Rapport Opdrachtnemer Opdrachtgever Colofo

Transcriptie

1

2 Colofon Opdrachtgever Bedrijf Omgevingsdienst Noordzeekanaalgebied Afdeling Locatie Amsterdam (Dienst Milieu en Bouwtoezicht) Projectleider Marlies Lambregts Projectnummer n.v.t. Opdrachtnemer Sector Techniek, Onderzoek & Projecten Afdeling Onderzoek & Advies Projectleider Jacqueline Flink Kwaliteitsborger Jacqueline Flink Projectnummer Rapport Rapporteur Jos Beemster Versie 1 Rapportnummer

3 3

4 Inhoud 1 Inleiding Aanleiding en doel onderzoek Locatie Uitgangspunten 5 2 Inventarisatiegegevens Onderzoeksgebied Bodemopbouw Grondwaterstroming Zoutgehalten van het grondwater Kabels en leidingen in de bodem 11 3 Modellering van de WKO-systemen Dimensionering putten Algemeen Doubletsystemen Monobronnen Resultaten Posities WKO-bronnen Effecten van WKO-bronnen op grondwatertemperatuur Effecten op stijghoogten en grondwaterstanden Conclusies 17 4 Ordeningsregels Algemene regels gemeente Amsterdam Gesloten systemen 18 5 Bijlage 1: Dimensionering WKO-putten 19 4

5 1 Inleiding 1.1 Aanleiding en doel onderzoek De Dienst Milieu en Bouwtoezicht heeft de sector Klant, Markt & Relaties (KMR) van Waternet gevraagd geohydrologische ondersteuning te leveren ten behoeve van het Masterplan WKO Parooldriehoek, Amsterdam. De afdeling Planadvies en Vergunningen van de sector KMR, heeft deze vraag neergelegd bij de afdeling Onderzoek en Advies van de sector TOP. De aanleiding voor deze vraag is de herontwikkeling van de Parooldriehoek en de intentie van een aantal bedrijven in de directe nabijheid van de Parooldriehoek om een warmte-koudeopslag (WKO) te installeren. De verschillende WKO s worden niet gelijktijdig gerealiseerd. Dit betekent dat de verschillende initiatieven elkaar en de nabijgelegen WKO s kunnen gaan beconcurreren. Doel van het onderzoek is: Nagaan in hoeverre geplande WKO s elkaar negatief beïnvloeden. Een globaal inrichtingsplan opstellen voor ondergrondse energieopslag. 1.2 Locatie Het gaat om vijf separate locaties die weliswaar dicht bij elkaar liggen, maar die niet van een collectief WKO-systeem gebruik gaan maken. Jan Bommerhuis: Wibautstraat Voormalig Volkskrantgebouw: Wibautstraat 150 Nieuwbouw Wibautveste: Wibautstraat Woningbouwvereniging O21: Eerste Oosterparkstraat, ca. nrs Parooldriehoek: Wibautstraat De planning voor nieuwbouw c.q. renovatie van de vijf locaties loopt niet synchroon, waardoor geen collectief systeem mogelijk is. Bovendien worden de locaties gescheiden door de Wibautstraat, een belangrijke verkeersader in Amsterdam die net is gerenoveerd en niet binnen afzienbare tijd weer wordt opengebroken. Leidingen van de ene locatie naar de andere kunnen niet worden gepland. Voor deze vijf locaties is een gezamenlijk advies opgesteld. 1.3 Uitgangspunten De volgende uitgangspunten zijn bij dit onderzoek gehanteerd: Bij de berekeningen worden dichtheidsverschillen door temperatuur en chloridegehalten in de watervoerende en slechtdoorlatende lagen meegenomen. Vooral voor monobronnen is dit essentieel. Op het terrein van de Parooldriehoek is een koudeopslagsysteem van de voormalige PCM-drukkerij actief geweest. De vergunning hiervoor is inmiddels ingetrokken. Bij de berekeningen wordt rekening gehouden met opgebouwde koude in de ondergrond van de voormalige PCM-drukkerij. Onderzoek naar de aanwezigheid van grondwaterverontreinigingen, archeologische resten, explosieven of onbekende ondergrondse bouwwerken dienen in het kader van de vergunningaanvraag te worden uitgevoerd door betreffende partijen. Op dat moment zijn de putlocaties bekend. 5

6 Een bijzonder ondergronds object nabij de Parooldriehoek betreft de metrotunnelbuis in de Wibautstraat. Vooralsnog wordt ervan uitgegaan dat deze tunnelbuis circa 10 m uit de rooilijn van de bebouwing ligt. Binnen een afstand van 10 m van deze tunnel mag niet worden geboord. Als uitgangspunt geldt daarom dat in de Wibautstraat niet geboord kan worden voor WKO-putten. Bij voorkeur worden WKO-bronnen gerealiseerd op eigen of in erfpacht uitgegeven terrein. De WKO-systemen in Amsterdam liggen over het algemeen dermate diep dat effecten als maaivelddaling, verdroging van plantsoenen, opwarming van ondiep grondwater en invloed op waterkeringen en funderingen verwaarloosbaar zijn. Deze zijn daarom niet meegenomen in voorliggend onderzoek. 6

7 2 Inventarisatiegegevens 2.1 Onderzoeksgebied In figuur 2.1 is de ligging van het onderzoeksgebied weergegeven. De oranje gekleurde percelen betreffen potentiële gebruikers van WKO. De percelen die in het huidige onderzoek zijn betrokken zijn de nummers 1, 5, 8, 10 en 11. Weergegeven in figuur 2-1 zijn tevens de locatie van een dwarsprofiel met de bodemopbouw (zie volgende paragraaf) en ook bestaande WKO-invloedsgebieden, zoals vastgelegd door de gemeente Amsterdam. dwarsprofiel Figuur 2-1: Ligging modelgebied met locatie dwarsprofiel bodemopbouw 7

8 2.2 Bodemopbouw De bodem is opgebouwd uit een afwisseling van veen, klei en zand. Figuur 2.2 toont een schematische weergave van de bodemopbouw, gebaseerd op REGIS II.1 (TNO, 2012). Figuur 2-2: Geohydrologische bodemopbouw volgens REGISII.1 (ligging profiel: zie figuur 2-1) Naast de REGIS-data zijn ook afzonderlijke boringen en sonderingen bestudeerd uit het archief van Waternet en uit DinoLoket (archief TNO). Figuur 2-3 toont enkele boringen en sonderingen in een dwarsprofiel. Uit de figuren 2-2 en 2-3 blijkt onder meer dat de Waalre-klei 1 (wak1) op circa 80 -NAP op de onderzoekslocatie niet aaneengesloten voorkomt, maar hooguit zeer lokaal aanwezig is. Figuur 2-3: Dwarsprofiel met boringen en sonderingen uit het archief van TNO en Waternet (ligging profiel: zie figuur 2-1) 8

9 Waternet heeft in 2011 een grondwatermodel voor de stad Amsterdam opgesteld ter voorspelling van de grondwaterstand bij verwachte klimaatveranderingen (Waternet, 2012). Als input voor het grondwatermodel zijn de REGIS-data geschematiseerd tot een systeem met acht watervoerende lagen en zeven slecht doorlatende lagen. Tabel 2-1 bevat de geohydrologische schematisering. Op de onderzoekslocatie zijn niet alle genoemde lagen aanwezig. De slecht doorlatende laag 5 ontbreekt en de slechtdoorlatende laag 6 is slechts sporadisch aanwezig. Daarom vormen de watervoerende lagen 5, 6 en 7 lokaal één watervoerend pakket. Tabel 2-1: Geohydrologische schematisering en parametrisatie ondergrond Amsterdam Globale diepte Model laag Lokaal m -NAP aanwezig REGIS II.1- lagen K-waarde C-waarde (m/dag) (dagen/m) 0-2 wvl* 1 ja (ophooglaag) 2-12 sdl* 1 ja Holoceen (deklaag) wvl 2 ja Eem + Boxtel-zand sdl 2 ja Eem + Woudenberg Kreftenheije-klei+ geulopvullingen IJ wvl 3 ja Drente + Eem + Kreftenheije-zand sdl 3 ja Gieten + Uitdam-klei wvl 4 nee gestuwd pakket sdl 4 nee (virtuele modellaag) wvl 5 ja Sterksel zand 1 + Urk-zanden sdl 5 nee Sterksel-klei wvl 6 ja Sterksel zand 2 + Appelscha-zand Peize/Waalre-zand 2 80 sdl 6 sporadisch Waalre klei wvl7 ja Peize/Waalre-zand sdl 7 nee Waalre-klei Wvl8 ja Peize/Waalre-zand * wvl = watervoerende laag * sdl = slechtdoorlatende laag Peize-complex + Maassluis 2.3 Grondwaterstroming Het grondwatermodel is gekalibreerd op basis van grondwaterstandsmetingen in ruim 4000 peilbuizen van Waternet. Voor het gebruik van een WKO zijn met name de watervoerende lagen tussen NAP -55 en NAP -165 (lagen 5, 6 en 7) van belang. In figuur 2-3 zijn de isohypsen van de gezamenlijke vijfde, zesde en zevende watervoerende laag weergegeven, zoals berekend met het grondwatermodel. Met een pijl is de stromingsrichting (ZZW) op de onderzoekslocatie aangegeven. 9

10 Figuur 2-4: Grondwaterstroming watervoerende lagen 5, 6 en 7 volgens gekalibreerd grondwatermodel Waternet 2.4 Zoutgehalten van het grondwater In en rond Amsterdam komt plaatselijk brak tot zout grondwater voor. Zout water heeft een grotere dichtheid (soortelijke massa) dan zoet water. Als het zoutgehalte van grondwater hoog genoeg is, kan dit een belangrijke rol spelen bij de grondwaterstroming. Een eenvoudige maat voor het zoutgehalte is het chloridegehalte, dat in zeewater de meest dominante component vormt. Met een eenvoudige formule kan het chloridegehalte worden omgerekend naar een waarde voor de dichtheid van het grondwater. In de onderstaande figuur is het chlorideprofiel nabij de Parooldriehoek geschetst. Deze curve is gebaseerd op chloridemetingen van Waternet en aanvulllende data uit Dinoloket (TNO). Figuur 2-5: Geschematiseerd verloop van het chloridegehalte met de diepte ter plaatse van de Parooldriehoek 10

11 2.5 Kabels en leidingen in de bodem Bij de aanleg van de WKO-systemen moet rekening worden gehouden met bestaande kabels en leidingen in de ondergrond. In dit rapport is geen overzicht opgenomen van alle kabels en leidingen rond de Parooldriehoek. Deze gegevens veranderen voortdurend. In de uitvoeringsfase dienen de initiatiefnemers een zogenaamde KLIC-melding te doen bij het Kadaster, waarna voor alle aanwezige ondergrondse infrastructuur kaarten/bestanden worden aangeleverd. Als voorbeeld zijn hieronder in figuur 2.6 de kabels en leidingen rond het Jan Bommerhuis afgebeeld, die in beheer zijn bij Waternet (rioleringen en drinkwaterleidingen). In de uitvoeringsfase zullen deze gegevens geactualiseerd moeten worden middels een KLIC-melding. Zoals is vermeld in de uitgangspunten kan in de Wibautstraat vanwege de metrotunnelbuis niet worden geboord ten behoeve van WKO-putten. Figuur 2-6: Rioleringsbuizen en drinkwaterleidingen rond het Jan Bommerhuis 11

12 3 Modellering van de WKO-systemen De berekening van de grondwaterstroming, inclusief dichtheidsvariatie door zout grondwater en warmtetransport voor de WKO-systemen is uitgevoerd met de rekencode SEAWAT (USGS, 2012). Pre- en postprocessing van data is uitgevoerd binnen de numerieke rekenomgeving MATLAB (MathWorks, 2012). Alle programmatuur in MATLAB is ontwikkeld door prof.dr.ir. T.N. Olsthoorn (Waternet, 2012). 3.1 Dimensionering putten Algemeen De zogenaamde thermische straal van een put bepaalt de minimale afstand tussen een warmteput en een koudeput van een doubletsysteem. Volgens de richtlijnen van de NVOE (Nederlandse Vereniging voor Ondergrondse Energieopslagsystemen) dient deze onderlinge afstand minimaal driemaal de thermische straal te zijn. In de tabel in bijlage 1 is deze minimale afstand vermeld (laatste kolom) en in figuur weergegeven. De locatie van putten wordt voorts mede bepaald door de lay-out van het betreffende perceel in combinatie met de grondwaterstromingsrichting. Rekening is gehouden met de aanwezigheid van de koudeopslag in de ondergrond van de voormalige PCM-drukkerij. Deze koudeopslag is actief geweest van 1986 t/m Uitgaande van de gemelde debieten bij de provincie en de vermelde injectietemperaturen in de vergunningaanvraag is de koudebel modelmatig gereconstrueerd. In deze koudebel zijn geen warme bronnen gepositioneerd. Uit de stukken die door de initiatiefnemers zijn geleverd blijkt dat de gevraagde onttrekkings- en infiltratiedebieten gerelateerd zijn aan het aantal draaiuren per halfjaar. De gemeente Amsterdam gaat uit van 2600 draaiuren per halfjaar. Voor het ontwikkelde grondwatermodel worden deze actuele debieten omgerekend naar nominale debieten (op basis van 182.5x24=4380 draaiuren per half jaar). Dit houdt in dat de gevraagde debieten met een factor 0.59 moeten worden vermenigvuldigd om nominale debieten te verkrijgen Doubletsystemen Om negatieve interferentie tussen verschillende WKO-installaties te voorkomen zijn zogenaamde warmte- en koudestraten gedefinieerd, waarin de koude en warme putten van doubletsystemen moeten worden geplaatst. Indien een vergunningaanvrager van deze lijn wil afwijken, zal met berekeningen moeten worden onderbouwd dat dit geen negatieve gevolgen heeft voor de omgeving. Voor het plaatsen van de filters van de warme en de koude bronnen voor doubletten wordt gebruikgemaakt van het traject tussen NAP -85 en NAP -165 m. Het debiet van een doubletsysteem mag niet meer bedragen dan is vermeld in bijlage 1. 1 De thermische straal is onder andere afhankelijk van de filterlengte. De thermische straal van de recent aangelegde monobron van MUL is in verhouding tot de andere bronnen zeer groot, omdat de filterlengte slechts 15 m bedraagt. 12

13 3.1.3 Monobronnen Monobronnen dienen midden tussen de warmte- en koudestraten te worden gepositioneerd voor doubletsystemen. Indien een vergunningaanvrager van deze lijn wil afwijken, zal met berekeningen moeten worden onderbouwd dat dit geen negatieve gevolgen heeft voor de omgeving. Het bovenste filter wordt benut voor de warmtebel en dient te worden gepositioneerd in het traject van NAP -55 m tot NAP -80 m. Het onderste filter wordt benut voor de koudebel en dient te worden gepositioneerd in het traject van NAP -140 m tot NAP -165 m. Aanwezige scheidende lagen tussen de beide filtertrajecten kunnen dienen als fysieke scheiding tussen de warmte- en koudebel en moeten daarom na het boren van de put zo goed mogelijk worden hersteld. De filters moeten wel in hetzelfde watervoerende pakket worden geplaatst. Figuur 3-1: Koude- en warmtestraten met een voorstel voor WKO-putlocaties en een berekende minimale onderlinge afstand van de bronnen 13

14 3.2 Resultaten Posities WKO-bronnen In figuur 3-1 zijn de voorgestelde locaties van de WKO-systemen afgebeeld, inclusief de berekende minimale afstand tot andere putten (paarse cirkels). Ook zijn de voorgestelde warmte- en koudestraten weergegeven. De onderlinge afstand van deze straten bedraagt circa 120 m. De putten zijn gedimensioneerd op eigen terrein of nabij de gevels in de openbare ruimte. De dimensies van de WKO-systemen, inclusief de voorgestelde debieten, zijn opgenomen in bijlage 1. De door de initiatiefnemers gevraagde debieten van de WKO-putten zijn bijgesteld op grond van de criteria in de voorgaande paragrafen. In figuur 3-1 is te zien dat voor het Volkskrantgebouw en het Jan Bommerhuis de minimale onderlinge afstand tussen koude bron en warme bron wordt overschreden. Dit is toegestaan, indien de beschikbare ruimte beperkt is en berekeningen aantonen dat dit geen ernstige gevolgen heeft voor de efficiency van het systeem (zie paragraaf 3.2) Effecten van WKO-bronnen op grondwatertemperatuur In figuur 3-2 is de gereconstrueerde koudebel van de voormalige PCM-drukkerij d.d weergegeven in een bovenaanzicht. De begrenzing van de koude- en warmtebellen in de figuren 3-2 t/m 3-4 is gedefinieerd als een 0.5 graad temperatuurverschil met de oorspronkelijke natuurlijke situatie. De efficiency (= T out *Q out /T in*qin) van de WKO-systemen is weergegeven in figuur 3-5. Op basis van deze figuur kunnen de volgende conclusies worden getrokken: 2 Hoe groter een WKO-systeem is, des te hoger is de efficiency. De efficiency van een doublet is hoger dan die van een monobron. Een hogere efficiency kan worden behaald door koudebellen van nieuwe doubletsystemen te positioneren in de koudebel van PCM: zie de koudebel Volkskrantgebouw (putnr. 3) en Parooldriehoek (putnr. 9). Indien de ruimte het niet toelaat om warmtebellen van toekomstige doubletsystemen te positioneren op voldoende afstand van de PCM-koudebel dan zullen deze warmtebellen negatief kunnen worden beïnvloed: zie warmtebel Volkskrantgebouw (putnr. 4). De warmtebel van de monowell van MUL (putnr. 6) wordt negatief beïnvloed door de koudebel van PCM, terwijl de koudebel van MUL (putnr. 5) positief wordt beïnvloed. 2 Bij een toenemende straal van een bol, neemt de verhouding oppervlakte/inhoud af, waardoor de energieverliezen naar de omgeving in verhouding kleiner worden. 14

15 Figuur 3-2: Reconstructie koudebel van PCM d.d. 1 januari 2013 op een diepte van circa NAP -100 m Figuur 3-3: Voorspelde koude- en warmtebellen einde zomer (1 oktober 2040) 15

16 Figuur 3-4: Voorspelde koude- en warmtebellen einde winter (1 april 2040) Figuur 3-5: Berekende efficiency bij de voorgestelde dimensionering van de WKO-systemen nabij de Parooldriehoek. In bijlage 1 staan putnummers en dimensies vermeld. Gestippelde lijnen betreffen de warmteput, getrokken lijnen de koudeput. In de legenda staat vermeld of sprake is van een monobron (M) of van een doublet (D). Ook vermeld wordt de filterstelling (scr) van de put ten opzichte van NAP Effecten op stijghoogten en grondwaterstanden Het effect van de WKO-systemen op stijghoogten en grondwaterstanden is in dit stadium moeilijk te voorspellen, omdat dit mede afhankelijk is van de pompcapaciteit die de initiatiefnemers installeren. Ten behoeve van de vergunningverlening 16

17 door de provincie Noord-Holland dienen de initiatiefnemers zelf de effecten te bepalen van de WKO-installatie op de stijghoogten en de grondwaterstanden. 3.3 Conclusies De berekeningen tonen aan dat de gewenste debieten van sommige partijen in deze configuratie niet haalbaar zijn en daarom moeten worden beperkt. Op het Jan Bommerhuis na zijn de gehanteerde debieten wel groter dan de berekende debieten op basis van de geschatte koudevraag. De geschatte koudevraag is in alle gevallen kleiner dan de geschatte warmtevraag. Aangezien een energetische balans een vergunningvoorwaarde is, zal de koudevraag maatgevend zijn voor de WKO-debieten. 17

18 4 Ordeningsregels 4.1 Algemene regels gemeente Amsterdam Door de gemeente Amsterdam zijn regels geformuleerd waaraan gebruikers zich dienen te conformeren bij het inrichten van hun energieopslagsysteem. Deze ordeningsregels hangen mede samen met de specifieke situatie ondergronds en bovengronds op de onderzoekslocatie: 1. Bij voorkeur worden WKO-bronnen gerealiseerd op eigen of in erfpacht uitgegeven terrein. Indien dit praktisch onuitvoerbaar is (kavels tot aan de rooilijn en/of geen binnenterrein) kunnen onder strikte voorwaarden ook in de openbare ruimte bronnen worden gerealiseerd. Middels opstalrecht of erfdienstbaarheid wordt in deze gevallen door het stadsdeel de eigendomssituatie van de bronnen vastgelegd. 2. Van boringen dient een goede boorbeschrijving en een geofysische boorlog te worden gemaakt. De boorbeschrijving en de geofysische boorlog moeten, behalve aan de opdrachtgever, ook worden aangeboden bij het bodemarchief van TNO. 3. De aanwezige en geplande kabels en leidingen vormen een aandachtspunt tijdens de ontwerpfase van energieopslagsystemen. 4. In de rendementsberekeningen van een WKO-systeem dient de gemiddelde waterverplaatsing te worden berekend met een gemiddelde delta T van 4 graden over de warmtewisselaar. 4.2 Gesloten systemen Gesloten systemen zijn in dit onderzoek niet onderzocht. Voorwaarde bij de aanleg van dergelijke systemen is dat ze niet interfereren met de open systemen. Aangenomen wordt dat gesloten WKO-bronnen tot een maximale diepte van NAP -40 m geen effect zullen hebben op de open systemen, die dieper dan NAP -55 worden aangelegd. Daarom zijn gesloten WKO-bronnen uitsluitend toegestaan in het matig tot slecht doorlatende pakket vanaf maaiveld tot een diepte van maximaal NAP -40 m. 18

19 5 Bijlage 1: Dimensionering WKO-putten Naam [-] [-] [-] [-] m m m m t.o.v. NAP m t.o.v. NAP m 3 /uur m 3 /uur m 3 /uur m 3 /uur Putnr Nr. gebouw in figuur 2-1 Type WKO-systeem x y Filterlengte Bovenkant filter Onderkant filter Nominaal debiet berekend op basis koude vraag Nominaal debiet berekend op basis warmte vraag Nominaal debiet gevraagd Maximaal toelaatbaar nominaal debiet 3 m Maximaal toelaatbare waterverplaatsing per halfjaar Jan Bommerhuis 1 1 doublet Jan Bommerhuis 2 1 doublet Volkskrant 3 5 doublet Volkskrant 4 5 doublet Mul 5 8 mono Mul 6 8 mono O mono O mono Parooldriehoek 9 11 doublet Parooldriehoek doublet Pers Combinatie 11 doublet Pers Combinatie 12 doublet m Minimaal toelaatbare afstand bronnen 19