Hoge Temperatuur Opslag (HTO) Workshop Kopper Cress 4 juni 2019

Transcriptie

1 Hoge Temperatuur Opslag (HTO) Workshop Kopper Cress 4 juni 2019 Benno Drijver, IF Technology b.drijver@iftechnology.nl

2 Inhoud Wat is HTO? Waarom zouden we HTO willen toepassen? Wat zijn de belangrijkste verschillen met WKO? Welke projecten zijn er gemaakt? Wat hebben we daarvan geleerd?

3 Typen bodemenergiesystemen HEAT DEMAND 3 Geothermal energy AQUIFER Depth >2.000 m Shallow geothermal energy (UTES) 3) Deep geothermal energy 1) Open loop systems (ATES) 2) Closed loop systems (BTES) Heat production ( C) Heat and electricity production ( > 120 C) 1 2

4 Waarom WKO / MTO / HTO? 1) Geopolitieke redenen (minder afhankelijk zijn van olie- en gas producerende landen) 1 2 2) Eindigheid van fossiele brandstoffen 3) Beperken klimaatverandering 3 4) Kostenbesparingen door lager energieverbruik 4

5 Temperatuurniveau opgeslagen warmte: ºC ºC ºC WKO (Lage temperatuur opslag) MTO (Middelhoge temperatuur opslag) HTO (Hoge temperatuur opslag)

6 Mogelijke warmtebronnen Opslag is een essentiële schakel in de energietransitie Restwarmte Duurzame warmte

7 Voordelen van MTO/HTO t.o.v. WKO Energieverbruik WKO (open systeem) per 100 kwh geleverde warmte: Elektriciteitsverbruik bij warmtelevering => Bronpomp (bij COP = 40): Warmtepomp (bij COP = 4): ca. 2,5 kwh ca. 25 kwh

8 Voordelen van MTO/HTO t.o.v. WKO Groot temperatuurverschil => Veel grotere energielevering per m³ verpompt grondwater Lager debiet nodig Kleiner ondergronds ruimtebeslag

9 Hoge temperatuuropslag (tot 95 C) is geen nieuwe techniek! Projecten in Nederland met middelhoge en hoge temperatuur warmteopslag (>25 C) project opleverdatum gemiddelde opslagtemperatuur [ C] warmteopslag [MWh t ] warmtelevering prognose [MWh t ] Kantoorcomplex, Bunnik (?) 172 (?) Universiteit Utrecht Heuvelgalerie Eindhoven Dolfinarium Harderwijk Hooge Burch Zwammerdam MW, Haarlem (2008) NIOO, Wageningen

10 Temperatuurniveau opgeslagen warmte: ºC WKO (Lage temp. opslag) > 99% ºC MTO (Middelhoge temp. opslag) < 1% ºC HTO (Hoge temp. opslag) 2

11 Belemmeringen MTO en HTO Juridisch HTO is in principe niet toegestaan vanwege: 25 C grens (AMvB Bodemenergie) Creëren van een warmteoverschot in de ondergrond niet toegestaan Technisch / Economisch Bij HTO projecten in het verleden zijn veel technische problemen opgetreden. Daar zijn oplossingen voor, maar er zijn nog te weinig succesvolle projecten (> 50 à 60 C). Energieprijzen lange tijd te laag geweest

12 Belangrijkste technische problemen met HTO Laag opslagrendement Gebruik aquifers met lagere doorlatendheid Grootschalige opslag Lage afkaptemperatuur Scaling (kalkneerslag) Voorkomen door waterbehandeling Corrosie- en temperatuurbestendigheid materialen Minimaliseren door selectie juiste materialen 40 ºC 60 ºC 80 ºC

13 k h = 50 D k v = 25 D k h = 15 D k v = 1,5 D k h = 0.5 D k v = 0.1 D

14 Belangrijke leermomenten oude projecten (1) Systeemintegratie, hoge temperatuur laden; lage temperatuur ontladen. Voldoende uitkoelen! Temperatuur [ C] temp. verloop w arme bron afkap = 50 C 50 afkap = 40 C temp. koude bron = 30 C ontladen warmte 20 ontladen warmte bij afkap 50 C 10 bij afkap 40 C Tijd [dagen]

15 Belangrijke leermomenten oude projecten (2) Kleine opslagsystemen hebben laag rendement. Minimaal m³ opslagvolume en 10 MW thermisch vermogen. Gebuik voor HTO fijnzandige pakketten met een afsluitende laag aan de bovenzijde (bij MTO is dit minder kritisch) Eigenschappen van de ondergrond zijn kritisch: doe een proefboring

16 Berekende temperatuur in de bronnen - Leiderdorp Leiderdorp (ster configuratie) Maximaal debiet 600 m³/uur Opslagvolume m³ Terugwinning m³ Onttrekkingstemperatuur in jaar 20: 95 C 75 C Retourtemperatuur 45 C Verwarmingsvermogen bij maximaal debiet in jaar 20: 35 MW 20 MW Opslagrendement: Jaar 5: 60% Jaar 10: 67% Jaar 20: 75%

17 Berekende temperatuur na 20 jaar - Leiderdorp

18 Belangrijke leermomenten oude projecten (3) Waterbehandeling boven de 50 C nodig om scaling te voorkomen. HCl-dosering bewezen techniek maar milieuhygienisch acceptabel? sterke punten zwakke punten ionenwisseling (zout)zuurdosering inhibitors invloed op de grondwaterkwaliteit relatief klein waterbehandeling vergt veel aandacht aanvoer veel zout nodig werkt goed goed beheersbaar invloed op de grondwaterkwaliteit relatief klein veiligheidsmaatregelen i.v.m. zuur zoutzuur nodig, veel transport bewegingen. relatief goedkope oplossing nog geen praktijkervaring in de praktijk putverstopping opgetreden relatief hoge kosten alternatief CO 2 -dosering bedreigingen risico op kleizwelling bij overbehandeling kwetsbare sturing/beveiliging Publieke opinie risico neerslag na adsorptie aan de bodem niet verkrijgen toestemming zoutlozing effect grondwaterkwaliteit onduidelijk Publieke opinie

19 Belangrijke leermomenten oude projecten (4) In basis mag in Nederland geen grondwater worden opgeslagen met een temperatuur boven de 25 C (AmvB Bodemenergie). Provincies moeten een speciale ontheffing verlenen. Provincie maken zich niet zo druk over de verhoging van de temperatuur in de target formaties (veel zoutwaterhoudende lagen met geen andere gebruikers). Er zijn wel lagen (Maassluis) die ook gebruikt worden voor WKO (regio Den Haag). Provincies maken zich zorgen over de uitstraling van warmte naar bovenliggende zoetwaterhoudende lagen. Aandacht nodig voor uitstraling via putcasing.

20 Belangrijke leermomenten oude projecten (5) MTO Tot ca. 45 à 50 C is HTO vrijwel identiek aan WKO (gebruik van PVC, geen waterbehandeling etc.). Systemen allemaal nog operationeel en functioneren technisch goed. Belangrijkste belemmering is juridisch. HTO Geen PVC meer gebruiken maar GVK en RVS 316. Aandacht nodig voor opslagrendement bij het ontwerp (fijnzandige lagen gebruiken, groot volume, lage afkapt) Waterbehandeling toepassen om kalkneerslag tegen te gaan. Onderwaterpompen in de warme bron zijn vergelijkbaar met pompen (ESP) uit de geothermie-wereld. Grotere invloed op temperatuur en grondwaterkwaliteit. Vergunbaarheid afhankelijk van omgevingsbelangen.

21