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?