-1-
Werkgroep Aquathermie en geothermie
Bouwsteen voor de RE S Twente
Werkgroep aquathermie en geothermie
Bestuurlijke opdrachtgever: Hans van Agteren (Heemraad Waterschap Vechtstromen) Voorzitter werkgroep: Jan Hermen Kat (Waterschap Vechtstromen).
Deelnemers aan de werkgroep (in alfabetische volgorde):
Hans Ardesch (NAM/Shell), Anne-Roos de Bloois (gemeente Enschede), Nora Heijnen (EBN), Eric Kouters (Pioneering), Japser Lackin (Provincie Overijssel), Lydia Plant (gemeente Almelo), Bert Schipper (Welbions), Milou Schrijver (Provincie Overijssel), Willem Wijnen (gemeente Hellendoorn)
Ondersteuning en advies: Sweco (Johan Seuren – Daniël van Blitterswijk)
Versie 25 februari 2020
-2-
1. Opdracht
In theorie biedt geothermie een grote potentie voor de regio. Maar er is veel onduidelijkheid over de economische haalbaarheid, het potentieel en de mogelijke lange termijn effecten. Uit verschillende onderzoeken en informatiebronnen komen verschillende resultaten. Geothermie is relatief nieuw en de gevolgen van winning (veiligheid, risico’s en onzekerheden) van aardwarmte zijn reeds duidelijk en scherp in kaart gebracht en de gegevens zijn reeds bekend bij het Ministerie van EZK en haar investering maatschappij EBN BV bekend.
Ook aquathermie heeft grote potentie. De kansen voor het opwekken van warmte uit oppervlakte- water zijn inzichtelijk gemaakt maar nog niet gekwantificeerd. De kansen voor het opwekken van warmte uit afvalwater zijn nog niet in beeld. De werkgroep zal vooral de verbinding leggen met andere trajecten en onderzoeken om een samenhangend beeld te kunnen schetsen voor de regio Twente.
De werkgroep is aan de slag gegaan met de volgende onderwerpen:
• Inventariseren welke onderzoeken er zijn gedaan betreffende geothermie en bodemenergie en de resultaten hiervan.
• Inventariseren wie zich met geothermie en bodemenergie (o.a. NEO, Energie Beheer
Nederland) bezig houden en welke onderzoeken er momenteel lopen betreffende geothermie en bodemenergie.
• Inventariseren wat de gevolgen van winning van geothermie kunnen zijn. Als informatie/kennis ontbreekt omtrent de gevolgen van winning van geothermie dit aankaarten bij NEO, EBN, SODM.
• Indien resultaten dit toestaan, geef aan wat en waar geothermie en bodemenergie potentie heeft. Zo niet, geef aan op wat voor termijn verwacht wordt dat externe onderzoeken deze duidelijkheid bieden. Maak zo mogelijk ook een onderscheid tussen potentiaal en winbaar potentiaal.
• Inventariseren welke onderzoeken er zijn gedaan betreffende aquathermie en de resultaten hiervan.
• Inventariseren wie zich met aquathermie (o.a. NEO, waterschap) bezig houden en welke onderzoeken er momenteel lopen betreffende aquathermie.
• Indien resultaten dit toestaan, geef aan wat en waar aquathermie potentie heeft. Zo niet, geef aan op wat voor termijn verwacht wordt dat externe onderzoeken deze duidelijkheid bieden.
• Eindresultaat: Notitie omtrent de effecten van de winning van Geothermie en een bouwsteen/advies voor de RES omtrent de inzet van Geothermie en Aquathermie.
De resultaten van de werkgroep vormen belangrijke input voor de werkgroepen ‘Alternatieven warmte platteland’ en ‘Regionaal warmtenet Twente’. Via het overleg in de thematafel Warmte is daarom tijdens de verkenningsfase steeds afgestemd en informatie gedeeld. Achteraf is de verzamelde en beschikbare informatie voor de werkgroep ‘Aquathermie en geothermie’
samengevoegd in dit bouwsteen document. Dit document is gebaseerd op de door de werkgroep verzamelde informatie, de verslagen van de bijeenkomsten en de samenvattende memo’s die zijn besproken in de werkgroep en vormt de uitgeschreven versie van al die informatie
-3-
2. Aquathermie
Aquathermie in zijn verschillende vormen is een relatief nieuwe technologie waarmee nog maar beperkt ervaring is. De businesscase is weliswaar sluitend te krijgen maar marktpartijen zijn nog terughoudend om projecten op te pakken. Aquathermie kent meerdere verschijningsvormen In hoofdlijnen is het onder te verdelen in:
1. Warmte van RWZI’s en AWZI’s van waterschappen (TEA) 2. Warmte van AWZI’s van de industrie (TEA)
3. Warmte uit het riool (rio-thermie) 4. Warmte uit oppervlaktewater (TEO) 5. Warmte uit drinkwater (TED)
Binnen de werkgroep zijn opties 2 en 5 niet tot uitwerking gekomen. Met betrekking tot warmte uit AWZI’s bij de industrie loopt nog een onderzoek van E-kwadraat. De resultaten daarvan waren nog niet beschikbaar in 2019. Warmte uit drinkwater kan een optie zijn. Vitens zit echter nog in een onderzoeksfase en kon nog geen zekerheid geven dat deze optie toepasbaar is binnen hun verzorgingsgebied. Elders in Nederland zijn er inmiddels meerdere initiatieven waarbij warmte of koude gewonnen wordt uit drinkwaterleidingen.
2.1 Warmte van RWZI’s en AWZI’s van waterschappen (TEA)
Het winnen van warmte uit RWZI’s en AWZI’s wordt ook wel TEA genoemd: Thermische energie uit afvalwater. Bij TEA wordt er warmte gewonnen uit het effluent van een RWZI of AWZI. Het
gezuiverde water uit de waterzuiveringsinstallatie heeft een temperatuur die varieert tussen de 25°C in de zomer en 10°C in de winter. Deze warmte die nu verloren gaat kan met een warmtewisselaar teruggewonnen worden en vervolgens met een warmtepomp opgewaardeerd naar de juiste temperatuur voor verwarming van gebouwen en warm tapwater. Dit kan rechtstreeks, maar om fluctuaties tussen dag en nacht en de seizoenen op te vangen en het rendement te verhogen kan dit gecombineerd worden met warmte/koudeopslag in een aquifer.
Figuur 1: RWZI
STOWA, de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, heeft informatie verzameld van alle Nederlands RWZI’s en AWZI’s van Waterschappen en deze digitaal beschikbaar gemaakt. In onderstaande figuur zijn de zuiveringen in Twente weergegeven.
-4-
Figuur 2: RWZI’s en AWZI’s van het Waterschap
De informatie van STOWA laat zien dat er 15 RWZI’s/AWZI’s zijn in Twente. De grootste bevindt zich in Enschede en heeft jaarlijks 324.000 GJ aan restwarmte beschikbaar. De kleinste bevindt zich in Tubbergen, deze heeft 21.000 GJ aan restwarmte.
De restwarmte is beschikbaar op een temperatuur tussen de 10 en 25°C. Met een standaard warmtepomp is deze op 70°C te brengen. Hiermee zijn goed geïsoleerde woningen en gebouwen te verwarmen. Bij een grote RWZI kan zelfs overwogen worden om met een speciale warmtepomp toe te passen die 80 tot 90°C produceert zodat ook minder goed geïsoleerde woningen en gebouwen aangesloten kunnen worden. Afhankelijk van de schaalgrootte van de RWZI kan de restwarmte gebruikt worden voor kleine tot grote wijken van 300 tot 2.000 woningen.
2.2 Warmte uit het riool (rio-thermie)
Het winnen van warmte uit rioolwater wordt ook wel rio-thermie genoemd. Deze warmte heeft een temperatuur die varieert tussen de 25°C in de zomer en 10°C in de winter. De warmte kan gewonnen worden door het toepassen van speciale rioleringsleidingen waarbij een warmtewisselaar om of in de rioolbuis geplaats is. Zie onderstaande voorbeelden. Ook kan er een warmtewisselaar in een
rioolgemaal geplaatst worden.
-5-
Figuur 3: Warmtewinning uit rioolwater
De gewonnen warmte wordt vervolgens met een warmtepomp opgewaardeerd naar de juiste temperatuur voor verwarming van gebouwen en warm tapwater. Dit kan rechtstreeks, maar om fluctuaties tussen dag en nacht en de seizoenen op te vangen en het rendement te verhogen kan dit gecombineerd worden met warmte/koudeopslag in een aquifer.
Binnen de werkgroep is alleen gekeken naar de potentie van rio-thermie bij rioolgemalen van het waterschap. De rioolstelsels van de gemeentes zijn niet meegenomen. In de rioolgemalen is namelijk meer warmte te winnen dan in de meeste rioolstelsels van de gemeente. STOWA, de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer, heeft informatie verzameld van alle Nederlandse rioolgemalen van Waterschappen en deze digitaal beschikbaar gemaakt. In onderstaande figuur zijn de zuiveringen in Twente weergegeven.
Figuur 4: Rioolgemalen en rioolleidingen van waterschappen in Twente
-6-
De informatie van STOWA laat zien dat er 50 rioolgemalen zijn in Twente. De grootste bevindt zich in Borne en heeft jaarlijks 16.000 GJ aan restwarmte beschikbaar. Het grootste deel van de gemalen is zeer klein (<1.000 GJ/jr). Alleen de gemalen in Borne, Wierden en Enter hebben een redelijke omvang.
De warmte uit de rioolgemalen kan met een warmtepomp opgewaardeerd worden naar 70°C zodat goed geïsoleerde woningen en gebouwen aangesloten kunnen worden. Afhankelijk van de
schaalgrootte van het rioolgemaal kan de warmte gebruikt worden voor kleine wijken van 300 tot 500 woningen. De meeste rioolgemalen zijn hiervoor niet groot genoeg en zijn daarom alleen geschikt om lokaal enkele gebouwen of woningen te verwarmen.
2.3 Warmte uit oppervlaktewater (TEO)
TEO staat voor Thermische Energie uit Oppervlaktewater. Het is de verzamelnaam voor het winnen van warmte en/of koude uit rivieren, kanalen, meren, plassen etc.. Oppervlaktewater heeft een temperatuur die varieert tussen de 25°C in de zomer en 5°C in de winter. De warmte kan gewonnen worden door water op te pompen en over een warmtewisselaar te leiden. Zie onderstaande
voorbeeld.
Figuur 5: Principeschema van warmte uit oppervlaktewater
De gewonnen warmte wordt vervolgens met een warmtepomp opgewaardeerd naar de juiste temperatuur voor verwarming van gebouwen en warm tapwater. Dit kan rechtstreeks, maar om fluctuaties tussen dag en nacht en de seizoenen op te vangen en het rendement te verhogen kan dit gecombineerd worden met warmte/koudeopslag in een aquifer.
De vier noordelijke provincies hebben samen met de inliggende waterschappen en Rijkswaterstaat een onderzoek laten uitvoeren waarmee inzicht is verkregen in de omvang van de bijdrage die
oppervlaktewater kan leveren aan de transitie naar een duurzame energievoorziening. Hiervoor zijn het aanbod van deze verschillende energiebronnen en de vraag naar energie in kaart gebracht. Het kleine kaartje in onderstaande figuur laat resultaten hiervan zien. Het kaartje geeft aan waar de bebouwing en het oppervlaktewater zich bevindt. Het grote overzicht is informatie uit de Warmteatlas van RVO. Hierin is met een rode punt aangegeven waar oppervlaktewater zich bij bebouwing bevindt. Daar zijn concrete kansen voor TEO.
-7-
Figuur 6: Kansen voor TEO in Twente
Bovenstaande figuur laat zien dat er door heel Twente mogelijkheden zijn voor TEO1. De warmte uit het oppervlaktewater kan gebruikt worden als (extra) bron voor het regionale warmtenet of om een lokaal warmtenet te voeden. De warmte het oppervlaktewater kan met een warmtepomp
opgewaardeerd worden naar 70°C zodat goed geïsoleerde woningen en gebouwen aangesloten kunnen worden. Deze warmte kan gebruikt worden voor kleine tot middelgrote wijken van 300 tot 1.000 woningen.
3. Bodemenergie
Bodemenergie is het winnen van warmte en/of koude uit de ondiepe ondergrond. Er is onderscheid te maken in systemen met open bronnen en gesloten bronnen. De bronnen zijn maximaal een paar honderd meter diep.
3.1 Open bronnen
Open bronnen maken gebruik van aquifers. Dit zijn watervoerende lagen in de ondergrond. Door deze lagen stroomt grondwater met een snelheid van tientallen meters per jaar. Een open bodemenergiesysteem heeft een warme bron en een koude bron waaruit grondwater onttrokken wordt. In de winter wordt grondwater uit de warme bron opgepompt en bijgewarmd door een warmtepomp voor verwarming. Het afgekoelde water wordt teruggepompt. Na ongeveer een half jaar wordt de circulatierichting omgedraaid. In de zomer wordt grondwater uit de koude bron gebruikt voor koeling of opgewarmd met bijvoorbeeld omgevingslucht. Het opgewarmde water
1Naast een overzicht van de mogelijkheden in Twente zijn er inmiddels ook TEO potentiekaarten per gemeente beschikbaar. Deze geven per gemeente aan in hoeverre theoretische warmtepotenties de totale warmtevraag van de gemeente kunnen dekken. Dit met de disclaimer dat lage temperatuur warmte uit oppervlaktewater met name geschikt is voor relatief nieuwe woningen of woningen die aangepast zijn om aangesloten te worden op een LT warmtenet.
-8-
wordt in de warme bron gepompt en zo opgeslagen voor de winter. De koude kan direct ingezet worden voor het koelen van lucht (kantoor) of een vloerverwarmingssysteem (woning). De bronnen moeten op enige afstand naast elkaar gelegen zijn of onder elkaar in verschillende watervoerende pakketten. De diepte van de bronnen varieert meestal van 20 tot 300 meter onder maaiveld.
Het is belangrijk dat de bronnen in balans zijn, dat wil zeggen dat er in de winter evenveel warmte aan onttrokken wordt als er in de zomer geladen wordt. Daarnaast moet negatieve beïnvloeding van de grondwaterstand of kwaliteit voorkomen worden. In onderstaande figuur is het principe van het systeem weergegeven.
Figuur 7: Principe aquifer met open bronnen
De toepassing van bodemenergie met open bronnen is afhankelijk van de opbouw van de
ondergrond. Er zijn namelijk aquifers nodig die geschikt zijn om warmte en koude in op te slaan. Voor een rendabele toepassing is het van belang dat deze aquifers voldoende omvang hebben en niet te diep in de zitten. Daarnaast mag de stroomsnelheid in de aquifer niet te groot zijn. Open bronnen mogen niet overal toegepast worden. Er zijn verbodsgebieden zoals drinkwaterbeschermings- gebieden.
Figuur 8: Bestaande open bron systemen en potentie
-9-
In bovenstaande figuur is informatie weergegeven van de WKO-tool en de Warmteatlas. Dit zijn websites van de overheid met informatie over bodemsystemen. De rode stippen zijn bestaande open bronsystemen, de gearceerde gebieden zijn verbodsgebieden. Het kleine plaatje laat de mate van geschiktheid zien van de bodem. Hoe donkerder de kleur hoe groter de geschiktheid.
De figuur laat zien dat het aantal gerealiseerde projecten in Twente klein is, veel minder dan elders in Nederland. Dit komt omdat de bodem minder goed geschikt is. In het Westen is de bodem geschikter dan in het Oosten. Er zijn beperkingen door verbodsgebieden maar deze vormen geen grote
belemmering omdat ze zich vooral bevinden in het buitengebied, buiten de gebouwde omgeving.
De bodemwarmte kan met een warmtepomp opgewaardeerd worden naar 70°C zodat goed
geïsoleerde woningen en gebouwen aangesloten kunnen worden. Deze warmte kan gebruikt worden voor kleine wijken van 300 tot 600 woningen.
3.2 Gesloten bronnen
Bij een gesloten bodemenergiesysteem wordt een vloeistof, vaak met toegevoegde antivries- middelen, in gesloten buizen door de bodem geleid. De vloeistof komt niet in direct contact met de bodem of het grondwater. In de winter onttrekt het systeem warmte aan de bodem en in de zomer geeft het systeem warmte af aan de bodem. Een gesloten bodemenergiesysteem wordt ook wel een bodemwarmtewisselaar genoemd. De warmte die in de winter wordt gewonnen kan met een warmtepomp op gewaardeerd worden zodat deze geschikt is voor verwarming van gebouwen en warm tapwater. De koude kan direct ingezet worden voor het koelen van lucht (kantoor) of een vloerverwarmingssysteem (woning).
Het is belangrijk dat de bronnen in balans zijn, dat wil zeggen dat er in de winter evenveel warmte aan onttrokken wordt als er in de zomer geladen wordt. Daarnaast is het belangrijk dat lekkage van de vloeistof, deze bevat antivries, voorkomen wordt. In onderstaande figuur is het principe van het systeem weergegeven.
Figuur 9: Principe aquifer met gesloten bronnen
De toepassing van bodemenergie met gesloten bronnen is afhankelijk van de opbouw van de ondergrond. Ze mogen niet overal toegepast worden. Er zijn verbodsgebieden zoals
drinkwaterbeschermingsgebieden.
-10-
Figuur 10: Bestaande gesloten bron systemen en potentie
In bovenstaande figuur is informatie weergegeven van de Wko-tool en de Warmteatlas. Dit zijn websites van de overheid met informatie over bodemsystemen. De oranje stippen zijn bestaande gesloten bronsystemen, de gearceerde gebieden zijn verbodsgebieden. Het kleine plaatje laat de mate van geschiktheid zien van de bodem. Hoe donkerder de kleur hoe groter de geschiktheid.
De figuur laat zien dat het aantal gerealiseerde projecten in Twente redelijk groot is. De bodem is redelijk goed geschikt is. In het Westen is de bodem geschikter dan in het Oosten. Er zijn beperkingen door verbodsgebieden maar deze vormen geen grote belemmering omdat ze zich vooral bevinden in het buitengebied, buiten de gebouwde omgeving.
De bodemwarmte kan met een warmtepomp opgewaardeerd worden naar 70°C zodat goed geïsoleerde woningen en gebouwen aangesloten kunnen worden. De hoeveelheid warmte die met een gesloten bron gewonnen kan worden is beperkt en kan gebruikt worden voor een klein gebouw of een individuele woning.
4. Geothermie
Geothermie is het winnen van warmte uit de diepe(re) ondergrond. Er wordt gesproken over diepe geothermie wanneer de warmte onttrokken wordt uit een grondlaag die zich op meer dan 500 meter onder het maaiveld bevindt. Onder de 500 meter is op dit moment namelijk de mijnbouwwet van toepassing. Hoe dieper de waterhoudende grondlaag, hoe hoger de temperatuur die gewonnen kan worden. In Nederland stijgt de temperatuur met gemiddeld ongeveer 31°C per kilometer. Lokaal kan door specifieke bodemopbouw deze stijging hoger of lager zijn. Hiernaar wordt nog veel onderzoek gedaan. Om geothermie op te halen uit de bodem, wordt het daar aanwezige warme zoute water opgepompt en de warmte geoogst. Het afgekoelde water wordt vervolgens weer teruggepompt (injecteren) waar het over de tijd weer opgewarmd wordt door de constante hitte uit de aardkern.
Een geothermie-installatie bestaat daarom uit minimaal twee putten: één voor de aanvoer en ten minste één voor de afvoer van water. Als diep genoeg geboord wordt is de temperatuur voldoende
-11-
hoog om direct, zonder tussenkomst van externe energiebronnen, zoals bijvoorbeeld een
warmtepomp, bestaande bebouwing zoals bijvoorbeeld woningen, kantoren en tuinbouwkassen aan te sluiten. Zowel voor ruimteverwarming als voor tapwaterbereiding is de temperatuur hoog genoeg indien het opgepompte water een temperatuur heeft van ongeveer 70°C. Afhankelijk van de grootte van de bron kunnen 600 tot 2.000 woningen aangesloten worden. Ook het Regionaal warmtenet kan gevoed worden met warmte uit geothermie. Als de temperatuur van het opgepompte water
hiervoor niet voldoende is kan een (industriële) warmtepomp tussen geschakeld worden. De grootste potentie lijkt vooralsnog Noord Oost Twente te hebben. Mogelijkheden daarbuiten zijn echter niet uit te sluiten (zie ook paragraaf 4.4 ‘Kleinschalige geothermie’).
Figuur 11: Principe van geothermie
In bovenstaande illustraties is het basisprincipe van geothermie weergegeven. Met geothermie wordt in een gesloten en gescheiden vloeistof systeem, warmte gewonnen (geoogst) voor het verwarmen van tuinbouwkassen of de gebouwde omgeving. Het ondergrondse en bovengrondse systeem is van elkaar gescheiden door een warmtewisselaar. In Nederland zijn momenteel een twintigtal projecten gerealiseerd, vooral in de glastuinbouw. en vele in voorbereiding. Met ultra- diepe geothermie wordt warmte gewonnen die zo hoog van temperatuur is dat er stoom en/of elektriciteit mee geproduceerd kan worden. Dergelijke projecten hebben we in Nederland nog niet maar er wordt wel studie naar gedaan.
4.1 Restrictiezones
Het boren van geothermiebronnen is niet overal toegestaan. Restrictie zones voor het boren zijn:
• Drinkwater Intrek gebied
• Grondwater beschermingsgebied
-12-
• Natura 2000 gebieden
• Boringvrije zones
Hierbij is het van belang om in 3 Dimensies te denken. Boringen voor geothermie gaan namelijk niet recht naar beneden maar worden zijwaarts gestuurd. Het eindpunt van de boringen op grote diepte kunnen daardoor, horizontaal gezien, meer dan een kilometer uit elkaar liggen terwijl de putten naast elkaar liggen op maaiveld. De boorpunt kan zich hierdoor naast een Natura2000 gebied bevinden terwijl het einde van de leidingen zich eronder bevinden. Dit maakt verticaal gezien meervoudig gebruik van de bodem mogelijk.
Figuur 12: Restrictiezones in Noord-Oost Twente
Bij het bepalen van locaties voor geothermie moet rekening gehouden worden met de
afwegingsladder van de Provincie Overijssel. Deze geeft de rangschikking in prioriteit ten aanzien van het gebruik van de (diepe) ondergrond:
1. Drinkwater
2. Hernieuwbare energie 3. Tijdelijk gebruik 4. Permanent gebruik
5. Activiteiten die verboden zijn 4.2 Vergunningen
Een geothermieproject heeft een vergunningsplicht. Significante veranderingen in de regelgeving liggen in het verschiet door de introductie van een nieuwe Mijnbouwwet met bijbehorend reglement. Tevens is er een intentie om lokale overheden, in het bijzonder gemeentes zeer veel beslissingsbevoegdheid te geven Op dit moment zijn de volgende Nationale stappen van toepassing:
• Opsporingsvergunning
• Omgevingsvergunning
• Winningsvergunning
-13-
Voor elke vergunning moet aangetoond worden dat het project veilig en verantwoord tot stand kan komen. De volgende stakeholders zijn hierbij betrokken:
• Economische Zaken en Klimaat: vergunningverlener, met consultering van Provincie, Waterschappen en de Gemeenten
• Gemeente: vergunningverlener omgevingsvergunning
• Staatstoezicht op de mijnen: toezichthouder op veilig en verantwoord boren en exploiteren
• Energie Beheer Nederland: participatie in projecten met eigenaarschap en kennis
• Dutch Association Geothermal Operators: belangen behartiging.
4.3 Risico’s
De werkgroep is gevraagd om de belangrijkste risico’s van geothermie in beeld te brengen.
Onderstaand zijn deze uitgewerkt waarbij ze onderverdeeld zijn in:
• Risico’s voor het project
o Onzekerheid van kennis omtrent de ondergrond o Boren in de diepe ondergrond
• Risico’s voor de omgeving
o Trillingen van de ondergrond
o Vervuiling tijdens realisatie en exploitatie
o Continuïteit en bedrijfszekerheid tijdens exploitatie o Overlast omgeving tijdens realisatie en exploitatie 4.3.1 Projectrisico: Onzekerheid van kennis omtrent de ondergrond
Geothermie kan technisch bijna overal toegepast worden, echter het economisch (commercieel) risico is of er ook daadwerkelijk een gesteentelaag is, dieper dan 500 meter, met voldoende
doorlaatbaarheid om water in voldoende hoeveelheden te kunnen oppompen voor een lange duur.
De aanwezigheid van deze waterhoudende gesteentelagen wordt bepaald door de geologische geschiedenis die we kunnen reconstrueren en in kart brengen met behulp van seismische data en (historische) boringen. We weten dat de opbouw van de ondergrond in Nederland erg variabel is. In hoofdlijnen geldt:
• De temperatuur neemt toe met de diepte, ongeveer 31°C per 1.000 meter
Des te dieper, des te beter
• Doorlaatbaarheid van waterhoudende lagen neemt af met de diepte
Des te dieper, des te slechter de doorlaatbaarheid van het gesteente
• Boorkosten nemen toe met de diepte, vooral als er door zout geboord wordt
Des te dieper, des te duurder
• Onzekerheden omtrent debiet (water productie per uur) nemen toe met de diepte
Des te dieper, des te onzekerder
Rekening houdend met deze lokale onzekerheden betreffende de diepe ondergrond en het boren wordt voor ieder geothermieproject gezocht naar een optimum.
4.3.2 Projectrisico: Boren in de diepe ondergrond
Voor Geothermie projecten is boren de activiteit met het grootste risico. Boren, het aanleggen van de ondergrondse installatie, heeft de grootste technische en financiële risico’s door:
• Boring van de ondergrond in Nederland is uitdagend door risico’s m.b.t. zaken als modderverlies, kleiballen, quartz, ijzer en instabiliteit
• Falende techniek (een gecontracteerde techniek werkt onbehoorlijk werkt)
• Ontwerpfouten
-14-
Beheersmaatregelen hiervoor zijn:
• Risicoanalyses in de planning fase en tijdens het boren
• Play-based portfolio benadering, d.w.z. kennis uitwisseling tussen projecten die gebruik maken van dezelfde grondlaag (play)
• Participatie EBN met kapitaal, inkoopkracht en overzicht over herhaal potentieel
Figuur 13: Verdeling risico’s over 6 kwadranten en per fase
Bovenstaande figuren laten zien hoe risico’s verdeeld zijn over 6 segmenten en de voortgang van het project. Technische en financiële risico’s zijn het grootst. De linker figuur laat zien dat het risico hoog is tot het moment dat de eerste boring uitgevoerd is. Na de boring is duidelijk welke laag gebruikt kan worden voor de geothermiebron en hoeveel water van welke temperatuur uit de laag te halen is.
Met deze informatie neemt het risico van het project sterk af.
4.3.3 Omgevingsrisico: Trillingen van de ondergrond
De seismische activiteit wordt in Nederland gemonitord door het KNMI. Die beschikt over een uitgebreid meetnet om de kracht en de oorsprong van trillingen te bepalen. In principe worden er twee soorten trillingen waargenomen:
1. natuurlijke trillingen door tektonische activiteit (voornamelijk in Zuid Nederland) 2. door de mens geïnduceerde trillingen (voornamelijk in Groningen).
Ook geothermieprojecten kunnen in de exploitatie fase trillingen veroorzaken. Het is echter een vergissing om de bevingen ten gevolge van gaswinning in Groningen als analogie te beschouwen voor eventuele bevingen veroorzaakt door geothermische exploitatie. De bevingen in Groningen worden veroorzaakt door inklinking van de gas voerende laag omdat daar jarenlang gas uit onttrokken is. Bij geothermische projecten wordt (netto) geen materiaal onttrokken aan het gesteente. Trillingen kunnen in theorie geïnduceerd worden als bestaande breukvlakken geactiveerd worden. Dit zou kunnen gebeuren als er water in een breukvlak geïnjecteerd, dit is in Nederland niet toegestaan.
Breukvlakken zijn goed te karteren in 3D seismische data zodat boringen optimaal gepositioneerd kunnen worden t.o.v. breuken.
In onderstaande figuren zijn de resultaten weergegeven van onderzoek naar trillingen en bestaande interpretaties van de diepe geologie en seismiek.
-15-
Figuur 14: Gegevens m.b.t. trillingen van de ondergrond en locaties geothermiebronnen
De figuur links laat resultaten zien van seismologisch onderzoek van het KNMI gedurende 15 jaar. De figuur in het midden geeft de resultaten van een onderzoek door TNO. In de figuren is geen directe correlatie te zien met de locaties van de trillingen de locaties van de geothermiebronnen in de rechter figuur. Voorzichtige conclusies op basis van het onderzoek door TNO zijn:
• Geïnduceerde trillingen (blauw) door bodemdaling ten gevolge van grootschalige en langdurige winning van aardgas in Noorden (blauw)
• Tektonische trillingen (rood) in Zuiden, mede door de aanwezige, regio-specifieke geologie met de aanwezige kolen voorraden en de inherente natuurlijke bestaande breukvlakken
• Er waren geen geïnduceerde trillingen door een van de 20 geothermieprojecten. Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat 1 installatie in het Zuiden van Nederland (California Wijnen) door toezichthouder SodM stilgelegd is na gemeten trillingen. Het was in dit specifieke geval niet te achterhalen of de trillingen een natuurlijke oorzaak hadden of geïnduceerd waren.
Specifiek voor Twente zijn de conclusies:
• Er zijn grote breukvlakken in Twente maar die zijn goed te karteren in de 3D seismische data waarmee een groot deel van Twente bedekt is.
• De ondergrond in Twente is reeds 20 jaar stabiel
Daarnaast is door TNO wereldwijd onderzoek gedaan naar geothermie projecten die zogenaamde
‘Hot Sedimentary Aquifers’ gebruiken. Op basis daarvan heeft TNO de verwachting dat voor de Nederlandse projecten die produceren uit goed doorlatende lagen en waarbij weggebleven wordt van actieve breukzones, het seismisch risico laag is. Het is wel belangrijk dat per project een analyse op gemaakt wordt met betrekking tot inductie door injectiedruk en uitkoeling in combinatie met breuken.
In zijn algemeenheid geldt dat risico’s op geïnduceerde trillingen toenemen door:
• Geothermie in breukzones
• Hoge Injectiedrukken en stimulaties
• Uitkoeling van gesteenten waardoor spanning ontstaat Beheersmaatregelen zijn:
• Geologisch onderzoek
• Seismologisch onderzoek
• Monitoring tijdens boren
• Toezicht op beheersmaatregelen door Staatstoezicht op de mijnen (SODM)
-16-
Conclusie is dat er een klein rest-risico is op trillingen en dat er voldoende beheersmaatregelen zijn om dit risico te beperken. Mochten toch trillingen optreden dan kan de impact daarvan groot zijn.
4.3.4 Omgevingsrisico: Vervuiling tijdens realisatie
Tijdens het boren (zie figuur 15) zijn er risico’s voor de omgeving door:
• Lekkage van zoutwater, met mogelijk (natuurlijke) radio-actieve straling
• Bijvangst van gas of olie
• Vervuiling van grondwater door boorvloeistoffen
• Een blow-out door overdruk langs en door het boorgat of casing waardoor zoutwater, met straling en/of bijvangst en/of boorvloeistoffen vrij komen
Beheersmaatregelen ter voorkoming en beperking van deze risico’s zijn:
• Extra buizen (Conductoren) om de ondergrondse buizen (casing)
• Boren op een waterdichte plaat
• Tegendruk geven met boorvloeistof
• Afstorten van het boorgat met cement
• Monitoring
• Niet boren in restrictiegebieden
• Toezicht op beheersmaatregelen door Staatstoezicht op de mijnen (SODM)
Conclusie is dat er een klein rest-risico is op vervuiling en dat er voldoende beheersmaatregelen zijn om dit risico te beperken.
4.3.5 Omgevingsrisico: Vervuiling tijdens exploitatie
Tijdens de exploitatie zijn er onzekerheden voor de omgeving. Deze zijn voor een deel vergelijkbaar met de risico’s tijdens de realisatie. Er zijn risico’s op:
• Ondergrondse of bovengrondse lekkage van zout water met (natuurlijke) straling / bijvangst (gas of olie) waardoor grondwater vervuild
• Vervuiling van de ondergrondse-installatie door zand en/of bijvangst Beheersmaatregelen zijn:
• Extra buizen (Conductoren) om de ondergrondse buizen (casing)
• Afstorten van het boorgat met cement
• Het monitoren van de dikte van de putwand en de drukken
• Nemen van watermonster in de putten
• Werken volgens procedures en nemen van technische maatregelen voor het afvoeren van vervuiling
• Toezicht op beheersmaatregelen door Staatstoezicht op de mijnen (SODM)
Conclusie is dat er een klein rest-risico is op vervuiling en dat er voldoende beheersmaatregelen zijn om dit risico te beperken.
4.3.6 Omgevingsrisico: Continuïteit en bedrijfszekerheid tijdens exploitatie
Tijdens de exploitatie zijn er risico’s voor de continuïteit en de bedrijfszekerheid van de geothermie- installatie zelf. Risico’s treden op door onzekerheden omtrent:
• Corrosie en vervuiling van de ondergrondse installatie (na tientallen jaren)
• Uitkoeling van de ondergrond (na circa 30 jaar)
• Storingen van de bronpomp door slijtage en/of lekkage Beheersmaatregelen hiervoor zijn:
• Juiste materiaalkeuze in het ontwerp en architectuur van de ondergrondse installatie
• Juiste toepassing van de internationale standaarden tijdens de aanleg
-17-
• Frequente verificatie tijdens de planning, vergunningaanvraag en uiteindelijke aanleg (met monitoring) door ervaren personeel van Ministerie van EZK en haar toezichthouder SodM.
• De geothermie-installatie bivalent uitvoeren door bijvoorbeeld gasketels voor de pieklast en storingen
• Incentives voor goed beheer en onderhoud, bijvoorbeeld door boetes bij het niet leveren van warmte (o.a. vastgelegd in de Warmtewet)
• Participatie van een partij met kennis en ervaring in het project, bijvoorbeeld EBN Conclusie is dat het rest-risico klein is en er voldoende beheersmaatregelen zijn.
4.3.7 Omgevingsrisico: Overlast omgeving tijdens realisatie
Tijdens de realisatie van geothermiebronnen treedt er hinder op naar de omgeving. Deze treedt met name op tijdens het boren van de bronnen. Er is hinder door:
• Transport voor aanvoer en afvoer van materialen
• Boorgeluiden, 24/7 gedurende 3 tot 6 maanden, waaronder hoogfrequent lawaai en het slaan van buizen tegen buizen
Figuur 15: Voorbeelden van booropstellingen
Maatregelen om de hinder te beheersen:
• Vroegtijdig creëren van publiek draagvlak zodat de mogelijke hinder wordt getolereerd
• Geluidschermen zodat het geluid binnen het wettelijk kader blijft
• Toezicht door de omgevingsdienst, buren en de lokale en regionale overheden Conclusie is dat hinder niet te voorkomen is maar beheersbaar gemaakt kan worden door transparant en eerlijk overleg met “de omgeving”.
4.3.8 Omgevingsrisico: Overlast omgeving tijdens exploitatie
Na het realiseren van de geothermie-installatie is er sprake van beperkte hinder voor de omgeving.
Deze bestaat uit:
• Transportbewegingen (beperkt) voor aanvoer en afvoer van materialen
• Het testen van de noodfakkel
Door toezicht van de omgevingsdienst en Staatstoezicht op de mijnen (SODM) is de hinder te beperken.
-18-
Figuur 16: Voorbeelden van geothermie-installaties
4.4 Kleinschalige geothermie
Alle geothermische installaties in Nederland zijn aangelegd volgens een ontwerp dat is overgenomen uit Frankrijk. Vooral omdat er ervaring was met dat ontwerp. In dat ontwerp wordt een doublet geboord waarbij de ondergrondse afstand in het reservoir tussen productieput en injectieput ongeveer 1.500 meter is. Dit ontwerp werkt goed voor grote warmteafnemers maar de kosten en risico’s zijn relatief hoog. Bovendien zijn er maar weinig partijen die de hoeveelheid warmte die deze installaties kunnen produceren ook daadwerkelijk kunnen afnemen. Hierdoor is dit ontwerp met name geschikt voor grootschalige glastuinbouw en voor woningbouw waarbij hele wijken op een warmtenet worden aangesloten. Glastuinbouw is echter nauwelijks aanwezig in Twente en grote warmtenetten zijn nog in ontwikkeling.
Als alternatief kan onderzocht worden of warmte gewonnen kan worden met kleine, robuuste installaties met lage debieten (35 m3/uur) en zeer lage drukken. Dit concept is weliswaar nieuw voor Nederland maar de technieken die gebruikt worden zijn bekend en worden al langer gebruikt in het buitenland. Dergelijke installaties hebben een vermogen van ongeveer 1,5 MWth per stuk en kunnen daardoor ook warmtewinnen uit dunnere reservoirs dan de nu in Nederland gangbare
geothermische installaties. Verkennende onderzoeken laten zien dat deze dunnere reservoirs aanwezig zijn in Twente. Geothermiebronnen in deze reservoirs kunnen met veel kleinere en lichtere boortorens geboord worden dan wat nu gebruikelijk is in Nederland. Kleinschaligere installaties kunnen een oplossing zijn om geothermie ook haalbaar te maken voor kleinere wijken en gemeentes.
5. Eindconclusies
Warmte uit oppervlaktewater en RWZI’s in combinatie met warmtepompen is vooral geschikt voor collectieve systemen. De ervaring met deze systemen is groeiende. De warmte kan ingezet worden voor het verwarmen van wijken zowel in steden en als op het platteland. Grote RWZI’s in de buurt van steden kunnen ook gebruikt worden als warmtebron voor het regionale warmtenet. In potentie zijn tienduizenden woningen te verwarmen met deze systemen.
Open- en gesloten bronnen is een techniek waar veel ervaring mee is en die direct toegepast kan worden. Met deze systemen kunnen tienduizenden woningen, zowel collectief als individueel, verduurzaamd worden zowel in de steden als op het platteland. Aandachtspunt is dat de systemen impact op het elektriciteitsnet omdat ze werken in combinatie met een elektrische warmtepomp.
In de door de gemeenten op te stellen Transitie Visie Warmte (TVW) moeten deze opties
nadrukkelijk meegenomen worden. Vanuit de TVW kunnen projecten vervolgens concreet gemaakt worden. In steden waar het regionaal warmtenet komt moet de keuze gemaakt worden of de
-19-
warmte uit aquathermie direct geleverd wordt aan een wijk of dat het regionale warmtenet er mee gevoed wordt. Aquathermie is een relatief nieuwe technologie waarmee nog maar beperkt ervaring is. De businesscase is weliswaar sluitend te krijgen maar marktpartijen zijn nog terughoudend om projecten op te pakken. Een financiële of procesmatige ondersteuning is om die reden gewenst.
Geothermie is vooral een optie voor de middellange termijn (> 2030). De voorbereidingstijd van geothermie projecten is lang, de risico’s beperkt en beheersbaar. Het tijdig in gang zetten van nader onderzoek naar de potentie van geothermie is van belang. De beschikbare informatie omtrent geothermie is met name in het zuidelijk deel van Twente beperkt. De provincie Overijssel heeft op basis van de op dit moment beschikbare informatie een potentiekaart met bijbehorende
rekenmodule voor geothermie laten opstellen en beschikbaar gemaakt.
In opdracht van Energie Beheer Nederland (EBN) wordt de diepe ondergrond nauwkeuriger in beeld gebracht (2023). De Achterhoek en het zuidelijk deel van Twente is in het onderzoeksprogramma opgenomen. Aangezien de potentie voor geothermie in dit gebied door EBN als beperkt wordt ingeschat, heeft de uitvoering van dit onderzoek een lage prioriteit en wordt daarom mogelijk niet uitgevoerd. Vervolgonderzoek moet uitwijzen hoe groot de daadwerkelijke toepasbaarheid is en hoeveel woningen met geothermie verwarmd kunnen worden. Een lobby om verdiepend onderzoek in Twente te versnellen is op zijn plaats.
Gelet op het belang van de drinkwatervoorziening is het belangrijk om Vitens te betrekken bij het vervolgproces. Het belang van Vitens zit met name op de mogelijke risico’s van geothermie en bodemenergiesystemen in relatie tot de bescherming van de drinkwatervoorziening.
6. Informatiebronnen
Door de werkgroep zijn de volgende informatiebronnen geraadpleegd:
• https://wkotool.nl/
• https://rvo.b3p.nl/viewer/app/Warmteatlas/v2
• https://www.stowa.nl/tea
• https://stowa.geoapps.nl/Overzichtskaart#e5e9ea2b-d5bf-e811-a2c0-00155d010457
• https://www.stowa.nl/teo
• https://pov.maps.arcgis.com/apps/MapSeries/index.html
?appid=4753396c44b64f27a5f8ca7e0314db4b
• https://www.nationaleenergieatlas.nl/
• https://www.thermogis.nl/
• www.geothermie.nl
• www.ebn.nl/energietransitie/new-energy
• www.hoewerktaardwarmte.nl
• https://www.knmi.nl/nederland-nu/seismologie/aardbevingen
• https://www.nam.nl/techniek-en-innovatie/waterinjectie-in-twente/aardwarmte-versus- waterinjectie.html
• https://www.nam.nl/techniek-en-innovatie/waterinjectie-in-twente.html
• Grofmazige scan naar geothermie in regio Noordoost Twente, NNTS, 13-7-2018
• Verkennend onderzoek businesscase geothermie, literatuuronderzoek, NNTS, 26-8-2017
• Kansen voor diepe geothermie in Twente, dGB Earth Sciences, Paul de Groot, sept 2019
• Presentatie Potentieonderzoek Geothermie Overijssel, Werksessie 1, IF Technology, RH DHV, 27-8-2019
