Ondergrondse warmteopslag bij temperaturen hoger dan 40 °C wordt nog zeer beperkt toegepast. Dit komt o.a. doordat er nog verschillende kennis vragen en onzekerheden zijn met betrekking tot bijvoorbeeld puttechniek, het geohydrologische ontwerp en milieueffecten en risico’s. In dit project worden deze vraagstukken opgepakt door nauw samen te werken met project 5A waar twee demonstratieprojecten worden voorbereid. Praktijkervaring wordt benut in het generieke deel, en andersom wordt generiek ontwikkelde kennis direct toegepast in de praktijkcases van werkpakket A.
 
Vraagstelling Generiek onderzoek techniek & effecten

Project 5C ‘Generiek onderzoek techniek & effecten richt zich op de volgende vragen:

• Welke optimalisaties zijn mogelijk bij het technisch ontwerp van ondergrondse warmteopslag, gericht op rendementsverbetering, kostenbesparing en risico beperking? Welke bestaande kennis uit andere werkvelden (bijv. geothermie) is bruikbaar voor het ontwerp, realisatie en exploitatie van ondergrondse warmteopslag?
• Wat is het rendement van ondergrondse warmteopslag, gerelateerd aan de geohydrologische situatie en toepassingscondities? Welke optimalisaties zijn mogelijk bij het geohydrologisch ontwerp van ondergrondse warmteopslag, gericht op rendementsverbetering, kostenbesparing en risico beperking?
• Hoe kunnen thermische effecten in de ondergrond in beeld worden gebracht en hoe worden deze beïnvloed door opslagcondities en het geohydrologisch ontwerp? Welke chemische en microbiële effecten kunnen er worden verwacht, op basis van thermische effecten, grondwaterkwaliteit en de eigenschappen van de ondergrond?

 
State-of-the-art inzichten omtrent brontechniek en chemische/microbiële effecten
Op basis van samenwerking met partijen uit de werkvelden bodemenergie, warmteopslag, geothermie én olie & gas wordt gekeken naar de huidige stand van zaken omtrent brontechniek voor opslag bij hoge temperaturen. Op basis van dit overzicht wordt bepaald welke aspecten verder onderzoek behoeven. Onderwerpen die verder uitgezocht worden zijn o.a.: type en plaatsing van bronfilters (bijv. MPPW), waterbehandeling methodes (bijv. CO2 dosering), type materialen bron en praktijkrichtlijnen voor een veilig en robuust gebruik van ondergrondse warmteopslag.
 
Een zelfde werkwijze wordt toegepast voor het verdiepen van de kennis en inzichten omtrent de impact van thermische effecten op de chemie en microbiologie van de ondergrond. In eerste instantie wordt bepaald wat de huidige state-of-the-art inzichten zijn en waar kennislacunes voorkomen. Dit wordt vervolgens geactualiseerd met gegevens uit lopende HTO-projecten in Nederland (ECW, Koppert-Cress, NIOO). Ook wordt op basis van deze inzichten bepaald waar een doelmatige en generiek monitoringsaanpak aan moet voldoen. Om de effecten van een ondergrondse warmteopslag goed te kunnen monitoren, zal er door TNO en Deltares worden gekeken naar het ontwikkelen van nieuwe en verbeterede monitoringstechnieken.


                                                        _{Figuur: Bovenaanzicht van een modelsimulatie van een ondergronds warmteopslag systeem na 10 jaar.}
 

Geohydrologische condities en ontwerp
In WINDOW worden simulaties gedaan ten behoeve van de demonstratieprojecten bij project 5A d.m.v. gebruik van verschillende simulatie methodes. Deze modellen worden daarom voor dit project verder ontwikkeld door KWR en geoptimaliseerd voor de belangrijke aspecten van dit onderzoek (rendement systeem, bronontwerp, thermische effecten). Door de variatie in ondergrond- en systeemcondities van de verschillende verkenningen wordt getracht om inzichtelijk te krijgen onder welke omstandigheden een warmteopslag goed functioneert en welke locatie-specifieke factoren hierbij belangrijk zijn.
 
In aanvulling op dit onderwerp loopt een PhD-studie bij de TUD gefocust op de invloed van geohydrologische condities en opslagomstandigheden op de prestaties en impact van een ondergronds warmteopslag systeem. Om meer inzicht te verkrijgen in de te verwachten condities in de ondergrond, wordt binnen dit onderzoek onderzocht hoe met geofysische logging technieken de ondergrond gekarakteriseerd kan worden. De TUD wil hiervoor de geplande geothermie boring bij de TUD-campus benutten.
 
Resultaten
Aan het einde van project 5C zijn de volgende resultaten bereikt:

• Kennisontwikkeling omtrent technisch bronontwerp (bijv. bronfilters, waterbehandeling, materialen)
• Technisch bronontwerp en geohydrologisch bronontwerp ter voorbereiding van de twee demonstratieprojecten
• Een op risico gebaseerde modelleringsmethodologie voor het geohydrologisch ontwerp van ondergrondse warmteopslag
• Kennisdocument omtrent invloed ondergrondse condities en systeemeigenschappen op prestatie van het systeem
• Kennisdocument thermische effecten warmteopslag voor het bereik van Nederlandse opslagcondities
• Ontwikkeling nieuwe / verbetering van monitoringstechnieken voor ondergrondse warmteopslag & generieke opzet monitoringsaanpak voor evaluatie van effecten en risico’s
• Meetnetontwerp voor de twee demonstratieprojecten

 
Expert en expertise

• Martin Bloemendal, projectleider 5C, onderzoeker bij KWR
• Niels Hartog, onderzoeker bij KWR
• Dorien Dinkelman, onderzoeker bij TNO
• Johan Valstar, onderzoeker bij Deltares
• Phil Vardon, associate professor TUD
• Stijn Beernink, onderzoeker bij KWR en PhD-student bij TUD

Meer informatie
Heatstore - Geothermica
Meer met bodemenergie - hoge temperatuuropslag