Geothermie complexer dan water rondpompen langs warmtewisselaar

Aardwarmtebronnen krijgen steeds meer en complexere boven­grondse installaties om de bronputten goed te kunnen exploiteren. Meekomende olie of gas vragen afvang, en zonder goede filtering ­ontstaat het risico dat de injectieput door neerslag verstopt raakt.

tekst Peter Visser, foto’s Groenten & Fruit

Waar voorheen een warmtewisselaar en enkele pompen de enige bovengronds zichtbare onderdelen vormden van een miljoenen kostend aardwarmteproject, zijn er steeds meer voorzieningen bijgekomen. Er is meer aandacht voor bijvoorbeeld vuilafscheiding en extra uitkoeling. Dit bleek tijdens lezingen van TNO op de I-Demodagen in Honselersdijk.

Uit de ondergrond kunnen diverse verontreinigingsdeeltjes meekomen, zoals zand, olie, klei, zoutneerslag, of corrosie van pijpwerk en andere installaties. Lood- en ijzerdeeltjes die neerslaan kunnen de watersamenstelling veranderen, waardoor soms ook ineens een veel grotere zoutneerslag kan optreden.

Dit kan leiden tot een verlaagd rendement van warmtewisselaars, een verhoogde benodigde injectiedruk om uitgekoeld water terug de bodem in te pompen, en tot voortijdige vervanging van de put en apparatuur.

Een voorbeeld is het aardwarmteproject in de Koekoekspolder, waar de bron vanwege neerslag op de binnenwand van de injectiebuis moest worden stilgelegd.

Dure filtering

Filterkosten maken een aanzienlijk deel uit van de operationele kosten van een geothermiebron. Dit kan oplopen tot 100.000 euro per jaar. TNO doet daarom onderzoek naar de juiste filtertechnieken en -capaciteiten die passen bij (individuele) aardwarmtebronnen. Het blijkt echter lastig om een goede voorspelling te maken wat er voor een specifieke bodemlaag aan filters nodig is.

Te veel besparen op filtering van het water is gevaarlijk. Sterk daarop bezuinigen bij de investering kan later terugkomen in de vorm van veel hogere operationele kosten. Een put die vervuild raakt en dichtslibt kan een miljoenenschade opleveren.

Aan de andere kant is te veel en te fijn filteren ongunstig: vanwege hogere filterkosten, maar het geeft ook meer kans op toetreding van zuurstof in het water tijdens filterwisselingen. Dit geeft op zijn beurt een verhoogd risico op chemische neerslag door oxidatie en biologische vervuiling.

Continu draaien

Een constant producerende bron is gunstig tegen vervuiling. Situaties met plotselinge debietverhogingen, waarbij de pompen ineens flink aangaan, laten meer vervuiling zien. Verder geven fijnere vuildeeltjes eerder verstopping en hebben de temperatuur, zuurgraad en watersamenstelling invloed op de mate van vervuiling. Ook de permeabiliteit van de onderlaag waarin het water wordt geïnjecteerd is medebepalend.

In de praktijk wordt veel gebruik gemaakt van relatief goedkope filterzakken, met erna geschakelde duurdere (maar kleinere deeltjes eruit filterende) kaarsfilters. Daarnaast zijn er zonodig olieabsorberende filters.

Er is altijd een parallelle tweede filterstraat nodig om filters te kunnen wisselen zonder dat de bron helemaal hoeft te worden stilgelegd. TNO adviseert nog een derde filterstraat aan te leggen. Overmatige dimensionering verhoogt de levensduur van de filters proportioneel. Met een dubbele capaciteit duurt het drie tot vier keer zo lang voor ze moeten worden gewisseld. Het geeft ook minder schommelingen en verstoringen, wat gunstig is tegen vervuiling.

Een ander voordeel van een extra filterstraat is dat bij de opstart van een bron altijd veel vuil meekomt, wat een extra capaciteit gewenst maakt. Later bij stabiel draaien wordt de vervuiling minder en kan de derde lijn worden uitgeschakeld.

Er zijn automatische filters in omloop die zichzelf na een bepaalde periode reinigen. Nadeel bij dat proces is dat ongeveer 3 procent spoelwater vrijkomt. Bij een brondebiet van 150 kuub water per uur geeft dat elk uur een paar kuub afvalwater dat acht tot tien keer zouter kan zijn dan zeewater. Niet alle waterschapbeheerders zullen er blij mee zijn als dit hooggeconcentreerde filterwater in flinke hoeveelheden het riool ingaat.

Er bestaan technieken om het vuil verder in te dikken, maar dit brengt weer extra kosten met zich mee.

Uitkoeling

TNO doet ook onderzoek naar verdere uitkoeling van het bronwater. De huidige putten koelen meestal van 75 à 80 graden uit tot 30 of 50 graden, waarna het water met die temperatuur weer diep in de ondergrond wordt geïnjecteerd. Extra uitkoelen naar bijvoorbeeld 15 of 20 graden maakt dat er veel meer warmte beschikbaar komt uit de bron. 20 graden extra uitkoeling levert 40 tot 80 procent meer capaciteit op. Meer laagwaardige verwarmingstechnieken inzetten in de kas is dus gunstig. Maar ook een investering in warmtepompen om verder uit te koelen staat, in euro’s per megawatt warmteopbrengst, in geen verhouding tot de enorme kosten per megawatt van een aardwarmtebron.

Kouder water kan ook nog eens makkelijker weer worden geïnjecteerd, wat minder pompcapaciteit vraagt. Een waterkolom van 3 kilometer koud water is zwaarder dan eenzelfde kolom van warmer water, zodat er van zichzelf al meer bar aan druk op staat om het de bodem in te krijgen. In eerste instantie was de gedachte dat de viscositeit/stroperigheid van koud water hoger is, wat dit voordeel grotendeels teniet zou doen. Maar het blijkt dat de kou-toevoer onderin in de diepe bodem krimp veroorzaakt in de bodemformatie. De daardoor ontstane scheurtjes maken dat water makkelijker de bodemlaag binnendringt.

Filters vormen een onmisbaar onderdeel van de apparatuur om een geothermiebron draaiende te houden.