Meerjaren Speurwerkprogramma Voortgangsrapportage 2013 VP Energiebronnen in Transitie Thema Energie

Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht

TNO-rapport

www.tno.nl

TNO 2014 R10360

Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014 Voortgangsrapportage 2013 VP Energiebronnen in Transitie Thema Energie

Datum

3 maart 2014

Auteur(s)

Dr. J.H. Brouwer Dr. Ir. C.B.M. te Stroet

Aantal pagina's

33 (incl. bijlagen)

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. © 2014 TNO

T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75

TNO-rapport | TNO 2014 R10360

2 / 33


3 / 33

Inhoudsopgave 1 1.1 1.2 1.3

Inleiding .................................................................................................................... 5 Achtergrond ............................................................................................................... 5 Opbouw en doel van het programma ........................................................................ 5 Relatie met de Topsector Energie ............................................................................. 7

2 2.1 2.2 2.3 2.4

VP Deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” ................................... 9 Historie, aansluiting topsector Energie ...................................................................... 9 Hoofdlijnen deelprogramma 2013 (ondergebracht in “Upstream Gas” van het TKI Gas) ............................................. 10 Cooperation ............................................................................................................. 10 Results 2013 ............................................................................................................ 12

3 3.1 3.2 3.3 3.4

VP Deelprogramma “Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2-reductie”23 Historie, aansluiting beleid ....................................................................................... 23 Hoofdlijnen deelprogramma 2013 ........................................................................... 23 Samenwerking ......................................................................................................... 25 Resultaten 2013....................................................................................................... 26

5

Ondertekening ....................................................................................................... 33


4 / 33


1

Inleiding Energie is één van de onderwerpen waarop TNO impact wil bereiken. De ambitie daarbij is door excellente kennis innovaties te realiseren die bijdragen aan een leveringszekere, duurzame en economisch rendabele energievoorziening. TNO is hierbij zowel actief op het gebied van duurzame energiesystemen als op het gebied van fossiele energievoorziening. Het Vraaggestuurd Programma Energiebronnen in Transitie (VP EIT) richt zich op de fossiele energievoorziening.

1.1

Achtergrond Diverse grote scenariostudies van o.a. IEA, Clingendael, ECN, Shell en BP laten consistent zien dat er in de nabije toekomst over de hele wereld grote veranderingen in de fossiele energievoorziening zullen optreden. Alle scenario’s gaan uit van een groei van de wereldbevolking en een groei van het mondiale Bruto Nationaal Product (BNP). De energie-intensiteit (het energieverbruik per eenheid BNP) neemt af als gevolg van de toenemende energiezuinigheid van installaties en apparatuur. Hiervoor zijn nog wel technologische doorbraken nodig. De groei van de energievraag in Europa en de VS zal afvlakken, maar in zich ontwikkelende landen en het Midden-Oosten nog aanzienlijk toenemen. Gemiddeld gaan de modellen ten aanzien van wereldenergieverbruik uit van een groei van 1,2% per jaar van 2005-2030 (totaal 22% tot 2030). De “low cost oil” raakt op waardoor duurdere, technologisch en milieutechnisch uitdagender velden moeten worden ontwikkeld (deep sea, unconventionals) om aan de toenemende energievraag te kunnen voldoen. Samen met de klimaatproblematiek vormt dit een sterke stimulans voor het gebruik van alternatieve, hernieuwbare energiebronnen en vergroting van het aandeel gas in de energiemix. Niettemin is er consensus over de prognose dat mondiaal het aandeel van deze hernieuwbare energiebronnen in de energiemix in de komende decennia beperkt zal blijven. Fossiele energie levert de komende decennia het grootste aandeel in de energiemix. Gas levert binnen de fossiele energie een belangrijke, relatief schone, transitiebrandstof.

1.2

Opbouw en doel van het programma Binnen het vraaggestuurd programma “Energiebronnen in Transitie” worden oplossingsrichtingen en nieuwe technologieën ontwikkeld om de transitie naar een energievoorziening uit hernieuwbare energiebronnen en gas als transitiebrandstof op een zo duurzaam en efficiënt mogelijke manier vorm te geven. Anders gezegd: Hoe kan ook in de toekomst aan de groeiende energievraag worden voldaan en op welke manieren kan, tijdens de transitieperiode naar 100% hernieuwbare energiebronnen, de huidige energievoorziening op meest effectieve wijze en zo mogelijk milieuvriendelijke manier worden gewonnen en geconsumeerd.

5 / 33


Het vraaggestuurdprogramma “Energiebronnen in Transitie” richt zich op twee deelprogramma’s: I. Leveringszekerheid Gasproductie ( ondergebracht in het innovatiecontract “Upstream Gas”, van de Topsector Energie, TKI Gas; zie hoofdstuk 2). Hierin is het optimaal uitputten van met name gasvelden het belangrijk element in het streven de nationale gasproductie de komende decennia op peil te houden (zgn. 30-30 doelstelling: stabiele productie van 30 miljard m3 / jaar uit de kleine velden tot 2030). Door dit te realiseren kan Nederland:  Zo lang mogelijk zelfsturend blijven qua gasvoorziening; Nederland heeft 1 2 de ambitie om de Gasrotonde van NW Europa te worden . De overheid heeft een rol als grote belanghebbende van inkomsten uit gas, als direct verantwoordelijke voor de ‘security of supply’. Nederland is bij uitstek in de positie om deze rol te spelen vanwege een aantal concurrentievoordelen, waaronder de aanwezigheid van een gastransportnetwerk van hoge kwaliteit, de ligging aan zee die gunstig is voor het aanleveren van LNG, de goede mogelijkheden om ondergrondse gasopslag te ontwikkelen en de aanwezigheid van kennis en ervaring bij Gasunie, GasTerra, EBN, NAM, NOGEPA, Energy Delta Instituut, KEMA, ECN, Clingendael en TNO.  Een unieke kennispositie opbouwen voor de operators van Nederlandse gasvelden.Aangezien Nederland als (één van de) eerste landen te maken heeft met gasvelden aan het eind van hun levenscyclus met de daarbij behorende fenomenen. Deze operators verkrijgen unieke kennis over hoe typische ‘end-of-field-life’ productieproblemen tegen te gaan en het maximale rendement uit een veld te halen dat aan het eind van de levensduur produceert. Deze kennis kan vervolgens internationaal geëxporteerd worden.  Voldoende (belasting-)inkomsten genereren uit nationale fossiele reserves om: o Energietransitie naar hernieuwbare energie financieel te ondersteunen; o Pilots m.b.t. nieuwe CO2 opslag- en gebruikinitiatieven te ondersteunen (waaronder Enhanced Gas Recovery, d.w.z. meer gas produceren door injectie (en gelijktijdige opslag) van CO2) en de afgesproken emissiedoelstellingen te halen. II. Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2 reductie. Het realiseren van CO2-reductie door (grootschalige) toepassingen van CO2 opslag en geothermie. Geothermie betreft de exploratie en benutting van het ondergronds geothermisch potentieel en uitbreiding van het publieke kennisinstrumentarium, en de opwekking van elektriciteit (ultra-diepe geothermie) uit aardwarmte. De potentiële bijdrage van geothermie is ca. 5% van het duurzame energiepotentieel in 2020 en kan oplopen tot 10-15 % in 2050. CO2-emissiereductie betreft de afvang van CO2 uit rookgassen en het gebruik van de diepe ondergrond voor opslag, inclusief de evaluatie en monitoring van de gevolgen daarvan (Carbon Capture and Storage ofwel CCS). Volgens het Kyoto protocol dient Nederland (en Europa) tussen 2008 en 2012 de uitstoot van CO2 met 8 % te verminderen. De Nederlandse 1 2

De brief “Visie op de gasmarkt” van maart 2006, Tweede Kamerstuk 29023-22 Energierapport 2008, Tweede Kamerstuk 31510-1

6 / 33


regering gaat uit van een CO2 emissiereductie van 20 % (t.o.v. 1990) in 2020. CCS kan na 2020 in Nederland naar schatting 15-20 Mton/jaar aan CO2 reductie bijdragen en is als mitigerende maatregel noodzakelijk om de nationale doelstellingen te halen (naast besparing en meer hernieuwbare energie). Het VP Energiesystemen in Transitie is uitgevoerd in de vorm van een 14-tal deelprojecten. Zeven hiervan vallen onder het deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie”, drie onder het thema “Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2-reductie”. Vier projecten vallen onder beide deelprogramma’s. Gedurende de uitvoering zijn deze 14 projecten tweemaal tussentijds beoordeeld (juni en oktober 2013). De behaalde resultaten in 2013 van de twee deelprogramma’s worden gepresenteerd in de hoofdstukken 2 (Leveringszekerheid Gasproductie) en 3 (Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2 reductie).

1.3

Relatie met de Topsector Energie Het VP EIT levert een substantiële bijdrage aan de realisatie van het innovatiecontract Gas binnen de topsector Energie. De kennisontwikkelingsactiviteiten van het deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” vallen volledig onder de hoofdlijn Upstream Gas van het innovatiecontract en zijn als zodanig meegenomen in de najaarsrapportage aan het topteam Energie. CCS is in de loop van 2013 aangemerkt als hoofdlijn onder de topsector Energie (TKI-Gas) maar wordt hier nog los van deze hoofdlijn gerapporteerd. Op dit moment is Geothermie nog niet opgenomen onder één van de topsectoren. Geothermie zou als onderdeel binnen het TKI Gas of Energiebesparing Gebouwde Omgeving kunnen worden opgenomen. Totdat dit wordt geëffectueerd, voert het ministerie van EZ de regie over dit programma middels een separaat Programma van Eisen (zie programma van Eisen thema Energie EL&I/ETM/ED, dr. Ir. J.P.L. Vermeulen, 11 juli 2012). Met het ministerie van EZ is ten aanzien van de uitvoering van het VPEIT 2013 op 10 juni 2013 tussentijds overleg gevoerd.

7 / 33


8 / 33


9 / 33

2

VP Deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie”

2.1

Historie, aansluiting topsector Energie In het Deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” werd in het verleden onderscheid gemaakt naar de oplossingsrichtingen “Innovatief reservoir management en productie-optimalisatie” en “Nederland Gasrotonde”. Met het volledig onderbrengen van dit deelprogramma onder het TKI Gas is de onderverdeling in oplossingsrichtingen losgelaten en wordt aangesloten bij de bestaande onderzoekslijnen onder deze TKI. Het TKI Gas bestaat uit vijf samenhangende hoofdlijnen:     

Systeemfunctie van Gas; Upstream Gas; Groen Gas; Small Scale LNG; Gasvoorziening: Acceptatie in de Samenleving (G-A-S).

De eerste vier hoofdlijnen houden zich direct bezig met de uitdagingen samenhangend met de gastransitie en hebben een belangrijke technologische component. In het doorsnijdende thema “Gasvoorziening: Acceptatie in de Samenleving” wordt veel meer op systeemniveau gewerkt aan het creëren van het maatschappelijk fundament voor de vier overige programma’s. Het deelprogramma is in 2012 ondergebracht in het TKI Gas onder de hoofdlijnen “Upstream Gas” en “Small Scale LNG”. In de hoofdlijn “Upstream Gas” acteren alle 13 olie- en gasoperators die actief zijn in Nederland, de toeleverende industrie en kennispartijen. In de hoofdlijn “Small Scale LNG” acteren alle betrokken stakeholders inclusief regelgevende overheid en onderzoeksinstanties omdat het een nieuw speelveld betreft. 3

De inhoudelijke beschrijving van het op basis van SMO -middelen gefinancierde onderzoek binnen het deelprogramma is conform de beschrijving in het hoofdlijndocument “Upstream Gas” (Topteam Energie, Innovatiecontract Gas, januari 2012) omdat hier alle projecten in zijn ondergebracht (op een klein stuk LNG na in het project Gas Transport en Storage); zie voor projectbeschrijvingen/verslagen paragraaf 2.4. De voertaal van de bij “Upstream Gas” aangesloten operators is Engels. Er is daarom voor gekozen deze (Engelse) tekst uit “Upstream Gas” zoveel mogelijk integraal over te nemen in dit document en de verslaglegging van de projecten ook in het Engels op te nemen.

3

SMO: SamenwerkingsMiddelen Onderzoek: TNO kennisinvesteringsmiddelen van de overheid


2.2

Hoofdlijnen deelprogramma 2013 (ondergebracht in “Upstream Gas” van het TKI Gas) The “Upstream Gas” program is organized along three asset categories and six thematic categories in a program matrix (Fig. 1). The asset categories serve as program lines. Per asset category, a description is provided of its potential and the bottlenecks to achieve that potential, not only technological gaps but also socioeconomic aspects. Mature fields, aiming at extending the lifetime of the field and developing alternative use of depleted reservoirs; New fields, aiming at developing improved exploration techniques and finding new sweet spots in underexplored regions of the Dutch subsurface; Tough Gas & Stranded Fields, aiming to develop new gas from unconventional reservoirs such as shale plays, coal-bed methane, and gas from tight reservoirs, as well as gas from stranded fields.

Figure 1: Upstream Gas program matrix (in columns the asset categories; in rows the thematic categories are given).

2.3

Cooperation

2.3.1

Exisiting Innovation Activities Innovation initiatives with Dutch operators & service suppliers are currently carried out in both bilateral projects and in Joint Industry Programs (JIP’s), These projects are related to e.g.: Exploring opportunities to develop shallow gas reserves for the Dutch offshore; Improving the geological framework to enhance the predictability of production from the carboniferous; Developing techniques to delay liquid loading in mature gas production; Predicting and preventing salt precipitation; Real-time monitoring and optimization; Cost reduction of infrastructure and operations by remote operation;

10 / 33


-

2.3.2

Innovative sensor development to monitor the process of enhanced production; Stimulation techniques for enhanced gas production (EGR) with CO 2 or N2 injection; Well integrity management.

Existing national collaboration In the area of upstream gas production, collaboration agreements on R&D and innovation are developed with TNO and TU Delft as knowledge partners e.g.: JIP Liquid Loading (275 kEUR, 5 partners): techniques to delay liquid loading; 4 Cofin project Chemical sensor (1.2 M EUR): development of sensor for production optimization; Cofin project Well integrity (250 kEUR): development of a inspection tool for well integrity; CATO-2 (60 M EUR, 35 partners, 2009-2013): national program on CO2 Capture, transport and storage; ISAPP-1 & ISAPP-2/recovery factory (25 M EUR, 5 partners, 2005-2014): technology for smart fields, production optimization and reservoir management. The above mentioned activities nicely fit within the program lines and program themes of the Upstream Gas program. Where applicable, they have been continued under the Upstream Gas innovation contract.

2.3.3

International collaboration The upstream gas innovation program is inspired by similar R&D programs on upstream oil and gas around the world, in particular the OG21 (www.og21.org) development in Norway, the national technology strategy of Norway for the 21th century initiated national strategic R&D programs such as PETROMAKS (R&D) and DEMO 2000 (pilots and demonstrations). Norway has issued in 2010 a strategic R&D plan to invest in technology for upstream oil and gas, in order to increase the reserves and production levels while increasing the energy efficiency and reduce the emissions by implementing new technologies. Furthermore value creation by export of technology is envisaged. In a European context, the Upstream gas program would like to contribute to the IEA Collaborative Platform for Oil and Gas Technologies which has been established in 2010 with the objective to provide IEA Member country governments with strategic insight into the nature of technological progress in the oil and gas sector. It will do so through strengthened global dialogue and collaboration on topics of strategic interest relating to energy security, energy sustainability and energy efficiency. Norway, USA, Canada and the Netherlands are active members working on a draft work program for the platform which will have a strong link with the proposed innovation program.

4

Cofin project: Knowledge innovation project sponsored (co-financed) by industry

11 / 33


The key focus in the international positioning of Upstream Gas Innovation for the Netherlands is built on its strengths: Gas Technology and Developing a Mature Basin. This distinguishes this program from Norway, with a focus on Arctic development, Canada, with focus on Heavy Oil and Oil Sands, USA, with focus on Unconventional Oil and Gas and Brazil, with focus on Deepwater development. From several international Joint Industry Programs or European funded programs, strong collaborations with international research institutes and universities in the area of upstream gas have been established, in particular with: Sintef and NTNU – Norwegian institute of technology (NO); IFPen – Institute Francais du Petrole Energie Nouvelles (FR) ; IRIS – International Research Institute of Stavanger (NO); University of Berkeley (US); Texas A&M (US); University of Torino (IT); MIT (US); Stanford University (US); CSIRO (AUS); GFZ Potzdam (D). 2.4

Results 2013

2.4.1

Project results In 2013 in total 20 separate research projects were executed. Of these projects 11 5 are regularly financed from the SMO budget, 9 are (former) projects with mixed financing from SMO and industrial partners.SMO funded activities have been included in the “TKI-Gas najaarsrapportage” as presented to the topteam Energy fall 2013.

2.4.1.1

SMO-projects The regularly SMO-financed projects are given in table 1. During execution these projects have been subject to an internal mid-term review (June 2013) and an endreview (October 2013). It was observed that execution has been largely according to plan with some minor deviations (mainly regarding timing of activities).

5

SMO: “SamenwerkingsMiddelen Onderzoek” : Innovation budgets from Government

12 / 33


Title Life Cycle Optimization Well integrity* CO2 Enhanced Gas Recovery* Flow assurance Gas Transport and Storage** Monitoring* Offshore production Systems (OPS) Exploration Geobiology Fracseis (Geomechanica) Gamechanger

13 / 33

Asset category Upstream gas program Mature Fields New Fields Tough Gas & Str. Fields X X X X X X X X X X X X X X X X X

Table 1. SMO-projects executed under “Leveringszekerheid Gasproductie”. Projects marked * have been executed in close cooperation with the program “Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2-reductie”. The project marked **partially contributes to Small Scale LNG.







Life Cycle Optimization (Mature Fields) This project involves the actual application of technology to increase hydrocarbon recovery in producing fields with a focus on production optimisation rather than on historic production matching. An Assisted History Matching tool has been prepared for realistic applications and its functionality has been demonstrated on the Norne Field case. Furthermore, for the Ensemble based Life Cycle Optimization tooling, research has been done on the handling of non-linear (output) constraints and issues on applicability and usability (and which includes integration of new methods) have been resolved for the tooling. Well Integrity (Mature Fields) This project involves various tasks regarding the assessment and prediction of well integrity, well monitoring, and mitigation of well integrity loss such as the development of improved materials. A test research started to demonstrate the potential of cement embedded fibre optic FBG sensor technology for monitoring the quality of down hole cement curing process. Within the co-financed ICARAS project the existing risk assessment tool CASSIF for CO2 storage operations has been transformed into a specific tool for well integrity risk scenario definition. It has been interfaced with a selection tool for monitoring options in order to provide a supporting method to mitigate potential leakage. In order to develop a more quantitative evaluation of risk scenarios, first steps were taken to test options to deploy Bayesian Belief Networks and to employ a Markov approach to minimize the uncertainty in risk scenario definition and analysis. CO2 Enghanced Oil Recovery Evaluation of technical and economic aspects of Enhanced Oil and Gas recovery through the injection of CO2. This projects is also relevant to the TNO research line Sustainable Geo-Energy from the context of CO2 storage. The study addresses political/economic issues, to analyze the absence of








CO2EOR projects in Europe.Furthermore technical issuesrelated to a better understanding of gravity effects in oil reservoirs were adressed. CO2, as it is lighter than oil, generally migrates to the top of the reservoir and is only partly successful in improving production. Tools that model these gravity effects may help to optimize production through CO2 injection. Flow Assurance (Mature Fields) Implementation of real time production optimisation technology. The two areas of focus were: Experimental investigation of the effect of polymers on flow maps; Deposition modeling of Asphaltene in wells and flowlines. This project also involves financing a TU Delft PhD research project entitled “Computational Fluid Dynamics for flow instabilities in multiphase systems”. As a result of this work (See also paragraph 2.4.2: Highlight). The effect of polymers can be modelled by modifying interfacial and wall-liquid friction; It is observed that polymers have a laminerization effect (seen at the interface in these experiments but also in literature); It was observed that liquid droplets reversal occurs at lower gas velocities with polymer. Gas Transport and Storage (Mature Fields)) Support of The Netherlands transition from a gas producer to being the dominant North West European gas trading hub (with a changing gas composition), and breakdown of barriers in relation to Small Scale LNG deployment. Results obtained by this project include: A screw compressor model was implemented in the TNO PULSIM software; Modeling of reciprocating pump pulses have been improved; The commercial software package has been investigated for determination of turbo compressor noise; The proof-of-principle of a new gas calorific value sensor was successful; A dynamic consumption model was made to be used for dynamic gas network balancing; A software requirement specification document for agent based modeling has been designed; A new biogas solvent for contamination removal is developed; An additive has been found for improved stability of the biogas solvent; Best practices are identified to be used for foundations and mounting systems of reciprocating compressors. Monitoring (Mature Fields / Tough Gas & Stranded Fields) Identification and development of technology to ‘illuminate the reservoir’ that, when combined with production/injection optimization techniques, ensure optimal production of hydrocarbons (conventional and unconventional) and Geothermal Energy as well as storage of CO2 and hydrocarbons from both economic and HSE perspectives. Main results obtained relate to flow assurance monitoring, in particular monitoring of wax/asphalt deposition, monitoring of hydrates in gas, early salt deposition detection and slug detection. Further results relate to seismic monitoring and involve the development of novel acquisition tools, the development of passive seismic techniques and the application of Full Waveform techniques in seismic interpretation. A patent is currently considered for the work related to seismic monitoring.

14 / 33










Offshore Production Systems (Mature Fields / New Fields) Development of technology to ensure that conventional, deep and ultra-deep hydrocarbon production is undertaken in a safe and reliable manner with minimum impact on ocean life including the development of international standards related to integrity of process installations, LNG installations and subsea systems. This project developed methods that allow to model flow induced pulsations generated by flow phenomena which essentially have a 3D character. Further objectives relate to the determination forces on bends as a result of multiphase slug flow on multiple bends and to build a showcase for underwater noise radiation Main achievements concern the development and documentation of various methods for our riser assessments and the improved engineering model for broadband noise. A show case has been made for underwater noise radiation. Exploration (New fields / Tough Gas & Stranded Fields) Development of integrated knowledge on petroleum systems with respect to conventional hydrocarbons in as yet (relatively) unexplored areas as well as unconventional gas (e.g., shale gas). Results involve exploration tools (bio-geological, basin-modeling as well as seismic) that allow to address exploration challenges at an increased resolution. Further activities included the execution of case studies in frontier areas (e.g., arctic) and in areas that suffer from a lack of available geological knowledge. Significant progress was obtained in understanding the relevant (geological) system models. Geobiology (New fields / Tough Gas & Stranded Fields) Development of geo-biological knowledge that support exploration for new and unconventional gas. The distribution of microfossils in time and space is strongly related to environmental and climate change. As such, the bio-geological record holds valuable information on long-term climate processes. Knowledge of such processes will serve as analogues for detailed future climate scenario’s. This project has provided time-series that describe natural variations in climate. These time-series are based on geo-biological proxies as well as geochemical proxies. Fracseis (Tough Gas & Stranded Fields) Optimisation of production from unconventional gas reservoirs through implementation of fraccing technology and to minimise risk of fraccing (with respect to seismicity and leakage of chemicals) for both hydrocarbon and geothermal applications. Models were developed that simulate fault behavior during earthquakes and allow for an adequate prediction of frequencies and magnitudes. Analytical models were developed together with UU that simulate fault reactivation due to reservoir cooling upon CO2 injection. A worldwide database was compiled from historical data regarding the observed seismicity during gas production and geothermal operations. This database will be used in the analyses and mitigation of induced seismicity. Furthermore, maps have been compiled of natural and induced seismicity in the Netherlands. Results obtained with respect to ‘hydraulic fracturing’ relate e.g., to the characterization of natural fault-systems in shale layers and to the interaction between hydraulic fractures and these existing natural fault-systems.

15 / 33




16 / 33

Gamechanger A small part of the budget is reserved to support the development of breakthrough ideas. In 2013 in total 22 ‘raw ideas’ were submitted. Of these raw ideas 11 were selected and have been developed in two basic ideas addressing requirement issues, IP issues, and commercial issues. From the 11 basic ideas, six ideas have been granted approval (and received limited budget in 2013) to perform Proof of Principle experiments in the TNO laboratory. Ideas for instance relate to Enhanced acoustic sensing, Gas purification, and development of sorbents.

2.4.1.2

SMO projects sponsored by industry

Title Carboniferous Reservoirs High Perfomance FB JUSTRAT (Jurassic connectivity) Well abandonment DCS (Distributed Chemical Sensor) Gassensor (tbv Groen Gas) RESOS Gravity Sensing USPIG Pipe Survey* Real time production optimization

Asset category Upstream gas program Mature Fields New Fields Tough Gas & Str. Fields X X X X X X X X X

X

Table 2: Sponsored SMO-projects executed under “Leveringszekerheid Gasproductie”. Projects marked* contribute to TKI Small Scale LNG and Groen Gas Sponsored projects mostly run for more than one year





Carboniferous reservoirs (New Fields) Connectivity and rock typing prediction for the Upper Carboniferous reservoirs in the Southern North Sea The main objective of the project was to define criteria to assess and better predict correlatibility, reservoir connectivity and reservoir properties of Upper Carboniferous reservoirs. One of the main goals of the project was to test the applicability of two technologies: QEMSCAN analysis for rock typing purposes and biofacies analysis for describing depositional environments, gaining stratigraphic reliability and improving core correlation. Whereas the biofacies technology could be proven to have added value for core correlation and stratigraphic evaluation of cores, the selected study approach for QEMSCAN analysis did result in only limited value for oil/gas exploration. High Perfomance FB (Mature Fields/ Tough Gas & Stranded Fields) Develop fundamental knowledge for technology for Next Generation High Performance Fiber Bragg Grating Sensors Fiber optic sensor systems can be used for exploration and monitoring in the energy and mining industry. Fiber optic sensors have a great advantage in sensitivity and robustness under challenging conditions such as extreme temperature, pressure and chemicals. The project has led to an increase in fundamental insight in the FBG writing process, which depends on a large number










of parameters. One important result is that, because material properties of fibers are largely unknown, to predict FBG reflection behavior a full mathematical model cannot be realized. Instead a more empirical model based on a combination of materials and laboratory measurements is needed, which has been developed in this project JUSTRAT Jurassic connectivity (New Fields) A new approach to develop a tectono-stratigraphic framework for the Upper Jurassic-Lower Cretaceous in the Southern North Sea using integrated novel stratigraphic techniques. Seismic interpretation and log correlation of Upper Jurassic and Lower Cretaceous sandstones are severely hampered by the combination of lateral facies changes, repetitive log patterns, overprinting long-term trends, salt tectonics and structural compartmentalisation. This complicates de-risking of exploration targets in this geological interval. There is a strong need to enhance stratigraphic control and to capture the complex facies relationships in 3D geological models with excellent age control. In 2013 mainly palynological and geochemical analysis were carried out on the selected study wells and samples. In 2014 project activities will focus on interpreting and integrating the datasets generated by these analysis. Well abandonment (Mature Fields) Advanced acoustical techniques for inspection from inside the tubing, of the integrity of the cemented sealing. To prevent future leakages after abandonment of the well, phase 2. This project is phase 2 of the Well Abandonment project where TNO aims to further develop the promising method researched in the first phase. The method has to be made applicable for detecting and characterizing defects in a robust way, in geometries that are representative for the real practical situations. In 2012 / 2013 algorithms were developed using modeled data from phase 1. After that new simulations were performed and the algorithms were updated. Further the test setup was prepared for which a special tool was designed and manufactured. In 2014 the test measurements will be performed and the algorithms will be validated with the test data. DCS (Distributed Chemical Sensor (Mature Fields) Develop a fiber optic based sensor to distinguish between oil and different salinity brines in a downhole environment. Early detection and continuous monitoring of the presence of water in and outside the oil en gas containing layers is essential for a cost efficient operation of wells. Objective of this project was to develop a sensor that is able to discriminate between (1) oil and water, and (2) production and injection water. In 2013 durability tests were done and sensors and detectors were made to run experiments with crude oil and brine in a dedicated oil/brine test set-up. Also tests with different salinity were performed. With the results obtained from this project the two main goals are fulfilled. The sensor delivers innovative technology that makes it possible to produce more oil from the well. Gassensor (TKI Groen Gas) Development of a miniature low-cost inline calorific value sensor for Natural Gas and Biogas- Phase 1 The goal is to develop a sensor for measuring the calorific value of fuel gas, with the sensor key requirements: Small (1 cm3), Low-cost (€100), Inline and fast (1s). The driver is the changing composition of gas in the (Dutch) grid due to LNG and Biogas. This leads to increasing need to monitor gas quality. In this first phase a set of five coatings has been developed and screened with QCM (lab method),

17 / 33








2.4.2

giving a unique response on the target gases. A capacitive platform has been selected as most suitable for this application. One coating has been successfully nd evaluated on this platform. In 2014 this project will be continued in the 2 phase. RESOS Gravity Sensing (Mature Fields / Tough Gas & Stranded Fields) Robust and Extreme Sensitive Optical Sensors (RESOS) for Gravity Sensing, phase 1 The aim of this project is to build up fundamental knowledge about the sensitivity of fiber optic sensors systems in various conditions. The target application in this research is gravimetry which is used in exploration for minerals and hydrocarbons to determine the geometry and depth of subsurface geological structures based on variations in the gravitational field. The project has been successful in demonstrating that it is feasible to measure acceleration/gravity in the nano-g range with very low drift. A direct test measurement proving the measurement of nano-g range gravity is planned for the next phase 2. USPIG Pipe Survey (Mature Fields) Development of ultrasonic monitoring unit for PIG, (Pipe Inspection Gauge) inspection of coated and polluted transport pipes, Phase 3 The goal of phase 3 is to demonstrate the performance of an ultrasonic array, implemented in a PIG, on a flow loop under real conditions. Defects in a 6 inch pipe will be measured. In 2013 the implementation of the algorithm was started. A design of the ultrasone array was made, using ultrasonic simulations. The results will be used to design and build a new (final) array in 2014. Real time production optimization (Mature Fields) Real-time optimization for gas production assets, phase 2 For adaptation to the complex dynamics of maturing gas production assets (declining reservoir pressures, decreasing gas flow rates by salt precipitation or liquid loading) the operational settings for production have to be changed in time. This project aims at development of “Real-time model-based production optimization” technology to solve the dynamic optimization problem for typical production asset complexity. The developed technology will be demonstrated with a representative practical case. In 2013 the overall-model including all sub-models has been implemented in dynamic optimization software code. Actual optimization is the purpose of the next phase of the project.

Highlight: Deposition modeling of Asphaltenes in wells and flowlines Solid depositions are a problem in production of both gas and oils from their reservoir. Due to changes in operating conditions or composition, precipitates, crystallization or deposition can occur and block the flow (e.g. in the porous rock or onto the wall of wells or pipelines). This then result in a decrease in production. TNO wants to support operators to operate their wells optimally in spite of these issues. For this purpose, the basic processes have to be modeled correctly on a high level. A first attempt at this was made in this study, coupling a well flow model (Drift Flux) with Asphaltene precipitation, transport and deposition. The coupled model was run for typical well geometries (representative of an Italian field) to verify that the predicted trends are consistent with expectations. An example of particle concentration along the well is shown in the figure below as an example of the kind of output that is possible.

18 / 33


The drift flux flow model allowed to simulate the two phase flows of oil and gas in the studied pipeline reasonably well. The Population Balance Model implemented allowed to reproduce the floccation of the asphaltene nano-aggregates in the batch system as reported in literature. The initial asphaltene concentration and precipitation rate was seen to significantly influence the evolution of the Asphaltene size distribution along the pipeline. This work demonstrated that deposition and multiphase flow models can be coupled, giving insight on the trends of deposition processes in wells. Such a tool is very useful in the design of mitigation measures, or even be a building block for production optimization of such fields.

2.4.3

Publications A total of 27 peer reviewed papers was published and some 44 papers were presented at and/or occur in the proceedings of international conferences. Below a list of the peer reviewed publications is given Exploration Daniel Mikeš, D., Ten Veen, J.H., Postma, G. and Bijkerk, J.F. (to be submitted to Geology). Shoreline trajectories and their use in sea level reconstructions. Is the shoreline trajectory an adequate proxy to sea level? Houben, A.J.P., Munsterman D.K., Kerstholt-Boegehold, S.J., Van Hoof, T.B., Verreussel R.C.M.H. & Hadlari,T.(in prep), Organic-walled dinoflagellate cyst assemblages across OAE-1 in the Canadian Arctic. Looy, C.V., Van Hoof, T.B. and Stevenson, R. (in prep), Interglacial community heterogeneity in middle Pennsylvanian lowlands (to be submitted to Rev Pal Pal). Ten Veen, J.H., Verweij, J.M., De Bruin, G. and Donders, T. (2013), First Steps Toward Maturing the Shallow Gas Play - Results of an Integrated Exploration Workflow. IPTC-17563-MS. Ten Veen, Joh., Postma, G, Mikes, D., Eggenhuisen, J. (under revision). Predictable effects of climatically-induced supply and base-level variations on delta anatomy: application to the Late Miocene Toplou fan deltas, eastern Crete (Greece), Basin Research. Ten Veen, Joh.(in press), Bijdrage aan Chapter 6 – Palaeogeography. In: Handbook of Sealevel Research– Wiley Blackwell. Verreussel, R.M.C.H., Zijp, M., Nelskamp, S., Wasch, L., De Bruin, G., Ter Heege, J and Ten Veen, J.H. (2013), Workflow that integrates a full suite of reservoir

19 / 33


characterization techniques aimed at derisking shale gas plays, First Break 31: 6369. Geobiology Brunstad, Harald (Lundin), Felix Gradstein, Jan Erik Lie, Oyvind Hammer (UiO), Dirk Munsterman (TNO) and Michelle Hollerbach (2013), Stratigraphic Guide to the Rogaland Group, Norwegian North Sea. Newsletters on Stratigraphy (46/2): 137286. Bujtor, L., N.M.M. Janssen, R. M.C.H. Verreussel (2013), Early Cretaceous (Valanginian and Hauterivian) belemnites and organic-walled dinoflagellate cysts from a marine hydrothermal vent site and adjacent facies of the Mecsek Mts, Hungary, N.Jb.Geol. Palaont. Abh., 269/2: 135-148. Houben, A.J.P. et al.(2013), Reorganization of southern ocean plankton ecosystem at the onset of Antarctic glaciation, Science, 340. DOI: 10.1126/Science 1223646. Noorbergen, L.J., L.J. Lourens, D.K. Munsterman & R.M.C.H. Verreussel (in prep.), A first approach on Early Pleistocene benthic stable isotopes in the Netherlands. Stocchi, P., Escutia, C. (NIOZ), Houben, A.J.P. (TNO) e.a. (2013), Relative sea-level rise around East Antarctica during Oligocene glaciation, Nature Geoscience. DOI: 10.1038/NGEO1783. Vandenberghe, Noel, William. B. Harris, Marion J.Wampler, Rik Houthuys, Stephen Louwye, Rieko Adrians, Koen Vos, Timothy Lanckacker, Johan Matthijs ,Jef Deckers, Jasper Verhaegen, Piet Laga, Wim Westerhoff, Dirk Munsterman (submitted), The implications of K-Ar glauconite dating in the Diest Sand Formation on the paleogeography of the Upper Miocene in Belgium, Geologica Belgica. Verreussel, R.M.C.H., Dybkjaer, K., Johannessen, P.N., Munsterman, D.K., Ten Veen, J.H. and van de Weerd, A. (in prep.), Depositional sequences related to the Late Jurassic basin evolution of the Central Graben in Denmark and the Netherlands. Marine and Petroleum Geology. Wesselingh, Frank P., Werner Peters & Dirk K. Munsterman (2013), A Brachiopoddominated seafloor assemblage from the Late Pliocene of the eastern Netherlands. Netherlands Journal of Geosciences, 92 (2/3): 171-176. Fracseis Buijze, L. & Wassing, B.B.T. (2013) Methods to determine the maximum magnitude for induced seismicity and application to small fields in the Netherlands. TPA Small Fields Report. Buijze, L., Wassing, B.B.T. & Ter Heege, J.H. (2014) Influence of pre-existing conditions and activity related stress perturbations on the magnitudes of induced seismicity: Insights from a worldwide dataset, to be submitted to Engineering Geology. Orlic, B., Wassing, B.B.T. and Geel, C.R. (2013) Field scale geomechanical modeling for prediction of fault stability during underground gas storage operations in a depleted gas field in the Netherlands, artikel in: 47th ARMA, 13-300. Orlic, B. (2013) Site-specific geomechanical modeling for predicting stress changes around depleted gas reservoirs considered for CO2 storage in the Netherlands, artikel in: 47th ARMA, 13-446. Ter Heege, J.H., Wassing, B.B.T., Orlic, B., Giger, S.B., Clennell, M.B. (2013) Constraints on the Sealing Capacity of Faults with Clay Smears from Discrete Element Models Validated by Laboratory Experiments, artikel in: Rock Mechanics and Rock Engineering 46, 465-478. Ter Heege, J.H. & Hoedeman, G.C. (2013) Discrete element modeling of fault mechanics and permeability evolution for gas production and storage: Effect of shale content and distribution, artikel in: 47th ARMA, 13-427.

20 / 33


Urpi, L., Blöcher, G., Zimmermann, G., van Wees, J.-D., Fokker, P. (2013) Coulomb stress change during and after tensile fracture opening in a geothermal reservoir, artikel in: 47th ARMA, 13-533. Van Bergen, F., M.H.A.A. Zijp, S. Nelskamp, H. Kombrink (2013) Shale gas evaluation of the Early Jurassic Posidonia Shale Formation and the Carboniferous Epen Formation in the Netherlands, artikel in: AAPG Hedberg Series 5. Van der Veer, E. F., Buijze, L. & Fokker, P. (2014) The effect of thermally-induced stress changes on fault reactivation in CO2 storage systems, to be submitted to International Journal of Greenhouse Gas Control. Verreussel, R., M.H.A.A. Zijp, S. Nelskamp, L. Wasch, G. de Bruin, J. ter Heege and J. ten Veen (2013) Pay-zone identification workflow for shale gas in the Posidonia Shale Formation, the Netherlands, artikel in: First Break, Volume 31. Zijp, M.H.A.A., S. Nelskamp, Y.A. Schavemaker, J.H. ten Veen, J.H ter Heege (2013) Multidisciplinary Approach for Detailed Characterization of Shale Gas Reservoirs, a Netherlands Showcase, artikel in: SPE OTC 24383-MS. Zijp, M.H.A.A., J. ten Veen, D. Ventra, R. Verreussel, L. van Laerhoven, T. Boxem (2014) New Insights From Jurassic Shale Characterization: Strengthen Subsurface Data With Outcrop Analogues, artikel in: SPE 14UNCV-167736-MS.

21 / 33


22 / 33


3

VP Deelprogramma “Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2-reductie”

3.1

Historie, aansluiting beleid Onderzoek naar CCS en Geothermie vindt al enige jaren plaats binnen dit VP. Er is sprake van nauwe aansluiting bij de beleidskaders. Hoofdgedachte is dat energiebronnen in de ondergrond worden benut zonder CO2 emissies, ter ondersteuning van de Nederlandse klimaatdoelstellingen (20% CO2 reductie in 2020). Ook internationaal vinden we hetzelfde uitgangspunt terug:  IEA 2011: Alle duurzame initiatieven zijn nodig om de (inter)nationale doelstellingen voor 2020 t.a.v. CO2 emissiereductie te behalen. CCS is hiervan een noodzakelijk onderdeel gedurende de transitieperiode; in ieder geval tot 2030.  TP-ZEP 2012: CCS is economisch competitief met andere duurzame bronnen (Life Cycle Analysis). In 2010 is, binnen het platform Energietransitie, het programma CATO2 opgestart. Dit programma loopt van 2011 t/m 2014 en is aanpalend aan dit VP (zie ook 6 hoofdlijnen programma 2013 ). Op dit moment wordt nagedacht over een nieuw programma op het gebied van CCS waarbij er een verschuiving plaatsvindt naar nuttig gebruik van CO2; Carbon Capture, Use and Storage (CCUS).

3.2

Hoofdlijnen deelprogramma 2013

3.2.1

CO2 afvang en opslag (CCS) Het Vraaggestuurd Programma en het nationaal onderzoeksprogramma naar CO2 Afvang en Opslag, CATO-2 genaamd, zijn complementair. CATO-2 (2011-2015) is nationaal en op de korte termijn (demonstratiefase) gericht, terwijl dit VP internationaal is georiënteerd en zich richt op de langere termijn. Het CCS onderzoek focust zich op (1) reductie van de kostprijs van CO2 afvangst, (2) ondergrondse opslagcapaciteit en veiligheid op langere termijn, (3) monitoring t.b.v. risicobeheersing van opslag. CO2 afvang: reductie van de kostprijs In 2013 is gewerkt aan de ontwikkeling van processen die een substantiële verlaging van afvangkosten kunnen bewerkstelligen (de zogenaamde derde generatie afvangprocessen). Met name selectieve membraanopties en chemical 6

TNO-rapport MeerjarenProgramma 2011-2014, Thema: Energie, Bijstelling 2013’, TNO

2012 R10584, september 2012

23 / 33


looping processen zullen verder ontwikkeld worden. Verder is de mitigatie van eventuele uitstoot van oplosmiddelen die worden gebruikt bij de eerste generatie afvangtechnieken een belangrijk punt van aandacht. Ondergrondse opslag: capaciteit en veiligheid Bij opslag in olievelden, gasvelden en kolenlagen is er de mogelijkheid om extra inkomsten te genereren met verhoogde productie van olie en gas (Enhanced Oil Recovery (EOR) en Enhanced Gas Recovery (EGR)). In het geval van EOR/EGR moet het gebruik van CO2 gericht zijn op zowel olie- en gasproductie als CO2 opslag. Dit laatste aspect is nog onvoldoende in kaart gebracht, omdat de olie- en gasproductie vaak het primaire doel is. Eén van de hindernissen voor de start van grootschalige ondergrondse opslag is onvoldoende kennis over het gedrag van CO2 in de bodem op de langere termijn, na de injectiefase. Hierdoor kan de veiligheid van het reservoir en de aansprakelijkheid van de operator niet goed worden bepaald. Ook is er nog onderzoek nodig naar de juiste abandonneringsprocedure van een opslaglocatie. Dit is een belangrijk punt bij de overdracht van de locatie door operator terug aan de overheid. Direct hieraan gekoppeld is de monitoring van het reservoir, die gericht moet zijn op die processen, die maatgevend zijn voor de veiligheid in het reservoir. Deelname in Europese projecten is noodzakelijk voor aansluiting bij meetprogramma’s bij lopende opslagprojecten. CCS monitoring Onderzoek naar het meten van de effecten van CCS met specifieke eigenschappen van de opslagreservoirs als randvoorwaarde. Aspecten die hierbij aan bod komen zijn: de link tussen satellietmetingen met geomechanica, passieve seismiek en 4Dseismiek en nieuwe technologie (fibre optics).

3.2.2

Geothermie Het geothermie onderzoek heeft zich gefocust op de volgende specifieke gebieden:  Duurzame warmte: energie uit warm water uit de diepe ondergrond.  Duurzame elektriciteit: energie door warmte uit de ultra-diepe ondergrond. Duurzame warmte Verdere ontwikkeling van het door TNO ontwikkelde programma ThermoGIS ten behoeve van succesvolle implementatie van het Nederlands actieplan hernieuwbare energie. Het accent in het onderzoek verschuift hiertoe van het huidige ThermoGIS, naar een model- en optimalisatie-instrumentarium dat een bijdrage levert aan a) de vermindering van exploratie risico’s, b) de optimale en veilige benutting van de ondergrond, c) de besluitvorming voor beleid, en d) de ontwikkeling van innovatieve economische ontwikkelscenario’s voor een gecombineerde aanpak in duurzame geo-energie en (unconventional) olie- en gasexploratie. Duurzame elektriciteit Het onderzoeksprogramma “Enhanced Geothermal Systems” (EGS, elektriciteitsproductie uit geothermische bronnen van 120 C en hoger) betreft de ontwikkeling van embryonale technieken voor geothermische elektriciteitsproductie. TNO zet daarbij in op kennis en ontwikkeling van instrumenten t.b.v. geothermische

24 / 33


exploratie en productie en heeft het initiatief genomen voor een consortium voor de uitvoering van een EGS-pilot en algemeen onderzoek, in samenwerking met de energie-industrie, het MKB, en met academia. Activiteiten van TNO zijn daarin gefocusseerd op de ontwikkeling van a) gedetailleerde geothermische karakterisatie, b) betrouwbare geothermische modellen voor het voorspellen en beperking van geïnduceerde seismiciteit, c) modelontwikkeling voor verbeterde exploratie en productie, en d) voorspelling van de performance. TNO zet tevens in op kennisontwikkeling voor geothermische elektriciteitsproductie in ontwikkelingslanden, met hoog geothermisch potentieel. 3.3

Samenwerking

3.3.1

CCS Op het gebied van CCS heeft TNO een internationaal leidende positie verworven. Er is door TNO een strategische alliantie opgezet met het Franse Institut Francais de Pétrole en het Noorse Sintef. Ook met andere partijen zoals de British Geological Service wordt al vele jaren nauw samengewerkt. De voorsprong heeft geresulteerd in deelname in vrijwel alle relevante EU projecten in samenwerking met industriepartners. Een overzicht: Nationale en EU programma’s waarin het thema Energie op dit moment participeert (met name CCS):  Het CATO-2 project is een nationaal geïntegreerd onderzoekprogramma (60 MEURO) op het gebied van CO2- scheiding, -transport, risicoanalyse en monitoring, milieu effecten en sociale acceptatie. CATO-2 is geaccepteerd als deelprogramma binnen BSIK en wordt dus door de industrie gesponsord.  CO2GeoNet is een EU FP6 Network of Excellence bestaande uit 13 Europese onderzoeksinstellingen, wat gericht is op de ondergrondse opslag van CO 2. Het heeft verschillende doelstellingen gedurende de 5 jaar lange EU financiering voor integratie. Onderzoeksgebieden zijn: “enhanced hydrocarbon recovery”, monitoring, numerieke modelering, risico’s en onzekerheid en gesteente en stromingsgedrag experimenten. Het jaarlijkse TNO budget is ongeveer 70.000 euro.  ICARAS is een strategische samenwerking van TNO met IFP en Sintef op het gebied van 'Risk Assesment' met betrekking tot CO2-opslag.  OCTAVIUS: Piloting van de tweede en derde generatie meervoudige fasen afvangprocessen. TNO budget is 160.000 euro (2011-2014).  CAPTECH 2: Het doel van het consortium is om CO2 afvangtechnologieën te kwalificeren waarvan de energieverliezen door afvang meer dan 5 % punten zijn.  CCS Project network: De doelstelling van dit netwerk is het centraal verzamelen van data en resultaten van de grootschalige CCS demonstratieprojecten in Europa, die in het kader van de EEPR en NER300 (en eventuele toekomstige) regelingen worden ontwikkeld. Op deze wijze wordt kennis en ervaring gegenereerd voor de volgende generatie projecten  ECCSEL (Europees CCS-laboratorium infrastructuur)) Het ECCSEL consortium combineert Centres of Excellence op het gebied van CCS research van 10 Europese landen. De missie is het ontwikkelen van een geïntegreerde research infrastructuur, inclusief het bouwen en updaten van research faciliteiten, voor hoogwaardig experimenteel onderzoek aan CCS.

25 / 33












CGS-Europe: Uitbreiding van het network of excellence CO2GEONET, naar vooral Oost-Europa, met als doel beter inzicht te verkrijgen in de kansen en barrières in heel Europa voor CO2 opslag. ECO2 betreft de simulatie van geomechanische effecten op potentiële CO2migratiepaden en de analyse van risico’s van CO2-lekkage en hun mogelijke effecten op het mariene ecosysteem. Ultimate CCS richt zich op het kunnen voorspellen van het lange-termijngedrag van CO2 in de ondergrond. De veiligheid en zekerheid van opslag zijn direct gerelateerd aan de lange-termijn processen tussen CO2 en het gesteente van het reservoir. COCATE onderzoekt de mogelijkheden van toekomstige grootschalige CO2 transportketens, middels een CO2-afvang en -transport case study waarbij industriegebied Le Havre is gekozen als bron. Twee transportscenario’s, pijpleiding en boot, worden onderzocht met als ontvanger de haven Rotterdam als CO2 ‘hub’. CCS Kennisuitwisseling Zuid-Afrika Doel is om via kennisuitwisseling tussen Europa en Zuid-Afrika de implementatie van CCS in Zuid-Afrika te bespoedigen en vergemakkelijken; Samen met de BGS en Zuid-Afrikaanse geowetenschappers werkt TNO aan een gedetailleerde geologische evaluatie. Workshops, training en ondersteuning maken hier deel van uit.

3.3.2

Geothermie Op het gebied van geothermie vormt TNO, samen met GFZ en BRGM, de kerngroep van het Joint Programme on Geothermal Energy (JPGE) van de European Energy Research Alliance (EERA). TNO trekt hierin het sub-programma “resource assessment”. TNO heeft de ambitie om bij de toonaangevende organisaties te behoren in Europa m.b.t. onderzoek naar ‘Enhanced Geothermal Energy’, door een goede balans in TNO’s onderzoekprofiel in zowel generieke als nationale onderzoeksvraagstukken. Van belang in dit kader is de deelname van TNO in het project Geiser: EC Geiser heeft tot doel om inzicht te krijgen in geïnduceerde seismiciteit als gevolg van het toepassen van (‘enhanced’) geothermie, met name door hydraulische stimulatie van de ondergrond in relatie tot mogelijke seismische risico’s. Totaal budget voor TNO is 754 kEUR (2010-2013). Eind 2013 is door de EC goedkeuring verleend aan het IMAGE programma. TNO is in dit programma penvoerder en programma coördinator.

3.4

Resultaten 2013

3.4.1

Projectresultaten Dit deelprogramma van het VP wordt uitgevoerd middels een zevental projecten. De focus ligt daarbij op onderwerpen zoals besproken tijdens het overleg met EZ d.d. 21-8-2012 te weten Geothermie, CO2 afvang en CO2 opslag (de laatste twee onderwerpen voor zover niet vallend onder CATO2). Drie van deze projecten worden hier besproken. De overige vier projecten worden gezien hun inhoudelijke overlap met het deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” in tabel 2 wel genoemd maar zijn in paragraaf 2.4 reeds besproken.

26 / 33


Gedurende de uitvoering zijn de projecten tweemaal intern gereviewd, éénmaal tijdens de mid-term review (June 2013) en eenmaal tijdens de eind-review (October 2013).

Titel Well integrity* Geothermie Monitoring* CO2 Enhanced Gas Recovery* CO2-afvang Schoon Fossiel Gamechanger* Tabel 3. Projecten uitgevoerd onder de onderzoekslijn “Duurzame Geo Energie” De projecten met een * zijn in samenwerking met het VP Deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” uitgevoerd vanwege overlappende technologievragen voor beide deelprogramma’s. Zie hiervoor paragraaf 2.4.



CO2 Afvang De doelstelling van dit project betreft  het uitbouwen van de kennispositie ten aanzien van (grootschalige) gasreiniging, waaronder verwijdering van CO2 en zwavel componenten uit rookgas, biogas en aardgas.  de kennis op het gebied van gasreiniging uit te breiden naar andere toepassingen dan rookgasreiniging, met name biogas upgrading en Natural Gas Storage. Daarnaast heeft TNO de ambitie om methodologie te ontwikkelen waarmee de verschillende derde generatie Post Combustion Capture technieken kunnen worden geranked. In het CO2 Afvang project wordt scheidigstechnologie in de breedste zin ingezet. Er zijn in 2013 de volgende resultaten behaald: - Emissie reductie Aerosols: Het ontwerpen en meten met een meetopstelling om het ontstaan en gedrag van aerosolen in beeld te brengen. Een meetopstelling is gerealiseerd en gevalideerd in het lab. De eerste metingen zijn verricht op de CATO pilot plant op de Maasvlakte. Het systeem is inmiddels ook gebruikt bij TCM in Mongstad (Noorwegen). Aanvragen voor verdere metingen met dit systeem worden verwacht in 2014 (onder andere Boundary Dam in Canada). Zie Highlight - H2S splitting: Er is een idee ontwikkeld rond de verwerking van H2S naar H2. en S. Er wordt steeds meer H2S verwerkt en tot nu toe gebeurde dat met conventionele processen (zoals het Claus proces) in waterige omstandigheden waarbij zwavel en stoom geproduceerd werd. Echter, deze stoom heeft een laagwaardig gebruik. Het is veel interessanter om uit de H2S waterstof te produceren. Hiervoor zijn een aantal experimenten bedacht om een geschikt solvent te vinden die gebruikt kan worden. Een aantal solventen lijkt succesvol en een patentaanvraag loopt. - Solar Airco: in dit relatief kleine deelproject is onderzoek gedaan naar een proof of principle/concept ontwerp van een nieuwe airco unit, die op zonne-energie

27 / 33


-

-

-

-

werkt. Deze duurzame airco zal goedkoper zijn dan de huidige oplossingen. Dit jaar is ook een eerste patent geschreven voor deze technologie. Minex: Dit deelproject betreft de extractie van waardevolle metalen uit kolen. In 2013 is een techno-economische evaluatie van deze techniek verricht op basis van literatuur en gegevens van een Russische instituut die op dit gebied actief is. Algae: Algae-Tech brengt IP in op het gebied van opschaling van algensystemen en (via de Universiteit van Verona) hoe algen te kweken met aan laag chlorofyl gehalte zodat deze in drie dimensies kunnen groeien omdat licht in de vloeistof met algen 3D doordringt. In 2013 is een infrastructuur voor het kweken van algen opgezet in het lab. Tevens is een aantal IP sessies georganiseerd om de IP over te nemen en de kennis van de Universiteit van Verona in ons project te brengen. LCMP (Low Carbon Materials Processing) Universiteit van Texas: voor het tweede achtereenvolgende jaar is TNO aangesloten bij het CCS programma dat wordt uitgevoerd door de Universiteit van Texas. In ruil voor onze sponsering krijgen we toegang tot de onderzoeksresultaten van de groep en kunnen we participeren in seminars en congressen die jaarlijks georganiseerd worden. HotCO2: Dit deelproject onderzoekt de derde generatie afvangtechniek Chemical Looping waarbij Stikstof en CO2 gescheiden vrijkomen en dus de CO2 gemakkelijk is af te vangen. Focus ligt op toepassing voor kleine installaties. In 2013 is onderzocht of dit proces economisch toe te passen is voor de glastuinbouwsector; dit bleek moeilijk haalbaar.

De cofinancieringsprojecten HotCO2 en Algae-Tech worden voortgezet in 2014. Voor HotCO2 is de business case voor de tuinbouw niet positief; daarom is gezocht naar toepassingsgebieden die beter geschikt zijn. Voor het ontwikkelen van zogenaamde teerzanden (oliehoudende grondlagen) is veel warmte nodig en zijn emissies van CO2 een probleem. Hiervoor lijkt Chemical Looping een goede technologie waardoor de focus voor HotCO2 in 2014 wordt verlegd naar deze case. In 2013 is een drietal papers ingediend voor presentatie op internationale congressen.

Highlight CO2 afvang: Emission reduction Aerosols Bij de afvang van CO2 ontstaan in meer of mindere mate Aerosolen. Een aerosol is een colloïdaal mengsel van stofdeeltjes of vloeistofdruppels in een gas. Wolken en mist zijn voorbeelden van een aerosol; zij bestaan beide uit zeer kleine druppeltjes water in lucht. De Aerosolen die ontstaan bij de afvang van CO2 zijn rijk aan solvents die samen met de rookgassen worden geëmitteerd. De vorming van aerosolen is een mogelijke showstopper voor CCS zowel uit economisch perspectief (solvents moeten worden vervangen en zijn duur) als uit Health Safety en Environment (HSE) perspectief (amines en hun vervalproducten zijn mogelijk schadelijk). Om de vorming van aerosolen (en de uitstoot van solvents) te voorkomen is betere kennis aangaande het ontstaan van deze aerosolen noodzakelijk. Om het ontstaan en gedrag van aerosolen in beeld te brengen is een meetopstelling ontworpen en zijn metingen verricht. Deze meetopstelling is gerealiseerd en gevalideerd in het lab. De eerste veldmetingen zijn succesvol verricht op de CATO pilot plant op de Maasvlakte. Op basis van dit succes is er

28 / 33


veel internationale belangstelling onder andere van TCM in Mongstad (Noorwegen) en het Boundary Dam project in Canada.

Parts of the aerosol setup



Schoon Fossiel Het project Schoon Fossiel is in 2013 voor het overgrote deel ingevuld met deelname aan internationale samenwerkingsprojecten in Europees verband (zie paragraaf 3.3.1). Deze projecten zijn inmiddels de laatste onder het zevende kader programma gefinancierde projecten. Conform de toename van (vooral) theoretische kennis over opslag van CO2, bewegen deze projecten zich meer en meer richting vragen die een operationeel karakter hebben. In de projecten is er samenwerking met industriële partners (uit de olie- en gaswereld), met CCS projecten (het ROAD project (Rotterdam Opslag en Afvang Demo), Sleipner (NO), Don Valley (UK), en Compostilla (SP)). Diverse van de projecten hebben 'dry run' oefeningen gedaan, waarbij relevante overheden en industriële partijen bijvoorbeeld een vergunningsaanvraag 'spelen'. Dat geeft TNO inzicht in vragen en problemen die in de 'markt' leven en in hindernissen op het terrein van regelgeving. Deze samenwerkingsprojecten zijn cruciaal voor TNO om zich in de CCS wereld te onderscheiden TNO doet hier kennis omtrent alle aspecten van CO2 opslag op, heeft contacten met de leidende industriële spelers en werkt middels een leidende rol in de projecten aan zijn positie als toonaangevend CCS instituut in Europa. TNO heeft daarom ook een leidende rol in EERA CCS – het samenwerkingsverband van alle CCS instituten in Europa. Het succes van TNO in het binnenhalen van (als coördinator) en deelname aan (vaak als lid van de kerngroep) EU gefinancierde projecten geeft TNO de ingang bij industrieën (Petrobras in Brazilië in 2013 is een voorbeeld) en bij potentiele partners voor nieuwe projecten (CCS projecten in Australië bleken in 2013 zeer geïnteresseerd om met TNO in nieuwe projecten te stappen). Eigen onderzoeksonderwerpen in het project Schoon Fossiel zijn gedefinieerd om voorbereid te zijn op nieuwe samenwerkingsprojecten na 2013 en om de eigen

29 / 33


onderzoek speerpunten te voeden. Voorbeelden hiervan zijn underground coal gasification (UCG), het gedrag van klei (afsluitende laag) onder invloed van CO2, het kunnen modelleren van de relevantie van oplossing van CO2 in formatiewater op de veiligheid van opslag (en daarmee hierover onderbouwde uitspraken kunnen doen). __________________________________________________________________ Highlights in het project Schoon Fossiel 2013:  





CO2 oplosbaarheid. TNO heeft in 2013 modellen ontwikkeld gevalideerd die oplossing van CO2 meenemen in modellering van CO2 opslag. EERA. TNO heeft leidende rol in het CCS deel van de European Energy Research Association. Hiermee heeft TNO inzicht in al het CCS onderzoek bij andere R&D instituten, en een directe invloed in de formulering van toekomstige EU onderzoeksvragen. TNO heeft in het Europese project SiteChar een workflow voor karakterisatie van de ondergrond voor CO2 opslag geformuleerd. Deze wordt gepresenteerd tijdens de Greenhouse Gas conference in Austi in 2014 ( GHGT12) en ingestuurd voor publicatie in een peer reviewed wetenschappelijk tijdschrift. Gedrag van kleimineralen. TNO kan nu dit gedrag voorspellen, wat belangrijk is voor de inschatting van veiligheid ven CO2 opslag onder een kleisteen afdekkende laag.

__________________________________________________________________ Geothermie De centrale vraag in dit project was: hoe haal je/bewaar je de warmte economisch, veilig en met maatschappelijk draagvlak uit/in de ondergrond. Deze probleemstelling en bijbehorende projectactiviteiten zijn geformuleerd rondom een drietal “marktdomeinen”: 1) Ontwikkeling Conventionele geothermische bronnen (>1km…<4km), waarbij er aandacht was voor: - wegnemen van huidige belemmeringen: met name gerelateerd aan tegenvallende productie - Veiligheid in de ontwikkeling van productiesystemen: opstellen van aanbevelingen t.a.v. het risico van aardbevingen in de context van tektonische setting/breuken en de context van reservoir ontwikkeling. - duurzame ontwikkeling/optimalisatie. analyse van lange-termijn geochemische en geo-mechanische en temperatuur effecten; wat zijn van de mogelijke effecten van bodemdaling ;Op welke wijze kunnen geavanceerde monitoringinstrumenten (meten, modelleren, valideren) bijdragen aan duurzame ontwikkeling, - evaluatie van alternatieven voor klastische aquifers (carbonaten en breuken) 2) Ontwikkeling van Enhanced geothermal systems (EGS) (>4km): - Ontwikkeling van play-concepten en bijbehorende exploratie-technieken voor EGS - vaststelling van mogelijke reservoirs hun diepte-ligging, en optimale ontwikkelstrategie van de ondergrond - analyse van de kans op induced seismicity bij hydraulic fracturing en hoe de risico’s hierop kunnen worden beheerst. - Faciliteren van demonstratie projecten.

30 / 33


3) Ontwikkeling van Hoge temperatuur opslag (HTO) (<1.5km) - Definitie van criteria voor geschikte ondiepe aquifers (ca 200-1500m diepte) voor HTO: wat is hun verwachte performance, wat kunnen we daarbij leren van ondiepe Warmte Koude opslag systemen. - Identificatie van geschikte ondiepe aquifers, en de mogelijkheden voor economische aanhaking in bestaande en geplande warmte-netwerken - evaluatie van de mogelijkheden voor hoge temperatuur opslag in de ondergrond in samenhang met de tuinbouwsector en CO2 opslag .

3.4.2

Publicaties Er werd een zestal peer reviewd papers opgeleverd, naast ca. 30 abstracts, rapporten en presentaties. De peer reviewd presentaties staan hieronder vermeld. Schoon Fossiel Laura J. Wasch, Jens Wollenweber and Tim J. Tambach (2013). lntentional salt clogging: a novel concept for longterm CO2 sealing. Greenhouse Gas Sci Technol. 3: 491-502 (2013); DOI: 10.1002/9hg Neele F , Delpral Jannaud F., Vincké O., Volpi V., Nepveu M., Hofstee C., Wollenweber J., Lothe A., Brunsting S., Pearce J., Battani 4., Baroni A. and Garcia 8., 2013b. The SiteChar approach to efficient and focused CO2 storage site characterisation, Energy Procedia, vol. 37, 4997-5005. Nepveu, M , Neele F., Delprat-Jannaud F., Vincké O., Volpi V., Lothe 4., Brunsting S., Pearce J., Battani 4., Baroni 4., Garcia 8., Hofstee C. and Wollenweber J., 2013. CO2 storage feasibility: a workflow for site characterization, Oil and Gas Scrence and Technology, submitted. Koenen, M., and 3 others, Werkendam, the Dutch natural analogue for COz storage - longterm mineral reactions, Energy Procedia, 2013,37: 3452-3460. Geothermie Wassing, B., Van Wees, J.D., Fokker, P., (2013, revised version under review). Coupled Continuum Modeling of Fracture Reactivation and Induced Seismicity during Enhanced Geothermal Operations, Geothermics Van Wees, J.D., Buijze, L., Van Thienen-Visser, K., Wassing, B., Fokker, P., Nepveu, M., Orlic, B, 2013 ( revision version under review). Induced seismicity and gas depletion in the Netherlands, Geothermics

31 / 33


32 / 33


5

33 / 33

Ondertekening Utrecht, 3 maart 2014

Dr. J.H. Brouwer VP manager Energiebronnen in Transitie

Dr. M.J. van Bracht Managing director thema Energie

Ir, C.B.M. te Stroet Dr. Innovatiedirecteur Olie & Gas

Meerjaren Speurwerkprogramma Voortgangsrapportage 2013 VP Energiebronnen in Transitie Thema Energie

Recommend Documents