De combinatie van aquathermie en bodemenergie is veelbelovend, zo schrijft de Branchevereniging Bodemenergie. Die conclusie volgt uit onderzoek, in opdracht van de provincie Utrecht, naar de haalbaarheid van grootschalige aquathermie als verduurzamende stap voor warmtenetten. Eventueel in combinatie met warmte-koudeopslag in de vorm van bodemenergie.

Aquathermie maakt gebruik van de in water opgeslagen zonne-energie in de vorm van warmte. Bijvoorbeeld de thermische energie uit oppervlaktewater. Elf dagen aan zonne-energie opvangen in Nederlandse binnenwateren blijkt vergelijkbaar met de jaarlijkse behoefte aan verwarming van de Nederlandse gebouwde omgeving.

Vanwege de hogere starttemperatuur kost het minder energie om het water met warmtepompen verder te verhogen naar de gewenste eindtemperatuur. Vergelijkbaar met de werking van een cooling district dat juist koel water uit grotere dieptes inzet om minder energie voor koeling te gebruiken.

Eenmaal afgekoeld door zijn warmte af te geven aan de omgeving, wordt het water teruggestuurd naar het oppervlaktewater om weer verwarmd te worden door de zon.

Bodemenergie als warmte-koudeopslag
In de zomer is de behoefte aan verwarmen van de woning laag. Er wordt dan meer warmte opgeslagen in het water dan direct verbruikt kan worden. In de winter is de behoefte om de woning zelf te verwarmen groter, maar is de hoeveelheid beschikbaar opgewarmd water juist afgenomen vanwege de inmiddels gedaalde omgevingstemperatuur.

Om deze mismatch van vraag en aanbod te overbruggen, is een opslagmedium nodig. Net zoals een thuisbatterij eerder opgeslagen energie van zonnepanelen kan opslaan voor gebruik op een later moment. De warmte uit de thermische energie uit oppervlaktewater die niet direct kan worden gebruikt, kan ook worden opgeslagen in grondlagen.

Ook het water in de opgewarmde grondlaag kan vervolgens met warmtepompen worden opgehaald en verder verwarmd tot het gewenste resultaat. Water dat zijn warmte heeft afgegeven, wordt weer teruggestuurd naar de grondlaag waar het opnieuw wordt opgewarmd. Op deze wijze ingezet kan bodemenergie dus dienen als WKO.

Bodemenergie kan overigens zowel warmte als koude zijn, opgeslagen in grondlagen tot 500 meter diep. Hiermee onderscheid het zich van geothermie dat alleen wordt ingezet om warmte uit de bodem te onttrekken en op dieptes van meer dan 500 meter.

Opzet onderzoek Utrecht
Techniplan Adviseurs heeft in opdracht van de provincie Utrecht een onderzoek uitgevoerd naar de haalbaarheid van grootschalige aquathermie in combinatie met bodemenergie voor bestaande warmtenetten. Hiervoor zijn twee locaties uitgekozen: Nieuwegein met oppervlaktewater uit het Amsterdam-Rijnkanaal of de Lek, en Amersfoort met oppervlaktewater uit het Eemmeer.

In de eerste fase werd de potentie onderzocht van beide locaties door middel van een variantenonderzoek aangevuld met een analyse van de benodigde vergunningen.

In de tweede fase werden vervolgens de meest kansrijke opties verder uitgediept. Hierbij werd de haalbaarheid van verschillende configuraties bepaald op vier hoofdpunten: technische haalbaarheid, invloed van de aquathermie op de temperatuur van het oppervlaktewater, economische haalbaarheid en kansen en risico’s per beschouwde configuratie.

Conclusies onderzoek Utrecht
Uit het onderzoek in Utrecht kwam naar voren dat alle bekeken varianten technisch haalbaar bleken. Er bestaan wel zorgen om het effect van aquathermie op kleine organismen in het water. Met name het effect van de filters waardoor de organismen kunnen worden opgezogen, de warmtewisselaars die ze passeren en een plotse verandering van temperatuur zouden een negatieve invloed kunnen hebben.

Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) deed hier een literatuuronderzoek naar, waaruit zij concludeerde dat “de effecten op populatie- en ecosysteemniveau in grote dynamische wateren mogelijk beperkt zijn”.

“In kleine afgesloten wateren kunnen mogelijk wel grotere effecten optreden. Toepassing van een gesloten TEO-systeem, dat geen water inneemt, kan dan de voorkeur hebben”, zo concludeert STOWA. De proeven bij Nieuwegein en Amersfoort bleken volgens het onderzoek van Techniplan een verwaarloosbaar effect te hebben op het oppervlaktewater van beide locaties.

Voor beide locaties in Nieuwegein leverde de businesscase een terugverdientijd op van acht tot tien jaar, waarna “een sterk positieve netto constante waarde” ontstaat.

Kansen en risico’s per beschouwde configuratie
De combinatie van aquathermie met bodemenergie als warmte-koudeopslag leverde een CO2-reductie op van 10 tot 27 procent ten opzichte van conventionele stadsverwarming. Deze reductie zou zelfs vergroot kunnen worden tot 39 tot 84 procent met het een groter aandeel groene stroom.

De meer-investering van een WKO bleek snel terug te verdienen en leverde een verbeterde economische haalbaarheid en grotere CO2-reductie op. Daarbij verwachten de onderzoekers dat de resultaten algemeen toepasbaar zullen zijn, ongeacht de locatie.

Hoewel schaalvergroting de kosten kunnen verkleinen, blijven de noodzakelijke initiële investeringen groot. Bij de juiste bodemgesteldheid kan de terugverdientijd korter zijn met een WKO, dan zonder opslagmedium.

Om de investerings- en exploitatiekosten te beperken is de juiste locatie van de energiecentrale van belang, aangezien dit logischerwijs de benodigde leidinglengte van en naar de centrale bepaalt.

Ten slotte blijkt nog dat het optimaliseren van de leidingen en aangestuurde temperaturen de efficiëntie kan verhogen. Voor de efficiëntie van een warmtenet is een zo groot mogelijk verschil gewenst in temperatuur tussen het water dat van de centrale naar de wijk loopt en het water dat weer terugloopt naar de centrale.

Dit betekent immers dat het warmtenet erin is geslaagd om veel van zijn warmte af te geven. Een vergelijkbaar fenomeen bleek al uit onderzoek naar de effectiviteit van een cooling district.