Wat is aardwarmte?

Aardwarmte is warmte afkomstig uit de kern van de aarde. De warmte is deels het gevolg van het ontstaan van de aarde maar grotendeels afkomstig van natuurlijk radioactief verval van elementen in de aardkorst. Door geleiding bereikt de warmte vanuit de aardkern de aardkorst.

De warmte wordt niet homogeen over de aardkorst verdeeld. Bij vulkanische gebieden, zoals op IJsland, worden dicht aan het oppervlak veel hogere temperaturen waargenomen dan in Nederland. Ter vergelijking, op IJsland wordt al op 1000 m diepte temperaturen bereikt van meer dan 200 °C, terwijl in Nederland op een vergelijkbare diepte gemiddeld 40 °C wordt gemeten.

De toevoer van warmte vanuit de aarde is een continu proces. Afgekoeld gesteente wordt uiteindelijk van binnenuit weer verwarmd. Vandaar dat aardwarmte gezien wordt als een duurzame energiebron voor het verwarmen van huizen en kassen, elektriciteitsopwekking of andere industriële toepassingen.

Lees hieronder over:
De familie aardwarmte
Het principe van aardwarmte
Van idee tot realisatie
De gegevens van de ondergrond


De familie aardwarmte

Voor de winning van aardwarmte zijn meerdere exploitatievormen te onderscheiden. Men zou kunnen spreken van een aardwarmtefamilie (Figuur 2). Aardwarmte kan in twee hoofdgroepen worden onderverdeeld:

Ondiepe Aardwarmte

Tot de ondiepe aardwarmte behoren bodemwisselaars (gesloten systemen) en Warmte en Koude Opslag (open systemen). De systemen wekken vermogen (100kW tot max 10MW) op tot een diepte van 250 m bij temperaturen van 5 °C tot ongeveer 30 °C.

Beide toepassingen leiden tot een verhoging van het rendement bij koeling en verwarming van een huis (bodemwisselaar) en utiliteitsbouw, zoals kantoorgebouwen, ziekenhuizen, winkelcentra en dergelijke.

NB: ThermoGIS is niet voor ondiepe aardwarmte ontwikkeld.

Diepe en ‘ultra-diepe’ aardwarmte

Voor warmtewinning in Nederland zijn gesteenten van 1000 m tot ongeveer 3500 m diepte geschikt. De temperatuur is dan respectievelijk ongeveer 40 °C tot 120 °C. Met aardwarmtewinning is een thermisch vermogen te behalen van meer dan 5 MW, afhankelijk van de eigenschappen van een aardlaag waar het warmte aan onttrokken wordt. De warmte wordt direct gebruikt voor het verwarmen van kassen, woonwijken of voor industriële toepassingen.

Het principe van aardwarmte

Om aardwarmte te benutten wordt warm water uit een watervoerend gesteente, of aardlaag, uit de ondergrond gepompt. De aardlaag wordt ook watervoerend reservoir of aquifer genoemd. Een aquifer dient naast watervoerend ook goed doorlatend te zijn. Om het water te kunnen onttrekken aan een aquifer wordt een productie- en injectieput geboord (Figuur 3). De productie- en injectieput worden samen doublet genoemd. Via de productieput wordt het warme water opgepompt.

Via een warmtewisselaar wordt de thermische energie benut voor verwarming of andere toepassingen. Het afgekoelde water wordt weer geïnjecteerd via de injectieput. Injectie is nodig om risico’s als beving en bodemdaling te voorkomen. Daarnaast kunnen in het opgepompte water zware metalen en mineralen (zouten) aanwezig zijn. Lozing van dit water aan het oppervlak is daarom niet gewenst.

Door het koelere geïnjecteerde water ontstaat een koudefront rondom de injectieput. Over een periode van enkele tientallen jaren zal dit koudefront naar de productieput toetrekken. Zodra het contact maakt met de productieput daalt de temperatuur van het opgepompte water en zal het rendement van het systeem afnemen. Het duurt naar verwachting honderden jaren voordat de temperatuur weer op een voor de betreffende diepte normaal niveau is.

Randvoorwaarden voor een geschikt gesteente

Een poreus watervoerend laagpakket dient aan de volgende randvoorwaarden te voldoen om in aanmerking te komen voor direct gebruik van aardwarmte.

Voldoende poreus en doorlatend (permeabel)

Allereerst moet er voldoende water aanwezig zijn. Dit wordt bepaald door de porositeit van het gesteente. Porositeit is een maat voor de aanwezigheid van kleine openingen (poriën) in een materiaal. Daarnaast moeten de poriën met elkaar verbonden zijn, zodat het water door het gesteente kan stromen. De maat hiervoor is permeabiliteit (doorlatendheid). De permeabiliteit is een materiaaleigenschap die beschrijft in welke mate een vaste stof een andere stof, zoals water, olie of gas, doorlaat.

Voldoende hoge temperatuur

Als gevolg van de uitstraling van warmte van de aardkern naar de aardkorst neemt de temperatuur met de diepte toe. In vaktermen spreekt men van een temperatuurgradiënt. Gemiddeld is de temperatuurgradiënt in Nederland 31 °C per kilometer, ofwel 0,031 °C per meter. Afhankelijk van de geologische situatie en onderling verschil in thermische geleidbaarheid van aardlagen kan de gradiënt per regio verschillen.

Aaneengesloten laagpakket

Een goede doorstroming binnen een reservoir is gebaat bij zo weinig mogelijk barrières. Dit houdt in dat zich tussen de productie- en injectieput geen breuken bevinden die waterstromingen in horizontale richting blokkeren. Bovendien kan een laagpakket zodanig langs een breuk verschoven zijn dat het niet meer aaneengesloten is waardoor water niet tussen de putten kan stromen.

Een laag dient homogeen zijn

Het is belangrijk dat de samenstelling en eigenschappen van een laagpakket zoveel mogelijk gelijk zijn. De doorstroming kan sterk beperkt worden indien er tussen de putten minder goed doorlatende lagen in een pakket zitten. Daarnaast kunnen lateraal variërende eigenschappen van een laagpakket de doorstroming ook beperken.

Stand van zaken in Nederland

In 2007 is in Bleiswijk het eerste Nederlandse doublet gerealiseerd. Sindsdien zijn er meer dan 100 opsporingsvergunningen naar aardwarmte bij het Ministerie van Economische Zaken aangevraagd en zijn acht doubletten geboord, waarvan zeven doubletten in een poreus gesteente. In Heerlen wordt namelijk gebruik gemaakt van warm water in mijnschachten.

Twee winningsvergunningen zijn inmiddels verleend en operationeel en één is in aanvraag (1 juli 2012). Zie voor een volledig overzicht van de opsporing- en winningsvergunningen aardwarmte nlog.nl. Op geothermie.nl wordt u op de hoogte gehouden van de meest actuele informatie op het gebied van geothermie in Nederland.

Van idee tot Realisatie

Tussen het idee om warmte uit de aarde te gebruiken als energiebron en de daadwerkelijke realisatie van warmtewinning liggen enkele jaren. Het realiseren van een aardwarmtesysteem vereist een gedegen geologisch onderzoek. Dit onderzoek is nodig om aan te tonen dat er op een specifieke locatie een geschikt watervoerend pakket in de ondergrond aanwezig is dat het gewenste vermogen kan leveren en de grote investering rechtvaardigt.

Het maken van boorgaten is de grootste kostenpost bij een aardwarmteproject. Voor een financieel gezond en succesvol project is het daarom belangrijk om geologische onzekerheden zoveel mogelijk te beperken. Een beperking van de technische risico’s tijdens het boren draagt hier eveneens aan bij. Het geologisch onderzoek is er dus vooral op gericht om de kans op een succesvol aardwarmtesysteem te vergroten en de technische en financiële risico’s te beperken.

Voor het hele traject van idee naar realisatie is een aantal vergunningen vereist. De opsporing en winning van aardwarmte dieper dan 500 m vallen onder de Mijnbouwwet waarbij het Ministerie van Economische Zaken het bevoegd gezag is en de vergunningen verleent. Ook zijn er milieu- en veiligheidsvergunningen nodig van gemeente en/of provincie. Zie voor een kort overzicht onderstaande figuur. Voor meer informatie zie o.a. NLOG.nl of SodM.nl.

Verschillende fasen die in een aardwarmteproject doorlopen worden



Gegevens van de ondergrond

Een goede inschatting van reservoireigenschappen is cruciaal voor het ontwikkelen van een aardwarmtesysteem. Er is een aantal mogelijkheden om de ondergrond in kaart te brengen. Daarbij is het ook van belang om de geologische historie en opbouw te kennen. Doordat de Nederlandse ondergrond rijk is aan olie, gas en steenkool zijn veel gegevens van de ondergrond verzameld. Deze gegevens zijn grotendeels openbaar beschikbaar.

Er zijn drie soorten basisgegevens die gebruikt kunnen worden om de diepe ondergrond in kaart te brengen, namelijk:

Logmetingen (fysische boorgatmetingen)

In de olie- en gasindustrie is het gebruikelijk om tijdens exploratie- en productieboringen diverse metingen te doen in het boorgat. Op basis van deze metingen (logs) kunnen verschillende typen gesteente en hun eigenschappen worden onderscheiden.



Kernen

Soms besluit een maatschappij om gesteentekernen te nemen. Hierbij wordt een stuk gesteente (kern) uitgeboord en naar het oppervlak gehaald. Alleen op basis van een kern kunnen de eigenschappen van een laagpakket in detail bepaald worden. Dit gebeurt in een specialistisch laboratorium. Veel bepaalde eigenschapen zijn porositeit, permeabiliteit en sterkte van een gesteente. Hiervoor gebruikt men kernpluggen uit de kern.

Seismiek

Seismiek is een methode om een beeld te krijgen van de ondergrond. Bij het schieten van seismiek worden drukgolven de ondergrond in gestuurd. Het principe van seismiek is gebaseerd op de reistijd van een drukgolf van het aardoppervlak, naar een contact (reflector) en weer terug naar het aardoppervlak. Op basis van reistijden van een grote set drukgolven kan de opbouw van de ondergrond worden gereconstrueerd.


Navigatie

Partners