Warmtepompen op basis van diepteboringen: potentie en praktijk in de Nederlandse geothermie

Inleiding

De toepassing van aardwarmte via diepteboringen biedt een veelbelovende, duurzame oplossing voor de verwarming van woningen, kassen en andere gebouwen. In Nederland wordt steeds meer aandacht besteed aan geothermie als alternatief voor fossiele brandstoffen, met name in de glastuinbouwsector. Een warmtepomp die gebruikmaakt van diepteboringen kan energie efficiënt uit de ondergrond halen en daarbij aardgasverbruik en CO₂-uitstoot significaal verminderen.

Op basis van de beschikbare informatie uit diverse projecten, zoals in Zevenbergen, Wijnen en door Geothermiebedrijf Californië Lipzig Gielen (CLG), is het duidelijk dat diepteboringen in combinatie met warmtepompen een serieuze optie zijn voor zowel particulieren als commerciële gebruikers. De technologie is echter nog in een vroege fase van ontwikkeling en toepassing, met een aantal technische, economische en geologische uitdagingen.

Aardwarmte en het potentieel van diepteboringen

Temperatuur in de ondergrond

De temperatuur in de bodem neemt met toenemende diepte toe. Op 1-2 meter diepte varieert de temperatuur nog sterk met de seizoenen, maar op meer dan 15 meter diepte is de temperatuur al vrij constant, tussen 10 en 12 °C. Op grotere dieptes, zoals 2000 meter of meer, stijgt de temperatuur verder, gemiddeld met ongeveer 30 °C per 1000 meter. In sommige regio's, zoals op IJsland, kan deze toename nog veel hoger zijn.

Deze constante temperatuur maakt aardwarmte een betrouwbare bron van energie. Het is mogelijk om via diepe boringen heet water uit de ondergrond op te pompen, de warmte te gebruiken en het afgekoelde water weer terug te pompen. Deze methode is gekend als geothermie-doublet putten.

Toepassing in de praktijk

In Nederland zijn er al enkele projecten die deze technologie in de praktijk toepassen. Zo heeft het bedrijf Wijnen, sinds eind 2013, water van 75 °C uit een diepte van 2100-2600 meter gebruikt voor de verwarming van kassen. Het project bestaat uit drie putten: twee voor de productie van heet water (CAL-GT-01 en CAL-GT-03) en één voor de injectie van afgekoeld water (CAL-GT-02). Het vermogen van het geothermische systeem bedraagt circa 11 MW, waardoor het bedrijf jaarlijks ongeveer 11 miljoen m³ aardgas bespaart en de CO₂-uitstoot met meer dan 95% vermindert.

Een ander voorbeeld is Geothermiebedrijf Californië Lipzig Gielen (CLG), dat sinds augustus 2017 water van 86 °C uit een diepte van 2584 meter gebruikt voor de verwarming van 26 hectare aan kassen. Het thermische vermogen van deze bron is ruim 7 MW, met een totale capaciteit van 18 MW voor 58 hectare. Dit project illustreert hoe grootschalige toepassing van aardwarmte via diepteboringen kan bijdragen aan duurzame energieopwekking in de glastuinbouw.

Technologie en werking van warmtepompen op basis van diepteboringen

Gesloten systeem en warmteoverdracht

In een geothermisch systeem met warmtepomp wordt gebruikgemaakt van een gesloten systeem van buizen in boorgaten. Deze buizen bevatten een vloeistof met een laag kookpunt, die continu circuleert. In de diepere ondergrond, vanaf ongeveer 10 meter diepte, is de temperatuur constant rond 12 °C. De vloeistof in de buizen neemt deze warmte op, die vervolgens aan het aardoppervlak door een warmtepomp wordt geïntensiveerd en gebruikt om gebouwen te verwarmen.

Het systeem kan ook horizontaal worden aangebracht op ondiepe niveaus (1-2 meter diepte), maar dan is het gevoeliger voor seizoensafhankelijke temperatuurvariaties. Daarom wordt het verticale systeem, waarbij de buizen dieper worden aangebracht, vaak als betrouwbaarder beschouwd.

Diepe boringen en geothermische doublet putten

Bij diepe geothermie wordt heet water uit diepere lagen van de ondergrond opgepompt. De warmte wordt aan het aardoppervlak van het water ontrokken, waarna het koude water wordt teruggestuurd naar dezelfde lagen. Deze methode heet geothermische doublet putten. Het is een duurzame oplossing, omdat het water wordt gerecycled en de warmte continu wordt benut.

Hoewel deze technologie veelbelovend is, is het nog niet op grote schaal toegepast in Nederland. De ervaring met diepe geothermie is beperkt en de commerciële haalbaarheid hangt sterk af van factoren zoals investeringskosten, terugverdientijd en geologische risico’s.

Uitdagingen en risico’s van diepe geothermie

Geologische onzekerheden

Een van de grootste uitdagingen bij diepe geothermie is het geologische risico. De werkelijke waarden van aquifer-parameters – zoals de warmtecapaciteit en de doorlatendheid van de ondergrond – kunnen variëren en zijn niet altijd nauwkeurig te voorspellen. Deze onzekerheden maken het moeilijk om een exacte opbrengst te garanderen en beïnvloeden de financiering en het rendement van het project.

In het kader van de regeling voor aardwarmteprojecten dekt alleen het geologisch risico op een teleurstellend resultaat. Dit betekent dat andere risico’s, zoals technische of operationele problemen, niet worden gecovereerd. Het project moet daarom goed worden gepland en uitgevoerd door ervaren partijen.

Commerciële haalbaarheid en terugverdientijd

Het commerciële klimaat voor diepe geothermie is nog in ontwikkeling. Ondanks de hoge energiedichtheid van de bron is de investering in een diepe geothermieproject vaak hoog, wat de terugverdientijd verlengt. Daarom zijn groentekwekers, die grote oppervlaktes hebben en een consistente warmtebehoefte, momenteel de belangrijkste toepassers. Voor individuele huiseigenaren is de technologie financieel nog niet altijd haalbaar, maar er zijn initiatieven om dit te veranderen.

Technische kennis en ervaring

De toepassing van diepe geothermie is nog in een leerproces. Het aantal actieve projecten is beperkt en het ontbreekt aan uitgebreide ervaring met de technologie. Dit betekent dat er risico’s zijn op technische uitdagingen bij de installatie en exploitatie. Daarom is het belangrijk dat projecten worden uitgevoerd door ervaren partijen en dat er voldoende kennis wordt opgebouwd via demonstratieprojecten.

Toekomstperspectieven en ontwikkelingen

Innovaties en demonstratieprojecten

Dezeper geothermieprojecten zijn momenteel een actieve focus in de energietransitie. Nieuwe technologieën en innovaties worden ontwikkeld om de efficiëntie van warmtepompen en boringen te verbeteren. Daarnaast zijn er initiatieven om demonstratieprojecten op te zetten, zoals het experimentele project in Zevenbergen dat uitgevoerd wordt door Visser & Smit Hanab. Deze projecten geven inzicht in de praktische toepassing en het potentieel van diepe geothermie.

Samenwerking en schaalvergroting

Een belangrijke ontwikkeling is de toename van samenwerking tussen partijen in de glastuinbouw en geothermische bedrijven. Door samen te werken kunnen kosten worden gedeeld en schaalvergroting bereikt worden, wat het commerciële potentieel vergroot. Bovendien kan het gebruik van aardwarmte worden uitgebreid naar andere sectoren, zoals woningbouw en industriële toepassingen.

Beleid en financiering

Het succes van diepe geothermie hangt ook af van beleid en financiering. Regelingen die risico’s compenseren, zoals de huidige regeling die het geologische risico dekt, zijn belangrijk om investeerders te motiveren. Daarnaast is het noodzakelijk om subsidies en andere maatregelen te ontwikkelen om de technologie toegankelijker te maken voor particuliere gebruikers en kleinere ondernemingen.

Conclusie

Diepe geothermie in combinatie met warmtepompen biedt een veelbelovende oplossing voor duurzame energieopwekking. De technologie is al in gebruik in de glastuinbouw, met succesvolle projecten in Zevenbergen, Wijnen en door CLG. Het gebruik van diepteboringen en geothermische doublet putten maakt het mogelijk om warmte efficiënt uit de ondergrond te halen en te gebruiken voor verwarming.

Toch zijn er nog uitdagingen, zoals geologische onzekerheden, hoge investeringskosten en beperkte ervaring. Voor individuele huiseigenaren is de technologie momenteel nog niet altijd haalbaar, maar er zijn initiatieven om dit te veranderen. Innovaties, demonstratieprojecten en samenwerking zijn essentieel voor de verdere ontwikkeling van diepe geothermie.

De toekomst van aardwarmte via diepteboringen hangt af van voortgang in technologie, beleid en financiering. Met de juiste voorwaarden kan deze energiebron een belangrijke bijdrage leveren aan de energietransitie en de vermindering van CO₂-uitstoot.

Bronnen

1. Duurzaam Roerdalen – Aardwarmte