MEC-V. Haalbaarheidsonderzoek warmteopslag glastuinbouw Vierpolders, MEC-V fase 2a

MEC-V Haalbaarheidsonderzoek warmteopslag glastuinbouw Vierpolders, MEC-V fase 2a

Datum: Printdatum:

Rottedijk 10a 2751 DJ Moerkapelle Tel : (0795) 933 882 E-mail : [email protected]

27 mei 2009 28 mei 2009

© Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande toestemming van MEC-V. No part of this publication may be reproduced in any form by print, photo print, microfilm or any other means without written permission of MEC-V.

Colofon Titel (& ondertitel) Referentie, versie Datum Opdrachtgever Project Auteur Penvoerder

: Haalbaarheidsonderzoek warmteopslag glastuinbouw Vierpolders, MEC-V fase 2a : 090528 mecv bcz rapport 2a : 28 mei 2009 : Provincie Zuid-Holland : Multi Energy Concept - Vierpolders : B. de Zwart, IF WEP : T. Biemond, Agrimaco

MEC-V, sustainable and future-proof

Samenvatting Voor de verduurzaming van het glastuinbouwgebied Vierpolders wordt gedacht aan een Multi Energy Concept (MEC-V). Dit energieconcept voor het totale glastuinbouwconcentratiegebied Vierpolders moet het mogelijk maken dat nieuwe en toekomstige duurzame energievoorzieningen, zoals geothermie, hoge temperatuur warmteopslag, bio-WKK etc, optimaal en flexibel ingezet kunnen worden met maximale bedrijfstijden. Met behulp van het MEC-V concept kunnen de aangesloten glastuinbouwbedrijven gezamenlijk profiteren van een rendabele en duurzame energievoorziening die klaar is voor de toekomst. In voorliggend onderzoek is de technische en juridische haalbaarheid van de toepassing van warmteopslag in de bodem onderzocht. Daarnaast zijn de kosten inzichtelijk gemaakt. Geothermie Een belangrijk onderdeel van het MEC-V concept is de toepassing van geothermie. Met behulp van de geothermische installatie wordt warmte geleverd aan de glastuinbouwbedrijven die zijn aangesloten op het MEC-V warmtenet. Daarnaast wordt het warmteoverschot geladen in de warmteopslag.

De toepassing van geothermie is reeds in een voorgaand onderzoek onderzocht (referentie: 1/57324/MaK, d.d. 15 oktober 2008). Uit dit onderzoek volgt dat vooralsnog technisch mogelijkheden worden verwacht voor de toepassing van geothermie in de Onder-Germaanse Trias Groep ten westen van de breuk. Aanvullend onderzoek is echter noodzakelijk. De maximale diepte van het geothermisch doublet bedraagt circa 2.400 m-NAP. Op deze diepte kan water worden onttrokken met een temperatuur van 70 tot 75°C. Met het geothermisch doublet kan circa 5 MWt geleverd worden. Aanvullend onderzoek is ook benodigd naar de mogelijkheden voor de toepassing van diepere geothermie in de Onder-Germaanse Trias Groep, ten noordoosten van de breuk op een diepte van meer dan 3.000 m-NAP. Indien geothermie deze diepte kan worden toegepast kan water worden onttrokken met een temperatuur van circa 100°C. Dit heeft een positief effect op het energieconcept MEC-V en de financiële haalbaarheid en is als variant meegenomen in het onderzoek. Warmteopslag Het doel van voorliggend onderzoek is het inzichtelijk maken van de haalbaarheid van warmteopslag op de projectlocatie. Door het toepassen van een lange termijn warmtebuffer in de bodem, kan de overtollige warmte in de zomer worden opgeslagen. De opgeslagen


warmte kan vervolgens in de winter benut voor verwarming. Dit levert een aantal voordelen op: opvangen van de onbalans tussen het aanbod en de vraag; back-up capaciteit; besparing door verdringen van piekvermogen en – piekenergie welke anders geleverd wordt door een conventionele, niet duurzame installatie. Voor de toepassing van warmteopslag is onderscheid gemaakt tussen diepe (>500m-mv) en ondiepe (<500 m-mv) warmteopslag. Ondiepe warmteopslag Op basis van de beschikbare informatie wordt ingeschat dat de beoogde warmteopslag met een maximaal debiet van 450 m³/h, circa 18 MWt, en in combinatie met geothermie, technisch op de locatie kan worden toegepast in de Formatie Maassluis met drie doubletten. De benodigde diepte van de bronnen bedraagt circa 215 m-mv. De onderlinge afstand tussen de warme bronnen bedraagt circa 30m. De afstand tot de koudere infiltratie bronnen bedraagt circa 140 tot 160m. Het opslagrendement van de opgeslagen warmte is bepaald op circa 48%. Indien diepe geothermie kan worden toegepast zal het opslagrendement van de warmteopslag in de Formatie Maassluis toenemen tot circa 59% en zijn twee doubletten benodigd voor de warmteopslag.

De totale investering voor de warmteopslag in combinatie met geothermie bedragen k€ 1.974 (exclusief BTW). De kostprijs voor het leveren van warmte met de warmteopslag is bepaald op circa 0,11 €/m³ a.e. (disconteringsvoet 6% en afschrijving 20 jaar). Wanneer de ondiepe warmteopslag kan worden gecombineerd met diepere geothermie zal de kostprijs van de hoge temperatuur warmteopslag reduceren met circa 50%. De toepassing van warmteopslag in de Formatie van Maassluis is vergunningplichtig in het kader van de Grondwaterwet. Het concept met warmteopslag conflicteert met de voorschriften in de Grondwaterwet. Geadviseerd wordt om in overleg met de provincie Zuid-Holland de mogelijkheden voor warmteopslag in de Formatie Maassluis te onderzoeken. Verdere aandachtspunten voor de toepassing van ondiepe warmteopslag is het aantal gegevens van de bodem op de locatie. Van de permeabiliteit (doorlatendheid) en de waterkwaliteit in de Formatie van Maassluis zijn in de omgeving van Vierpolders weinig gegevens beschikbaar. Deze aspecten zijn belangrijk om het technisch en energetische functioneren van de warmteopslag nader te specificeren. Geadviseerd wordt een proefboring uit te voeren om deze parameters te onderzoeken.


Diepe warmteopslag Op basis van de beschikbare gegevens wordt ingeschat dat warmteopslag met een maximaal debiet van 400 m³/h, circa 16 MWt, technisch op de locatie Vierpolders kan worden toegepast in de Formatie Het Zand van Brussel met vier doubletten. De benodigde diepte van de bronnen bedraagt circa 760 m-mv. De onderlinge afstand tussen de warmte bronnen bedraagt circa 30m en de afstand tot de koudere bronnen circa 140 tot 160 m. Het opslagrendement in de Formatie Zand van Brussel (bij het beoogde systeemconcept) bedraagt circa 75%. In combinatie met diepere geothermie zal het opslagrendement toenemen tot circa 80% en zijn drie doubletten benodigd voor de beoogde warmteopslag. De totale investering voor de diepe warmteopslag in het Zand van Brussel in combinatie met geothermie bedragen k€ 5.601 (exclusief BTW). De kostprijs van warmtelevering met de diepe warmteopslag is bepaald op circa 0,18 €/m³ a.e. (disconteringsvoet 6% en looptijd 20 jaar) en is hiermee duurder dan de toepassing van warmteopslag in de Formatie Maassluis. Als de diepe warmteopslag kan worden gecombineerd met diepere geothermie zal de kostprijs voor warmteopslag met circa 30% afnemen. De toepassing van warmteopslag in de Formatie Zand van Brussel is vergunningplichtig in het kader van de Mijnbouwwet en dient te worden aangevraagd bij het Ministerie van Economische Zaken.

Van de formatie Het Zand van Brussel zijn eveneens weinig exacte gegevens over de permeabiliteit en waterkwaliteit bekend. Deze parameters zijn belangrijk om het technisch en energetische functioneren van de warmteopslag nader te specificeren. Geadviseerd wordt om een proefboring uit te voeren om deze parameters te onderzoeken. Resumé Warmteopslag kan op de locatie worden toegepast in de Formatie Maassluis en Zand van Brussel voor de opslag van warmte in de bodem. Vanuit financieel oogpunt is de toepassing van warmteopslag in de Formatie Maassluis het meest geschikt. Geadviseerd wordt om in overleg met de Provincie de juridische mogelijkheden te onderzoeken om een pilot-project op te starten voor warmteopslag in de Formatie Maassluis. Daarnaast moet een vooronderzoek worden uitgevoerd naar de waterkwaliteit en de bodemopbouw om de technische mogelijkheden in de Formatie nader te onderzoeken. Tevens is een onderzoek wenselijk naar de effecten van de hoge temperatuur warmteopslag op de biologie in de bodem. Naast het vervolgonderzoek naar de toepassing van warmteopslag wordt ook geadviseerd de mogelijkheden te onderzoeken naar de toepassing van diepere geothermie op de projectlocatie. Indien diepere geothermie kan worden gecombineerd met ondiepe warmteopslag heeft dit een positief effect op de financiële haalbaarheid van MEC-V.


Op basis van de verkregen resultaten uit de vervolgonderzoeken dient het concept warmteopslag worden herzien/bijgesteld en kan een keuze worden gemaakt voor de toepassing van warmteopslag op de projectlocatie.


Inhoudsopgave

1 ...... Inleiding................................................................................................10 1.1 1.2

Algemeen ............................................................................................................ 10 MEC-V ................................................................................................................... 11

2 ...... Projectinformatie ..............................................................................12 2.1 2.2 2.3

Projectlocatie .................................................................................................... 12 Glastuinbouwgebied Vierpolders .............................................................. 12 Energetische uitgangspunten..................................................................... 14

3 ...... Duurzame bodemgerelateerde oplossingen ...........................16 3.1 3.2 3.3

Hoge temperatuur warmteopslag............................................................. 16 Geothermie ........................................................................................................ 26 Koude-/warmteopslag .................................................................................. 28

4 ...... Hoge temperatuur warmteopslag Vierpolders .......................32 4.1 4.2 4.3 4.4

De ondergrond voor hoge temperatuur warmte opslag .................. 32 Rendement warmteopslag ........................................................................... 36 Waterkwaliteit .................................................................................................. 41 Overwegingen ................................................................................................... 42


5 ...... Juridisch kader ...................................................................................44 5.1 5.2 5.3

Algemeen ............................................................................................................ 44 Toepassing diepe warmteopslag............................................................... 44 Toepassing ondiepe warmteopslag ......................................................... 45

6 ...... Conceptuele analyse ........................................................................46 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

Inpassing hoge temperatuur warmteopslag in MEC-V .................... 46 Warmtenetwerk MEC-V ................................................................................. 47 Opslaan warmte in warmteopslag ........................................................... 48 Warmtelevering warmteopslag ................................................................. 52 Scenario warmteopslag in combinatie met diepere geothermie . 55

7 ...... Kostenramingen.................................................................................57 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Investeringen warmteopslag ..................................................................... 57 Exploitatiekosten warmteopslag .............................................................. 58 Kostprijs exploitatie warmteopslag ......................................................... 59 Investeringen MEC-V ..................................................................................... 60 Exploitatiekosten MEC-V .............................................................................. 62

8 ...... Conclusies en vervolgtraject .........................................................64 8.1 8.2

Conclusies........................................................................................................... 64 Vervolgtraject ................................................................................................... 66


9 ...... Bijlagen .................................................................................................67 Bijlage A: Leidingtracé en berekeningen ..........................................68 Bijlage B: Schematische weergave warmte laden WKK-tuinen71 Bijlage C: Schematische weergave warmte laden aardwarmte-tuinen

73

Bijlage D: Schematische weergave warmtelevering met warmteopslag

75

Bijlage E: Kostenraming geothermie..................................................77


1 1.1

Inleiding Algemeen

De glastuinbouwsector is een energie intensieve sector. Het aardgasverbruik in deze sector bedraagt circa 9 à 10% van het totale aardgasverbruik in Nederland. Zowel vanuit de overheid als vanuit de glastuinbouwbedrijven is grote interesse in verduurzaming van deze sector. De verduurzaming draagt bij aan het behalen van de nationale duurzaamheiddoelstellingen voor 2020, zoals klimaatneutrale (nieuwbouw)kassen, 30% minder CO2 –emissies, duurzame warmte en energie en minder afhankelijk zijn van de fossiele brandstoffen. Nabij Vierpolders in Zuid-Holland is een midden groot glastuinbouwgebied Vierpolders gelegen. Gezien de grillige veranderlijkheid van de energieprijzen, de toekomstbestendigheid van de gevestigde en toekomstige bedrijven, is er voldoende draagkracht vanuit het glastuinbouwgebied om de mogelijkheden voor verduurzaming te onderzoeken. Het totale kasoppervlak wat in aanmerking komt voor verduurzaming, bestaande en toekomstige, wordt ingeschat op circa 80 ha.

Een generiek probleem bij verduurzaming van één glastuinbouwbedrijf, is dat het ten opzichte van de gangbare energievoorziening (gebaseerd op gas) in welhaast alle gevallen de volgende randvoorwaarden heeft: - een hogere initiële investering met dito hoge vaste kosten die terugverdiend moeten worden door (veel) lagere variabele kosten (goedkope duurzame = niet fossiele brandstof); - een groter individueel marktrisico omdat de grondstofprijzen van niet fossiele brandstoffen, zoals bijvoorbeeld biomassa, snel kunnen variëren (en in de veelal volledig vrije markt sterk kunnen stijgen bij gewijzigde vraag/aanbod verhouding) waardoor de concurrentiepositie van de innoverende tuinder t.o.v. zijn conservatievere collegae sterk kan verslechteren. In het glastuinbouwgebied Vierpolders is sprake van verschillende teelten. Daarnaast kan vanuit het energetisch oogpunt onderscheid worden gemaakt in verschillende type tuinen, te noemen; - ketel-tuinen, waarbij de warmte wordt geleverd door gasgestookte ketels; - WKK-tuinen, waarbij de warmte hoofdzakelijk wordt geleverd door warmte-kracht- installaties; - aardwarmte-tuinen (toekomstig), voor dit type tuin wordt in warmtebehoefte voorzien middels aardwarmte. Dit is mogelijk doordat ten noorden van Vierpolders, ter hoogte van het Brielsemeer,


Pag. 10 / 78

gasvormige CO2 van de OCAP ontsloten kan worden. Voor de verduurzaming van het glastuinbouwgebied Vierpolders wordt daarom gedacht aan een Multi Energy Concept (MEC). Dit energieconcept voor het totale glastuinbouwconcentratiegebied Vierpolders moet het mogelijk maken dat nieuwe en toekomstige duurzame energievoorzieningen, zoals geothermie, hoge temperatuur warmteopslag, bio-WKK etc, optimaal en flexibel ingezet kunnen worden met maximale bedrijfstijden. Met behulp van het MEC-V concept kunnen de aangesloten bedrijven gezamenlijk profiteren van een rendabele en duurzame energievoorziening die klaar is voor de toekomst.

1.2

MEC-V MEC-V (Multi Energy Concept Vierpolders) is een initiatief van Agrimaco, Visser & Smit Hanab (V&SH) en IF WEP. De focus en de rolverdeling tussen de partijen is als volgt:  Agrimaco penvoerder, integrator  V&SH warmte- en CO2 web en energetische inpassing  IF WEP aardwarmte en HT opslag

De provincie Zuid-Holland en Senter Novem hebben budgetten en subsidies ter beschikking gesteld om de mogelijkheden voor verduurzaming van het glastuinbouwgebied Vierpolders middels het MEC-V concept te onderzoeken. Binnen het onderzoek wordt gekeken naar optimalisatie van de bestaande bedrijven, inpassing van bijvoorbeeld geothermie en warmteopslag en mogelijk andere duurzame oplossingen. Het onderzoek is gesplitst in twee deelonderzoeken:  fase 2a: haalbaarheidsonderzoek naar HT warmteopslag in Vierpolders;  fase 2b: haalbaarheidsonderzoek naar de milieuen kosteneffectiviteit van warmteweb met geothermie en of hoge temperatuuropslag (HT) in Vierpolders. Deze onderzoeken maken deel uit van MEC-V fase 2, haalbaarheidsonderzoek. Fase 1 betreft de conceptuele en organisatie fase, fase 3 en verder betreffen businessplanning, realisatie en in bedrijfsname. Het voorliggende onderzoek geeft de resultaten weer van het deelonderzoek 2a en beschrijft de technische, juridische en financiële mogelijkheden voor de toepassing van warmteopslag in de bodem in Vierpolders. Dit onderzoek is uitgevoerd in een samenwerkingsverband tussen Agrimaco, Visser & Smit Hanab en IF WEP.


Pag. 11 / 78

2

Projectinformatie

In dit hoofdstuk is informatie over de projectlocatie en het glastuinbouwconcentratiegebied Vierpolders omschreven en zijn de energetische en financiële kentallen weergegeven welke zijn gehanteerd voor de uitwerking van dit onderzoek.

2.1

Projectlocatie

Figuur 2.1

De locatie van het glastuinbouwgebied Vierpolders is gelegen nabij Vierpolders. In figuur 2.1 is de projectlocatie weergegeven.

2.2

Projectlocatie glastuinbouwgebied Vierpolders

Glastuinbouwgebied Vierpolders Het glastuinbouwgebied Vierpolders bestaat uit bestaande glastuinbouwbedrijven. Een aantal bedrijven hebben het voornemen om in de toekomst uit te breiden. Daarnaast wordt in Vierpolders een nieuw glastuinbouwconcentratiegebied ontwikkeld; glaspark 4P. In het glastuinbouwconcentratiegebied Vierpolders kan op basis van het energieconcept onderscheid worden gemaakt tussen drie type tuinen. Onderstaand worden de verschillende tuinen kort omschreven.


Pag. 12 / 78

Ketel-tuinen Een glastuinbouwbedrijf wordt binnen dit onderzoek aangeduid als een ketel-tuin wanneer gas gestookte ketels de belangrijkste warmtevoorziening is voor het verwarmen van de kassen.

In tabel 2.1 zijn de bestaande en toekomstige WKKtuinen weergegeven. Voor het Glaspark 4P zijn twee mogelijke nieuwe WKK-tuinen weergegeven. De WKKtuinen voor Glaspark 4P zijn niet meegenomen in de berekeningen.

WKK-tuinen Een glastuinbouwbedrijf waar de belangrijkste warmtebron de warmte-kracht-kopppeling (WKK) is, wordt omschreven als een WKK-tuin. De WKK levert het grootste aandeel van de benodigde warmte. Daarnaast worden piekketels ingezet voor het verwarmen van de kassen wanneer de warmtelevering met de WKK onvoldoende of onrendabel is.

Tabel 2.1

Aardwarmte-tuinen Voor de warmtelevering aan glastuinbouwbedrijven in Vierpolders worden de mogelijkheden onderzocht voor de warmtelevering middels aardwarmte (zie nadere omschrijving paragraaf 4.1). Voor dit type tuinen wordt het overgrote gedeelte van de warmte geleverd met behulp van de aardwarmte. Voor dit onderzoek is een inventarisatie uitgevoerd naar de aanwezige glastuinbouwbedrijven in het gebied Vierpolders. In onderstaande tabel zijn de verschillende tuinen weergegeven. Hierbij is tevens het verwachtingspatroon aangegeven van welk aandeel van de aanwezige tuinders geïnteresseerd is in koppeling met het MEC-V concept.

WKK-tuinen

potentiele WKK-tuinen Leo vd Valk

ha 4,10

Wim Dingemans Dumati Noordermeer Robin Grootscholten

4,25 6,00 3,00 6,00

Tabos Gebr. Keijzer

4,10 5,00

Van de Harg Jan van Marrewijk

3,00 8,06

Glaspark 4P, perceel 3

(4)

Glaspark 4P, perceel 4

(5)

subtotaal bestaand prognose deelname

43,51 75%

deelname MEC-V

32,63

Onderstaande tabel toont de potentie van de aardwarmte-tuinen.


Pag. 13 / 78

Tabel 2.2 Aardwarmte-tuinen potentiele aardwarmte-tuinen Robin Grootscholten uitbr. Paul Grootscholten Paul Grootscholten uitbr Glaspark 4P, perceel 1 Glaspark 4P, perceel 2 subtotaal prognose deelname deelname MEC-V

ha 5,00 5,00 5,20 6,00 9,00 30,20 100% 26,00

In tabel 2.3 is een aanname weergegeven van de potentie van de ketel-tuinen. Tabel 2.3 potentiele ketel-tuinen ketel-tuin a ketel-tuin b

Ketel-tuinen

ketel-tuin c ketel-tuin d ketel-tuin e subtotaal prognose deelname deelname MEC-V

bovenstaande verwachting zal circa 87% van de bedrijven worden aangesloten op het MEC-V concept. Op basis van deze glastuinbouwbedrijven is het systeemconcept MEC-V verder uitgewerkt. Het concept MEC-V, de energetische uitgangspunten van de glastuinbouwbedrijven en de temperatuurtrajecten zijn nader in detail uitgewerkt is het MEC-V onderzoek fase 2b.

2.3

Energetische uitgangspunten In deze paragraaf zijn de gehanteerde kentallen en uitgangspunten weergegeven die zijn gehanteerd binnen dit onderzoek.

2.3.1 Energetische en milieutechnische kentallen en uitgangspunten

ha 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 12,50 100% 12,50

Het bestaande glastuinbouwconcentratiegebied Vierpolders zal in de toekomst worden uitgebreid naar in totaal circa 82 ha. glastuinbouw. Op basis van

De tabellen 2.4 en 2.5 bevatten de energetische uitgangspunten en kentallen. In de tabellen wordt onderscheid gemaakt tussen warmteopslag “diep” en “ondiep”. Diepe warmteopslag wordt toegepast op dieptes > 500 m-mv en ondiepe warmteopslag op dieptes < 500 m-mv. In hoofdstuk 3 en 4 wordt dit nader uitgewerkt. De COP (Coëfficiënt Of Performance) geeft inzicht in de energetische prestatie van de systemen. Tegenover de hoeveelheid warmte die een systeem levert staat namelijk ook een hoeveelheid elektrische energie dat


Pag. 14 / 78

nodig is om de warmte aan de bodem te onttrekken en te infiltreren. De COP wordt berekend door het verwarmingsvermogen (MWt) te delen door het elektrische vermogen (MWe). Een COP van 20 betekent bijvoorbeeld dat 1 deel elektrische energie 20 delen thermische energie oplevert. De COP dient dus zo hoog mogelijk te zijn. De rendementen (COP’s) ten behoeve van de bodemgerelateerde oplossingen zijn gebaseerd op basis van ervaringen en metingen bij andere projecten. Tabel 2.4 Energetische kentallen rendement elektriciteitscentrale 42 8,8 onderste verbrandingswaarde aardgas (Ho) gemiddelde COP hoge temperatuur 27 warmteopslag (diep) gemiddelde COP hoge temperatuur 41 warmteopslag (ondiep) gemiddelde COP geothermie 20 gemiddelde COP distributie 80

2.3.2

% op Ho kWh/m³ -

Financiële kentallen Onderstaande tabel toont de gehanteerde kentallen voor het ramen van de exploitatiekosten. De kosten voor onderhoud- en beheer zijn gebaseerd op basis van ervaring met andere projecten.

Tabel 2.5 Kentallen exploitatiekosten verbruikskosten elektriciteit 0,075 onderhoud diepe warmteopslag

2%

onderhoud ondiepe warmteopslag

3,2%

€/kWhe

onderhoud geothermische installatie 1,34% onderhoud regeling

2%

onderhoud en beheer leidingnetten

1,0%

gemiddeld onderhoud MEC-V

1%

2.3.3 CO2 stromen Een groot aantal tuinders heeft CO2 nodig om de groei van hun gewassen te stimuleren en te versnellen. Deze CO2 wordt in de conventionele situatie vooral uit de rookgassen van de ketel- of WKK installatie gewonnen. Bij warmtelevering met de duurzame oplossingen zal de uitstoot van CO2 afnemen. De benodigde CO2 voor de teelt zal in dat geval op alternatieve wijzen aangeleverd moeten worden. Onderdeel van het MEC-V-concept is daarom de toepassing van een CO2-net welke gekoppeld wordt aan de OCAP leiding. Glastuinbouwbedrijven kunnen derhalve de benodigde CO2 afnemen uit het CO2-net. In hoofdstuk 7 is een inschatting gemaakt van de kosten voor de realisatie en onderhoud van het CO2- net.


Pag. 15 / 78

3

Duurzame bodemgerelateerde oplossingen

Het doel van voorliggend haalbaarheidsonderzoek is het onderzoeken middels desk research van de mogelijkheden ten aanzien van hoge temperatuur warmteopslag (technisch, geofysisch en financieel). Voor de warmtelevering aan de glastuinbouwbedrijven binnen Vierpolders zijn er daarnaast nog andere bodemgerelateerde oplossingen welke geschikt zijn voor warmtelevering. In deze paragraaf wordt het principe van de hoge temperatuur warmteopslag omschreven. Hierbij zal in worden gegaan op het principe, de toepassingsmogelijkheden binnen MEC-V en ervaringen. Daarnaast wordt in het kort ingegaan op de toepassing van geothermie binnen het MEC-V concept en de mogelijkheden ten aanzien van koude/warmteopslag (KWO).

3.1

Hoge temperatuur warmteopslag

3.1.1 Prinicpe hoge temperatuur warmteopslag In het glastuinbouwgebied Vierpolders zijn verschillende typen glastuinbouw gelegen. De warmtelevering aan de tuinen wordt voorzien door WKK’s, ketels en in de toekomst aardwarmte/geothermie. De energiebehoefte van de glastuinbouw (ook in Vierpolders) kenmerkt zich door een sterk in het jaar variërende warmtevraag. Het benodigde verwarmingsvermogen en warmte is afhankelijk van een aantal factoren, verschillende type teelten, buitentemperatuur, dag/nacht-, week/weekend ritme. Met name in de zomerperiode zal bijvoorbeeld in de tuinen, waarbij de warmte wordt geleverd met de WKK’s, het aanbod van warmte groter zijn dan de warmtevraag. De beschikbare warmte niet kan volledig worden ingezet voor verwarmingsdoeleinden. Indien het warmteoverschot in de zomer niet direct nuttig kan worden ingezet kan de warmte afgevoerd dienen te worden aan de omgeving (warmtelozen). Door het toepassen van een lange termijn warmtebuffer kan de overtollige warmte in de zomer worden opgeslagen, waardoor de opgeslagen warmte in de winter benut kan worden voor verwarming. Dit levert een aantal voordelen op:


Pag. 16 / 78

-

opvangen van de onbalans tussen het aanbod en de vraag; back-up capaciteit; besparing door verdringen van piekvermogen en – piekenergie welke anders geleverd wordt door een conventionele, niet duurzame installatie.

Warmteopslag, voor korte termijn buffering, is een bekend concept. Met name in de glastuinbouw worden veelal korte termijn buffers toegepast om overtollige warmte uit bijvoorbeeld warmtekrachtkoppeling te bufferen om op een ander tijdstip die dag of dat weekend in te kunnen zetten. Deze warmtebuffers bestaan vaak uit grote geïsoleerde opslagtanks die op of onder maaiveld worden geplaatst.

warmte overschot

Figuur 3.1

warmte tekort

Principe warmteopslag in de bodem

Voor lange termijn warmteopslag is een hele grote buffer benodigd, voorzien van goede warmte-isolerende

eigenschappen. De bodem kan daarbij uitstekend fungeren als buffer. Lange termijn lage temperatuur warmte- en koudeopslag (KWO) wordt in Nederland op grote schaal toegepast, zie paragraaf 3.3. Het principe van warmteopslag in de bodem kan beschreven worden aan de hand van de volgende bedrijfssituaties, zie figuur 3.1. Warmte laden (opslag) Indien in de zomer het aanbod van warmte groter is dan de warmtevraag, wordt grondwater uit een onttrekkingsbron gepompt. Het grondwater wordt vervolgens langs een warmtewisselaar geleid, waarmee de overtollige warmte uit het warmtenet wordt overgedragen aan het grondwater. Het opgewarmde grondwater wordt vervolgens via een andere bron, die zich op enige afstand van de onttrekkingsbron bevindt, weer aan de bodem teruggevoerd. In dat geval kan de overtollige warmte opgeslagen worden in een lange termijn warmtebuffer, waarbij de bodem als buffer gebruikt kan worden. Warmte ontladen (levering) In de winter kan de opgeslagen warmte worden ingezet in het geval de vraag naar warmte in de glastuinbouw groter is dan de basislevering. De directe warmtelevering van de glastuinbouw en de levering vanuit de warmteopslag vormen samen de basislevering van warmte aan de afnemers. Het


Pag. 17 / 78

piekvermogen kan indien nodig worden ingevuld door middel van gas- of oliegestookte hulpwarmtecentrales.

waarbij aan maaiveld slechts een putdeksel zichtbaar is, zie figuur 3.2.

Voor hoge temperatuur warmteopslag in de bodem zijn twee varianten mogelijk: 1. "ondiepe" warmteopslag < 500 m-mv; 2. warmteopslag in diepe formaties > 500 m-mv. In de volgende paragraven worden deze varianten nader omschreven.

3.1.2

Ondiepe warmteopslag Bij warmteopslag in aquifers wordt gebruik gemaakt van de thermische opslagcapaciteit van een watervoerend pakket (aquifer). Een warmteopslagsysteem bestaat ondergronds uit twee of meerdere bronnen tot een diepte van circa 100 tot 500m-mv. Een bronnenpaar (doublet) beschikt, afhankelijk van de bodemopbouw, over een opslagvermogen van circa 3 à 6 MWht. Het vermogen is eenvoudig uit te breiden door meer bronnen te clusteren. Fysiek neemt een bron aan maaiveld slechts een zeer beperkte ruimte in beslag. Putbehuizing met afmetingen van circa 2 x 2 meter die ongeveer 0,5 meter boven maaiveld uitsteken zijn de enige zichtbare onderdelen van een warmteopslagsysteem. Indien gewenst kunnen de putbehuizingen geheel ondergronds worden afgewerkt,

Figuur 3.2

Foto putbehuizing

3.1.3 Diepe warmteopslag Een alternatief voor warmteopslag in "ondiepe" aquifers is het opslaan van warmte in dieper gelegen geologische formaties. Hierbij wordt gebruik gemaakt van watervoerende lagen tussen vanaf 500 meter diep tot circa 2.000 meter diep. Het grote voordeel hiervan is dat de natuurlijke omgevingstemperatuur op deze opslagdieptes hoog is en daarmee de warmteverliezen in de bodem tot een minimum gereduceerd worden. De gemiddelde bodemtemperatuur, op enkele meters diepte, bedraagt in Nederland circa 11 à 12 °C. In


Pag. 18 / 78

Nederland neemt de natuurlijke bodemtemperatuur per 100 meter diepte met circa 3 °C toe. Dit is gebaseerd op de geothermische flux; de warmtegeleiding die vanuit de warme kern van de aarde naar het aardoppervlak plaatsvindt. Zodoende bedraagt de bodemtemperatuur op een diepte van 1.000 meter circa 40 °C. De werkelijke bodemtemperatuur is afhankelijk van de ligging en eigenschappen van de geologische formaties en kan daarom plaatselijk afwijken van de geothermische flux. Het principe van warmteopslag in deze diepe formaties is gelijk aan het principe voor ondiepe warmteopslag in aquifers. Een doublet heeft, afhankelijk van de eigenschappen van de geologische formatie een opslagvermogen van circa 4 tot 7 MWht. De voordelen ten opzichte van ondiepe warmteopslag zijn: De temperatuurverliezen in het opslagpakket zijn, vanwege de hoge omgevingstemperatuur beperkt; Naast warmteopslag bestaat de mogelijkheid om (natuurlijke) geothermische warmte te onttrekken aan de bodem en deze warmte direct in te zetten voor verwarmingsdoeleinden. Hiervoor dient de warmteopslag voldoende diep te liggen, waarbij de natuurlijke temperatuur hoog genoeg is voor directe warmtelevering. Hiermee kan de diepe warmteopslag als backup of als tijdelijke warmtebron worden toegepast. Daardoor kan een eventuele vertraging of een hiaat in de fasering van de aanleg van het warmtenet overbrugd worden.

De nadelen ten opzichte van de ondiepe warmteopslag zijn: Voor diepe boringen, dieper dan circa 800 m-mv, zijn zwaardere booropstellingen benodigd en wordt gebruik gemaakt van boortechnieken afkomstig uit de olie- en gaswinning. Deze boortechnieken, werkwijze en de benodigde veiligheidsvoorzieningen zijn in de olie- en gaswereld sterk gestandaardiseerd en liggen qua prijsniveau sterk boven het niveau van de boortechnieken die in de drinkwaterwereld gebruikelijk zijn. Van de diepe ondergrond is minder gedetailleerde informatie beschikbaar dan van de ondiepere ondergrond. Daardoor zijn de geologische risico's groter dan bij ondiepe opslag. De risico's kunnen worden beperkt door het uitvoeren van gedegen onderzoek per locatie, eventueel ondersteund door de informatie afkomstig uit proefboringen.

3.1.4 Ervaring warmteopslag in de bodem In Nederland zijn tot op heden twee opslagprojecten gerealiseerd voor hoge temperatuur warmteopslag, te weten de Universiteit in Utrecht en De Bruggen in Zwammerdam, een zorginstelling. Beide systemen zijn inmiddels uit bedrijf genomen. In deze paragraaf worden de ervaringen van verschillende warmteopslag projecten besproken.


Pag. 19 / 78

Universiteit Utrecht De warmteopslag bij de Universiteit Utrecht is lange tijd uniek geweest in de wereld als het enige project waarbij grondwater wordt opgewarmd bij een temperatuur van 90°C en vervolgens in een watervoerende laag wordt opgeslagen. De warmteopslag is 1991 in bedrijf genomen. In 1999 is de warme bron defect geraakt en is de opslag uit bedrijf genomen. Het functioneren van de warmteopslag is geëvalueerd (referentie: IF Technology/NOVEM 1/9703/GW, d.d 29 mei 2001) onderstaand kort de belangrijkste bevindingen/aandachtspunten. De opslag van de Universiteit diende om restwarmte van de warmtekracht centrales van de universiteit in de zomer op te slaan voor gebruik voor verwarming in de winter. De warmteopslag bestaat uit een koude en een warme bron, beide in de derde aquifer op een diepte van 220 tot 260 meter. Voor de opslag van hoge temperatuur warmte op deze diepte is vergunning verleend in het kader van de Grondwaterwet. De opslag is gedimensioneerd op een opslagvermogen van 6 MWt en een opslaghoeveelheid van 6.000 MWht/jaar (21.600 GJ). In onderstaande figuur is de warmteopslag van de Universiteit Utrecht schematisch weergegeven.

Figuur 3.3

Warmteopslag Universiteit Utrecht

Het thermisch rendement van de opslag is bepaald op gemiddeld 27% over de negen jaar dat het systeem in bedrijf is geweest. Het lage opslagrendement werd veroorzaakt door storingen aan de WKK’s (weinig warmte opgeslagen) en een te hoge retourtemperatuur uit het gebouw, waardoor de warmteopslag weinig warmte aan de CV kon afstaan. Hierdoor bevatte de opslag aan het eind van de winter nog veel warmte die volgens prognose nog bruikbaar zou zijn in de installatie. Opvallend gegeven is dat het thermisch rendement van de opslag gedurende twee jaar waarin minder warmte is opgeslagen wel hoog was, namelijk 68% en 80%. Dit benadrukt dat het gemiddeld lage opslagrendement van 27% gevolg is geweest van de (kwaliteit van de) warmtevraag uit het gebouw en niet


Pag. 20 / 78

van verliezen in de bodem. Het thermisch gedrag van de warmteopslag heeft voldaan aan de verwachtingen. Hieruit kan tevens worden geconcludeerd dat de keuze van de opslagtemperatuur nauw samenhangt met het temperatuurtraject van de afnemer. Het verdient daarom de aanbeveling de voor- en nadelen van het temperatuurniveau tegen elkaar af te wegen om zodoende aan te kunnen geven waar economisch een energetisch gezien het optimum ligt. De waterbehandeling van de warmteopslag vergde veel aandacht omdat de intensiteit van de behandeling voortdurend moest worden bijgesteld op basis van handmatige metingen. Een hoge intensiteit was niet wenselijk in verband met het risico van kleizwelling, een te lage intensiteit niet in verband met het risico van kalkneerslag. Beide processen kunnen leiden tot verstopping van de bronnen. In veel gevallen zal waterbehandeling bij warmteopslag pas nodig zijn bij opslagtemperaturen boven de 40 à 60°C. De warme bron is in de loop der jaren ernstig verstopt geraakt. De oorzaak van de verstopping is niet bekend. De kans is echter groot dat de kritische waterbehandeling de oorzaak is van de verstopping, maar bewijzen daarvoor ontbreken. Daarnaast is de warme bron in de zomer van 1999 gaan lekken. Belangrijkste oorzaak hiervan was het niet functioneren van de drukbeveiliging op de bronkop en het gebrek aan kennis bij de beheerder.

Op technisch en energetisch gebied heeft de installatie verder goed gefunctioneerd. Zo is geen noemenswaardige corrosie waargenomen, de bronnen (stijgbuizen, filters, isolatie, bronkoppen etc.) en de voorgeïsoleerde leidingen hebben goed gefunctioneerd. Vanuit financieel oogpunt zijn de investeringen van de opslag circa 25% hoger uitgevallen dan begroot. Dit met name door de aanvullende meetvoorzieningen in het kader van de vergunningverlening en een onderschatting van de complexiteit van het project. Positief is dat de opslag financieel gezien ondanks de korte levensduur een gunstig resultaat heeft getoond. De exploitatie was met name gunstig doordat de inzet van de WKK’s geoptimaliseerd kon worden; in de zomer was het mogelijk meer elektriciteit te produceren met de WKK’s voor een gunstig tarief. Daarnaast hebben de subsidies van EG en NOVEM een positieve bijdrage geleverd. Uit de evaluatie van de warmteopslag van de Universiteit Utrecht kan worden opgemaakt dat los van de aandachtspunten ten aanzien van de waterkwaliteit , de koppeling met de gebouwinstallaties en onderhoud en beheer, de warmteopslag goed heeft gefunctioneerd. Als de aandachtspunten goed worden aangepakt kan deze techniek een rendabele toevoeging zijn binnen een energieconcept.


Pag. 21 / 78

De Bruggen Zwammerdam De zorginstelling De Bruggen in Zwammerdam heeft een warmtekracht installatie (WKK) staan voor productie van elektriciteit, de vrijgekomen warmte wordt gebruikt voor verwarming. De installatie is tevens voorzien van een hoge temperatuur warmteopslag op een diepte van circa 180 m-mv. Voor de toepassing van warmteopslag op deze diepte is destijds vergunning verleend in het kader van de Grondwaterwet. In de warmteopslag wordt warmte van 90 °C opgeslagen als de WKK draait voor elektriciteitproductie, maar er onvoldoende warmtevraag is. De opgeslagen warmte kan later worden benut voor warmtelevering aan de zorginstelling. De warmteopslag is gedurende 5 jaar aandachtig beheerd. Uit telefonisch contact met de beheerder is gebleken dat op dit moment omwille van financiële redenen de warmteopslag uit bedrijf is genomen. Dit heeft als oorzaak dat de WKK de voornaamste warmtebron betreft. De WKK wordt op elektriciteit gestuurd en de overtollige warmte wordt opgeslagen voor later gebruik. De elektriciteit wordt vervolgens tegen een gunstig tarief teruggeleverd aan het net. Uit monitoringgegevens is gebleken dat de terugleververgoeding voor de elektriciteitsproductie en de winst uit de warmteopslag financieel niet uitkomen.

Hiertoe is besloten om de WKK in draaiuren terug te brengen en de warmteopslag uit te zetten. Uit de monitoring van de installatie over 5 jaar, is gebleken dat deze technisch wel goed heeft gefunctioneerd. De kwaliteit van de bronnen is goed. Lessen zijn geleerd uit de mogelijke bronverstopping door kalkneerslag of kleizwelling bij de Universiteit Utrecht. Voor de warmteopslag Zwammerdam is daarom de benodigde waterbehandeling onderzocht en geïmplementeerd binnen de installatie. Tijdens de bedrijfsvoering hebben zich geen problemen voorgedaan in de vorm van bronverstopping. Energetisch heeft de installatie goed gefunctioneerd. Het opslagrendement van de warmteopslag is berekend op circa 65%. Hierbij moet worden vermeld dat de warmteopslag een relatief kleine opslag betrof en dus meer hinder ondervond door verliezen in de bodem. Naar verwachting zal het opslagrendement bij een grotere opslag hoger liggen. Uit de monitoring van de warmteopslag van Zwammerdam kan worden opgemaakt dat de installatie technisch en energetisch heeft gefunctioneerd zoals beoogd. Helaas is de installatie omwille van financiële redeneren uit bedrijf genomen. Reichstag Building Berlin In Berlijn is voor de verwarming en koeling van het Reichstag Building in Berlijn, zie onderstaand figuur, gekozen om gebruik te maken van hoge temperatuur


Pag. 22 / 78

warmteopslag in de bodem. De bovengrondse klimaatinstallatie bestaat hoofdzakelijk uit een WKK en een absorptiekoelmachine. Middels de WKK wordt elektriciteit opgewekt, de warmte die hierbij vrijkomt wordt ingezet voor het verwarmen van het gebouw dan wel opslag in de warmteopslag voor later gebruik.

opslagrendement van de warmteopslag bedraagt circa 78%. Op dit moment van schrijven is het onbekend of evaluaties zijn uitgevoerd over het energetische functioneren van de opslag in Berlin. (bron: auqifer thermal energy storage for the Berlin Reichstag Building New Seat of the German Parliament, Frank Kabus and Peter Seibt, june 2000) University of Minsesota De technische haalbaarheid van een hoge temperatuur warmteopslag (hoger dan 100°C) in een diepe aquifers is onderzocht aan de hand van tests aan de universiteit van Minnesota's St. Paul. In het onderzoek is de terugwinning van warmte, de operationele ervaring, het thermisch functioneren, de chemische, de hydrologische en geologische aspecten van de warmteopslag onderzocht en beschreven. Ten aanzien van het opslagrendement is circa 62% van de opgeslagen energie weer onttrokken. Een gemeten opslagrendement wat in lijn ligt met de gemodelleerde opslag voor MEC-V, zie hoofdstuk 4. De warmteopslag is nu buiten bedrijf. Reden hiervoor is niet bekend.

Figuur 3.4

Warmteopslag Reichstag Berlin

De warmteopslag is gerealiseerd op een diepte van circa 300 m-mv. In de bronnen van de warmteopslag wordt warmte opslagen van circa 70°C. De warmte wordt weer ontrokken met 65 tot 25°C. Het beoogde

Bron: University of Minnesota Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) project report on the first long-term cycle, Walton M. 1991


Pag. 23 / 78

Opslagrendement Een belangrijk aandachtspunt bij warmteopslag is het te behalen opslagrendement. Het opslagrendement is gedefinieerd als de verhouding tussen de in een seizoen onttrokken hoeveelheid warmte aan de bodem en de hoeveelheid warmte die het seizoen daarvoor is toegevoerd aan de bodem. Het thermisch rendement van de opslag wordt niet alleen bepaald door de warmteverliezen in de bodem, maar ook door de vastgestelde minimale bruikbare onttrekkingstemperatuur uit de warme bron. Dit wordt aangeduid als de “afkaptemperatuur”. Bij deze afkaptemperatuur kan het maximale verwarmingsvermogen onder ontwerpcondities geleverd worden. Hoe lager de afkaptemperatuur, hoe meer opgeslagen warmte uit de bodem gehaald kan worden, waardoor het thermisch rendement zal verbeteren. In figuur 3.5 is als voorbeeld de relatie tussen afkaptemperatuur en de hoeveelheid warmte die uit de bodem gehaald kan worden weergegeven bij een warmteopslag op 90 °C.

100

100 Energiehoeveelheid warmtelevering tot 65 C

90

90 Extra energiehoeveelheid warmtelevering tot 55 C

80

80

70 Temperatuur [°C]

3.1.5 Algemene aandachtspunten bij warmteopslag in de bodem

70

60

60

temp. bron W

50

50

40

40 temp. bron K

30

30

20

20

10

10

0

0 0

30

60

90

120

150

180

Tijd [dagen]

Figuur 3.5

Temperatuurverloop in de bronnen

Uit bovenstaand figuur kunnen de volgende punten worden afgeleid: de onttrekkingstemperatuur daalt na verloop van tijd als gevolg van warmteverliezen in de bodem; het thermische vermogen van de warmtelevering uit de opslag neemt daardoor af; hoe lager de afkaptemperatuur, hoe meer energie onttrokken kan worden uit de opslag; hoe lager de warmteverliezen in de bodem, hoe langer het duurt voordat de afkaptemperatuur wordt bereikt, dus hoe meer warmte onttrokken kan worden uit de opslag. Warmteverliezen bij warmteopslag op hoge temperatuur worden met name bepaald door de


Pag. 24 / 78

verliezen als gevolg van vrije convectie: dat wil zeggen door opdrijven van de opgeslagen warmte. Warm water is lichter dan koud water en heeft daardoor de neiging om op te stijgen in de aquifer. Belangrijke factoren die invloed hebben op vrije convectie zijn de geometrie van de opgeslagen warmte (diameter van de opslag in relatie tot de hoogte van de aquifer) en de doorlatendheid van de aquifer. In zijn algemeenheid nemen de verliezen door vrije convectie af als de opslaggrootte toeneemt en de aquifer een kleinere doorlatendheid heeft. De keuze voor een opslagaquifer is dus afhankelijk van de opslagtemperatuur. Bij een hoge opslagtemperatuur is een fijnzandige aquifer nodig om een redelijk thermisch rendement te verkrijgen. In Nederland bevinden zich de fijnzandige aquifers over het algemeen op dieptes van meer dan 150 m-mv.

vruchtgroenten. Duidelijk herkenbaar zijn de verminderde warmtevraag in de zomer en tijdens de teeltwisseling. Onder het figuur zijn mogelijke energiebronnen aangegeven en de energetische verdeling hiervan. Met behulp van de WKK of aardwarmte wordt het gehele jaar warmte opgewekt. Het warmteoverschot wordt opgeslagen in de warmteopslag. De opgeslagen warmte wordt vervolgens als extra warmtebron ingezet als directe warmtelevering met de WKK of aardwarmte tekort schiet. In geval dat beide bronnen onvoldoende warmte kunnen leveren wordt bijvoorbeeld een ketel ingezet. In hoofdstuk 6 wordt nader ingegaan op de warmteopslag en warmtelevering met behulp van de warmteopslag.

Balans tussen warmteopslag en -teruglevering Wanneer de warmte niet direct nuttig ingezet kan worden, bijvoorbeeld in de zomer, wordt de warmte opgeslagen in de bodem. Wanneer de warmtevraag hoger is dan de warmtelevering, wordt dit in eerste instantie aangevuld met warmte uit de opslag en in tweede instantie aangevuld met nieuw gegenereerde warmte. Om het principe van de warmtelevering met de warmteopslag toe te lichten, is in figuur 3.6 ter illustratie een mogelijke jaarbelasting duurcurve weergegeven voor een glastuinbouwbedrijf met

Figuur 3.6

Principe warmteopslag en opslag restwarmte teruglevering


Pag. 25 / 78

Collectief of individueel Voor het opslaan van de warmte in de bronnen van de hoge temperatuur warmteopslag kan overwogen worden of dit op een individuele wijze geschiedt of op collectieve wijze. Voor het opslaan van een warmteoverschot geniet een collectieve configuratie van de warmteopslag de voorkeur. Het energetisch opslagrendement van een collectieve warmteopslag ligt hoger dan bij toepassing van een individuele warmteopslag, zie hoofdstuk 4.

3.2

3.2.1 Principe geothermie

Geothermie De toepassing van geothermie vormt een belangrijk onderdeel van MEC-V. Met behulp van de geothermische installatie kan warmte worden geleverd aan de glastuinbouwbedrijven die zijn aangesloten op het MEC-V warmtenet. Het geothermiesysteem is nagenoeg het gehele jaar in bedrijf en genereert veel warmte. De warmte uit geothermie kan direct worden ingezet ten behoeve van verwarming van de aardwarmtetuinen en de bestaande keteltuinen of de warmte wordt gebufferd in de hoge temperatuur warmteopslag voor latere verwarmingsdoeleinden. In hoofdstuk 5 wordt hier nader op ingegaan.

Figuur 3.7

Schematisatie geothermie

Voor het leveren van warmte aan de glastuinbouw door middel van geothermie wordt met een productieput warm water uit een ondergronds reservoir onttrokken. De warmte wordt via een warmtewisselaar overgedragen aan het warmtenet van MEC-V. Het afgekoelde grondwater wordt met een injectieput in hetzelfde reservoir geretourneerd. Figuur 3.7 geeft het principe van diepe geothermie schematisch weer.


Pag. 26 / 78

3.2.2 De ondergrond voor geothermie bij Vierpolders De mogelijkheden voor de toepassing van geothermie op de projectlocatie zijn in het kader van de opsporingsvergunningaanvraag van de gemeente Brielle onderzocht. Uit het haalbaarheidsonderzoek blijkt dat de toepassing van geothermie bij Vierpolders projectlocatie goed mogelijk is.

In figuur 3.9 is de diepte van de top van de OnderGermaanse Trias Groep weergegeven. De projectlocatie is in geel weergegeven en de breuklijn is rood. 437000

436000

435000

434000

433000

432000

431000

430000

429000 65000 66000 67000 68000 69000 70000

Figuur 3.9

Figuur 3.8

Dwarsprofiel over Vierpolders van ZW naar NO. Breuken zijn rood

De lagen voor geothermie zijn aanwezig in de Rijnland Groep en de Onder-Germaanse Trias Groep (figuur 3.8). De breuk op een afstand van 2.500 m in het profiel doorsnijdt de projectlocatie (zwarte onderbroken lijn in figuur 3.8).

71000 72000 73000 74000 75000 76000

Bovenaanzicht projectlocatie en breuk

In de Rijnland Groep is het IJsselmonde Zandsteen Laagpakket mogelijk geschikt. De top van het IJsselmonde Zandsteen Laagpakket ligt onder Vierpolders op een diepte van circa 2.000 m-NAP. In de Onder-Germaanse Trias Groep zijn de zandsteenlagen uit de Hoofd-Bontzandsteen Subgroep interessant voor geothermie. Uit figuur 3.8 is op te maken dat de OnderGermaanse Trias Groep onder de projectlocatie op verschillende dieptes voorkomt. Ten zuidwesten van de breuk ligt de top van de Onder-Germaanse Trias Groep op een diepte van circa 2.100 m-NAP. Ten noordoosten


Pag. 27 / 78

boorgruismonsters en het opnieuw analyseren van de beschikbare kernen.

van de breuk komt dezelfde groep op een diepte van meer dan 3.000 m-NAP voor. Van het diep gelegen gedeelte van de Onder-Germaanse Trias Groep zijn geen gegevens beschikbaar waarmee het doorlaatvermogen van de zandsteenlagen betrouwbaar kan worden bepaald. Vooralsnog wordt in de berekeningen van het rendement van hoge temperaruuropslag uitgegaan van geothermie uit de Onder-Germaanse Trias Groep ten zuidwesten van de breuk. Bij gecombineerd gebruik van de zandsteenlagen uit de Onder-Germaanse Trias Groep met het IJsselmonde Zandsteen Laagpakket kan een geothermisch vermogen van maximaal 5 tot 6 MW gerealiseerd worden. De maximale diepte van een geothermisch doublet bedraagt circa 2.400 m-NAP. Op deze diepte kan water worden onttrokken met een temperatuur van 70 tot 75°C. Het diep gelegen gedeelte van de Onder-Germaanse Trias Groep wordt in hoofdstuk 4.1.2 als extra scenario meegenomen in de berekening. De temperatuur in de Onder-Germaanse Trias Groep ten noordoosten van de breuk bedraagt meer dan 100°C.

Geadviseerd wordt om de in de omgeving aanwezige 3D seismiek te (her)interpreteren. Op basis hiervan kan een zo gedetailleerd mogelijk geologisch model gemaakt worden. Met reservoirmodellering worden de puttrajecten vervolgens gedimensioneerd. Ook het verzamelen en interpreteren van boorgruismonsters en kernen verhoogt de kennis van het reservoir. Dit alles moet leiden tot een zo klein mogelijk risico met betrekking tot het succes van het toepassen van het geothermisch doublet. Om de mogelijkheden voor de toepassing van geothermie (diep en ondiep) op de locatie nader inzichtelijk te maken, is door de Provincie, de Gemeente en de tuinders het initiatief genomen om een aanvullend geologisch onderzoek in te richten.

3.3

Koude-/warmteopslag

3.3.1 Principe koude-/warmteopslag Het thermisch vermogen hangt samen met het doorlaatvermogen. Om meer zekerheid te krijgen over het haalbare debiet wordt aanbevolen aanvullend onderzoek naar de transmissiviteit te doen. Dit aanvullende onderzoek bestaat uit bijvoorbeeld uitbreiding van het aantal opgevraagde boorkernen, het bestuderen van de boorrapporten, het analyseren van

Het principe van koude-/warmteopslag (KWO) in de bodem is dat in de zomer wordt gekoeld met winterkoude en in de winter wordt verwarmd met zomerwarmte. De koude en warmte wordt middels een grondwatersysteem in een ondergrondse watervoerende laag opgeslagen en onttrokken. Het principe is weergegeven in figuur 3.10.


Pag. 28 / 78

Tenslotte is voor een open systeem de grondwaterkwaliteit van belang. Dit in verband het mogelijk risico op bronverstopping bij menging van verschillende grondwaterkwaliteiten. Voor een gesloten systeem is de grondwaterkwaliteit niet van belang, omdat het systeem niet in contact staan met het grondwater.

Figuur 3.10

3.3.2

Principe van koude-/warmteopslag in de bodem

Toepassingsmogelijkheden KWO in MEC-V

Het technisch goed functioneren van energieopslagsystemen is afhankelijk van een aantal bodemaspecten. De belangrijkste randvoorwaarde voor open systemen is dat in de bodem een geschikte watervoerende zandlaag aanwezig moet zijn, die voldoende capaciteit biedt voor de opslag van de koude en warmte en waaruit makkelijk water kan worden onttrokken en geïnfiltreerd. Daarnaast is de snelheid en richting van de grondwaterstroming van belang. Bij een open systeem heeft de grondwaterstroming invloed op het positioneren van de bronnen. Thermische interactie tussen de warme en koude bel dient in verband met rendementsverlies te worden voorkomen.

De toepassing van koude-/warmteopslag wordt in Nederland toegepast in de ondiepere bodemlagen tot circa 250 m-mv. De temperaturen in de koude en warme bron liggen tussen de 5 en 25°C. Op basis van een globale bodeminventarisatie wordt verwacht dat KWO kan worden toegepast op de projectlocatie. Detail onderzoek, in de vorm van een bodemgeschiktheidsonderzoek naar de ondiepere bodemlagen is noodzakelijk om de technische en juridische mogelijkheden voor KWO inzichtelijk te maken. Inpassing KWO Vierpolders De toepassing van KWO binnen het MEC-V concept behoeft een andere invalshoek in vergelijking met de concepten geothermie en hoge temperatuur warmteopslag. De kassen worden verwarmd op een lage temperatuur verwarmingstraject van bijvoorbeeld circa 55/45°C. De gemiddelde onttrekkingstemperatuur uit de warme bronnen is onvoldoende hoog, circa 15 tot 25°C, om direct te worden ingezet voor het verwarmen van de kassen. Dit impliceert dat, om de kassen te verwarmen, aanvullend verwarmingsvermogen moet


Pag. 29 / 78

worden opgesteld. Hiervoor kan worden gedacht aan verwarming middels warmtepompen en/of een ketel of WKK voor de piekbelasting aansluiten op het warmtenet van MEC-V. In volgend figuur is schematisch de inpassing van KWO weergegeven voor de warmte- en mogelijk koudelevering aan de glastuinbouw.

Naast de warmtepomp of een ketel kan de KWO mogelijk ook worden gecombineerd met compostering. Bij deze vergisting komt laagwaardige warmte vrij welke kan worden benut voor warmtelevering aan de glastuinbouw. Nader onderzoek voor dit concept is noodzakelijk.

kassen

In de zomer wordt direct gekoeld met behulp van het grondwatersysteem. Daarnaast kan de warmtepomp aanvullend worden ingezet als koelmachine voor het leveren van de pieklast. Hierbij wordt de condensorwarmte van de warmtepomp overgedragen aan het grondwater.

TR

technische ruimte (TR)

WP

=

Groot voordeel bij de toepassing van KWO is dat in de zomer, de in de winter opgeslagen koude, kan worden benut voor het koelen van de kassen. Of de koude ook nuttig kan worden ingezet binnen de glastuinbouwbedrijven moet per situatie bekeken worden.

Ketel

TSA

Figuur 3.11

Inpassing KWO

In de winter wordt de warmte geleverd met behulp van een bivalent warmtepompsysteem. De bronwarmte voor de warmtepomp wordt onttrokken aan het grondwater en na warmteoverdracht weer geïnfiltreerd in de koude bron. Naast de warmtepomp wordt in deze schematische weergave gebruik gemaakt van ketels ten behoeve van de pieklastdekking.

Collectief of individueel Energie voor verwarming of koeling kan centraal worden opgewekt, waarna de energie middels een collectief transportleidingsysteem aan de tuinders wordt afgeleverd. Het is ook mogelijk dat glastuinbouwbedrijven over een eigen KWO-installatie beschikken. Gesproken wordt dan over een individueel systeem. Voordeel van de individuele KWO installatie is dat deze goed faseerbaar is. Daarnaast kunnen de distributieverliezen worden beperkt.


Pag. 30 / 78

Belangrijk aandachtspunt voor een collectieve KWOinstallatie voor de koude- en warmtelevering aan de glastuinbouw van Vierpolders, is het lage temperatuurtraject ten opzichte van het beoogde hoge temperatuur warmtenet. Voor een collectieve KWOinstallatie betekent dit dat een separaat lage temperatuur (warmte en koude) net gerealiseerd moet worden. Het realiseren van een separaat net voor KWO is een relatief grote investering. Indien binnen het glastuinbouwgebied voldoende draagvlak is voor het toepassen van KWO valt een lage temperatuurnet te overwegen. Verder is recentelijk onderzoek gedaan naar de toepassing van KWO (collectief of individueel) voor grootschalige glastuinbouwgebieden (referentie: IF Technology, haalbaarheidonderzoek Zuidplaspolder, 3/57356/MaK, d.d. 1 mei 2009). Uit de resultaten van dit onderzoek kan worden opgemaakt dat het individueel opwekken van de warmte met KWO per glastuinbouwbedrijf vanuit financieel oogpunt interessanter is ten opzichte van het realiseren van een collectieve KWO. Belangrijk oorzaak hiervoor is dat een individuele WKO voor een moderne grootschalig glastuinbouwbedrijf al een grote installatie is. De kosten voor het leidingwerk voor het koppelen van de KWO bronnen voor 80 ha glastuinbouw, de distributieverliezen en de gelijktijdigheid drukken behoorlijk op de financiële rentabiliteit van een collectieve KWO.

Juridisch De toepassing van KWO (het onttrekken en infiltreren van grondwater in de bodem) is vergunningplichtig in het kader van de Grondwaterwet. Het bevoegd gezag in deze is de provincie Zuid-Holland. In de Grondwaterwet wordt een energiebalans in de bodem geëist. Dit willen zeggen dat op jaarbasis de bodem energetisch in balans moet zijn. Het realiseren van een energiebalans in de bodem kan worden bewerkstelligd door koude te leveren (warmte te laden) of door aanvullend te regenereren. Voor het regenereren van warmte in de bodem kan worden gedacht aan het plaatsen van droge koelers, asfaltcollectoren, regeneratie middels oppervlaktewater, zonnecollectoren etc. Toepassing KWO binnen het MEC-V -concept Het MEC-V-concept is een toekomstbestendig concept voor de warmtelevering aan meerdere glastuinbouwbedrijven in Vierpolders. Vanwege het afwijkende temperatuurtraject wordt ingeschat dat de toepassing van KWO het beste individueel en per tuinder moet worden onderzocht. Hierbij moet onder andere gekeken worden naar het type teelt, het energieconcept van het glastuinbouwbedrijf, de mogelijkheden voor warmte- en koudelevering, benodigde regeneratievoorzieningen en de financiële haalbaarheid van KWO ten opzichte van, of in combinatie met, het MEC-V- concept. Gezien de individuele benadering voor de toepassing van KWO, wordt voor de verdere uitwerking van dit onderzoek de toepassing van KWO niet meegenomen.


Pag. 31 / 78

4

mag niet te groot zijn. Als de temperaturen dicht bij elkaar liggen, kan niet meer over warmteopslag worden gesproken.

Hoge temperatuur warmteopslag Vierpolders

Om warmteopslag in de bodem mogelijk te maken is het noodzakelijk dat in de ondergrond lagen aanwezig zijn waaraan grondwater onttrokken en in geïnfiltreerd kan worden. De geschiktheid van deze lagen wordt voornamelijk bepaald door het doorlaatvermogen en de porositeit. Verder speelt de omgevingstemperatuur een belangrijke rol bij warmteopslag. Een hoog doorlaatvermogen betekent dat het grondwater relatief makkelijk aan de bodem kan worden onttrokken en geïnfiltreerd. Een hoge doorlatendheid daarentegen betekent aan dat het grondwater relatief makkelijk door de bodem stroomt. Voor warmteopslag kan dit een nadeel zijn omdat de thermische verliezen hierdoor groter worden. Bij warmteopslag gaat het erom om enerzijds een laag te vinden waaruit eenvoudig grondwater onttrokken en in geïnfiltreerd kan worden en anderzijds een laag te vinden waarin de thermische verliezen beperkt blijven. Het laatste kan worden bereikt als een laag wordt gebruikt waar slechts een beperkt verschil bestaat tussen de omgevingstemperatuur en de temperatuur van de opgeslagen warmte. Dit temperatuursverschil

In dit hoofdstuk worden de belangrijkste bodemparameters besproken voor de toepassing van warmteopslag. Voor de toepassing van warmteopslag is gekeken naar diepe en ondiepe warmteopslag. Achtereenvolgens wordt de bodemopbouw, het opslagrendement en de aandachtspunten besproken.

4.1

De ondergrond voor hoge temperatuur warmte opslag De verwachtte geologische opbouw onder het gebied van MEC-V (tot aan de top van de Krijtkalk Groep) is weergegeven in tabel 4.1. De geologische opbouw is bepaald aan de hand van de volgende informatie. a. informatie uit reeds bestaande olie- en gasputten via het Nederlands Olie- en Gasportaal (onder andere RZB-01 en HVS-01); b. informatie uit grondboringen via het Dinoloket; c. geologische Atlas van de Diepe Ondergrond van Nederland, kaartblad VII (TNO, 2002); d. geologische Inventarisatie van tertiaire afzettingen in Zuid-Nederland (Rijks Geologische Dienst, 1982).


Pag. 32 / 78

Tabel 4.1 Verwachtte geologische opbouw op locatie (o.b.v. HVS-01). diepte laagpakket lithologie [m-mv] 070 Kwartaire afzettingen fijn tot grof zand met kleilenzen 70 - 215 Formatie van Maassluis fijn tot grof zand met enkele kleilenzen 215 - 335 Formatie van Oosterhout zand en zandige klei met schelpen 335 - 350 Formatie van Breda afwisseling van zanden kleilagen 350 - 460 Rupel Klei opeenvolging van bruine tot grijsbruine vaste kleilagen 460 - 615 Vessem fijn tot grof glauconiethoudend zand met inschakelingen van klei 615 - 650 Asse plastische kalkhoudende klei 650 - 760 Zand van Brussel fijn glauconiethoudend zand met zandsteenen kalksteenbankjes 760 - 1.085 Ieper siltige klei met zandige lenzen 1.085 - 1.095 Basale Zand van Dongen fijn humeus zand 1.095 - 1.160 Landen Klei pyriet- en glauconiethoudende klei Ondiep opslagpakket (< 500 m-mv) In de Formatie van Maassluis komt vanaf een diepte van 90 m-mv een aquifer voor met overwegend fijn zand. In het aquifer komen enkele kleilaagjes voor. De dikte van het zandpakket bedraagt circa 150 m. De Formatie van Oosterhout bestaat onder Vierpolders voornamelijk uit zandige klei. De Formatie van Breda is slechts 15 m dik en bestaat voornamelijk uit klei. Voor ondiepe hoge temperatuuropslag wordt de Formatie van Maassluis als meest interessante laag gezien. Diep opslagpakket (> 500 m-mv) De geologische lagen behorend tot het Vessem en het Zand van Brussel Laagpakket worden beschouwd als de twee voornaamste aquifers voor hoge temperatuur warmteopslag in de omgeving van Vierpolders. Het Vessem Laagpakket wordt beschouwd als een

meerlaags pakket vanwege het voorkomen van kleiïnschakelingen. Het Zand van Brussel Laagpakket is een fijnzandig aquifer waarin vooral bovenin zandsteenen kalksteenbankjes voor kunnen komen. De twee aquifers worden gescheiden door het kleiïge Asse Laagpakket. Omdat beide laagpakketten (Vessem en Zand van Brussel) aan de top en basis afgesloten worden door kleilagen (Rupel Klei Laagpakket, Asse Laagpakkket en Ieper Laagpakket), worden de laagpakketten beschouwd als gespannen aquifers. Dit betekent dat de stroming van grondwater alleen in het aquifer plaatsvindt. De kleilagen hebben daarnaast een isolerende werking. Dit is een voordeel bij het opslaan van warmte in de tussenliggende zandlagen omdat


Pag. 33 / 78

verlies van warmte naar de boven en onderliggende lagen wordt beperkt.

De geothermische gradiënt is bepaald aan de hand van temperatuurmetingen in een boring bij Botlek (figuur 4.1).

Het Zand van Brussel Laagpakket wordt bij Vierpolders als meest interessante laag beschouwd vanwege de zandige samenstelling en het ingesloten karakter. Het Zand van Brussel Laagpakket heeft de voorkeur over het Vessem Laagpakket vanwege het voorkomen van kleilagen in het laatste genoemde laagpakket.

De zwarte lijn in figuur 4.1 geeft de relatie tussen de temperatuur en de diepte weer. Hieruit blijkt dat de temperatuur tussen 400 en 1.200 m-mv kan worden benaderd met behulp van de volgende vergelijking.

Reservoireigenschappen De permeabiliteit of doorlatendheid van een zandlaag wordt uitgedrukt in Darcy (D). De transmissiviteit is het product van de permeabele dikte en de permeabiliteit en wordt uitgedrukt in Darcy-meter (Dm). De permeabele dikte is per formatie geschat. Bij de schatting is ervan uit gegaan dat de permeabele dikte 80% van de totale dikte bedraagt.

Deze relatie geldt alleen voor bovengenoemd dieptebereik. Voor dieptes buiten dit bereik dient deze relatie opnieuw vastgesteld te worden.

T(°C)= 0,014 (°C/m) x diepte (m-mv) + 23,5 (°C)

In tabel 4.2 zijn de geschatte diktes van de afsluitende lagen en de zandlaag opgenomen. Daarnaast zijn de hydraulische parameters opgenomen. Temperatuur De natuurlijke grondwatertemperatuur in het midden van de Formatie van Maassluis bedraagt circa 14°C. Figuur 4.1 De natuurlijke grondwatertemperatuur in het midden van het Zand van Brussel Laagpakket is berekend aan de hand van de geothermische gradiënt op de locatie.

Temperatuurmetingen BTL-01

Op basis van bovenstaande vergelijking bedraagt de temperatuur in het midden van het Zand van Brussel Laagpakket circa 33°C.


Pag. 34 / 78

Tabel 4.2 laagpakket

Hydrologische parameters dikte [m] permeabiliteit [mD]

Formatie van Maassluis 150 5.000 - 10.000 Zand van Brussel 110 200 600 *In de berekeningen is uitgegaan van de laagste waarde Horizontale stroming van grondwater De horizontale grondwaterstroming in de Formatie van Maassluis en het Zand van Brussel Laagpakket is verwaarloosbaar. Haalbare debieten voor onttrekken en infiltreren De hoeveelheid grondwater (in m³/h) die uit een bron gewonnen en in een bron geïnfiltreerd kan worden, is afhankelijk van een aantal factoren. De belangrijkste factoren zijn de doorlatendheid van de bodem en de temperatuur van het grondwater. Veder speelt het aantal uren dat de bron in bedrijf is een rol. Er bestaan twee verschillende normen. Een norm voor onttrekkingsbronnen en een norm voor infiltratiebronnen (NVOE). De onttrekkingsnorm gaat uit van een kritische snelheid op de boorgatwand. Boven deze snelheid kan de bron misschien zand gaan leveren. De onttrekkingsnorm is opgesteld voor ondiep gelegen pakketten. De formaties die geschikt zijn voor warmteopslag zijn over het algemeen dieper gelegen en meer gecompacteerd. Hierdoor zal de bron bij een grotere snelheid pas zand gaan leveren. Hoeveel groter de snelheid mag zijn is niet exact bekend.

gehanteerde permeabiliteit [mD] 8.000 500 - 1.000*

transmissiviteit [Dm] 960 44

Onttrekkingsnorm Op basis van de onttrekkingsnorm kan uit de Formatie van Maassluis 150 m³/h worden onttrokken. Voor het Zand van Brussel Laagpakket is de onttrekkingsnorm minder van toepassing aangezien het zand meer gecompacteerd is dan de ondiep gelegen Formatie van Maassluis. Vooralsnog wordt uitgegaan van een onttrekkingsdebiet van 100 m³/h voor het Zand van Brussel Laagpakket. Uit ervaringen met andere projecten is gebleken dat zandlevering de werking van de bronnen niet nadelig beïnvloedt. Het zand veroorzaakt in deze gevallen alleen een extra slijtage van de appendages. Infiltratienorm Bij de infiltratiebronnen gaat het niet om het voorkomen van zandlevering van de bronnen, maar om het verstopt raken van de bronnen. Indien ervan uitgegaan wordt dat jaarlijks onderhoud aan de bronnen gepleegd wordt, is het mogelijk 100 m³/h te infiltreren in het Zand van Brussel. De frequentie en de mate van het onderhoud kunnen verminderd worden door het grondwater te filtreren alvorens het te infiltreren.


Pag. 35 / 78

Het debiet dat per bron kan worden geïnfiltreerd in de Formatie van Maassluis wordt op basis van de infiltratienorm ingeschat op 150 m³/h.

4.2

Rendement warmteopslag Het rendement van een warmteopslagsysteem speelt een belangrijke rol in de haalbaarheid van hoge temperatuur warmteopslag. Het rendement wordt gedefinieerd door de verhouding tussen de hoeveelheid warmte die wordt onttrokken en de hoeveelheid warmte die is opgeslagen. Voor het bepalen van het rendement is de afkaptemperatuur van belang. Als de onttrekkingstemperatuur lager is dan de afkaptemperatuur wordt de resterende warmte in de bodem niet meer nuttig gebruikt. Om het rendement van hoge temperatuur warmteopslag in het Zand van Brussel Laagpakket (diep) en de Formatie van Maassluis (ondiep) bij Vierpolders te bepalen, zijn berekeningen uitgevoerd voor twee systemen: 1. een klein systeem van: a. diep 4,1 MW, bestaande uit één doublet; b. ondiep 6,1 MW, bestaande uit één doublet; 2. een groot systeem van: a. diep 16,4 MW, bestaande uit vier doubletten; b. ondiep 18,3 MW, bestaande drie doubletten.

In figuur 4.2 zijn de gehanteerde bronconfiguraties weergegeven. Bij de bronconfiguratie van het middelgrote systeem (a) schermen de retourbronnen de opslagbronnen af. De configuratie van drie of vier doubletten zal geschieden conform figuur 4.2, linker afbeelding. Het omgevingswater dat een lagere temperatuur (T = 14 en 33°C) heeft dan de retourbronnen (T = 40°C) heeft op die manier minder invloed op de opslagbronnen. De afstand tussen de opslagen retourbronnen bedraagt 140 tot 160 m. Tussen de opslagbronnen bedraagt de afstand circa 30 m. Voor de kleine variant (b) kan volstaan worden met één doublet. Bij deze variant worden de bronnen op een afstand van 70 tot 80 m van elkaar geplaatst.

Figuur 4.2

Bronconfiguraties (niet op schaal)


Pag. 36 / 78

Uitgangspunten voor de berekeningen De thermische effecten van het geothermiesysteem zijn berekend met het programma HstWin-2D. Met het programma HstWin-2D kan warmte- en stoftransport worden gesimuleerd in een verzadigd 2-dimensionaal grondwatersysteem. Om de thermische effecten van het hoge temperatuuropslagsysteem in een reservoir te berekenen is gebruik gemaakt van een radiaalsymmetrische schematisatie van de bodemopbouw. In een radiaal symmetrisch model wordt één “taartpunt” van een cilinder gemodelleerd (zie figuur 4.3). Doordat geen grondwaterstroming plaatsvindt is het gemodelleerde vlak representatief voor de hele cilinder.

Figuur 4.3

Met behulp van een radiaal symmetrisch model wordt inzicht verkregen in de thermische effecten in de diepte en in de thermische effecten rondom een put. In het model worden verticaal de verschillende bodemlagen (en bronfilters) gedefinieerd en horizontaal de afstand tot de bron. De uitgangspunten voor de berekeningen zijn opgenomen in tabel 4.3. De werkelijke dieptes van het voorkomen van de lagen zijn niet opgenomen in de berekeningen. Beide systemen zijn doorgerekend met een periode van 5 jaar warmteopslag.

Voorbeeld radiaal symmetrisch model


Pag. 37 / 78

Tabel 4.3

Uitgangspunten hydrothermische berekeningen

parameter eenheid Tinfiltratie opslagput [°C] Tinfiltratie retourput [°C] Tafkap [°C] Tnatuurlijk Formatie van Maassluis [°C] Tnatuurlijk Zand van Brussel [°C] waterhoeveelheid laden [m³] waterhoeveelheid ontladen [m³] energie laden [MWht] debiet [m³/h] afstand tussen retour- en opslagbronnen [m] afstand tussen opslagbronnen onderling [m] * diep/ondiep ** gerekend met 40°C infiltratie in bron. Mogelijk kan ook

klein 75 40 60 14 33 303.500/405.000* 303.500/405.000 12.500/16.650 100/150 80 n.v.t.

scenario 93°C 93 40** 60 14 33 804.000 804.000 50.000 300 160 30

met 35°C worden geïnfiltreerd. Hier is niet aangerekend.

Naast de kleine en grote variant, waarbij uitgegaan is van een opslagtemperatuur van 75°C, is voor de grote variant een scenario beschouwd waarbij warmte wordt opgeslagen met warmte uit diepe geothermie (hoofdstuk 3.2). De opslagtemperatuur van dit scenario bedraagt circa 93°C. Het vermogen van dit systeem bedraagt 18,3 MWt. Of dit scenario zich in de praktijk voor kan doen is onzeker en moet in een geologisch onderzoek verder worden onderzocht. Van deze variant worden daarom geen figuren gepresenteerd.

groot 75 40 60 14 33 1.214.000 1.214.000 50.000 400/450 160 30

het verloop van de temperatuur in de opslagen de retourput weergegeven gedurende 5 jaar. Elk jaar is onderverdeeld in drie fasen; laden van warmte (107 dagen), een rustperiode (150 dagen) en het ontladen van de warmteopslag (108 dagen). Het temperatuurverloop van de opslagput is gebruikt voor het berekenen van het opslagrendement. Bij het berekenen van het opslagrendement wordt uitgegaan van een afkaptemperatuur van 60°C. Dit betekent dat de warmteonttrekking stopt als de onttrekkingstemperatuur uit de opslagbron onder deze temperatuur komt.

Resultaten van de berekeningen De berekeningsresultaten van het 4,1 en 6,1 MWt systeem zijn opgenomen in figuur 4.4 en 4.5 voor zowel de diepe als de ondiepe variant. In figuur 4.4 is


Pag. 38 / 78

0

0

(a)

-50

-50

-100

-100

-150

-150

50

Figuur 4.4

Temperatuurverloop gedurende 5 jaar variant.

in de bronnen voor de kleine

(b)

100

50

150

100

150

Figuur 4.5

Isothermen kleine variant na 5 jaar warmteopslag in het Zand van Brussel (a) en de Formatie van Maassluis (b).

Figuur 4.6

Temperatuurverloop gedurende 5 jaar variant.

In figuur 4.5 zijn de thermische contouren (isothermen) van het diepe (a) en ondiepe systeem (b) weergegeven. De getoonde doorsnede geeft de situatie aan het einde van de zomerperiode weer. De berekeningsresultaten van het 16,4 en 18,3 MWt systeem zijn voor de diepe en ondiepe variant weergegeven in figuur 4.6 en 4.7. In figuur 4.6 is het verloop van de temperatuur in de opslagen de retourput weergegeven gedurende 5 jaar. Het temperatuurverloop van de opslagput is gebruikt voor het berekenen van het opslagrendement, zie tabel 4.4.


in de bronnen voor de grote

Pag. 39 / 78

0

0

(b)

(a)

-50

-50

-100

-100

-150

-150

50

Figuur 4.7

100

150

200

50

100

150

200

Isothermen grote variant na 5 jaar warmteopslag in het Zand van Brussel (a) en de Formatie van Maassluis (b).

Tabel 4.4 Opslagrendementen verschillende varianten laagpakket kleine variant grote variant Formatie van Maassluis 22 - 40%* 32 - 48% Zand van Brussel 38 - 68% 49 - 75% * rendement in het eerste en vijfde jaar


scenario 93°C 41 - 59% 61 - 80%

Pag. 40 / 78

4.3

Waterkwaliteit Bij de hoge temperatuur warmteopslag voor MEC-V wordt het water uit de Formatie van Maassluis of de Zanden van Brussel opgewarmd tot circa 75°C. De natuurlijke grondwatertemperatuur bedraagt circa 14°C in de Formatie van Maassluis en circa 33°C in de Zanden van Brussel. Door verhoging van de temperatuur van het grondwater tot 75°C kan neerslag van opgeloste mineralen optreden. Aangezien de chemische samenstelling van het water in de formatie van Maassluis en de Zanden van Brussel niet bekend is, kan de verwachte neerslag als gevolg van de temperatuurtoename niet nauwkeurig bepaald worden. Bij hoge temperatuur warmteopslag kan met name neerslag van calciet (calciumcarbonaat) en eventueel anhydriet (calciumsulfaat) een probleem vormen. De oplosbaarheid van calciet en anhydriet neemt namelijk af bij een temperatuurtoename. Uit de beperkte waterkwaliteitsgegevens op de diepte van de voorgenomen warmteopslag volgt dat neerslag van anhydriet met name verwacht kan worden bij de grondwatersamenstelling zoals waargenomen in NoordNederland. In Noord-Nederland bevat het ondiepe grondwater hoge zout- en sulfaatgehaltes ten gevolge van het voorkomen van zoutkoepels. Aangezien in Zuid-Holland geen zoutkoepels voorkomen, wordt op de locatie geen neerslag van anhydriet verwacht.

Neerslag van calciet (calciumcarbonaat) kan in theorie wel optreden wanneer het formatiewater op de locatie opgewarmd wordt tot 75°C. Uit een onderzoek van de International Energy Agency (1995) blijkt dat ten gevolge van de aanwezigheid van natuurlijke “inhibitors” in watervoerende lagen neerslag van carbonaten pas optreedt als het water oververzadigd raakt met een factor 2 tot 10. Ook in een zoutziederij, waar zeewater ingedampt wordt ten behoeve van zoutwinning, treedt calcietneerslag pas op bij een oververzadiging met een factor van 6,2. Wanneer uit wordt gegaan van een minimale oververzadiging met betrekking tot calciet van een factor 2 blijkt dat calciet naar verwachting niet neerslaat bij verwarming van het formatiewater tot 75°C. Om het optreden van calcietneerslag werkelijk te kunnen uitsluiten, wordt geadviseerd in een vervolgfase van dit project nader onderzoek uit te voeren. Middels nader onderzoek naar de verwachte watersamenstelling op de locatie (die nu globaal is ingeschat) en chemische modellering kan het risico op neerslag van calciet gekwantificeerd worden. Een mogelijkheid om de waterkwaliteit op de locatie te onderzoeken, is het uitvoeren van een proefboring. Als uit het nader onderzoek blijkt dat de neerslag van calciet een risico is, kan een dergelijke neerslag voorkomen worden door behandeling van het water. Er


Pag. 41 / 78

zijn verschillende waterbehandelingmethoden die neerslag van calciet kunnen tegengaan: het Ca2+-gehalte kan verlaagd worden door bijvoorbeeld calcium/natrium-uitwisseling. Deze methode wordt toegepast bij de warmteopslag van de Universiteit Utrecht; Het CO32--gehalte kan verlaagd worden door bijvoorbeeld zoutzuurdosering, waardoor CO32wordt omgezet in HCO3-. Deze methode is toegepast bij de warmteopslag voor De Bruggen in Zwammerdam; De neerslagreactie kan geblokkeerd worden door zogenaamde inhibitoren toe te voegen. Bekende inhibitoren zijn fosfaten (voorheen toevoeging in wasmiddelen) en acrylaten (tegenwoordig in wasmiddelen). Recent zijn door Holland Novochem met subsidie van SenterNovem afbreekbare inhibitoren ontwikkeld, die bestaan uit polymeren (C, H en O). In een nader onderzoek kan de noodzaak van waterbehandeling en de eventuele bijkomende kosten uitgewerkt worden. In de financiële haalbaarheid is een stelpost opgenomen voor de waterbehandeling

4.4

Overwegingen Het Zand van Brussel Laagpakket heeft een lage doorlatendheid en een relatief hoge omgevingstemperatuur, waardoor een hoog opslagrendement haalbaar is. Het nadeel van de

formatie van Brussel is dat er weinig exacte gegevens over de permeabiliteit en waterkwaliteit bekend zijn. Op basis van de uitgevoerde hydrothermische berekeningen is het opslagrendement van de verschillende varianten berekend. De resultaten zijn opgenomen in tabel 4.4. Doordat de Formatie van Maassluis een hogere permeabiliteit heeft, treedt vrije convectie op (het opdrijven van warmte). Dit is terug te zien in de dwarsdoorsnedes van de modelberekeningen (figuur 4.5 en 4.7). Hierdoor is het opslagrendement lager dan bij warmteopslag in het Zand van Brussel Laagpakket. De Formatie van Maassluis blijkt vanwege de hogere permeabiliteit minder geschikt voor de toepassing van warmteopslag. Ten opzichte van warmteopslag in het Zand van Brussel Laagpakket heeft de formatie daarentegen een voordeel. Door de diepteligging van de Formatie van Maassluis zijn de kosten van bronnen in de Formatie van Maassluis lager dan bronnen in het Zand van Brussel Laagpakket. Van de permeabiliteit in de Formatie van Maassluis zijn in de omgeving van Vierpolders weinig gegevens beschikbaar. Slechts een beperkt aantal grond(water)boringen zijn diep genoeg of van voldoende kwaliteit om een permeabiliteit te kunnen bepalen. Bovendien liggen deze boringen op ruim 10 kilometer afstand van de projectlocatie.


Pag. 42 / 78

Als gekozen wordt voor warmteopslag in het Zand van Brussel Laagpakket is het uitvoeren van een proefboring de meest logische vervolgstap. Een proefboring levert de meest nauwkeurige informatie, maar is kostbaar. Met een proefboring kan tevens de benodigde informatie worden verkregen van de Formatie van Maassluis.


Pag. 43 / 78

5

Juridisch kader

De toepassing van hoge temperatuur warmteopslag is vergunningplichtig. In dit hoofdstuk worden voor de toepassing diepe en ondiepe warmteopslag de belangrijkste juridische aandachtspunten omschreven.

5.1

diepte groter dan 100 m onder maaiveld binnen de geest van de werking van de Mijnbouwwet valt. Voor de toepassing van koude- warmteopslag is een uitzondering gemaakt op de Mijnbouwwet. Voor het onttrekken en opslaan van koude en warmte (KWO) geldt dat de Grondwaterwet van toepassing is tot een diepte van 500 m-mv.

Algemeen Binnen dit onderzoek is gekeken naar warmteopslag in de ondiepe formatie van Maassluis en de diepe formatie Zand van Brussel. Tot een diepte van 500m-mv is de Grondwaterwet van toepassing. De toepassing van KWO valt bijvoorbeeld onder de Grondwaterwet. Voor de toepassing van bijvoorbeeld geothermie, het onttrekken en infiltreren van grondwater, geldt dat vanaf een diepte van 500 m-mv de Mijnbouwwet van toepassing is. Het opslaan van hoge temperatuur warmte wordt zowel in de Mijnbouwwet als in de Grondwaterwet niet duidelijk omschreven. Om te bepalen of de beoogde warmteopslag onder de Grondwaterwet of Mijnbouwwet valt, zijn de beide wetteksten beschouwd. Uit de bestudering van de relevante artikelen in de Grondwaterwet, de Mijnbouwwet en het Mijnbouwbesluit kan gesteld worden dat het opslag van warmte in de bodem op een

5.2

Toepassing diepe warmteopslag De toepassing van warmteopslag op een diepte van circa 760 m-mv in het Zand van Brussel is naar verwachting vergunningplichtig in het kader van de Mijnbouwwet. Het aanvragen van deze vergunning bestaat uit twee stappen. In eerste instantie dient een Opsporingsvergunning te worden aangevraagd bij het Ministerie van Economische Zaken. Indien blijkt dat de warmte economisch winbaar is kan vervolgens een Winningvergunning worden aangevraagd. Nadat een aanvraag voor een Opsporingsvergunning is ingediend treedt de volgende procedure in werking. Na ontvangst van de aanvraag door EZ wordt deze gepubliceerd in de Staatscourant. Hierna volgt een periode van 13 weken waarin partijen de kans hebben om een concurrerende aanvraag in te dienen. Nadat deze termijn verstreken is wordt er door een drietal organen advies uitgebracht aan de Mijnbouwraad. Van de Mijnbouwraad is wettelijk verplicht om binnen 6


Pag. 44 / 78

maanden na sluiting van de termijn een beslissing te nemen. Deze periode kan worden verlengd met 6 maanden indien aangetoond kan worden dat 6 maanden te kort is om tot een besluit te komen.

5.3

Toepassing ondiepe warmteopslag De toepassing van warmteopslag in de Formatie van Maassluis op de diepte van circa 215 m-mv is naar verwachting vergunningplichtig in het kader van de Grondwaterwet. Andere grondwaterbelangen zoals KWO-systemen en waterwinningen worden ook in de ondiepe lagen toegepast en daarom zal in de praktijk blijken dat de hoge temperatuur warmteopslag zal worden beschouwd als een variant op KWO. Dit betekent dat rekening gehouden dient te worden gehouden met de voorschriften zoals gesteld in de vergunning Grondwaterwet. In het Grondwaterplan 2007-2013 van de provincie Zuid-Holland is op genomen dat rekening gehouden moet worden met overige grondwatergebruikers dat de infiltratietemperatuur maximaal 30°C mag bedragen. Bij het warmteopslagsysteem van MEC-V wordt uitgegaan van infiltratietemperaturen van gemiddeld 40 en 75°C. Dit conflicteert met het geldende beleid.

Voortschrijdend inzicht in de financiële haalbaarheid van de ondiepe variant ten opzichte van de diepe variant, toont dat de toepassing van warmteopslag in de Formatie Maassluis vanuit financieel oogpunt interessanter is dan de toepassing van warmteopslag in het Zand van Brussel. Geadviseerd wordt om in overleg met de Provincie de mogelijkheden voor de toepassing van warmteopslag in de Formatie Maassluis te bespreken.

De provincie Zuid-Holland heeft echter in Grondwaterplan 2007 - 2013 ruimte gelaten voor pilotprojecten voor hoge temperatuur warmteopslag.


Pag. 45 / 78

6

Conceptuele analyse

De warmte wordt vervolgens in de winter onttrokken en geleverd aan de verschillende aangesloten tuinen. In figuur 6.1 is het MEC-V concept schematisch weergegeven.

6.1

glastuinbouw

Inpassing hoge temperatuur warmteopslag in MEC-V Voor de verduurzaming van het glastuinbouwgebied Vierpolders wordt gedacht aan een Multi Energy Concept (MEC). Het MEC-V concept betreft een voorziening voor het leveren van warmte en CO2 aan de glastuinbouwbedrijven in Vierpolders. Middels dit concept moet het mogelijk zijn om nieuwe en toekomstige duurzame energievoorzieningen, zoals geothermie, hoge temperatuur warmteopslag, bio-WKK etc, zo optimaal mogelijk en flexibel in te zetten met maximale bedrijfstijden.

WKK CO2 leiding

warmtenet

Met behulp van het warmtenet kan warmte worden geleverd aan de gekoppelde aardwarmte-tuinen, keteltuinen en WKK-tuinen (zie paragraaf 2.2). Voor dit onderzoek ligt de focus op de hoge temperatuur warmteopslag. De warmteopslag functioneert als batterij ‘warmte’ binnen het MEC-V concept. De batterij wordt geladen door verschillende warmte bronnen in het MEC-V: opslag warmteoverschot van WKK-tuinen; opslag warmteoverschot van aardwarmte/geothermie.

HT warmteopslag

geothermie Figuur 6.1

Schematische weergave MEC-V

In volgende paragrafen wordt de toepassing van warmteopslag verder uitgewerkt. Hierbij wordt ingegaan op het laden van het warmteoverschot en de warmtelevering.


Pag. 46 / 78

6.2

Warmtenetwerk MEC-V De warmte wordt geleverd middels een warmtenet bestaande uit een aanvoer/retour. In bijlage A is de projectlocatie en tevens tracétekening opgenomen van het warmtenet MEC-V. Daarnaast is in bijlage A ook een tabel opgenomen voor de dimensionering en controleberekening van het leidingwerk. De terreintekening toont de potentie van het aantal en de omvang van de “aardwarmte-tuinen”. Ook de afstand tot aan de mogelijke pomplocatie is in de rekentabel (die als bijlage bij het tracéontwerp is gegeven) verwerkt tot een voorlopige keuze van de pompdruk (1,4 MPa, incl 0,1 MPa voor drukregeling op afleverpunt). Deze druk is benodigd om de COP van de warmtetransporten voor het leveren van warmte aan de aardwarmte-tuinen en het ophalen van “WKK oogst” te berekenen. De energie efficiency voor levering en oogsten van warmte in het aan- en afvoerleidingnet is voorzichtig geraamd op een COP van 80. De voorlopige omvang, voor de berekeningen van diameters van de leidingen, voor het aardwarmteareaal is gesteld op 30,2 ha waarbij bedrijf 4 gemiddeld 0,7 MW/ha capaciteitsgarantie krijgt en bedrijven 1 t/m 3 gemiddeld 0,8 MW/ha. Er is ook een controle gedaan op de oogstcapaciteit in de peak-uren bij de bestaande WKK-tuinen. Hieruit blijkt dat bij een “oogstcapaciteit” van 0,7 MW thermisch bij de WKK-tuinen in de zomer peak-uren de aanname van 75% deelname van ca 43,5

ha bestaande WKK-tuinen niet tot een verkeerde diameterkeuze leidt. Ook als op het “Glaspark 4P” nog ca 9 ha nieuwe WKKtuinen zullen komen (24 ha netto glas -/- 16 ha berekende aardwarmtebedrijven), dan kan dit nog qua capaciteit getransporteerd worden door de gekozen leidingdiameter in de wintersituatie voor capaciteitslevering aan ca 30 ha aardwarmtebedrijven en ca 12,5 bestaande ketel-tuinen (voor het genoemde deel van ca 0,2 MW/ha). De laatst genoemde capaciteit (12,5 ha x ca 0,2 MW/ha is ca 5,5 MW) is nog niet doorgerekend in het diameterontwerp maar de meeste daarvan zullen, vanwege de ligging, dichtbij de pomplocatie worden aangesloten zodat de impact niet groot zal zijn. Bij de verst gelegen afnemer is met 0,7 MW/ha gerekend terwijl met een redelijk goede dimensionering van de buffer voor de uitbreiding tot een gemiddeld contract van 0,5 MW/ha gekomen kan worden, omdat het aantal uren dat een grote piek is, voor dit bedrijf beperkt is. Toch is voor het voorlopige dimensioneringsontwerp gekozen voor de 0,7 MW/ha zodat de eventuele aan te sluiten bestaande ketelbedrijven ook altijd in het ontwerp kunnen worden opgenomen. De diameterkeuze voor de wintersituatie is daardoor leidend voor het ramingontwerp. Er dient nog wel een controle gedaan te worden op de diameter keuze nadat en het aantal en de vraagwens van de deelnemende afnemers bekend is.


Pag. 47 / 78

6.3

Opslaan warmte in warmteopslag De warmteopslag wordt geladen met het warmteoverschot van de WKK-tuinen en van de onttrokken aardwarmte. In volgende subparagrafen is het laden en ontladen van de warmteopslag verder uitgewerkt. Het laden van de opslag is onderverdeeld in twee bedrijfssituaties: warmteoverschot WKK’s; warmteoverschot aardwarmte. Bovenomschreven bedrijfssituaties zullen deels gelijktijdig plaatsvinden waardoor de energiehoeveelheden en temperaturen mengen in het warmtenet. Om de hoeveelheid energie en de kwaliteit van de warmte in de warmteopslag te bepalen zijn bovenomschreven bedrijfssituaties vertaald naar een gemiddeld laadbedrijf, in paragraaf 6.3.1 is dit verder uitgewerkt.

het warmtenet. Figuur 6.2 toont schematisch het bovenomschreven principe. In bijlage B is het laden van warmte meer in detail uitgewerkt waarbij verschillende tuinen en de stromingen in het warmtenet zijn weergegeven. warmte overschot WKK- tuinen

restwarmte in net = 26.535 MWht warmtenet

42°C

warmteopslag diep/ondiep

Laden warmteoverschot in warmteopslag Warmteoverschot WKK-tuinen Belangrijke bron van warmteoverschot is de vrijgekomen warmte bij de productie van elektriciteit bij de WKK-tuinen in de zomer. Dit zal voornamenlijk optreden tijdens peak-uren (term uit de elektriciteitsmarkt, de tijdvensters waarvoor de dagtarieven van elektriciteit gelden). In de zomer zal niet alle warmte nuttig kunnen worden binnen de WKKtuinen. Door middel van een warmtewisselaar wordt warmteoverschot van de WKK-tuinen overgedragen aan

93°C

Figuur 6.2

Warmteoverschot WKK-tuinen in warmtenet

In tabel 6.1 is de hoeveelheid warmteoverschot van de WKK-tuinen weergegeven. De energiehoeveelheden en temperaturen zijn in overleg met Visser en Smit Hanab en IF WEP vastgesteld.


Pag. 48 / 78

Tabel 6.1 Warmteoverschot WKK warmteoverschot voor opslag 26.535 gemiddelde temperatuur 93 warmte in warmtenet gemiddelde retourtemperatuur 42 in warmtenet gemiddeld temperatuurverschil 51 aanvoer/retour gemiddelde hoeveelheid 450.000 distributiewater

MWht °C

68°

°C

42°

warmteoverschot aardwarmte warmte = 23.092 MWht warmtenet

°C m³/jaar

Warmteoverschot aardwarmte Warmtelevering met behulp van geothermie/aardwarmte vormt een belangrijk onderdeel van het energieconcept MEC-V. In totaal bestaat de beoogde geothermische installatie uit twee doubletten op een diepte van 2.300 m. Er wordt warmte onttrokken met een temperatuur van circa 70°C tot 75°C. De geothermie levert direct warmte aan de aardwarmte-tuinen en aan de ketel-tuinen. Niet alle warmte kan nuttig worden ingezet met als gevolg een warmteoverschot in de zomer. Dit warmteoverschot wordt geladen in het warmtenet. In figuur 6.3 is dit schematisch weergegeven.


Figuur 6.3

Warmte aardwarmte in warmtenet

In tabel 6.2 tabel is de hoeveelheid warmteoverschot van de aardwarmte en de kwaliteit van de warmte weergegeven welke wordt geladen in het warmtenet. De energiehoeveelheden en temperaturen zijn in overleg met Visser en Smit Hanab en IF WEP vastgesteld.

In bijlage C is het laden van warmteoverschot aardwarmte in meer detail uitgewerkt waarbij verschillende tuinen en de stromingen in het warmtenet zijn weergegeven.


Pag. 49 / 78

Tabel 6.2 Warmteoverschot aardwarmte warmteoverschot geothermie 23.092 voor opslag gemiddelde temperatuur 68 restwarmte in warmtenet gemiddelde retourtemperatuur 42 in warmtenet gemiddeld temperatuurverschil 26 aanvoer/retour gemiddelde hoeveelheid 765.000 distributiewater

warmteoverschot WKK- tuinen

MWht °C °C

gemiddelde temperaturen in warmtenet

warmteoverschot aardwarmte

77°C

°C

warmtenet 42°C

m³/jaar

Gemiddelde opslag warmteoverschot Zoals in twee voorgaande subparagrafen is omschreven wordt de warmteopslag jaarlijks geladen met behulp van het warmteoverschot van de WKK-tuinen en aardwarmte. Beide bronnen werken op verschillende temperatuurtrajecten en kennen een verschillende hoeveelheid warmteoverschot. Deze warmte van een verschillende temperatuurniveau (93°C en 68°C) en waterhoeveelheid wordt gemengd in het warmtenet. In onderstaand figuur zijn beide restwarmtestromen van de WKK en aardwarmte gecombineerd in een schematisatie met hierin aangegeven de gemiddelde infiltratietemperatuur in het warmtenet en in de warmteopslag.

75°C

40° warmteopslag diep/ondiep warmte = 49.626 MWht

Figuur 6.4

Opslag warmteoverschot in warmteopslag

Aanvullende toelichting opslag warmteoverschot In dit rapport wordt gebruik gemaakt van termen “peak” en “off-peak”. Dit is terminologie uit de elektriciteitsmarkt en verwijst naar tijdvensters waarvoor de dagtarieven van elektriciteit gelden. Doordat bestaande en nieuwe WKK-tuinen in de zomer 5x16 draaiuren per week hebben op peak-uren, ontstaat een overschot warmte in de zomerperiode die door een op te stellen warmtewisselaar bij die bedrijven “opgehaald” kan worden. In principe kan dan in de


Pag. 50 / 78

zomerperiode naast rechtstreekse warmtelevering uit geothermie bronnen aan aardwarmte-tuinen tevens rechtstreeks geleverd worden aan bestaande keteltuinen. In figuur 6.5 zijn dat de blauwe off-peak uren. Doordat met slechts één aan- en afvoerleiding de warmte geleverd en opgehaald wordt, is de periode dat WKK-warmteoverschot geoogst kan worden beperkt tot 5 x 16 uur (peak-uren WKK elektraproductie) in een week. In figuur 6.5 is dit schematisch weergegeven, de peak-uren zijn in de tekening de groen gekleurde kolommen.

1 week (niet op schaal) 16 uur

10 uur

Figuur 6.5

WKK overschot

Aardwarmte overschot

Schematisatie oogsten WKK-warmte

De verdeling is gekozen om in de “WKK’ gedachte van dit moment mee te gaan in 80 peak uren per week, waarbij de WKK draait omdat dan de “elektra

terugleverprijs” het hoogst is. In de weekbalans is (als de afnemers een voldoende grote buffer hebben) wel naar een nog grotere bandbreedte voor de wekelijks uren “oogsten” te zoeken in een optimalisatie daarmee wordt de flexibiliteit van bestaande WKK-tuinen verder vergroot en zal de levering aan bestaande ketel-tuinen nauwelijks onder druk komen te staan omdat in de zomer een erg lage vraag aan warmte is. Het warmteoverschot “WKK” gaat naar de hoge temperatuur warmteopslag opslag, waar het bewaard wordt tot het in de winter nodig is om de capaciteit aan te vullen voor bedrijven welke alleen op aardwarmte draaien. Het voordeel van dit systeem is dat de warmte die nu verloren gaat kan worden gebruikt (met een bepaald rendement op opslag) en dat de gemiddelde temperatuur waarmee de warmte de warmteopslag in gaat iets hoger is dan alleen de overschotten van de aardwarmte bronnen. De aan -en afvoerleidingen worden in de zomer dus meervoudig gebruikt (binnenhalen WKK overschot en levering aan aardwarmte-tuinen en bestaande keteltuinen) waardoor de warmteverliezen relatief erg laag zijn. Om de warme leiding altijd warm te houden en de koude leiding koud, wordt de pomprichting dus op offpeak en peak momenten omgedraaid met een zogenaamde omkeerinrichting zoals gebruikelijk bij warmte/koude opslag.


Pag. 51 / 78

In de (zomer) weekuren wanneer rechtstreeks aardwarmte aan bestaande WKK-tuinen geleverd kan worden (zonder dat die overschotten eerst naar de opslag gaan en daar rendementsverliezen hebben), is het aan te bevelen ook rechtstreeks aan de bestaande WKK-tuinen te leveren. In de rapporatge van DLV, zal nog bekeken worden wat het “energie evenwicht” op jaarbasis dan kan worden.

temperatuur warmteopslag. De energiehoeveelheden en temperaturen zijn in overleg met Visser en Smit Hanab en IF WEP vastgesteld. Tabel 6.3 Warmteoverschot in warmteopslag hoeveelheid opgeslagen warmte 49.626 MWht in opslag gemiddelde infiltratietemperatuur 75 °C opslag gemiddelde 40 °C onttrekkingstemperatuur opslag gemiddeld temperatuurverschil 35 °C tussen bronnen gemiddelde grondwater 1.214.000 m³/a waterverplaatsing

Op verzoek van de geïnteresseerde tuinders zal nog worden gekeken of de periode dat “peak” uren gelden (5 x 16 uur per week) dit nog kan worden gewijzigd in een bredere periode waardoor de flexibiliteit van de WKK-tuinders toe kan nemen. Dit zal uiteraard in balans moeten zijn met het “energie evenwicht” op jaarbasis van de hoge temperatuur warmteopslag. Het warmteoverschot van de WKK-tuinen en de aardwarmte in het net, wordt door middel van een warmtewisselaar opgeslagen in de bronnen van de hoge temperatuur warmteopslag. Uit figuur 6.4 blijkt dat de gemiddelde opslagtemperatuur in de warmteopslag circa 75°C bedraagt. Om de warmte op een zo hoog mogelijk temperatuurniveau op te slaan, dient de warmtewisselaar van de warmteopslag zodanig uitgevoerd te worden dat de temperatuursprong zo laag mogelijk is. Voor dit haalbaarheidsonderzoek is een temperatuursprong van 2°C aangehouden over de wisselaar. In tabel 6.3 zijn de energetische uitgangspunten weergegeven voor het laden van de gemiddelde hoeveelheid warmte in de hoge

6.4

Warmtelevering warmteopslag Het warmteoverschot wordt opgeslagen in de bodem in de bronnen van de warmteopslag. Zoals aangegeven in paragraaf 3.1.5 neemt de temperatuur uit de warmteopslag geleidelijk af door verliezen in de bodem en naar gelang er warmte aan wordt onttrokken. Voor het terugleveren van de warmte moet rekening worden gehouden met het zogenaamde opslagrendement. Belangrijke factor voor het opslagrendement is het verschil tussen de opslagtemperatuur en het minimale temperatuurniveau waarmee de warmte nog nuttig ingezet kan worden, de zogenaamde afkaptemperatuur. Voor een gunstig opslagrendement dient de opslagtemperatuur zo hoog mogelijk te zijn en de


Pag. 52 / 78

afkaptemperatuur zo laag mogelijk. Voor deze haalbaarheidsstudie wordt rekening gehouden (voorlopige aanname) met een afkaptemperatuur van circa 60 °C. Indien de temperatuur uit de warmteopslag zakt onder de 60°C is deze niet direct meer inzetbaar voor warmtelevering. Na definitief ontwerp kan deze temperatuur wellicht nog zakken waardoor het opslagrendement zal toenemen. In figuur 6.6 is het principe van warmtelevering met de warmteopslag weergegeven. In bijlage D is het principe van warmtelevering in meer detail uitgewerkt. warmtelevering aan tuinen

Aanvullende toelichting warmtelevering In figuur 6.7 is het leveren van warmte middels de warmteopslag in meer detail uitgewerkt. In de tekening is de groen getrokken lijn een gemiddelde van alle bedrijven waaraan capaciteitsgarantie (vermogens garantie) is gegeven, zoals daar zijn de ca 30 ha aardwarmte-tuinen. De onderbroken rose lijn is de capaciteitsgarantie die rechtstreeks uit de geothermie bronnen komt. Zolang de lijn “totaal uit HT en geothermie” boven de vraaglijn ligt kan tevens “commodity” geleverd worden aan bestaande WKK tuinen en aan bestaande ketel-tuinen. Met de garantietoewijzing in capaciteit (MWt/ha) dient voorzichtig te worden omgegaan, omdat in mei de HT voorraad “leeg” kan raken.

75 → 58°C Levering HT (Hoog Temperatuuropslag) en Geothermie

warmtenet

Totaal inhoud HT door overschot geothermie en wkk

38°C

77 → 60°C

40°C

energie

HT 'onttrekken'

warmtevraag alle bedrijven (behalve 'bestaand ketelbedrijf')

warmtelevering vanuit geothermie


Figuur 6.6

no ve m be r de ce m be r

be r

se pt em

ok to be r

li

s au gu st u

ni

ju

ei

ju

m

t

ap ril

aa r m

fe br u

ja nu ar i

Warmtelevering aan glastuinbouw

ar i

Totaal uit HT en geothermie

opslagrendement 75%/48%

jaar

Figuur 6.7

Energiehuishouding tuinen


Pag. 53 / 78

Alleen de bedrijven die volledig afhankelijk zijn van warmte uit aardwarmte krijgen dan ook capaciteitsgarantie. De andere bedrijven mogen if-andwhen-available (iawa) de warmte commodity betrekken.

Warmteopslag diep, Zand van Brussel Tabel 6.4 toont de energetische uitgangspunten voor het terugleveren van de opgeslagen warmte uit de diepe warmteopslag. Tabel 6.4

Voor de bestaande ketel-tuinen die mee doen in de business case kan wel een kleine capaciteitsgarantie (ca 0,2 MW/ha) worden gegeven, omdat dan het aantal uren per jaar, dat ze “vollast” het aangepaste gascontract nodig hebben, hetzelfde kan blijven waardoor de toeslag per m³ aardgas voor transport en distributie rekentechnisch gelijk blijft. Uit het geologisch onderzoek blijkt dat twee potentiële aquifers op verschillende dieptes, de Formatie Maassluis en Zand van Brussel, technisch mogelijkheden bieden voor de opslag van warmte. Beide aquifers kennen verschillende bodemeigenschappen welke invloed hebben op de opslag van warmte en het behoud van de kwaliteit van deze warmte in de bodem. In hoofdstuk 4 is de opslag van warmte in de beide formaties gemodelleerd

Diepe warmteopslag in combinatie met geothermie opgeslagen warmte 49.626 MWht opslagrendement (na 5 jaar) 75 % teruglevering warmte uit 37.220 MWht warmteopslag verloop onttrekkingstemperatuur 77 – 60 °C uit warmteopslag gemiddelde 40 °C infiltratietemperatuur in opslag beschikbaar vermogen start 16 MWt onttrekking beschikbaar vermogen eind 9,2 MWt onttrekking Warmteopslag ondiep, Formatie van Maassluis Tabel 6.5 toont de energetische uitgangspunten voor warmtelevering met de ondiepe warmteopslag.

In volgende tabellen zijn de energetische uitgangspunten weergegeven voor het ontladen (warmtelevering) van warmte uit de bronnen van de hoge temperatuur warmteopslag. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen diepe warmteopslag in de Zand van Brussel en ondiepe warmteopslag in de Formatie van Maassluis.


Pag. 54 / 78

Tabel 6.5

Ondiepe warmteopslag in combinatie met geothermie opgeslagen warmte 49.626 MWht opslagrendement (na 5 jaar) 48 % teruglevering warmte uit 23.820 MWht warmteopslag verloop onttrekkingstemperatuur 77 – 60 °C uit warmteopslag gemiddelde 40 °C infiltratietemperatuur in opslag beschikbaar vermogen start 18 MWt onttrekking beschikbaar vermogen eind 10,5 MWt onttrekking Uit bovenstaande tabellen blijkt dat de hoeveelheid terug te leveren warmte uit de opslag aan de aangesloten glastuinbouwbedrijven binnen MEC-V, verschillend is voor de warmteopslag in de Zand van Brussel of in de Formatie van Maassluis. In hoofdstuk 8 worden de diepe en ondiepe variant ook op financieel vlak vergeleken.

6.5

Scenario warmteopslag in combinatie met diepere geothermie Zoals in hoofdstuk 4 is omschreven moet nader onderzoek worden uitgevoerd naar de toepassingsmogelijkheden van diepe geothermie op de projectlocatie. Indien de toepassing van geothermie mogelijk is in de diepere formaties, kan formatiewater

worden onttrokken met een temperatuur van circa 100°C. Het onttrekken van een hogere temperatuur voor geothermie heeft vanuit energetisch oogpunt een positief effect op de gemiddelde opslagtemperatuur in de warmteopslag, omdat de temperaturen van de WKK’s en de geothermie nagenoeg aan elkaar gelijk zijn. In tabel 6.6 zijn de energetische uitgangspunten weergegeven voor de opslag van warmte indien diepere geothermie kan worden toegepast in combinatie met warmteopslag. Tabel 6.6 Warmteoverschot in opslag hoeveelheid warmte in opslag 49.626 gemiddelde infiltratietemperatuur 93 opslag gemiddelde onttrekkingstemperatuur 40 opslag gemiddeld temperatuurverschil 51 tussen bronnen gem. grondwater waterverplaatsing 804.000

MWht °C °C °C m³/jaar

Op basis van de uitgangspunten in tabel 6.6 is het opslagrendement van de warmteopslag bepaald in beide formaties (zie tabel 4.4): warmteopslag diep, 59% na 5 jaar warmteopslag ondiep, 80% na 5 jaar Een mogelijke aanvullende maatregel is het verlagen van de retourtemperatuur naar de bronnen. Indien de gemiddelde retourtemperatuur van 40°C in de opslag ook nog verder zakt naar 35°C, zal het opslag


Pag. 55 / 78

vermogen verder toenemen. Anderzijds wordt minder water opgeslagen wat invloed heeft op het opslagrendement. Hier is verder niet aan gerekend.

Warmteopslag ondiep, Formatie van Maassluis Tabel 6.8 toont de uitgangspunten van de warmteopslag in combinatie met diepere geothermie.

Onderstaande tabellen 6.7 en 6.8 geven kort de belangrijkste energetische uitgangspunten weer voor warmtelevering met de warmteopslag diep en ondiep voor het omschreven scenario met diepe geothermie. Let op! Dit is dus een fictief scenario, de haalbaarheid van diepe geothermie moet nog worden onderzocht.

Tabel 6.8

Warmteopslag diep, Zand van Brussel Tabel 6.7 toont de uitgangspunten van de warmteopslag in combinatie met diepe geothermie. Tabel 6.7

Diepe warmteopslag in combinatie met diepere geothermie opgeslagen warmte 49.626 MWht opslagrendement (na 5 jaar) 80 % teruglevering warmte uit 39.701 MWht warmteopslag verloop onttrekkingstemperatuur 93 – 60 °C uit warmteopslag gemiddelde 40 °C infiltratietemperatuur in opslag beschikbaar vermogen start 18,4 MWt onttrekking beschikbaar vermogen eind 9,2 MWt onttrekking

Ondiepe warmteopslag in combinatie met diepere geothermie opgeslagen warmte 49.626 MWht opslagrendement (na 5 jaar) 59 % 29.279 MWht teruglevering warmte uit warmteopslag verloop onttrekkingstemperatuur 93 – 60 °C uit warmteopslag gemiddelde 40 °C infiltratietemperatuur in opslag beschikbaar vermogen start 18,4 MWt onttrekking beschikbaar vermogen eind 10,5 MWt onttrekking Geconcludeerd wordt dat indien diepere geothermie kan worden toegepast het opslagrendement aanzienlijk toeneemt. Daarnaast zijn door het hogere opslagvermogen minder doubletten benodigd, drie doubletten diep en twee doubletten ondiep. Vanuit energetisch en financieel oogpunt zal dit leiden tot een hogere rentabiliteit van het MEC-V concept en de inpassing van warmteopslag. Het is dus zeker interessant om de mogelijkheden voor diepe geothermie nader te onderzoeken.


Pag. 56 / 78

Tabel 7.1

7

Kostenramingen

In dit hoofdstuk worden achtereenvolgens de investeringen en exploitatiekosten en de kostprijs besproken voor de toepassing van warmteopslag. De weergegeven kosten zijn geraamd aan de hand van de weergegeven kentallen in hoofdstuk 2 en de systeemconcepten zoals omschreven in hoofdstuk 4 en 6. De kosten zijn weergegeven in duizendtallen, exclusief BTW en hebben een onnauwkeurigheid van 20%. Daarnaast zijn op hoofdlijnen ramingen opgesteld voor de componenten (geothermie, warmteopslag, warmtenet en het CO2 net) van het MEC-V concept.

7.1

Investeringen warmteopslag

Investeringen warmteopslag

opslag

opslag

diep 4MWt

ondiep 6MWt

k€

k€

1.200

430

- wisselaars en appendages

86

118

- regeling en bekabeling

47

46

- leidingwerk

39

45

waterbehandeling

10

15

138

65

subtotaal 1 doublet

1.521

719

fiscaal voordeel (EIA 11,2%) totaal per doublet proefboring (eenmalig)

1701.350 200

638 60

5.600

1.974

ondergrondse installatie bovengrondse installatie

onvoorziene kosten (10%)

totaal warmteopslag

Om de investeringen te bepalen voor de warmteopslag zijn kostenramingen opgesteld voor één doublet in de Zanden van Brussel met een opslagcapaciteit van circa 4 MWt en een raming voor één doublet ondiepe warmteopslag in de Formatie van Maassluis met een opslagcapaciteit van 6MWt. In totaal zijn voor de warmteopslag voor MEC-V, 4 doubletten diep en 3 doubletten ondiep benodigd. De investeringen zijn weergegeven in tabel 7.1.

80-

Voor de kostenraming is er van uitgegaan dat geen veiligheidsvoorzieningen benodigd zijn welke gelden voor diepe boringen, bedoeld voor olie en gas winning. Verder zijn de investeringkosten voor de verschillende bodemgerelateerde oplossingen, de bronnen, leidingen, appendages etc. geraamd tot en met de warmtewisselaars in de technische ruimte. De kostenramingen voor de bronnen zijn gebaseerd op basis van afgegeven ramingen van boorbedrijven.


Pag. 57 / 78

Fiscaal voordeel Duurzame componenten zoals, de bronnen maar ook de WKK, komen in aanmerking komen voor de energieinvesteringsaftrek (EIA). Deze regeling houdt in dat van een extra aftrek op de fiscale winst geprofiteerd kan worden. Dit geldt voor investeringen die gedaan worden in voorzieningen die als bedrijfsmiddel zijn opgenomen in de energielijst van de energie-investeringsaftrek. Deze aftrek is 44% en levert dus bij een vennootschapsbelastingpercentage van 25,5% een voordeel op van 11,2%. Dit fiscale voordeel heeft betrekking op de investeringen voor het warmteopslagsysteem. Om in aanmerking te komen voor toekenning van de fiscale regeling dient de investering binnen drie maanden na het aangaan van de verplichting gemeld te worden bij de Belastingdienst. De regeling is niet geschikt voor de non-profit sector, tenzij dit via bijvoorbeeld een leaseconstructie of outsourcing ondervangen wordt. De installatie moet minimaal 5 jaar in bezit blijven van de aanvrager om optimaal te kunnen profiteren van de EIA. In de investeringen is het fiscale voordeel opgenomen. Overige subsidies Voor de verduurzaming van het glastuinbouwgebied kan mogelijk ook beroep worden gedaan op subsidies zoals de MEI-regeling, e.d. Nader onderzoek moet uitwijzen in hoeverre andere subsidies kunnen worden benut voor de ontwikkeling van het duurzame concept.

In deelonderzoek fase 2b zal nader worden ingegaan op de mogelijke subsidieregelingen. Proefboring In de investeringkosten is een extra post opgenomen voor vooronderzoek in de vorm van een proefboring met als doel de technische haalbaarheid te bepalen, zie hoofdstuk 4).

7.2

Exploitatiekosten warmteopslag In tabel 7.2 zijn de jaarlijkse exploitatiekosten weergegeven. De exploitatiekosten zijn geraamd aan de hand van de kentallen weergegeven in hoofdstuk 2. Tabel 7.2

Jaarlijkse exploitatiekosten warmteopslag in combinatie met geothermie

kostenpost

warmteopslag warmteopslag diep 16MWt ondiep 18MWt k€

k€

elektriciteitskosten

104

43

onderhoud en beheer

120

70

totale exploitatiekosten

224

113

Voor de exploitatiekosten is alleen gekeken naar het nuttig product “warmte”.


Pag. 58 / 78

Waterbehandeling Voor de toepassing van hoge temperatuur warmteopslag geldt dat water wordt opgewarmd tot circa 75°C. Deze hoge temperatuur kan vervolgens worden overdragen aan het grondwater om te worden opgeslagen in de bodem. Het opwarmen van het grondwater kan gevolgen hebben voor de chemische samenstelling van het water. Dit kan aanleiding geven tot snelle verstopping van warmtewisselaars, leidingen en putten. Voor het behoud van de warmteopslag kan waterbehandeling worden toegepast. De waterkwaliteit van de Formatie Maassluis en Zand van Brussel is vooralsnog onbekend en dient in een vervolgstadium te worden onderzocht middels een proefboring. De jaarlijkse kosten ten behoeve van waterbehandeling zijn in deze fase van het onderzoek moeilijk in te schatten en dienen nader te worden onderzocht.

7.3

Kostprijs exploitatie warmteopslag De resultaten uit de tabellen 7.1 en 7.2 zijn omgerekend naar de kosten per m³ aardgas equivalenten (m³.a.e.) geleverde warmte. Tabel 7.3 toont de kostprijs voor de exploitatie van de warmteopslag gedurende 20 jaar met een disconteringsvoet van 6%. Hierbij is geen rekening gehouden met inflatie en veranderende energieprijzen. Bij de kostprijs zijn verder geen kosten voor transport en energiebelasting noodzakelijk.

Tabel 7.3

Kostprijs warmteopslag in combinatie met geothermie

kostprijs warmteopslag

warmteopslag

warmteopslag

diep 16MW

ondiep 18MW

[€/m³a.e.]

[€/m³a.e.]

0,18

0,11

Uit tabel 7.3 blijkt dat de exploitatie van de ondiepe warmteopslag in de Formatie van Maassluis vanuit financieel oogpunt interessanter is dan de exploitatie van de diepe warmteopslag in het Zand van Brussel. De lage investeringen van de ondiepe warmteopslag compenseren de hogere energieverliezen. Wanneer gerekend wordt met een groenfinanciering, disconteringsvoet van 5% en een looptijd van 25 jaar, neemt de kostprijs met circa 10 tot 15% af. Kostprijs warmteopslag in combinatie met diepere geothermie Een extra scenario binnen dit onderzoek betreft de toepassing van warmteopslag in combinatie met diepere geothermie (3.000 m-mv), zie paragraaf 4.2. Zoals uit de modellering blijkt, heeft de toename van de temperatuur in het warmtenet en in de warmteopslag een positief effect op het opslagrendement van de diepe en ondiepe warmteopslag. Uitgaande van een scenario waarbij diepere geothermie kan worden toegepast, is eveneens de kostprijs bepaald voor de exploitatie van de warmteopslag. In volgende tabel is de berekende


Pag. 59 / 78

kostprijs weergegeven voor de combinatie diepere geothermie met warmteopslag diep/ondiep. Tabel 7.4

Kostprijs warmteopslag in combinatie met diepere geothermie

kostprijs warmteopslag

warmteopslag

warmteopslag

diep 18MW

ondiep 18MW

[€/m³a.e.]

[€/m³a.e.]

0,13

0,06

Indien diepe geothermie kan worden toegepast in combinatie met warmteopslag resulteert dit in een reductie van de kostprijs voor warmtelevering middels de warmteopslag met 50 tot 75%. Wanneer gerekend wordt met een groenfinanciering, disconteringsvoet van 5% en een looptijd van 25 jaar, neemt de kostprijs met circa 15 tot 20%af.

MEC-V in combinatie met geothermie In tabel 7.5 zijn de investeringen weergegeven voor de hoofdcomponenten MEC-V. In totaal worden twee geothermische doubletten gerealiseerd tot een diepte van circa 2.400 m-mv. Voor de warmteopslag diep zijn 4 doubletten benodigd en voor ondiepe warmteopslag 3 doubletten. Tabel 7.5

Globale investeringsraming MEC-V in combinatie met geothermie

kostenpost

warmteopslag geothermie warmtenet CO2 net regelingen

7.4

Investeringen MEC-V Om ordegrote inzicht te krijgen in de investeringen en exploitatiekosten van het totale concept MEC-V, zijn op hoofdlijnen ramingen opgesteld voor de geothermische installatie, het warmte- en CO2 –net en de kosten voor de warmteopslag. De kosten voor de omzettingsinstallaties van de verschillende glastuinbouwbedrijven zijn buiten beschouwing gelaten.

MEC-V diepe HT k€ 6.300 18.000 6.300

MEC-V ondiepe HT k€ 2.200 18.000 6.300

3.800

3.800

600

600

vooronderzoek

2.800

2.800

totaal MEC-V

37.800

33.700

Uit bovenstaande tabel blijkt dat de investeringen voor de componenten van het MEC-V concept circa 10% lager uitvallen voor het concept met de ondiepe warmteopslag. De investeringen voor de overige componenten zijn gelijk aan elkaar. In bijlage E zijn de investeringskosten voor de geothermie in meer detail weergegeven. Opgemerkt dient te worden dat de in tabel 7.4 weergegeven investeringen een inschatting zijn. In de raming zijn


Pag. 60 / 78

nog geen engineeringkosten opgenomen voor warmteopslag en geothermie. De investeringen voor het warmte en CO2 netwerk zijn gebaseerd op ramingen van V&SH. De investeringsraming geeft een indicatie van het investeringsniveau van het MEC-V concept. In het onderzoek MEC-V fase 2b wordt dit onderdeel nader uitwerkt. Verder is voor deze richtinggevende raming geen rekening gehouden met de fiscale- en subsidieregelingen. In fase 2b zal hier nader op worden ingegaan. Onderstaand is een overzicht opgenomen van de mogelijke subsidies en regelingen. Unieke kansen regeling (UKR), Senter Novem; groenfinanciering (lagere disconteringsvoet en langere exploitatie); Marktintroductie energie-innovaties (MEI), ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit (LNV); Subsidieregeling LNV voor energienetwerken, warmte en CO2; Schitterend Nederland FES-subsidie; Fiscaal voordeel, energie investeringsaftrek (EIA); Subsidieregelingen Provincie Zuid-Holland. Met behulp van alle bovengenoemde subsidies is het naar verwachting mogelijk om circa 40% van de investeringen te dekken. Nader onderzoek is noodzakelijk.

MEC-V in combinatie met diepere geothermie Indien diepere geothermie (3.000 m-mv) op de locatie kan worden toegepast zal dit leiden tot een aanzienlijke reductie op de totale investeringen voor de geothermische installatie, omdat slecht één doublet hoeft te worden gerealiseerd in plaats van twee. De investeringen voor de diepe geothermie zijn hoger omdat er dieper geboord dient te worden. In tabel 7.6 zijn de investeringen weergegeven voor het MEC-V concept waarbij diepe geothermie wordt toegepast in combinatie met de varianten warmteopslag. Tabel 7.6

Globale investeringsraming MEC-V in combinatie met diepere geothermie

kostenpost

warmteopslag geothermie warmtenet CO2 net regelingen

MEC-V diepe HT

MEC-V ondiepe HT

k€ 4.700

k€ 1.500

10.400 6.300

10.400 6.300

3.800

3.800

600

600

vooronderzoek

2.800

2.800

totaal MEC-V

28.600

25.400

Uit tabel 7.6 blijkt dat indien diepe geothermie kan worden toegepast dit zal leiden tot een aanzienlijke reductie op de investeringen van het MEC-V concept. In het overzicht is geen rekening gehouden met eventuele kostenreductie van het warmtenet. Naar verwachting


Pag. 61 / 78

zullen de investeringen voor het warmtenet ook reduceren, omdat het leidingwerk kleiner kan worden gedimensioneerd vanwege andere temperatuurtrajecten en een hoger vermogen per m³/h.

7.5

Tabel 7.7

Jaarlijkse exploitatiekosten MEC-V in combinatie met geothermie

kostenpost

MEC-V

MEC-V

diepe HT

ondiepe HT

k€

k€

elektriciteitskosten

Exploitatiekosten MEC-V

-warmteopslag

104

43

Naast de investeringen zijn tevens de jaarlijkse exploitatiekosten geraamd. Hierbij is eveneens alleen gekeken naar de warmteopslag, de geothermische installatie, het warmtenet en het CO2 net. Met behulp van directe warmtelevering met geothermie in combinatie met warmteopslag, wordt warmte geleverd aan de glastuinbouw volgens het systeemconcept, zoals omschreven is in hoofdstuk 6.

-geothermie

356

356

-distributie

149

136

-warmteopslag

120

70

-geothermie

240

240

-warmte- en CO2 net

100

100

10

10

1.079

955

MEC-V in combinatie met geothermie De geraamde exploitatiekosten zijn indicatief en weergegeven in tabel 7.7.

Voor het bepalen van de kosten voor onderhoud is gerekend met percentages van de investeringen van hoofdcomponenten van het MEC-V concept. De gehanteerde percentages zijn weergegeven in tabel 2.5. De kosten voor elektriciteitsverbruik zijn geraamd aan de hand van de systeemrendementen zoals weergegeven in tabel 2.4.

onderhoud en beheer

-regelingen totale exploitatiekosten

Voor de exploitatiekosten is alleen gekeken naar het nuttig product ‘warmte’ en de teruglevering van elektriciteit.


Pag. 62 / 78

In tabel 7.6 is geen rekening gehouden met inkomsten uit bijvoorbeeld vastrecht warmtelevering en CO2levering aan de geprognosticeerde tuinen. Indien het aantal tuinen toeneemt zal dit tevens een positief effect hebben op de inkomsten en de financiële haalbaarheid van het concept. MEC-V in combinatie met diepere geothermie De geraamde exploitatiekosten voor MEC-V in combinatie met diepere geothermie zijn indicatief en weergegeven in tabel 7.8. Tabel 7.8

Exploitatiekosten MEC-V in combinatie met diepere geothermie

kostenpost

MEC-V

MEC-V

diepe HT

ondiepe HT

k€

k€

70

29

-geothermie

356

356

-distributie

151

141

elektriciteitskosten -warmteopslag

onderhoud en beheer -warmteopslag

80

50

-geothermie

140

140

-warmte- en CO2 net

100

100

-regelingen totale exploitatiekosten

10

10

907

826


Pag. 63 / 78

8

8.1

Conclusies en vervolgtraject Conclusies

In dit onderzoek is de haalbaarheid voor de toepassing van warmteopslag onderzocht. Onderstaand worden de onderzoeksresultaten besproken voor de toepassing van ondiepe en diepe warmteopslag. Warmteopslag ondiep Voor de toepassing van warmteopslag in ondiepere formaties lijkt de Formatie van Maassluis het meest geschikt. Van de permeabiliteit en de waterkwaliteit in de Formatie van Maassluis zijn in de omgeving van Vierpolders weinig gegevens beschikbaar. Slechts een beperkt aantal grond(water)boringen zijn diep genoeg of van voldoende kwaliteit om een permeabiliteit te kunnen bepalen. Bovendien liggen deze boringen op ruim 10 kilometer afstand van de projectlocatie. Deze aspecten zijn belangrijk om het technisch en energetische functioneren van de warmteopslag nader te specificeren. Geadviseerd wordt een proefboring uit te voeren indien gekozen wordt voor warmteopslag in de Formatie van Maassluis.

Op basis van de beschikbare informatie wordt vooralsnog ingeschat dat warmteopslag met een maximaal debiet van 450 m³/h, circa 18 MWt, technisch op de locatie Vierpolders kan worden toegepast in de Formatie Maassluis met drie doubletten. De benodigde diepte van de bronnen bedraagt circa 215 m-mv. Bij voorkeur moeten de warme bronnen dicht bij elkaar worden geplaatst om warmteverliezen in de bodem te reduceren. De onderlinge afstand tussen de warme bronnen bedraagt circa 30m. De afstand tot de koudere infiltratie bronnen bedraagt circa 140 tot 160m. Op basis van modelberekeningen is bepaald dat het opslagrendement voor de toepassing van warmteopslag in de Formatie Maassluis en bij het beoogde systeemconcept circa 48% bedraagt. Indien de beoogde warmteopslag kan worden gecombineerd met diepere geothermie zal het opslagrendement van de warmteopslag in de Formatie Maassluis toenemen tot circa 59%. De totale investering voor de warmteopslag bedragen k€ 1.974 (exclusief BTW, inclusief fiscaal voordeel), uitgaande van 3 doubletten in de Formatie Maassluis. Op basis van de hoeveelheid te leveren warmte met de opslag en de investeringen, is de kostprijs van de ondiepe warmteopslag bepaald op circa 0,11 €/m³ a.e. (disconteringsvoet 6% en afschrijving 20 jaar). Wanneer de ondiepe warmteopslag kan worden gecombineerd met diepere geothermie zal de kostprijs van de hoge temperatuur warmteopslag reduceren met circa 50%.


Pag. 64 / 78

Uit de kostprijs berekeningen voor de diepe en ondiepe varianten warmteopslag op de projectlocatie, blijkt dat de variant met ondiepe warmteopslag financieel gezien interessanter is. De kostprijs voor ondiepe warmteopslag ligt circa 60% lager. Vanuit financieel oogpunt is de toepassing van ondiepe warmteopslag interessanter dan de toepassing van diepe warmteopslag. De toepassing van warmteopslag in de Formatie van Maassluis is vergunningplichtig in het kader van de Grondwaterwet. Het concept van warmteopslag, opslag van temperaturen van gemiddeld 75°C, conflicteert met de voorschriften in de Grondwaterwet. De provincie Zuid-Holland heeft echter in Grondwaterplan 2007 2013 ruimte gelaten voor pilot-projecten voor hoge temperatuur warmteopslag. Geadviseerd wordt om in overleg met de provincie Zuid-Holland de mogelijkheden voor warmteopslag in de Formatie Maassluis te onderzoeken. Warmteopslag diep Voor de toepassing van diepe warmteopslag lijkt de formatie Het Zand van Brussel geschikt. Het nadeel van de formatie van Brussel is dat weinig exacte gegevens over de permeabiliteit en waterkwaliteit bekend zijn. Deze aspecten zijn belangrijk om het technisch en energetische functioneren van de warmteopslag nader te specificeren. Als gekozen wordt voor warmteopslag in het Zand van Brussel Laagpakket wordt geadviseerd een proefboring uit te voeren.

Op basis van de beschikbare gegevens wordt ingeschat dat warmteopslag met een maximaal debiet van 400 m³/h, circa 16 MWt, technisch op de locatie Vierpolders kan worden toegepast in de Formatie Zand van Brussel met vier doubletten. De benodigde diepte van de bronnen bedraagt circa 760 m-mv. De onderlinge afstand tussen de warme bronnen bedraagt circa 30m. De afstand tot de koudere infiltratie bronnen bedraagt circa 140 tot 160 m. Het opslagrendement voor de toepassing van warmteopslag in de Formatie Zand van Brussel en bij het beoogde systeemconcept bedraagt circa 75%. Wanneer de diepe warmteopslag kan worden gecombineerd met diepere geothermie zal het opslagrendement toenemen tot circa 80%. De totale investering voor de warmteopslag in het Zand van Brussel bedraagt k€ 5.601 (exclusief BTW, inclusief fiscaal voordeel), uitgaande van 4 doubletten. De kostprijs van de diepe warmteopslag is bepaald op circa 0,18 €/m³ a.e. (disconteringsvoet 6% en looptijd 20 jaar) en is hiermee duurder dan de toepassing van warmteopslag in de Formatie Maassluis. Als de diepe warmteopslag kan worden gecombineerd met diepere geothermie zal de kostprijs voor warmteopslag met circa 30% afnemen. De toepassing van warmteopslag in de Formatie Zand van Brussel is vergunningplichtig in het kader van de Mijnbouwwet. Het aanvragen van deze vergunning bestaat uit twee stappen. In eerste instantie dient een Opsporingsvergunning te worden aangevraagd bij het


Pag. 65 / 78

Ministerie van Economische Zaken. Indien blijkt dat de warmte economisch winbaar is kan vervolgens een Winningvergunning worden aangevraagd.

-

Vervolgtraject

8.2

Indien op basis van de resultaten van voorliggend onderzoek (fase 2a) en de andere fasen van het onderzoek naar verduurzaming van het glastuinbouwgebied Vierpolders met behulp van het MEC-V –concept, wordt besloten om warmteopslag toe te passen, is onderstaand een mogelijk stappenplan geschetst. In dit stappenplan zijn de belangrijkst te nemen stappen weergegeven om de onzekerheden volgend uit dit onderzoek inzichtelijk te maken en zodoende een onderbouwde keuze te kunnen maken (Go/NoGo beslissing) voor de ontwikkeling van de warmteopslag: -

Aanvullend onderzoek naar de juridische mogelijkheden van de warmteopslag varianten. De ondiepe variant warmteopslag is vanuit financieel oogpunt de meest interessante oplossing voor de toepassing van warmteopslag voor het MEC-V concept. Voor de ondiepe variant moeten de juridische mogelijkheden, bijvoorbeeld in de vorm van een pilot-project, in overleg met de Provincie worden besproken. Indien wordt gekozen voor de diepe variant warmteopslag dient een vergunning te worden aangevraagd in het kader van de Mijnbouwwet.;

-

-

-

-

Op basis van verkregen resultaten uit de verschillende onderzoeksfasen MEC-V en aan de hand van de resultaten van het overleg met Provincie, kan een keuze worden gemaakt voor de voorlopig meest interessante en haalbare diepte voor de toepassing van warmteopslag; het uitvoeren van een vooronderzoek naar de bodem en grondwaterkwaliteit van de gekozen formatie Maassluis of Zand van Brussel. Daarnaast dient aanvullend onderzoek te worden uitgevoerd naar de invloed van de hoge opslagtemperaturen op de biologie in bodem op; Het uitvoeren van aanvullend onderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van diepere geothermie, zie paragraaf 3.2.2. Indien diepe geothermie kan worden toegepast heeft een positief effect op de financiële haalbaarheid van het MEC-V concept; Verificatie en/of mogelijk herzien van het energieconcept en financiële analyse van de warmteopslag naar aanleiding van resultaten van het vooronderzoek en de resultaten uit het onderzoek naar diepe geothermie; Go/No Go beslissing warmteopslag; Aanvang ontwerp en vergunningaanvraag warmteopslag.


Pag. 66 / 78

9

Bijlagen A. B.

Leidingtracé MEC-V en berekeningen Schematische weergave warmte laden WKKtuinen C. Schematische weergave warmte laden aardwarmte-tuinen D. Schematische weergave warmtelevering met warmteopslag E. Kostenraming geothermie


Pag. 67 / 78

Bijlage A: Leidingtracé en berekeningen


Pag. 68 / 78

Leidingtracé MEC-V Voeding CO2

Legenda: Potentie warmteleidingen voor aardwarmtebedrijven Vierpolders 14 mei 2009 (MEC V)

4

Nr P is mogelijke lokatie pompopstelling (verzamelpunt bronnen en opslag) Nr 1 is 4,0 ha (potentiële uitbreiding op areaal van al gevestigde tuinder) Nr 2 is 9,0 ha (potentie in Land van Piek Nr 3 is 7,0 ha (potentie in Land van Piek) Nr 4 is 10,2 ha (5,0 ha bestaand en 5,2 ha uitbreiding potentie kweekbedrijf)

3

Warmteleiding (aan en afvoer) in netontwerp 2

1

Warmteleiding (aan en afvoer) optie naar WKK

P


Pag. 69 / 78


Pag. 70 / 78

Bijlage B: Schematische weergave warmte laden WKK-tuinen


Pag. 71 / 78

Buffer Buffer

Buffer aardwarmte‐tuinen

WKK‐tuinen

WKK WKK‐tuinen

WKK

W.A.S W.A.S

W.A.S

W.A.S W.A.S

WKK‐tuinen

Schematisatie MEC-V Warmte laden warmteoverschot WKK: ‐ aardwarmte-tuinen worden voorzien van warmte uit buffers; ‐ ketel-tuinen draaien zelfstandig; ‐ Restwarmte uit WKK-tuinen wordt geladen.

Buffer W.A.S aardwarmte‐tuinen

W.A.S

Warmteopslag Geothermie

W.A.S

W.A.S

W.A.S

Buffer

aardwarmte‐tuinen

ketel‐tuinen

ketel

Buffer WKK

WKK‐tuinen


Pag. 72 / 78

Bijlage C: Schematische weergave warmte laden aardwarmte-tuinen


Pag. 73 / 78

Buffer Buffer


WKK‐tuinen

WKK WKK‐tuinen

WKK

W.A.S W.A.S

W.A.S

W.A.S W.A.S

WKK‐tuinen Schematisatie MEC-V Warmte laden warmteoverschot aardwarmte: WKK-tuinen worden voorzien van warmte uit buffers; Ketel-tuinen krijgen warmte uit warmtenet.

Buffer W.A.S

aardwarmte‐tuinen

W.A.S

Warmteopslag

Geothermie

W.A.S

W.A.S

W.A.S


ketel‐tuinen

ketel

Buffer WKK

WKK‐tuinen MEC-V, sustainable and future-proof

Pag. 74 / 78

Bijlage D: Schematische weergave warmtelevering met warmteopslag


Pag. 75 / 78

Buffer Buffer


WKK‐tuinen

WKK WKK‐tuinen

WKK

W.A.S W.A.S

W.A.S

W.A.S W.A.S

WKK‐tuinen Schematisatie MEC-V Warmtelevering uit warmteopslag (winter)

Buffer W.A.S

aardwarmte‐tuinen

W.A.S

Warmteopslag

Geothermie

W.A.S

W.A.S

W.A.S


ketel‐tuinen

ketel

Buffer WKK

WKK‐tuinen MEC-V, sustainable and future-proof

Pag. 76 / 78

Bijlage E: Kostenraming geothermie


Pag. 77 / 78

Kostenraming doublet geothermie, diepte ca. 2.400 m-mv

Outstep producer 0 km Outstep injector 1.8 km Last Liner 7" Estimated Flow Capacity 150 m3/hr Meters drilled injector + producer 5250 Cost x 10^3 € Preparations 300 Install top casings for producer and injector 140 Install deep casings in producer 1.236 Install deep casings in injector 1.388 Drill DS sand intervals in producer 334 Drill DS sand intervals in injector 368 Commission well 250 Materials 1.965 Additional Services 1.430 Engineering, supervision, insurances, margin 714 Miscellaneous & unforeseen 812 Total 10^3 Euro 8.937 Project execution time 178 Per Euro/m 1,702


Pag. 78 / 78

MEC-V. Haalbaarheidsonderzoek warmteopslag glastuinbouw Vierpolders, MEC-V fase 2a

Recommend Documents