home

discl. / ©, lid NVJ

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z


aardwarmte

 

aardwarmte, geothermie, geothermische energie

Aardwarmte of geothermie is het benutten van de warmte van de aarde zelf. De warmtebron is hier een warme aardlaag die niet heel ver onder het maaiveld ligt. In Nederland heerst op 1500 m diepte een temperatuur van 50-60 graden C; bij diepten vanaf 5500 m kan in Nederland een temperatuur heersen vanaf ca. 175 graden C.
Per kilometer neemt de temperatuur met ca. 30 graden C toe. Door de boringen naar olie en gas zijn de diepten tussen 2 en 3 km in een groot deel van Nederland aardig bekend; de lagen tussen 2 en 3 km levert warmte op van 70-90 graden C (een stukje onder het maaiveld is het ca. 10 graden C en 2 km van 30 graden/km geeft inderdaad ca. 70 graden C). Voor de verwarming van woningen en kassen is deze temperatuur voldoende, maar voor de industrie zouden diepere putten beter voldoen; aardwarmte van 120-140 graden C of meer is bij industriŽel gebruik nuttiger; voor elektriciteitscentrales zullen nog diepere putten volstaan.
Aardwarmte van een diepte vanaf ca. 1500 m wordt conventionele geothermie genoemd; bij een diepte vanaf 4 km wordt het ultra-diepe geothermie (UDG) genoemd. (Er tussenin wordt het soms diepe geothermie genoemd.) 
Aardwarmte is potentieel een interessante en omvangrijke energiebron. Aardwarmte is betrekkelijk onuitputtelijk, mits het teruggevoerde water de temperatuur in de buurt van de productieput niet teveel beÔnvloedt.

Nederland is voor het toepassen van aardwarmte wel vrij duur uit in vergelijking met landen waarbij de vereiste warmte in veel minder diepe lagen beschikbaar is, bijvoorbeeld in vulkanische gebieden (op Java en Sumatra heerst op 1500 m diepte een temperatuur van 200 graden C). De diepte waarop nuttige warmte kan worden verkregen is afhankelijk van geologische situatie ter plaatse. Een lager gelegen land als Nederland is dus niet per definitie gunstiger uit dan een land dat wat hoger ligt.

Een aardig idee is om de duizenden boorputten van olie- en gaswinning te onderzoeken op gebruik voor warmwaterwinning: het zijn diepe putten en over de grondlagen is veel bekend dus moet dat onderzoek geschikte geothermische putten kunnen opleveren. Olie- en gasvelden schijnen vaak samen te vallen met "warmtevelden". (Idee waarschijnlijk van civiel ingenieur Floris Veeger.)
Een ander idee is de warmte of koelte van een grote rivier als thermische energie te benutten, wanneer een gebouw in de nabijheid van die rivier is gepland, maar deze methode wordt meestal niet onder de term aardwarmte gerekend.


warmtekaart van nederland waarop o.m. de gebieden te zien zijn die geschikt zijn voor aardwarmte (geothermie); de diepe geothermie is overal in nederland toepasbaar, m.u.v. het puntje van zuid-limburg;
klik voor groter! (om in te zoomen op het door u gewenste gebied kijk op thermogis > mapviewer > technische potentie of economische potentie):


Porositeit van de aardlaag
De energie van de aardwarmte kan aan water afgegeven worden; op deze manier kan aardwarmte als een vorm van groene stroom dienen. De doorlatendheid (porositeit) van de aardlaag is belangrijk voor een continue aanvoer van warm water. Een niet-doorlatende laag kan via fracking ("kraken") worden gebroken (uitleg fracking zie bij schaliegas). Andere manieren om het compacte, harde gesteente een grotere doorlatendheid te geven zijn: toevoeren van een zuur waardoor de kalk in het gesteente oplost en toevoeren van koud water waardoor het hete gesteente gaat scheuren (hydrofracking). Fracking is in verband met o.m. aardbevingen vaak niet wenselijk. 

Van heet water naar relatief koel water
Meestal wordt aardwarmte via een zogenoemd doublet "geoogst": een productieput of winningsput (waaruit warm water omhoog komt) en een injectieput (waarmee het afgekoelde water in de bodem wordt teruggevoerd). 
Een geothermische centrale voor aardwarmte gebruikt (koud) water om de energie uit de diepte te halen. De diepe gesteenten zijn heet en wanneer er water naartoe wordt gepompt wordt dat stoom en komt het onder grote druk te staan. De pomp is een Electrical Submersible Pump, ESP, in de productieput op een diepte van 300-1000 m, meestal ca. 600 m. De druk zorgt voor oververhitte stoom die gemakkelijk door de buis naar boven spuit en de turbines van de centrale aandrijft (stoomturbine) of gebruikt wordt om de kassen voor fruit- en groenteteelt te verwarmen. 
Een warmtewisselaar neemt de warmte op, koelt het hete water of de stoom af, en via de injectieput wordt afgekoeld water/stoom weer teruggepompt naar een diepe aardlaag. Er wordt gebruik gemaakt van een warmtewisselaar omdat het aardwater vaak zeer zout is en dat is niet gunstig voor de metalen buizen in gebouwen en kassen. 
Het water moet worden teruggepompt om de druk in de betreffende aardlagen op peil te houden. Om het ongewenste mengen van heet en koud water zo veel mogelijk te vermijden, moet de bron (de oppompplek) bij voorkeur lager liggen dan de injectieplek (de terugpompplek). Meestal wordt tussen de productieput en de injectieput een afstand van 1-1,5 km aangehouden, maar bovengronds kunnen de putten vrijwel naast elkaar liggen. Door de afstand tussen de twee putten wordt waarschijnlijk vermeden dat het afgekoelde "injectiewater" de temperatuur van het "productiewater" sterk verlaagt. De verwachting is dat het "koude" water dat de injectieput in gaat pas na een 20-30 jaar bij warme productieput is, maar de tijd zal leren hoe realisctisch die aanname is; de tijd zal het leren. Om een redelijke afstand tussen de putten te realiseren wordt minimaal ťťn van de putten schuin geboord. Bij voorkeur is de afstand tussen de diepste punten van de in- en uitgaande putten minimaal 1,5 km.


temperatuurverloop naar het binnenste van de aarde; klik voor groter:

aardwarmte of geothermie; klik voor groter:


Aandachtspunten
- Het boren van de putten is duur en complex omdat de juiste aardlagen moet worden aangeboord en omdat diep geboord moet worden. Om de juiste aardlaag te vinden is een uitgebreid seismisch onderzoek noodzakelijk gevolgd door proefboringen. 
Als er geen aanzienlijke subsidie op geothermie zou zijn, zou er waarschijnlijk geen enkele put geslagen worden...
- Gezien de toch betrekkelijk lokale opzet van het putten uit geothermische energie kan in de toekomst de vraag rijzen of we niet uit elkaars water putten.
- Aangezien de kosten dermate hoog zijn, kan initiatie en exploitatie uitsluitend door de overheid of de grote energiemaatschappijen worden uitgevoerd, met degelijke gegevens van de diepe ondergrond. Voor de niet-zo-diepe-geothermie dekt het Ministerie van Economische Zaken slechte resultaten af; voor de ultra-diepe geothermie (UDG, op 4-5 km diepte), geldt dit niet.
- Er zijn regelmatig storingen in het systeem (oorzaken?).
- De enkelwandige buizen staan onder invloed van corrosie: door de hogere temperatuur (vooral in de productieput, 60-80 graden C), de lage pH en de hoge concentratie CO2 corrodeert de buis vrij snel. Om de enkelwandige buizen te beschermen tegen corrosie worden anti-corrosie middelen, de zogenoemde corrosie-inhitoren, aan het water toegevoegd. De actieve stof als bestanddeel van het anti-corrosiemiddel brengt een laagje aan op de binnenzijde van de buizen, waardoor deze tegen de corroderende processen worden beschermd. De anti-corrosiemiddelen beschermen ook tegen bacteriegroei in de buizen. De anti-corrosiemiddelen zijn er juist om lekkages te voorkomen, maar als er een lekkage is en er is drinkwater in de buurt, dan wordt dat drinkwater uiteraard ook aangetast.
- Hoe lang kunnen de dure  putten blijven "produceren"?
- Soms wordt op grote diepte de warmte van slapende vulkanen gebruikt voor aardwarmte, waarbij diepe kanalen in de rotsen worden geboord waar water ingepompt wordt, maar deze zogenoemde enhanced geothermal systems kunnen voor uiteraard ongewenste aardschokken zorgen (Hot Dry Rock in Basel, Zwitserland).
- Van een groot deel van Nederland is de diepere ondergrond nog niet in kaart gebracht (alleen de gebieden waar naar olie en gas is geboord).
- Belangrijk is dat er ook in de zomer warmte wordt afgenomen: oppompen en injecteren wordt gestabiliseerd (stilstand kan wellicht blokkades in de leidingen veroorzaken door roestvorming e.d.?), levensduur leidingen heeft dan niet te lijden onder het krimpen en uitzetten van de leidingen, economischer gebruik van de installatie. Dit betekent in feite dat geothermie meer voor industriŽle toepassingen is dan voor woningen. (Anderzijds is het mogelijk nuttig wanneer de diepe waterlaag een seizoen door de aarde kan worden bijgewarmd?) 
- Dat niet alle aardwarmteprojecten slagen, bewijst het dure en hoog van de toren geblazen, maar mislukte aardwarmteproject in Den Haag (2013). Wonderlijk dat dit grote project moest mislukken terwijl zoveel projecten in de glastuinbouw geslaagd zijn. Het risico van misboringen e.d. kan worden afgevangen door "SEI Risico's dekken voor Aardwarmte", kortweg SEI Aardwarmte.
- Risico's bij boringen voor aardwarmte, of de winning daarvan, zijn o.m.: 
. verontreiniging van bodem en drinkwater (op zo'n moment geldt: ontdek je de verontreiniging op tijd, zijn er alternatieve waterbronnen beschikbaar?)
. aanboren van olie- of gas (kan gevaarlijk zijn; enig gas kan een ontgassingstank in en kan dan juist gebruikt worden voor verwarming o.d.)
. licht-radioactief materiaal kan aan de oppervlakte komen (straling uit loodafzettingen op de buis: scaling); omdat geothermie-leidingen enkelwandig zijn, en niet dubbelwandig zoals bij olie- en gasboringen, is de kans op lekkage vrij groot; licht radioactief zout water komt meestal uit de diepe ondergrond; dit is in Nederland al 3 keer voorgekomen (TW 2019-03 p.3); het licht radioactieve zand hoopt zich op in de filters waardoor die speciaal behandeld moeten worden (verantwoord afvoeren van licht radioactief materiaal)
. technische problemen met een winningsput (Venlo, mei 2018)
. het dieptegesteente is toch minder poreus dan verwacht (en daarmee onbruikbaar voor geothermie)
. mogelijk aardbevingen, vooral in een gebied met van nature al meer of minder actieve breuken in de aardbodem (bijvoorbeeld Limburg en, wellicht om redenen van gevoeligheid, Groningen); in Groningen heeft het Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) een negatief advies gegeven voor het warmteproject Warmtestad met conventionele aardwarmte; in Venlo zijn kleine aardbevingen geweest, waaronder een beving van 2,0 op de schaal van Richter, waarna een project voor de winning van aardwarmte bij een tuinderij is stilgelegd (2018).
- In het kader van de grootschalige ondergrondse warmte-opslag (GOWO) kan geothermie ťťn van de alternatieven zijn voor aardgas. Geothermiecentrales moeten ook 's zomers op een groot deel van de capaciteit blijven draaien (ca. 70% ?) om vastlopers te vermijden. De onttrokken energie kan weer worden opgeslagen in de bodem. (Mogelijk kan het teveel aan energie worden gebruikt om elektriciteit te genereren of om uit water waterstof te maken dat eenvoudiger opgeslagen kan worden voor toekomstig gebruik.)

Documentatie/sites
- Dutch Association Geothermal Operators DAGO

- Aardwarmtekaarten e.d. TNO ThermoGIS met o.m. de geothermische potentie op kaart

- Artikel "Boren naar heet water" uit TNO Magazine


Overigens, bij warmte-koude-opslag wordt door onszelf een grondwaterlaag met warm of koud water gevuld (het zogenoemde open bronsysteem). Deze lagen liggen slechts op een diepte van ca. 100-200 m. Bij het gesloten bronsysteem van warmte-koude-opslag worden buizen op een nog minder diepe plaats gevuld met warm of gekoeld water (de buizen vormen het reservoir).

Afbeeldingen o.m. Geo Explorers, Aardwarmte Den Haag. 
Een geothermiespecialist in Nederland is o.m. IF Technology.
Aardwarmtepompen worden geleverd door o.m. TCC

Zie ook warmte-koude-opslag (meestal 100-200 m diep), groene stroom, energiezuinige woning

Eng. geothermal energy, terrestrial heat