Aardwarmte
Carboon gesteenten aangeboord in de schacht van de staatsmijn Beatrix, 1959.
Foto met permissie uit de Fotocollectie DeMijnen.nl/DSM cb65608.
Nog dieper is de Kolenkalk met potentie voor geothermie.
Onze verre voorouders wisten het al: onder de grond is het warmer. De holbewoners zochten hun toevlucht voor de koude winters in diepe grotten. De boeren vroeger wisten het ook. Aardappelen werden ingekuild met een dikke laag aarde om ze te beschermen tegen vorst.
De temperatuur in de bodem en dieper in de aarde neemt gestaag toe. Op 1-2m diepte varieert de temperatuur nog met de seizoenen maar dieper dan 15m is de temperatuur al zo'n 10-12 C constant. Het zit letterlijk onder onze huizen, maar we gebruiken die warmte nog maar heel weinig.
Voor energie uit de aarde moeten we een onderscheid maken tussen diep (meer dan 2000m) en ondiep (meters tot honderden meters, ook wel bodemenergie genoemd). Daartussen is het domein van wat de lage Temperatuur Aardwarmte genoemd wordt (LTA). Dieper dan 4000m belanden we in de Ultradiepe Geothermie met temperaturen boven de 120C,
Voor goede overzichten zie de website van het Platform Geothermie en Hoewerktaardwarmte.nl
In mei 2018 is het Masterplan Aardwarmte Nederland verschenen. Het Masterplan Aardwarmte Nederland (met als ondertitel ‘een brede basis voor een duurzame warmtevoorziening’) is opgesteld en uitgewerkt door DAGO (Dutch Association Geothermal Operators), Stichting Platform Geothermie, Stichting Warmtenetwerk en EBN, ondersteund door de ministeries van Economische Zaken en Klimaat en Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties.
In dit plan wordt de bijdrage van aardwarmte aan de toekomstige energiemix beschreven met een totale CO2‐besparing van 3 mton in 2030 en 12 mton in 2050. Aardwarmte groeit als warmtebron van 0,5% van de totale warmteproductie naar 5% in 2030 en 23% in 2050.
Het Masterplan biedt eveneens een goed overzicht van de huidige stand van zaken over aardwarmte in Nederland. Het kan als volledige publicatie van alle websites van de samenstellers opgeladen worden. Hier is dat van EBN https://www.ebn.nl/pub…/het-masterplan-aardwarmte-nederland/
Ondiepe aardwarmte kan gebruikt worden voor de verwarming van woningen in open en gesloten systemen. In een open systeem wordt water uit de ondergrond gepompt. Aan de oppervlakte wordt warmte aan het water ontrokken door een warmtepomp, waarna het koudere water meestal weer in de ondergrond terug gepompt wordt. Een nadeel van dit systeem is dat het grondwater verontreinigd kan raken en dat er een goede water toevoer/afvoer moet zijn. In een gesloten systeem wordt een gesloten systeem van buizen in boorgaten aangebracht waardoor een vloeistof (met laag verdampingspunt) circuleert. In de diepere ondergrond (meer dan 10 meter diep) is de temperatuur constant ongeveer 12°C. De vloeistof in de buizen neemt de temperatuur van de ondergrond op waarna aan het oppervalk daar warmte aan ontrokken wordt door een warmtepomp. Het systeem van buizen kan ook horizontaal ondiep (1-2m) in de grond aangebracht worden, maar wordt dan door seizoensafhankelijke temperatuurvariaties beïnvloedt. In beide systemen wordt de ontrokken warmte gebruikt om het huis te verwarmen. Daarbij is de temperatuur van het verwarmingswater in de meeste systemen ongeveer 30 graden, dus veel lager dan bij gas of olie-verwarming. Dat betekent dat er speciale lage temperatuur radiatoren nodig zijn, of een dichter netwerk van vloerverwarmings-buizen.
Er is momenteel een experimenteel project in Zevenbergen door Visser & Smit Hanab, zie Youtube film
Dieper in de aarde neemt de temperatuur gestaag toe, met gemiddeld zo'n 30C per 1000m en op sommige plaatsen is dat nog veel meer (Ijsland). Mijnwerkers in onze vroegere Zuid Limburgse kolenmijnen wisten daar alles van.
Diepe geothermie maakt gebruik van warmteflux uit de aarde met een continue toevoer van warmte afkomstig van radioactief verval in de aarde. Deze warmte wordt gewonnen door diepe boringen (in het algemeen meer dan 2000 meter diep). Bij temperaturen boven 100°C kan stoom gebruikt worden voor het aandrijven van een stoomturbine waarmee elektriciteit opgewekt wordt. In Nederland zijn er nog geen geothermische stoomturbines. Bij lagere temperaturen wordt het warme water omhoog gepompt en met warmtewisselaars wordt vervolgens de warmte ontrokken aan het water. Het afgekoelde water wordt vervolgens weer terug gepompt. In Nederland wordt dit systeem in de tuinbouw toegepast voor de verwarming van kassen of voor stadsverwarming. De warmte wordt gewonnen via een aardwarmte doublet met een productie put voor warm water uit de diepe ondergrond en een injectie put voor het afgekoelde water terug naar diezelfde ondergrond. Een voorwaarde voor zowel de stoomgeneratie als de warmte generatie is dat er genoeg water door de ondergrond gepompt kan worden.
Hoe dieper hoe heter, maar hoe moeilijker in het algemeen water de doorstroming van water is omdat de diepere gesteente door hogere druk meer ondoorlatend worden. Dat is dan ook de grootste onzekerheid in de geothermie: het voorspellen en aantappen van goede doorlatende gesteenten. Omdat het boren van diepe putten erg duur is (miljoenen euro's) zijn deze geologische onzekerheden een groot investeringsrisco.
Met diepe boringen wordt heet water uit diepere -warme- lagen opgepompt. De warmte wordt aan het aardoppervlak aan het water ontrokken. Het koude water wordt weer terug gepompt in dezelfde lagen (geothermie-doublet putten).
Er zijn nog maar weinig projecten die vrij recent zijn (weinig ervaring), voornamelijk toegepast door groentekwekers. Diepe geothermie gaat momenteel door een steil leerproces waarbij de energiereuzen de kat uit de boom kijken vanwege commerciële redenen (terugverdientijd) en de grote onzekerheden.
Voor Roerdalen biedt de Kolenkalk in het Carboon aan de rand van de Peelhorst de beste mogelijkheden. Hier kunnen hoge temperaturen op een redelijke diepte van 3000-4000 meter aangeboord worden met mogelijk goede waterproductie. Mogelijke karstificatie (oplossing) van de Kolenkalk kalksteen en extra verbreuking langs grote breuksystemen zouden bij kunnen dragen aan een goede watertoevoer uit diepere, hetere lagen.
Een andere mogelijkheid is misschien de Lage Temperatuur Aardwarmte. De temperaturen zijn lager, maar de investeringskosten zijn ook lager, de onzekerheden over waterproductie zijn veel minder en waterproductie uit ondiepere aardlagen is gemakkelijker.
De overzichten en kaarten op deze pagina zijn afkomstig uit deze twee rapporten.
De kans op aardbevingen in geothermische projecten is in het algemeen gering omdat er geen sprake is van drukverandering in de ondergrond. De ontrekking en injectie van water in actieve breukzones en het introduceren van temperatuurverschillen kan bevingen veroorzaken.
De Peelrandbreuk is de meest actieve breukzone in Roerdalen en vormt een mogelijk risico voor geothermie.
In Californië (Grubbenvorst) ten Noorden van Venlo wordt al sins 2013 jaar warmte geproduceerd uit een zone in de Kolenkalk die wordt doorsneden door de Breuk van Tegelen. Deze breuk vormt de grens tussen de Peel Horst en het Venlo Blok. Het warme water wordt geproduceerd uit de breukzone en weer geïnjecteerd in de Kolenkalk op zo'n 1800m afstand van de breuk, dit om breukactivatie door waterinjectie te voorkomen. Er zijn vaste seismografen geïnstalleerd om mogelijke breukactiviteit te monitoren.
Sinds eind 2013 produceert Wijnen water van 75 graden Celsius van circa 2100-2600meter diepte, voor de verwarming van hun kassen. De locatie van Wijnen heeft drie putten: twee voor de productie van water (CAL-GT-01 en CAL-GT-03) en een voor de injectie (CAL-GT-02), met een vermogen van ongeveer 11 MW. Wijnen bespaart hiermee ongeveer 11 miljoen M3 aardgas per jaar met een reductie van de CO2 uitstoot met meer dan 95%.
In 2015 begonnen de boringen voor een tweede warmteproductie-locatie voor Geothermiebedrijf Californië Lipzig Gielen (CLG). Dit bedrijf produceert sinds augustus 2017 water van zo’n 86 graden van een diepte van 2584m voor de verwarming van 26 hectare aan kassen. De P50 voor het thermische vermogen van deze bron is ruim 7MW.
De totale capaciteit is voor zo’n 58 ha (18 MW vermogen) met plaats en plannen voor de aansluiting van meer glastuinbouwbedrijven in de toekomst.
Geothermie wordt vooral toegepast voor warmte voorziening. Daarbij moeten we dus aantekenen dat een aardwarmtenet bijna overal afwezig is. Of er een industriële behoefte aan aardwarmte is in onze gemeente zal in kaart moeten worden gebracht. In alle gevallen is het duidelijk dat de opwek van aardwarmte gebonden is aan geologisch bepaalde locaties en niet centraal in de gemeente of dichtbij industrie-gebruik.
Interessant is dat de Beatrix schacht op de Meinweg bij het afdiepen behoorlijk te kampen had met het invloeien van warm water van 31°C water op 700m diepte. Dat is vergelijkbaar met het thermaalbad in Arcen en kan wellicht mogelijkheden opleveren voor gebruik. Mogelijkheden voor LTA?
Geothermische stroomopwekking is mogelijk, ook bij lagere temperaturen (Binary Cycle proces 75-120C) maar met lager rendement.
Diepe geothernie vereist grote investeringen en dat kan niet alleen door een kleine coöperatie gedragen worden. Daar hebben we grote investeerders , de (eur)regio en ook de nederlandse overheid voor nodig. Een discussie en ontwikkeling die momenteel erg actueel is.
Bij een aardwarmteproject is er een geologisch risico dat samenhangt met de werkelijke waarden van specifieke aquifer-parameters.
De regeling dekt alleen het risico op een teleurstellend geologisch resultaat.
De regeling is in feite een verzekering of garantie regeling.
Noodzakelijk
Meer weten?
Hoewerktaardwarmte.nl geeft een heel goed overzicht van alle aspecten; van ondergrond tot warmtenetwerk en regelgeving
Lage Temperatuur Aardwarmte (LTA). Zie website van Visser & Smit Hanab