Wat is geothermie?

Bij geothermie wordt gebruik gemaakt van de warmte die diep in de aarde is opgeslagen. Door middel van een boring kunnen we die warmte onttrekken aan hete grondlagen en gebruiken voor het verwarmen van gebouwen.

Hoe werkt geothermie?

Diep in de aarde liggen warmwaterreservoirs verborgen. Zo ook op Zernike Campus in Groningen. Op ruim drie kilometer diepte bevindt zich hier heet water dat is opgeslagen in een poreuze zandsteenlaag. Dit reservoir willen wij benutten voor de winning van energie: geothermie.

Hiervoor gaan we een bron boren. We richten eerst een boorterrein in met een tijdelijk bassin voor het testwater dat vrijkomt tijdens het boren. Hier komt ook een warmteverdeelstation. Zodra het boorterrein klaar is, boren we de eerste put waarmee we het hete water kunnen oppompen.

Daarna boren we de tweede put, waarin we het afgekoelde water gaan terugpompen. We maken dus een gesloten systeem: het hete water geeft warmte af aan een warmtewisselaar in het warmteverdeelstation. Met deze warmtewisselaar wordt de energie afgegeven aan het warmtenet, dat huizen en andere gebouwen van warmte voorziet.
Het afgekoelde water gaat meteen weer terug de grond in, waar het door de aarde zelf weer wordt opgewarmd.

Veelgestelde vragen over Geothermie

Wat is geothermie?

Bij geothermie wordt gebruik gemaakt van de warmte die diep in de aarde is opgeslagen. Door middel van een boring kunnen we die warmte onttrekken aan hete grondlagen en gebruiken voor het verwarmen van gebouwen. Geothermie is een bewezen techniek, die in andere landen al vele jaren in gebruik is. Ook in Nederland is geothermie bezig aan een opmars.

Wordt geothermie in Nederland al toegepast?

Momenteel zijn in ons land 16 geothermie doubletten in productie. Een doublet is een combinatie van twee naast elkaar liggende boringen naar een diepe grondlaag, die heet water uit deze grondlaag naar boven pompen en het afgekoelde water weer terug pompen. De meeste doubletten leveren warmte aan de glastuinbouw. Doubletten in bijvoorbeeld Nootdorp en Heerlen leveren al warmte aan gebouwen.

Als er aanvankelijk slechts enkele panden worden aangesloten en het systeem later wordt uitgebreid, wordt er dan steeds meer water opgepompt? Het putontwerp kan immers niet worden aangepast?

Het is geen probleem om te beginnen met het aansluiten van 3.500 wooneenheden en dan uit te breiden naar ca. 11.000. De hoeveelheid water die de pomp omhoog pompt is aan te passen aan de warmtevraag. De put is breed genoeg om uiteindelijk voor ca. 11.000 woningen water omhoog te pompen.

Als zich bevingen voordoen, wie bepaalt dan van welke bron ze komen? Van de gaswinning of de geothermie?

Dit is een zeer belangrijk aandachtspunt. Wanneer tijdens het exploiteren van de geothermische bron onverhoopt trillingen (seismiciteit) optreden, kan WarmteStad op basis van een monitoringssysteem ingrijpen, ruim voordat er voelbare trillingen zijn. Dit wordt gedaan met een Traffic Light System (TLS). Zie ook andere vragen over kans op bevingen.
Dit TLS maakt het mogelijk de locatie van trillingen (seismiciteit) te meten. Uit de koppeling van deze informatie met de locatie waar geothermie invloed op heeft, is onderscheid te maken met eventuele seismiciteit veroorzaakt door gaswinning. Conclusie is dat de door SodM genoemde potentiele risico’s op seismiciteit (aardbevingen) geen rol spelen bij geothermieproject of zo klein zijn dat ze onder controle gehouden kunnen worden door bijsturing.

De boring gaat door lagen met grondwater. Is er gevaar voor besmetting van dit grondwater?

De boring wordt zodanig uitgevoerd dat er geen risico is. Eerst worden er twee buitenpijpen (conductors) geplaatst. Deze zijn aangebracht tot op een diepte onder de laag waar aanwezig is. Dit eerste deel wordt met een waterspoeling geboord. Deze techniek wordt ook gebruikt voor het boren van waterwinputten. Dit gedeelte van de put wordt opgebouwd met een stalen buis en na een druktest omringd met een laag cement, om zeker te zijn dat er geen lekkages kunnen optreden. Op het Zerniketerrein (Zernike Campus) is overigens sprake van ‘brak’ water, hier wordt sowieso geen drinkwater gewonnen.

De partijen die verstand hebben van geothermie komen uit de wereld van het boren naar gas. Hoe zorg je dat deze expertise ten gunste van bewoners wordt ingezet?

Het hete water bij geothermie wordt gewonnen uit de zelfde lagen waaruit op andere locaties olie of gas wordt gewonnen. Vandaar dat voor het boren van het gat dezelfde technieken worden gebruikt. Daarnaast heeft Nederland het voordeel dat door de boringen naar olie en gas relatief veel bekend is over de ondergrond. Hierdoor kan door het inzetten van deze kennis en kunde relatief risicoloos een geothermisch doublet worden geboord. De aanwezige olie en gas kennis wordt dan dus ingezet voor duurzame energie.

De Rijksoverheid biedt een garantiestellingsregeling voor boringen RNES die max. 85% van het risico afdekt wanneer een boring mislukt. Mislukken gaat alleen over het rendement van de boring?

De Rijksoverheid wil het gebruik van schone energiebronnen stimuleren en maakt het daarom mogelijk dit soort risico’s te verzekeren. Het gaat dan inderdaad om het risico dat bij de boring blijkt dat productie op deze locatie niet rendabel is, doordat de eigenschappen van de ondergrond (porositeit, permeabiliteit) tegenvallen.

Gaswinning heeft geleid tot aardbevingen. Kan dat bij geothermie ook gebeuren?

In een regio die dagelijks de impact van aardbevingen door gaswinning ervaart, accepteren wij geen extra risico’s. Daarom is vanaf het begin van de planvorming expliciet hier veel aandacht voor geweest.

Gaswinning veroorzaakt drukverschillen in de ondergrond, waardoor soms aardbevingen ontstaan. In tegenstelling tot aardgaswinning wordt met aardwarmte geen volume uit de bodem gehaald. Het water wordt in een gesloten systeem rondgepompt omdat het water direct weer de grond ingaat. Via een warmtewisselaar wordt de warmte afgegeven aan een warmtedistributiesysteem (eveneens een gesloten systeem).

We hebben ook meerdere bureaus specialistische onderzoeken laten doen, waardoor er een uitgebreid dossier is ontstaan. In de afgelopen jaren hebben de volgende organisaties adviezen gegeven of gereflecteerd RUG, TNO, GTN, IF, SGS, Q-con, Ross Offshore en Spidron.

Uitvoerig is gekeken naar breukvlakken in het reservoir waar wij geothermische warmte ophalen. En de ligging van bronpunten is geanalyseerd ten opzichte van de breukvlakken. Door de grootschalige gaswinning in onze regio weten wij in verhouding tot andere geothermie projecten veel van onze diepe ondergrond. Uiteindelijk was de conclusie dat de enige factor die risico kon op leveren qua seismiciteit, de mate van de drukdepletie is als gevolg van een mogelijke verbondenheid van ons reservoir met het Groninger gasveld. Nadere verdiepingen, onder meer met modellen van de NAM, leerden dat de kans op een hoge mate van drukdepletie klein is en daarmee het risico op aardbevingen dus ook klein. Wanneer de depletie na de eerste boring toch te hoog blijkt te zijn, komt er geen tweede boring en gaat WarmteStad de geothermische bron niet exploiteren.

Wanneer tijdens het exploiteren van de geothermische bron onverhoopt trillingen (seismiciteit) optreden, grijpt WarmteStad op basis van een monitoringssysteem in, ruim voordat ze gevoeld worden.

Dit gebeurt met een Traffic Light System (TLS). Mede op advies van SodM is de haalbaarheid van een dergelijk systeem onderzocht. Het bleek haalbaar en nu wordt de TLS uitgewerkt. Bij het aanvragen van de winningsvergunning worden deze gedetailleerde criteria en ingrepen in de productiecapaciteit gedefinieerd. Ook maakt het monitoringssysteem het mogelijk de locatie van seismiciteit te meten. Uit de koppeling van deze informatie met de locatie waar geothermie invloed op heeft, is onderscheid te maken met eventuele seismiciteit veroorzaakt door gaswinning.

In de media duikt regelmatig een voorbeeld op van het Duitse Staufen. Dit is een andere situatie.

Heeft Warmtestad al een winningsvergunning?

Nee. Wij hebben nu een zogeheten ‘opsporingsvergunning’, verleend door het ministerie van Economische Zaken. Dit betekent dat wij toestemming hebben gekregen om de boring te doen, die staat gepland voor 2018. De opsporingsvergunning loopt tot 1 november 2017. Hiervoor is verlenging aangevraagd. Omdat nu nog niet duidelijk is wat SodM daadwerkelijk gaat adviseren, worden de lopende aanbestedingen gegund ‘onder voorwaarden’. Dit betekent dat er waarschijnlijk vertraging gaat ontstaan.

Als uit de boring blijkt dat aardwarmtewinning veilig en rendabel is, dan kan de winningsvergunning verleend worden. Met een winningsvergunning wordt toestemming om warmte te winnen onder veilige en rendabele voorwaarden. Ook deze wordt verleend door het ministerie van Economische Zaken. Om die volledig aan te vragen zijn meer gegevens nodig over het geothermie reservoir eruit ziet. Deze gegevens worden verkregen door putmetingen tijdens en na de eerste boring.

Het Duitse Staufen werd letterlijk omhoog gedrukt bij een geothermie-project. Is dat bekend en kan dat in Groningen ook gebeuren?

Ja, bij ons is bekend wat er in Staufen is gebeurd. Dit hebben wij ook geanalyseerd. Conclusie is dat project anders is dan ons geothermieproject in Groningen om de volgende redenen:
•Staufen betreft een Warmte-Koude opslag. Een lokaal, ondiep systeem, vlak onder een zeer oud gebouw. WarmteStad is een diep ‘doublet’.
•De ondiepe putten in Staufen werden geboord met een luchthamersysteem, waardoor water onder enige druk vrijelijk in het boorgat kon vloeien. De diepe putten van WS worden geboord met een boorvloeistof waarin de hydrostatische kolom altijd overdruk zal uitoefenen op eventuele vloeistoffen of gassen in de ondergrond. Dit is “Well control”.
•De laag waarin dit voorkwam is onderdeel van de “Germanic Trias Group”. Deze komt in Nederland ook voor maar op grotere diepte, rond de 2000 m onder maaiveld. In de historie van het boren in Nederland hebben zich hier nog nooit soortgelijke problemen voorgedaan.

Hoe wordt het water uit de zandsteenlaag gehaald?

Het is niet zo dat het water in een grote bel onder in de aarde ligt en dat die bel opgezogen kan worden. Het water zit opgesloten in de zandsteenlaag en in ons geval is dat poreus zandsteen. In de productieput hangt een pomp die het water uit deze laag omhoogpompt. De put is onderin voorzien van een filter, waardoor er alleen water omhoog komt en geen zand of gruis.

Hoe zit het met het meten en monitoren van wat zich in de ondergrond voordoet?

Hier krijgen we veel terechte vragen over. Bij dit project wordt uiteraard veel aandacht besteed aan het meten en monitoren van gebeurtenissen in de ondergrond.

Er is uitvoerig gekeken naar breukvlakken in het reservoir waar wij geothermische warmte ophalen. En de ligging van bronpunten is geanalyseerd ten opzichte van de breukvlakken. Door de grootschalige gaswinning in onze regio weten wij in verhouding tot andere geothermie projecten veel van onze diepe ondergrond. Uiteindelijk was de conclusie dat de enige factor die risico kon op leveren qua seismiciteit, de mate van de drukdepletie (afname van druk in de ondergrond) is. Dit als gevolg van een mogelijke verbondenheid van ons reservoir met het Groninger gasveld.

Nadere verdiepingen, onder meer met modellen van de NAM, leerden dat de kans op een hoge mate van drukdepletie klein is en daarmee het risico op aardbevingen dus ook klein. Wanneer de depletie na de eerste boring toch te hoog blijkt te zijn, komt er geen tweede boring en gaat WarmteStad de geothermische bron niet exploiteren. Wanneer tijdens het exploiteren van de geothermische bron onverhoopt trillingen (seismiciteit) optreden, kan WarmteStad op basis van een monitoringssysteem ingrijpen, ruim voordat er voelbare trillingen zijn. Dit wordt gedaan met een Traffic Light System (TLS). Mede op advies van SodM is de haalbaarheid van een dergelijk systeem onderzocht. Het bleek haalbaar en nu wordt de TLS uitgewerkt. Bij het aanvragen van de winningsvergunning worden deze gedetailleerde criteria en ingrepen in de productiecapaciteit gedefinieerd.

Ook maakt het monitoringssysteem het mogelijk de locatie van seismiciteit te meten. Dit gebeurt met een nauwkeurig meetnet van geofoons. Uit de koppeling van deze informatie met de locatie waar geothermie invloed op heeft, is onderscheid te maken met eventuele seismiciteit veroorzaakt door gaswinning.

In de media duikt regelmatig een voorbeeld op van het Duitse Staufen. Dit is een andere situatie.

Is er wel genoeg heet water bij piekbelasting? Of komen er hulpwarmteketels?

We gaan piekketels op aardgas/groengas plaatsen die de warmtelevering ondersteunen als het nodig is. Deze kan ook in het in extreme weersomstandigheden ( bijvoorbeeld -10 ˚C + een schrale noordoostenwind tussen 6 en 7 uur ’s ochtends) voldoende warmte leveren.

Kan het gebeuren dat bij het oppompen van water, olie en gas meekomen?

In het opgepompte formatiewater kan gas zijn opgelost. Deze stoffen worden uit het water gehaald door middel van een ontgassings- oliescheidingstank. Het gaat dan om kleine hoeveelheden die niet te vergelijken zijn met een gasput. Het afgevangen gas kan worden gebruikt in een WKK (warmte kracht koppeling) om elektriciteit en warmte te produceren. Die wordt weer gebruikt om de pompen draaiend te houden. Omdat het om kleine hoeveelheden gas (bijvangst) gaat is het toegestaan dit zelf te gebruiken. De kans dat er ook olie in het formatiewater is opgelost is zeer klein. Afgevangen olie is niet bruikbaar en moet worden afgevoerd als chemisch afval.

Kan WarmteStad met geothermie ook koude leveren?

Die koppeling is in principe mogelijk en zou vooral voor de grote gebouwen op het Zernikecomplex interessant zijn. Technisch is het mogelijk om door ‘adsorptiekoeling’ de niet benutte warmte in de zomer om te zetten in koude. In dit project is hier nu nog niet in voorzien, maar de mogelijkheden worden zeker onderzocht.

Komen er gassen vrij bij het boren?

Gas dat in de bodem zit wordt op z’n plek gehouden door een boorvloeistof die wordt geïnjecteerd. Je boort gesteente aan waar gas in zit. Dit gesteente functioneert als het ware als een ‘spons’ hierin. Het in de boring opgeloste gas wordt afgevangen, dit wordt zorgvuldig geanalyseerd. We verwachten dat er een zeer beperkte hoeveelheid gas vrij kan komen. Dit wordt in dat geval opgevangen binnen van tevoren ingerichte plekken, zodat dit geen risico vormt. De boortoren is standaard uitgerust met een ‘station’ dat het opgepompte water en eventueel vrijgekomen gas scheidt.

Ook in de stad Groningen zijn panden met bevingsschade. Als zich een aardbeving voordoet in het gebied zelf, hoe wordt dan de boorput beschermd?

De putten worden aardbevingsbestendig aangelegd. Dit betekent een robuuste en stevige (maar wel flexibele) constructie met dikkere materialen dan normale geothermische putten.

Sommige geothermische doubletten hebben last van radioactieve stoffen in de buizen. Is dit een risico?

In het opgepompte formatiewater kunnen licht radioactieve klei- of looddeeltjes zitten. Dit komt van nature voor in de diepe ondergrond. Deze deeltjes zijn pas een probleem als ze neerslaan en zich (massaal) ophopen in de put of in de installaties. Het gaat dan nog steeds om een lichte vorm van radioactiviteit. Bij het vervangen van installaties met deze radioactieve neerslag zullen een mondkapje en handschoenen voldoende bescherming bieden. Deze radioactieve afvalstoffen worden naar een erkende verwerker afgevoerd. Daarnaast kunnen we via een lange buis in de producer stofjes aan het opgepompte water toevoegen die ervoor zorgen dat de radioactieve stoffen zich niet ophopen. Er is overigens geen risico dat het warmtenet besmet raakt met radioactiviteit, omdat dit systeem via een warmtewisselaar is gescheiden van het geothermische systeem.

Stoppen trillingen als de locatie wordt stilgelegd?

Mochten zich onverhoopt onaanvaardbare trillingen voordoen bij het boren zelf, dan wordt de boring stilgelegd. Trillingen door de boringen worden zelf niet verwacht. Het slaan van de heipalen kan wel trillingen veroorzaken.

Waarom spreek je van een gesloten systeem? De putten liggen toch 2 km uit elkaar en het duurt toch 50 jaar voordat het water weer terug is bij de bron?

Het is vanuit bodemkundig perspectief een gesloten systeem: je haalt het water op uit de zandsteenlaag en brengt het ook terug in diezelfde laag. Er wordt gewerkt binnen één reservoir. Feitelijk wordt er niets weggehaald, ook al is de afstand groot.

Warmtestad is in juli 2017 begonnen met de aanleg van het warmtenet. Zijn we zo zeker van onze zaak?

We zijn in juli inderdaad begonnen met de aanleg van Warmtenet Noordwest. Bedoeling is dat deze bron wordt gevoed door onze aardwarmtebron, mocht er worden overgegaan andere duurzame oplossingen, zoals biomassa, dan is dit ook een uitstekend systeem.

Wat gebeurt er als de pomp uitvalt? (drukverschil)

Als de pomp uitvalt gaat het systeem weer terug naar haar evenwichtssituatie. Dit houdt in dat het water in de productieput weer gedeeltelijk terugzakt het reservoir in. Het waterniveau komt dan enkele honderden meters onder het maaiveld uit. Hetzelfde gebeurt in de injectieput.

Wat gebeurt er met het hete water in de zomer? Wordt de opgewekte warmte dan ook nuttig gebruikt?

In de zomer is er sprake van een lagere warmtevraag en zal de productiepomp van het geothermisch doublet minder water omhoog pompen.

Wat zijn de gevolgen van een eventuele stillegging van de winning?

We zorgen voor een volledig back-upsysteem zodat ook bij onverhoopte tijdelijke stop de warmtelevering door kan gaan.

Water van 120 graden Celsius: dat is toch stoom?

Onder ‘atmosferische’ druk (1bar) is dit inderdaad het geval. 120 ˚C warm water kookt bij een druk onder de 2 bar. Wij houden het water in de leidingen onder een druk van minimaal 4 bar, waardoor er geen sprake is van kokend water.

Welke techniek wordt in Groningen toegepast?

In Groningen worden twee geothermische putten geboord vanaf één boorlocatie. De ene put wordt gebruikt voor productie, de winning van heet water (producer) en de andere put voor het pompen van afgekoeld water (injector). Beide putten zijn 3,5 km diep. Op deze diepte zit namelijk een watervoerende zandsteenlaag. Het water in deze laag heeft een temperatuur van 120˚C. Dit water wordt door een pomp in de producer omhooggepompt en heeft bovengronds een temperatuur van ca. 116˚C. Dit water gaat door een warmtewisselaar en geeft daarbij de warmte af aan het warmtenet. Het afgekoelde water wordt met injectiepompen weer in dezelfde watervoerende laag teruggebracht via de injector.

Wordt er hydraulische stimulatie (hydraulic fracturing / fracking) toegepast?

Nee. Voor geothermie is dat hier niet nodig. De laag waar het water wordt opgepompt is voldoende poreus omdat het zandsteen betreft. We verwachten dat het gesteente doorlatend (permeabel) genoeg is om water omhoog te kunnen pompen.

Wordt geothermie ook in het buitenland toegepast?

In o.a. Duitsland en Frankrijk zijn al meer geothermische doubletten (uitleg over doublet zie vraag 2) actief die aan gebouwen warmte leveren. In Neustadt-Glewe in de Duitse deelstaat Mecklenburg Vorpommern (Noord-Duitsland) wordt sinds 1994 succesvol diepe aardwarmte uit watervoerende poreuze zandsteenlagen gehaald op 2.335 m diepte, met een watertemperatuur van 97 ˚C. Geologisch gezien is de situatie daar verwant met de situatie in Groningen. In het Bekken van Parijs, met in het midden de stad Parijs, wordt al sinds 1969 water voor verwarming uit de diepe ondergrond gehaald. De oudste installatie, in Melun l’Almont, is nog steeds in bedrijf.

Warmtenet Noordwest

Vanaf de zomer 2017 leggen wij in het noordwesten van de stad Groningen een warmtenet aan, dat wordt gevoed door een geothermiebron op de Zernike Campus. Dit najaar start de aanleg van de daadwerkelijke geothermiebron, die het warme water op gaat pompen uit de grond. In de toekomst kunnen meer dan 10.000 huishoudens in het noordwesten van de stad Groningen duurzame warmte van dit net gebruiken in plaats van aardgas. Dit is het eerste diepe geothermie project in Nederland dat warmte levert aan huishoudens van bestaande bouw op deze schaal.

Veiligheid voorop!

Veiligheid staat bij Warmtestad voorop. Daarom zetten wij het TLS monitoring systeem in. Dit is een protocol waarin is beschreven hoe het bevingsrisico wordt gemonitord en wanneer wordt ingegrepen. Het TLS monitoring systeem is internationaal ontwikkeld en heeft zich al bewezen.