Openbaar eindrapport Aardwarmteproject Koekoekspolder Eigen duurzame energie door samenwerking Contactgegevens: Aardwarmteproject Koekoekspolder T.a.v. R. Vorage p/a Hartogsweg 6 8271 PE IJsselmuiden Nederland Email: greenhousegeopower@hotmail.com www.greenhousegeopower.nl September 2012 Het project is ondersteund door: Subsidieregeling energie en innovatie Risico s dekken voor Aardwarmte.
Gegevens van het project Projectnummer: AARD01001 Projecttitel: Aardwarmtecluster Koekoekspolder Penvoerder en aangesloten bedrijven: Aanvrager/Penvoerder: Aangesloten bedrijven: Aardwarmtecluster 1 KKP B.V. Maatschap Gebroeders Vahl Kwekerij Voorhof B.V. Ambo Valentes B.V./Pruimtomaten Van den Belt Projectperiode: 1 oktober 2010 31 Juli 2012 Naam projectleider bij penvoerder: p/a Agro AdviesBuro Bram Marrewijk B.V. t.a.v. de heer H. Bax Tiendweg 18 2671 SB NAALWIJK
1) Eigen energie Na een traject van enkele jaren is het dan zo ver; de pomp van de aardwarmtebron draait en er wordt duurzame warmte aan de tuinbouwbedrijven geleverd. Warmte die eeuwen lang verborgen heeft gezeten op bijna 2000 meter diepte, wordt nu gebruikt voor het verwarmen van komkommers en tomaten. Daardoor neemt de CO 2 footprint van deze groenten sterk af. Omdat het een project is waarbij drie tuinbouwbedrijven samenwerken is het uniek in zijn vorm en uitvoering. Het is ook het eerste project dat gebruik heeft gemaakt van de SEI garantieregeling (en voorganger TERM). In 2008 schoten de energieprijzen omhoog en de prijzen van olie en aardgas bereikten een piek. Een groep tuinders in het tuinbouwgebied Koekoekspolder besloot op zoek te gaan naar duurzame en minder marktgevoelige warmtebronnen. Naar voorbeeld van een teler in Bleiswijk werd dit in de vorm van aardwarmte (geothermie) gevonden. Aardwarmte vervangt aardgas als warmtebron en dat paste prima binnen de duurzaamheidsstrategie van de bedrijven. Het idee van aardwarmte is simpel: Pomp warm water uit de diepe ondergrond op, verwarm er tuinbouwkassen mee en pomp het afgekoelde water weer terug de aarde in, zodat het weer kan opwarmen. Niet alleen de tuinders geloofden er in, maar ook de Rijksoverheid leverde een belangrijke bijdrage. Door het beschikbaar stellen de regeling Risico s dekken voor Aardwarmte (SEI) konden de geologische risico voldoende afgedekt worden. Ook Provincie Overijssel en Gemeente Kampen waren enthousiast. In een samenwerking tussen het tuinbouwbedrijfsleven en de overheid is het idee omgezet naar realiteit. De aanleg van de boorlocatie startte in oktober 2010. De daadwerkelijk boorwerkzaamheden begonnen in het voorjaar van 2011. In mei arriveerde de boortoren en in september werd begonnen met de aanleg van het leidingnetwerk naar de drie deelnemende bedrijven. Intussen is de boortoren weer verdwenen en rest alleen een tweetal boorkelders met wellheads en een kelder waar de injectiepompen in opgesteld worden. Eind maart 2012 werd de bron in een testfase in werking gesteld. Tijdens deze testfase zijn veel gegevens verzameld en is duidelijker geworden dat het geologische reservoir minder permeabel is dan door geologen voorzien was. Om toch het beoogde thermische vermogen te realiseren is een groter pompvermogen noodzakelijk. Vanwege dit geologische risico, en de ongunstige uitwerking op de exploitatie van de aardwarmtebron, is een beroep gedaan op de Rijksgarantieregeling Risico s dekken voor Aardwarmte. Verder in deze notitie zal ingegaan worden op zaken die tijdens de uitvoering van het project naar voren zijn gekomen. 2) Samenwerking tussen partijen in Koekoekspolder Het principe van aardwarmte is simpel, echter bij de realisatie van een aardwarmtebron zijn veel verschillende deskundigheden noodzakelijk. Naast kennis over de geologie en de boortechniek is er deskundigheid noodzakelijk op het gebied van financiering, vergunningen, warmtetechniek, veiligheid, communicatie en projectmanagement. Een aardwarmteproject kan niet gerealiseerd worden zonder een goede samenwerking tussen alle partijen. Bovendien is een goede communicatie met de omwonenden van groot belang. De tuinbouwondernemers vormden de motor achter het aardwarmteproject. Op basis van hun visie op duurzaamheid en de afzet van een kwalitatief hoogwaardig product is een gezamenlijk doel geformuleerd: 2/3 van hun warmtegebruik uit een aardwarmtebron! De samenwerking tussen de tuinders ontstond vanuit LTO Noord en werd begeleid door projectleider R. Vorage. De overheden, met name gemeente Kampen en provincie Overijssel, hebben deskundigheid aangeleverd m.b.t. vergunningen, communicatie, financiering en risicomanagement. Vanuit het Ministerie EL&I en het Productschap Tuinbouw is kennis en een netwerk aangeleverd over innovatie en toepassing van duurzame energie. Daarnaast heeft het Rijk een rol gespeeld bij het afdekken van de geologische risico s. Met betrekking tot technische projectbegeleiding is met name gebruik gemaakt van de deskundigheid van Agro AdviesBuro. De aardwarmteboring is uitgevoerd door Daldrup & Söhne AG.
Wat is aardwarmte? Aardwarmte (geothermische energie) komt voor in de diepe ondergrond van de aarde. De temperatuur in de kern is meer dan 5.000 graden Celsius. Naarmate je dichter bij de aardkorst komt wordt het minder warm. In Nederland stijgt de temperatuur in de bodem met ca. 3 graden Celsius voor iedere 100 meter diepte. In de Koekoekspolder is het water op 1.850 tot 1.950 meter diepte ongeveer 73 graden Celsius. Dat is voor tuinders een goede watertemperatuur om kassen mee te verwarmen. Aardwarmte is een vorm van duurzame energie. Er is ongelofelijk veel warmte onder de aardkorst aanwezig. Er is wel elektriciteit nodig om het warme water op te pompen en over de tuinbouwbedrijven te verdelen. Daarna wordt het afgekoelde water terug in de aarde gebracht, om geleidelijk weer op te kunnen warmen. De voordelen van aardwarmte zijn: Het gehele jaar beschikbaar, 24 uur per dag Schone energie die niet opraakt Weinig milieubelastend, zeker als groene stroom gebruikt wordt Vermindering van de jaarlijkse CO 2 uitstoot Goed te combineren met andere energiebronnen, zoals Warmtekracht Koppeling (WKK) Een stabiele energieprijs voor de tuinbouwbedrijven Een aardwarmtesysteem kan wel 30 jaar meegaan. 3) Hoe werkt de aardwarmtebron in Koekoekspolder Om een werkende aardwarmtebron te maken is het nodig om twee putten (doublet) in de grond te boren. Deze putten zijn eigenlijk twee lange buizen die meer dan 1950 meter diep de grond in gaan. De laatste 100 tot 150 meter van de buizen hebben zeefachtige openingen (screens) waardoor het warme water uit de ondergrond in de buis kan lopen. Door de waterdruk op die diepte stijgt het water in de buis van nature tot circa 20 meter onder het maaiveld. Een speciale pomp (ESP = electrical submersable pump) hangt in één van de buizen (de productieput) op circa 450 meter diepte. De pomp zit dus ruim 430 meter onder water en pompt het warme water omhoog. Dat warme water wordt naar de aardwarmtecentrale gebracht die naast een van de deelnemende glastuinbouwbedrijven staat. In een warmtewisselaar wordt de warmte aan het water onttrokken en naar de kassen geleid. Het afgekoelde water (van ongeveer 35 graden Celsius) gaat via de andere put (de injectieput) weer terug, naar dezelfde laag als waaruit het onttrokken is. De in en uitstroomopening liggen op ongeveer 1.950 meter diepte 1,7 km uit elkaar. Een aardwarmtebron gaat minimaal 30 jaar mee, voordat het water begint af te koelen. Afhankelijk van de geologische structuur kan het oppompen en injecteren van thermaal water makkelijker of moeilijker gaan. In een aardwarmtesysteem kan in de regel voor iedere kw (kilowatt) pomp elektriciteit ongeveer 10 tot 20 kw aan duurzame warmte gewonnen worden. Het aanleggen van een dergelijk aardwarmtesysteem vraagt een investering van miljoenen.
4) Stappen in het realiseren van het aardwarmtesysteem in Koekoekspolder De realisatie van het aardwarmte project in Koekoekspolder heeft een aantal stappen doorlopen. Hier zullen de belangrijkste stappen bondig besproken worden. De aanleg van de boorlocatie Om te kunnen boren moest een boorlocatie aangelegd worden, want een boortoren heeft veel ruimte nodig. Naast de boortoren moet er ruimte zijn voor: boorkoppen, boorstangen, buizen, pompen die de boorvloeistof rond pompen, schudders en zeven die de boorvloeistof reinigen, generatoren, opslag van materialen en kantoren. Ook dient er ruimte te zijn om geologische monsters te onderzoeken en de boorvloeistof te controleren. De boorlocatie in Koekoekspolder was gelegen aan de Hartogsweg te IJsselmuiden. Bij de keuze van de boorlocatie is nadrukkelijk gekeken naar de mogelijkheden om de overlast naar omwonende zoveel mogelijk te beperken. Daarnaast is afstemming met Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) gezocht om de veiligheidsmaatregelen rond de boorlocatie te bespreken. In Koekoekspolder is gekozen om met boorkelders te werken. Dat vormt een stabiel punt voor de boortoren van waar geboord kan worden. De boorkelders worden voorzien van een conductor pipe om de uiteindelijke buizen goed naar beneden te kunnen begeleiden. Rond de boorkelders wordt een vloeistofdichte asfalt vloer aangelegd. De boorlocatie is voorzien van opstaande randen en heeft een eigen afwateringsysteem. Zo kan geen boorvloeistof in het milieu terecht komen. Na afronding van de boorfase is een groot deel van de boorlocatie afgebroken. Het belangrijkste deel, de twee putten zitten diep in de grond. Ook de pomp hangt onder de grond. Alleen de kelders met een stuk asfalt blijven zichtbaar achter. Na afronding heeft het aardwarmtesystemen dan ook nauwelijks invloed op het landschap of de omgeving in Koekoekspolder. Boorwerkzaamheden Met de komst van de B12 boortoren van Daldrup & Söhne AG in mei 2011 kon de boring daadwerkelijk beginnen. Met 3 kranen moest de boortoren boven de boorkelder gehesen worden en precies op de juiste plaats neergezet worden. Het opbouwen van de boortoren nam ca. 2 tot 3 weken in beslag. Nadat alle apparatuur aangesloten was kon op 28 mei de boor daadwerkelijk de grond in. Boren gebeurt in stappen. Nadat een sectie geboord is worden de boorkop en de boorstangen uit het gat gehaald. Vervolgens laat men de buizen (casing) in het gat zakken. Zodra alles netjes op z n plek zit wordt met druk cement tussen het boorgat en de casing geperst. Zodra de cement hard geworden is kan de volgende sectie geboord worden. Op 10 juli 2011 bereikte de boorkop een diepte van 1.947 meter. Nadat de screens geplaatst waren werd er warm water van ca 72 73 graden opgepompt. Daarmee was winbare aardwarmte aangetoond. Nadat de boortoren verplaatst was boven de tweede boorkelder kon het gehele proces zich herhalen. Eind juni werd met de boring van de tweede put begonnen. Ook deze boring verliep voorspoedig. Op 30 augustus was de boorkop op een diepte van 1.924 meter aanbeland. Nadat de casing afgebouwd was en alles getest, kon de boortoren afgebouwd worden. Eind september lag de boorlocatie er weer leeg bij. Vervolgens werd de afwerking van het bovengrondse deel opgepakt.
De welltest Het belangrijkste en meest spannende moment bij een aardwarmteboring is waarschijnlijk de welltest. Een aardwarmteboring vraagt om een grote investering, maar het resultaat is vooraf niet altijd zeker. Immers ondanks alle onderzoek van geologen en andere specialisten kan het voorkomen dat er geen of weinig winbare aardwarmte wordt aangetroffen. Dan is de gehele investering minder rendabel en of moet in het ergste geval met het project gestopt worden. Bij een welltest wordt gekeken hoeveel water per uur opgepompt kan worden en wat de temperatuur van het water is. Bovendien wordt er gekeken naar de samenstelling van het water en of er eventueel opgeloste gassen mee naar boven komen. Een goede welltest vraagt 3 dagen van pompen en meten. Tijdens zowel de eerste (KKP GT 01) als tweede (KKP GT 02) welltest in Koekoekspolder was het al snel duidelijk dat er voldoende warmte omhoog kwam. De warme waterdamp was goed te zien boven de opvangcontainer. Na 3 dagen van testen bleek dat er ongeveer 140 m³ per uur opgepompt kon worden en dat de temperatuur van het water boven de 72 graden Celsius kwam. Bij de test bleek verder dat de afpomping (drawdown) van het water groter dan verwacht was. Het koste de pomp meer moeite om het water omhoog te pompen. Tijdens de boring is ook geologisch onderzoek gedaan. Uit dit onderzoek bleek verder dat de formatie compacter (lagere porositeit) was dan verwacht en dat de formatie ook minder goed doorlatend was. De temperatuur was overigens enkele graden hoger dan verwacht. Monteren wellheads Een belangrijk onderdeel van aardwarmteputten is de wellhead. De wellhead zit boven op de casing en kan de put geheel afsluiten. De wellhead, of in goed Nederlands bronkop, is de scheiding tussen de diepe ondergrond en het bovengrondse leidingsysteem. Tijdens het produceren staan de afsluiters open. Is het aardwarmtesysteem tijdelijk buiten dienst dan zal de afsluiter op de wellhead gesloten worden. SodM stelt hoge veiligheidseisen aan wellheads, zeker als er olie of gas meegeproduceerd wordt met het warme water. Het installeren van een wellhead was precies werkje. Alle onderdelen moeten precies op elkaar passen, want dan kan de wellhead grote drukken weerstaan, tot wel 5.000 Psi (ruim 340 bar). Daarnaast wordt de opvoerbuis en de bronpomp (ESP pomp) in de wellhead afgehangen. Ook de elektriciteitsvoorziening voor de bronpomp moet via de wellhead de put in gaan. De wellheads staan in Koekoekspolder in de boorkelders en zijn daarmee grotendeels aan het zicht onttrokken.
De aardwarmtecentrale Het kloppende hart van het aardwarmtesysteem is de aardwarmtecentrale. In dit gebouw arriveert het warme water uit de productieput. Via de waterbehandelingsinstallatie gaat het warme water, nadat het meegeproduceerde gas verwijderd is, naar de warmtewisselaars. In de warmtewisselaars wordt de warmte overgezet naar het warmtenet dat naar de drie tuinbouwbedrijven gaat. Naar verwachting wordt het warme water van ruim 72 graden Celsius teruggekoeld tot ca. 35 graden. Het afgekoelde bronwater wordt, nadat het gefilterd is (5 micron), met behulp van een pomp teruggebracht naar de injectieput. Daar verdwijnt het weer naar dezelfde geologische laag vanwaar het water opgepompt was. De cirkel is weer rond. In de aardwarmtecentrale bevindt zich ook de centrale besturingscomputer. De individuele tuinbouwbedrijven kunnen hun warmtevraag opgeven bij de centrale computer. Deze zal het aanbod van warmte uit de bron vervolgens optimaal over de 3 bedrijven verdelen. Omdat de bedrijven de bron gezamenlijk exploiteren kunnen ze de bron veel beter benutten dan een individueel bedrijf. Door een goede samenwerking zal het rendement van de bron stijgen. Omdat dit het eerste aardwarmtecluster is zal met de deelnemende tuinders onderzocht worden hoe het beste de aardwarmtebron benut kan worden en hoe het aardgasverbruik zoveel mogelijk gereduceerd kan worden. Daarbij zal jaarlijks 38.000 MW aan duurzame warmte geproduceerd worden en meerdere miljoenen m³ aan aardgas jaarlijks bespaard worden. 5) Onverwachte zaken bij de uitvoering in Koekoekspolder De uitvoering van het project is complexer geweest dan aanvankelijk voorzien was. Tijdens de aardwarmteboring in Koekoekspolder, bleek dat er bij andere projecten in het westen van het land gas en olie meegeproduceerd werd. Tijdens de well tests in Koekoekspolder is hier gericht aandacht aan besteed en bleek dat er ook in Koekoekspolder sprake was van meegeproduceerd gas (een combinatie van hoofdzakelijk methaan, CO2 en stikstof). Om hiermee om te kunnen gaan is een water/gasscheider geïnstalleerd. Deze maakt het mogelijk het gas af te scheiden van de vloeistofstroom. Het wordt als noodzakelijk gezien om de gas en waterstroom te scheiden, zodat in de warmtewisselaars een optimale warmteoverdracht gerealiseerd kan worden en om problemen bij het injecteren van een water gasmengsel te voorkomen. Op termijn is het de bedoeling om het meegeproduceerde gas te gebruiken in een ketel, zodat ook dit voor warmteproductie gebruikt wordt.
Tijdens de boring is er een aantal geologische metingen (wire line logs) uitgevoerd om meer inzicht te krijgen in de bodemstructuur onder het tuinbouwgebied Koekoekspolder. Een deel van deze logs waren gericht op lagen op ca. 800 meter diepte (laag van Brussel). Mogelijk zou deze laag geschikt zijn voor opslag van warmte, met name overschot aan warmte in de zomer. Helaas bleek dat deze laag onvoldoende warmte kan opnemen en de kosten van warmteopslag in deze laag bleken economisch niet rendabel. Ook het reservoir op ca 1.850 tot 1.950 meter diepte is uitvoerig onderzocht. Bij dit wire line onderzoek bleek dat de permeabiliteit in het bruikbare deel van het reservoir lag tussen de 140 en 170 mdarcy. Dit was substantieel lager dan in eerdere geologische studies naar voren was gekomen. In de well test bleek dat, om het beoogde debiet te halen, er een sterkere drawdown optrad. Praktisch betekent dit dat door de ESP pomp meer arbeid verzet moet worden om de beoogde hoeveelheid warmte omhoog te kunnen pompen. Zowel de geologische studies als de welltests zijn in een studie door een onafhankelijk geologische adviesbureau nogmaals nauwkeurig bekeken. In deze studie werd aangegeven dat het waarschijnlijk zou zijn dat naast meer energie voor het oppompen ook meer energie (druk) voor injectie noodzakelijk zou zijn. In de periode maart tot en met juli 2012 zijn tests uitgevoerd om de reservoireigenschappen verder in beeld te brengen. Voorafgaande aan deze tests zijn beide putten verder schoon geproduceerd. In de injectieput is met variërende drukken gewerkt en is het bronwater aangezuurd om de formatie verder schoon te spoelen. Door deze behandeling is de injectiviteit verbeterd. Na aanleiding van de tests in mei en juli is besloten om additionele injectiepompen te gaan installeren, zodat de beoogde hoeveelheid water verpompt kan worden. Dit vraagt een zware extra investering. Met de installatie van deze pompen zal de beoogde 4,9 MW geleverd kunnen worden, zij het wel tegen beduidend hogere pompdrukken. Door de inzet van deze pompen en de grotere drawdown is de COP lager uitgevallen, deze varieert tussen de 10 tot 15. In de praktijk levert het geothermische doublet in Koekoekspolder zonder extra pompvermogen beduidend minder thermisch vermogen dan aanvankelijk in de P90 situatie voorzien/voorspeld was. Bij een opgelegde pompdruk van 45 bar ligt het thermische vermogen rond de 3,1 MW. Het gevolg van deze geologische tegenslag vertaalt zich in een aantal additionele investeringen en een ongunstigere exploitatie door de hoger dan voorziene elektriciteitsbehoefte. Op basis van de uiteindelijk aangetroffen geologische eigenschappen van het reservoir moet geconstateerd worden dat de diepe ondergrond in Koekoekspolder minder gunstig is voor geothermie dan vooraf verondersteld. Deze constatering leidt ertoe dat een verzoek gedaan is op een uitkering in het kader van de SEI om tot een haalbare exploitatie van de geothermische bron te komen.