TU Delft onderzoekt én gebruikt groot en innovatief bodemenergiesysteem

De geothermiebron op de Delftse TU Campus is inmiddels in gebruik en het Hoge Temperatuur Open-bodemsysteem (HTO) wordt na de zomer opgeleverd. Samen voorzien deze systemen de oudere gebouwen op de TU Campus, maar óók bepaalde wijken in Delft van warmte. De gekozen technieken verduurzamen het systeem en dat tezamen vormt een onderzoeksproject dat voor gemeenten interessante resultaten kan opleveren. Op het Nationaal Symposium Bodemenergie vertelt dr.ir. Martin Bloemendal daar meer over.

Zoals het de TU Delft betaamt, koos ze niet voor de ‘gemakkelijke weg’, maar vloog ze haar eigen verduurzaming aan als één groot onderzoeksproject. Met de aanwezigheid van zoveel kennis en kunde op de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen lag daar een mooie kans om veel nieuwe en innovatieve aspecten van bodemenergie samen te brengen. “De nieuwe gebouwen op onze campus sluiten we allemaal aan op een ’normaal’ open bodemenergiesysteem (OBES) met warmtepomp. Maar dat is inmiddels gangbare techniek”, vertelt Martin Bloemendal, universitair hoofddocent bodemenergie aan de TU Delft. “Het is juist de bestaande bouw waar de toepassing van bodemenergie een uitdaging vormt. Enerzijds doordat we in de gebouwde omgeving meestal weinig ruimte hebben, zowel bovengronds als in de ondergrond. Maar ook omdat die gebouwen minder goed zijn geïsoleerd en dus een hogere aanvoertemperatuur nodig hebben.”

In 2030 al volledig fossielvrij

Op de TU Campus staan verschillende ‘oude’ gebouwen waarvoor renovatie een hele lastige klus is. Op termijn, in de komende twintig jaar, zullen die gebouwen wel aangepakt of vervangen worden. Maar de TU Delft wil al in 2030 volledig fossielvrij opereren, en dus wilde men ook die bestaande gebouwen met een vorm van duurzame energie voeden. “Geothermie wordt in de gebouwde omgeving nog erg weinig toegepast. Dit project in Delft is in Nederland op dit moment het enige collectieve warmtesysteem van deze schaal dat in een stedelijke omgeving wordt ontwikkeld. Toch is dit op meer plekken mogelijk, maar in veel regio’s gaan de ontwikkelingen langzaam, ook omdat men wachtte op de inwerkingtreding van de Wet collectieve warmte (Wcw). Gelukkig deden de TU, de gemeente Delft en andere partners dat niet. Ik heb overigens goede moed dat, nu de Wcw is aangenomen, ook andere gemeenten en regio’s doorpakken en grotere collectieve warmtesystemen gaan aanleggen. Het systeem dat wij in Delft opzette, kan voor verschillende regio’s als voorbeeld dienen”, zegt Bloemendal.

Het nieuw opgerichte bedrijf Geothermie Delft BV – een samenwerking tussen TU Delft, EBN en Gaia Energy – levert niet alleen aan de TU Delft maar ook aan de Delftse wijken Voorhof en Buitenhof warmte. Hiervoor wordt een warmtenet aangelegd die de warmtenetbeheerder NetVerder en warmteleverancier InWarmte gaan exploiteren. Afnemers worden de woningcorporaties Woonbron, Vidomes, Stedelink en DUWO die naar verwachting zo’n 6.000 woningen zullen aansluiten.

HTO-systeem als peakshaver

De geothermiebron in Delft haalt warmte van bijna 78°C omhoog vanuit een diepte van 2,2 kilometer. Alleen heeft de campus in de winter veel meer warmte nodig dan in de zomer. Juist om die piek in de winter op een duurzame manier in te vullen, besloot men in Delft om een Hoge Temperatuur Opslag (HTO) te realiseren. “De HTO die we in Delft aanleggen, slaat warmte met een temperatuur van 90oC op in een watervoerende laag op 120 tot 180 meter diep. In de zomer, wanneer de warmtebehoefte klein is, vullen we de HTO met de geothermiebron. Met de in overvloed aanwezige stroom in de zomer kunnen we de warmte uit de geothermie bron opwaarderen en in de HTO opbergen. ‘s Winters, wanneer de warmtevraag hoog is, kunnen we rechtstreeks vanuit de HTO het warmtenet met water van circa 78-90oC voeden. Dit is voldoende om de oude gebouwen op de campus van duurzame warmte te voorzien”, vertelt Bloemendal. Het grote voordeel van dit systeem, zo zegt hij, is dat de geothermiebron hierdoor heel constant en vrijwel permanent hetzelfde debiet kan leveren. “Een geothermiebron vergt een hele hoge investering. Dan wil je deze ook zo optimaal mogelijk benutten. Bovendien kan stilstand voor een geothermiebron schadelijk zijn.”

Onderzoek naar de effecten

Omdat een HTO, met uitzondering van één andere locatie, nog nergens in Nederland wordt toegepast, onderzoekt de TU Delft uitgebreid de effecten ervan. “Direct naast de hete bronnen, boren we een tiental meetputten. In en rondom die putten monitoren we via een glasvezelnetwerk (distributed temperature sensing (DTS)) het temperatuurverloop in de bodem, maar ook de verandering van de waterkwaliteit en de microbiologie in de bodem. Binnen een paar jaar kunnen we al veel zeggen over de waterkwaliteit en de microbiologie. Een uitspraak over de effecten van het warmtetransport in de bodem en een eventuele doorbraak van warmte naar bovenliggende watervoerende lagen, zal naar verwachting tien of meer jaren duren.” Volgens Bloemendal is dit onderzoek erg belangrijk, ook voor de vergunningverlening bij andere pilots en projecten in de toekomst. “Een HTO in combinatie met geothermie, maar ook met andere grote warmteleveranciers zoals industriële restwarmte of zonnewarmte, biedt vooral stedelijke gebieden met grote collectieve warmtesystemen erg veel mogelijkheden. Een HTO is niet alleen een effectieve techniek om warmteoverschotten in de zomer op te slaan voor gebruik in de winter. Het is ook een heel effectief middel om netcongestie tegen te gaan. In de zomer kunnen we goedkope of ruim voorradige stroom gebruiken om de HTO te laden. In de winter hebben we weinig energie – want geen warmtepomp inzet – nodig om woningen en gebouwen van warmte op de juiste temperatuur te voorzien.”

Links: Overzicht van de locaties van de geothermie- en HTO-bronnen. | Rechts: Twee HTO-bronnen en DTS monitoringslocaties en observatiebronnen om grondwater samples te kunnen nemen voor de waterkwaliteitsanalyse.

Ook kansen voor MTO

Maar volgens Bloemendal is HTO niet de enige nieuwe techniek in de bodem die veel potentie heeft. “Natuurlijk liggen er heel veel kansen voor de al vaker toegepaste OBES, vooral voor nieuwbouw met warmtepompen, maar ook een MTO (Midden Temperatuur OBES) maakt bodemenergie erg kansrijk voor de verduurzaming van Nederland. Een HTO is, zo denken wij, vooral voor de wat grotere systemen interessant, met bronnen die hoge temperaturen leveren. Maar een MTO is daarentegen gemakkelijker, sneller en kleinschaliger toe te passen. Je hebt het dan over systemen die warmte van 40 tot 50oC opslaan en leveren. De aangesloten gebouwen en woningen moeten dan wel tot op zekere hoogte bouwkundig zijn aangepast, maar niet noodzakelijk tot nieuwbouwniveau. Een belangrijk voordeel van MTO is dat de kosten en de warmteverliezen een stuk kleiner zijn. Een project met 100 tot 200 woningen kun je al efficiënt met een MTO voeden.”