Ennatuurlijk Aardwarmte, IF Technology, TNO en KWR voeren momenteel een uitgebreid praktijkonderzoek uit naar de invloed van hogetemperatuuropslag op de omgeving. Ze bestuderen de thermische, geomechanische, geochemische en microbiologische effecten. Het onderzoek duurt nog tot 2025. Het project ontving subsidie via de PPS-programmatoeslagregeling van TKI Urban Energy.
Tot nu toe zijn de resultaten buitengewoon hoopgevend. ‘We merken nog helemaal niets’, vertelt Wim Bos lachend. Hij is Manager Geo-systemen bij Ennatuurlijk Aardwarmte. ‘De HTO doet het boven verwachting goed. We monitoren uitermate nauwkeurig, en hebben nog geen nadelige effecten gemeten. De omgeving blijft onveranderd.’
Welke rol speelt warmte in de energietransitie?
Er staan 9,6 miljoen gebouwen in Nederland. De warmtevraag die daaruit voortvloeit bedraagt al meer dan de helft van ons totale energieverbruik. En daarmee speelt de sector, die zich richt op koelen en verwarmen, een vitale rol in de energietransitie.
Een toonaangevende speler op deze markt is Ennatuurlijk Aardwarmte. Recent nam deze koploper in duurzame energie alle geothermie-activiteiten over van ECW Energy. De grootste aardwarmteleverancier in Nederland. Zij weten als geen ander dat een duurzame warmtebron ook een aantal uitdagingen met zich meebrengt. ‘Vanuit technisch oogpunt laat je een aardwarmtesysteem bij voorkeur volcontinu draaien. Want het gereedschap dat we gebruiken is nogal gevoelig’, vertelt Bos. ‘We pompen water van 2,4 kilometer diepte naar boven met transportpompen. Als je die aanzet wil je er in principe niet meer aankomen. Maar wij leveren warmte aan de glastuinbouw. En die hebben nogal een warmtebehoefteprofiel. In de wintermaanden is de vraag enorm en in de zomer veel en veel minder.’
Hoge Temperatuur Opslag als oplossing voor het ‘badkuipprobleem’
Er bestaat een enorme disbalans tussen vraag naar en aanbod van warmte. Duurzame energiebronnen zoals geothermie, maar ook de industrie, leveren jaarrond warmte. Maar de vraag hiernaar varieert. Bij zonthermie oogst je de meeste warmte in de zomer, terwijl je dit pas nodig hebt in het winterseizoen.
Als je vraag en aanbod uitzet in een grafiek, krijgt de warmtevraag de vorm van een badkuip (zie afbeelding). ‘Wil je ook in de koudere maanden en tijdens piekbelasting voldoen aan de warmtevraag? Dan kun je de overcapaciteit aan warmte uit het zomerseizoen voor langere tijd opslaan en deze er in de winter weer uithalen,’ legt Bos uit.
Hoge Temperatuur Opslag geen nieuwe innovatie
Hogetemperatuuropslag is niet nieuw. ‘Op veel plekken in Europa en ook in Nederland begon de bodemenergie-ontwikkeling met HTO’, zegt Bas Godschalk. Hij is Business Developer HTO en Internationale Projecten bij IF Technology. ‘Maar het was heel uitdagend en complex. Technisch gezien, maar ook de inpassing in het complete energiesysteem van vraag en aanbod. De eerste pogingen liepen niet uit op een succes.’
WKO-oplossing populair maar niet altijd toereikend
IF Technology is een consultancy- en engineeringbureau dat overheden, ontwikkelaars, gebouweigenaren en energieleveranciers adviseert bij de overstap naar duurzame warmte. ‘Bodemenergie richtte zich tot nu toe vooral op warmte- en koudelevering, beter bekend als WKO’, legt Godschalk uit. ‘Het bleek 35 jaar geleden een concept met een grotere technische en financiële haalbaarheid. Inmiddels draaien er in Nederland meer dan 3000 WKO-systemen. En dat aantal neemt nog steeds toe.’
WKO is vooral heel energie-efficiënt voor koudelevering. Godschalk: ‘Daardoor steeg de populariteit van WKO onder utiliteitsgebouwen. Want je kunt op een heel goedkope manier koude leveren. Maar het nadeel van de warmtelevering is dat je altijd een warmtepomp nodig hebt.
Tien jaar geleden ging de markt daarom op zoek naar een manier om duurzamer warmte op te slaan boven de maximaal toegestane temperatuur van 25 °C. Hoe haal je de warmtepomp uit het proces? Hoe sla je voldoende warmte op, zodat je rechtstreeks kunt leveren? Want er zijn genoeg duurzame bronnen met hogere temperaturen. En daarmee kreeg de ontwikkeling van hogetemperatuuropslag een vervolg. Maar hogetemperatuuropslag is complex. Er zijn meerdere kritische succesfactoren. Bos: ‘De grote uitdaging was het goed in kaart brengen van de ondergrond. De opslag van warmte van WKO-installaties gebeurt meestal op een diepte van 100 à 150 meter in de grond. Daarom weten we van die eerste 150 meter heel goed hoe de ondergrond is opgebouwd. Maar wat we dieper in de grond zouden aantreffen? Dat wisten we niet.’
Om te kunnen bepalen of de bodem geschikt was voor een HTO, deed Ennatuurlijk Aardwarmte een proefboring, die 499 meter de grond in ging. ‘Een zuigboring om precies te zijn’, aldus Bos. ‘Daarmee breng je iedere meter nauwkeurig in kaart. Zijn het schelpjes? Is het klei of zand? Wat voor kleur heeft het zand? Wat is de capaciteit van elke zandlaag? En de chemische samenstelling van het water? Op die manier kun je bepalen wat een geschikte grondlaag is om water aan te onttrekken.’
Welke grond is geschikt voor een Hoge Temperatuur Opslag?
Voor een succesvolle HTO is het belangrijk dat de zandlaag tussen twee dikke kleilagen zit ingeklemd. Dat zorgt namelijk voor een betere isolatie van de warmte en daarmee voor een hoger opslagrendement. ‘Wij kozen uiteindelijk voor een zandpakket op een diepte van 370 meter. Want onder dit watervoerende zandpakket zat een kleilaag van 40 meter. En erboven zat een nog veel dikkere laag van wel 130 meter’, aldus Bos.
(verhaal gaat verder onder de foto's)
Waar moet je rekening mee houden bij de keuze van materiaal?
Materiaalgebruik is een andere uitdaging waar je tegenaan loopt bij de realisatie van een HTO. Bos: ‘Dat komt door de hoge temperatuur in een HTO. Voor WKO-systemen gebruiken we PVC voor de bron. Maar dat wordt week bij een temperatuur vanaf 45 graden. Voor infiltratie op een temperatuur van 90 graden heb je dus een ander type buis nodig. Hetzelfde geldt voor de pomp. Daar zitten allemaal componenten in. Rubbertjes, afdichtingen, etcetera. Die materialen moeten bestand zijn tegen hoge temperaturen. Ook is het water dat je omhoog pompt, zouter en dus corrosiever. Daar moet je allemaal rekening mee houden.’
Werken in diepe ondergronden vraagt om specialistische expertise. Daarom sloegen experts uit de mijnbouw, olie- en gasindustrie en WKO-branche de handen ineen. Wim Bos heeft zelf een lange geschiedenis in de mijnbouw. ‘Het succes zat in de samenkomst van die twee werelden’, vertelt hij. ‘En daarom hebben we nu een Rolls-Royce op gebied van HTO. Ik vind dat heel erg gaaf.’
Welke juridische uitdagingen brengt een HTO met zich mee?
Een veelgehoorde ergernis onder duurzame ondernemers is wet- en regelgeving. Versnellers van de energietransitie stuiten op juridische beperkingen. Een van de eerste hordes die de projectontwikkelaars in Middenmeer moesten nemen was dan ook van juridische aard. ‘Officieel mag je maar tot 25°C opslaan’, stelt Godschalk. ‘Dus daarover moesten we in gesprek met de omgevingsdienst van de provincie. Je mag gemotiveerd afwijken van de maximale infiltratietemperatuur. Wij onderbouwen die afwijking met de resultaten uit het uitgebreide onderzoek dat met subsidie van de PPS-programmatoeslagregeling van TKI Urban Energy gefinancierd wordt. We verwachten dat de effecten op de omgeving beperkt zijn. Hierbij kijken we naar de bodem, de chemische samenstelling van het water en de microbiologie. De monsters uit de monitoring laten tot nu toe geen afwijkingen zien. En dat biedt perspectief voor de toekomst.’
Waterbehandeling om bronverstopping te voorkomen
Een andere kwestie die het project behoorlijk spannend maakt, is de waterbehandeling. Veel stoffen lossen gemakkelijk op in water. Kalk hoort daar niet bij. Godschalk: ‘Als je in de bodem water verwarmt en vervolgens gaat onttrekken, dan krijg je kalkneerslag met bronverstopping tot gevolg. Dat wil je natuurlijk niet. Daarom hebben we waterbehandeling toegepast in het traject. Hoe we dat doen? We voegen een minimale hoeveelheid CO2 toe aan het water. CO2 is enigszins zuur, en daardoor blijft de kalk netjes in oplossing. Deze waterbehandeling werkt heel erg goed.’
Wat maakt de HTO in Middenmeer zo’n unieke innovatie?
De HTO in Middenmeer is uniek en bijzonder innovatief. In 2021 slaagde Ennatuurlijk Aardwarmte er als eerste in een HTO te realiseren én in gebruik te nemen. ‘We zijn de eerste en de enige in Nederland. En hij presteert super. Echt boven verwachting goed’, zegt Bos. ‘Het is en blijft altijd een gok. Daarom is het ook zo mooi dat er mogelijkheden zijn om de haalbaarheid te onderzoeken en de realisatie mogelijk te maken’, vertelt Bos. De HTO in Middenmeer is onderdeel van het HEATSTORE-onderzoek binnen het programma GEOTHERMICA van de EU.
Een projectteam van experts monitort de prestaties van de installatie nauwgezet. Via een glasvezelkabel in de monitorput is de temperatuur perfect meetbaar. Evenals de manier waarop de warmtebel zich ondergronds distribueert. Een veelheid aan monsters wijst uit dat er geen effect op de omgeving meetbaar is. Inmiddels vindt de derde cyclus van laden en ontladen plaats. En het rendement neemt elke cyclus toe. Het team verwacht dat de HTO na vijf cycli het volledige rendement van 70 à 75 procent behaalt.
Een integrale aanpak met een sleutelrol voor HTO
HTO-systemen kunnen een sleutelpositie innemen in de energietransitie. De eerste Hoge Temperatuur Opslag van Nederland is een feit. De resultaten zijn geweldig en de vooruitzichten veelbelovend. Ook de markt toont steeds meer interesse. Wim Bos en Bas Godschalk zijn optimistisch. Zij zien de meeste winst in systeemintegratie. Bos: ‘Kijk naar de energiemarkt als geheel. Je kunt alle overcapaciteit aan energie omzetten in warmte, en deze vervolgens opslaan in een HTO.’ Als we de klimaatdoelstellingen willen halen, dan biedt een integrale aanpak met Hoge Temperatuur Opslag dus enorme kansen.
Meer weten?
Overweeg je zelf een HTO te realiseren? Of ben je benieuwd naar de onderliggende onderzoeken? Kijk dan op de website van HEATSTORE.
Hoe bewaar je warmte? ECW legt het in onderstaande video heel goed uit.
