Energieopslag in aquifers

Bij aquifer­opslag wordt gebruik gemaakt van een water­voerende laag om warmte of koude op te slaan. In veel gevallen wordt een aquifer opslag­systeem toegepast voor het opslaan van zowel koude als lage temperatuur warmte ten behoeve van koeling en ruimte­verwarming van gebouwen. Hierbij wordt in de winter­periode grondwater opgepompt uit één of meer warme bronnen, vervolgens wordt de warmte die is opgeslagen in het grondwater gebruikt voor verwarmings­doeleinden, waarna het afgekoelde grondwater wordt terug­gebracht in de aquifer via koude bronnen. In de zomer­periode verloopt het proces in omgekeerde richting. Koud grondwater wordt opgepompt uit de koude bronnen, gebruikt voor koeling en vervolgens wordt het opgewarmde grondwater weer geïnfiltreerd in de warme bronnen.

Er zijn enige honderden aquifer­opslag projecten in bedrijf die zijn ontworpen door IF Technology. Toepassingen van aquifer­opslag zijn met name te vinden in de gebouwde omgeving, zoals bij kantoor­gebouwen, zieken­huizen, winkel­centra en woonwijken. Er zijn echter ook tientallen projecten gerealiseerd in de industriële sector en de agrarische sector, o.a. voor kunststof­verwerkende bedrijven, drukkerijen, champignon­kwekerijen en glas­tuin­bouw­bedrijven. De meeste aquifer opslag­projecten die in Nederland gerealiseerd zijn, hebben een opslag­capaciteit in de range tussen 750 kW en 2000 kW.

Aquifer opslag maakt het mogelijk het gebruik van fossiele brand­stoffen voor verwarming en koeling sterk te reduceren. Een aquifer­opslag systeem voor koude en lage temperatuur warmte ten behoeve van een kantoor­gebouw bespaart 70 tot 80% op het verbruik van elektri­citeit voor de koude­opwekking en 20 tot 40% op het verbruik van gas of olie ten behoeve van de warmte­opwekking.

X

Technische Universiteit Eindhoven (Nederland)

Aquiferopslag

De aquiferopslag op de campus van de TU in Eindhoven is een collectief systeem waarbij de bronnen via een distrubitie-systeem koude en warmte leveren aan de aangesloten gebouwen.

De warmtepompen staan opgesteld in de afzonderlijke gebouwen.

Het grondwatersysteem bestaat uit 36 bronnen (18 koude bronnen en 18 warme bronnen), verdeeld over drie clusters koude bronnen en drie clusters warme bronnen. Het maximale grondwaterdebiet bedraagt 2.250 m³/h.

Kentallen aquiferopslagsysteem (zonder de warmtepompen):
- Koude vermogen 20.000 kW (directe koeling)
- Vermogen levering lage temperatuur warmte 20.000 kW

De eerste gebouwen zijn in 2002 aangesloten op het aquiferopslag systeem.

Overzicht met clusters van warme en koude bronnenPrincipe schemaDetail van bron (bronkop)
Overzicht met clusters van warme en koude bronnenPrincipe schemaDetail van bron (bronkop)
X

National Maritime Museum (NMM), Greenwich, London (UK)

Aquiferopslag

In de nieuwe zuidvleugel van NMM wordt de koeling en verwarming (deels) geleverd door een aquiferopslag systeem

Het grondwatersysteem bestaat uit 2 bronnen (1 doublet) met een onderlinge afstand van circa 175 m. De opslagaquifer is de London Chalk.

In het project is een door IFTech ontwikkelde HPS (Heat Pump Skid) toegepast. De HPS is een geprefabriceerd en gestandardiseerd product voor bodemgekoppelde warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen.

Kentallen aquiferopslag systeem (met warmtepomp):
- Koude vermogen: 350 kW
- Verwarmingsvermogen: 300 kW

Het systeem is momenteel in fase van constructie en zal begin 2011in gebruik worden genomen.

Boren van één van de bronnenNew South West Wing NMM
Boren van één van de bronnenNew South West Wing NMM
X

Sint Elizabeth Ziekenhuis, Turnhout (België)

Aquiferopslag

In het St. Elizabeth Ziekenhuis in Turnhout wordt de koeling en verwarming deels geleverd door een aquiferopslag systeem.

Voor het renovatieproject van het Sint-Elizabeth Ziekenhuis te Turnhout is geopteerd om de koudeproductie deels uit te voeren met koude-warmteopslag. De koude wordt aangemaakt met behulp van de luchtbatterijen en opgeslagen in de koudebron. De KWO staat bijgevolg ook in voor de voorverwarming van de koude buitenlucht in de winter. De afgifte van de opgeslagen koude in de zomer gebeurt eveneens via de koelbatterijen van de luchtgroepen. Naargelang het renovatieproject vordert kan de capaciteit van de KWO-installatie verdubbeld worden.
Het grondwatersysteem bestaat uit twee bronnen (één warme bron en één koude bron). Het maximaal grondwaterdebiet is 85 m3/h.

Kentallen aquiferopslag systeem (met warmtepompen):
- Koude vermogen: 1350 kW
- Verwarmingsvermogen: 600 kW

Het systeem is in gebruik sinds 2005.

Sint-Elizabeth Ziekenhuis te TurnhoutWarmtepompen in technische ruimteOrtofoto © AGIV
Sint-Elizabeth Ziekenhuis te TurnhoutWarmtepompen in technische ruimteOrtofoto © AGIV

Voorbeeldprojecten

Technische Universiteit Eindhoven (Nederland)Technische Universiteit Eindhoven (Nederland)

Aquiferopslag

De aquiferopslag op de campus van de TU in Eindhoven is een collectief systeem waarbij de bronnen via een distrubitie-systeem koude en warmte leveren aan de aangesloten gebouwen.

National Maritime Museum (NMM), Greenwich, London (UK)National Maritime Museum (NMM), Greenwich, London (UK)

Aquiferopslag

In de nieuwe zuidvleugel van NMM wordt de koeling en verwarming (deels) geleverd door een aquiferopslag systeem

Sint Elizabeth Ziekenhuis, Turnhout (België)Sint Elizabeth Ziekenhuis, Turnhout (België)

Aquiferopslag

In het St. Elizabeth Ziekenhuis in Turnhout wordt de koeling en verwarming deels geleverd door een aquiferopslag systeem.

Lees verder:

 Energieopslag met bodem­warmte­wisselaar.

 Terug naar diagram.

Veel gestelde vragen

Welk opslagrendement is realiseer­baar?

Aquifer opslag biedt de mogelijkheid koude en lage temperatuur warmte op te slaan gedurende een seizoen met een rendement van 70 tot 90%. Indien warmte wordt opgeslagen op een hogere temperatuur, dan daalt het opslag­rendement naarmate de opslag­temperatuur hoger wordt. Er zijn aquifer opslag­projecten gerealiseerd met een opslag­temperatuur van 90°C. Bij deze opslag­temperatuur is een opslag­rendement realiseer­baar van 50 tot 70%.

Om de genoemde opslag­rendementen te realiseren, dient aan twee voorwaarden te worden voldaan: de aquifer dient geschikt te zijn voor energie­opslag en het project dient van voldoende omvang te zijn.

Is elke aquifer geschikt?

Helaas niet. De aquifer kan een zandlaag zijn, maar ook een laag van zandsteen of kalk. Voor koudeopslag en lage temperatuur warmte­opslag dient deze laag voldoende dik te zijn (dikte > 10 meter), voldoende doorlaat­vermogen te hebben (doorlaat­vermogen > 100 m²/d) en tevens mag de natuurlijke grondwater­stroming niet te hoog zijn (grondwater­stroming < 50 meter per jaar, voor grote projecten < 100 meter per jaar). Indien de grondwater­stroming hoog is, gaat veel van de opgeslagen warmte of koude verloren gedurende de opslag­periode. In dat geval is het beter de aquifer te gebruiken voor een bodem­gekoppeld warmte­pomp­systeem.

Wordt de aquifer gebruikt voor warmte­opslag op hogere temperatuur, dan is een hoge waarde van het doorlaat­vermogen ongewenst, omdat bij een hoog doorlaat­vermogen de warmte­verliezen door vrije convectie­stroming toenemen.

Welke project­grootte is gewenst?

Het antwoord op deze vraag is afhankelijk van de rand­voorwaarden. Bij toepassing van aquifer­opslag voor de gecombineerde koeling en verwarming van een gebouw, wordt een gunstig energetisch rendement bereikt indien de aquifer­opslag een capaciteit heeft van meer dan 200 à 300 kW koel­vermogen. Veelal is deze omvang niet economisch haalbaar. Het aquifer opslag­project is meestal economisch interessant voor een koel­vermogen groter dan 800 à 1000 kW.

Is een aquifer opslag­project hetzelfde als een bodem­gekoppeld warmtepomp project?

Nee, een deel van de energie­voorzienings­systemen met aquifer­opslag heeft geen warmtepomp. De aquifer opslag­systemen die wel een warmtepomp hebben, maken in de zomer gebruik van directe koeling met behulp van de opgeslagen koude, dat wil zeggen zonder inschakeling van de warmtepomp. Deze aquifer opslag­systemen kunnen dus worden beschouwd als geavanceerde bodem­gekoppelde warmtepomp systemen.

Is het gebruik van grondwater betrouwbaar?

Grondwater kan corrosief zijn, opgeloste gassen en opgelost ijzer bevatten, en kleine deeltjes uit de aquifer meevoeren. Dit kan een bron zijn van veel operationele problemen. Deze problemen kunnen echter worden vermeden bij een goed ontwerp en een goede realisatie van het aquifer opslag­systeem. Dit betekent onder meer aandacht voor de materiaal­keuze en het ontwikkelen ("schoon­pompen") van de bronnen. Ontgassing en ijzer­neerslag kunnen in veel gevallen worden voorkomen door het handhaven van enige overdruk in het grondwater systeem. Hiervoor worden voor het infiltreren bijvoor­beeld meerdere injectie­leidingen toegepast of speciaal daarvoor ontwikkelde druk­handhavings­kleppen, die in bronnen geplaatst kunnen worden.

Well head with motorized valves and injection tubes
Diagram

Energie­opslag

Bodem­gekoppelde warmte­pomp

Projecten Publicaties