Energie uit de bodem:

Warmte Koude Opslag (WKO)

Zoals de naam al zegt is dit niet echt de opwekking van warmte, maar meer het gebruik van de bodem om warmte tijdelijk op te slaan. Wel wordt de constante temperatuur van de onderbodem als basis gebruikt. Deze warmte is ongeveer 12 graden Celsius. Deze warmte wordt middels een warmtepomp naar ongeveer 42 graden Celsius gebracht en zo kan een pand in de winter verwarmd worden. In de zomer kun je deze bodemtemperatuur gebruiken om het pand te koelen met dezelfde installatie.

In de zomer gebruik je dus de bodem om een pand  te koelen en warm je de bodem op, in de winter gebruik je de bodem om te verwarmen en koel je de bodem weer af. Deze balans in de bodem moet ook gehandhaafd worden, en dit maakt soms additionele acties nodig om de bodem te regenereren.

WKO heeft als voordeel de koeling, die je er als het ware automatisch bij krijgt, waardoor het pakket interessant is. Het heeft als nadeel de zorg om de energiebalans in de bodem, en het feit dat het laag-temperatuur verwarming is, waardoor het maken van warm tapwater hiermee minder voor de hand ligt. Dit kan opgelost worden middels het toepassen van hybride of bivalente systemen.

Verschillende systemen:

Open WKO systemen
Bij open bodemenergiesystemen wordt grondwater onttrokken en opgewarmd grondwater na gebruik terug in de bodem geïnfiltreerd. Na ongeveer een half jaar wordt de circulatierichting omgedraaid. Hierbij is sprake van een verplaatsing van grondwater. De bronnen kunnen op enige afstand naast elkaar gelegen zijn of onder elkaar in verschillende watervoerende pakketten. De diepte van de bronnen varieert van 20 tot 300 meter onder maaiveld. In dit geval is de bron 65 meter diep.

Schematisch ziet dat er als volgt uit:

Gesloten WKO systemen
Bij gesloten bodemenergiesystemen wordt een vloeistof, vaak met toegevoegde antivriesmiddelen, in buizen door de bodem geleid. Het water komt niet in direct contact met het grondwater. Er is geen sprake van een actieve verplaatsing van grondwater door het systeem. Als synoniem wordt ook de term bodemwarmtewisselaar gebruikt. 

Verschillende ontwerpen
Een WKO systeem kan op verschillende manieren worden aangelegd. Een uitleg van de verschillende methodes volgt hierna:

Doubletsysteem
Het doublet systeem is het meest voorkomende energieopslagsysteem voor de utiliteitsbouw en de glastuinbouw. Zo wordt bij een doubletsysteem de warmte en koude in twee aparte bronnen op afstand van elkaar gescheiden. Dit is een doublet systeem.

Monobron
Een monobron is een systeem waarbij een onttrekkingfilter en een infiltratiefilter boven elkaar in een bron worden geplaatst. Omdat maar één bron nodig is, zijn de kosten van een monobronsysteem ongeveer de helft lager dan van een doubletsysteem. Monobronnen kunnen alleen toegepast worden bij kleinere brondebieten, tot maximaal 30 a 50 m3/uur.

Recirculatiesysteem
Een ander type systeem maakt gebruik van een vaste onttrekkingbron en een vaste infiltratiebron. De temperatuur van het opgepompte water heeft altijd de temperatuur van het natuurlijke grondwater (circa 11 tot 13°C). In de zomer wordt er warm water in de infiltratiebron gepompt, in de winter koud water. Dit systeem is wat goedkoper, maar heeft ook een lager rendement. Deze systemen worden meestal aangelegd in combinatie met een grondwatersanering.

Andere variaties:

Hoge temperatuur warmteopslag (HTO)
Een HTO is een type open bodemenergiesysteem. HTO vindt alleen plaats voor verwarming van voornamelijk de glastuinbouw en de aquacultuur. De warmte waarvan bij HTO gebruik wordt gemaakt, kan onder meer van warmtekrachtkoppeling (WKK), diepe geothermie of zonnecollectoren afkomstig zijn.

Energiepalen
Energiepalen zijn heipalen met ingebouwde warmtewisselaars, die samen een gesloten systeem vormen. 

Voor- en nadelen: energieaspecten en andere duurzaamheidaspecten

Positieve effecten
De toepassing van WKO kent een aantal positieve effecten, die bijdragen aan de groeiende populariteit van deze systemen. Hierbij gelden vooral de lagere energiekosten c.q. energiebesparing als drijfveer om de techniek toe te passen, in samenhang met het positieve klimaateffect door vermindering van de CO2 uitstoot. Voor woningen biedt WKO de luxe om naast verwarming ook koeling te bieden. Daarnaast kan WKO in de bovengrond ruimte besparen -minder ketels en koelmachines- en ontstaan mogelijkheden om kosteffectiever diepe grondwaterverontreinigingen aan te pakken. Dit laatste gebeurt dan door het plaatsen van open WKO systemen in een verontreiniging (open systeem gecombineerd met grondwatersanering). Dit is een nieuwe een veelbelovende aanpak waarvan de exacte effecten momenteel worden onderzocht. Beleidsmatig wordt nadrukkelijk ruimte geschapen om hiermee ook in de praktijk hiermee aan de slag te gaan. De bovengrondse ruimtebesparing betekent wel dat er ondergronds ruimte moet zijn. Direct onder het maaiveld moet ruimte zijn voor het leidingwerk. En in de diepere ondergrond is afstemming met andere grondwaterbelangen noodzakelijk.

De werking van de warmtepomp

Warmtepompen werken in principe net als een koelkast waarbij elektriciteit of aardgas als brandstof kan worden ingezet. De standaard huishoudelijk koelkast is gebouwd als elektrisch aangedreven compressiewarmtepomp terwijl de campingkoelkastjes die op gas of elektriciteit kunnen werken voorbeelden zijn van absorptiewarmtepompen.

• Bij een compressiewarmtepomp wordt de transportvloeistof met behulp van een compressor samengeperst. Deze compressor kan zowel worden aangedreven door een gasmotor (warmtepomp in combinatie met warmte/ kracht koppeling) of door een elektromotor.           

• Bij een absorptiewarmtepomp wordt de transportvloeistof rondgeleid met behulp van een absorptie-generator cyclus. Deze cyclus kan worden aangedreven door zowel elektriciteit, gas of warmte (dit kan warmte zijn afkomstig van warmte/ kracht koppeling of stadsverwarming).           

Rendement

• Het rendement van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de Coëfficiënt of Performance (COP); de verhouding tussen de afgegeven energie en de opgenomen energie. Omgevings- en afvalwarmte zijn gratis en in zeer grote hoeveelheden beschikbaar en worden daarom ook niet meegenomen bij het bepalen van de COP. De COP is dus altijd groter dan 1; het rendement is altijd meer dan 100%.
• Richtlijnen voor  de COP van warmtepompen in woningen en gebouwen zijn:
  • elektrische warmtepomp: 2,5 à 5,0           
  • gasmotor warmtepomp: 1,2 à 2,0
  • absorptiewarmtepomp: 1,0 à 1,5           

Compressietechniek

De huidige generatie warmtepompen zijn vooral gebaseerd op de elektrisch aangedreven compressietechniek. De werking is te zien in onderstaande figuur:

Figuur 1: Warmtepomp met als warmtebron buitenlucht.

• Stap 1: Onttrekking van warmte
  Een vloeistof met een kookpunt lager dan de omgevingstemperatuur dient als transportmiddel van de warmte. De vloeistof onttrekt warmte aan de buitenlucht of andere warmtebron en verdampt in de verdamper (1).
• Stap 2: Compressie
  Een compressor (2) drukt vervolgens de verdampte vloeistof samen. Hierdoor stijgt de druk en de temperatuur van de damp. Dit is vergelijkbaar met het oppompen van een fietsband: door het pompen neemt de druk toe en wordt de onderkant van de pomp, waar de druk het hoogst is, behoorlijk heet.
• Stap 3: Afgifte van warmte
  De warmte van de damp kan worden afgestaan aan bijvoorbeeld een cv-installatie. In de condensor (3) wordt de warmte afgegeven aan het koudere cv-water. De damp koelt af, zelfs zó ver dat deze weer condenseert tot vloeistof. De vloeistof stroomt via een smoorventiel (die de druk en daarmee ook de temperatuur verlaagt) naar de verdamper (1), waar het proces van voor af aan begint.           

Absorptietechniek

• Het proces start bij de bellenkoker, waar de gasbrander een ammoniak/watermengsel verwarmt. Omdat het kookpunt van ammoniak lager is dan van water, ontstaan er ammoniak dampbellen die in de stijgleiding van de bellenkoker omhoog stijgen. De ammoniak dampbellen nemen tijdens deze verplaatsing een hoeveelheid water mee. 
• Bovenin de bellenkoker wordt de ammoniakdamp afgescheiden van het water, en stijgt verder door naar de condensor. In de condensor geeft de ammoniakdamp warmte af aan het CV-water dat om de condensor stroomt. Hierdoor koelt de ammoniak af en wordt het weer vloeibaar.
• De vloeibare ammoniak vloeit door zwaartekracht naar de verdamper waar het in een helium omgeving wordt gebracht. Doordat de ammoniak in een helium omgeving komt zakt de dampdruk van de ammoniak. De ammoniak kan daardoor verdampen bij lage temperaturen.
• Voor het verdampen heeft de ammoniak warmte nodig. Deze warmte wordt door een warmtewisselaar onttrokken aan de warmtebron: bodem, buitenlucht of stromend oppervlaktewater.
• Doordat het gasmengsel in de verdamper steeds rijker wordt aan ammoniak en ammoniakdamp relatief zwaar is, zakt het gasmengsel in de verdamper door zwaartekracht naar beneden. Het gasmengsel stroomt uiteindelijk in de absorber. In de absorber wordt het ammoniak/helium gasmengsel in tegenstroom gebracht met het water dat (d.m.v. communicerende vaten) uit de bellenkoker komt. De ammoniak wordt geabsorbeerd door het water waardoor de energie, die via de warmtebron was ingebracht, op een hoog temperatuurniveau wordt vrijgegeven aan het CV-water dat om de absorber stroomt. Het helium komt hierbij weer vrij en stijgt op in de absorber om vervolgens terug te stromen naar de verdamper.
• Het water/ammoniak mengsel stroomt door de zwaartekracht terug naar de bellenkoker waar het proces weer van voren af aan begint.           

Geothermie

Basisprincipe van geothermie

Het concept van geothermie, of aardwarmte, is eenvoudig: de aan de ondergrond onttrokken hitte wordt gebruikt voor verwarming of elektriciteitsopwekking. 99% van de massa van de aarde is heter dan 1000 graden Celsius.

Ultra diepe geothermie en haar toepassingen
Bekende vormen van geothermie zijn warmte-koude opslag en conventionele geothermie. Nog minder bekend, maar zich snel ontwikkelend, is ultra diepe geothermie. Ultra diepe geothermie verschilt van conventionele geothermie in dat er dieper geboord wordt, vanaf 5 tot 7 kilometer. Op die diepte is in het grootste deel van Europa de temperatuur tussen 150 en 280 graden Celsius. Door toepassing van EGS (Enhanced Geothermal Systems) is deze hitte goed toegankelijk.

Door de hoge temperaturen zijn de toepassingsgebieden van ultradiepe geothermie veel breder dan die van conventionele geothermie: vanaf ongeveer 200 graden Celsius kan op een efficiëntere manier de warmte worden gebruikt om in turbines elektriciteit op te wekken.

Behalve voor elektriciteitsproductie kan de warmte worden gebruikt voor industriële doeleinden in bijvoorbeeld de papier -, voedselverwerkende -, of chemische industrie. Ook kan het worden gebruikt voor stadsverwarming en het verwarmen van kassen en zwembaden.

AgentschapNL voorspelt in het rapport Visie Diepe Geothermie 2050, AgentschapNL, Ecofys, TNO, IF Technology, maart 2011 dat ultra diepe geothermie 20% van de energievraag in Nederland in 2050 kan leveren.

Source Geothermal: onze geothermie partner

Voor advies over haalbaarheid, projectontwikkelingsactiviteiten, projectmanagement en realisatie werkt Bleucourt o.a. samen met Source Geothermal.

Bleucourt heeft ook project gerealiseerd in samenwerking met Unica en IF technologie.