Geothermie wordt door velen als dé ‘nieuwe’ bron voor duurzame energie beschouwd. Sinds de eerste putten in 2007 is de techniek als bron voor duurzame energie meer volwassen geworden. Ook wordt deze bron vanwege de beperkte omgevingseffecten als zeer goed inpasbaar gezien. Er wordt dan ook een grote rol voor deze bron weggelegd in de energietransitie, waardoor binnen korte tijd meerdere ontwikkelingen tegelijkertijd zullen lopen.
Enige tijd geleden is er een eerste blog over geothermie geschreven waarin de techniek van de energiebron is geïntroduceerd. Deze blog is het tweede deel van een serie waarin relevante onderwerpen van geothermie worden behandeld. Hierin ga ik vervolgens dieper in op de warmtevraag en de bediening daarvan met behulp van geothermie.
De totale warmtevraag
Voor het goed in beeld krijgen van de warmtevraag, is het van belang om relevante trends te achterhalen en toekomstige trendbreuken te voorspellen. Om niet een statistisch wetenschappelijke exercitie uit te hoeven voeren, maar wel een onderbouwde inkijk te geven in de warmtevraag, kijken we voor het gemak even terug tot 2012.
In 2012 was sprake van een totale warmtevraag van circa 1200 PJ. Deze hoeveelheid betrof 55% van de totale energiebehoefte van Nederland. Dit betreft al het energieverbruik van Nederland, dus niet alleen de huishoudens. Wanneer de warmtevraag per sector wordt onderverdeeld, leverde het volgende beeld op voor 2012[1]:
- Industrie: 44 %,
- Huishoudens: 29 %,
- Utiliteitssector: 20 % en
- Landbouw: 7%.
In 2015 is deze warmtevraag maar weinig gewijzigd. Ook toen was sprake van 53% van het totaal aan verbruikte energie dat opgaat aan het produceren van warmte[2]. In 2017 was dit 54%. De algemene trend is echter dat sinds het jaar 2000 de totale warmtevraag met 0,8% per jaar daalt. Duidelijk is dat onze vraag naar warmte het grootste deel van onze energiebehoefte in beslag neemt.
Wanneer alleen naar huishoudens wordt gekeken, blijkt ook dat er sprake is van een neergaande trend. Zie hiervoor ook onderstaande grafiek van het Centraal Bureau voor de Statistiek. Ook hier is en blijft warmte, geproduceerd door aardgas, het grootste aandeel innemen van de totale energiebehoefte.
Hoe kan in deze behoefte worden voorzien?
Zoals uit voorgaande grafiek blijkt, wordt in het voornaamste deel van de warmtevraag voorzien met behulp van aardgas. Dit is in Warmtevisie van 2015 nogmaals bevestigd. In deze visie is gas als nagenoeg enige energiebron voor de warmtevraag voorzien. Slechts enkele procenten van alle warmte in dat jaar werd duurzaam geproduceerd. Slechts circa 5% van de totale warmtevraag werd gedekt door restwarmtebenutting. Het is de verwachting dat dit aandeel in de komende jaren fors zal toenemen.
Onder restwarmte valt de restwarmte van industrie en waterzuiveringen, maar ook geothermische bronnen. Deze restwarmte wordt via een warmtenet van producent naar gebruiker gebracht. Dit grootschalige geïsoleerde leidingenstelsel en distributienet levert het hete water van de “bron” en retourneert het afgekoelde water nadat de gebruiker de warmte uit dit water heeft gehaald. Het moge duidelijk zijn dat de warmte uit (conventionele) geothermie ook op deze wijze wordt benut.
Deze vorm van warmtelevering vereist een andere kijk op de markt, omdat de warmte direct beschikbaar is, en niet is ‘opgeslagen’ in gas, elektriciteit of kolen. Het gevolg hiervan is dat de meeste warmtenetten tot nu toe een gesloten systeem betreffen en een lokale markt bedienen. Er is sprake van één warmteproducent en één warmtenet. Indien de warmte-afnemer afhankelijk is van de warmtelevering van het warmtenet, heeft deze veelal geen keuze in warmte-leverancier, wat marktwerking aan de leveringskant (de energieproducent) onmogelijk maakt.
De overheid doet er daarom goed aan bij (de vergunningverlening voor) de aanleg van nieuwe warmtenetten te overwegen er “open” of “communale netten”[3] van te maken. De afnemer kan dan kiezen uit verschillende leveranciers en meerdere producenten – met verschillende vormen van warmteproductie – kunnen warmte op het net brengen. Hiermee is sprake van gezonde concurrentie op het net wat positief werkt op de prijs voor de uiteindelijke klant.
Geothermie en warmtenetten
Geothermie levert warmte die geschikt is voor industrie (proceswarmte), huishoudens en kantoren (ruimteverwarming) en de landbouw (glastuinbouw). Geothermie heeft een belangrijk voordeel: de bron is continu beschikbaar, ongeacht omstandigheden. Dit is echter ook meteen een nadeel: er is ook een continue warmtebron beschikbaar in de zomer. De geothermische bron kan niet uitgeschakeld worden, omdat dit een ‘collapse’ tot gevolg kan hebben. Voor optimale benutting van de bron is grootschalige afname in de zomer (tuinbouw, industrie) of buffering in de ondergrond noodzakelijk.
Het gebruik van een warmtenet en de benutting van het geothermisch potentieel is, door de beperkte transporteerbaarheid van warmte, afhankelijk van de match tussen bovengrondse vraag en het aanbod in de ondergrond. De vraag doet zich vooral voor in concentratiegebieden van de glastuinbouw, warmte vragende industrieën en het stedelijk gebied vanwege de aanwezigheid van bedrijven en woningen. Voor laatstgenoemde geldt dat met name de locaties waar al stadsverwarming aanwezig is aantrekkelijk zijn voor eventuele geothermische bronnen, omdat hier al aan een belangrijke voorwaarde – de afname van de warmte – wordt voldaan.
Toepassing in de woningbouw
Binnen de woningbouw is een scala aan mogelijkheden voor warmteleverantie mogelijk. De toepassing van geothermie wordt hierbij als zeer logisch, maar ook als nog verder te ontwikkelen beschouwd.
Figuur 1 laat zien dat de meest kansrijke opties voor duurzame verwarming van woningen gebaseerd zijn op aansluiting op een warmtenet (hoge temperatuurverwarming, HTV) of volledige elektrificatie van de warmtevoorziening. Dit plaatje is ook van toepassing op de utiliteitsbouw, waarbij geldt dat de warmtepomp met bodembron wat gunstiger is voor utiliteitsbouw dan voor woningen. Over het algemeen heeft een (collectieve) hoge temperatuur oplossing, met aansluiting op een warmtenet, de laagste investeringskosten en de laagste maatschappelijke kosten.[4]
Het effect op woningen
De overgang van warmte uit aardgas naar warmte uit een warmtenet vraagt een verandering aan de woning. Zoals uit voorgaande paragraaf blijkt, bestaan er (gesimplificeerd) twee mogelijkheden om de woning te verwarmen (anders dan met aardgas); door middel van hoge-/of midden-temperatuurverming (HTV/MTV) of met lage-temperatuurverwarming (LTV). Figuur 2 laat zien wat het verschil is qua maatschappelijke impact tussen deze toepassingen. In beide toepassingen is ook rekening gehouden met o.a. geothermie (warmtenet). Voor woningen uit de periode voor 1945 wordt LTV (met een all-electric oplossing) “duur en technisch ingewikkeld” beschouwd, voor woningen uit de periode 1945 – 1992 is “inpassing mogelijk, maar duur”[6]. Dit maakt dat voor diverse stadsdelen toepassing van HTV/MTV de beste optie is simpelweg omdat vergaande aanpassing van bestaande panden financieel en maatschappelijk niet mogelijk of wenselijk is.
Omgang met pieken in de warmte vraag
Een geothermische bron levert een constante hoeveelheid aan warmte. Dit heeft niet alleen een relatie met seizoen-variaties zoals eerder aangegeven, maar ook met de dagelijkse pieken in de warmtevraag in de winter. Om de geothermische bron zo in te richten, dat het deze pieken kan opvangen, is niet realistisch vanuit kostenoogpunt. Wanneer geothermie volledig wordt benut door de warmtebehoefte van woningen, zal deze bron veelal in combinatie met andere warmtebronnen worden gerealiseerd. Dit kan door meerdere bronnen op het eerder benoemde communale net te laten aansluiten, aanvullende bronnen per woning te realiseren óf een aanvullende en constante afname van de warmte toevoegen, en daar de warmtebron en het net op aan te laten sluiten.
Productie van elektriciteit
Ultra Diepe geothermie (UDG, dieper dan 3500 meter) kan industriële processen voorzien van warmte met een hogere temperatuur. Verschillende sectoren zoals de papierindustrie, de voedings- en genotsmiddelenindustrie, de chemie en de glastuinbouw tonen al interesse voor de toepassing van diepe geothermie.
Voor elektriciteitsproductie is het noodzakelijk om op grotere dieptes dan 4 kilometer te opereren. De kennis van de bodem op deze dieptes is schaars en beperkt zich tot enkele specifieke locaties. De verwachting is dat in heel Nederland een mogelijkheid voor UDG is, mits voldoende diep wordt geboord. In de laatste blog komen we hier – onder meer – op terug.
Bronnen
[1] Bron: Kamerbrief Warmtevisie, Ministerie van Economische Zaken, kenmerk: DGETM-ED / 15042827, d.d. 2015
[2] Bron: Warmtemonitor 2015, Centraal bureau voor de statistiek
[3] Bij een communaal net beheert een onafhankelijke netbeheerder of exploitant de infrastructuur zoals dat ook op de gas- en elektriciteitsmarkt gebeurt.
[4] “Aansluiten op warmtenetten, handreiking”, AEDES / CE Delft, 19 december 2017; Hoogervorst, 2017
[5] “Rapport “Warm aanbevolen, CO2 arme warmte in de gebouwde omgeving”, Raad voor de Leefomgeving en Infrastructuur, ISBN 9789077166765, december 2018 en De Bruin et al., 2018a
[6] “Rapport “Warm aanbevolen, CO2 arme warmte in de gebouwde omgeving”, Raad voor de Leefomgeving en Infrastructuur, ISBN 9789077166765, december 2018
[7] “Rapport “Warm aanbevolen, CO2 arme warmte in de gebouwde omgeving”, Raad voor de Leefomgeving en Infrastructuur, ISBN 9789077166765, december 2018