Q&A (ultradiepe) geothermie in Utrecht Algemeen Wat is (ultradiepe)geothermie? Bij geothermie (aardwarmte) wordt de warmte die in de aarde is omhoog gehaald en gebruikt. Door een boring onttrekken we die warmte aan hete grondlagen. Die warmte gebruiken we voor het verwarmen van gebouwen en woningen. Geothermie is een bewezen techniek, die in veel andere landen al vele jaren in gebruik is. In Nederland is geothermie bezig aan een opmars. Aardwarmte kan aardgas vervangen in bijvoorbeeld de glastuinbouw, de industrie of voor het verwarmen van gebouwen. Ultradiepe geothermie is een warmtebron op een diepte tussen de 4 en 10 kilometer. Bij ultradiepe geothermie is de temperatuur van de aardwarmte hoger dan bij gewone geothermie tot 4 kilometer diepte. Hierdoor zijn meer toepassingen mogelijk, bijvoorbeeld voor elektriciteit. Hoe werkt het naar boven halen van warmte uit de aarde? Warmte kan vrijkomen uit hete aardlagen diep in de ondergrond, door deze lagen aan te boren. Vanuit minimaal 500 meter onder de grond wordt warm water uit zandsteen of kalklagen opgepompt. Afgekoeld water gaat terug in de grond en kan later weer worden gebruikt. Het voordeel van aardwarmte is dat het niet opraakt. Wat is de ervaring met geothermie in Nederland? Momenteel (2017) zijn in ons land 16 geothermische systemen (doublet) in productie. De meeste systemen leveren warmte aan de glastuinbouw. Twee systemen in Den Haag en Heerlen zijn aangelegd om warmte te leveren aan gebouwen. De komende jaren worden veel nieuwe geothermiesystemen aangelegd. Een doublet is de combinatie van twee naast elkaar liggende bronnen of putten in een diepe grondlaag, die heet water uit deze grondlaag naar boven pompen en het afgekoelde water weer terug injecteren in de bodem. Wat is de ervaring met geothermie in het buitenland? In onder andere Duitsland en Frankrijk zijn al meer geothermische doubletten actief die aan gebouwen warmte leveren. In Neustadt-Glewe in Noord-Duitsland wordt sinds 1994 diepe aardwarmte uit watervoerende poreuze zandsteenlagen gehaald op 2.335 m diepte, met een watertemperatuur van 97 C. Geologisch gezien is de situatie daar verwant met de situatie in Groningen. In het Bekken van Parijs, met in het midden de stad Parijs, wordt al sinds 1969 water voor verwarming uit de diepe ondergrond gehaald. De oudste installatie, in Melun l Almont, is nog steeds in bedrijf. Waarom doen we onderzoek naar geothermie in Utrecht? Geothermie (aardwarmte) is een milieuvriendelijk alternatief voor het stoken van gas en kolen en kan meehelpen om de provincie Utrecht klimaatneutraal te maken. Bijvoorbeeld door het verduurzamen van het stadswarmtenet. In Nederland is de bodemopbouw zoveel mogelijk in kaart gebracht door geologen, die hierbij gegevens van olie- en gasboringen hebben gebruikt. Deze boringen gaan vaak tot een diepte van 3 km. In Utrecht is de bodemopbouw van de ondergrond niet volledig bekend. We weten nog niet precies waar de zandsteen of kalklagen liggen, hoe diep en hoe dik deze lagen zijn. Met seismisch onderzoek en een proefboring kan de bodemopbouw verder in kaart worden gebracht en worden bepaald of de winning rendabel is. Wat is onze wettelijke- rol bij het initiatief van GOUD? En waarom ondersteunen wij het initiatief? Hoe doen we dat? Samen met de gemeente Utrecht zet de provincie Utrecht zich in om een maatschappelijk verantwoorde toepassing van geothermie te onderzoeken. We ondersteunen de onderzoeksfase van het initiatief GOUD door de verschillende belangen in beeld te brengen, organiseren het gesprek hierover met de belanghebbenden en de stad en de regio en bevorderen de kennis en ervaring in onze regio over deze innovatieve duurzame ontwikkeling. Wettelijk gezien gaat het bij geothermie om mijnbouwwetgeving, waarbij het Ministerie van Economische Zaken bevoegd gezag is en het Staatstoezicht op de Mijnen het toezicht doet. Er zijn meerdere vergunningen nodig. Provincies hebben een adviesrol bij vergunningverlening (voor
opsporing en winning) en betrekken gemeenten daarbij. Gemeenten hebben adviesrecht bij een winningsplan. En gemeenten leveren een verklaring van geen bedenking bij een omgevingsvergunningen voor boren en voor het oprichten en gebruiken van een winningsinstallatie. Wat is de rol van de provincie bij geothermie? En bij GOUD? De energiemarkt is geprivatiseerd. Daarom heeft de provincie geen officiële taak. De officiële verantwoordelijkheid ligt bij het Rijk en bij initiatiefnemers en energieproducenten. De provincie ziet in geothermie een beloftevolle duurzame energiebron en daarom adviseert zij en volgt deze ontwikkeling kritisch. Waar in Utrecht zou een geothermische bron kunnen worden gemaakt? Dat weten we nog niet precies: die mogelijkheden worden onderzocht. Voor het Utrechtse initiatief GOUD (Geothermie Oost Utrecht Duurzaam) zouden twee geothermische putten geboord kunnen worden op een locatie in het Utrecht Science Park of Rijnsweerd. Of het in de Utrechtse ondergrond mogelijk is om voldoende aardwarmte te halen voor het verwarmen van gebouwen, zal eerst onderzocht moeten worden. We weten wel dat er in de bodem aardlagen zitten die hiervoor geschikt zijn. Duurzaamheid Is geothermie duurzaam? Geothermie is een duurzame bron voor de opwekking van warmte. Bij de productie van aardwarmte komt nauwelijks CO2 vrij. De uitstoot van CO2 bij de productie van geothermie is acht keer zo weinig als bij de productie van aardgas. Is geothermie een onuitputtelijke energiebron? De voorraad aardwarmte in de aarde is onuitputtelijk. Een specifieke geothermische bron niet, die koelt namelijk na verloop van tijd af. Een geothermische bron gaat tussen de 15 en 30 jaar mee. In Frankrijk/Parijs gaat de bron al langer mee. Hoeveel kan geothermie bijdragen aan het vergroten van het aandeel duurzame energie? Geothermie kan een flinke bijdrage leveren aan de energietransitie. Voor de diepere ondergrond liggen de schattingen voor het potentieel van geothermie in 2050 op ongeveer 10 procent voor het totale elektriciteitsverbruik en zo n 30 procent van het totale warmteverbruik in Nederland. Is geothermie een oplossing voor het energievraagstuk? Een groot deel van ons energiegebruik bestaat uit de vraag naar warmte. Een geothermie bron levert het hele jaar door duurzame warmte en kan dus een enorme rol spelen in de duurzame energiemix van de toekomst. De transitie van fossiele energiebronnen zoals gas en olie naar duurzame bronnen vraagt niet om één oplossing, maar om een combinatie van duurzame oplossingen. Geothermie kan een oplossing zijn voor de warmtevoorziening van glastuinbouw, industrie, grote gebouwen en veel woningen. Techniek Is geothermie een gesloten of open systeem? Een open systeem. Een gesloten systeem is een systeem waarbij het water door buizen in de grond circuleert. Bij een open systeem zijn de injectieput en de put waar het water omhoog komt ondergronds niet met buizen verbonden. Hoe ziet de onderzoeksfase eruit? De onderzoeksfase bestaat uit seismisch onderzoek en uit een proefboring. Seismisch onderzoek vindt plaats voor een proefboring. Seismisch onderzoek wordt uitgevoerd met een trilwagen, om te onderzoeken hoe de ondergrond is opgebouwd. Door de ondergrond in trilling te brengen (met geluidsgolven) en deze trillingen vervolgens met seismische apparatuur op te vangen (geluidsecho), kunnen de structuren in de ondergrond in beeld worden gebracht. Je kunt een driedimensionaal beeld van de diepe ondergrond maken. Zo n beeld toont in groot detail het verloop van de aardlagen en de ligging van breuklijnen. Deskundigen kunnen hiermee inschatten of er zandsteen- of kalkpakketten aanwezig zijn, waaruit aardwarmte kan worden gewonnen. Om te bepalen of het om economisch winbare en dus rendabele aardwarmte gaat moet er daarna ter bevestiging een proefboring worden uitgevoerd. De proefboring kan bij positief resultaat worden omgezet in één van de twee putten.
Op basis van recente gegevens kan in Utrecht voor de ondergrond tot 3 km een proefboring worden verricht, als aanvulling op bestaande seismische gegevens. Voor diepere lagen zijn zowel seismisch onderzoek als een proefboring nodig. Kan het onderzoek ook negatief uitvallen voor het initiatief van ultradiepe geothermie? Ja, als de kalkpakketten niet dik genoeg zijn of een verkeerde samenstelling hebben (te ondoorlatend zijn). Als er te weinig breuken zijn waardoor de zandsteen niet goed genoeg warm water kan leveren en er te veel stimulatie van de aardlagen nodig is om het pakket doorlatend te maken. Hoe wordt het water uit de gesteentelaag gehaald? Met een pomp. Omdat er op een diepte van ongeveer 7 kilometer nauwelijks water aanwezig is wordt in de productieput een pomp gehangen die het (hete) water omhoog pompt naar de geothermische installatie. Water op deze diepte heeft een temperatuur van boven de 200 graden. Omdat het water zich onder een hoge druk in de ondergrond bevindt is het geen stoom. Door het water in de leidingen ook op hoge druk te houden, blijft het water en wordt het geen stoom. Is een koppeling met het stadsverwarmingsnet mogelijk? Het initiatief GOUD gaat voornamelijk uit van gebruik van de eigen warmtenetten op het Utrecht Science Park. De koppeling met het stadsverwarmingsnet is in theorie mogelijk en in eerste instantie vooral voor Rijnsweerd interessant. Daar is Rijnsweerd nog niet op aangesloten, maar de mogelijkheden worden zeker onderzocht. De boring gaat door grondwatervoerende lagen. Bestaat er risico op verontreiniging van het grondwater? De boring wordt zo uitgevoerd dat er geen gevaar is. Eerst worden er twee buitenpijpen (conductors) geplaatst. Deze zijn aangebracht tot op een diepte onder de watervoerende lagen. Dit eerste deel wordt met een waterspoeling geboord. Deze techniek wordt ook gebruikt voor het boren van waterwinputten. Dit gedeelte van de put wordt opgebouwd met een stalen buis en na een druktest omringd met een laag cement, om zeker te zijn dat er geen lekkages kunnen optreden. Het initiatief in Utrecht zal op dezelfde wijze worden uitgevoerd als het doorgaat. Wat merkt de omgeving tijdens het onderzoek, de aanleg en de boorfase? De aanleg van de boorlocatie vereist veel transport van materialen van en naar de site. Dit zou mogelijk kunnen leiden tot overlast van verkeer. Het installeren van de boortoren en installaties duurt enkele weken. Het boren vindt 24 uur per dag plaats en 7 dagen per week totdat de einddiepte is bereikt. Bij de huidige geothermische boringen (twee stuks) in Nederland tot 3 km duurt dit 3 tot 6 maanden. Bij diepere boringen duurt dit langer. De boortoren produceert geluid (lift, boorstangen) en de vrachtwagens vervoeren materialen. Als de putten geboord zijn is er een klein gebouw nodig, waarin het geothermisch systeem met warmtewisselaars, pompen, filters en vaten komt te staan. De pompen produceren geluid en ook nu moet er nog aan- en afvoer van materialen (door vrachtwagens) plaatsvinden. Trilwagen die gebruikt wordt voor het seismologisch onderzoek
Wordt er bij geothermie hydraulische stimulatie toegepast? Bij gewone geothermie tot 4 kilometer diepte is dit niet nodig. Voor ultra diepe geothermie is hydraulische stimulatie nodig om de doorlatendheid van het gesteente te vergroten. Er moet warmte en water doorheen kunnen. De aardlaag waar het water wordt opgepompt is op een diepte van 5 tot 7 kilometer onvoldoende poreus. De doorlatendheid wordt daarom vergroot met hydraulische stimulatie. Wat is het verschil tussen geothermie en schaliegaswinning? Het winnen van schaliegas en diepe geothermie wordt vaak op een hoop gegooid, maar de technieken en de risico s voor de omgeving en het grondwater zijn anders. Schaliegas wordt gewonnen uit oude kleilagen met een zeer lage doorlaatbaarheid. Geothermie (aardwarmte) wordt gewonnen uit zand- en kalksteen met een hogere doorlaatbaarheid. Door de lage doorlaatbaarheid stroomt het schaliegas moeilijk door het gesteente waardoor de druk veel hoger is dan bij het winnen van geothermie. Hierdoor zijn de risico s voor de omgeving bij het winnen van schaliegas veel groter. Ook is het aantal putten voor het winnen van schaliegas een stuk groter (soms tientallen per vierkante kilometer). Bij (diepe) geothermie worden twee putten geboord die samen een ondergronds systeem vormen. Wat is het verschil tussen geothermie en gaswinning? Bij de gaswinning is beving een belangrijk onderwerp en nadelig effect als gevolg van de winning. De bevingen bij gaswinning zijn het gevolg van een onderdruk (relatief) door de winning van het gas, in combinatie met de lokale geologische situatie. Bij geothermie zijn kleine trillingen (micro seismische activiteit) mogelijk als een gevolg van een korte overdruk bij de injectieput. Onderdruk komt bij geothermie niet voor omdat de hoeveelheid water die onttrokken wordt ook weer teruggepompt wordt. Veiligheid Meten en monitoren ondergrond In de ondergrond van Utrecht zal veel aandacht worden besteed aan het meten en monitoren van wat er gebeurt in de ondergrond. We zijn momenteel bezig met de provincie en partijen van GOUD om te bepalen welke onderzoeken er nodig zijn en waar. Kan geothermie leiden tot aardbevingen? In tegenstelling tot aardgaswinning wordt met aardwarmte geen volume uit de bodem gehaald. Het water wordt in een gesloten systeem rondgepompt en via een warmtewisselaar wordt de warmte afgegeven aan een warmtedistributiesysteem (eveneens een gesloten systeem). Een beving zoals bij de winning van gas, is in onze geologische situatie niet mogelijk. Wat betreft de verwachtingen rondom de ultradiepe geothermie, kan wel sprake zijn van micro-seismische activiteit. Dit zijn kleine trillingen (kleiner dan 3,5 op de schaal van Richter). Dit zijn trillingen die vrijwel niet voelbaar zijn aan het oppervlakte en vrijwel nooit schade veroorzaken. In hoeverre deze kleine trillingen hier in Utrecht zullen optreden is nog onduidelijk. Daar moeten seismisch onderzoek en de proefboring meer uitsluitsel over geven. Om micro-seismische activiteit in de praktijk goed te kunnen volgen is een monitoringprotocol noodzakelijk. Kunnen er trillingen ontstaan bij het boren naar de geothermische laag? In theorie is het mogelijk dat er trillingen ontstaan. Dat dit gebeurt is onwaarschijnlijk, bij het slaan van de heipalen is de kans op trillingen groter. Wat is het verschil tussen een heipaal slaan en een boring doen voor geothermie? Bij een heipaal, sla je de paal in de grond, waardoor de grond weggetrild wordt. Bij een boring voor geothermie wordt er buizen in de grond gebracht door te schroeven (draaien). Geothermie en radioactiviteit In het opgepompte formatiewater kunnen de van nature aanwezige licht radioactieve klei- of looddeeltjes zitten. Dit komt van nature voor in de diepe ondergrond. Het formatiewater wordt teruggebracht in dezelfde diepe laag via de injectieput, alleen de warmte wordt eruit gehaald. De deeltjes zijn pas een probleem als ze neerslaan en zich (massaal) ophopen in de put of in de installaties. Het gaat dan nog steeds om een lichte vorm van radioactiviteit. Deze radioactieve
afvalstoffen worden net zoals ziekenhuisafval naar een erkende verwerker afgevoerd. In het algemeen is er geen risico dat het warmtenet besmet raakt met radioactiviteit, omdat dit systeem via een warmtewisselaar is gescheiden van het geothermische systeem. Welke vergunningen moeten aangevraagd worden voor de aanleg van een geothermisch systeem? Om een geothermisch systeem aan te leggen zijn meerdere vergunningen nodig. Bij het afgeven van de vergunningen door het ministerie van EZ wordt getoetst of er voldoende maatregelen worden genomen om de boring veilig te kunnen uitvoeren. Het Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) voert deze toets uit en controleert ook tijdens de boring. Welke maatregelen nodig zijn en of er een vergunning afgegeven kan worden, wordt per project beoordeeld. De provincie en gemeente worden betrokken bij de vergunningverlening, voor advies en/of een verklaring van geen bedenking. Wat is de invloed van geothermie op de ondergrondse bodemactiviteit en bodembeweging? Bij geothermie blijft de druk in het gesteente gelijk, doordat het opgepompte water ook weer wordt teruggepompt. Hierdoor is de kans op bodemactiviteit of bodembeweging klein. Voordat geothermie plaatsvindt moeten de eigenschappen van de ondergrond onderzocht worden. Proces In hoeverre wordt rekening gehouden met ieders belangen in die ondergrond? Provincie en gemeente hechten veel waarde aan de verschillende belangen in de ondergrond. De kwaliteit van het drinkwater moet bijvoorbeeld gegarandeerd blijven. In de onderzoeksfase en het vergunningstraject wordt dan ook nauwkeurig afgestemd met alle belanghebbenden. Ruimtelijke ordening Hoeveel ruimte neemt de installatie in? Bovengronds kun je de geothermische installatie vergelijken met een kleine energiecentrale zoals bijvoorbeeld ziekenhuizen hebben. Op Utrecht Science Park staan al twee soortgelijke gebouwen. Financieel Is geothermie een dure energiebron? In vergelijking met de andere duurzame energiebronnen is het een van de goedkoopste per gigajoule opgewekte energie (voor warmte). Goedkoper dan wind en zonne-energie. Het vraagt wel een grote investering vooraf. Daar staat tegenover dat de kosten voor lange tijd stabiel blijven, zodra de geothermische installatie in gebruik is. Financiële risico s Geothermie vraagt vooraf een hoge investering. Daarbij bestaat het risico op misprikken. Dat de boring op die locatie niet een goede zandlaag vindt. Om dit risico zo klein mogelijk te maken, wordt er uitgebreid seismologisch onderzoek gedaan om te bepalen waar er precies geboord moet worden om de kans op succes zo groot mogelijk te laten zijn.