De aardwarmtebron op de campus in Delft zal de campusgebouwen van duurzame warmte voorzien. De bron levert in de winter alleen te weinig warmte op, en in de zomer juist veel te veel. Met ondergrondse seizoensopslag kan in de winter de warmte worden aangevuld met het overschot uit de zomer. Om dit te kunnen realiseren werkt Martin Bloemendal met zijn team aan een plan om de integratie van zo’n ondergrondse seizoensbuffer op grote schaal aan te pakken.
Huizen, kantoren, industriële processen; in Europa gaat vrijwel de helft van de totale vraag naar energie naar verwarming en koeling. De energietransitie is dus net zo goed een warmtetransitie. Uit de geothermieput op de campus wordt binnenkort duurzame warmte opgepompt vanuit ruim 2 kilometer onder de grond. “Tijdens de piekuren in de winter, is de warmtevraag groter dan de geothermieput kan leveren. Het is superefficiënt als we het teveel aan warmte in de zomer kunnen opslaan voor gebruik in de winter. Daarmee kunnen we het totale energieverbruik flink terugbrengen,” zegt Martin Bloemendal, universitair hoofddocent in Underground Thermal Energy Storage bij de TU Delft.
Werkzaamheden om de ondergrondse seizoensbuffer aan te leggen.
Opslag in aardlagen
Om de overtollige warmte op te slaan, is veel ruimte nodig. Vooral in de gebouwde omgeving – waar de warmtevraag groot is – is daar bovengronds geen ruimte voor. Bloemendal kijkt daarom naar opslag van 40-90°C warm water in aardlagen op 100 tot 500 meter diepte. “Zo kunnen we nog meer duurzame warmte uit de geothermiebron gebruiken, die anders met piek door gasketels bijgestookt had moeten worden. In vergelijking met het ondergronds opslaan van water tot maximaal 25 graden in combinatie met een warmtepomp, wat al veel wordt toegepast, kan opslag op hogere temperatuur veel energiezuiniger warmte opleveren. Er is in de zomer immers veel warmte beschikbaar om water op temperaturen van 40-90°C te krijgen.”
En dan komen ze al gauw tot de conclusie dat het allesbehalve eenvoudig is om van onze gasketels af te komen
Maatwerk
Begonnen als ontwerper van bodemenergiesystemen bij een ingenieursbureau merkte Bloemendal algauw dat een goed georganiseerde warmtetransitie een betere kennisbasis vereiste. Hij zocht contact met de TU Delft om met studenten ideeën daarover uit te zoeken. Het mondde uit in een eigen promotietraject over open-bodemenergiesystemen, waarbij de focus steeds meer kwam te liggen op Hoge Temperatuur Open-bodemenergie (HTO).
Om de energietransitie te versnellen zijn er grootschalige en gestandaardiseerde oplossingen nodig, maar dat blijkt lastig, legt Bloemendal uit. “Al die verschillende vormen van warmte die er zijn en nodig zijn, de verschillende temperaturen, mixen van oudbouw en nieuwbouw met verschillende mate van isolatie en verwarmingssystemen – het is allemaal maatwerk. Met mijn onderzoek wil ik tot concepten komen die op verschillende typen wijken, gebouwen en industrieën zijn toegespitst.”
Met zijn technische oplossingen houdt Bloemendal bovendien rekening met de sociaal-economische werkelijkheid waar bewoners en gemeenten mee te maken hebben. “We willen faciliteren dat een wijk geleidelijk overstapt in plaats van dat iedereen dat tegelijk moet doen, want dat is in de praktijk bijna niet georganiseerd te krijgen.”
De techniek is er klaar voor, we willen nu aantonen dat het ook haalbaar en commercieel rendabel kan zijn. Dat is echt pionieren.
Het PUSH-IT project
Het HTO-onderzoek is ondertussen zo ver gevorderd dat een volgende stap niet uit kon blijven. Bloemendal: “De techniek is er klaar voor, we willen nu aantonen dat het ook haalbaar en commercieel rendabel kan zijn. Dat is echt pionieren en dat doen we op de campus zelf.”
Binnen het door de Europese Commissie gefinancierde PUSH-IT project wordt een HTO-warmteopslag gekoppeld aan de geothermische bron op de campus. De warmte wordt opgeslagen in grondwaterreservoirs op ca 200m diepte, waarbij de aardlagen werken als een isolerende thermosfles. De opslag is veel minder diep dan de geothermische bron, zodat de warmte in de winter snel weer opgehaald kan worden.
“Het is implementatie en innovatie ineen,” vertelt Bloemendal enthousiast. Het doel is om met simulaties en nauwkeurige monitoring de warmteverliezen te beperken. Ook komt er regeltechniek op basis van Machine Learning voor het optimaliseren van systeemintegratie. Bloemendal: “De warmteopslag integreren in het bestaande warmtenetwerk is namelijk een hele operatie die nog niet eerder is uitgevoerd.”
Van de TU naar de stad...
De eerste put, die in maart 2024 geboord wordt, is een proefboring voor het gedetailleerd in kaart brengen van de ondergrond en voor monitoring als het systeem straks in bedrijf is. “Met deze gegevens kunnen we het ontwerp van de bron zo optimaal mogelijk maken,” zegt Bloemendal. “Het hete water heeft een lagere dichtheid en viscositeit, en zal zich daarom net als warme lucht naar boven willen verplaatsen. Dit effect willen we beperken.” Ook komt er een monitoringsysteem voor de kwaliteit van het grondwater en een waterbehandelingsinstallatie.
Vervolgens komen er zeven bronnen voor warmteopslag op de campus, in de buurt van de geothermische bron. De HTO-bronnen leveren straks een warmtevermogen van ongeveer 7 megawatt. “In eerste instantie zal deze warmte vooral op de campus ingezet worden. Maar omdat de TU Delft alle gebouwen verduurzaamt, zullen we steeds meer huizen in de stad kunnen aansluiten. Een echte pilot voor een diverse warmtevraag, dus.”
... en de toekomst
Na een succesvolle demonstratie binnen PUSH-IT kan het snel gaan. Bloemendal schat dat ongeveer twintig procent van de gebouwen met een individuele warmte-installatie in Nederland tegen 2050 een aan de ondergrond gekoppelde warmtepomp heeft. Daarnaast zullen vrijwel alle warmtenetten met een duurzame bron van warmte een vorm van seizoensbuffering hebben. Een belangrijk transitie dus, die naast onmisbare techniek ook de juiste mensen vergt om deze op grote schaal te kunnen toepassen.
“De industrie, de advies- en ontwerpmarkt, en ook overheden zijn plannen en visies voor de warmtetransitie aan het maken,” zegt Bloemendal. “En dan komen ze al gauw tot de conclusie dat het allesbehalve eenvoudig is om van onze gasketels af te komen. Op de TU Delft hebben we alle kennis en expertise in huis om voor die hele warmtetransitie complete oplossingen te bieden. Zonde dus als we dat niet integraal aanbieden in onderwijs.” Sinds dit jaar leidt Bloemendal dan ook studenten op met de nieuwe mastertrack Heating & Cooling. “Warmte is zowel technisch als organisatorisch lastig en complex, maar dat maakt het juist heel uitdagend en leuk. Dat wil ik op een nieuwe generatie studenten overdragen.”
Gepubliceerd: april 2024
