Het opslaan van duurzaam opgewekte energie is essentieel om de energietransitie te laten slagen. Een uiterst complete en duurzame techniek, die al meer dan 25 jaar bestaat, is bodemenergie. De meest bekende vorm van bodemenergie is het warmte- en koude opslagsysteem (WKO). Zomerwarmte en winterkoude wordt een seizoen lang opgeslagen, zodat de energie op het gewenste moment kan worden benut. Slim toch? Of kan het nog slimmer?

Een bodemenergiesysteem maakt gebruik van de thermische eigenschappen van de bodem en het grondwater. In de zomer wordt beschikbare duurzame warmte gewonnen door gebouwen te koelen. Nadat het gebouw is afgekoeld en het grondwater is opgewarmd, wordt deze zomerwarmte gedurende een seizoen opgeslagen in de bodem. In de winter wordt deze opgeslagen zomerwarmte vervolgens benut voor verwarming van het gebouw.

Het opgewarmde grondwater wordt opgepompt en naar een warmtepomp geleid, die de warmte opwaardeert tot de gewenste afgiftetemperatuur. Aangezien de warmtepomp warmte aan het grondwater onttrekt, koelt het grondwater af. Dit afgekoelde grondwater wordt vervolgens gedurende een seizoen opnieuw in de bodem opgeslagen, zodat het in de zomer direct kan worden ingezet voor hoog temperatuur koeling.

Beperkingen en uitdagingen bij huidige opslagtemperatuur
In Nederland zijn inmiddels enkele duizenden bodemenergiesystemen gerealiseerd die gebruikmaken van het grondwater en de opslageigenschappen van de ondergrond. Volgens de huidige wetgeving is de maximale toegestane opslagtemperatuur in de bodem vastgesteld op 25 graden Celsius. Deze temperatuur is voldoende voor gebouwen met een laag temperatuur afgiftesysteem, maar voor bestaande woonwijken met hogere warmtebehoeften is dit aan de lage kant.

Midden temperatuur opslag (MTO): Een doorbraak in duurzaamheid
Momenteel wordt intensief onderzoek gedaan naar de mogelijkheden voor het opslaan van hogere temperaturen in de bodem, zelfs tot 80 à 90 graden Celsius. Het blijkt mogelijk te zijn om deze temperaturen op te slaan, maar dit brengt wel enkele nieuwe uitdagingen met zich mee, zoals bronverstopping door de neerslag van kalk. Interessanter is de opslag tot maximaal 50 graden Celsius, ook wel bekend als midden temperatuur opslag (MTO).

Onlangs is er met deze maximale opslagtemperatuur een succesvolle pilot afgerond, waarbij geen negatieve effecten op de bodem, het grondwater en het systeem zijn waargenomen. Het systeem functioneerde op dezelfde wijze als de bestaande bodemenergiesystemen met infiltratietemperaturen tot maximaal 25 graden Celsius. Het enige verschil was een hogere infiltratietemperatuur.

Aardgasvrije woonwijken in zicht?
Het opslaan van hogere temperaturen tot maximaal 50 graden Celsius in de bodem biedt aanzienlijke mogelijkheden om bestaande woonwijken direct te ontkoppelen van aardgas. In Figuur 1 is het beschikbare vermogen en de beschikbare hoeveelheid warmte uitgezet tegen het brondebiet van de WKO bij drie verschillende infiltratietemperaturen. Als gevolg van de stijging van de infiltratietemperatuur, is er een toename van circa 300 tot 420 procent in vermogen en energie, bij een constant brondebiet.

Met andere woorden, met dezelfde grondwaterbronnen kunnen 300 tot 420 procent meer huishoudens worden voorzien van duurzame warmte. Het systeem levert bovendien bijna gratis duurzame koeling. Hierdoor kunnen de initiële kosten voor de aanleg van dergelijke WKO-systemen over meer huishoudens worden verdeeld, waardoor de overgang naar duurzame warmte en koeling nog aantrekkelijker wordt.   

MTO als oplossing voor het overbelaste elektriciteitsnet
Een ander belangrijk voordeel van MTO is dat warmtepompen kunnen worden ingeschakeld op momenten dat er veel duurzame elektriciteit wordt opgewekt en de elektriciteitstarieven laag zijn. Hierdoor kan duurzame warmte kosteneffectief worden geproduceerd en opgeslagen in de bodem. Zo kan MTO in belangrijke mate bijdragen aan het oplossen van problemen met congestie in het elektriciteitsnet.

In samenvatting biedt het toestaan van hogere opslagtemperaturen in een WKO-systeem tot maximaal 50 graden Celsius voordelen op meerdere fronten: er is aanzienlijk meer duurzame warmte beschikbaar in de winter, wat resulteert in lagere aanleg- en energiekosten. Bovendien wordt hierdoor de dreigende overbelasting van het elektriciteitsnet voorkomen, omdat duurzaam opgewekte elektriciteit wordt opgeslagen in de vorm van benodigde warmte voor de winter.

Slimmer kan bijna niet, toch? Het is de hoogste tijd voor overheden om een afwegingskader te creëren dat MTO mogelijk maakt. Bij voorkeur vandaag nog, want dit stelt ons in staat om grote en snelle stappen te zetten richting het voorzien van onze gebouwen van duurzame warmte en koeling.