Geothermie (aardwarmte)

Bij de inzet van geothermische energie onttrekt men warm water of stoom uit de ondergrond. De energie kan worden gebruikt voor de productie van warmte en elektriciteit. Hierbij wordt de warmte uit warm of heet water via een warmtewisselaar overgedragen aan een ander medium, of ontspannen waarbij stoom gevormd wordt. Het zoute, warme water (“brine”) ontstaat uit het verval van de aardkern.

Als hernieuwbare energiebron met vrijwel geen uitstoot van broeikasgassen kan geothermische energie bijdragen aan de energietransitie. Het kan een belangrijke rol spelen op veel plekken in de wereld. In Nederland vooral door het vervangen van de inzet van aardgas voor ruimteverwarming (gebouwde omgeving), verwarming van kassen (landbouw) en in de toekomst warmte met lagere temperaturen in de industrie. Gebouwde omgeving Landbouw Industrie

1. Bovengrondse installatie
2. Productie- en injectieput
3. Warm water (brine) extractie en injectie

bron: EBN (PDF)

Geothermische bronnen en toepassingen variëren afhankelijk van de temperatuur van de aquifer (watervoerende laag) waaruit het water of de stoom wordt onttrokken. Wanneer de temperatuur in de aquifer tussen 25 en 200°C ligt (op een diepte van 100 tot 6000 meter), kan aardwarmte worden gebruikt voor het leveren van warmte voor individuele gebouwen en stadsverwarmingsnetwerken. Hoe dieper de geothermische bron, hoe hoger de temperatuur van het opgepompte water of de stoom is.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen diepe en ondiepe geothermie. Ondiepe geothermie betreft afhankelijk van de definitie een diepte van 500 tot ongeveer 1500 meter. Warmte/koudeopslag (WKO) gebeurt op geringere dieptes tot 250 meter. Om de temperatuur bij ondiepe geothermie op een bruikbaar niveau te brengen, zijn warmtepompen nodig. Bij diepe geothermie kan de warmte direct ingezet worden. Geothermiebronnen met een typische temperatuur van 160°C of hoger kunnen worden gebruikt in industriële processen en voor elektriciteitgenererende turbines. Elke geothermische bron is uniek wat betreft omgeving, temperatuur, diepte en gebruikstype.

De Nederlandse ondergrond bestaat voornamelijk uit zand-, klei- en zandsteenlagen, zie het kopje ’opbouw van aardlagen in Nederland’. De gemiddelde temperatuurgradiënt in Nederland bedraagt 30⁰C per kilometer diepte. Dit betekent dat niet alle varianten van geothermie in Nederland ontwikkeld kunnen worden. Bijvoorbeeld “hot dry rock” toepassingen waarbij water op ondergronds heet of vulkanisch gesteente wordt gespoten om zo stoom aan te maken, zijn hier niet mogelijk, maar worden wel al bijvoorbeeld in IJsland en Italië toegepast.

Echter is er niet over elke plek in de ondergrond evenveel kennis beschikbaar. Veel van de kennis van de ondergrond die nodig is om succesvol een geothermiebron te exploiteren, komt uit de olie- en gaswinning. In de gebieden waar hier opsporing en ontginning gebeurd is, zijn dan ook de meeste bestaande geothermieprojecten gerealiseerd. Voor de andere gebieden werken TNO en EBN sinds 2018 samen aan het meerjarige programma Seismische Campagne Aardwarmte Nederland, kortweg SCAN. Aan de hand van de resultaten van SCAN kan beter worden bepaald waar de ondergrond in Nederland mogelijk geschikt is voor aardwarmtewinning. Ook voor de hogere temperatuurtoepassingen met ultra-diepe geothermie ontbreekt nu nog voldoende kennis van de ondergrond, en dus van het mogelijk warmte-ontginningspotentieel. Gezien de temperaturen van het water, is de verwachting dat de meeste geothermieprojecten in Nederland gefocust blijven op warmteproductie, en niet op elektriciteitsproductie.

Geothermie-projecten in Nederland ontstonden eind jaren 2000 uit een aantal ondernemende glastuinbouwers die hun kassen duurzaam wilden verwarmen. Op dit moment zijn alle gerealiseerde projecten bij tuinders, of clusters van tuinders, te vinden. Grote geothermieclusters zijn te vinden in het Westland, Zuid-Holland, en de regio Middenmeer-Andijk in Noord-Holland. Een enkel project levert geothermische warmte door aan andere verbruikers in de gebouwde omgeving.

Ondiepe geothermie:

Ondiepe geothermie wordt gedefinieerd als het winnen van aardwarmte uit aardlagen vanaf 500-1500 meter diepte. Vooralsnog betreffen dit hoofdzakelijk de laagpakketten uit de Noordzee Groep.

Diepe geothermie:

Diepe geothermie wordt gedefinieerd als het winnen van warmte uit laagpakketten vanaf 1500 tot 4000 meter. Vooralsnog betreffen dit hoofdzakelijk laagpakketten van Laat Krijt, Vroeg Jura, Trias, Perm en Laat-Carboon-ouderdom, bestaande uit sedimenten van Rijnland, Schieland, Onder Germaanse Trias, Boven-Rotliegend en Zeeland Groepen en mogelijk sedimenten uit de Krijtkalk, Zechstein en Limburg Groepen. Afhankelijk van de locatie in Nederland liggen de laagpakketten typisch voor ultradiepe geothermie (UDG) ook ondieper en vallen zij derhalve ook in deze categorie.

Ultradiepe geothermie:

Ultradiepe geothermie wordt gedefinieerd als het winnen van warmte uit laag-pakketten die 4000 meter en dieper liggen. Vooralsnog zijn dat gesteentepakketten van Vroeg-Carboon (Dinant kalksteen) en Devoon ouderdom, het Devoon is ouder dan het Vroeg-Carboon en staat niet in de figuur.

Er is een toenemende belangstelling voor de ontwikkeling van aardwarmte om aardgas te vervangen als bron voor verwarming. In Nederland heeft de geplande sluiting van het grote Groningen-gasveld in 2023 de ontwikkeling geïntensiveerd van alternatieve manieren om gebouwen en kassen te verwarmen, waaronder aardwarmte. Volgens het Masterplan Geothermische Energie kan in 2050 ongeveer 25% van de verwarmingsvraag in Nederland worden geleverd door aardwarmte. Gebouwde omgeving Landbouw

Aardwarmte maakte met 2,8% van de in Nederland gebruikte hernieuwbare energie (en 0,31% van het totaal energetisch verbruik) in 2020 nog slechts een klein deel uit van de bijdrage van de hernieuwbare energie in het totaal energetisch verbruik. De belangrijkste redenen hiervoor zijn de hoge initiële investeringskosten en de geologische risico’s die gepaard gaan met de ontwikkeling van geothermische bronnen. Vaak is het werkelijk thermisch vermogen en dus de opbrengst van een geothermisch project pas bekend nadat er geboord is. De vermindering van geologische risico’s zal commerciële investeringen aantrekken.

Dankzij het boren van nieuwe geothermische bronnen en seismische campagnes voor het verkrijgen van gegevens over de ondergrond zullen geologische en geothermische risico’s de komende jaren in veel gebieden in Nederland worden beperkt. Ook kosten spelen een rol. Kostenbesparingen kunnen worden bereikt door een geothermie-portfolio van meerdere putten te ontwikkelen in plaats van project voor project te werken. Andere kostenbesparingen zijn een verlaging van de operationele productiekosten door het gebruik van stimulatietechnieken en geavanceerde materialen. Door hogere industrie-standaarden en hogere eisen aan putintegriteit (voorkomen van ondergrondse lekkages) zijn echter bijkomende investeringen vereist om een geothermieproject vergund te krijgen en uit te baten. Deze hogere standaarden en eisen heeft de sector zelf ontwikkeld na een kritische doorlichting door Staatstoezicht op de Mijnen (SOdM) in 2017. Geothermische energie wordt over het algemeen beschouwd als milieuvriendelijk, duurzaam en betrouwbaar, zolang de reservoirs goed worden ontwikkeld en beheerd.

Voor de pompen is elektrische energie nodig. Dit bedraagt ongeveer één vijftiende tot één vijfentwintigste van de geproduceerde warmte. De vervuilende emissies zijn klein in vergelijking met die van fossiele brandstoffen . Net als alle andere bronnen van energievoorziening heeft ook geothermische energie echter te maken met duurzaamheidskwesties.

De belangrijkste risico’s zijn lekkage van reservoirvloeistoffen naar het grondwater (de zoetwaterreserves), de nevenproductie van opgelost aardgas in de reservoirvloeistof dat in de atmosfeer weglekt en de seismische activiteit die het eventueel teweeg kan brengen. Deze risico’s worden gemiddeld als laag beschouwd en kunnen goed worden beheerst, maar komen wel voor in Nederland. Wereldwijd heeft geothermische energie een aanzienlijk groeipotentieel, maar er moeten wel noodzakelijke stappen worden gezet om ervoor te zorgen dat groei gepaard gaat met duurzaamheid.

In de afgelopen jaren heeft de energie-intensieve glastuinbouwsector in Nederland het geothermisch gebruik uitgebreid dankzij een sterke beleidsondersteuning. Het gaat hierbij om een garantieregeling met een terugbetalingsvergoeding bij het niet realiseren van het verwachte thermische vermogen en om een exploitatiesubsidie onder de SDE++. Het eerste project is in 2008 gestart, waarna het aantal is toegenomen tot 18 producerende projecten in 2021 (bron: nlog.nl). Verder zijn er 50.000 individuele (ondiepe) geothermische verwarmingssystemen in de vorm van warmte-koude-opslag (WKO) in Nederland. Landbouw

Hoewel kassen in Nederland belangrijke afnemers blijven, is de verwachting dat de aandacht steeds meer naar de gebouwde omgeving gaat verschuiven en, in de toekomst, naar industriële warmte met lage temperatuur (100 tot 200°C). Buiten Nederland waren nieuwe ontwikkelingen op het gebied van geothermische warmte vooral gericht op stadsverwarming. In de Europese Unie werden in 2017 negen nieuwe productielocaties in gebruik genomen, met 75 MWth nieuwe capaciteit in Frankrijk, Italië en Nederland. Nederland is een van de snelst groeiende Europese markten, vooral in de verwarmingssector. Gebouwde omgeving Industrie