit: is dat
erg? Horizontaal of verticaal verplaatsen of vermengen
verontreinigingen Diepe systemen: minder risico op verplaatsen
verontreinigingen Ondiepe systemen: minder invloed op niet
menselijk benvloed grondwater
- Dia 29
- 18 november 2009PAO Energie uit Water29 Microbiologie Invloed
op natuurlijke bacterin Grotere dynamiek Andere temperatuur Andere
redoxomstandigheden Beschikbaar komen van organisch materiaal
Eerste indicatie dat temperatuurverschil van circa 2 graden geen
effect heeft Wel constatering dat diversiteit en aantal bacterien
bij wko lager is dan bij referentie
- Dia 30
- 18 november 2009PAO Energie uit Water30 Perforatie Risicos:
Vermenging grondwaterkwaliteiten Aantrekken verontreinigingen van
boven SIKB protocol is er, maar controle nog te regelen
- Dia 31
- 18 november 2009PAO Energie uit Water31 Meer met Bodemenergie
Onderzoeksprogramma naar toepassing van WKO Advies/ontwerp WKO
(thermisch) Nieuwe concepten WKO Onderzoek WKO (therm/bio/geochem)
WKO en saneren monitoringstools Fundamenteel onderzoek (WKO) WKO,
saneren (mn biologie), ecologie Praktisch onderzoek WKO
(bio/geochem), ecologie, biodiversiteit WKO en saneren
- Dia 32
- 18 november 2009PAO Energie uit Water32 Meer met bodemenergie
Vragers Alle provincies Enkele gemeenten
Waterleidingbedrijven/energiebedrijf Waterschappen VROM en SKB
Aanbieders Deltares, IF, Bioclear en WUR Praktijkonderzoek (2 jaar)
en fundamenteel onderzoek (2 AiOs)
- Dia 33
- 18 november 2009PAO Energie uit Water33 Beschermen en
benutten
- Dia 34
- 18 november 2009PAO Energie uit Water34 WP2: effecten van
(grootschalige) WKO Stijghoogte: benvloeding aquifer, interactie
diep-ondiep, kwel Heterogeniteit: inzicht in verspreiding
genjecteerd en herkomst onttrokken water, effectiviteit opslag
Temperatuur: benvloeding aquifer door grootschalige toepassing
Natuurlijke chemie: invloed op natuurlijke samenstelling door
temperatuur, menging, lekkagestroming Verzilting: effect op
zoet-zoutpatronen van grote installaties Pathogene bacterin: gaan
ze mee naar beneden? Natuurlijke diepe bacterin: hoe reageren die?
Geomechanica: maaiveldbeweging, zetting, opbarsting, welvorming
Effecten na sluiting: na-ijleffect Hoge temperatuur opslag:
effecten en mogelijkheden (Uithof, Swammerdam) Meerdere systemen:
rendement opslag
- Dia 35
- 18 november 2009PAO Energie uit Water35 Interferentie
- Dia 36
- 18 november 2009PAO Energie uit Water36 Risicos op
interferentie Inschatting van het risico op interferentie 2005 en
in 2030 (IF Technology)
- Dia 37
- 18 november 2009PAO Energie uit Water37 Heterogeniteit Effect
heterogeniteit ondergrond op temperatuurzones verondersteld:
vergroting kans op (eigen) interferentie Kavelgrens Effectstudie
Werkelijkheid?
- Dia 38
- 18 november 2009PAO Energie uit Water38 WP3: WKO en sanering
Sanerende werking van rondpompen: (bio)wasmachine Effect van
verontreiniging op WKO Effect van WKO op afbraak Corrosie,
verstopping? ontwerp van WKO Nieuwe concepten voor combinatie Hoe
is WKO optimaal te combineren in gebiedsgerichte aanpak Combinatie
van monitoring (gebiedsgericht en WKO-vergunning)
- Dia 39
- 18 november 2009PAO Energie uit Water39 WP4: WKO in water- en
energieketen Analyse van kansen en nieuwe mogelijkheden Combineren
van RO-opgaven, waterbeheerdoelstellingen (kwantiteit en kwaliteit)
en energieambities Keten grondwater, proceswater, oppervlakte-
water Aanvullend op voorgaande methodiek: Deskstudie en
brainstormsessies
- Dia 40
- 18 november 2009PAO Energie uit Water40 RO Ondergrond De
verdergaande benutting van de ondergrond vraagt om RO beleid voor
de ondergrond Niet alleen voor energieopslag, maar voor de
combinaties met andere gebruiksfuncties zoals ondergronds bouwen,
sanering, perforatie, etc.
- Dia 41
- 18 november 2009PAO Energie uit Water41 WKO Cooling Heating 18
C7 C HE ATES Summer
- Dia 42
- 18 november 2009PAO Energie uit Water42 Cooling Heating 18 C 7
C HE ATES Summer WKO in combinatie met oppervlaktewater
- Dia 43
- 3. Geothermie
- Dia 44
- 18 november 2009PAO Energie uit Water44 Geothermie in
opkomst
- Dia 45
- 18 november 2009PAO Energie uit Water45 Wat is geothermie?
Warmte in de aarde: radioactief verval van elementen Gemiddelde
mondiale geothermische gradint = 30C/km Warmte is winbaar met
putten die warm water winnen en afgekoeld weer her-injecteren
(doublet) Bunge, 2005
- Dia 46
- 18 november 2009PAO Energie uit Water46 Heat flow in the
continental lithosphere 30C/km50C/km
- Dia 47
- 18 november 2009PAO Energie uit Water47 Voordelen Geothermie -
Nederland Groen (warmte COP=15+, HR COP=3.5, Electriciteit geen CO2
uitstoot) 24/7 baseload Weinig beslag oppervlakte Verwachting TNO
realisatie warmte 1 miljoen huizen 100 jaar Verwachting TNO
realisatie electriciteit 100en MWe, renewable 2020 tijdslijn: 1-3%
CO2 reductie (landelijk), warmte
- Dia 48
- 18 november 2009PAO Energie uit Water48 Twee families
- Dia 49
- 18 november 2009PAO Energie uit Water49 Geothermie voor
verwarming van huizen [Den-Haag] E [MWth] = Flow-rate [m3/h] * *
1.2x10 -3
- Dia 50
- 18 november 2009PAO Energie uit Water50 Geothermie: waar en hoe
Locatie voor bv. woningbouw of tuinbouw Afhankelijk van
eigenschappen ondergrond: Geologie: Diepte en temperatuur
Permeabiliteit en Dikte van waterdoorlatende lagen Breuken
(continuteit) Warmtevraag 1. Potentie onderzoek regionaal lokaal
t.b.v. opsporingsvergunning 2. Detailstudie Structureel geologisch
model Breuken Continuteit van de laag Reservoireigenschappen
(porositeit en permeabiliteit) Transmissiviteit (dikte x
doorlatendheid) 3. Putconfiguratie
- Dia 51
- 18 november 2009PAO Energie uit Water51 Kennis van de
ondergrond? Kennis diepe ondergrond bij TNO uit:
(Exploratie-)boringen 2D en 3D seismiek voor landelijke kartering
Olie-gas exploratie: ca 50 miljard kennis-investering in de
afgelopen 30 jaar
- Dia 52
- 18 november 2009PAO Energie uit Water52 ThermoGIS
- Dia 53
- 18 november 2009PAO Energie uit Water53 ThermoGIS
- Dia 54
- 18 november 2009PAO Energie uit Water54 ThermoGIS
- Dia 55
- 18 november 2009PAO Energie uit Water55 ThermoGIS
- Dia 56
- 18 november 2009PAO Energie uit Water56 ThermoGIS
- Dia 57
- 18 november 2009PAO Energie uit Water57 Electriciteitsproductie
T = 80 C T = 160 CT = 30 C
- Dia 58
- 18 november 2009PAO Energie uit Water58 30C/km 60C/km
Geothermal Energy: production of electricity from geothermal
hotspots-active faults
- Dia 59
- Vragen?