Geothermie glastuinbouwgebied Harmelerwaard Haalbaarheidsstudie
Opdrachtgever
Provincie Utrecht Postbus 80300 3508 TH UTRECHT T 030 - 25 82 980 F 030 - 25 82 243 E
[email protected] Contactpersoon: de heer S. Roell
Adviseur bodemenergie
IF Technology bv Velperweg 37 Postbus 605 6800 AP ARNHEM T 026 - 35 35 555 E
[email protected] Contactpersoon: de heer B. de Zwart de heer N. Buik
1/58361/BZ 10 december 2008
Inhoudsopgave 1
Inleiding ....................................................................................................................... 3
2.
Aardwarmte en geologie ............................................................................................. 4 2.1 Aardwarmte ..................................................................................................... 4 2.2 Geothermische gradiënt .................................................................................. 5 2.3 Geschikte lagen............................................................................................... 6 2.3.1 De Limburg Groep ................................................................................... 7 2.3.2 De Boven-Rotliegend Groep ................................................................... 8 2.3.3 De Onder-Germaanse Trias Groep ......................................................... 9 2.4 Formatie eigenschappen ................................................................................. 9 2.5 Risico analyse ............................................................................................... 12 2.5.1 Debiet .................................................................................................... 12 2.5.2 Olie en gas voorkomens ....................................................................... 13 2.6 Conclusie ....................................................................................................... 13
3
Dimensionering putontwerp ....................................................................................... 14 3.1 Dimensionering putontwerp .......................................................................... 14
4
Investerings- en exploitatiekosten ............................................................................. 16 4.1 Investeringskosten ........................................................................................ 16 4.2 Exploitatiekosten ........................................................................................... 16
5
Conclusies en aanbevelingen ................................................................................... 18
Bijlagen: 1 Geologische tijdschaal
1/58361/BZ
10 december 2008
2
1
Inleiding Ten westen van Utrecht, tussen Harmelen, Vleuten en de Meern bevindt zich het gebied Harmelerwaard. Het totale gebied heeft een oppervlak van circa 40 hectare. Hiervan bestaat 25 hectare kassen, bedrijfsruimten en bedrijfswoningen. De overige 15 hectare bestaat uit groenstroken, water en wegen. De komende jaren zal de oppervlakte aan kassen vermoedelijk uitgroeien tot 33 hectare. In november 2001 is de Tuinbouwcombinatie Harmelerwaard BV (THC) opgericht. Momenteel participeren zes glastuinbouwbedrijven in deze combinatie. De doelstellingen van de THC zijn: • het ontwikkelen, beheren en in stand houden van een innovatief en duurzaam tuinbouwgebied; • het ontwikkelen en beheren van een collectief energievoorzieningensysteem en andere collectieve systemen; • en het behartigen van belangen. Gezien de bovengenoemde doelstellingen is de vraag ontstaan of de toepassing van geothermie op de locatie een haalbaar duurzaam alternatief (of aanvulling) is voor de huidige wijze van warmteopwekking. Bij geothermie wordt aardwarmte aan de bodem onttrokken die aanwezig is op enkele kilometers diepte. De toepassing van geothermie staat of valt bij de aanwezigheid van een geschikte bodemopbouw op de locatie. Om deze reden is een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar de mogelijkheid voor toepassing van geothermie op de locatie “tuinbouwgebied Harmelerwaard”. Voor deze haalbaarheidsstudie is gebruik gemaakt van bestaande, beschikbare, gegevens van de diepe ondergrond. Gebruikmakend van de door TNO beheerde database nlog en enkele externe experts is geprobeerd het geothermisch potentieel in de omgeving van Harmelen in kaart te brengen. Naar aanleiding hiervan zijn enkele thermische berekeningen uitgevoerd om zo de mogelijk haalbare vermogens van het geothermisch doublet te bepalen. Op basis hiervan is een voorlopig putontwerp en een kostenraming gemaakt. De studie wordt afgesloten met enkele conclusies en aanbevelingen.
1/58361/BZ
10 december 2008
3
2.
Aardwarmte en geologie
2.1
Aardwarmte Onder aardwarmte of geothermie wordt in dit kader verstaan het gebruiken van warmte uit diepere aardlagen om huizen, kantoren of kassen te verwarmen, of elektriciteit op te wekken. Deze warmte ontstaat door warmte die vrijkomt bij radioactieve reacties in de kern van de aarde, op een diepte van 5.000 tot 6.500 km. De temperatuur van de kern bedraagt tussen de 5.000 tot 6.000 °C. Deze warmte wordt naar het aardoppervlak getransporteerd door twee processen; convectie stroming in de vloeibare mantel en geleiding in de korst. Door de materiaaleigenschappen van de korst neemt de temperatuur met de diepte toe. De korst van de aarde is opgebouwd uit verschillende afzettingen (formaties), die bestaan uit verschillende materialen. Deze materialen zijn afgezet gedurende verschillende tijdsperioden. Een overzicht is weergegeven in bijlage 1.
Figuur 2.1: Opbouw van de aarde. Bron: C. Rose & D. Kinderslev
Sommige formaties zijn doorlatend en bevatten water. Dit water heeft dezelfde temperatuur als het omringende materiaal. Door putten te maken in de doorlatende delen kan dit water onttrokken worden. De warmte kan dan weer worden gebruikt voor verwarming en het afgekoelde water wordt weer geïnfiltreerd in de formatie waaraan het onttrokken is. Niet alle formaties zijn geschikt voor geothermie. Allereerst moet er voldoende water aanwezig zijn, hierbij speelt de porositeit een grote rol. De temperatuur van het water in het gesteente moet voldoende hoog zijn. Tevens moet de doorlatendheid (permeabiliteit) hoog genoeg zijn om grondwater aan de formatie te onttrekken. Om te bepalen of er geschikte formaties aanwezig zijn, zijn de Geologische atlas en boorgegevens van diverse boringen gebruikt. Deze informatie is aangevuld met de beschikbare literatuur. In figuur 2.2 zijn in rood de locaties van de gebruikte boringen weergegeven. De groengearceerde gebieden geven aanwezige gasvelden aan, de rode gebieden zijn de aanwezige olievelden. De projectlocatie is in het geel weergegeven.
1/58361/BZ
10 december 2008
4
Figuur 2.2
2.2
De ligging van glastuinbouwgebied Harmelerwaard (geel) met omringende gebruikte boringen (rood).
Geothermische gradiënt De geothermische gradiënt in de omgeving van de Harmelerwaard is bepaald aan de hand van temperatuurmetingen uit alle boringen uit figuur 2.2. De zwarte lijn geeft de relatie tussen de temperatuur en de diepte weer. Uit de relatie blijkt dat de temperatuur op een bepaalde diepte kan worden benaderd door de volgende vergelijking: o
T (°C) = 0,029 ( C/m) x diepte (m) + 12 (°C).
1/58361/BZ
10 december 2008
5
140
Temperatuur [oC]
120 100 80 60 40 20 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Diepte [m-mv] Figuur 2.3
De geothermische gradiënt in de omgeving van Harmelen.
Uit de grafiek in figuur 2.3, valt op te maken dat de temperatuur lineair met de diepte toeneemt. Verder valt eruit op te maken dat de gemeten temperaturen redelijk goed op de regressielijn liggen (R2=0,76). Hierdoor kan de temperatuur op een bepaalde diepte nauwkeurig bepaald worden.
2.3
Geschikte lagen Om een indicatie van het potentieel van de lagen voor de toepassing van geothermie te krijgen, is de diepe ondergrond in de omgeving van de glastuinbouwlocatie in beeld gebracht. De geologische opbouw is bepaald aan de hand van de beschikbare olie- en gasboringen aangevuld met kaartmateriaal en literatuur en weergegeven in tabel 2.1. Tabel 2.1 Ouderdom Kwartair Tertiair Krijt Jura Trias Perm Carboon
1/58361/BZ
Algemene stratigrafie bij Harmelen Groep Formatie Noordzee Super
Diepte bereik [m-NAP]
Tgem o [ C]
0 - 745
23
745 - 2.100
54
2.100 – 2.750
83
2.750 – 2.835 2.835 – 2.950 2.950 - 3.400 3.400 - 3.550 3.550 - >3.600
94 96 105 113 >116
niet aanwezig Altena Boven- en Onder- Germaanse Trias Zechstein Boven-Rotliegend Limburg
10 december 2008
Slochteren Hellevoetsluis Maurits Ruurlo
6
Elke groep is opgebouwd uit een aantal formaties welke op hun beurt weer bestaan uit een aantal laagpakketten. Hieronder wordt de samenstelling van de mogelijk voor geothermie interessante groep kort besproken, van oud naar jong. 2.3.1
De Limburg Groep In het bestudeerde gebied bestaat de Limburg Groep uit een afwisseling van kleistenen, siltstenen en zandstenen met veel ingeschakelde koollagen. De diepte van de basis van de Limburg groep in de omgeving van Harmelen geschat op 5 à 6 kilometer. De groep is in West-Nederland onder te verdelen in vier subgroepen. Van oud naar jong zijn dit de Geul Subgroep, de Caumer Subgroep, de Dinkel Subgroep en de Hunze Subgroep. De Geul Subgroep De Geul Subgroep bestaat in het bestudeerde gebied uit de Epen Formatie. De afzettingen waaruit de Epen Formatie is opgebouwd, worden gekenmerkt door een snelle daling van het bekken. Als gevolg hiervan bestaat de formatie uit een stapeling van mariene klei- en siltstenen met naar boven toe vergrovende laagpakketten. Aan de top van deze laagpakketten worden 10 tot 15 meter dikke fluviatiele zandsteenpakketten aangetroffen. De top van de Epen formatie wordt gevormd door een massieve middelgrove zandsteen voorkomend in eenheden van 10 tot 25 m dik. De totale dikte van de Epen formatie is onbekend. De Caumer Subgroep De Caumer Subgroep bestaat van oud naar jong uit de Baarlo, Ruurlo en Maurits formaties. De afzettingen in deze formaties worden gekenmerkt door een afwisseling van periodes van veel en weinig sedimentatie. De Baarlo Formatie bestaat uit een verzameling naar boven toe grover wordende laagpakketten van enkele tientallen tot enkele honderden meters dik. De laagpakketten bestaan aan de basis uit kleisteen, in het midden uit siltsteen en aan de top uit een maximaal 30 m dikke zandsteen. In de formatie komen koollagen van maximaal 2 m dik voor. De Ruurlo Formatie bestaat uit siltige kleistenen met koollagen en fijnkorrelige kleiige of siltige zandstenen. Deze laagpakketten zijn gemiddeld 50 m dik en bestaan uit gestapelde fluviatiele zandstenen. De zandstenen zijn ontwikkeld in kleine geulen en komen ook voor als continue dunne lagen. De Ruurlo formatie is ongeveer 600 m dik. De Maurits Formatie bestaat uit kleistenen met veel koollagen met enkele fijn- tot grofkorrelige zandstenen. Deze zandstenen zijn 10 tot 15 m dik. De Dinkel Subgroep De Dinkel Subgroep bestaat hier uit de Hellevoetsluis Formatie en wordt gekenmerkt door een afwisseling van fluviatiele zandstenen afgewisseld met siltige of zandige kleistenen met zo nu en dan een koollaag. De zandstenen zijn fijn tot grofkorrelig met
1/58361/BZ
10 december 2008
7
diktes tussen de 1 en 15 m. Lokaal komen de zandstenen gestapeld voor met ingeschakelde kleilaagjes en bereiken een dikte van maximaal 30 m. De enkele koollagen die in deze formatie voorkomen zijn geassocieerd met dikke kleipakketten. In de boring JUT-01 is de Hellevoetsluis Formatie ongeveer 420 m dik en bestaat voor ongeveer 60% uit zandlagen van maximaal 30 m dik. Dit levert een netto zanddikte van circa 250 m. Probleem blijft dat de afwisseling van klei- en zandstenen zeer snel is en dat de onderlinge verbinding tussen deze zandlagen onbekend is. 2.3.2
De Boven-Rotliegend Groep In het bestudeerde gebied bestaat de Boven-Rotliegend Groep uit de massieve zandstenen van de Slochteren Formatie. De Slochteren Formatie is bij Harmelen ongeveer 100 m dik.
480000 475000 WRV-01 470000 465000 460000 455000
Harmelerwaard PKP-01 JUT-01
450000
WLK-01
445000 EVD-01 440000
MRK-01 BUM-01
435000 430000 110000 Figuur 2.4
120000
130000
140000
150000
160000
Dieptekaart van de basis van de Boven-Rotliegend Groep. In het rood zijn de belangrijkste breuken weergegeven. In het zwart de gebruikte boringen en de locatie. Verder zijn in grijs de seismische lijnen geplot.
In figuur 2.4 is de dieptekaart van de basis van de Boven-Rotliegend Groep weergegeven. De Boven-Rotliegend Groep wordt in het witte gedeelte niet aangetroffen. Op deze
1/58361/BZ
10 december 2008
8
kaart zijn ook de 2D seismische lijnen geplot op basis waarvan de dieptekaart gemaakt is. Uit de dichtheid van deze seismische lijnen valt op te maken dat kwaliteit van de dieptekaart in de nabije omgeving van de kwekerij beperkt is. De diepte van de basis van het Boven-Rotliegend is hier over grote afstanden geïnterpoleerd en moet dus met de nodige zorgvuldigheid gebruikt worden. 2.3.3
De Onder-Germaanse Trias Groep De Onder-Germaanse Trias Groep bestaat hier uit vier formaties: de OnderBontzandsteen, de Volpriehausen, de Detfurth en de Hardegsen formaties. Van deze vier formaties zijn de laatste drie, allen onderdeel van de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep, mogelijk interessant voor de toepassing van geothermie. In de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep kunnen een aantal zandsteenpakketten herkend worden. De netto zanddikte van deze zandstenen bedraagt ongeveer 50 m en is verdeeld over het Volpriehausen Zandsteen Laagpakket en het Detfurth Zandsteen Laagpakket.
2.4
Formatie eigenschappen De porositeiten zijn, afhankelijk van de beschikbare data, op diverse manieren bepaald en aangevuld met kaartmateriaal en literatuur. De verschillende metingen hebben elk hun eigen onzekerheid wat resulteert in een afwijking van enkele procenten. Normaal gesproken worden de logs gecorreleerd aan kernmetingen wat de metingen betrouwbaarder maakt. In de omgeving van Harmelen beschikt de boring PKP-01 over kernanalyses uit de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep en boring JUT-01 over kernanalyses uit de Slochteren Formatie. Uit de Limburg Groep zijn in de nabije omgeving geen kernmetingen genomen, de porositeit is hier uit de beschikbare boorlogs afgeleid. De permeabiliteit is bepaald aan de hand van een landelijke inventarisatie van boorkernen genomen uit de Tubbergen Formatie. Tabel 2.2 Boring AMO-03 BHM-04 COV-11-S1 COV-19 DAL-07 DEW-04 FLN-01 HBG-03 KLH-01 REU-01 TUB-12 DVD-01 DEW-05 Gemiddelde
1/58361/BZ
Gemiddelde formatie eigenschappen van de Tubbergen Formatie Diepte top [m-mv] 1.469 3.732 2.816 3.220 3.528 1.541 1.889 2.759 2.522 2.250 2.875 2.974 1.596
Gem. permeabiliteit [mD] 280 3 14 1 1 2 41 22 4 254 56 6 16
Gem. porositeit [%] 15 10 11 7 9 6 14 12 10 10 16 11 11
Dikte [m] 34 51 14 3 5 10 47 39 3 24 4 4 12
Klei/zand ratio [-] 0,4 0,5 0,2 0,5 0,3 0,6 0,1 0,5 n.b. 0,2 0,1 0,3 0,5
54
11
19
0,4
10 december 2008
9
De Hellevoetsluis Formatie is afgezet in hetzelfde tijdvak als de Tubbergen Formatie en is de omgeving van Harmelen ook qua afzettingsmilieu nauw gerelateerd met deze formatie. In tabel 2.2 zijn de gebruikte boringen en de bijbehorende gemiddelde reservoir eigenschappen samengevat. Het klei/zand ratio is een schatting gemaakt op basis van de beschikbare boorlogs. Wat opvalt aan deze data is de grote spreiding in de permeabiliteit en porositeit. Aan de hand van de beschikbare data is hier geen verklaring voor te vinden, een relatie tussen de spreiding en de dikte, diepte of het klei/zand ratio van de boringen is niet te herkennen.
Permeabiliteit [mD]
1000,0
100,0
10,0
1,0 0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
Porositeit [%]
Figuur 2.5
Relatie tussen de gemiddelde porositeit en permeabiliteit van de kernen afkomstig uit de Tubbergen Formatie.
In figuur 2.5 is de relatie tussen de gemiddelde porositeiten en permeabiliteiten van de boringen weergegeven. Uit deze relatie komt duidelijk naar voren dat de permeabiliteit exponentieel toeneemt met de porositeit. In tabel 2.3 zijn de gemiddelde formatie eigenschappen van de drie potentiële reservoirs samengevat. De porositeiten en permeabiliteiten in deze tabel zijn gemeten in zandstenen en zijn dus geen gemiddelde voor de hele (sub)groep. De waarden voor de Dinkel Subgroep zijn bepaald aan de hand van de tabel 2.2 en figuur 2.5. Tabel 2.3
Formatie eigenschappen van drie potentiële reservoirs
(Sub)groep
Hoofd-Bontzandsteen Boven-Rotliegend Dinkel
1/58361/BZ
Gemiddelde Porositeit [%] 6 10 12-13
Gemiddelde Permeabiliteit [mD] < 0,30 <1 20-30
10 december 2008
10
Diepte [m-mv] 2.400-2.600 2.835-2.950 2.950-3.400
Gemiddelde temperatuur o [ C] 82 88 95
De dikte in combinatie met de permeabiliteit bepaalt hoeveel water aan een laag onttrokken kan worden (de capaciteit). Het product van de dikte en de permeabiliteit wordt transmissiviteit of doorlaatvermogen genoemd. De gemiddelde transmissiviteit van de totale zanddikte van de zandstenen uit de HoofdBontzandsteen bedraagt ten hoogste 0,05 Dm. Dit is onvoldoende voor de toepassing van een geothermieproject. De gemiddelde transmissiviteit van de Slochteren Formatie bedraagt circa 0,1 Dm, ook deze waarde is niet voldoende voor de realisatie van een geothermisch doublet. De permeabiliteitswaarden voor deze twee formaties zijn zo laag omdat ze zijn gelegen in het West-Nederland bekken (zie figuur 2.6). Aan de noordkant van dit bekken neemt het percentage klei in de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep en de Slochteren Formatie toe. In figuur 2.6 is ook de mate van inversie van dit bekken weergegeven. Harmelerwaard ligt in een gebied met sterke inversie, wat betekend dat de lagen vroeger dieper hebben gelegen en later door processen naar boven zijn gebracht. De lagen zijn echter wel beïnvloed door de grotere diepte waar ze op hebben gelegen. De porositeit en ook de permeabiliteit van de lagen nemen door de druk van de bovenliggende lagen af naarmate de diepte toeneemt. De lagen zijn later weer omhoog gebracht, maar het proces is onomkeerbaar waardoor de lagen de eigenschappen van de grotere diepte behouden.
W es tN ed er la nd s
Harmelerwaard
Be kk en R
Matige inversie Sterke inversie
Figuur 2.6
Locatie van de inversie as van het West Nederland Bekken (blauw) en de mate van inversie.
Conclusie Ondanks dat de zandstenen uit de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep en de Slochteren Formatie in andere delen van het land over goede formatie eigenschappen beschikken, leert de ervaring dat de kwaliteit van deze zandstenen aanzienlijk minder is in een brede zone dwars door Nederland. Hierdoor hebben de zandstenen een lage porositeit en permeabiliteit.
1/58361/BZ
10 december 2008
11
De zandstenen uit de Hellevoetsluis Formatie bieden op de locatie het meeste perspectief voor de toepassing van geothermie.
2.5
Risico analyse
2.5.1
Debiet De grootste onzekerheid is dat het debiet niet gehaald wordt. Dit hangt af van de permeabiliteit en de dikte van het gesteente. De transmissiviteit bepaald uiteindelijk hoeveel water aan een laag onttrokken kan worden (capaciteit/debiet). In figuur 2.7 zijn de op frequentie gesorteerde voorkomens van de verschillende permeabiliteiten van alle gebruikte kernen weergegeven. De gemiddelde permeabiliteit van al deze kernen is ongeveer 60 mD bij een gemiddelde porositeit van 12,5%. Wanneer gekeken wordt naar de 50% meest voorkomende data dan beslaat deze een range van 0,1 tot 200 mD. Het gemiddelde van deze groep van permeabiliteiten bedraagt ongeveer 27 mD. Uit bovenstaande blijkt dat het reëel is te veronderstellen dat de aangenomen gemiddelde permeabiliteit van 20 tot 30 mD aangetroffen zal worden in de Formatie van Hellevoetsluis. 80
100,00%
90,00% 70 80,00% 60 70,00% 50 Frequentie
60,00%
40
50,00%
40,00% 30 30,00% 20 20,00% Frequentie 10
Cumulatief %
10,00%
0 900
Meer
800
0,3
500
0,2
700
1000
600
400
3000
8
2000
9
100
90
40
7
10
6
0,7
80
300
5
0,9
70
0,5
60
0,6
0,8
3
30
50
1
0,1
0,4
200
4
20
2
0,00%
Verzamelbereik
Figuur 2.7
1/58361/BZ
Op frequentie gesorteerde voorkomen van de diverse permeabiliteiten uit de gebruikte kernen. Het histogram geeft de frequentie weer en de rode lijn het cumulatieve percentage.
10 december 2008
12
2.5.2
Olie en gas voorkomens In de omgeving van Harmelen zijn op ongeveer 7 en 27 km afstand een klein gas- en olieveld aanwezig. Uit beide velden wordt niet geproduceerd. In de boringen in de omgeving zijn in de formaties onder de projectlocatie geen sporen van koolwaterstoffen aangetroffen. Gezien de aanwezigheid van een mogelijk gas- of oliemoedergesteente aan de basis van de Epen Formatie bestaat de kans dat olie- en/of gas naar hoger gelegen zandstenen uit de Limburg Groep gemigreerd is. De aanwezigheid van olie- of gassporen in de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep en de Boven-Rotliegend Groep lijkt gezien de verwachte lage porositeit van deze laagpakketten niet waarschijnlijk.
2.6
Conclusie Gezien de geologische omstandigheden lijken er mogelijkheden te zijn om in de omgeving van de Harmelerwaard een geothermisch project te realiseren. Als mogelijk reservoirgesteente is de Hellevoetsluis Formatie het meest geschikt. Deze formatie komt voor op een diepte tussen de 2.900 en 3.400 m onder NAP en bestaat uit een afwisseling van zandsteen en kleisteen lagen. Uitgaande van de momenteel beschikbare gegevens lijkt het reëel te veronderstellen dat de zandsteenlagen uit deze formatie over voldoende dikte en doorlatendheid beschikken om een geothermisch project technisch haalbaar te maken. Er bestaan technieken om de permeabiliteit te verhogen. Hierbij kan men denken aan het fraccen en oplossen van het cement tussen de korrels. Fraccen is een techniek waarbij men door een speciale vloeistof onder zeer hoge druk door het reservoir te persen de permeabiliteit van het reservoir verhoogd. Wanneer het cement tussen de korrels bijvoorbeeld uit calciet bestaat, is dat eenvoudig op te lossen door het reservoir met een zure oplossing door te spoelen. Deze technieken kunnen de permeabiliteit in het reservoir met een factor 2 tot 3 verhogen. Het toepassen van een van deze mogelijke technieken kan voor de zandstenen uit de Hellevoetsluis Formatie interessant zijn.
1/58361/BZ
10 december 2008
13
3
Dimensionering putontwerp
3.1
Dimensionering putontwerp Aan de hand van de geologie is een voorlopig putontwerp gemaakt voor projectlocatie tot een diepte van 3.300 m - N.A.P. Voor locatie is uitgegaan van een verticale boring in combinatie met een gedevieerde boring vanuit één oppervlaktelocatie. De productieput wordt gedevieerd en de injectieput verticaal geboord. In het ontwerp is rekening gehouden met de mogelijkheid tot fraccen van het reservoir. Twee verschillende putontwerpen zijn gemaakt, de eerste kan produceren met een debiet van 100 m³/h en de ander met een debiet van 150 tot 200 m³/h. In figuur 3.1 is het voorlopige putontwerp voor de projectlocatie in een geologisch profiel weergeven Harmelerwaard 1,5 km Outstep Production Well + Vertical Injection Well Vertical Section (m) -2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
0
Top Schieland
NW
ZO
Top Altena Top Trias Top Zechstein
500
Top Rotliegend top Hellevoetsluis basis Hellevoetsluis Producer
1000
Injector
1500
2000
2500
3000
3500
4000 True Vertical Depth (m)
Figuur 3.1
1/58361/BZ
Dwarsdoorsnede van het voorlopig putontwerp in een geologisch profiel voor de locatie. De verschillende geologische groepen hebben verschillende kleuren. De productieput is in rood en de injectieput in blauw weergegeven. Het profiel is ruwweg noordwest–zuidoost georiënteerd.
10 december 2008
14
In figuur 3.2 is een voorbeeld van een globaal verbuizingsschema weergegeven. Een gedetailleerd verbuizingsschema is in deze fase nog niet aan de orde.
Wellhead and Xmastree
Item Description
Depth Depth Hole ID
Nr. m tvd
1 13 3/8" casing 54.5 ppf K55
60
2 ESP (approx depth) on 7" pipe
400
3 7"x 10 3/4" liner hanger
m ah
60
in drift
16
400 9.794
Pipe OD in
Collar Pipe ID OD in in Drift
13.375 14.398 12.459
7.000
8.625
5.750
950 9.794
4 10 3/4" 45.5 ppf K55
1000 1000 12.25 10.750 11.299 9.794
5 7" 20 ppf K55 liner coated
3071 3678
8.5
7.000
7.734
6.331
5.812
NA
4.767
Hellevoetsluis 6 5 1/2" wire wrapped screen
Figuur 3.2
1/58361/BZ
3143 3780 6.125
Verbuizingsschema voor de gedevieerde productieput met een open hole van 7” en geschikt voor een debiet van 150-200 m3/h.
10 december 2008
15
4
Investerings- en exploitatiekosten
4.1
Investeringskosten Uit de geologische inventarisatie is gebleken dat uit de Hellevoetsluis Formatie water met een gemiddelde temperatuur van 105 °C gewonnen kan worden. Het geschatte vermogen van geothermisch doublet bedraagt ruim 6 MW. Daarbij wordt uitgegaan van een geothermisch doublet met een maximaal haalbare capaciteit van 100 m³/h en een retourtemperatuur van circa 45 °C. Door het reservoir rondom de putten te fraccen kan de capaciteit van het geothermisch doublet vergroot worden tot 150 à 200 m³/h, waardoor het thermisch vermogen toeneemt tot 8 à 11 MW. In tabel 4.1 zijn de investeringskosten weergegeven voor de onderstaande varianten. Variant 1 Doublet met een debiet van 100 m³/h. Variant 2 Gefract reservoir met een geothermisch doublet van 150 à 200 m³/h. Tabel 4.1
Kostenraming (± 20%) per doublet 3
Geschat debiet (m /h) Afstand productie- en injectieput (m) Totaal aantal geboorde meters Voorbereidingen putlocatie (x 10³ €) 3 Installatie producer en injector (x10 €) 3 Putten testen en opleveren (x10 €) 3 Materialen (casings, wellheads, etc.) (x10 €) 3 Aanvullende diensten (logging, directional drilling, etc.) (x10 €) 3 Fraccen (x10 €) 3 Bovengrondse installatie (leidingen, appendages, warmtewisselaars) (x10 €) 3 Geologisch onderzoek, reservoir engineering en vergunningen (x10 €) 3 Putontwerp, toezicht, verzekeringen (x10 €) 3 Onvoorzien (x10 €) 3 Totale investeringskosten (x10 €) Tijd voor uitvoering boring (dagen)
100 1.200 6.600 300 3.355 250 1.963 1.783 300 200 732 817 9.700 189
150-200 1.200 6.600 300 3.761 250 2.133 1.783 897 300 200 745 1.031 11.400 189
Wat opvalt is dat de geraamde kosten voor het doublet met een productie van 150 tot 200 m³/h slechts 18% hoger ligt dan de geraamde kosten voor het doublet met een productie van 100 m³/h, terwijl de capaciteit met 35 tot 85% toeneemt.
4.2
Exploitatiekosten In tabel 4.2 zijn voor de twee bovengenoemde varianten de exploitatiekosten berekend. De exploitatiekosten bestaan uit de energiekosten en de kosten voor onderhoud en beheer. Hierbij wordt uitgegaan van 4.000 vollasturen en een elektriciteitstarief van 0,10 €/kWh.
1/58361/BZ
10 december 2008
16
Tabel 4.2
Overzicht van de warmtelevering en exploitatiekosten
Variant
Vollasturen
1 2
4.000 4.000
Warmtelevering [TJ] 90 135
Energiekosten [x 10³ €/jr] 125 226
Onderhoud en beheer [x 10³ €/jr] 143 167
Uit de investeringsramingen van de twee varianten blijkt dat het fraccen van het reservoir de initiële kosten met 18% verhoogt. Logischerwijs nemen de kosten voor het onderhoud en beheer toe met een grotere investering. De hoeveelheid warmte die geleverd kan worden neemt echter toe met 50%. Met behulp van geothermie kan een aanzienlijke energiebesparing worden gerealiseerd, wat leidt tot lagere exploitatiekosten ten opzichte van een conventioneel verwarmingssysteem. Om een zo groot mogelijke kostenbesparing te realiseren, is het van belang om de geothermische installatie zo veel mogelijk uren warmte te laten leveren. Het aantal vollast uren voor de geothermie kan worden vergroot door gebruik te maken van warmtebuffers, eventueel in combinatie met een gasgestookte piekketel. De optimale inzet van de geothermie in combinatie met warmtebuffers en piekketels hangt sterk af van het afnameprofiel van de warmteafnemers. In een eventuele vervolgfase wordt geadviseerd om een uitgebreide conceptuele en financiële analyse uit te voeren op basis van het afnameprofiel. Hierbij kan de inzet van geothermie financieel vergeleken worden met een realistische referentie situatie, zoals de toepassing van warmte-krachtkoppeling (WKK).
1/58361/BZ
10 december 2008
17
5
Conclusies en aanbevelingen Uitgaande van deze haalbaarheidsstudie zijn er mogelijkheden voor de installatie van een geothermisch doublet in de Hellevoetsluis Formatie (Boven-Carboon). De kans dat er zandstenen van voldoende kwaliteit en kwantiteit aanwezig zijn is aanzienlijk. Een geothermisch doublet met een debiet van 100 m³/h en een vermogen van circa 6 MW lijkt realistisch. Mogelijk kan door middel van fraccen de doorlatendheid van het reservoir vergroot worden zodat vermogens tot ongeveer 9 MW (150 m³/h) ook mogelijk zijn. De onzekerheden met betrekking tot de doorlatendheid en onderlinge verbinding van de zandstenen zijn echter zodanig groot dat aanvullend onderzoek geadviseerd wordt. Een aanvullend onderzoek kan bestaan uit de herinterpretatie van de huidige 2D seismiek. Deze seismiek is geschoten in de jaren 70 en 80 van de 20ste eeuw. Met de huidige technieken brengt herinterpretatie mogelijk meer informatie naar boven dan momenteel bekend is. Helaas is in de directe omgeving van de Harmelerwaard geen 3D seismiek beschikbaar. Dit betekent dat de huidige grofmazige bedekking van het te onderzoeken gebied het maximaal haalbare is. Het uitvoeren van een 3D seismische survey is een zeer kostbare aangelegenheid. Aan de hand van de geherinterpreteerde seismische data en de beschikbare boorlogs kan er een model gemaakt worden van het reservoir. Met dit model kan een beter beeld verkregen worden van de doorlatendheid van het reservoir en de onderlinge verbinding van de zandstenen in het reservoir. Een andere mogelijkheid is het analyseren van het boorgruis van de boringen in de omgeving van de projectlocatie. Op deze manier kan er meer informatie verzameld worden over de formatie eigenschappen van de Hellevoetsluis Formatie. Het laten bestuderen van de boorlogs door een sedimentoloog met expertise op dit gebied behoort ook tot de mogelijkheden. In een eventuele vervolgfase wordt geadviseerd om een uitgebreide conceptuele en financiële analyse uit te voeren op basis van het afnameprofiel. Hierbij kan de inzet van geothermie financieel vergeleken worden met een realistische referentie situatie, zoals de toepassing van warmte-krachtkoppeling (WKK).
1/58361/BZ
10 december 2008
18
Bijlage 1 Geologische tijdschaal Geologische tijdtabel met stratigrafische kolom van Nederland
Kenozoïcum
Tijd [MJ] Hoofdtijdperk Periode 2,4 Kwartiar
Tijdvak Neogeen
Groep of Formatie
Productieve eenheden
Boven-Noordzee
Formaties van Maassluis, Oosterhout, Breda Voortzand, Veldhoven, Bergzand
Midden-Noordzee
Tertiair Paleogeen
Onder Noordzee
65
Laat-Krijt
Brusselssand, Meerssand
Ommelanden Texel
Krijt
Holland
143
Mesozoïcum
Vroeg-Krijt
Holland Groenzand
Rijnland
De Lier, IJsselmonde, Berkel en Rijswijk zanden
Schieland
Nieuwerkerk Formatie
Laat-Jura Midden-Jura
Jura
Altena Vroeg-Jura 208 Laat-Trias Trias
Boven-Germaanse Trias Midden-Trias
245 251
Vroeg-Trias
Onder-Germaanse Trias Zechstein
Laat-Perm
271
Hoofd-Buntsandstein Z3 Carbonaat Z2 Carbonaat
Perm Boven-Rotliegend Vroeg-Perm
290
Slochteren
Onder-Rotliegend
Carboon
Silesian
Paleozoïcum
Stephanien Westphalien
Limburg
Namurien Dinantien
Kolenkalk
Devoon 409 Siluur 439 Ordovicium 510 Cambrium 570 Precambrium
1/58361/BZ
10 december 2008
diverse zandstenen
