Page 1

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie1Onderzoeksrapport Diepe GeothermieRoni Furlan

Page 2

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie2VoorwoordDit onderzoeksrapport maakt deel uit van mijn afstudeeropdracht over Geothermie. Het laat de lezer kennismaken met de principes van diepe Geothermie en de disciplines die er deel uit maken. Het rapport dient gezien teworden als een samenvatting van de beschikbare informatie over het onderwerp. Het fungeerd als een bundel vaninformatie en is inhoudelijk generalistisch van aard om de lezer een algemeen beeld te geven. Voornamelijk omdat het geen media aandacht krijgt, is Geothermie over het algemeen een onbekend begrip.Ik hoop dat deze samenvattende informatiebundel een bijdrage levert aan de naamsbekendheid van Geothermie. Graag wil ik de volgende personen bedanken voor hun bijdrage aan het schrijven van dit rapport. Maurice Bakkersvan Grontmij Roosendaal om me bij Grontmij te laten afstuderen. Peter van Dyck en Rosco Ephram van Grontmijvoor al hun hulp, begeleiding en geduld. Victor van Heekeren van Platform Geothermie voor zijn hulp met hetverbeteren van het rapport, het verstrekken van informatie en het doorwijzen naar de juiste specialisten. JanCromwijk van DWA om mij als student kosteloos het seminaar Diepe Geothermie in Bodegraven te latenbijwonen. Dick Swart van Petrogas Minerals International om informatie over boortechnieken te verstekken. Prof.Ladislaus Rybach van Geowatt AG Zwitserland voor het verstekken van zijn college materiaal van de cursus Newinsights in general and applied geothermics aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Herman koenen van deHogeschool Avans te Tilburg voor zijn tijd voor het nakijken van dit verslag.Roni Furlan(ronifurlan@gmail.com)Voor vragen, opmerkingen en overige zaken, zie u graag uw mailtje tegenmoet.

Page 3

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie3Inhoudsopgave1.0 INLEIDING .................................................................................................................................................... 61.1 GEOPOLITIEKE SITUATIE ............................................................................................................................................. 61.2 ALTERNATIEVE VOOR FOSSIELE BRANDSTOFFEN............................................................................................................... 71.2.1 Nieuwe nucleaire energie ............................................................................................................................. 71.2.2 Kernfusie ...................................................................................................................................................... 71.2.3 Bekende vormen van duurzame energie ...................................................................................................... 81.2.4 Geothermische energie ................................................................................................................................ 82.0 GEOTHERMIE................................................................................................................................................ 92.1 EXPLOITATIEVORMEN VAN ONDIEPE GEOTHERMIE........................................................................................................... 92.1.1 Koude-warmteopslag (open systeem) ......................................................................................................... 92.1.2 Ondiepe aardwarmtesondes (gesloten systeem) ....................................................................................... 102.2 EXPLOITATIEVORMEN VAN DIEPE GEOTHERMIE............................................................................................................. 112.2.1 Hydrothermale systemen (open systeem) .................................................................................................. 112.2.2 Petrothermale systemen (open systeem) ................................................................................................... 122.2.3 Diepe aardwarmtesondes (gesloten systeem) ........................................................................................... 122.3 VOOR EN NADELEN VAN GEOTHERMIE ........................................................................................................................ 132.3.1 Sterktes ...................................................................................................................................................... 132.3.3 Kansen ........................................................................................................................................................ 132.3.4 Bedreigingen .............................................................................................................................................. 133.0 AARDKUNDE ............................................................................................................................................... 143.1 DE VORMING VAN DE AARDE ..............................................................................................................................143.2 DE BINNENKANT VAN DE AARDE ......................................................................................................................... 143.2.1 De kern ....................................................................................................................................................... 143.2.2 De mantel ................................................................................................................................................... 143.2.3 De korst ...................................................................................................................................................... 153.3 GESTEENTE IN DE KORST..................................................................................................................................... 153.3.1 Stollingsgesteenten .................................................................................................................................... 153.3.2 Sedimentair gesteenten ............................................................................................................................. 153.3.3 Metamorfe gesteenten .............................................................................................................................. 153.4 BEWEGINGEN VAN DE KORST ............................................................................................................................. 163.4.1 Subductie.................................................................................................................................................... 173.4.2 Opbouw van bergen ................................................................................................................................... 173.5 OORZAAK VAN AARDWARMTE ........................................................................................................................... 183.5.1 Restwarmte uit de tijd van het ontstaan van de aarde.............................................................................. 183.5.2 Radioactieve vervalsprocessen .................................................................................................................. 183.5.3 Warmtestroom uit het binnenste van de aarde ......................................................................................... 183.6 GEOTHERMISCHE BRONNEN................................................................................................................................ 193.6.1 Laagenthalpie vindplaatsen ....................................................................................................................... 193.6.2 Hoogenthalpie vindplaatsen ...................................................................................................................... 193.6.3 Geothermisch systeem ............................................................................................................................... 193.6.4 Model van een Geothermisch systeem ...................................................................................................... 203.7 BODEMGESTELDHEID EN POTENTIE IN NEDERLAND ........................................................................................................ 21

Page 4

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie44.0 GEOFYSICA ............................................................................................................................................... 244.1 DATA VERKRIJGEN (ONDERZOEKSMETHODES) ...................................................................................................... 244.1.1 Radiometrische methodes (radiometrisch) ................................................................................................ 244.1.2 Magnetische methodes (magnetics) .......................................................................................................... 244.1.3 Gravitatie onderzoeken .............................................................................................................................. 254.1.4 Geochemische methodes ........................................................................................................................... 254.1.5 Elektrische en Elektromagnetische methodes ............................................................................................ 254.1.6 Seismische methodes ................................................................................................................................. 274.2 DATA VERZAMELEN.......................................................................................................................................... 274.2.1 Lucht metingen .......................................................................................................................................... 284.2.2 Oppervlakte metingen ............................................................................................................................... 284.2.3 Ondergrondse metingen (logging) ............................................................................................................. 284.3 DATA INTERPRETEREN ....................................................................................................................................... 294.3.1 Computer Assisted Exploration (CEAX) ...................................................................................................... 294.3.2 2-D Seismic Imaging ................................................................................................................................. 294.3.3 3-D Seismic Imaging ................................................................................................................................. 304.3.4 4-D Seismic Imaging ................................................................................................................................. 304.4 EXPLORATIE VAN GEOTHERMIE............................................................................................................................ 315.0 BOORTECHNIEK ...................................................................................................................................... 325.1 VOORBEREIDINGEN............................................................................................................................................ 325.2 BOORMETHODES................................................................................................................................................ 335.2.1 Rotatie boren ............................................................................................................................................. 335.2.2 Zuigboren ................................................................................................................................................... 345.2.3 Lucht liften ................................................................................................................................................. 345.3 BOORGEGEVENS................................................................................................................................................ 345.4 KOSTEN EN TIJD................................................................................................................................................. 375.5 VERGUNNINGEN................................................................................................................................................ 375.6 BOOR INNOVATIES ............................................................................................................................................ 386.0 INSTALLATIES VOOR ENERGIE OVERDRACHT ......................................................................... 396.1 BASISKENNIS ENERGIE.............................................................................................................................................. 396.1.1 Rekenvoorbeeld: ........................................................................................................................................ 406.2 INSTALLATIES ......................................................................................................................................................... 416.3 STADSVERWARMING ............................................................................................................................................... 416.3.1 Warmtewisselaars ..................................................................................................................................... 416.4 STROOMOPWEKKING............................................................................................................................................... 446.4.1 Dry steam centrale ..................................................................................................................................... 456.4.2 flash-steam centrale .................................................................................................................................. 456.4.3 Binary centrale ........................................................................................................................................... 466.4.4 Kalina binary energie centrale ................................................................................................................... 466.4.5 Hybride energie centrales .......................................................................................................................... 476.5 KOSTEN EN TIJD...................................................................................................................................................... 47

Page 5

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie57.0 AFSLUITING ................................................................................................................................................. 487.1 STATISTIEKEN......................................................................................................................................................... 487.1.1 Direct gebruik internationaal ..................................................................................................................... 487.1.2 Stroomopwekking internationaal .............................................................................................................. 487.2 PROJECTEN............................................................................................................................................................ 507.2.1 Nederland .................................................................................................................................................. 507.2.2 Internationaal ............................................................................................................................................ 507.3 WAAROM IS GEOTHERMIE NOG NIET DOORGEBROKEN................................................................................................... 517.4 KANSEN IN NEDERLAND ........................................................................................................................................... 517.5 ONTWIKKELINGEN EN INNOVATIES ............................................................................................................................. 517.6 CONCLUSIE............................................................................................................................................................ 527.7 BRONNEN ............................................................................................................................................................. 537.7.1 Bronnen - informatie .................................................................................................................................. 537.7.2 Bronnen - figuren en tabellen .................................................................................................................... 56

Page 6

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie61.0 Inleiding1.1 Geopolitieke SituatieUit onderzoek blijkt dat in 2020 het energiegebruik van de derde wereld landen het huidige energiegebruik van degendustrialiseerde landen zal overtreffen. Vooral de grote economische groei van China en India zorgt voor eensteeds grotere vraag naar energie. Naar verwachting zal de mondiale vraag naar energie in 2020 verdubbelen. Energie wordt voornamelijk gewonnen uit de verbrandingvan fossiele brandstoffen zoals aardolie, aardgas ensteenkool. Verwacht wordt dat de winning van fossielebrandstoffen in de komende jaren een piek zal bereiken en daarna zal dalen. De stijging van de vraag en de daling van het aanbod zorgt ervoor dat de prijzen van fossiele brandstoffen stijgend zullen blijven. Er zijn een beperkt aantal locaties waar commercieel winbare fossiele brandstofreserves aanwezig zijn. Door de grote afhankelijkheid van de wereldeconomie van fossiele brandstoffen zullen de landen met dergelijke fossielebrandstofreserves steeds meer onderwerp zijn voor mondiale machtspolitiek. Olie en gas productie scenarioOlie-importerende landen worden gedwongen om politiek beleid te voeren om hun energievoorziening veilig testellen. Dergelijk beleid kan echter ten kosten gaan van de belangen van andere landen of werelddelen. Dit zorgtervoor dat de geopolitieke allianties zich met een grote graad verschuiven. De hoofdspelers zijn olie-exporterende landen zoals Rusland, Venezuela en het Midden Oosten en de olie-importerende gebieden zoals de VS, EU en opkomend Azi. Voor olie importerende landen is het zowel een politiek als economisch voordeel om zo veel mogelijk onafhankelijkheid te creren van olie-exporterende landen. Dit kan alleen door de vraag naar olie te vervangen met plaatselijk te winnen alternatieve vormen van energie. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt CO2 vrij. De meeste wetenschappers vermoeden dat dit bijdraagt aan het broeikaseffect. Omdat alternatieve vormen van energie vrijwel geen C02 uitstoot met zich mee brengen, kunnen ze bij de steeds bewuster wordende bevolking worden promoot door ze te classificeren als duurzaam. Om de vraag naar duurzame energie te vergroten zijn er verschillende afspraken gemaakt. De bekendste afspraak is het Kyoto Protocol. Het doel van dit protocol is het verminderen van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen in 2008 - 2012 met 5.2% ten opzichte van 1990. Volgens het Kyoto protocol moet Europa 8% verminderen en Nederland 6%. De EU-25 heeft echter een strengere norm opgesteld: Een vermindering van 20% in Europa en als er genoeg belangstelling voor is, wordt dit verhoogd naar 30%. Nederland is n van de landen die nu al streeft naar een vermindering van 30% in 2012 ten opzichte van 1990. Aangezien het mondiale energieverbruik blijft groeien, kan een vermindering van CO2 alleen kunnen worden bereikt door fossiele brandstoffen te vervangen door alternatieven. Protocollen zoals het Kyoto Protocol geven de duurzame energiesector een duw en vergroten hiermee olie onafhankelijkheid voor olie-importerende landen. Dergelijk beleid biedt lucratieve investeringsmogelijkheden in de sterk opkomende duurzame energiesector.

Page 7

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie71.2 Alternatieve voor fossiele brandstoffenEr bestaan een aantal alternatieve vormen van energie die de potentie hebben, of zouden kunnen hebben, omfossiele brandstoffen voor een groot deel (of in de toekomst in zijn geheel) te kunnen vervangen.1.2.1 Nieuwe nucleaire energieNucleaire energie wordt gemaakt door uranium op een gecontroleerde manier te laten splijten. Uit dit procesontstaat warmte waarmee stoom wordt opgewekt. De stoom draait een turbine die elektriciteit genereert. Hetvoordeel van nucleaire energie is onder andere dat er geen vervuiling in de vorm van CO2 uitstoot wordtveroorzaakt - ten gunste van beleid zoals het Kyoto Protocol. Het nadeel is dat het uraniumerts niet overal incommercieel winbare reserves te vinden is. Over twintig jaar is de nu bekende voorraad rijke uraniumertsen op. Inde nu bekende arme ertsen is dan nog voor ongeveer dertig jaar uranium over. Er wordt weliswaar aangenomendat in de aarde aanzienlijk meer uranium zit dan de hoeveelheid die nu bekend is, maar wanneer het aandeel vankernenergie meegroeit met de totale energieconsumptie in de wereld, kan het zijn dat ook die extra reserve in deloop van de 21e eeuw uitgeput raakt. De meningen hierover zijn echter verdeeld. Nucleaire energie kan nietclassificeerd worden als duurzaam. Omdat de grondstoffen op een beperkt aantal plaatsen zijn te winnen, zou eenwereldwijde overgang op nucleaire energie tot dezelfde problematiek leiden als bij de huidige exploitatie vanfossiele brandstoffen.Er wordt echter gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe reactoren vierde generatie reactoren: De snellekweekreactor. Deze reactoren brengen tijdens het opwekken van elektriciteit meer nieuwe splijtstof voort dan zezelf gebruiken. Zouden deze reactoren worden toegepast, dan bevat de aarde genoeg uranium voor tientallenduizenden jaren.De technologie van de duurzame snelle kweekreactor is nog niet ontwikkeld. Het zal vermoedelijknog tientallen jaren duren voordat de nieuwe reactor technologie ontwikkeld is. In de tussentijd zullen anderealternatieven moeten worden toegepast om de energiecrises op te lossen. Ook al zou de technologie nu al ontwikkeld zijn, in het kader van geopolitiek is het niet gewenst om wereldwijdnucleaire energie toe te passen. Angst voor proliferatie van de technologie om kernwapens te ontwikkelen, of omkerncentrales te gebruiken om de ontwikkeling van kernwapens te camoufleren heeft lange tijd tot spanningengeleid tussen verschillende naties. Ook bestaat de angst dat nucleaire centrales als doelen kunnen wordengebruikt voor eventuele aanslagen. Hoewel de nieuwe kweekreactor technologie duurzaam is en een grotebijdragen zou kunnen leveren aan het toekomstige energietekort, kan het om praktische redenen op zichzelfmoeilijk een totale vervangingen voor fossiele brandstoffen zijn. 1.2.2 KernfusieKernfusie is het proces waarbij lichte atoomkernen samensmelten tot zwaardere. Het is de energiebron van de zonen de sterren en daarmee de grootste energiebron van het heelal. Sinds de wetenschap zich rond 1920 voor heteerst realiseerde wat de oorzaak is van de enorme hoeveelheid energie die de zon uitstraalt, is het een droomgeweest om die energiebron op aarde te leren beheersen, dus doen wetenschappers onderzoek om fusie alsveilige en onuitputtelijke energiebron op aarde te gebruiken. De eerste commercile fusiecentrale zal vermoedelijkrond halverwege deze eeuw in gebruik zijn. Als de markt voor fusiecentrales met 10-15% per jaar groeit, dan kanfusie aan het eind van deze eeuw ongeveer 10 -15% van de wereld energiebehoefte dekken.

Page 8

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie81.2.3 Bekende vormen van duurzame energieDe term duurzaam beschrijft iets dat wordt gedaan op een manier die rekening houdt met toekomstige generaties.Energie kan als duurzaam worden bestempeld als het geen of verwaarloosbaar kleine negatieve gevolgen heeft opmens en milieu en waarover de mensheid voor onbeperkte tijd kan beschikken.Als men aan duurzame energie denkt, wordt meestal gedacht aan de bekendste vormen: Zonne-energie,windenergie, bio-energie en waterkracht. Elke vorm heeft zijn eigen voor- en nadelen. Globaal gezien is hetvoordeel dat ze geen of een geringe hoeveelheid aan broeikasgassen uitstoten. Het nadeel is dat hunenergieaanbod afhankelijk is van weersomstandigheden, seizoen, tijdstip en locatiegebonden is. Deenergiedichtheid is relatief laag waardoor een grote gebruikoppervlakte nodig is. Op commercieel vlak zijn dezetechnologien onvoldoende ontwikkeld om een volledig alternatief voor fossiele brandstoffen te bieden. Welkunnen deze vormen van energie op geschikte locaties (waar het economisch rendement relatief hoog ligt)worden toegepast om het fossiele brandstofgebruik gedeeltelijk te verminderen. In onze taal heeft de uitdrukking duurzame energie de oude hernieuwbare (renewable) energie verdrongen,waardoor het misverstand is ontstaan dat alleen die categorie een plaats verdient in een duurzameenergievoorziening (sustainable energy supply). Maar de eis van duurzaamheid is geen reden om niet-hernieuwbare voorraden ongebruikt te laten, zolang uit de opbrengsten daarvan op tijd nieuwe bronnen wordenontwikkeld. - Prof. C.M. Braams.Kweekreactor en kernfusie energie is per definitie niet vernieuwbaar - er worden immers grondstoffen verbruikt.Maar aangezien de bronnen vrijwel onuitputtelijk zijn en zich weer kunnen herstellen, voldoen ze toch (al wordtdat vaak niet gedacht) aan de beschrijving duurzaam. Door de zelfde onwetendheid wordt de duurzaamheid vanGeothermie vaak in twijfel gebracht. Men heeft de neiging om Geothermie te associren met het exploiteren vanniet-hernieuwbare ondergrondse bronnen van fossiele brandstoffen. In tegenstelling tot deze bronnen, warmenaardwarmte reservoirs zich vanzelf weer op nadat de exploitatie ervan stop wordt gezet. Na een herstel (zeg:opwarm) periode kunnen ze vervolgens weer worden gexploiteerd.1.2.4 Geothermische energieGeo betekent aarde en thermie warmte: Aardwarmte. Aardwarmte is de energie die zich bevindt in de aardegelegen warmtebronnen. De energie kan worden gewonnen door gebruik te maken van het temperatuursverschiltussen de aardoppervlakte en de in de aarde gelegen warmte. Door gebrek aan media aandacht, is het begripGeothermische energie onbekend vergeleken met andere vormen van duurzame energie. De aarde bevat een onuitputtelijke hoeveelheid aan warmte. De temperatuur van de kern van de aarde wordtgeschat tussen 2000 en 12.000 C. De gehele aardbol is 99% warmer dan 1000 C en maar 0.1% is kouder dan 100C. De 8 to 40 km dikke aardkorst die op een zee van magma drijft wordt hoe dieper, hoe warmer. De stijging vande temperatuur bedraagt gemiddeld 30 C per km. De buitenste zes kilometer van de aardkorst bevat eenhoeveelheid warmte die overeenkomt met 50.000 keer de energie van alle olie- en gasvoorraden in de wereld. Hetgeschatte wereldwijde debiet aan warmte in de aardkorst is genoeg warmte om de wereld voor een miljoen jaaraan energie te voorzien. Het potentieel (heat in place) in Nederland is door TNO geschat op 9,0x104 petajoule. 1 PJis 1015 J. Dit staat gelijk aan ongeveer 30 miljoen kilowatturen. Vele malen meer dan de totale warmtebehoeftevan 500 PJ in de Nederlandse gebouwde omgeving. Net als bij wind en zonne-energie, gaat het echter niet om dehoeveelheid aanwezige energie, die in werkelijkheid onuitputtelijk is, maar om in hoeverre het exploiteren ervanrendabel is.

Page 9

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie92.0 Geothermie Geothermie staat voor het exploiteren van de innerlijke warmte van de aarde. Water wordt gebruikt om dewarmte naar de oppervlakte te transporteren. Het exploiteren van aardwarmte heeft verschillende vormen enmeerdere toepassingen. De toegepaste methode is afhankelijk van de lokale situatie en benodigde temperatuur.De twee vormen die onderscheiden kunnen worden zijn direct gebruik en indirect gebruik. Direct gebruik van Geothermie is het gebruik van aardwarmte als warmtebron voor industrie en woonomgevingzoals het verwarmen en koelen van gebouwen, verwarmen van water zoals zwembaden en kweekvijvers,verwarmen van kassen in de tuinbouw, ijsvrij houden van bruggen en straten, industrie en landbouw. Indirect gebruik van Geothermie is het omzetten van aardwarmte naar elektriciteit. Meestal vindt direct gebruikplaats op lagere dieptes (2 3 km) en indirect gebruik op diepere dieptes (3 5 km). Dit hoeft echter niet altijd zote zijn. In Nederland zijn boringen van ongeveer 3 km diepte nodig voor stadsverwarming, terwijl in IJsland eenboring op deze diepte tientalle MWs aan stroom levert. 2.1 Exploitatievormen van ondiepe Geothermie De definitie over welke dieptes onder diepe en ondiepe Geothermie vallen verschilt per land. Volgens deNederlandse wetgeving valt aardwarmtewinning dieper dan 500 meter onder de mijnbouwwet. Koude-warmteopslag bereikt nooit 500 m en verschilt van andere vormen van Geothermie die dieptes van enkelekilometers bereiken. Om Koude-warmteopslag te onderscheiden wordt het als ondiepe Geothermie bestempeld.2.1.1 Koude-warmteopslag (open systeem)Koude-warmteopslag (KWO) valt onder Geothermie, omdat er warmte uit de aarde wordt ontrokken. WKOverschilt echter van diepe Geothermie, omdat de warmte die ontrokken wordt niet in de aarde is ontstaan. Dewarmte is warmte uit de atmosfeer opgeslagen in de grond. Koude-warmteopslag kan worden toegepastop plaatsen waar een watervoerendezandlaag (aquifer) aanwezig is. Standaardworden er twee putten geboord met eendiepte van 50 tot 150 m en een onderlingeafstand van 100 tot 150 m. Omdat KWOgebruikt maakt van grondwater van eenconventionele waterput als warmtebron isKWO een open systeem. Koude-warmteopslag wordt toegepast voor kantoorgebouwen, ziekenhuizen, winkelcentra, industrile werkruimten waarklimatisatie of comfortregeling nodig is en in de agrarische sector.De temperatuur van de aarde is al op enkele meters diepte constant. Hierdoor kan in de zomer overtollige warmtein het grondwater worden opgeslagen die in de winter weer kan worden onttrokken voor verwarming doeleinden.In de zomer wordt koud grondwater uit n van de putten opgepompt. Met een warmtewisselaar wordt de koudeafgegeven aan de gebouwen. Het opgewarmde grondwater wordt teruggepompt in een tweede put (warmtebron). In de winter wordt het opgeslagen warme grondwater opgepompt. Via dezelfde warmtewisselaar wordt dewarmte afgegeven aan de gebouwen. Het gekoelde grondwater wordt vervolgens weer in de tweede put (koudebron) teruggepompt. De koude blijft hier opgeslagen tot de zomer wanneer er weer behoefte is aan koeling. Zoontstaat een cyclus van energie opslag door de seizoenen heen.

Page 10

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie10Randvoorwaarden- Er mag geen ondergrondse doorstroming van warmte ontstaan tussen de twee bronnen.- Koude-warmteopslag kan bij warmtepompen enkel dienen als aanvulling, nooit als volledig zelfstandig alternatief.- De bodem en grondwater moeten blijven worden beschermd. Er is dus een vergunning nodig in het kader van deGrondwaterwet voor het mogen toepassen van Koude-warmteopslag systemen.- De ondergrond dient geschikt te zijn voor het onttrekken en injecteren van grondwater.- De watervoerende lagen die in aanmerking komen voor KWO, moeten aan een aantal voorwaarden voldoen.- De installatie mag niet in aanmerking komen met watergebieden met verziltinggevaar en grondwaterlagen invaste gesteenten met preferentile barsten en waterwinzones.De voordelen ten opzichte van mechanische koeling zijn: Minder elektrisch vermogen voor koeling, kleinerenoodstroomvoorziening, minder geluidsproductie, lager energieverbruik, lagere exploitatiekosten, gunstigemilieueffecten en hogere bedrijfszekerheid. Het nadeel is dat het niet overal toepasbaar is. 2.1.2 Ondiepe aardwarmtesondes (gesloten systeem)Ondiepe aardwarmtesondes (ook wel gesloten bodemwisselaars genoemd) kunnen worden toegepast voor hetopwarmen van individuele gebouwen. Aardwarmtesondes zijn gesloten bronsystemen van doorlopende buizen,waarin het warmtetransportmiddel (water of het antivries glycol)steeds wordt hergebruikt. Aardwarmtesondes zijn er in twee vormen:horizontaal en verticaal. Horizontale sondes kunnen alleen enkelemeters diep worden aangelegd. Verticale aardwarmtesondes hebbeneen beter rendement, kunnen worden toegepast als er niet genoeghorizontale ruimte beschikbaar is. Ze kunnen tot 300 m diepteworden aangelegd. Verticale aardwarmtesondes bestaan uit coaxialebuizen met twee aparte lagen. In de binnenste laag stroomt koudevloeistof omlaag. Via de buitenste laag stroom de vloeistof weeromhoog terwijl het wordt opgewarmd door de omliggende grond.Verticale sondesEen geologische analyse (bodemonderzoek) moet worden samengesteld. Belangrijke punten voor het boren vanaardwarmtesondes zijn de verwachte watervoerende pakketten. De aardwarmtesondes moeten in goedewaterhoudende pakketten worden aangelegd. De ondergrondse waterverplaatsing bepaald de warmtetoevoer.Hieruit kan de lengte van de aardwarmtesondes worden bepaald. Horizontale sondesDe sleuven moeten minimaal 1,2 m diep zijn en tot 120 m lang, afhankelijk van hoeveel pijpen men wenst teleggen in een sleuf. Een vuistregel is 150 tot 180 m pijpleidingen per 3500 W afgegeven vermogen. Eenwarmtepomp van 10,5 KW afgegeven vermogen heeft dus minimaal 3 aardwarmtelussen nodig.Het nadeel van aardwarmtesondes in vergelijking met een open systeem is dat er minder waardeoverdracht plaatsvindt door het geringe raakvlak met de warmtebron.

Page 11

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie112.2 Exploitatievormen van diepe GeothermieDiepe Geothermie is het gebruik van aardwarmte uit diepe bronnen om bijvoorbeeld woonwijken,bedrijventerreinen of kassen te verwarmen. Hoe dieper de bron, hoe hoger de temperatuur. Aardwarme uitbronnen die heet genoeg zijn, kan worden omgezet in elektriciteit.2.2.1 Hydrothermale systemen (open systeem)In een hydrothermaal systeem circuleert warm water in een aquifer tussen twee bronnen. Een aquifer is eenondergrondse verzadigde watervoerende zandafzetting. Er bestaan twee soorten aquifers. Een gesloten ofbegrensde aquifer heeft een waterhoudende grondlaag die ingesloten zit tussen ondoordringbare materialen,zoals bv. graniet of klei. Hierdoor wordt het grondwater gemmobiliseerd. Een open of onbegrensde aquifer is aande bovenzijde niet afgesloten door een ondoordringbaar materiaal en bepaalt de grondwatertafel.Gesloten aquifers bezitten soms een hoge hydrostatische druk door natuurlijke aanvulling vanuit hoger gelegengebieden. Men spreekt van een aquitard als door een te lage hydraulische druk economische exploitatie nietrealiseerbaar is. De watertemperatuur van aquifers rond 2000 m diepte is gemiddeld 60 tot 80 C. Dergelijkeaquifers kunnen gexploiteerd worden voor hun warmte. In tegenstelling tot het exploiteren van olievelden, herstelt de uitgeputte warmte in een aquifer zich, gezien ingeologische termijnen, zeer snel. Nadat de productie is stilgelegd, warmt het hete gesteente het afgekoelde waterop tot de omliggende temperatuur van het gesteente is bereikt en loopt de druk weer op tot het oorspronkelijkniveau is bereikt. Omdat het herstelproces asymptotisch verloopt, duurt het oneindig lang om een 100% herstel tebereiken. Een praktisch herstel van 95% treedt echter veel eerder op. De exacte duur van de herstelperiodevarieert per locatie en per toepassing van de aardwarmte. In hoofdlijnen kan worden gesteld dat een uitgeputteaquifer ongeveer een even lange herstelperiode nodig heeft als de duur van de productie periode. Bijvoorbeeldeen herstelperiode van 30 jaar voor 30 jaar gebruik. Door een 3e put te boren kan het afgekoelde gedeelde van deaquifer weer opwarmen. Tegelijkertijd wordt er warmte ontrokken uit een ander gedeelte van de aquifer.Voor meer informatie over herstel periodes, zie het online te vinden document: At what time scale areGeothermal resources renewable? Door Prof. Ladislaus Rybach.Net zoals bij een ondiepe Koude-warmteopslag systeem, wordt ook bij een Hydrothermale systeem warm wateruit een bron gepompt en het verkoelde water in een andere bron teruggepompt. Het verschil tussen beidesystemen is echter dat bij Koude-warmteopslag geen temperatuuroverdracht plaats mag vinden tussen de tweebronnen. Bij een hydrothermaal systeem is het juist de temperatuuroverdracht dat er voor zorgt, dat warmte kanworden gexploiteerd en het ingepompte verkoelde water weer opgewarmd de bron kan verlaten.Hydrothermale systemen kunnen worden toegepast om woonwijken, bedrijventerreinen of kassen te verwarmen.RandvoorwaardenEen aquifer met de juiste eigenschappen moet aanwezig zijn. De temperatuur moet voldoende hoog zijn en deaquifer moet van voldoende omvang zijn. Het nadeel is dus dat Hydrothermale systemen niet overal kunnenworden toegepast.

Page 12

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie122.2.2 Petrothermale systemen (open systeem)Petrothermale systemen, ook bekend als HDR-systemen (Hot-Dry-Rock), zijn systemen waarin met hydraulischestimulatiemaatregelen spleten en kloven worden gemaakt in een gesteente die hoge temperaturen bevat, maardie te weinig poreus is om water uit te halen. Er wordt een kunstmatig spletenstelsel gecreerd waarin het waterkan circuleren tussen twee bronnen. Aan het begin wordt water met hoge druk in het gesteente geperst(hydraulische stimulatie). Hierdoor worden stroompaden opengebroken of al bestaande verbreed en wordt dedoorlaatbaarheid van het gesteente vergroot. Deze handeling is noodzakelijk omdat anders hetwarmteuitwisselingsoppervlak en de doorstroombaarheid te gering zouden zijn. Het zo geschapen stelsel vannatuurlijke en kunstmatige spleten vormt een onderaardse geothermische warmtewisselaar. Door de injectie-/groutingsboring wordt water in het klovenstelsel geperst, waar dit circuleert en zich opwarmt. Het opgewarmdewater wordt door de tweede boring, de productie-/winningsboring, weer naar de oppervlakte gepompt.De hoge temperatuur van de diepe gesteentes kan worden gebruikt voor zowel warmte als stoom. Om de warmtein deze gesteenten te kunnen gebruiken moeten er een warmtedrager (water) door worden gestroomd. Dezebrengt de energie aan de oppervlakte. Het hete water kan dienen voor industriestoom, voor de voorziening vanlocale en stadsverwarmingnetwerken en voor het opwekken van elektriciteit. De benaming Hot-Dry-Rock schept eigenlijk een verkeerd beeld van de realiteit. In werkelijkheid zijn bij dezetemperaturen en dieptes geen droge gesteenteformaties aan te treffen. Om deze rede worden andereaanduidingen gebruikt zoals: Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) en Enhanced Geothermal System(EGS). Alle aanduidingen staan voor hetzelfde.2.2.3 Diepe aardwarmtesondes (gesloten systeem)Een diepe aardwarmtesonde (gesloten bodemwisselaar) is net als de ondiepe aardwarmtesonde een geslotensysteem waarin een warmtedragend medium circuleert, alleen dan in een boring van 2 tot 3 km diep.Doordat het warmtewisselingsoppervlak met het omliggende gesteente zeer klein is, is de capaciteit enrentabiliteit van een gesloten systeem vele malen kleiner dan die van een open systeem. Een gesloten systeem isbeperkt door de ondergrondse warmte stroom en kan slechts enkele honderden kilowatt aan warmte energieproduceren. De voordelen zijn dat er geen filtersystemen en ondergrondse installaties nodig zijn en weinig pompenergie wordtgebruikt. Gesloten systemen hebben ten opzichte van open systemen vooral het voordeel dat ze zijn op vrijweliedere locatie toepasbaar zijn. Randvoorwaarden zoals reservoir eigenschappen, porositeit en permeabiliteit, dikteen structuur van de zandlagen en mogelijke aanwezigheid van olie/gas komen bij een gesloten systeem niet aan deorde. Gesloten bodemwisselaars worden dus toegepast op locaties waar te weinig kennis is over desamengesteldheid van de ondergrond, of waar de randvoorwaarden niet voldoen. Het toepassen van een opensysteem zou hier een te groot risico op falen met zich mee brengen, of simpelweg onmogelijk zijn. De Technische Universiteit van Berlijn werkt samen met het Duitse bedrijf EKT aan een gecombineerd systeem vangesloten bodemwisselaars en zonne-energie. Aardwarmte wordt in de winter door middel van een geslotensysteem met circulerend water ontrokken. Tijdens de zomer maanden wordt het circulerende water doorzonnepanelen opgewarmd. De tijdens de winter afgekoelde ondergrond krijgt zo de kans om extra sneltemperatuur herstel te verkrijgen, waardoor de rentabiliteit van het systeem aanzienlijk wordt vergroot.Ook kunnen oude oliepijpen vervangen worden door aardwarmtesondes, om boorkosten te besparen. Er zijn veel mogelijkheden en combinaties met andere toepassingen te bedenken voor dit systeem.

Page 13

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie132.3 Voor en nadelen van Geothermie2.3.1 Sterktes- Hoge mate van duurzaamheid.- Een geothermische bron is goed regelbaar.- Aardwarmte is op veel plaatsen in voldoende mate beschikbaar.- Lokaal te realiseren.- Zeer weinig CO2 emissies (gemiddeld 2 kg/GJ, maximaal 5 kg/GJ). - Zeer hoge COP-waarde (Cofficint Of Performance) naar schatting minimaal 25 -50 COP.- Minder milieubelastend dan andere duurzame alternatieven - Er is geen afval, geen geluidshinder of andere vorm van emissie.- het gehele jaar door dag en nacht beschikbaar, want onafhankelijk van klimaat en weergesteldheid.- Innovatief, betrouwbaar, onderhoudsarm.- Kosten zijn stabiel.- Bewezen technologie (vergelijkbaar met winning aardgas/aardolie) en is niet complex. - vrijwel verwaarloosbare afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.- Goed te combineren met andere energiebronnen, waaronder ook restwarmte.- Een geothermisch doublet vergt weinig plaats.2.3.2 Zwaktes- Hoge voorafgaande onderzoekskosten voor analyse van de locale geologie.- Boring zorgt voor een hoge aanvangsinvestering.- Lange afschrijvingstermijnen. (30 jaar. Tuiners korter).- Haalbaarheid afhankelijk van schaalgrootte (haalbaar > 3 MWth).- Warmtebron raakt op ten duur uitgeput en heeft tijd nodig om zich te herstellen.- Economische risicos bij boringen en onjuiste samengesteldheid van de ondergrond. 2.3.3 Kansen- Kan aanzienlijke bijdragen aan duurzame energie aandeel (doelstellingen CO2 reductie).- Door het benutten van duurzame energie subsidies kunnen kosten worden verlaagd.- CO2 rechten verkoop.- Extra voordelig bij hoge energieprijs van fossiele brandstoffen.2.3.4 Bedreigingen- Publieke onbekendheid met (de mogelijkheden van) Aardwarmte.- Daling energieprijs van olie en gas.

Page 14

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie143.0 AardkundeOm de werking van Geothermie te kunnen begrijpen is een bepaalde kennis van de aarde nodig. Dit hoofdstukbeschrijft de basisprincipes van aardkunde om een inzicht te geven en om de randvoorwaarden van Geothermie inkaart te brengen. Over de vorming en de binnenkant van de Aarde kan alleen worden gespeculeerd. In dit hoofdstuk worden detheorien vermeld die door de meeste Europese wetenschappers worden aangehouden. 3.1 De vorming van de AardeHet zonnesysteem is als een wolk van gas en stof in ruimte begonnen. De zon zou zich uit een gedeelte van de wolkgevormd hebben die dikker was dan de rest. Door de eigen zwaartekracht kromp de wolk in een compacte bundelen zo ontstond onze ster. Een groot deel van de wolk materiaal bleef om de ster circuleren. Deeltjes kwamen inbotsing met elkaar en zo ontstonden grotere voorwerpen, die weer in botsing kwamen om de planeten van hetzonnesysteem te vormen. De aarde is circa 4,6 - 4,7 miljard jaar geleden door accretie van materie ontstaan.3.2 De binnenkant van de AardeDe aarde is samengesteld uit verschillende lagen vergelijkbaar met delagen van een ui. Sommige zijn vloeibaar en andere solide. De lagenhebben verschillende chemische en seismologische kenmerken.Diepte in km: laag:____________0 - 40 Korst10 - 400 Boven mantel400 - 650Overgangszone650 -2700Onder mantel2700 - 2890 D'' laag2890 - 5150 Buiten kern5150 - 6378Binnen kern3.2.1 De kernDe kern bevindt zich in het centrum van de aarde en bestaat bijna volledig uit ijzer en nikkel. Temperaturen in hetcentrum van de kern worden gedacht 7500 C te kunnen bedragen. Dit is zelfs heter dan het 5500 C warmeoppervlak van de zon! Het schijnt dat het buitenste gedeelte van de kern van de aarde vloeibaar is, terwijl hetbinnenste gedeelte dat uit vergelijkbare materialen bestaat door de grote druk die er heerst solide is.3.2.2 De mantelDe mantel is een 2900 km dikke laag tussen de kern en de korst en kan worden onderverdeeld in twee delen. Deondermantel bestaat grotendeels uit silicium, magnesium en zuurstof en in mindere mate uit ijzer, calcium enaluminium. De bovenmantel bestaat voornamelijk uit ijzer- en magnesiumsilicaten en ook uit calcium enaluminium. De mantel is in het merendeel niet vloeibaar, maar heeft wel langzame stromingen die de korst metzich mee doen bewegen.

Page 15

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie153.2.3 De korstDe korst en het hogere gedeelte van de mantel worden de lithosfeer genoemd. Kennis van dit deel is interessantvoor Geothermie. De korst bestaat uit vaste materie, voornamelijk uit kwarts. Met een dikte tussen de 8 en 40 kmis de korst de dunste van de lagen. Het is het dunst onder de oceanen en het dikst onder de continenten.Qua schaal kan de korst vergeleken worden met de schil van een appel.3.3 Gesteente in de korstDe korst van de aarde, die op een dikke rotsachtige mantel drijft, bestaat uit solide gesteente en rotsen. De rotsenworden uit enkele mineralen of uit mengsels van mineralen samengesteld en worden geclassificeerd volgens hunoorsprong.3.3.1 StollingsgesteentenStollingsgesteente vormt zich wanneer gesmolten rots afkoelt en verhard. In het onderste gedeelte van de korst,waar de kost de mantel raakt, is de temperatuur ongeveer 1000 graden C. Deze hoge temperaturen zijn in staatom gesteente met bepaalde eigenschappen te doen smelten. Het gesmolten gesteente heet magma en is geneigdom omhoog te trekken. Bij de juiste omstandigheden is het magma in staat om de aardoppervlakte te bereiken.Eenmaal aan de oppervlakte wordt magma lava genoemd. De vloeibare lava dat afkoelt en verhard isstollingsgesteente. Tijdens de tocht naar de oppervlakte blijft het grootste deel van het magma achter in deaardkorst, waar het langzaam afkoelt en grote kristallen vormt. Deze kristallen zijn ook stollingsgesteenten.3.3.2 Sedimentair gesteenten Sedimentair gesteente vormt zich uit ophopingen van rotskorrels die door wind, water of gletsjers wordengedeponeerd en na verloop van tijd verharden in een vast gesteente. Gesteenten aan het aardoppervlak wordenblootgesteld aan de krachten van de natuur. Water treedt rotsspleten binnen, bevriest, zet uit en barst de rotsopen. Organismes veroorzaken chemische producten die rotsen aantasten en verbreken. De deeltjes die ontstaan,worden vervolgens door bijvoorbeeld rivieren verplaats. Tijdens de verplaatsing treedt erosie op, die ervoor zorgtdat de rots korrels verder uit elkaar vallen en verkleinen. Erosie is een langzaam proces, maar over miljoenen jarenkan de erosie rotsen vele kilometers onder de oppervlakte aan het licht brengen. De materialen die uit de erosievan rotsen ontstaan, worden uiteindelijk gedeponeerd om sedimentaire gesteenten te vormen. 3.3.3 Metamorfe gesteentenMetamorf gesteente ontwikkelt zich in de korst van de aarde wanneer de warmte of druk een bepaald gesteentein een andere vorm transformeert. Hoe dieper in de korst, hoe heter de temperatuur en hoe hoger de druk.Mineralen van rotsen die worden verwarmd en aan druk worden onderworpen, reageren door een metamorfosete ondergaan. Zo wordt kalksteen onder druk omgezet in marmer en kool in diamant.

Page 16

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie163.4 Bewegingen van de korstDoor convectie stijgt het hete gesteente in de mantel naar boven door de korst en zakt het koelere gesteente aande oppervlakte naar beneden. Door dit proces is de korst gespleten in verschillende vaste platen die los van elkaardrijven boven op de hete mantel.Dit fenomeen is gekend als platentektoniek en wordt ook wel continentendrift genoemd. Continentendrift is deoorzaak van aardbevingen, vulkanen en bergformaties. Eigenlijk doen er zich twee processen voor: het uit elkaardrijven en het in elkaar schuiven van platen. Wanneer twee platen van elkaar wegdrijven ontstaat er een nieuwkorst door het opwellende magma. Wanneer twee platen naar elkaar toe drijven en de n onder de anderedoorschuift wordt het vernietigd in de mantel. Soms is er een dwarse beweging waardoor platen elkaar raken (bv.de Sint Andreas Breuk in Californi). Soms voegen continentale platen zich samen (vb. Indi/Eurazi). De aarde teltacht grote platen (zie figuur 6):Er zijn twee soorten platen. Oceaanplaten en Continentale platen. Continentale platen zijn dikker en hebben eenkleinere dichtheid dan Oceaanplaten, die dunner en zwaarder zijn. - Noord-Amerika Plaat: Noord-Amerika, westen van de Noord-Atlantische Oceaan en Groenland- Zuid-Amerika Plaat: Zuid-Amerika en westen van de Zuid Atlantische Oceaan- Antarctica Plaat: Antarctica en de "Zuidelijke Oceaan"- Europese Plaat: oosten van de Noord-Atlantische oceaan, Europa en Azi uitgezonderd Indi- Afrikaanse Plaat: Afrika, oosten van de Zuid Atlantische Oceaan en het westen van de Indische Oceaan- Indisch Australische Plaat: Indi, Australi, Nieuw Zeeland en het grootste gedeelte van de Indische Oceaan- Nazca Plaat: oosten van de Stille Oceaan en Zuid-Amerika- Pacific Plaat: grootste gedeelte van de Stille Oceaan (en de zuidelijke kust van Californi)

Page 17

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie173.4.1 SubductieSubductie vindt plaats waar twee platen elkaar treffen en in elkaar gedrukt worden. Door de druk wordt een vande platen de diepte in geschoven richting de mantel. Omdat de continentale korst licht van gewicht is, kan alleende dunnere, compactere en zwaardere oceaankorst zinken. Op een diepte rond de 100 km smelt de zinkende plaaten veranderd in magma. Door convectie gaat het hete magma weer omhoog. Vaak blijft het omhooggekomenafgekoelde magma in de korst, maar soms bereikt het de oppervlakte.3.4.2 Opbouw van bergenBij Subductie van een oceaanplaat en een continentale plaat zinkt de oceaanplaat. De continentale plaat wordt inelkaar gedrukt en wordt dikker en hoger. Door de verhoging ontstaat bergvorming, vaak met vulkanen. Delen vande wereld met veel vulkanen zoals Peru, Japan en Noord West VS zijn gebieden waar dit plaats vindt. Als twee continentale platen in elkaar schuiven, zijn geen van beide in staat om te zinken. Hierdoor komen ze inbotsing met elkaar en gaan de hoogte in. Berggebieden zoals de Himalaya zijn het gevolg hiervan. Deze gebiedenzijn vulkaan vrij.

Page 18

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie183.5 Oorzaak van Aardwarmte3.5.1 Restwarmte uit de tijd van het ontstaan van de aardeDe aarde is circa 4,6 - 4,7 miljard jaar geleden door accretie van materie ontstaan. Dit proces zet bewegingsenergieom in warmte waardoor het materiaal verhit. Deze warmte-energie zit wegens de geringe warmtegeleiding van degesteenten en daarmee de geringe warmteafgifte aan de ruimte vandaag nog voor een groot deel in het binnenstevan de aarde en kan als restwarmte uit de tijd van het ontstaan van de aarde worden gezien.3.5.2 Radioactieve vervalsprocessenDit aandeel in de aardwarmte is gebaseerd op het natuurlijk verval van de in de aarde aanwezige langlevenderadioactieve isotopen zoals Uraan-235 en U238, Thorium-232 en Kalium-40. Deze elementen zijn in dekristalroosters van bepaalde mineralen ingebouwd en kunnen worden beschouwd als een natuurlijke vorm vankernenergie.3.5.3 Warmtestroom uit het binnenste van de aardeDe warmte uit de diepere delen van de aarde wordt door warmtegeleiding en convectie naar ondiepere lagengetransporteerd waarop deze kan worden gebruikt.De aardwarmtestroom, het door de aarde per vierkante meter aan de ruimte afgegeven vermogen, is ongeveer0,063 Watt/m (warmtestroomdichtheid). Dit is een relatief kleine waarde en wijst er al op dat aardwarmte zichoverwegend voor decentraal gebruik eigent. In anomale gebieden, zoals vulkanische gebieden, kan dewarmtestroming een veelvoud groter zijn.Vanwege de geringe warmtestroomdichtheid wordt bij aardwarmtebenutting overwegend niet de energie gebruiktdie uit de diepte naar boven komt, maar de al in de aardkorst opgeslagen energie. Deze wordt vanuit het centrumvan de aarde zo langzaam aangevuld dat de energie bij winning dus op een gegeven moment uitgeput raakt. Eenaardwarmtebenutting moet dus zo worden gedimensioneerd, dat de afkoeling van de betreffende aarddelen zolangzaam plaatsvindt dat gedurende de gehele levensduur van de installatie een economische warmteopbrengstaanwezig is.

Page 19

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie193.6 Geothermische bronnenDe restwarmte, radioactieve vervalsprocessen en warmtestroom zorgen voor een temperatuurverhoging in deaardkorst. De Geothermische gradint is een eenheid die de mate van temperatuurverhoging weergeeft. Eenstandaard Geothermische gradint bedraagt ongeveer 25-30 C/km. Bij deze gradint en een gemiddeldebuitentemperatuur van 15 C, kan er vanuit worden gegaan dat er op een diepte van 3 km een temperatuur heerstvan 90-105.Niet overal is de Geothermische gradint hetzelfde. In bepaalde gebieden kan de gradint lager zijn dan 1 C/km.In andere gebieden waar magma heel hoog in de korst komt, kan de gradint meer dan 10 keer de gemiddeldewaarde bedragen.3.6.1 Laagenthalpie vindplaatsen Enthalpie is een toestandsgrootheid in de thermodynamica die iets zegt over de hoeveelheid aan opgeslagenenergie. Laagenthalpie vindplaatsen zijn Geothermische systemen in niet-vulkanische gebieden en hebben meestaleen gemiddeld of hoger dan gemiddelde Geothermische gradint. De temperatuur op economische boordieptes ismeestal niet meer dan 100 C. 3.6.2 Hoogenthalpie vindplaatsenGeothermische systemen die gevonden worden in gebieden rond plaatgrenzen hebben een aanzienlijk hogeregradint. Temperaturen kunnen zelfs oplopen tot boven de 400 C. Dit zijn warmteanomalien welke metvulkanische activiteit samengaan. Deze hoogenthalpie vindplaatsen zijn zeer geschikt voor stroomopwekking.3.6.3 Geothermisch systeemEen natuurlijk Geothermisch systeem bestaat uit drie elementen: een warmte bron, een reservoir en een vloeistof. De warmte bron kan van verschillende omvang zijn. Het kan zijn hete magma van honderden graden die hoog in dekorst door is gedrongen (Hoogenthalpievindplaatsen). De warmtebron kan ook zijn de binnen temperatuur van deaarde (Laagenthalpie vindplaatsen).Het reservoir is een laag van poreus gesteente. De vloeistof stroomt of circuleert door dit gesteente en haalt hierde warmte vandaan. Boven het reservoir zit meestal een laag van waterondoorlatend gesteente. Door ditgesteente zitten paden waar oppervlakte water doorheen stroomt en zo het verloren water (uit geisers, bronnenof boringen) weer aanvult.De vloeistof (water) is het transportmiddel die de warmteoverdracht verzorgt. Water kan in vloeibare vorm of ingas vorm worden aangetroffen. In welke staat het verkeerd ligt aan de temperatuur en de druk. De drijfveer vaneen Geothermisch systeem is convectie van warmte. Water wordt opgewarmd, gaat omhoog en wordt vervolgensvervangen door nieuw water die door paden het reservoir binnenstroomt.

Page 20

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie203.6.4 Model van een Geothermisch systeemHet boven beschreven fenomeen lijkt vrij eenvoudig na te maken, maar om een goed model van een Geothermischsysteem te maken, is veel vaardigheid en ervaring vereist in verschillende disciplines, vooral als het gaat omHoogenthalpievindplaatsen waar de waterdruk hoog is.Van de drie elementen van een geothermisch systeem, is dewarmtebron de enige die natuurlijk voor moet komen. Deomstandigheid voor het aanwezig zijn van een reservoir eneen vloeistof kan kunstmatig worden gecreerd. De vloeistof (water) dat gebruikt wordt voorelektriciteitsopwekking of warmte kan weer terug in hetreservoir worden gepompt, om de druk op het reservoirbehouden. Omdat ondergronds water meestal een grotehoeveelheid aan mineralen, chemicalin en gassen bevat, ishet terugpompen ervan ook van belang om het buitenmilieu niet aan te tasten.In Petrothermale systemen (zie hoofdstuk 2.2.2) wordt het gesteente van het reservoir op een kunstmatige manierporeus(er) gemaakt. Door water onder grote druk de grond in te pompen, ontstaan spleetjes en kanaaltjes waarhet water door kan stromen. Er zijn ook proeven gedaan met explosieve om dit effect voor elkaar te krijgen.

Page 21

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie213.7 Bodemgesteldheid en potentie in NederlandDe figuur onder laat zien dat de middelmatige temperatuur gradint in Nederland uiterst geschikt is voor directgebruikt zoals stadsverwarming. Stroomopwekking wordt iets moeilijker en minder rendabel. Voor specifiekeinformatie over de bodem potentie voor Geothermie in Nederland, zie het onderzoeksrapport over de geologie inNederland voor het toepassen van Geothermie van TNO. Ook Geology of the Nederlands Geothermal Energysection - A. Lokhorst & Th.E. Wong biedt Geologische informatie. De laatste is te downloaden op de site vanPlatform Geothermie onder de link Artikelen. De figuren op de volgende twee paginas weergeven het typezandlaag en de plaatselijke temperatuur in Nederland weer.

Page 22

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie22Type zandlaag

Page 23

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie23Plaatselijke temperatuur op 2 km diepte

Page 24

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie244.0 GeofysicaGeofysica is de studie van de natuurkundige verschijnselen die zich voordoen in de Aarde en andere planeten.Geofysica van de vaste Aarde bestudeert onze planeet van het oppervlak tot aan de kern. Exploratiegeofysicahoudt zich bezig met het onderzoeken van de aardekorst om een praktisch en economisch doel te bereiken zoalshet exploreren van aardolie, gas, mineralen, ertsen, Geothermische bronnen of het onderzoeken van grondwater.4.1 Data verkrijgen (onderzoeksmethodes)Geofysische data wordt verkregen door het toepassen van onderzoeksmethodes die de fysieke eigenschappen vande ondergrond (rots soorten, sedimenten, watergehaltes, porositeit, leegten, enz.) in kaart brengen. Hieruit moetblijken of de ondergrond geschikt is voor bijvoorbeeld Geothermie. Een Geothermie project kan zonder eenGeofysisch onderzoek in geen enkel geval worden verricht. De onderzoeksmethodes voor het onderzoeken of deondergrond geschikt is voor Geothermie, zijn vaak dezelfde als de onderzoeksmethodes gebruikt in de olie en gasindustrie voor het vinden en exploreren van reservoirs. 4.1.1 Radiometrische methodes (radiometrisch)Radiometrische onderzoeken meten drie radioactieve elementen(uranium, thorium en kalium) in de korst van de Aarde, door degammastraling te registreren die tijdens het bederf van dezeelementen wordt uitgezonden. De gamma stralen wordengedetecteerd met behulp van een spectrometer. Vrijwel alle gemeten gammastraling is afkomstig van de bovenste 30cm van de Aarde. Radiometrie biedt dus een indicatie van deondergrond door de rots en grond types van de bovengrond teobserveren een interpretatie te maken. Het zoeken naar aardoliebestaat uit het zoeken naar dalingen van gamma emissies of naarbepaalde anomalien. 4.1.2 Magnetische methodes (magnetics)Het magnetisme van de Aarde varieert. De verschillen van het magnetische veld (de magnetosfeer) kunnen doortwee dingen worden veroorzaakt: Het verschil van de aard van het gesteente en de interactie tussen geladendeeltjes van de zon en de magnetosfeer. Door te weten hoe sterk de invloed van de geladen deeltjes van de zon isop de Aarde ten tijde van de meting, kan de mate van magnetisme van de rotsen worden bepaald. Meestal wordtmagnetics dan ook gebruikt om mineralen met een hoger dan gemiddeld magnetisme zoals ijzer erts op te sporen.Een magnetometer wordt gebruikt voor het meten van de mate van magnetisme.Magset is een satelliet die met magnetometertechnologie is uitgerust. Deze satelliet is in staat om magnetischemetingen op continentale schaal te nemen. Zo kunnen ondergrondse rotsformaties en tektonischeplaatbewegingen op een zeer grote schaal worden bestudeerd. Dit geeft aanwijzingen naar de ligging van aardolie,aardgas en waardevolle mineralen.

Page 25

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie254.1.3 Gravitatie onderzoekenEen gravitatie onderzoek meet de variatie van de gravitatietrekkracht van deAarde. Deze variaties zijn toe te schrijven aan lokale veranderingen inrotsdichtheid en hangen daarom af van het type gesteente onder deoppervlakte. Sedimentair gesteente is minder dicht dan methamorfischegesteente dat weer minder dicht is dan stollingsgesteente.De variaties van de dichtheid van de ondergrond worden weergeven op eengravitatie anomalie kaart. Een dergelijke kaart geeft een idee van de grote endiepte van de geologische structuren die de anomalien veroorzaken. Dit steltgeologen in staat om de gegevens te analyseren en om een beeld te vormenvan de ondergrond, om te zien of deze de potentie heeft om winbare reservoirs te bevatten voor zowel olie en gasals voor Geothermie. 4.1.4 Geochemische methodesGeochemische methodes meten de chemische samenstelling van het ondergrondse gesteente om abnormalechemische patronen te ontdekken. Deze patronen kunnen worden geanalyseerd, om gebieden van mineralen weerte geven.Wanneer zich een minerale ophoping vormt, is de concentratie van metalen en een aantal andere elementen in deomringende omgeving hoger dan gemiddeld. Patronen in de nabije omgeving van het mineraal ophoping wordenprimaire chemische halos genoemd. Wanneer een ondergronds mineraal ophoping bloot wordt gesteld aanverwering en erosie, worden de elementen verder verspreidt in de aarde, grond, grondwater etc. Deze patronenworden secundaire chemische halos genoemd. Aangezien secundaire halos een groter gebied bedekken,vergroten ze de kans dat een steekproef van een chemisch onderzoek elementen vindt van een ophoping.Verschillende elementen hebben ieder hun eigen eigenschappen zoals oplosbaarheid in water, zuurheid (pH) vanhet milieu, dichtheid en de capaciteit om op te lossen en samenstellingen te vormen met andere elementen.4.1.5 Elektrische en Elektromagnetische methodesElektrische en elektromagnetische methodes worden gebruikt om elektrische variaties van de ondergrond in kaartte brengen. Bij elektrische methodes wordt er stroom in de grond geladen. Bij elektromagnetische methodeswordt een stroom van elektromagnetische golven door de grond gehaald zonder deze aan te raken.Elektrisch geleidingsvermogen is een belangrijke parameter van de ondergrond. Gesteentes en sedimentenvertonen een grote variatie van geleiding, waardoor het mogelijk is om onderscheid te maken tussen deverschillende soorten. Eigenschappen van de gesteentes zoals watergehalte kunnen ook aan de hand vangeleidingsgegevens worden achterhaald.Gesteentes met metalen zoals koper, lood and zink geleiden beter, maar de mate van geleiding hangt voornamelijkaf van de hoeveelheid water dat er aanwezig is. Aangezien zuiver water niet geleidt, speelt de hoeveelheid zout inhet water ook een grote rol. Hoe hoger het zoutgehalte, hoe meer geleiding er plaats vindt.

Page 26

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie26De meeste toepassingen van ondiepe elektromagnetische methodes worden gebruikt voor het exploreren vanmineralen. In het loggen (zie 4.2.3) zijn de elektrische en elektromagnetische methodes de belangrijkstetechnieken die gebruikt worden voor olie exploratie. De hoeveelheid fossiele brandstoffen in de porin vanondergrondse reservoirs wordt met behulp van deze technieken gemeten. De apparatuur om elektrische enelektromagnetische metingen te verrichten is een uitgebreide, veel krachtigere en nauwkeurige versie van eenmetaal detector. Goedgekalibreerde apparatuur is in staat om metingen te verrichten van duizenden meters. Elektrische en elektromagnetische methodes worden op grote schaal gebruikt voor het vinden van koper, lood enzink ertsen. Een ander gebied is grondwaterstudies, waar gekeken wordt naar water en zoutgehalte vangrondwater. De methodes worden ook steeds vaker gebruikt om geologische data in kaart te brengen. Resistivity en Induced polarization (IP) zijn de twee meest gebruikteelektrische methodes. Ze meten parameters in de vorm van voltagesom ondergrondse materialen en materiaal eigenschappen teweergeven. Een elektrische stroom wordt door de ondergrondgestuurd door twee elektrodes. Een elektrode kan op deaardoppervlakte zijn en de andere bevestigt aan de boorkop. Inducedpolarization is een nieuwere versie van Resistivity. Een schaal van lagefrequenties wordt opgesteld uit grote of kleine draadrollen aan deaardoppervlakte om metingen te verrichten. Het is makkelijker uit tevoeren en de gegevens zijn makkelijker te interpreteren.Toepassingen: Minerale exploratie: opsporing van ertsen door hunweerstandsvermogen en/of IP anomalien. Grondwater Onderzoek:watervoerende lagen kunnen als weerstandsvermogenanomalienworden ontdekt. Stratigrafie: verschillende grond en/of rotstypeskunnen verschillend inherent weerstandsvermogen hebben.Geotechnisch: grond of rots weerstandsvermogen is belangrijk in veelgeotechnische projecten. Milieu: Het weerstandsvermogen kanworden gebruikt om verontreinigingpluimen zoals afval vanmijnverrichtingen in kaart te brengen.Magnetotsellurics (MT) maakt gebruik van magnetisme uit natuurlijke bronnen om inzicht te geven in hetweerstandsvermogen van de ondergrond en om ondergrondse structuren in kaart te brengen. De varirendeelektrische en magnetische gebieden worden gemeten over een grote frequentie spectrum (1/10.000 tot 10.000Hz). De magnetische velden worden veroorzaakt door natuurlijke verschijnselen zoals zonnewind, de ionosfeer enonweer. Deze natuurlijke fenomenen leiden tot een grote bron van MT signalen over het volledigefrequentiespectrum. De verhouding van het elektrische en het magnetisch veld zegt iets over het ondergrondsegeleidingsvermogen. De verhouding bij hoge frequenties geeft informatie over de ondiepe ondergrond, terwijlinformatie over de diepe ondergrond wordt verstreken door de lage frequenties. Toepassingen: Oorspronkelijk werd MT gebruikt voor academisch onderzoek. Door technologische vooruitgang inde meetapparatuur en verwerking en modellering van de gegevens, is MT nu n van de belangrijkste techniekenvoor het onderzoeken van de diepe ondergrond. Vanaf de jaren 80 wordt MT voornamelijk gebruikt voor het inkaart brengen van Geothermische reservoirs. Tegenwoordig wordt het steeds vaker gebruikt voor olie enmineralen exploratie. Andere toepassingen liggen in milieugeofysica, waar MT voor grondwater exploratie encontrole wordt gebruikt.

Page 27

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie274.1.6 Seismische methodesSeismiek is een geofysische methode om gegevens van de ondergrond te verzamelen met behulp van kunstmatigopgewekte seismische golven. Seismiek wordt voornamelijk gebruikt in de olie-industrie en voor Geothermie, maarook binnen de wetenschap vindt steeds meer toepassing van seismiek plaats. Voor Geothermie is Seismiek een vande belangrijkste bronnen van grondgegevens.Het verkrijgen van seismiek wordt "schieten" genoemd. In feite werkt het schieten van seismiek net als het makenvan een echogram van het menselijk lichaam; geluidsgolven worden door een medium gestuurd en gedragen zichanders als ze zones van verschillende seismische snelheid tegenkomen. Het verschil in voortplantingssnelheidtussen twee geologische lagen, wordt de akoestische impedantie genoemd. Naarmate het verschil groter wordt,wordt de amplitude van de golf groter. Omdat er verschillende signalen naast elkaar worden weerkaatst, kan menmet behulp van seismiek bepaalde lagen in de ondergrond traceren.Om seismiek te schieten, worden verschillendemethoden gebruikt. Van oudsher werd dynamietgebruikt om een schokgolf door de ondergrond teveroorzaken. Tegenwoordig wordt op het land (on-shore) vooral een zogenaamde vibroseis gebruikt. Ditis doorgaans een truck met een trillende plaat metbepaalde frequentie eronder. Dit is milieuvriendelijkerdan dynamiet en biedt meer continue signalen. Op zee (offshore) wordt gebruikgemaakt van eenzogenaamde airgun, een apparaat dat achter een boothangt en een bepaalde schokgolf door het water zendt.De golf bereikt de zeebodem en de onderliggende lagenen wordt opgevangen door een aantal ontvangers(receivers). Seismiek moet niet worden verward met seismologie,een vergelijkbaar vakgebied. Seismologie probeert dediepere delen van de Aarde in kaart te brengen via deseismische golven die bij aardbevingen ontstaan.Seismiek beperkt zich echter alleen tot de aardkorst.4.2 Data verzamelenGeofysische data kan met verschillende methodes van grof naar fijn worden verzameld: Luchtmetingen,landmetingen en ondergrondse metingen. Soms worden alle drie de schalen gebruikt, beginnend in de lucht eneindigend ondergronds. Niet alle onderzoeksmethodes kunnen op alle drie bovengenoemde manieren wordenverricht.

Page 28

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie284.2.1 Lucht metingenMeten vanuit de lucht maakt het mogelijk om grote oppervlaktes teverkennen in een korte tijd. Door op en neer te vliegen wordt een grootgebied systematisch afgekamd. Luchtmetingen kunnen worden gedaan vanuiteen vliegtuig of een helikopter. De keuze tussen de twee ligt aan de vlakheidvan de te meten terrein. Omdat de hoogte tussen het vliegtuig en de grondconstant moet blijven, is het nodig om gebruik te maken van een helikopter inbergachtige gebieden. Het gebruik van een helikopter is duur, vandaar datdaar waar mogelijk is vliegtuigen worden toegepast. Luchtmetingen kunnenworden verricht voor radiometrische en magnetische onderzoeksmethodes.4.2.2 Oppervlakte metingen Omdat een meting aan de oppervlakte van de aarde veel nauwkeuriger en specifieker is dan een meting vanuit delucht, worden oppervlakte metingen verricht op plaatsen die interessant genoeg blijken uit luchtmetingen voornader onderzoek. Gravitatie onderzoeken, elektrische methodes en seismische methodes kunnen alleen vanaf degrond worden verricht. 4.2.3 Ondergrondse metingen (logging)Logging is het uitvoeren van proeven tijdens het boren om devoortgang van het boorproces in de gaten te houden en om eenduidelijk beeld te krijgen van de ondergrond. Er zijn veelverschillende logging testen, maar hoofdzakelijk bestaat logginguit een verscheidenheid van testen die de samenstelling van deondergrond en de kenmerken van de verschillende lagen van degesteentes weergeeft. Het registreren van de ondergrond isessentieel tijdens het boorproces, omdat het ervoor zorgt dat hetcorrecte boormateriaal wordt gebruikt en dat de boring nietwordt voortgezet als zich ongunstige omstandigheden voordoen.Logging kan worden uitgevoerd op de daadwerkelijke boring,maar er kan ook een proefboring worden verricht speciaal voorlogging doeleinden. Standaard logging bestaat uit het onderzoeken van de fysieke aspecten van de geboorde put. Grondmonstersworden geanalyseerd om het type en de eigenschappen van het gesteente te onderzoeken. Porositeit enwatergehalte van het gesteente kunnen op deze fysieke manier (zeg: meest nauwkeurige) worden ondervonden.Cruciaal voor Geothermie. Electic logging is het meten van de elektrische weerstand in het gesteente (zie: 4.1.5). Dit wordt gedaan doorstroom door het gesteente te laten stromen en de weerstand op te meten met behulp van een instrument die inhet boorgat zit. De mate van weerstand vertelt iets over het watergehalte en andere kenmerken van hetgesteente.

Page 29

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie294.3 Data InterpreterenUit de bovengenoemde technieken en gegevens verzamelingmethodes vloeit een grote hoeveelheid data voort.Deze data is nutteloos zonder het eerst op een of andere manier te interpreteren. Net als bij een puzzel, moet degeofysische data in elkaar gezet worden tot het een geheel vormt, in dit geval een geofysisch model van destructuur van de ondergrondse lagen. Technieken zoals seismiek zijn uiterst geschrikt voor het maken van visueleinterpretaties van de ondergrond. De interpretaties kunnen zowel met de hand als met de computer berekendworden. Het is belangrijk om te weten dat deze modellen, al blijft de technologie ontwikkelen en blijven zenauwkeuriger worden, niets meer is dan een interpretatie van de werkelijkheid. In alle gevallen is een proefboringnodig, om met zekerheid vast te kunnen stellen wat de eigenschappen van de ondergrond zijn en of eenexploitatie economische haalbaar is.4.3.1 Computer Assisted Exploration (CEAX)Een van de grootste innovaties in de geschiedenis van exploratie ishet gebruik van computers om geologische data te verwerken in eenmap van de ondergrond. Het gebruik van computers voor dit soortdoeleinden wordt computer assisted exploration (CAEX) genoemd.Door de komst van de microprocessor is het relatief eenvoudiggeworden om computers in te zetten om seismische data teverwerken. Omdat de hoeveelheid data die verwerkt kan worden velemalen groter is geworden, is de inhoudelijke hoeveelheid aaninformatie van veel grotere omvang. De betrouwbaarheid is ookgroter, doordat menselijke rekenfouten niet van toepassing zijn. Erzijn drie soorten CAEX modellen: 2-D, 3-D, en het recentste, 4-D. Detechnieken blijven zich ontwikkelen en worden steeds meer verfijnden geavanceerd. Met de huidige technologie is het mogelijk om datavan verschillende bronnen, zoals logging, gravitatie onderzoeken en seismische onderzoeken te verwerken in nmodel. De bronnen kunnen dus gecombineerd worden om een duidelijk, volledig beeld van de samenstelling vande ondergrond te compileren.4.3.2 2-D Seismic ImagingTwee dimensionale CAEX is het genereren van een 2-D model van deondergrond. Door het gebruik van computer technologie, is het mogelijk omdergelijke modellen met veel meer detail en snelheid uit te voeren vergelekenmet traditionele methodes. 2-D CAEX maakt gebruik van kleur codering omgeologische eigenschappen te benadrukken. Het is interessant om te weten dat, al is 2-D seismische imaging minderingewikkeld en minder gedetailleerd dan 3-D, het pas na de 3-D technologie isontwikkeld. Het klinkt niet logisch, maar 2-D imaging is een uitbreiding van 3-D. Doordat het simpeler is, is 2-D imaging veel goedkoper, makkelijker ensneller uitvoerbaar. Door deze eigenschappen is 2-D goed te gebruiken ingebieden waar de zekerheid van aanwezige reservoirs te klein is om de tijd enkosten die met 3-D imaging gepaard gaan te verantwoorden.

Page 30

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie304.3.3 3-D Seismic ImagingDe grootste doorbraak in CEAX is de ontwikkeling van 3-D seismicimaging. 3-D imaging maakt gebruik van seismische gegevens om eendriedimensionaal beeld van de ondergrond te produceren. Hetgeproduceerde 3-D beeld, geeft een duidelijk beeld van desamenstelling van een bepaald gebied. Dit is enorm nuttig in voor deexploratie van de ondergrond. Het beeld geeft een goede schattingover de ligging en kenmerken van formaties en reservoirs om hetpotentieel van het gebied in te schatten. Gebruik van 3-D seismicimaging kan de kans op een succesvol reservoir te vinden en teexploiteren met 50% verhogen. Hoewel deze technologie zeer nuttig is, is het ook zeer duur. 3-Dseismic imaging kan tot $1 miljoen per 50 vierkant mijlgebied kosten.Om een 3-D beeld te genereren, zijn gegevens uit duizendenverschillende plaatsen nodig. Dit in tegenstelling tot 2-D imaging, dieslechts enkele honderden gegevenspunten nodig heeft. 3-D is dus eenveel langer durend proces dan 2-D imaging. Door deze rede wordt 3-Dvaak met 2-D gecombineerd. Eerst wordt 2-D imaging gebruik om eengebied af te kammen. Op plaatsen waar de waarschijnlijkheid van eente vinden reservoir groot is, wordt 3-D toegepast om eengedetailleerd beeld te krijgen van die locatie.Naarst het opsporen van reservoirs, wordt 3-D seismic imaging ook gebruikt voor een meer nauwkeurige plaatsingvan de boorput. Dit verhoogt de productiviteit van succesvolle putten, waardoor meer kan worden onttrokken. 4.3.4 4-D Seismic Imagingn van de recentste doorbraken in seismische exploratie en demodellering van ondergrondse rotsvormingen, is 4-D seismic imaging. Dittype is een uitbreiding van 3-D imaging door de toevoeging van detijdsfactor. Aangezien de vierde dimensie tijd is, wordt 4-D imaging ookwel 4-D time lapse imaging genoemd. In plaats van een statisch beeld,geeft 4-D imaging een beeld waarin veranderingen in structuur eneigenschappen van ondergrondse formatie te zien zijn. Diverseseismische gegevens van een bepaald gebied worden op een aantaltijdstippen verzameld. De data wordt in een krachtige computer gestopt,die de gegevens verwerkt en de beelden samenvoegt tot een filmpjewaarin te zien is wat zich afspeelt in de ondergrond. Door het bestuderen van de verandering van de seismische beelden, kunnen geologen een beter inzicht krijgen inde vele eigenschappen van het gesteente, ondergrondse stromingen, viscositeit, temperatuur en verzadiging.Naarst het vinden van reservoirs, kan 4-D seismic imaging heel goed gebruikt worden voor het evalueren van deeigenschappen van een reservoir, zoals hoe lang het duurt om uitgeput te raken.

Page 31

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie314.4 Exploratie van GeothermieGeothermische exploratie vindt stapsgewijs plaats met de volgende doelstellingen: 1. Identificatie van Geothermische fenomenen.2. Nagaan of een nuttig Geothermisch productiegebied bestaat.3. Schatting maken van de grootte van het reservoir.4. Classificatie van het Geothermisch gebied.5. Lokaliseren van productieve zones.6. Bepalen van de warmte-inhoud.7. Compilatie van gegevens ten behoeve van toekomstige controles en beoordelingen.8. Noteren van beginwaardes van ecologisch gevoelige parameters voordat het exploiteren van start gaat.9. Bepaling van eventuele problemen die tijdens de ontwikkeling zouden kunnen plaatsvinden.In Nederland zijn in het verleden veel on-shore diepe boringen verricht voor fosiele brandstoffen, waarvan delogging gegevens bekend zijn. Hierdoor is er een grote hoeveelheid aan geologische kennis beschikbaar van bijnahet hele land. Om te achterhalen of Geothermie op een bepaalde locatie mogelijk is, wordt eerst een quick scangedaan. Dit geeft een indicatie van de samenstelling van de ondergrond en de temperatuur gradient. Indien blijktdat de locatie geschikt is, wordt er speciefieker gekeken naar de gegevens over de plaatstelijke ondergrond. Doorde grote hoeveelheid aan bekende gegevens over de Nederlandse ondergrond, hoeven er bijna nergensGeofysische onderzoeken te worden verricht. Dit maakt Geothermie in Nederland extra voordelig!

Page 32

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie325.0 BoortechniekZodra er potentile geothermische reservoirs zijn gevonden, wordt een proefboring uitgevoerd om de potentievan het reservoir of Geothermische bron volledig in kaart te brengen. Een proefboring voor het meten van deplaatselijke temperatuurgradint wordt meestal geboord tot een diepte van 2-200 m met een diameter van 30-150mm. Een slim hole proefboring voor (diepe) Geothermie wordt geboord tot een diepe van 200-3000 m met eendiameter van 100-220 mm. De doelstelling van de proefboring is om te bewijzen dat de bron exploiteerbaar is enom te kijken naar de eigenschappen van het reservoir.Wegens de hoge temperatuur, de corrosieve aard van geothermische vloeistoffen en de hardheid van dereservoirrotsen in de Geothermische omgeving, is een Geothermische boring veel moeilijker uit te voeren en dusduurder dan een conventionele aardolieboring. Elke Geothermisch put kost ongeveer 1-4 miljoen om te boren.De boring bedraagt het grootste deel van de kosten voor het hele project.De putten worden meestal in een hoek geboord om de afstand tussen de injectie en productie put te vergroten.Dit is ook gunstig als de formatie horizontaal is. Indien hier schuin doorheen wordt geboord, wordt hetraakoppervlak groter, waardoor de doorstroming wordt vergroot.Er wordt geboord in een reeks van stadia. Elk opvolgend stadium heeft een kleinere boorput diameter. Dit heeft temaken met de druk die met de diepte steeds groter wordt. Na elk stadium wordt een staalomhulsel geplaatst, dieop zijn plaats worden gecementeerd alvorens naar het volgend stadium te boren. De laatste secties van de putbestaan uit ongecementeerde geperforeerde voering, die de Geothermische vloeistof in de pijp laat stromen. 5.1 VoorbereidingenZodra de boorplaats is geselecteerd, moeten de grenzen van het terrein worden afgebakend en eventueelmilieueffectstudies worden verricht. De overeenkomsten van de huur of eigendomschap van het land moetenworden verkregen en juridisch worden gevalueerd. Zodra de wettelijke kwesties zijn geregeld, wordt deoppervlakte voorbereid:1. Het land wordt ontruimd en op gelijk niveau gebracht. Eventueel worden wegen aangelegd.2. Omdat water gebruikt wordt voor de boring, moet er een waterbron in de buurt zijn (of worden aangelegd).3.Een put wordt gegraven om rotsknipsels en boringsmodder in te storten.Zodra de oppervlakte is voorbereid, worden er kuilen gegraven voor de installatie en het boorgat. De kuil om hetboorgat is vierkant en wordt de cellar genoemd. De cellar is de werkruimte rond het gat voor de bemanning.Wanneer de cellar klaar is, begint de bemanning met het boren van het boorgat met een kleine boorwagen inplaats van met de daadwerkelijke boorinstallatie. Pas nadat de eerst sectie van het boorgat klaar is, wordt deboorinstallatie binnengehaald en kan het boren beginnen.

Page 33

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie335.2 Boormethodes Rotatie boren is de hedendaagse standaard boormethode voor diepe boringen. Omdat dit verslag over diepeGeothermie gaat, wordt er niet verder ingegaan op ondiepe boormethodes.5.2.1 Rotatie borenDe boormethode gebruikt voor diepe boringen is Rotary Drilling. Een roterende boor werkt als een soortschroevendraaier, snel draaiend om zich de ondergrond in te dringen. De rotary table rust op de vloer van deolieboortoren (derrick) en wordt gedraaid door een motor om het bit te laten draaien. De rotary table houdtde Kelly vast, het meest bovenste deel van de holle boorpijp. De kelly is verbonden aan de boorpijp die op zijnbeurt aan de drill collar is verbonden die de bit vast houdt. De draw works hijst en zakt de drill string uithet gat. Een haak verbindt een katrol met de kelly om het omhoog en omlaag te hijsen.Doordat de bit steeds dieper de grond in gaat, zakt de kelly en de rotary table mee. De boorploeg moetstoppen, de kelly omhoog takelen en ontkoppelen om het volgend stuk boorpijp toe te voegen. Dit gebeurt elke3 meter.

Page 34

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie34Er zijn verschillende variaties van rotatieboren. Sommige werken met modder en andere met luchtdruk. De tweemeest gebruikte technieken zijn zuigboren en luchtliften.5.2.2 ZuigborenBij het zuigboren wordt d.m.v. een zelf aanzuigende pomp de boorspoeling, water en bodemdeeltjes, door deboorstangen aangezogen en doorgepompt naar n of twee na elkaar geplaatste bezinkbakken. Na het bezinken,loopt het relatief schone water over in een suppletiebak welke is aangesloten op het boorgat. Met een boormotorin de mast worden boorstangen in rotatie gebracht en daarmee ook de boor onderaan de boorstangen. Door dezeroterende beweging worden gronddelen losgewoeld. Zowel bij het zuigboren als ook bij het luchtliften wordt,afhankelijk van de grondslag, een mantelbuis van enkele meters in de grond getrild. Op deze mantelbuis wordende zgn. suppletiebakken aangesloten en een zandbak. Tijdens het boren worden de aardlagen d.m.v. eenroterende boor losgewoeld en vervolgens samen met het buiten de boorbuis retour stromende boorwateropgezogen door de boorbuizen. Het opgepompte materiaal komt terecht in de laatste zandbak waar het boorgruisbezinkt en het water/spoeling weer retour spoelt in het boorgat.5.2.3 Lucht liftenBij het luchtliften wordt de pomp uit het circuit gelaten en wordt in de boorstring boven de boor luchtgenjecteerd. Door de toevoeging van lucht wordt de dichtheid binnen de boorstring kleiner waardoor eenopwaartse stroming ontstaat. In deze situatie is de boorstelling naast een pomp voor de eerste boormetersuitgerust met een compressor en wordt op een bepaalde diepte in de boorbuis lucht genjecteerd. Als gevolg vandeze luchtinjectie wordt het gewicht van het mengsel in de buis lichter als buiten de boorbuis waardoor er eenstroming naar boven ontstaat. Tijdens het boren wordt zowel bij het zuigboren als bij het luchtliftboren per meteren bij elke laagwisseling een grondmonster genomen. Aan de hand van deze grondmonsters wordt definitief defilter en de aanvulling bepaald.5.3 BoorgegevensHet Geofysisch rapport concludeert twee dingen.1) Tot welk ondergrondse cordinaat er moet worden geboord en met welke hoek. 2) Welke grondlagen er voorkomen langs het boortraject. Met deze gegevens kan een boorbedrijf een boorplan maken.De figuren en tabellen op de volgende paginas zijn de gegevens uit het boorplan van het boorbedrijf PetrogasMinerals International (PGMI), voor het Geothermie project A+G van den Bosch in Bleiswijk. De tabbellen weergeven de diameter van de casing (omhulsel). TVD staat voor True Vertical Depth. Dit is deafstand recht naar beneden gemeten. AH is Along Hole, de afstand langs het boortraject. De grondsoorten wordeningedeeld in groepen en subgroepen. Zo kan worden gezien welke boortechniek toegepast moet worden bij welkedieptes.De figuren weergeven de hoek en de horizontale afstand van het boortraject.

Page 35

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie35Diameter van de casingSystemAHmetersTVD APmetersTrueVerticalThicknessGroupFormationMemberTertiary & QuaternaryUpper North Sea OverburdenDiverse00100Maassluis10010080Oosterhout180180200Breda38038030Upper CretaceousChalkTexel410410340Lower CretaceousRijnlandVlielandVlieland Clay805750800BerkelBerkel Sandstone2168155035Berkel/RijswijkShalesBerkel Sand-claystone22301585126RijswijkRijswijk Sandstone2456171135SchielandNieuwerkerkDelft Sandstone25201746TD25271751

Page 36

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie36Horizontale afstand en diepteHorizontale afstand en cordinaten

Page 37

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie375.4 Kosten en tijdAls vuistregel kost een boring 1000 /m. Boren in een helling is een factor 1,4 duurder. Een simpel rekensommetjezou laten zien dat de boring van figuur 1 ongeveer 3 miljoen euro kost.Een aangelegde bovengrondse leiding kost 450-650 /m. Om te bezuinigen op installatie kosten is het gewenst omde productie en injectie put zo dicht mogelijk bij elkaar te plaatsen.Boorbedrijven hebben een schaarste aan materieel waardoor wachttijden kunnen oplopen tot 12 maanden.Inclusief het aanvragen van de benodigde vergunningen, wachten op beschikbaarheid van materieel en hetverrichten van de boorwerkzaamheden, duurt een diepe Geothermie boortraject rond de 18 24 maanden. 5.5 VergunningenDe Ministerie van Economische Zaken:Indien u aardwarmte wilt winnen dient u in het bezit te zijn van een daartoe door de minister van EconomischeZaken afgegeven vergunning. Onder het winnen van aardwarmte wordt verstaan het onttrekken van aardwarmteaan de ondergrond anders dan het onttrekken daarvan in samenhang met het opsporen of het winnen vandelfstoffen of met het opslaan ervan. In de vergunning wordt bepaald: (1) voor welke activiteiten; (2) voor welkedelfstoffen; (3) voor welk tijdvak en (4) voor welk gebied deze geldt.Wanneer er wordt besloten om aardwarmte te toe te passen, moet eerst een opsporingsvergunning wordenaangevraagd bij het ministerie van Economische Zaken. Met zo`n vergunning kan er een proefboring gedaanworden om te bekijken of aardwarmte winning mogelijk is. Naast de opsporingsvergunning moeten ook vergunningen worden aangevraagd bij de gemeente en de provincie.Indien er na de proefboring een besluit wordt gemaakt om verder te gaan, dan dient binnen de looptijd van deopsporingsvergunning een winningsvergunning aangevraagd te worden. De onderbouwing van de aanvrager kandoor TNO worden beoordeeld. Daarna wordt het voorgelegd aan de Mijnbouwraad en de commissiebodembeweging, die hun oordeel moeten geven. Hierna wordt vastgesteld of de vergunning wordt verleend.Opsporingsvergunning en Winningvergunning voor Aardwarmte.Aanvraag bij: Ministerie van Economische Zaken.Doorlooptijd: ongeveer 8 maanden.Inhoud: Aanvrager, Tijdvak voor de opsporingsvergunning, Gebied van de opsporingsvergunning, Aanduiding vande Bodemschat, Algemene gegevens, Financile gegevens, Technische gegevens, Werkprogramma, Geologischrapport, Bijlagen.Mijnbouw Milieuvergunning.Aanvraag bij: Ministerie van Economische Zaken.Doorlooptijd: ongeveer 6 maanden.Inhoud: Algemene informatie, de boorlocatie, uitvoering van de boring, gebruik van grond-/hulpstoffen tijdens deboring, emissiebronnen/emissiebeperkende maatregelen, afvalstoffen, transport, veiligheid en brandveiligheid,organisatie, toekomstige ontwikkelingen, Planning.Boorbedrijven zoals Petrogas Minerals International nemen het regelen van alle vergunningen op zich.

Page 38

Onderzoeksrapport Diepe Geothermie385.6 Boor innovatiesDe toegepaste boortechniek is hetzelfde als die van aardolie en aardgas, waardoor boorbedrijven in deze sector instaat zijn om ook boringen voor Geothermie te verrichten. Het probleem is echter dat een Geothermische bronrelatief weinig opleverd vergeleken met een fo