Hoge Temperatuur Open Bodemenergie als duurzaam alternatief in de energietransitie

Voor de energie- en warmtetransitie is het van belang om duurzame alternatieven toe te passen voor het opwekken en opslaan van warmte en koude. Duurzame systemen zijn veelal echter afhankelijk van de seizoenen of het elektriciteitsnet, waardoor er een overschot is aan energie en warmte in de zomer en een tekort in de winter of tijdens piekbelasting van het elektriciteitsnet. Een oplossing voor dit probleem is het tijdelijk opslaan van warmte.

Door: Iris Huyben en Remco Zeij (Techniplan Adviseurs)

Warmte kan worden opgeslagen als er teveel aanbod is en worden gebruikt zodra er juist weer vraag is. Een manier om deze warmte op te slaan is door gebruik te maken van een Hoge Temperatuur Open Bodemenergie (HTO) systeem.

Wat is HTO?

Een HTO-systeem is een systeem waarbij heet (>70°C) en warm (40-60°C) water wordt opgeslagen in twee verschillende bronnen in de bodem. Wanneer er een warmtevraag is, wordt het hete water opgepompt uit de ene bron opgepompt en gebruikt voor hoge temperatuur warmtelevering (HT-warmtelevering). Hierdoor koelt het hete water af tot warm water, dat wordt opgeslagen in de warme bron. Wanneer er geen warmtevraag is, wordt het water uit de warme bron opgepompt en verder opgewarmd, waarna het weer wordt opgeslagen in de hete bron. Dit hete water kan dan weer gebruikt worden als er wel een warmtevraag is. Het opwarmen kan onder andere met de warmte van een geothermiebron of industriële restwarmte, maar ook door het gebruik van bijvoorbeeld warmtepompen.

Verschil tussen HTO, OBES en geothermie

HTO komt grotendeels overeen met een open bodemenergiesysteem (OBES) (diepte 0-500 m). OBES bestaat uit een warme (15-25°C) en een koude (7-10°C) bron, waarbij de temperaturen onder de 25°C blijven. Hierdoor moet de geleverde warmte eerst nog verder worden opgewarmd met een warmtepomp voordat deze nuttig gebruikt kan worden. Naast deze warmtelevering in de winter, wordt het systeem ook gebruikt voor koudelevering in de zomer. Doordat er zowel een warme als een koude bron is, is dit systeem in thermisch balans, terwijl bij HTO systemen zowel de warme als de hete bron warmer zijn dan de omliggende grondwatertemperatuur. Terwijl HTO wordt gebruikt om restwarmte van een externe warmtebron op te slaan, maakt OBES gebruik van de warmte die vrijkomt bij het koelen van een gebouw.

Naast HTO en OBES kan ook geothermie (>70°C) gebruikt worden voor warmtelevering. Warm water uit de (diepere) ondergrond (>500 m) wordt opgepompt om direct warmte te leveren. Er kan geen warm water worden teruggeleverd aan de geothermiebron, daar is HTO voor nodig.  Onderstaande tabel geeft de verschillen tussen HTO, OBES en geothermie weer.

Verschillen tussen HTO, OBES en geothermie, in Nederlandse condities

Verduurzaming TU Delft Campus

De TU Delft is voornemens om de campus duurzamer te maken en om CO₂ uitstoot te verminderen (zie ook TU Delft gaat versneld naar CO2-neutraal met veel bodemenergiesystemen | Gebruikersplatform Bodemenergie). De bestaande gebouwen op de campus zijn aangesloten op een HT- warmtenet, waarvoor de warmte wordt opgewekt d.m.v. ketels en WKK’s (warmtekrachtkoppelingen). De nieuwbouwprojecten worden aangesloten op een laagtemperatuur warmtesysteem m.b.v. OBES.

TU Delft wil de CO₂ uitstoot van het warmtenet fors verlagen door de toepassing van een geothermiebron. Om de potentie van de geothermie te verhogen, willen ze de HTO inzetten om jaargemiddeld meer geothermiewarmte te kunnen leveren aan het warmtenet. Naast het significant reduceren van de CO₂ uitstoot van de TU Delft, dragen zowel de geothermiebron als de HTO ook bij aan onderzoek en onderwijs. Beide faciliteiten worden namelijk gebruikt voor onderzoek en ontwikkeling van de techniek.

Inpassing HTO in de volle ondergrond van TU Delft Campus

Techniplan Adviseurs B.V. heeft in opdracht van de TU Delft onderzoek uitgevoerd over de invloed van HTO op de bestaande en toekomstige OBES. In het onderzoek zijn verschillende scenario’s uitgewerkt, waarbij het effect van de opwarming van de koude bronnen als gevolg van warmteverliezen uit de HTO bepaald is op onderstaande aspecten:

• Comfort technisch (worden gebouwen nog steeds voldoende gekoeld en verwarmd)
• Financieel (Wat is het effect op de investeringskosten en onderhoudskosten)
• Duurzaamheid (Hoe wordt de duurzaamheid van de OBES beïnvloed)

Hieruit kwam een voorkeursscenario waarbij de koude bronnen maximaal 1K extra opwarmen door de invloed van HTO. Bij deze opwarming is beperkt actief koelen benodigd om nog steeds te kunnen voldoen aan de comforteisen, waardoor er beperkte extra kosten bij komen en de duurzaamheid zeer beperkt beïnvloed wordt. Daarnaast is het opwarmen van de koude bronnen voor deze specifieke situatie niet nadelig, door het verwachtte koude-overschot van het OBES.

Kansen voor andere HTO projecten

De bovenstaande conclusies gelden niet voor alle locaties in Nederland, doordat deze afhankelijk zijn van zowel de ondergrond als het bovengrondse ontwerp van het systeem. Bij de toepassing van HTO is vooral belangrijk dat het een integraal project is met omgevingsbelangen zoals bestaande of toekomstig te realiseren OBES. Door een goede adviseur in te schakelen, kun je bij een goede integrale aanpak de risico’s zoveel mogelijk beperken en tegelijkertijd zorgen dat je alle kansen benut om een zo duurzaam en werkend mogelijk systeem te realiseren.

HTO in combinatie met geothermie

In Delft wordt het HTO project toegepast in combinatie met geothermie, welke de warmte levert om de HTO bron te laden. Dit is nuttig doordat geothermie constant warmte levert, ook als de warmtevraag in de zomer lager is. Door deze warmte door middel van HTO op te slaan, is het teveel aan warmte beschikbaar op de momenten dat de warmtevraag hoger is dan de geothermie kan leveren. Hierdoor kan de geothermiebron kleiner gedimensioneerd worden en kan er alsnog voldaan worden aan de piekvraag.

HTO in strijd tegen netcongestie

Naast HTO in combinatie met geothermie is het ook mogelijk om HTO zonder geothermie toe te passen. Hierin zijn veel verschillende mogelijkheden, waarbij HTO dient voor het bufferen van het overschot aan warmte. Hierbij kan rekening worden gehouden met de belasting van het elektriciteitsnet en de elektriciteitsprijzen. Tijdens een negatieve of lage elektriciteitsprijs kan warm water verder opgewarmd worden en worden opgeslagen. Deze warmte kan bij een hoge elektriciteitsprijs weer gebruikt worden, waardoor er op dat moment minder elektriciteit gebruikt hoeft te worden voor warmtelevering. Dit leidt op jaarbasis tot gemiddeld lagere elektriciteitstarieven. Daarnaast zorgt het voor verlichting van het elektriciteitsnet en gaat daardoor netcongestie tegen.