KWR op het European Geothermal Congress 2025 in Zürich

Zowel warmteproductie met (diepe) aardwarmte/geothermie als ondergrondse warmteopslag (MTO/HTO) werden genoemd als cruciale factoren voor deze ambitie en kwamen in veel lezingen en (poster)sessies aan bod. Enno de Vries en Stijn Beernink van het Geohydrologie-team van KWR woonden het evenement bij om een goed beeld te krijgen van de huidige ontwikkelingen en state-of-the-art technieken. Beiden presenteerden ze recent werk dat relevant is om verantwoorde implementatie van deze duurzame energietechnologieën te faciliteren.

In onze bijdragen hebben we deze keer vooral aandacht besteed aan het vergroten van het inzicht in de thermische impact van geothermische warmteproductie en warmteopslag, omdat dit belangrijk is om de ontwikkeling van efficiënte vergunningverlening en monitoring te ondersteunen (figuur 1).

Figuur 1: Schematisch overzicht van een meetopstelling voor het meten van de thermische effecten in de opslagaquifer en de bovenliggende aquifer(s) met een meetput in de buurt van de putten van een HT-ATES-systeem (ontwikkeld door G. Schout (KWR)).

Monitoren, meten en simuleren van warmteverliezen uit hete geothermische bronnen in Nederland

Enno presenteerde het onderzoek dat KWR heeft uitgevoerd voor en in samenwerking met EBN, waarbij werd bepaald wat de thermische impact is van geleidingsverliezen tussen een geothermische productieput en het ondiepe grondwatersysteem in het veld. Deze thermische impact is de afgelopen jaren (vanaf 2021) gemonitord met behulp van geïnstalleerde glasvezelkabels voor gedistribueerde temperatuurmeting (DTS) in de directe omgeving van een geothermische bron met een temperatuur van 85 °C, die sinds 2019 in bedrijf is. Daar wordt het verticale temperatuurprofiel van de ondergrond gemeten op drie afstanden van de productieput (6, 9 en 63 meter afstand, zie figuur 2). KWR analyseerde de waargenomen temperatuurgegevens en kon vervolgens de thermische waarnemingen reproduceren met behulp van een locatiespecifiek en geïntegreerd dichtheidsafhankelijk grondwater- en warmtetransportmodel.

De resultaten toonden aan dat warmteverliezen door geleiding vanuit de hete putbekisting werden waargenomen op een afstand van 6 en 9 m bij T>30 °C op 6 m en T>25 °C op 9 m van de put, na slechts 3 jaar gebruik. De referentie op 63 m afstand vertoonde geen thermische effecten. De modelsimulaties kwamen zeer goed overeen met de gemeten gegevens en toonden aan dat de convectie (opwaarts transport als gevolg van dichtheidsverschillen) van hoge temperaturen in doorlatende zandlagen de belangrijkste oorzaak was voor de relatief snelle radiale uitbreiding van de temperatuureffecten vanuit de putten.

Enno presenteerde dit onderzoek tijdens de postersessie op woensdag 8 oktober en raakte betrokken bij interessante discussies, onder andere met geïnteresseerde andere partijen in Europa. Andere studies die op de EGC werden gepresenteerd, gaven nieuwe ideeën voor methoden en benaderingen om het warmteverlies van hete bekistingen te verminderen, wat meer inspiratie geeft voor vervolgwerk!

Figuur 2: Een figuur uit De Vries & Hartog (2024). a) De DTS-temperatuurmetingen voor de 5 meetpunten voor GLV1 (afstand 6 m), GLV2 (afstand 9 m) en de referentiemeting GLV3 (afstand 63 m) met de grenzen van de geohydrologische eenheden; b) de wrijvingsfactor over de diepte van de proefboring (Wiertsema & Partners, 2020); c) conceptuele interpretatie van geïdentificeerde warmtetransportprocessen. Een uitschieter gemeten op 1 december 2022, onderaan GLV2 (28,4 °C), wordt apart weergegeven als een oranje ster.

Promotie in uitvoering: Warmteopslag in ondiepe ondergrondse watervoerende lagen bij hoge temperaturen

Vorig jaar publiceerde Stijn een artikel in het tijdschrift Geothermics over hoe de verschillende warmteoverdrachtsprocessen en opslagomstandigheden van invloed zijn op het warmteverlies van HT-ATES-putten (High Temperature Aquifer Thermal Energy Storage), en toonde hij aan dat de jaarlijkse terugwinningsrendementen voor redelijk goed functionerende systemen kunnen variëren tussen 60 en 90%. Dit betekent echter dat nog steeds 10 tot 40% van de jaarlijks opgeslagen warmte verloren gaat aan de ondergrond.

Stijns promotieonderzoek richt zich zowel op het maximaliseren van de prestaties van deze systemen als op het onderzoeken van de mogelijke effecten: waar gaan deze warmteverliezen naartoe? En hoe beïnvloedt dit mogelijk de temperatuur in de ondiepe ondergrond in ruimte en tijd? Dit laatste was het onderwerp van Stijns presentatie op de EGC, met als doel te laten zien hoe hydrogeologische omstandigheden in de ondergrond de thermische effecten van HT-ATES in de ondiepe ondergrond beïnvloeden (figuur 3).

De belangrijkste boodschap uit zijn presentatie was dat de hydrogeologische eigenschappen van de lagen dicht bij de opslagaquifer, en met name de afdichtende kleilaag boven de opslagaquifer, in belangrijke mate bepalend zijn voor de kans op een snelle doorbraak van hoge temperaturen naar ondiepere lagen. Om opwaartse migratie van hoge temperaturen en daarmee relatief sterke temperatuureffecten te voorkomen, is de hydraulische weerstand van de afdichtende (klei)lagen boven de opslagaquifer dus van belang.

Stijn rondt momenteel zijn promotieonderzoek aan de TU Delft af en schrijft voor zijn proefschrift een hoofdstuk/manuscript over ‘thermische impact van HT-ATES-putten’, onder begeleiding van Niels Hartog, Phil Vardon en Martin Bloemendal.

Figuur 3: Een verticale dwarsdoorsnede van de temperatuurstijging als gevolg van warmteverliezen uit de opslagaquifer van een HT-ATES-put (bij 80 °C) in een 10 °C ondiepe aquifer uit een casestudy in Delft na 5 jaar gebruik. De opgeslagen warmte wordt voornamelijk naar de bovenkant van de aquifer gedistribueerd als gevolg van door drijfkracht aangedreven stroming, wat leidt tot relatief sterke opwaartse warmteverliezen naar de bovenliggende afsluitende laag.