Van WKO naar HTO: grondwater als energiedrager

Bestaande technieken voor ondergrondse warmteopslag kennen hun beperking. De maximale capaciteit bedraagt 25°C. Dit project beoogt zicht te krijgen op hoe deze temperatuurgrens kan worden verhoogd, met als bijkomend effect een aanzienlijke terugdringing van de CO₂-uitstoot.

Bodem als warmtebuffer

De productie van warmte kost veel energie. Van alle energie die in de wereld wordt gebruikt is ongeveer de helft voor verwarming. Daarom levert verduurzaming van warmteproductie een enorme winst op. Dit kan door warmte die in de zomer beschikbaar is op te slaan en in de winter weer te gebruiken. Warmteopslag in de bodem is hiervoor in Nederland een veelgebruikte methode. In de winter worden gebouwen met opgeslagen warmte verwarmd, in de zomer juist gekoeld. Verwarmen gaat samen met een het gebruik van een warmtepomp, die de warmte op de juiste temperatuur aan het gebouw levert. Wegens risico’s voor de grondwaterkwaliteit kan de warmtebron in de ondergrond maar tot 25°C worden opgewarmd, wat de capaciteit ervan beperkt. En hoewel het rendement van een warmtepomp ten opzichte van een gasketel bijzonder gunstig is, kan dit nog beter. De warmtepomp verbruikt namelijk nog veel elektriciteit. Wanneer we ‘s zomers meer warmte op hogere temperatuur kunnen opslaan dan nu mogelijk is, hoeft de warmtepomp in de winter niet meer te worden gebruikt: een flinke energiebesparing.

Verhoging temperatuurgrens ophelderen

Hoe de temperatuurgrens van 25°C voor ondergrondse warmteopslag moet worden verhoogd blijkt in de praktijk nog lastig. Dit project pakt drie factoren aan die dit kunnen ophelderen. Allereerst brengen we het effect in beeld van hogere temperaturen op de waterkwaliteit en de ondergrond. Daarnaast onderzoeken we in welke mate verstoppingen kunnen ontstaan als gevolg van sterke temperatuurveranderingen en daarmee samenhangende chemische veranderingen in de bodem. Tot slot gaan we na hoe opdrijven van het opgewarmde grondwater kan worden beperkt of gecompenseerd met een beheerstrategie. Opdrijven is een bekend verschijnsel, waarbij het opgeslagen warme grondwater een lagere dichtheid heeft dan het omringende grondwater en gaat opdrijven. Dat zorgt voor een lagere terugwin efficiëntie.

Forse reducering CO2-uitstoot

Een bijkomend voordeel van ondergrondse warmteopslag is dat er minder CO2 vrijkomt. Immers: er hoeft geen warmte te worden geproduceerd met de warmtepomp. Onder de huidige omstandigheden van het Nederlandse elektriciteitsnet wordt bij het opwekken van bodemenergie voor het leveren van warmte door een warmtepomp drie keer minder CO2 uitgestoten als met een gasketel. Bij warmtelevering uit een warmtebron zonder warmtepomp gaat het elektriciteitsverbruik nog eens met een factor vijf tot tien omlaag.

Praktijkstudie met baat bij hoog rendement

Een bedrijfstak die bij uitstek baat heeft bij een ondergrondse warmteopslag met hoog rendement, is de glastuinbouw. Tuinbouwbedrijf Koppert-Cress (Monster) heeft al de beschikking over een gangbaar bodemenergiesysteem. Daarmee gebruikt het de zomerwarmte van de kassen in de daaropvolgende winter. Gezien de grote warmtevraag van het bedrijf, zou een verhoging van de capaciteit voor warmteopslag een flinke verduurzaming betekenen. Daarom wordt de bestaande techniek omgebouwd naar een hoge temperatuur bodemenergiesysteem, met daaraan gekoppeld onderzoek van KWR naar de mogelijke gevolgen en verbetering van de efficiëntie. De extra warmte die wordt opgeslagen komt uit vier verschillende bronnen: het nabijgelegen oppervlaktewater, zonnecollectoren op het dak, condensorwarmte van de grote koelcel en restwarmte van de warmte-kracht-koppeling van de kas van de buurman. In totaal wordt er per jaar ongeveer 11TJ aan extra warmte uit deze bronnen in de ondergrond opgeslagen. Begin 2021 worden de resultaten van deze pilot verwacht.