Warmte uit Delftse bodem is groen, innovatief en beschikbaar. Maar de invoering op het warmtenet van de TU stuit op tal van praktische problemen. Het dilemma van het Delft Aardwarmte Project (DAP).
In de laatste week van februari vriest het overdag en draait de warmtekrachtcentrale op volle toeren. Ketel 1 is een grijsgroene kast zo groot als een woonhuis die 35 megawatt aan warmte levert. Dat gaat gepaard met een brullend geluid dat ieder normaal gesprek in de weg staat.
Wil van Rijsbergen is hier de bedrijfsleider van FMVG (facilitair management en vastgoed). Met trots toont hij de installaties. Op vorstdagen als vandaag stoken ze tot een watertemperatuur van maar liefst 130 graden onder 9 bar druk. Het gloeiend hete water stroomt via vier leidingen naar de uithoeken van de campus. In de afzonderlijke gebouwen brengt het via warmtewisselaars de centrale verwarming op negentig graden.
Lees het artikel bij Delta
Het terugkerende water van ongeveer tachtig graden wordt in het ketelhuis voorverwarmd door twee splinternieuwe gasmotoren die ieder twee megawatt aan elektriciteit opwekken. Doordat de koeling van de motoren het water opwarmt, hoeft de verwarmingsketel minder te stoken. De gekoppelde elektriciteitsproductie dekt tot nu toe dertig procent van het totale gebruik van de TU. Doordat vorig jaar de generatoren van 0,75 megawatt (mw) vervangen zijn door nieuwe types van 1,7 mw, is komend jaar een grotere productie te verwachten.
Tunnels
Sinds de bouw in de jaren vijftig zijn een aantal moderniseringen doorgevoerd. De wigvormen op het dak herinneren nog aan de begintijd toen met kolen werd gestookt. Vandaar ook de ligging aan de Leeghwaterstraat recht tegenover het haventje. Heel modern was toen wel het idee van een warmtenet voor de hele campus. Bijzonder daaraan is dat de hele TU verbonden werd met een aantal tunnels waar je doorheen kon lopen. Destijds is dat gedaan omdat men metingen wilden kunnen verrichten aan de warmtestromen om zo tot een betere beschrijving te komen van warmtenetten. Tot op heden profiteert de TU van de tunnels waar nu ook de internetkabels lopen. De komst van de het aardgas in de jaren zestig maakte een eind aan de stoffige en vervuilende kolenstook. En nu, vijftig jaar later, doet zich een nieuwe, nog veel schonere warmtebron voor: aardwarmte.
Boorkernen
De TU beschikt sinds 2009 over een exploratievergunning voor een zestig vierkante kilometer groot veld dat op 2500 meter diepte ligt. Dat het werkt, bewijzen de installaties bij potplantenkweker Ammerlaan en tomatenkweker Duijvestijn in Pijnacker die sinds 2010 uit dezelfde warmtebron putten. Volgens ir. Mike Woning (betrokken bij het Delft Aardwarmteproject DAP en werkzaam bij Deltares) is het veld groot genoeg om meerdere warmte-installaties te voeden en verschaffen de tuinders als tegenprestatie studenten toegang voor onderwijs en metingen aan aardwarmte in de praktijk.
Uit boringen in de omgeving is duidelijk geworden dat er zich op tweeënhalve kilometer diepte een waterdragende poreuze laag bevindt. Boringen zijn verricht in de Delftse Hout, en zelfs op de campus waar ooit het Shellstation stond aan de voet van het EWI-gebouw. Die boorkernen zijn toegankelijk voor onderzoek.
Diepe geothermie
Het principe van diepe geothermie berust op het doorspoelen van een poreuze waterhoudende laag op grote diepte. Daarvoor wordt een ‘doublet’ aangelegd, bestaand uit een aan- en een retourleiding met onderlinge afstand van anderhalf tot twee kilometer. Daar spoelt in het geval van de Delftse aardwarmtelaag dan zo’n 100 tot 150 kubieke meter per uur doorheen. De retourleiding voert water naar beneden van veertig graden Celsius. Via de aanvoerleiding stroomt water van zeventig graden Celsius omhoog. Dat komt overeen met een warmteproductie van 3,5 tot 5 megawatt. Naar verwachting kan een put tot dertig jaar warmte produceren, maar de meeste projecten worden aangelegd op een afschrijftermijn van vijftien jaar.
Verrassingen
Tot zover de theorie. Maar als er een ding duidelijk werd uit het door DAP georganiseerde geothermiesymposium ‘Hot Topics’ (11 februari in de Aula), is het wel dat de bodem vol verrassingen zit.
Om te beginnen is niet iedere boring succesvol, hoewel de geothermieboringen wel vaker slagen dan die naar aardolie –en gas (succeskans veertig procent volgens geoloog prof.dr. Stefan Luthi). Om het risico van zes tot acht miljoen euro aan boorkosten voor kleine partijen te verkleinen heeft de overheid een garantiefonds ingesteld.
Maar ook als de bron succesvol loopt, kan het zijn dat de stroomsnelheid in de loop van de tijd afneemt. In Duitsland bijvoorbeeld was dat het gevolg van het dichtslibben van de stijgpijp door afzetting van zout, vertelde Robert Schöner, die in Saksen ervaringen had ongedaan met diepe geothermie. In Nederland zijn er putten dichtgeslibd met boorgruis. En dan kan er ook nog onderaards kortsluiting ontstaan tussen aan- en retour waardoor de temperatuur daalt. Dat risico is in de Delftse laag volgens Jansen heel klein omdat zulke kortsluitingen zich langs breukzones vormen die in de Delftse ondergrond niet zijn aangetroffen.
TU hoogleraar petroleumwinning prof.dr.ir. Jan Dirk Jansen is zich bewust van de onzekerheden van de Delftse aardwarmtebron, maar hij heeft ook tal van oplossingen achter de hand. Bijvoorbeeld voor wanneer de temperatuur terugloopt (bijmengen van heet water van het warmtenet) of de doorstroming stokt (zuur toevoegen om kalkaanslag op te lossen of onder druk het gesteente openbreken). “De natuur zit vol verrassingen, maar daar maak ik me niet zo ongerust over”, aldus Jansen. Net zo min als over de mogelijke ‘bijvangst’ aan olie en gas die soms met de waterstroom omhoog komt.
Afnemer
Nee, waar de schoen wringt, is hoe de warmtestroom in te passen in het bestaande warmtenet van de TU. Een voorwaarde voor het kostendekkend bedrijven van de bron is namelijk dat er een afnemer voor de warmte moet zijn. Preciezer: jaarlijks moet 70 duizend gigajoule afgenomen worden, wat overeenkomt met een gebouwde oppervlakte van 280 duizend vierkante meter. Dat is volgens Ad Winkels (FMVG) ongeveer de helft van alle TU-gebouwen. Overigens kan de aardwarmtebron naar schatting van Jansen twee keer meer warmte leveren.
Wanneer je de aanvoer van de aardwarmtebron (70 graden) zonder meer met het huidige warmtenet (maximaal 130 graden) zou verbinden, bijvoorbeeld via een warmtewisselaar, stroomt de warmte van het net van hoge naar lage temperatuur de put in. De hoge temperatuur van het warmtenet in de winter vormt dus een belemmering voor de koppeling.
Maar die hoge temperatuur is nodig omdat de verwarming van de (slecht geïsoleerde) gebouwen is ontworpen voor een bedrijfstemperatuur van 90 graden aanvoer en 70 graden retour. Dat hangt samen met de ondermeer de radiatorgrootte en het warmteverlies door de schil van het gebouw. Modernere gebouwen zijn wel met 70 graden aanvoer te verwarmen. Dat geldt nu voor de studentenflats aan de Leeghwaterstraat en de Balthasar van der Polweg, en straks ook voor de nieuwbouw van technische natuurkunde. Maar dat is onvoldoende afname voor de aardwarmte.
Dus is DAP in overleg met FMVG en het college van bestuur. Het college ziet volgens Jansen de voordelen van een eigen warmtebron voor onderzoek (er is een vacature voor een hoogleraar aardwarmte) en onderwijs. Bovendien heeft de TU zich voorgenomen het eigen energiegebruik te vergroenen. Dat neemt niet weg dat het college streeft naar een kostendekkende exploitatie. Ook al omdat er investeerders aangetrokken moeten worden om het project te realiseren.
Alternatieven
Op de laatste bijeenkomst lagen er drie alternatieven op tafel om TU-gebouwen geschikt te maken voor verwarming met aardwarmte. De eerste is de grondige renovatie van vier gebouwen: civiele techniek, technische natuurkunde, elektrotechniek en bouwkunde. Volgens berekening van Winkels bedraagt de warmtevraag van deze gebouwen samen met de nieuwbouw van technische natuurkunde 70 duizend gigajoule per jaar. Net genoeg dus.
Een alternatief is een beperkte renovatie van negentien andere gebouwen, waaronder ook de aula. Dat betekent voornamelijk het aanpassen van de verwarmingsinstallaties om ze geschikt te maken voor een lagere aanvoertemperatuur. Winkels: “Om de installaties geschikt te maken voor middentemperatuur moeten er andere warmtewisselaars in, luchtbehandelingskasten moeten vervangen worden en radiatoren worden vergroot of vervangen. Qua geld valt het mee, maar toch.”
Een derde optie gaat uit van afzet van warmte aan Technopolis en woningen in de Spoorzone, maar dat lijkt iets voor de langere termijn. Eind april willen de partijen onder voorzitterschap van rector Karel Luyben tot een beslissing komen.
“Dan kan er een contract opgesteld worden tussen TU, EBN en een partner”, zegt Jansen voortvarend. EBN (Energiebeheer Nederland) is het overheidsbedrijf dat investeert in tal van olie-, gasprojecten. EBN laat desgevraagd weten ‘een positieve grondhouding’ te hebben ten aanzien van het project op grond van verduurzaming, innovatieve boortechnieken (composiet in plaats van stalen pijpen) en de mogelijkheid tot samenwerking met de TU. Jansen verliet de vergadering naar eigen zeggen met een positief gevoel.
Aardwarmte anders
Aanverwante, maar verschillende soorten van energiewinning zijn warmte- en koudeopslag waarbij waterlagen in de ondiepe ondergrond met tussenkomst van een warmtepomp gebruikt worden als buffer voor koeling en warmteopslag in de zomer respectievelijk voor verwarming en koudeopslag in de winter.
En dan is er nog de vorm van geothermische elektriciteits-opwekking waarbij het water tot stoom verhit wordt dat een generator aandrijft. Volgens prof.dr.ir. Jan Dirk Jansen (CiTG) is deze ‘geo power’ de hoofdprijs van de geothermie, maar ligt winning ervan in landen als Italië en IJsland meer voor de hand dan in Nederland, waar je pas op vijf kilometer diepte op de vereiste temperatuur stuit.
