Ondergrondse energieopslag: het overwegen waard
Energieopslag in de bodem kan tot aanzienlijke energiebesparing leiden. De website Bodemnieuws staat uitvoerig stil bij de mogelijkheden en voordelen.
Uit de website van Bodemnieuws
>> Bij ondergrondse energieopslag wordt de ondergrond gebruikt als opslagmedium voor warmte of koude. De bodem fungeert als een soort thermos (grondwater wordt gebruikt als transportmedium voor de energie). Bij deze techniek wordt overtollige koude of warmte tijdelijk opgeslagen in een zandlaag in de ondergrond en pas gebruikt wanneer er vraag naar is. Zo kan winterkoude in de ondergrond opgeslagen worden voor koeling in de zomer. Tegelijkertijd kan met het systeem in de zomer warmte opgeslagen worden voor verwarming in de winter. Hierdoor wordt de ondergrond een duurzame energiebron. ’De belangstelling voor dit soort duurzame systemen is de laatste jaren sterk toegenomen, en dit zowel uit oogpunt van milieu als van kostenbesparing. Koude/warmte-opslag (KWO) worden momenteel meestal toegepast voor het verwarmen en koelen van grote(re) kantoorgebouwen en woon- en zorgcentra.’ Aan het woord zijn Ing. Jan Vanden Bergh, Area Manager bij Smet-GWT en Ing. Bart Nuyts, General Manager bij technisch handelsbureau TAS.
Werkingsprincipe
Volgens onze gesprekspartners is het werkingsprincipe van energieopslag in de bodem relatief eenvoudig. Koude en/of warmte wordt, door middel van waterputten, opgeslagen in een watervoerende zandlaag (aquifer) in de bodem. Met behulp van bronnen kan het grondwater uit de aquifer worden opgepompt en weer in de aquifer worden geïnfiltreerd. ’s Winters wordt de winterkoude opgeslagen in de koude bron met een temperatuur van ongeveer 8°C. ’s Zomers wordt het koude grondwater uit de koude bron opgepompt en gebruikt voor koeling van een gebouw of proces. Het grondwater neemt de warmte uit het koelcircuit in het gebouw op, en wordt vervolgens met een temperatuur van 15 à 20°C in de warme bron geïnfiltreerd. Het grondwatercircuit en het gebouwencircuit zijn gescheiden door een warmtewisselaar. Warmte/koudeopslag in combinatie met een warmtepomp bespaart ongeveer vijftig procent op de energie voor verwarmen en koelen in vergelijking met een klassieke installatie, bestaande uit een ketel en koelmachine. De levensduur van de bronnen, de terreinleidingen en warmtewisselaar is tenminste 25 à 35 jaar.
Open en/of gesloten
In technisch opzicht worden er, grosso modo, twee typen systemen toegepast: open systemen (warmte/koude-opslag, KWO) en verticale Bodem Warmtewisselaars (gesloten systemen, BEO ).
Jan Vanden Bergh, Smet-GWT: ’De open systemen onttrekken energie uit grondwater dat wordt opgepompt door middel van één of meerdere bronnen. Ze worden ook wel grondwatersystemen genoemd. De gesloten systemen onttrekken energie door middel van – bijvoorbeeld – lussen die in de bodem zijn geplaatst. Ze worden dus ook wel bodemwarmtewisselaarsystemen genoemd of Bodemenergieopslag (BEO). De opbouw van de bodem - de natuurlijke bodemtemperatuur - bepaalt (mee) de geschiktheid voor de toepassing van gesloten systemen. Bij de beoordeling van de toepassingsgebieden vormt de economische haalbaarheid van de KWO een belangrijk aandachtspunt. Als eerste kan daarbij worden aangegeven dat de toepasbaarheid van KWO beter wordt naarmate er meer koeling in een gebouw nodig is. Gebouwen waarin niet alleen de ventilatielucht wordt gekoeld, maar ook aanvullend koeling in de vertrekken wordt geleverd, bijv. met koelplafonds, inductie-units en dergelijke, zijn aantrekkelijker voor toepassing van koudeopslag. Gecombineerde koude en warmteopslag maakt de rentabiliteit beter.’
De termen ’open systemen’ en ’gesloten systemen’ duiden dus op het al dan niet oppompen van het opslagmedium.
Bij open systemen wordt grondwater als opslagmedium onttrokken. Via een warmtewisselaar in het gebouw wordt de koude of de warmte uit het opslagmedium gehaald.
Bij gesloten systemen wordt een transportmedium door lussen in de bodem gepompt. Dit transportmedium bestaat uit leidingwater, eventueel met toevoeging van een antivriesmiddel. Warmteuitwisseling vindt plaats via de luswand, terwijl het transportmedium de lus doorstroomt.
Belangrijk hierbij te vermelden is dat bij zowel open als gesloten systemen het opslag- en transportmedium zijn gescheiden van het gebouwencircuit. Het grondwater wordt op deze wijze dus niet blootgesteld aan externe invloeden, waardoor ook verontreinigingen in de bodem worden voorkomen.
Jan Vanden Bergh: ’Het open systeem is dus anders dan de naam misschien doet vermoeden: niet open in de zin van "open en bloot". Door water te pompen, dit af te koelen en het relatief koude water vervolgens te infiltreren neemt de temperatuur van de bodem en het grondwater ter plaatse van de infiltratiebron af. Na enige tijd infiltreren, ontstaat een "bel" koud grondwater rondom de infiltratiebron. Wordt er in het volgende seizoen grondwater onttrokken uit de gevormde koude bron, dan staat de koude bodem zijn energie weer af aan het langsstromende grondwater. Dit koude water wordt aan een koelinstallatie van een gebouw of proces toegevoerd, waar het wordt gebruikt voor koeling. Het water neemt energie uit het gebouw op en wordt daardoor opgewarmd. Als de temperatuur van dit water hoger is dan de natuurlijke grondwatertemperatuur, ontstaat er behalve een koude bron ook een warme bron. De warmte kan in de winter gebruikt worden voor verwarming van het gebouw of proces, eventueel via de inzet van warmtepompen.Met gesloten systemen kan duurzame energie aan de bodem worden onttrokken en worden gebruikt als bronwarmte voor, bijvoorbeeld, warmtepompen. Met deze toepassing wordt op een duurzame manier verwarming geleverd. Ook kan warmte naar de bodem worden afgevoerd. Dit vindt bijvoorbeeld plaats als warmtepompen in de zomer als koelmachines fungeren. De condensorwarmte wordt dan afgevoerd aan de bodem. Op deze manier wordt duurzame koeling gecombineerd met duurzame verwarming. Zoals reeds kort aangehaald, bestaat een bodemwarmtewisselaarsysteem (BEO) uit verticaal of horizontaal in de bodem aangebrachte gesloten warmtewisselaars in de vorm van kunststofslangen of lussen. Toepassing van BEO-systemen met warmtepompen vindt voornamelijk plaats in kleinschalige utiliteitsbouw en in de agrarische sector, tot een vermogen van ongeveer 200kW. Bij hogere vermogens is het interessanter om open systemen te realiseren gezien de investeringskosten en mogelijke besparingen.’
De opbouw van de bodem bepaalt de keuze BEO of KWO. Momenteel heeft Smet GWT de bestelling van een BEO veld van 130 boringen tot 120 m diepte voor het AZ Ziekenhuis Damiaan te Oostende.
Warmtewisselaars
Met behulp van een warmtewisselaar kan de warmte van het ene medium (zoals water of gas) worden overgebracht naar een andere. In de meest ideale situatie koelt de warmtewisselaar het eerste medium af tot de temperatuur waarmee het tweede medium begint en omgekeerd. Een warmtewisselaar kan dus worden gebruik om iets te verwarmen, maar ook om het af te koelen.
Bart Nuyts, technisch handelsbureau TAS: ’In deze moderne tijden waar energie enkel schaarser en duurder wordt, zijn warmtewisselaars noodzakelijke apparaten geworden voor energiebesparende maatregelen. Warmtewisselaars – en nu spreek ik zowel over de veel compactere platenwarmtewisselaars als buizenwarmtewisselaars – kunnen voor veel verschillende doeleinden worden ingezet. Ze kunnen worden gebruikt om een kantoorgebouw of ander utiliteitsgebouw te verwarmen of juist te koelen, maar ook kan vrijgekomen energie van, bijvoorbeeld, industriële machines worden gebruikt om op die manier energie te besparen. De warmte die bij een industrieel proces vrijkomt, kan worden opgeslagen en intern worden hergebruikt of aan omliggende panden worden geleverd. De vrijgekomen warmte kan worden aangewend om een ruimte te verwarmen of juist af te koelen. Warmtewisselaars kunnen ook hun diensten bewijzen in verwarmingssystemen die door middel van zonne-energie of door middel van een warmtepomp het grootste deel van hun warmte aangevoerd krijgen. Dit levert namelijk een aanzienlijke besparing op de verwarmingskosten op.’
Voordelen en kansen
De grootste drijfveer om energieopslag toe te passen zijn de kostenbesparing en de optredende milieuvoordelen. De techniek van verwarming en koeling van een gebouw met warmtepompen in combinatie met energieopslag heeft namelijk een gunstiger energetisch rendement dan een conventioneel systeem. En onze gesprekpartners besluiten: ’Er treedt een aanzienlijke besparing op van de hoeveelheid primaire (fossiele) energie, waarbij tevens de uitstoot van schadelijke broeikasgassen wordt beperkt. Hierdoor kan energieopslag een aanzienlijke bijdrage leveren aan de te bereiken duurzaamheidsdoelstellingen. In het algemeen leidt energieopslag tot een energiebesparing van tachtig voor koelen en tot dertig procent voor het verwarmen van gebouwen. Dus zeker de moeite waard om eens over na te denken.’<<
Bron:
Bodemnieuws, 17 december 2010