Bodemenergie en warmtepomp: duurzame verwarming via bodemlus en WKO

Inleiding

De transitie naar duurzame energie in de woningbouw en infrastructuur is een prioriteit in Nederland. Een veelbelovende oplossing is bodemenergie, waarbij warmte uit de ondergrond wordt gebruikt via een warmtepomp en een bodemlus (gesloten bodemenergiesysteem) of via een open systeem van warmte-koude opslag (WKO). Deze technologieën vormen een duurzame alternatief voor gasverwarming en helpen bij het verlagen van CO₂-uitstoot en energiekosten. In dit artikel wordt een gedetailleerde uitleg gegeven over de werking van bodemenergie en WKO, de technische en juridische voorwaarden, en de toepassing in zowel individuele woningen als collectieve systemen. De informatie is gebaseerd op betrouwbare bronnen van experts in het veld, zoals NPLW, Wageningen University & Research (WUR) en het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS).

Wat is bodemenergie?

Bodemenergie is omgevingsenergie die in de bovenste 500 meter van de ondergrond is opgeslagen. Deze energie kan worden benut via warmtepompen en wordt gebruikt voor verwarming en koeling van gebouwen. Het principe is vergelijkbaar met dat van een koelkast of warmtepomp, maar dan met de ondergrond als warmtebron. De ondergrond heeft in Nederland gemiddeld een temperatuur van 5 tot 10 graden Celsius in de zomer en 10 tot 15 graden Celsius in de winter. Deze constante temperatuur maakt bodemenergie geschikt als basis voor duurzame energieopwekking.

Er zijn twee hoofdvormen van bodemenergie:

1. Gesloten bodemenergiesysteem (GBES): In dit systeem wordt een kunststof slang (bodemlus) in de bodem aangelegd, waarin water of een waterglycolmengsel wordt gepompt. Het mengsel opneemt warmte uit de bodem en transporteert deze naar een warmtepomp, die de temperatuur verhoogt voor verwarming.
2. Open systeem (WKO of warmte-koude-opslag): Hierbij wordt grondwater direct opgepompt en gebruikt voor verwarming of koeling. Het opgewarmde water wordt opnieuw in de ondergrond geplaatst, waar het koud raakt en opnieuw gebruikt kan worden. Dit is een cyclisch proces dat zowel in de winter als in de zomer werkt.

De keuze tussen een gesloten systeem en een open systeem hangt af van factoren als het aantal woningen, de beschikbaarheid van de ondergrond, en de juridische eisen.

De werking van een bodemenergiesysteem met warmtepomp

Gesloten systeem: bodemlus en warmtepomp

Een gesloten bodemenergiesysteem bestaat uit een verticale bodemlus, die meestal in een diepte van enkele tientallen meters wordt aangelegd. De bodemlus is een kunststof slang die in de bodem is ingeboord en waarin een waterglycolmengsel wordt aangevoerd. Het mengsel neemt de warmte van de bodem op en transporteert deze naar een warmtepomp, die de temperatuur verhoogt tot een niveau dat geschikt is voor verwarming van gebouwen.

De warmtepomp speelt een cruciale rol in het proces. Zij zorgt ervoor dat de lage temperatuur van het bodemwater (5–10 °C) wordt omgezet naar een temperatuur van 55 °C of hoger, afhankelijk van de behoefte aan verwarming. Dit maakt het mogelijk om het systeem te gebruiken voor individuele woningen, rijtjeswoningen of meerdere gebouwen.

Voordeel van een gesloten systeem

• Minimale impact op de ondergrond: Er is geen directe interactie met grondwater, waardoor er minder risico is op vervuiling of verstoring van het hydrologische systeem.
• Langdurige levensduur: Bij goed beheer hebben gesloten systemen een verwachte levensduur van meer dan 30 jaar.
• Toepasbaar op verschillende schaalniveaus: Van individueel tot wijkniveau.

Toepassing in de praktijk

In de bestaande bouw is het aanleggen van een bodemlus op eigen perceel niet altijd mogelijk. In dichtbevolkte stadsgebieden of bebouwde dorpen is het soms nodig om boren op gemeentegrond. De gemeente is het bevoegd gezag voor de aanleg van een GBES en heeft deze taak vaak uitbesteed aan de Omgevingsdienst. Voor een GBES met een vermogen tot 70 kW is een melding via het omgevingsloket verplicht. Boven die drempel is een vergunning nodig. Daarnaast geldt een meldings- of vergunningsplicht in zogenaamde interferentiegebieden, waar al andere energiebronnen zijn aangelegd.

Open systeem: warmte-koude-opslag (WKO)

Bij grotere gebouwen of wijkniveaus wordt vaak een open systeem gebruikt, waarbij grondwater direct opgepompt wordt en in een warmtewisselaar gebruikt wordt voor verwarming of koeling. Dit heet warmte-koude-opslag (WKO). Het principe van WKO is cyclisch: in de zomer wordt water uit een koude bron gebruikt om gebouwen te koelen, en in de winter wordt water uit een warme bron gebruikt om gebouwen te verwarmen. Het afgekoelde of opgewarmde water wordt vervolgens opnieuw in de ondergrond geplaatst, waar het opnieuw zijn temperatuur aansluit.

Een voorbeeld van het gebruik van WKO is de campus van Wageningen University & Research (WUR), waar vrijwel alle gebouwen en kassen op termijn gebruik zullen maken van WKO. Hiermee wordt jaarlijks ongeveer 1,3 miljoen kubieke meter aardgas bespaard, wat overeenkomt met een CO₂-reductie van ongeveer 2.400 ton per jaar.

Werking van WKO

1. Zomerse koeling: Grondwater uit een koude bron (5–10 °C) wordt gebruikt om gebouwen te koelen. Het opgewarmde water (10–15 °C) wordt vervolgens opnieuw in de ondergrond geplaatst.
2. Winterse verwarming: Grondwater uit een warme bron wordt gebruikt in combinatie met een warmtepomp om de temperatuur verder te verhogen. Het afgekoelde water wordt opnieuw in de ondergrond geplaatst.
3. Omslag en opslag: De warmte en koude worden cyclisch opgeslagen en hergebruikt via een ringleiding die de koude en warme bronnen verbindt.

Voordeel van WKO

• Hoge efficiëntie: Door het cyclische karakter van het systeem wordt de energie in de ondergrond hergebruikt, wat leidt tot hoge energiebesparing.
• Schaalbaarheid: WKO is geschikt voor zowel individuele gebouwen als grote clusters van woningen of gebouwen.
• Verlaagde CO₂-uitstoot: Het gebruik van WKO leidt tot aanzienlijke CO₂-reductie, zoals getoond in het voorbeeld van WUR.

Technische uitvoering van WKO

WKO vereist een complexe infrastructuur, waaronder:

• Warmtewisselaar: Voor het overbrengen van warmte van grondwater naar de gebouwinstallatie.
• Warmtepomp: Voor het verhogen van de watertemperatuur tot het benodigde niveau voor verwarming.
• Ringleidingen: Voor het transport van grondwater tussen koude en warme bronnen.
• Exploitatieplan: Voor het beheer en onderhoud van het systeem.

Het aanleggen van WKO-systemen vereist een coördinerende exploitant, die verantwoordelijk is voor het beheer van het systeem en het afsluiten van contracten met gebruikers. In sommige gevallen kan de gemeente de rol van exploitant overnemen, met name bij collectieve systemen.

Juridische en regelgevende kaders

Bevoegdheden van de gemeente

De gemeente speelt een centrale rol in de aanleg en beheer van bodemenergiesystemen. Zij is het bevoegd gezag voor het aanleggen van GBES en moet deze registreren. Bovendien kan de gemeente aanvullende eisen stellen, met name bij het aanleggen van transportnetten of bronnen op openbare grond. Deze eisen moeten vastgelegd worden in een omgevingsplan.

Melding en vergunning

De juridische vereisten voor het aanleggen van bodemenergie hangen af van het vermogen van het systeem:

• Tot 70 kW: Meldingsplicht via het omgevingsloket.
• Boven 70 kW: Vergunningsplicht.
• Interferentiegebieden: In gebieden waar al andere energiebronnen zijn aangelegd, is een vergunning altijd nodig.

Deze regels zijn van toepassing op zowel individuele als collectieve systemen.

Rol van de netbeheerder

Hoewel de netbeheerder geen directe rol speelt bij het aanleggen van bodemenergiesystemen, kan het elektriciteitsverbruik van warmtepompen leiden tot een toename van de energievraag op wijkniveau. Ontwikkelaars en bouwers moeten daarom tijdig contact opnemen met de netbeheerder om eventuele versterkingen van het elektriciteitsnet te voorzien. In sommige gevallen kan ook een aanpassing van de eigen elektrische installatie nodig zijn.

Bodemenergie versus luchtwarmtepomp

Bij het keuzeveld tussen bodemenergie en luchtwarmte is het belangrijk om de voordelen en nadelen van beide systemen te overwegen.

Luchtwarmtepomp

Luchtwarmtepompen gebruiken de warmte van de buitenlucht als bron. Het principe is hetzelfde als bij bodemwarmtepompen, maar het verschil ligt in de temperatuur van de bron. Tijdens het stookseizoen is de buitenlucht aanzienlijk kouder dan de bodem. Dit betekent dat de warmtepomp harder moet werken om de temperatuur op te voeren, wat leidt tot een lager rendement en een hoger elektriciteitsverbruik.

Voordelen van bodemenergie

• Hogere efficiëntie: De bodem heeft een constante temperatuur, wat leidt tot een hoger COP (Coefficient of Performance) van de warmtepomp.
• Minder afhankelijk van weersomstandigheden: In vergelijking met lucht als bron is bodemenergie minder gevoelig voor temperatuurschommelingen.
• Duurzamer: Bodemenergie is volledig hernieuwbaar en heeft geen CO₂-uitstoot bij de warmteopwekking.

Nadelen van bodemenergie

• Hogere investeringen: Het aanleggen van een bodemlus of WKO-systeem is duurder dan het installeren van een luchtwarmtepomp.
• Beperkingen bij bestaande woningen: In dichtbebouwde gebieden kan het niet mogelijk zijn om boringen te maken op eigen perceel.
• Lange terugverdientijd: Hoewel de opbrengst in energiebesparing hoog is, kan de terugverdientijd langer zijn dan bij luchtwarmtepompen.

Toepassing in Nederland

In 2023 was bodemenergie met warmtepompen verantwoordelijk voor 6,6 PJ aan hernieuwbare energie, wat ongeveer 2 procent van het totale eindverbruik is. Luchtwarmtepompen daarentegen leverden 19 PJ aan energie, ofwel ruim 6 procent. Hoewel het gebruik van bodemenergie groeit, is het aandeel nog steeds lager dan dat van luchtwarmtepompen. Dit komt grotendeels door de hogere investeringen en logistieke beperkingen bij bestaande woningen.

Toekomstperspectieven en kansen voor woningeigenaren

Groene stroom en duurzaamheid

Bij het gebruik van bodemenergie is het belangrijk om ook groene stroom te gebruiken voor de werking van de warmtepomp. Zoals bij Wageningen University & Research wordt gedaan, kan het gebruik van eigen opgewekte zonne-energie of windenergie het rendement en duurzaamheidsniveau van het systeem verder verhogen.

Investeringen en subsidies

Het aanleggen van een bodemenergiesysteem vereist een aanzienlijke investering. Echter, er zijn diverse subsidies en financiële voordelen beschikbaar voor woningeigenaren die overstappen op duurzame energie. Deze kunnen variëren per gemeente en zijn vaak gericht op het verminderen van het CO₂-gehalte van woningen.

Juridische en technische coördinatie

Voor woningeigenaren die overwegen om bodemenergie te gebruiken, is het belangrijk om samen te werken met een bevoegd professioneel, zoals een bouwtechnisch ingenieur of energieadviseur. Deze partijen kunnen helpen bij het opstellen van een exploitatieplan, het verkrijgen van de benodigde vergunningen, en het coördineren van de constructie en beheer van het systeem.

Conclusie

Bodemenergie in combinatie met een warmtepomp biedt een duurzame en efficiënte oplossing voor de verwarming en koeling van gebouwen. Het gebruik van bodemenergie, zowel via een gesloten systeem (bodemlus) als via een open systeem (WKO), is geschikt voor zowel individuele woningen als collectieve systemen op wijkniveau. De technologie is betrouwbaar en heeft een hoge levensduur, mits goed beheerd. De juridische regels en bevoegdheden van de gemeente spelen een belangrijke rol in de aanleg en beheer van bodemenergiesystemen. Voor woningeigenaren, ontwikkelaars en bouwbedrijven is het belangrijk om te beseffen dat bodemenergie een serieuze alternatief is voor traditionele verwarmingssystemen en een belangrijke bijdrage kan leveren aan de duurzame energietransitie in Nederland.

Bronnen

1. NPLW – Warmtenet – Bodemenergie
2. Wageningen University & Research – Warmte-koude-opslag
3. CBS – Hernieuwbare energie in Nederland 2023