Opslaan restwarmte in bodem dempt warmtevraag en netcongestie

Voor de energie- en warmtetransitie is het van belang om duurzame alternatieven toe te passen voor het opwekken en opslaan van warmte en koude. Duurzame systemen zijn veelal echter afhankelijk van de seizoenen of het elektriciteitsnet, waardoor er een overschot is aan energie en warmte in de zomer en een tekort in de winter of tijdens piekbelasting van het elektriciteitsnet. Een oplossing voor dit probleem is het tijdelijk opslaan van warmte.

Warmte kan worden opgeslagen als er teveel aanbod is en worden gebruikt voor het verwarmen van gebouwen, zodra er juist weer vraag is. Een manier om deze warmte op te slaan is door gebruik te maken van een Hoge Temperatuur Open Bodemenergie (HTO) systeem. Het Techniplan Adviseurs heeft het principe van HTO voor u uitgewerkt, samen met een inspirerend voorbeeld: de verduurzaming van de TU Delft (zie hoofdbeeld).

Wat is HTO?

Een HTO-systeem is een systeem waarbij heet (>70°C) en warm (40-60°C) water wordt opgeslagen in twee verschillende bronnen in de bodem. Wanneer er warmtevraag is, wordt het hete water opgepompt uit de ene bron. Dit wordt gebruikt voor hoge temperatuur warmtelevering (HT-warmtelevering) voor woningen of andere gebouwen. Hierdoor koelt het hete water af tot warm water. Dat wordt vervolgens weer opgeslagen in de andere bron, de warme bron. <

Wanneer er geen warmtevraag is, wordt het water uit de warme bron opgepompt en verder opgewarmd, waarna het weer wordt opgeslagen in de hete bron. Dit hete water kan dan weer gebruikt worden als er wel een warmtevraag is. Het opwarmen kan onder andere met de warmte van een geothermiebron of industriële restwarmte, maar ook door het gebruik van bijvoorbeeld warmtepompen.

Verschil tussen HTO, OBES en geothermie

HTO komt grotendeels overeen met een open bodemenergiesysteem (OBES) (diepte 0-500 m). OBES bestaat uit een warme (15-25°C) en een koude (7-10°C) bron, waarbij de temperaturen onder de 25°C blijven. Hierdoor moet de geleverde warmte eerst nog verder worden opgewarmd met een warmtepomp voordat deze nuttig gebruikt kan worden. Naast deze warmtelevering in de winter, wordt het systeem ook gebruikt voor koudelevering in de zomer. Doordat er zowel een warme als een koude bron is, is dit systeem in thermisch balans, terwijl bij HTO systemen zowel de warme als de hete bron warmer zijn dan de omliggende grondwatertemperatuur.  Terwijl HTO wordt gebruikt om restwarmte van een externe warmtebron op te slaan, maakt OBES gebruik van de warmte die vrijkomt bij het koelen van een gebouw.

Naast HTO en OBES kan ook geothermie (>70°C) gebruikt worden voor warmtelevering. Warm water uit de (diepere) ondergrond (>500 m) wordt opgepompt om direct warmte te leveren. Er kan geen warm water worden teruggeleverd aan de geothermiebron, daar is HTO voor nodig.  Onderstaande tabel geeft de verschillen tussen HTO, OBES en geothermie weer.

Tabel 1 Verschillen tussen HTO, OBES en geothermie, in Nederlandse condities.

Verduurzaming TU Delft Campus

De TU Delft is voornemens om de campus duurzamer te maken en om CO2 uitstoot te verminderen (zie ook artikel: TU Delft gaat versneld naar CO2-neutraal met veel bodemenergiesystemen). De bestaande gebouwen op de campus zijn aangesloten op een HT- warmtenet, waarvoor de warmte wordt opgewekt d.m.v. ketels en WKK’s (warmtekrachtkoppelingen). De nieuwbouwprojecten worden aangesloten op een laagtemperatuur warmtesysteem m.b.v. OBES.

TU Delft wil de CO2 uitstoot van het warmtenet fors verlagen door de toepassing van een geothermiebron. Om de potentie van de geothermie te verhogen, willen ze de HTO inzetten om jaargemiddeld meer geothermiewarmte te kunnen leveren aan het warmtenet. Naast het significant reduceren van de CO2 uitstoot van de TU Delft, dragen zowel de geothermiebron als de HTO ook bij aan onderzoek en onderwijs. Beide faciliteiten worden namelijk gebruikt voor onderzoek en ontwikkeling van de techniek.

Combinatie met geothermie

Uit de geothermiebron wordt warmte geleverd om de HTO bron te laden. Dit is nuttig doordat geothermie constant warmte levert, ook als de warmtevraag in de zomer lager is. Door deze warmte door middel van HTO op te slaan, is het teveel aan warmte beschikbaar op de momenten dat de warmtevraag hoger is dan de geothermie kan leveren. Hierdoor kan de geothermiebron kleiner gedimensioneerd worden en kan er alsnog voldaan worden aan de piekvraag.

HTO in strijd tegen netcongestie

Naast HTO in combinatie met geothermie is het ook mogelijk om HTO zonder geothermie toe te passen. Hierin zijn veel verschillende mogelijkheden, waarbij HTO dient voor het bufferen van het overschot aan warmte. Hierbij kan rekening worden gehouden met de belasting van het elektriciteitsnet en de elektriciteitsprijzen. Tijdens een negatieve of lage elektriciteitsprijs kan warm water verder opgewarmd worden en worden opgeslagen. Deze warmte kan bij een hoge elektriciteitsprijs weer gebruikt worden, waardoor er op dat moment minder elektriciteit gebruikt hoeft te worden voor warmtelevering. Dit leidt op jaarbasis tot gemiddeld lagere elektriciteitstarieven. Daarnaast zorgt het voor verlichting van het elektriciteitsnet en gaat daardoor netcongestie tegen.