Over geothermie
Geothermie, ook wel aardwarmte genoemd, is een natuurlijke bron van duurzame energie. In deze kennisbank vind je verdere informatie over aardwarmte.
Uitleg: wat is geothermie?
FAQ
Veelgestelde vragen over geothermie
Over geothermie
Geothermie (geothermische energie) of aardwarmte is duurzame en hernieuwbare warmte uit de diepe ondergrond van de aarde waarmee je kassen, gebouwen en huizen kunt verwarmen en in (lichte) industrieprocessen kan gebruiken. Een groot voordeel is dat bij het gebruik van geothermie nauwelijks CO2 of fijnstof vrijkomt.
Aardwarmte (geothermie) is warmte die vanuit de kern van de aarde wordt gegenereerd. Het is warmte die oorspronkelijk is ontstaan bij de vorming van de aarde zo’n 4,5 miljard jaar geleden.
Het inwendige van de aarde bestaat uit een relatief dunne korst (ca. 5-100 km dik), de mantel (ca. 2.900 km dik) en de kern (ca. 3.470 km dik). Er heersen temperaturen van 1.000 tot 3.700 °C in de mantel en zelfs meer dan 6.000 °C in de kern van de aarde. Deze warmte beweegt vanuit de aarde naar het oppervlak volgens verschillende natuurlijke processen. De temperatuur in de ondergrond in Nederland stijgt vanaf het aardoppervlak met gemiddeld 3°C per 100 meter in de bovenste lagen van de aarde. De hoeveelheid warmte-energie in de aarde is vrijwel onuitputtelijk.
Hoe dieper, hoe warmer het wordt.
Op 2 tot 3 kilometer diepte zit water van wel 60-90°C.
In Nederland bevindt zich formatiewater in poreuze gesteentelagen in de eerste kilometers van de ondergrond van de aarde. Dit water is vanuit de kern van de aarde opgewarmd tot temperaturen van ca. 100°C.
Diepe geothermie (conventionele geothermie) is een bewezen en toegepaste technologie voor de winning van aardwarmte vanaf ongeveer 1.000 meter tot een diepte van ca. 3.000 meter. Yeager Energy houdt zich met name bezig met diepe geothermie.
De winning van geothermie is lokaal, duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar.
De term geothermisch komt uit het Grieks en is samengesteld uit "gé" = aarde/grond/land en "thermós" = warm/heet. Geothermische energie betekent dus gewoon "warmte uit de aarde".
Geothermie is energie dat in de vorm van warmte onder het aardoppervlak zit opgeslagen. De winning van deze (warmte) energie heeft, afhankelijk van de herkomst en toepassing verschillende benamingen.
Zo wordt warmte die in de bodem is opgeslagen, zoals gebruikt bij warmte-koude Opslag (WKO), veelal ‘bodemenergie’ genoemd.
De winning van aardwarmte (geothermie) op dieptes van meer dan 500 meter valt in Nederland onder de Mijnbouwwet net zoals de winning van andere delfstoffen (olie, gas, zout etc.). Yeager Energy houdt zich met name bezig met diepe geothermie.
Ja, het gebruik van geothermie is niet nieuw en werd al gebruikt door de Grieken en de Romeinen. Geothermie in combinatie met warmtenetten worden vandaag al op grote schaal toegepast in grote Europese steden zoals Reykjavik, Parijs, München en Milaan. In de glastuinbouw wordt er al 15 jaar gebruik gemaakt van aardwarmte voor de verwarming van kassen. In Nederland staan er op dit moment 26 geothermie installaties.
De warmte die beschikbaar komt bij de winning van geothermie wordt gebruikt voor de verwarming van ruimten (woningen, bedrijven, kassen) en in maakprocessen van de (lichte) industrie. Met warmtepompen kunnen de temperaturen eventueel nog verder omhoog gebracht worden. Bij temperaturen die hoog genoeg zijn kan er ook duurzame elektriciteit mee opgewekt worden zoals al plaatsvindt in Azië, Afrika, Amerika en China maar ook in Europa zoals o.a. in IJsland, Zuid-Duitsland, Italië, Turkije, Kroatië en Hongarije. Helaas kan dit niet in Nederland.
Om aardwarmte te kunnen gebruiken worden twee putten geboord: een productie- en een injectieput die gezamenlijk een gesloten systeem vormen. Een pomp haalt het water uit de poreuze gesteentelagen via de productieput, die tot een diepte van 3 km is geboord, naar de oppervlakte.
In een warmtewisselaar geeft dit warme water zijn energie af aan een warmtenet dat gevuld is met zoet water, dat woningen, kassen en industrie van warmte voorziet. Veelal staat er bij de afnemer weer een warmtewisselaar waar de warmte wordt overgedragen aan het water in het verwarmingssysteem van deze afnemer. Dit zijn allemaal gescheiden watercircuits waartussen alleen warmte wordt uitgewisseld door een warmtewisselaar: het geothermische, het warmtenet en de installatie van de afnemer.
Er stroomt dus geen zout formatiewater (water uit de ondergrondse gesteentelagen) naar de woningen, bedrijven, kassen of industrie.
Het gebruikte, afgekoelde water wordt na de warmtewisselaar via de injectieput(ten) in dezelfde watervoerende gesteentelaag teruggebracht waar het weer over tijd kan opwarmen. Zo blijft de totale hoeveelheid water in deze gesteentelaag gelijk.
In Parijs wordt al sinds 1969 op grote schaal geothermie gewonnen en worden meer dan 500.000 inwoners door middel van warmtenetten dagelijks van duurzame warmte voorzien. In Parijs zijn vergelijkbare omstandigheden aanwezig als in Nederland.
Geothermie heeft zich als techniek dus al bewezen. We zitten nu volop in de fase om dit verder op te schalen in Nederland.
Meerdere factoren bepalen het potentieel en het vermogen van een geothermiebron. Meestal wordt gekeken naar de capaciteit van het geothermische reservoir in de diepe ondergrond op ca. 2.000 tot 3.000 meter diepte.
Allereerst zijn de samenstelling en temperatuur van het formatiewater in de gesteentelaag (het reservoir of de formatie) en de omvang van het reservoir belangrijk. Deze bepalen de hoeveelheid energie die opgeslagen is.
Daarnaast zijn van invloed: de porositeit (de hoeveelheid open ruimtes in een gesteente) en permeabiliteit (hoe goed de open ruimtes met elkaar verbonden zijn en hoe makkelijk het water hier doorheen kan stromen) van de gesteentelaag.
Daarnaast kan de hoeveelheid opgelost (aard)gas in het formatiewater van invloed zijn op het vermogen van een geothermiebron.
Ja, op veel plaatsen in Nederland is de diepe ondergrond geschikt voor het winnen van geothermie voor de verwarming van ruimten (woningen, kantoren, kassen) en voor de toepassing in maakprocessen van de (lichte) industrie.
Geothermie kan bijdragen aan zo’n 30% van de huidige warmtevraag in Nederland.
In Nederland is maar 4% van de huishoudens aangesloten op een warmtenet in tegenstelling tot bijvoorbeeld Denemarken waar zo’n 80% van de huishoudens zijn aangesloten op een warmtenet. Om geothermie op grote schaal toe te kunnen passen in de gebouwde omgeving moeten er nog veel warmtenetten aangelegd worden.
Een warmtenet, warmtenetwerk, stadsverwarming of blokverwarming is een collectieve oplossing om gebouwen te verwarmen. Een warmtenet is onderdeel van een totaal energiesysteem. Dit systeem is op te delen in een warmtebron, transport, distributie en aflevering. Het bestaat uit een netwerk van leidingen onder de grond, waardoor warm water stroomt. Dat warme water wordt gebruikt voor de verwarming van woningen, kantoren en kassen. Het afgekoelde water gaat via aparte retourleidingen weer terug naar de warmtebron om weer opgewarmd te worden.
Een warmtenet met een duurzame bron zorgt naar schatting voor 50 tot 70% minder CO2-uitstoot dan cv-ketels op gas. De duurzaamheid van een warmtenet hangt af van de warmtebron, bijvoorbeeld restwarmte, biomassa of geothermie (aardwarmte), de hulp-warmtebron die eventueel bijspringt op heel koude dagen, hoe groen de stroom is voor alle elektrische pompen en de temperatuur van het warme water (hoe lager, hoe minder energieverlies).
In Nederland was in 2019 maar zo’n 4-5% van de huishoudens aangesloten op een warmtenet.
Er zijn verschillende temperatuurniveaus voor warmtenetten. Er bestaan hoge (70°C – 90°C), midden (50°C – 55°C) en lage-temperatuur (40°C – 45°C) warmtenetten. Deze laatste zijn vooral geschikt voor de toepassing in nieuwbouwwijken.
Met een duurzame warmtebron om dit warme water te produceren, zoals bijvoorbeeld, geothermie kan Nederland steeds meer van het aardgas af.
Over duurzaamheid
Geothermie is een duurzame warmtebron. De CO2 en N2-uitstoot van een aardwarmtebron is zeer beperkt in vergelijking tot de uitstoot bij het gebruik van aardgas of andere fossiele bronnen. Daarnaast komt er bij de winning van geothermie nauwelijks fijnstof vrij.
In Nederland ligt de gemiddelde jaarproductie van een geothermiebron op circa 180.000 GJ. De besparing op CO2-emissies bedraagt daarbij ca. 10.000 ton/jaar (5.500.000 m³ aardgas). Het gebruik van aardwarmte levert op dit moment een besparing op van meer dan 181 miljoen m³ aardgas per jaar. Dit staat gelijk aan het gebruik aan aardgas voor een stad met de omvang van Eindhoven, de vijfde gemeente van Nederland met zo’n 240.000 inwoners.
De pompen, die het water uit de productieput en in de injectieput pompen, hebben elektriciteit nodig. Voor de tot nu toe gerealiseerde bronnen is de reductie in de CO2-uitstoot ongeveer 88%. Als een geothermiebedrijf groene elektriciteit, bijvoorbeeld geproduceerd met windmolens of zonnepanelen, inkoopt is dit uiteraard nog lager (nagenoeg nul).
Geothermie is ook duurzaam omdat de aanwezige hoeveelheid geothermische energie in de aarde vrijwel onuitputtelijk is.
De winning van geothermie is ook een cyclisch proces (kringloopproces) en daarmee nog meer duurzaam – nadat de energie van het hete water, geproduceerd door een productieput uit de diepe ondergrond, is afgestaan in een warmtewisselaar is daarmee het water weer afgekoeld. Dit afgekoelde water wordt vervolgens weer door een andere put (injectieput) terug geproduceerd in dezelfde formatie waar het weer kan opwarmen. De twee putten vormen een gesloten systeem.
In een aantal gebieden in Nederland zit er aardgas opgelost in het formatiewater. Dit aardgas kan in oplossing blijven of gewonnen en gebruikt worden. Dit laatste klinkt niet erg duurzaam maar kan het wel zijn.
Het gas kan bijvoorbeeld verbrand worden om er elektriciteit mee op te wekken in een warmte-krachtkoppeling (WKK) installatie. In de glastuinbouw is bijvoorbeeld naast de behoeft aan duurzame warmte ook behoefte aan elektriciteit en hoeveelheden CO2 gas – dit CO2 gas wordt opgenomen door de diverse geteelde groenten, planten en bloemen en bevorderen de groei hiervan. Door het gas te verbranden in een WKK produceert de glastuinbouw haar eigen elektriciteit en gebruikt het CO2 gas in de kassen naast het gebruik van de duurzame aardwarmte voor de verwarming van de kassen.
Over betaalbaarheid
Geothermie wordt gesubsidieerd door de overheid net zoals zon- en windenergie. De subsidie op geothermie is dusdanig dat het voor de afnemers (consumenten en bedrijven) niet duurder is dan het gebruik van aardgas. Dit is het 'Niet Meer Dan Anders' principe (NMDA).
Het NMDA principe betreft het uitgangspunt dat voor de warmtelevering, met bijvoorbeeld stadsverwarming of warmtepompen, een tarief wordt gevraagd voor de warmte, zodanig dat het gemiddeld niet meer kost dan een vergelijkbare situatie met een aardgasgestookte HR-ketel. Dit is zo vastgelegd in de Warmtewet.
De verwachting is dat door schaalvergroting, samenwerking, het constant leren, de toepassing van innovatieve technieken, etc. de kosten steeds lager zullen worden en er uiteindelijk ook geen subsidie meer nodig is zoals dat ook gebeurd is met de opwekking van windenergie vanaf windmolenparken op zee.
De warmteprijs die leveranciers van warmte aan consumenten mogen vragen wordt gereguleerd door de Autoriteit Consumenten markt (ACM) en elk jaar opnieuw vastgesteld.
Geothermie is de meest rendabele vorm van duurzame warmte na het gebruik van aardgas, maar kan helaas niet overal in Nederland toegepast worden.
Het vermogen dat een diepe geothermie systeem heeft is heel groot, wel 10 tot 30 megawatt (MW). Eén MW komt overeen met 1.360 paardenkrachten (PK).
Het is bijvoorbeeld veel efficiënter dan de toepassing van bodemenergie-installaties (WKO), aquathermie, elektrisch, door waterstofgas, etc.
Eén geothermiesysteem kan wel 5.000 tot 15.000 huishoudens voorzien van duurzame warmte. Dit is o.a. afhankelijk van het vermogen van het systeem maar ook de mate van isolatie van de woningen (het energielabel). Daarmee is geothermie dus ook heel rendabel in het besparen van de CO2-uitstoot.
Door deze grote vermogens kunnen er grote stappen gezet worden in de verduurzaming van de warmtevoorziening in Nederland.
Over betrouwbaarheid
Door de uitgebreide ervaring in het buitenland en de ervaring in de afgelopen vijftien jaar met aardwarmtewinning in Nederland zijn de geothermie-installaties (en daarmee de warmtelevering) betrouwbaar en veilig. Een bedrijf dat warmte levert aan woningen moet de levering van deze warmte bovendien garanderen.
Voor korte onderbrekingen van aardwarmteproductie is er een warmtebuffer en/of opslagvoorraden in de ondiepe ondergrond die de uitval kunnen overbruggen.
Mocht de geothermie-installatie voor lange tijd uitvallen, dan zijn er back-up installaties voor de levering van warmte.
Daarnaast zullen geothermie-installaties in de toekomst steeds meer onderdeel worden van een regionaal netwerk met andere geothermiebronnen en installaties maar ook andere warmtebronnen zoals o.a. restwarmte, aquathermie, bio-warmte en gedurende de transitieperiode ook gasgestookte centrales. Bij langdurige storingen kunnen deze bronnen de warmtelevering overnemen.
Over tijd koelt het geproduceerde water langzaam af tot een punt dat het niet meer rendabel gewonnen kan worden. Naar verwachting duurt dit zo’n 30 jaar of meer.
In de praktijk betekent dit dat de put wordt ingesloten om het water in de poreuze gesteentelagen weer te laten opwarmen en om weer later te kunnen gebruiken. Er zullen nieuwe geothermie putten geboord moeten gaan worden die de productie voor een volgende 30 jaar of meer blijft voortzetten.
Geothermie putten kunnen heel lang meegaan. De oudste putten in Europa produceren al meer dan 150 jaar.
Over veiligheid
De winning van geothermie is een gereguleerde industrie. De toezichthouder, Staatstoezicht op de Mijnen (SodM), maakt zich sterk voor de veiligheid van de mens en de bescherming van het milieu bij energiewinning en het benutten van de ondergrond. Dit is vastgelegd in de mijnbouwwet.
De winning van geothermie is erop gericht om ongewenste gebeurtenissen niet te laten plaatsvinden of de kans daarop zo klein mogelijk te maken.
Geothermieboringen worden op dezelfde veilige manier ontworpen en uitgevoerd als gasboringen. Er wordt gebruik gemaakt van de Industriestandaard Duurzaam Putontwerp die is opgesteld door de branchevereniging 'Geothermie Nederland'.
Mocht er dus gas worden aangetroffen dan is dat geen probleem. Als geothermieputten zijn ingesloten (geen productie) is er geen druk aan de oppervlakte. In geothermieputten zijn evenwel veiligheidsvoorzieningen ingebouwd (zoals afsluiters) die hoge drukken kunnen weerstaan.
Er wordt bij de winning van geothermie netto geen volume aan formatiewater onttrokken aan de ondergrond (uit de poreuze gesteentelagen op 2 tot 3 km diepte), zoals wel gebeurt bij de winning van olie, gas en zout. Het opgepompte hete water wordt nadat de warmte-energie in een warmtewisselaar eruit gehaald is, afgekoeld weer in dezelfde ondergrondse gesteentelaag geproduceerd (een cyclisch proces). Hierdoor blijft de gemiddelde druk in het reservoir vrijwel onveranderd.
Omdat er bij de winning van geothermie geen netto volume aan water aan de diepe ondergrond onttrokken wordt en daarmee de drukverschillen gedurende de winning erg klein zijn, is het zeer onwaarschijnlijk dat hierdoor seismische activiteit (bodemtrillingen) of bodemdaling plaatsvindt.
De boring van de putten gaat soms door ondiepe lagen met grondwater (nooit door beschermde grondwatergebieden of drinkwaterhoudende lagen – zie ook volgende vraag "Brengt geothermie drinkwatergebieden in gevaar?").
Bij de boring van een put gebruikt men een boorspoeling (een kleispoeling) om de boorkop te koelen, het boorgruis naar de oppervlakte brengen en om tegengewicht te geven aan de formaties zodat de put niet instort. Deze kleispoeling pleistert de wanden van de formaties waar doorheen geboord wordt en daarmee vindt er geen of een minimale instroming van deze spoeling in deze formaties plaats tijdens de boring.
Vervolgens wordt het boorgat met diverse stalen verbuizingen (conductor en casing genoemd) met cement tussen de verbuizing en de wanden van het boorgat vastgezet en de wanden afgepleisterd.
Ook tijdens de warmteproductie vinden er regelmatige controles plaats van de puttoestand (de integriteit).
Het is in Nederland niet toegestaan om te boren door drinkwaterhoudende lagen. Provincies sluiten mijnbouwactiviteiten uit in de huidige waterwingebieden, grondwaterbeschermingsgebieden en boringvrije zones rondom bestaande winputten. Het Rijk zal voor deze activiteiten dan ook geen omgevingsvergunning afgegeven.
Boringen die van buiten de begrenzing van deze beschermingsgebieden tot onder de grondwatervoorraden komen acht het kabinet in principe mogelijk, mits er geen risico’s zijn voor de kwaliteit van het grondwater.
We zien steeds meer dat de verschillende ondergrondse activiteiten in Nederland steeds vaker tegenstrijdige belangen hebben, met name de drinkwatervoorziening en mijnbouwactiviteiten waar de winning van geothermie onder valt evenals olie-, gas- en zoutwinning en ondergrondse opslag.
Er is daarom door het rijk hiervoor de Structuurvisie Ondergrond (STRONG) opgesteld. Deze structuurvisie bevat het strategische beleid voor de ondergrond voor deze nationale belangen. De opgave daarbij is het zoeken naar een goede balans tussen beschermen en benutten van grondwater voor de drinkwatervoorziening en het bieden van ruimte voor mijnbouwactiviteiten voor de energievoorziening.
STRONG stelt onder andere dat de drinkwatervoorziening en mijnbouwactiviteiten beiden van gelijk nationaal belang zijn.
In deze structuurvisie wordt het centrale doel 'duurzaam, veilige en efficiënt gebruik' toegespitst op de nationale belangen 'drinkwatervoorziening' en 'mijnbouwactiviteiten'. Deze structuurvisie beoogt ervoor te zorgen dat:
- er in de toekomst voldoende mogelijkheden zijn voor de winning van grondwater voor de drinkwatervoorziening;
- er voldoende ruimte wordt geboden voor toekomstige mijnbouwactiviteiten, mede gericht op de transitie naar een duurzame energievoorziening en het realiseren van de klimaatdoelen;
- de hiervoor noodzakelijke belangenafweging en besluitvorming plaatsvindt in goede samenwerking tussen alle overheden, marktpartijen en maatschappelijke organisaties, met oog voor de veiligheid en belangen van de burgers.
In het westen van Nederland vindt er geen directe winning van drinkwater plaats, alleen een zogenoemde 'open infiltratiewinning' waarbij gewonnen water van buiten de duingebieden (zelfs buiten de provincie Zuid-Holland) oppervlaktewater (rivieren, IJsselmeer) getransporteerd wordt naar het duingebied en vanaf het maaiveld geïnfiltreerd wordt, door het duinzand gefiltreerd wordt om vervolgens weer opgepompt te worden uit de bodem op zo’n 40 tot 70 meter diepte.
Er is hier dus geen sprake van een directe winning uit oorspronkelijke drinkwaterhoudende lagen die tot dieptes van enkele honderden meters kan plaatsvinden.
Het opgepompte 'formatiewater' bevat opgeloste natuurlijke stoffen en mineralen. Het heeft van nature een hoog zoutgehalte. Dit water komt niet in contact met het oppervlaktewater of de buitenlucht. Het geothermie-systeem van een productieput, een warmtewisselaar en een injectieput is een gesloten systeem.
Toch kunnen er kleine zanddeeltjes en vaste deeltjes (honderdsten van millimeters groot) met de stroom meekomen. In de bovengrondse installaties zijn filters opgenomen die deze deeltjes uitfilteren om verstopping van de injectieput te vermijden.
Effect op de omgeving
Voordat aardwarmte gewonnen kan worden, moet er geboord worden. Een boring kan hinder geven voor omwonenden. Daarom moeten er voorafgaand aan een boring diverse vergunningen worden aangevraagd, plannen worden gepresenteerd (zoals een transportplan) en een goede communicatie met de gemeente en de inwoners worden opgezet. Een nauwe samenwerking met de gemeente is van groot belang.
De voorbereiding van het werkterrein en het installeren van de boortoren kan enkele weken duren en vindt veelal overdag plaats. Hinder kan ontstaan door aan- en afrijdend werkverkeer en het slaan van heipalen. Deze werkzaamheden duren enkele weken en vinden overdag plaats.
Het boren zelf vindt 24 uur per dag, 7 dagen in de week plaats. Een boortoren is elektrisch aangedreven en produceert licht en geluid. Daarnaast verzorgen vrachtauto’s de aan- en afvoer van materialen.
De twee boringen (een productie- en een injectieput) die nodig zijn voor een werkend geothermiesysteem duren in totaal enkele maanden.
Yeager Energy probeert tijdens de aanleg de overlast voor omwonenden tot een minimum te beperken. Het geluidsniveau wordt constant in de gaten gehouden.
Aardwarmtewinning geeft geen hinder voor omwonenden. De pompen van de winningsinstallatie produceren enig geluid, maar dat is niet hoorbaar buiten het winningsterrein. Er komt een gebouw voor de geothermie-installatie dat past binnen de omgeving. Eventueel wordt het terrein voorzien van beplanting.
Omwonenden moeten rekening houden met beperkt vrachtverkeer (circa 1 keer per twee weken).
Bij de installatie is mogelijk een ontgassingsinstallatie aanwezig om tijdens noodgevallen gas (dat uit de ondergrond als opgelost gas mee omhoog komt) te verbranden. Dit vindt alleen plaats bij ongebruikelijke omstandigheden als veiligheidsmaatregel; is het zogenaamde affakkelen; het testen van de fakkel geeft enig geluid (1 keer per 2 weken).
De aardwarmte-installatie bevindt zich op een omheind terrein. Vanuit de omgevingswet is het aardwarmtebedrijf verplicht om zorg te dragen voor een goede landschappelijke inpassing van het terrein en het gebouw.
Op het terrein van een aardwarmtebron bevinden zich:
- Een productieput en een injectieput.
- Een ontgassingsinstallatie indien noodzakelijk.
- Een gebouw met daarin o.a. warmtewisselaars, pompen en filters, de aansluiting op het warmtenet en een operatorruimte.
- Een warmte opslagbuffer (waarin een voorraad warm water wordt opgebouwd voor meer leveringszekerheid).
Handige sites met meer info
- Alles over aardwarmte - allesoveraardwarmte.nl
- Geothermie Nederland - geothermie.nl
- SCAN - scanaardwarmte.nl
- Nederlandse Vereniging van Duurzame Energie - nvde.nl/duurzame-warmte/
- Energie Beheer Nederland - ebn.nl
- Expertise Centrum Warmte - expertisecentrumwarmte.nl
- Bodemenergie - bodemenergie.nl
- Staatstoezicht op de Mijnen - sodm.nl/sectoren/geothermie/
- European Geothermal Energy Council - egec.org
- International Geothermal Association - geothermal-energy.org
- ThinkGeoEnergy - thinkgeoenergy.com