Warmtenet Delft put uit meerdere bronnen

Dwarsdoorsnede van het Delftse geothermische project. Legenda; 1 inlaatpijp, 2 ontladingspijp, 3 pomp op 500 m diep, 4 dubbele behuizing, buitendeel cement, 5 stalen pijp, 6 Epoxy binnenbehuizing, 7 glasvezelkabel voor temperatuur- en drukmeting, 8 seismometers op vier locaties (100 m diep), 9 aquif

Delfts zandsteen

Uiteraard zijn alle aardwarmteprojecten langjarig, zo ook dat in Delft. TU-studenten zagen ruim vijftien jaar geleden, tijdens discussies in het café van de mijnbouwkundige vereniging, kansen om de campus te verwarmen door middel van geothermie. Direct onder de universiteitscampus, maar ook in de wijdere omgeving, ligt namelijk het ‘Delftse zandsteen’, een geologische formatie op 2,3 km diep waar zich een poreuze zandlaag bevindt, ineengeklemd tussen twee kleilagen. In de poriën van deze 125 m dikke zandlaag zit water van bijna 80 °C.
Sinds 2019 voeren TU Delft, Gaia Energy, EBN en Shell serieuze gesprekken met instanties en financiers voor een aardwarmtecentrale. De opmaat tot twee warmtenetten: één voor de campus zelf, de ander voor meer dan 5.000 woningen. In april 2023 resulteerden de gesprekken in een besluit om de geothermische bron te boren en vervolgens, een jaar later, in een investeringsbeslissing (en het groene licht van verantwoordelijke autoriteiten) voor de aanleg van beide nieuwe warmtenetten en de bouw van een aardwarmtecentrale.
Serge Santoo, hoofd communicatie en omgeving bij ­Geothermie Delft, over wat dit aardwarmteproject zo bijzonder maakt: ‘We koppelen wetenschappelijk onderzoek van de TU Delft aan daadwerkelijke winning van thermische energie voor de gebouwde omgeving. Dat is uniek voor Nederland. De TU heeft zijn eigen verantwoordelijkheid, onderzoekt bijvoorbeeld de grondmonsters en gruis op onder meer doorlaatbaarheid, monitort de ondergrond en doet verschillende data-analyses.
Eric Haardt, adjunct-directeur bij Geothermie Delft: ‘We slaan een doublet. Dat bestaat uit een bron van waaruit warmte wordt gewonnen en aan de andere kant een injectieput waarin het afgekoelde water terug naar de aquifer gaat. Door eerst verticaal en vervolgens schuin te boren, komen winning- en injectieputten op die diepte op zo’n 1,5 km uit elkaar te liggen, waardoor ze elkaar pas na decennia zullen beïnvloeden.’

Meerdere bronnen

Een grote uitdaging voor aardwarmteprojecten ligt in ongelijktijdigheid, ook wel het badkuipprobleem genoemd: ’s zomers levert de bron te veel warmte voor de campus en woonwijken, ’s winters daarentegen te weinig. Dit wordt opgelost door thermische energie in ondiepe aardlagen te bufferen. Haardt: ‘De geothermische bron zit gekoppeld aan een warmtepompcentrale van 10 MWth. Deze verhoogt de temperatuur naar maximaal 90 °C en gebruikt daarvoor de restwarmte uit het retour van het warmtenet. Hiermee gaat de restwarmte kouder terug de grond in en levert de geothermiebron meer vermogen. De bestaande gasgestookte warmtekrachtcentrale van de TU Delft zorgt voor achtervang en opvang van pieken. Daar is ook het doublet geslagen. Tevens leggen we twee soorten opslagsystemen aan: een 7 MWth buffer van 1.400 m³ voor kortdurende opslag (dag/nacht), en een HT ATES (high temperature aquifer thermal energy storage) voor twee tot drie seizoenen. Zo borgen we met meerdere systemen de leveringszekerheid nog beter.’
‘De HT ATES bestaat uit meerdere bronnen die 200 tot 300 m diep steken. Het is een apart R&D-project onder verantwoordelijkheid van de TU Delft. De universiteit profiteert van de ervaring die geologen, energiebedrijven en bouwpartijen met deze vorm van opslag hebben opgedaan, eerst in Beijum (Groningen, 1983) en, het meest recent, bij het kassencomplex Agriport achter de A7 in Middenmeer (kop van Noord-Holland, 2021). HT ATES valt te vergelijken met een wko-systeem. Met één cruciaal verschil: de opgeslagen thermische energie ligt veel hoger (50 - 90 °C) en verbetert naarmate het systeem langer operationeel is.’

Het badkuipprobleem.

Haardt verduidelijkt de werking: ‘Tussen april en oktober hebben de gebouwen op de campus en de woonwijken amper warmte nodig. Dan pompen we het water uit de geothermische bron naar boven, naar de HT ATES, waar de temperatuur door de warmtepompcentrale tot 90 °C wordt verhoogd als het elektriciteitstarief laag is. Bij pieken in koude periodes springt de wkk-centrale bij. We verwachten dat we daarmee, zelfs bij een hoge warmtevraag, gemiddeld ruim 80 procent duurzame warmte kunnen produceren.’

Monitoring boringen

Het Delftse project met verschillende opslagsystemen is het best geïnstrumenteerde aardwarmteproject in Europa. Sommige onderdelen zijn momenteel nog onzeker. Niet alles valt immers te voorspellen. Cruciaal zijn de eigenschappen van het gesteente, van nature een onvoorspelbaar materiaal. Hoe gaat de aquifer in vol bedrijf functioneren, wat is de wisselwerking tussen het pekelwater (vier keer zouter dan zeewater) en het gesteente, zullen mineralen op die diepte op den duur niet de poriën van de aquifer verstoppen, maar vooral: welke risico’s zijn er op bevingen in de stedelijke omgeving?
‘De proefboringen waren boven verwachting’, reageert Santoo. ‘Die kwamen er pas na een uitgebreid vooronderzoek en simulaties. De temperatuur op meer dan 2 km diep bleek goed ingeschat, de geothermische bron heeft een goede ‘flow’ zonder veel druk. Alles wordt gemonitord, zodat we onmiddellijk kunnen ingrijpen, als dat nodig zou zijn. We maken gebruik van nieuwe technieken als dubbele behuizingen tegen mogelijke lekkages en verchroomde boorschachten om corrosie door pekelwater te voorkomen. Tijdens proefboringen kwam het geluid niet boven het verkeer op de A13 uit. Colleges en tentamens op de TU zijn door schroefpalen bij de boringen amper verstoord.’

Best geïnstrumenteerde aardwarmteproject in Europa

Bewoners

Een ander verhaal wordt het bovengronds. Daar zijn ook andere partijen bij betrokken, van Netverder, ontwikkelaar en exploitant van het netwerk, tot woningcorporaties en bewoners. Een warmtewisselaar in de WP-centrale (35 MWth) gebruikt de warmte uit het pekelwater om dat naar een warmtenet van 90 °C over te slaan, voldoende om met name de campus, maar ook Voorhof en Buitenhof, twee wijken ten zuidwesten van Delft, van warmte te voorzien. ‘We hebben vaak bijeenkomsten met de bewoners gehad en andere betrokkenen’, zegt Haardt. ‘Al met al is het een puzzel waarbij we gelijktijdig met elkaar moeten samenwerken. Om die ketensamenwerking goed op de rails te houden, is echt een forse opgave.’

Werkzaamheden aardwarmtecentrale.

Bart Duijndam en Pieter Nooren beamen dat. Duijndam was werkzaam als geofysisch adviseur, Nooren is consultant digitale infrastructuur. Beiden houden ze zich geruime tijd bezig met de ontwikkelingen rondom het project vanuit Belangenvereniging TU Noord, waar de bron ligt en het deel van het warmtenet op de TU-campus dat later dit jaar operationeel wordt. Fundamentele bezwaren heeft de vereniging niet, wel zorgen over de impact op de omgeving, zoals het risico op bevingen, mogelijke geluidsoverlast en trillingen van pompen, naast mogelijke hinder door het affakkelen van procesgas dat bij de winning van aardwarmte vrijkomt.

Trillingen of bevingen

‘We staan positief ten opzichte van geothermie’, zegt Nooren. ‘We moeten echt van het aardgas en van de import van fossiele brandstoffen af. Er zit echter wel een aantal voorwaarden aan vast. Het aardwarmteproject bevindt zich in een dichtbevolkt gebied, heel anders dan in het Westland waar weinig mensen wonen en enkel kassen staan die door geothermie van warmte worden voorzien. Tijdens de inspraakavonden maakten bewoners zich vooral zorgen over trillingen door boringen.’
‘De kans daarop ligt anders dan winning van aardgas’, verduidelijkt Duijndam. ‘Door druk en temperatuur veranderen koolwaterstoffen op een gegeven moment in aardgas. Dat gas wil omhoog omdat het lichter dan water is. Als het niet ingekapseld zou zijn, dan komt dat aan de oppervlakte. Door het gas bouwt de druk zich dan op. Als je dat naar boven haalt, dan zakt de druk in en moet de formatie meer gewicht dragen. Mochten daarin ook breukvlakken liggen, dan kunnen die plotseling worden geactiveerd. Dat heeft tot de aardbevingen in Groningen geleid.’
‘Bij geothermie heb je dat niet’, vervolgt hij. ‘Er is alleen geo-hydrostatische druk, circa één bar per 10 m diepte. Het gas dat meekomt met het pekelwater bevindt zich in een oplossing. Tijdens het oppompen vermindert de druk. Het opgeloste gas komt daarbij als bubbels vrij, vergelijkbaar met het openen van een colafles. Die bubbels worden eruit gehaald, gezuiverd en in het aardgasnetwerk gestopt. Wat men vervolgens doet, is het afgekoelde zoute water uit de wijken op dezelfde diepte – en met hetzelfde volume als het eerder gewonnen water – terug in de formatie te pompen. Er moet een goede uitwisseling tussen de putten zijn, anders krijg je drukopbouw bij eventuele breukvlakken. Dat is in het vooronderzoek via 3D-simulaties op basis van data uitgezocht. Ook heeft het KNMI en TU Delft een uitgebreid monitoringsnetwerk voor mijnbouw, vooral voor geothermische seismische activiteit.’

Na een doorstart in 2016 levert ‘de kathedraal’ aan de Leyweg in Den Haag, duurzame warmte voor ruim 2.000 woningen.

Fakkel

Behalve zorgen over mogelijke trillingen door boringen stipt Duijndam het affakkelen aan. ‘Het is niet het eerste project dat in de bebouwde omgeving plaatsvindt’, zegt hij. ‘In Den Haag aan de Leyweg, vlakbij het Haga ziekenhuis, staat een gebouw dat in de volksmond ‘de kathedraal’ wordt genoemd. Het is een roestbruin gebouw waaraan een kerktoren lijkt vast te zitten. ‘Lijkt’, want het is in feite een lange pijp waarin het aardgas wordt afgefakkeld. Dat gas zit in het water dat de Haagse aardwarmtecentrale heeft opgepompt. De pijp zorgt ervoor dat het gas bij overdruk wordt afgevoerd. Methaan kan je echter niet zomaar vrijlaten. Van tijd tot tijd moet je dat affakkelen.’
Zo’n aardwarmtecentrale komt ook in Delft, met daarnaast een warmtepompcentrale. ‘De pompen kunnen niet alleen geluid, maar ook trillingen genereren die zich door de bodem kunnen verplaatsen’, gaat Duijndam door. ‘Hiermee dienen ontwikkelaars bij het ontwerp van de WP-centrale rekening te houden. Alles wordt continu gemonitord. Daarvoor is nu een stoplichtsysteem opgesteld waarin de gegevens van de seismische sensoren onder de grond worden gebruikt om te volgen wat er gebeurt. Bij trillingen wordt zonodig de winning van het hete pekelwater teruggebracht of zelfs gestopt. Wij vinden het belangrijk dat deze gegevens op een toegankelijke manier op de website van geothermie Delft zijn te volgen.’

Warmtenet

In het najaar van 2025 worden de eerste woningen op het warmtenet aangesloten, beheerd door NetVerder. Samen met de gemeente, warmteleverancier InWarmte en de woningcorporaties DUWO, Stedelink, Vidomes en Woonbron sluit de netbeheerder een deel van de TU-campus en de wijken Voorhof en Buitenhof op de aardwarmtebron aan, goed voor de eerste 5.000 woningen. Vervolgens bestaat de mogelijkheid om uit te breiden tot 10.000 woningen in andere wijken van Delft.
‘Een van de hoogstandjes wordt straks’, zegt Santoo namens Geothermie Delft tot besluit, ‘de aanleg van het warmtenet onder de Delftse Schie en de spoorlijn Rotterdam - Den Haag door. Hoe meer woningen op aardwarmte worden aangesloten, des te groter het maatschappelijk rendement wordt. Samen met woningcorporaties, energieleveranciers en andere betrokken partijen bekijken we nu hoe we daaraan vorm kunnen geven.’

Bronnen
- Oerlemans P., et. al., ‘First field results on the technical risks and effectiveness of mitigation measures for the HT ATES demonstration project in Middenmeer’, European Geothermal Congress, Berlin, 2022.
- Zoethout T., ‘Geothermie Leeuwarden: heet water uit de aardkorst’, Duurzaam Gebouwd, 2022, zie: magazine.duurzaamgebouwd.nl/digitaal-magazine-renovatie-transformatie/geothermie-leeuwarden-heet-water-uit-de-aardkorst
- Advies SodM startvergunning Delft I, 2024, zie: www.sodm.nl/documenten/publicaties/2024/03/05/advies-startvergunning-aardwarmtewinning-delft
- Geothermie Nederland, zie: geothermie.nl/actueel/nieuws/
- Geothermie Delft, zie: geothermiedelft.nl/

Tekst: Tseard Zoethout
Fotografie: EBN, Geothermie Delft, HAL / Gemeente Den Haag, iStock/franswillemblok, KWR, Stephan Timmers