project

ONDERDEEL WARMINGUP – THEMA 5

WINDOW Ondergrondse Warmteopslag

Expert(s):
ir. Marette Zwamborn, Stijn Beernink MSc, dr.ir. Martin Bloemendal, dr. Niels Hartog

  • Startdatum
    01 jan 2020
  • Einddatum
    31 dec 2022
  • Opdrachtgever
    Consortium WarmingUP (subsidie MMIP-RVO)
  • samenwerkingspartner(s)
    KWR (thema-trekker), TNO, Deltares, TUD, IF, Eneco, Ennatuurlijk, Vattenfall, HVC, SVP, Provincies Zuid-Holland, Limburg en Noord-Holland, Gemeente Den Haag, Amsterdam, Engie, EBN, Shell, Rijkswaterstaat, BodemenergieNL

Het WarmingUP project is opgezet met het doel om collectieve warmtesystemen betrouwbaarder, duurzamer en betaalbaarder te maken. WINDOW (Warmtevoorziening In Nederland Duurzamer met Ondergrondse Warmteopslag) is thema 5 van dit project en gaat over de opslag van hoge temperatuur warmte in de ondiepe ondergrond; Ondergrondse Warmteopslag of HTO. KWR is de trekker van dit thema en werkt daarin samen met andere onderzoeksinstituten, overheden, energie/warmte-bedrijven en private partijen. Aan de hand van ‘learning by doing’ wordt geprobeerd om zo verantwoordt mogelijk de ontwikkeling van ondergrondse warmteopslag te versnellen.

Van 2019 tot eind 2020 is tijdens WINDOW fase 1 al gestart met dit onderzoek. Hierdoor zijn er een aantal locaties uitgekozen aan de hand van QuickScans en verkenningen om verder te ontwikkelen in WINDOW fase 2 (Warming UP). Ook is op basis van de 1e fase een goed beeld ontstaan welke inhoudelijke punten aandacht verdienen tijdens WINDOW fase 2.

WINDOW: Warmtevoorziening In Nederland Duurzamer met Ondergrondse Warmteopslag.

Wat is ondergrondse warmteopslag en waarom is het nodig?

Opslag van warmte in de ondergrond is een belangrijke schakel in de warmtetransitie en is een van de goedkoopste vormen van energieopslag. Een vaak voorkomend probleem is dat er een mismatch bestaat tussen de beschikbaarheid van en de vraag naar warmte/energie door het jaar heen. In de zomer bestaat er vaak een overschot aan warmte, terwijl er in de winter niet voldoende aanbod is om aan de vraag te voldoen. Dit komt bijvoorbeeld doordat veel warmtebronnen een baseload aan warmte produceren (bijv. geothermie, restwarmte) of juist in de zomer een grote productie hebben (bijv. zonthermie). Door middel van ondergrondse warmteopslag wordt het overschot aan warmte seizoenaal opgeslagen (in de zomer) om het vervolgens te kunnen gebruiken in tijden van grotere warmtevraag. Dit zorgt er voor dat er jaarlijks in een groter deel van de warmtevraag kan worden voorzien met duurzame energie (optimale benutting van duurzame bronnen) en kostenreductie op systeemniveau.

Warmteopslag wordt toegepast door middel van het verwarmen en afkoelen van grondwater, dat wordt opgepompt en opgeslagen in zandlagen in de (on)diepe ondergrond (bijv. 100m tot 500m diepte). Het werkingsprincipe lijkt erg op Warmte Koude Opslag (WKO). Echter, de opslagtemperatuur is bij warmteopslag hoger (bijv. 40 tot 90 °C) en de omvang van de systemen zijn over het algemeen aanzienlijk groter dan bij WKO.

 

 

Versimpelde werking Ondergrondse Warmteopslag: tijdens warmtelevering wordt er grondwater onttrokken uit de hete bron, deze warmte wordt afgegeven aan het warmtenet en het afgekoelde water wordt opgeslagen in de warme bron. Tijdens warmteopslag gebeurt het omgekeerde: grondwater wordt onttrokken uit de warme bron, verwarmd, en opgeslagen in de hete bron. Bron: Martin Bloemendal, 2018. PhD thesis, the hidden side of cities, repository.tudelft.nl.

Onderzoek naar prestaties, impact en monitoring van Ondergrondse Warmteopslag door middel van “learning by doing”

Doel van het WINDOW programma is het wegnemen van technische, juridische en bedrijfseconomische belemmeringen en beter inzicht te krijgen in de effecten voor het verantwoord kunnen toepassen van ondergrondse warmteopslag, zodat ondergrondse warmteopslag na 2025 als bewezen techniek kan worden toegepast.

Het project is verdeeld in een aantal sub-projecten. De ontwikkeling van twee/drie demonstratiepilots is een zeer belangrijk onderdeel van het WINDOW project omdat dit “learning by doing” mogelijk maakt. Het werk bouwt voor op de quick-scans en verkenningen die zijn uitgevoerd in het kader van WINDOW fase 1. De drie gekozen pilotlocaties worden verder onderzocht en er wordt toegewerkt naar een uitgewerkt ontwerp. Dit gebeurt d.m.v. een continue samenwerking tussen alle deelnemers van WINDOW.

Aansluitend een aanvullend op de ontwikkeling van een aantal pilots wordt er generiek onderzoek gedaan naar: potentie & inpassing, techniek & effecten en het juridisch afwegingskader van ondergrondse warmteopslag. KWR houdt zich vooral bezig met de volgende onderwerpen:

  • Brontechniek; kennisontwikkeling technisch bronontwerp (bijv. bronfilters, waterbehandeling en materialen)
  • Juridisch afwegingskader; afwegingskader voor vergunningverlening van ondergrondse warmteopslag
  • Milieueffecten en risico’s; kennisdocument effecten ondergrondse warmteopslag, opzet monitoringsaanpak voor evaluatie milieueffecten en risico’s
  • Geohydrologisch ontwerp; welke geohydrologische parameters en toepassingscondities kunnen grote impact hebben op de prestatie en thermische impact van een HTO?

Dit laatste onderwerp sluit in grote mate aan op de PhD studie die wordt uitgevoerd in het kader van WINDOW bij de TU Delft.

Modelsimulatie van een Ondergronds Warmteopslag systeem met 1 hete en 2 warme bronnen na 10 jaar. De temperatuurcontouren laten de verspreiding van warmte in de ondergrond zien. Bron: WINDOW fase 1 rapport C2: prestaties en thermische effecten.

Beoogde resultaten WarmingUP thema 5 en hoe verder?

Het eindresultaat van WINDOW fase 2 zijn twee of drie ‘state of the art’ ontwerpen voor demonstratieprojecten inclusief afgeronde besluitvorming voor investeerder én bevoegd gezag. Dit wil zeggen dat deze projecten klaar zijn om geboord en gebouwd te worden. Bedoeling is om in het beoogde vervolg WINDOW fase 3, deze demonstratieprojecten te realiseren en toe te werken naar ondergrondse warmteopslag als bewezen techniek.

Daarnaast ligt er een sterke basis aan kennisdocumenten en peer reviewed papers omtrent kansen, mogelijkheden, randvoorwaarden en optimalisatie van ondergrondse warmteopslag.