EW07 omslag 600
Juni 2011

Benutten aardwarmte vraagt om goed uitkoelen

EW-600x400

Tuinder Arjan Ammerlaan weet precies wat hij moet doen om aardwarmte goed te benutten. ‘Uitkoelen is heel belangrijk. Als het water met 50 °C retour gaat, hebben we er eigenlijk niets aan.’ Met vloerverwarming, een beloning voor warmteafnemers die ver genoeg uitkoelen en grote warmtewisselaars met weinig temperatuurverschil moet dat lukken. Natuurlijk is er meer nodig: wat geluk bij het boren, het hele jaar door een gelijkmatige warmteafname en goed omgaan met het zoute bodemwater bijvoorbeeld.’

In de buitenste 6 km van de aardkorst ligt vijftigduizend keer meer warmte opgeslagen dan kan worden geproduceerd met de totale olie-en gasvoorraad. Tuinbouwbedrijf Ammerlaan in Pijnacker realiseerde dit voorjaar het tweede aardwarmteproject in Nederland. Het sierteeltbedrijf van Arjan Ammerlaan, teelt – dankzij aardwarmte en een warmtekrachtinstallatie – zonder CO2 uit te stoten. Arjan Ammerlaan is als een van de vier firmanten van het bedrijf verantwoordelijk voor de techniek. ‘De aardwarmte moet het hele jaar zoveel mogelijk warmte leveren, zelfs in december en januari. Bij de inzet van de warmtekrachtinstallatie – een gasmotor – houden we rekening met de elektriciteitsprijs. Pas boven de 90 €/kWh, komt de warmtekracht in bedrijf. Naast de aardwarmte en de warmtekrachtinstallatie staat er ook nog een gewone gasketel. Die wordt slechts als back-up ingezet.’

Extra afnemers

Dat er diep in de bodem warm water ligt, is al langer bekend. Nadat Ammerlaan door de tu Delft was benaderd, kwam het project in een stroomversnelling. ‘Omdat de nam in dit gebied naar gas en olie heeft geboord is al veel bekend over de bodemkwaliteit’, vertelt hij. ‘Voor aardwarmtebenutting is het nodig dat de watervoerende laag het water gemakkelijk doorlaat zodat er voldoende doorstroming is om 100 m3/h te winnen. De TU Delft heeft een opsporingsvergunning aangevraagd en toegewezen gekregen. Er zijn meer bedrijven die misschien aardwarmte gaan gebruiken en we willen niet dat verschillende boringen elkaar negatief beïnvloeden.’

Tomatenkweker Rik van den Bosch was in 2007 de eerste gebruiker van aardwarmte voor het eigen bedrijf. Van dat project is veel geleerd. Ammerlaan borduurde daarop  verder. ‘Het verwachte  vermogen aan aardwarmte is meer dan we zelf nodig hebben. Daarom zochten we er afnemers bij. En dat is gelukt met een school, een sportcentrum met een zwembad in de buurt en twee naburige Bromeliakwekerijen. Misschien dat later nog meer afnemers aansluiten.’ 

Project
Opdrachtgever: Ammerlaan The Green Innovator, Pijnacker
Distributienetwerk en buffertank: Krebbekx verwarming en verkoeling, Berkel en Rodenrijs
Geothermieboring: Daldrup und Söhne ag, Aschenberg ’   

Op de dag dat het aardwarmteproject dit voorjaar officieel startte, gingen deskundigen nader in op de technische en organisatorische aspecten van aardwarmte. De glastuinbouw blijkt een goede kandidaat voor de benutting van aardwarmte. Tuinders kunnen goed uit de voeten met dit water met een relatief lage temperatuur. Daarvoor hoeft minder diep te worden geboord en dat scheelt veel in de investeringskosten. De hoge gasprijzen van de laatste jaren brengen de haalbaarheid van aardwarmte bovendien dichterbij. Het Duitse boorbedrijf Daldrup had drie maanden nodig om het eerste gat te boren. Het tweede gat was met twee maanden klaar, vertelt Ammerlaan. ‘We gingen ervan uit dat 1.850 m diep genoeg zou zijn. Maar het moest dieper en dat was jammer, want de rekening liep op. Uiteindelijk zijn de gaten tot een diepte van 2.100 m geboord. Tot 600 m is verticaal omlaag geboord, vanaf daar is onder een hoek van 45˚ verder geboord. De put waaruit het water wordt onttrokken – de productieput – en de put waarin het wordt teruggevoerd – de injectieput – liggen 1.500 m uit elkaar. Het water moet worden teruggevoerd in de injectieput, omdat het te zout is om te lozen. Bovendien moet de druk in de waterlaag op peil blijven. Omdat de productieput en de injectieput meer dan 1 km uit elkaar liggen zal het tientallen jaren duren voordat het afgekoelde water ondergronds van de injectieput naar de productieput is teruggestroomd.

De diameter van het gat versmalt van ongeveer 33 cm bovenin tot 17 cm helemaal  onderin. De onderste 150 m heeft de buis langwerpige sleuven, die als zeef (‘screen’) werken. De maat van de sleuven is afgestemd op het zand dat daar zit. Door de 200 bar druk die op die diepte in de bodem heerst, wordt het water de buis in geperst.

Buispomp

Wanneer er niet wordt gepompt, staat het  waterpeil ongeveer tot 30 m onder het maaiveld. Maar aardwarmte moet blijven bewegen, het is een grote hoeveelheid water die op gang moet worden gehouden. De pomp moet niet steeds uit- en aanschakelen. ‘Aardwarmte winnen doe je namelijk het best zo geleidelijk mogelijk’, legt Ammerlaan uit. ‘Het water wordt met een buispomp omhoog gepompt. Die pomp hangt op 400 m diepte in het gat. Zo diep moet wel, omdat anders de waterdruk boven de pomp niet genoeg is. Wanneer de pomp gaat draaien, kan het waterpeil in eerste instantie zomaar 180 m zakken. De pomp moet lager hangen, anders wordt hij vacuüm gezogen. De buispomp wordt gevoed door een frequentiegeregelde omvormer die staat opgesteld in het ketelhuis. Daarvandaan gaan dus ook stroomkabels het gat in tot aan de pomp. En er loopt tevens wat bedrading naar sensoren voor de waterdruk, de watertemperatuur en de pomptemperatuur.

Het is belangrijk dat het ketelhuis goed is geventileerd, omdat de voeding van de pomp niet te warm mag worden. De Baker Hughes-buispomp heeft een vermogen van maximaal 350 kW en levert bovengronds nog tot 25 bar druk. Het bodemwater staat zijn warmte af aan een grote platenwarmtewisselaar. Het constante drukverschil over de wisselaar van 8 bar levert een goede warmteoverdracht, waardoor niet meer dan een halve graad temperatuurverschil overblijft. Voordat het bodemwater de wisselaar ingaat, moet de lucht er wel uit. Daarvoor zijn twee ontluchters aangesloten op de buizen waar ze uit de grond komen. De warmtewisselaars zijn van roestvaststaal, omdat ze bestand moeten zijn tegen het zeer hoge zoutgehalte van het opgepompte bronwater (vijf keer zouter dan Noordzeewater).

Per uur komt 100 m3 water omhoog met een temperatuur van 70 °C, weet Ammerlaan. ‘Bij een retourtemperatuur van 32 °C is het vermogen 4.100 kW. Die uitkoeling vinden we erg belangrijk. Het zwembad en de school die warmte afnemen, krijgen daarom een korting op het warmtetarief wanneer ze het water ver genoeg uitkoelen. Ze betalen ongeveer evenveel voor hun warmte als wanneer ze met gas zouden stoken. Als het water met 50 °C retour komt, dan hebben we er eigenlijk niks aan. Want je gebruikt veel energie voor de pompen. Wijzelf doen er veel aan om het water ver uit te koelen. De warmte wordt eerst afgegeven door ‘eenenvijftigers’, stalen buizen die langs de kasgevels en onder het dek hangen. Het retourwater daarvan gaat vervolgens door vloerverwarmingleidingen om helemaal af te koelen. Je moet zoveel mogelijk warmte uit het water halen, voor het terug de grond in gaat.’

Installateur Krebbekx Verwarming en verkoeling uit Berkel en Rodenrijs leverde de buffertank, sloot alle installaties aan en verzorgde het distributienetwerk voor de aardwarmte. ‘De buffertank helpt om het water van het aardwarmtecircuit continu te laten circuleren’, vertelt Jack Krebbekx. ‘Deze buffertank is groot genoeg om warmte voor een dag te bufferen. De inhoud is 1.850 m3 en de warmte is gelaagd opgeslagen met onderin het koude en bovenin het hete water. Het expansiesysteem is bovenin de tank geïntegreerd. Boven het waterpeil is de tank gevuld met stikstof op een overdruk van 6 millibar. Wanneer de druk toeneemt, ontsnapt de stikstof via een overdrukventiel naar de atmosfeer. En in het ketelhuis staat een compressor die extra stikstof in het vat perst wanneer de druk afneemt. Dat werkt allemaal automatisch en drukgeregeld. Vroeger werd een hogere overdruk dan de nu gebruikelijke 6 millibar aangehouden. Maar dat had als nadeel dat er, zeker bij grote tanks, te veel kracht op de lasnaden kwam te staan.’

Warmte verdelen

In veel ketelhuizen is het erg warm door de warmteafgifte van buizen, maar bij Ammerlaan zijn alle buizen goed geïsoleerd. En  om de omvormer voor  de buispomp te ontzien, wordt er ook goed geventileerd. Krebbekx weet precies waar de verschillende leidingen vanaf de warmtewisselaar naartoe gaan. ‘Deze leidingen lopen naar de buffer om het warme water op te slaan. En hiervandaan lopen de leidingen om de warmte naar het tuinbouwbedrijf te verdelen. Twee grondleidingen transporteren het warme water naar de school en het zwembad. Vooral het zwembad vraagt altijd wel warmte voor het verwarmen  van  het badwater en de douches. De aardwarmte wordt dus goed benut. Vanaf het ketelhuis lopen de buizen 700 m door de grond. Omdat boven het ketelhuis in de toekomst nog gebouwd kan worden, liggen de buizen op 30 m diepte, onder de heipalen. De stalen buizen, geïsoleerd met pur en met een pe-buitenmantel, liggen in geboorde gaten, waarvan de wanden zijn verstevigd met bentoniet. Daardoor kunnen de buizen in de toekomst weer gemakkelijk uit de gaten worden getrokken.’

Naast de nieuwe aardwarmte-installatie heeft Ammerlaan al jaren een gasmotor in bedrijf als warmtekrachtinstallatie. De gasmotor heeft achttien cilinders en levert 2.040 kW elektrisch en 2.500 kW thermisch vermogen, en heeft eigen buffertanks. Een goede regelstrategie zorgt voor een optimale inbedrijfstelling van de warmtekracht-, aardwarmte- en gasketelinstallatie. De strategie is afhankelijk van de vulling van de buffers en de elektriciteitsprijs. De aardwarmte heeft daarbij altijd voorrang. Zolang Ammerlaan genoeg warm water uit de aarde haalt, staan de warmte-krachtinstallatie en de gasketel gewoon uit.

Tekst: Rik Vollebregt
Fotografie: Eric de Vries