Aardwarmte

Geothermie is de benutting van warmte uit de ondergrond vanaf 500 meter en dieper. Geothermie wordt verder opgedeeld in “Ondiepe Geothermie” van 500 tot 1.500 meter diepte en “Diepe Geothermie” van 1.500 tot 4.000 meter diepte. Naarmate de diepte in de ondergrond toeneemt, neemt ook de temperatuur toe. Op 1 km diepte is de temperatuur ongeveer 40 °C; op twee kilometer diepte circa 70 °C. Geothermie gebruiken we in Nederland al voor de duurzame verwarming van kassen en gebouwen.

Om het warme water te kunnen winnen, boort een gespecialiseerd boorbedrijf onder verantwoordelijkheid van de geothermievergunninghouder twee putten: de productieput en de injectieput. Vanuit de productieput wordt het warme water omhoog gepompt. Een warmtewisselaar haalt de warmte er daar uit zodat die kan worden gebruikt. Via de warmtewisselaar gaat de warmte naar het warmtenet. Het afgekoelde water gaat via de injectieput weer terug in de grond, in dezelfde diepe aardlaag. Bovengronds staan deze putten enkele meters uit elkaar, maar in de ondergrond staat het uiteinde van deze put op ongeveer 1,5 tot 2 kilometer afstand van de eerste put. Zo koelt de warmwaterbron, het reservoir, niet te snel af. Beide putten samen noemen we een doublet.

Afhankelijk van de diepte en capaciteit van de bron leveren geothermieprojecten  een hoeveelheid warmte waarbij je ongeveer 4.000 tot 10.000 woningen kunt aansluiten. Een voorbeeld: bij een kleine bron van 7 MW gaat het om ongeveer 4.000 woningen, bij een grotere bron van 20 MW om ongeveer 10.000 woningen. Het vermogen van de bron (en dus het aantal woningen dat je kunt aansluiten) is afhankelijk van de temperatuur in de bodem en de doorlaatbaarheid van de ondergrond. Van te voren wordt daar een goede inschatting van gemaakt, al is het vermogen pas zeker als de bron is geboord.

Geothermie is als warmtebron vooral geschikt als basislast van een warmtenet, oftewel de minimale hoeveelheid warmte die een groot deel van het jaar nodig is. Zo kan de bron continu aan blijven staan en vrij constant warmte leveren. Door de geothermiebron te ontwerpen voor deze basislast, blijven de kosten beperkt. Er zijn wel meerdere warmtebronnen nodig die het warmtenet voeden om de continuïteit van de warmtelevering te kunnen garanderen aan de afnemers. Geothermie heeft een back-up installatie nodig die kan worden ingezet als de geothermie-installatie periodiek onderhoud krijgt. Deze installatie wordt ook gebruikt voor warmtelevering tijdens pieklast, dus grote vraag in koude perioden. Dit kan een (groen)gasketel, biomassaketel, restwarmtebron of warmteopslag zijn. De combinatie van bronnen is leidend voor de duurzaamheid van het warmtenet. De hoeveelheid en type bronnen is afhankelijk van de piekvraag, bufferingscapaciteit en de infrastructuur.

Een warmtepomp onttrekt energie aan een warmtebron op een laag temperatuurniveau, die zij op een hoger temperatuurniveau brengt (“pompt”) en vervolgens levert aan het verwarmingssysteem van bijvoorbeeld een gebouw. Daartoe wordt een werkmedium (ook koelmiddel genoemd) door vier functionele eenheden gecirculeerd: In de verdamper absorbeert het vloeibare werkmedium de vereiste verdampingswarmte uit de omgeving en verandert het in een gasvormige toestand. De compressor brengt het verwarmde, gasvormige werkmedium op een hogere druk en verhoogt zo de temperatuur ervan tot een bruikbaar niveau. Gewoonlijk drijft een elektrische motor de compressor mechanisch aan. Gasmotoren en zogenaamde “thermische compressoren” die worden aangedreven door aardgas, stadsverwarming of afvalwarmte zijn er nog maar zelden. De condensor geeft de warmte als bruikbare warmte af aan het verwarmingswater. Tijdens dit proces geeft het gasvormige werkmedium warmte af en condenseert (het wordt weer vloeibaar). Vervolgens zorgt het expansieventiel ervoor dat de druk van het werkmedium – dat nu vloeibaar is, maar nog steeds onder druk staat – afneemt. Hierdoor koelt het verder af en stroomt het terug in de verdamper. De cyclus begint opnieuw. Voor meer informatie, zie de rubriek over elektrische warmtepompen.