Waaruit bestaat een geothermie installatie?

Geothermie is aardwarmte en kan worden aangewend als verwarmingsbron of indirect als energieleverancier worden gebruikt waarbij de aardwarmte bijvoorbeeld wordt omgezet in elektrische energie. Geothermie is een effectieve alternatieve energiebron omdat er bij deze installaties nauwelijks CO2 vrij komt in de atmosfeer. Dat maakt geothermie veel milieuvriendelijker dan bijvoorbeeld aardgas. Voordat met een geothermie-installatie gaat bouwen moet met een grondig onderzoek doen. Zo moet men een goed beeld hebben van de aardbodem en de aardlagen waarin warm grondwater aanwezig is. Als men dit in kaart heeft gebracht en de uitkomst interessant genoeg is, kan men gaan bouwen. Een geothermie-installatie bouwt men niet zomaar. Een dergelijke installatie kost miljoenen en moet daarom zorgvuldig worden gebouwd door professionele bedrijven. Een geothermie installatie bestaat uit een aantal onderdelen. Deze onderdelen zijn hieronder in een aantal alinea’s beschreven.

Putten
Allereerst zijn er twee schachten nodig die ook wel putten worden genoemd. Deze putten worden met een grote boorinstallatie geboord en zijn ongeveer 2 kilometer lang. Op 2 kilometer diepte is de aardwarmte ongeveer 60 tot 80 graden Celsius. De put wordt tot onder het grondwater geboord. Er moet dus rekening worden gehouden met de grondwaterstand voordat men gaat boren. Het warme water wordt uit de put omhoog gepompt.

Het is natuurlijk wel belangrijk dat de putten of schachten niet in elkaar storten tijdens het oppompen van het warme grondwater. De ondergrondse druk is hierbij een belangrijke factor. Deze druk kan er voor zorgen dat de schachten in elkaar gedrukt worden. Dat moet worden voorkomen en daarvoor worden buizen geplaatst in het boorgat van de put. Deze buizen worden vervolgens vastgezet met cement. Op die manier zijn de schachten verankert.

De uiteinden van schachten of putten zijn onder de grond ongeveer 1 tot 2 kilometer van elkaar verwijderd. Dat is noodzakelijk want via de ene put wordt warm water opgepompt en via de andere put wordt koud of afgekoeld water weer naar beneden gepompt. Dit koude water wordt vervolgens weer opgewarmd door de aarde en het overige grondwater zodat het weer opgewarmde water naar boven gehaald kan worden in de eerst schacht. Zo ontstaat er een circulair systeem waardoor het volume aan grondwater gelijk blijft en bodemdaling wordt voorkomen of geminimaliseerd.

Warmtewisselaar

Het opgepompte warme water stroomt door buizen in een warmtewisselaar. In deze warmtewisselaar komt het warme grondwater in contact met het water van het verwarmingssysteem. Dit water wordt door het grondwater verwarmt. Er vindt uitwisseling van warmte plaats vandaar de term warmtewisselaar. Het opgewarmde water stroom uit de warmtewisselaar naar de verwarmingssystemen van gebouwen, utiliteit en woningen. Een pomp zorgt er voor dat het afgekoelde grondwater weer naar beneden wordt gepompt via de juiste put. Daardoor komt het afgekoelde grondwater weer op dezelfde diepte waar het ook vandaan werd gepompt via de andere put.

Pompen
In de alinea’s hiervoor is een paar keer het woord ‘pomp’ gebruikt. Een geothermische installatie kan niet zonder een paar pompen waarmee het water wordt opgepompt uit de aardbodem en teruggepompt naar de oorspronkelijke diepte. Deze pompen worden net als de warmtewisselaar in een gebouw geplaatst van ongeveer twintig bij twintig meter. Hierin zijn vaak ook filters geplaatst voor het filteren van het grondwater.

Ontgassingsinstallatie
Samen met het grondwater kan ook aardgas naar boven komen. Dit brengt extra risico’s met zich mee in de vorm van brandgevaar en explosiegevaar. Om die reden wordt er meestal een ontgassingsinstallatie met een ontgassingstank. Dit is een veiligheidsvoorziening. Als er aardgas aanwezig is kan er ook een noodfakkel worden aangebracht die er voor zorgt dat het aardgas wordt afgefakkeld.

Technische ruimte
Tot slot is er nog een technische ruimte nodig voor het uitvoeren van revisie, reparatie en onderhoud. Een geothermie installatie heeft net als andere grote installaties onderhoud nodig. Vooral de aanwezigheid van aardgas kan voor extra risico’s zorgen waardoor het onderhoud en de reparaties door specialisten moet gebeuren met een werkvergunning en verschillende veiligheidscertificaten.

Geothermie en duurzaamheid

Geothermie is een ander woord voor aardwarmte en wordt steeds vaker genoemd als een goed alternatief voor aardgas. Dat is geen wonder want geothermie is altijd aanwezig en daardoor een onuitputtelijke duurzame energiebron. Veel woningen hebben nog een centrale verwarming waarin aardgas wordt verbrand om warm cv-leidingwater te realiseren. Het verstoken van aardgas staat echter ter discussie vanwege de CO2 uitstoot maar ook vanwege het feit dat aardgas een fossiele brandstof is die niet onuitputtelijk is.

Aardwarmte is onuitputtelijk duurzaam
Aardwarmte is de warmte die de aarde zelf afgeeft en is daardoor onuitputtelijk. Daarvoor moet men echter wel diep in de aardkorst boren. Hoe dieper men in de aardlagen boort hoe hoger de temperatuur wordt. Dat betekent dat men diep moet boren om voldoende warmte te winnen voor verwarmingsinstallaties van woningen en utiliteitscomplexen. Het boren van een schacht kost miljoenen euro’s. De geothermische dieptemaat is een belangrijke factor in de prijs van het boren naar aardwarmte of geothermie.

Geothermische dieptemaat
Aardwarmte wordt naar boven gehaald doormiddel van grondwater. Grondwater bevind zich in verschillende bodemlagen en heeft daardoor ook een verschillende temperatuur. Gemiddeld wordt de temperatuur van de aardbodem 35 °C tot 40 °C hoger naar mate men dieper boort. De diepte waarop men boort naar aardwarmte wordt ook wel de geothermische dieptemaat genoemd. De dieptemaat waarop men op een bepaalde aardwarmte stuit is echter niet in elk land hetzelfde en ook binnen een land verschilt de warmte die men aantreft in de aardlagen. Dat maakt het lastig om een vaste geothermische dieptemaat te bepalen waarop men een bepaald rendement aan geothermie kan aantreffen. Als men in een bepaalde regio gebruik wil maken van aardwarmte zal men daarom eerst een grondig bodemonderzoek moeten doen naar de aardlagen en de aanwezigheid van (warm) grondwater.

Warmteanomalieën
De geothermische dieptemaat oftewel de aardlaag waar een bepaalde aardwarmte wordt aangetroffen is verschillend zoals in de alinea hierboven beschreven is. Dat betekent dat er positieve en negatieve afwijkingen kunnen zijn in de aanwezige warmte. Deze afwijkingen van de standaard noemt men ook wel warmteanomalieën. Deze afwijkingen kunnen bijvoorbeeld ontstaan door lagen met vulkanische activiteit. Denk hierbij aan de geisers op IJsland waaruit kokend heet water naar boven spuit. Dit is een voorbeeld van geothermie waarbij enorm veel heet water vrij komt. Er zijn echter meerdere locaties waar vulkanische activiteit aanwezig is en het water op een redelijk kleine diepte al kokend heet is. Deze anomalieën zijn waardevol voor geothermie. In de geothermie worden deze beschouwd als hoogenthalpie vindplaatsen.

Direct en indirect gebruik van geothermie
Hoogenthalpie vindplaatsen zijn op verschillende locaties in de wereld aanwezig. Deze locaties worden wereldwijd gebruikt als energiebronnen voor het opwekken van elektrische stroom. Dit gebeurd in een geothermiecentrale. Daarbij maakt men bijvoorbeeld gebruik van een warmte-krachtkoppeling (WKK). Dit is echter een vorm van indirect gebruik van geothermie met een hoog rendement. Men kan echter ook direct gebruik maken van geothermie. Daarbij gaat men het warme grondwater direct door een verwarmingssysteem heen pompen.

Aardbodemdaling door geothermie?
Er zijn risico’s verbonden aan het gebruik van warm grondwater. Door grondwater uit de aardbodem te pompen bestaat er een kans dat de aardbodem gaat dalen als het grondwatervolume aanzienlijk afneemt. Daarom gebruikt men bij geothermie vaak installaties waarbij ook weer afgekoeld water teruggepompt wordt in de aardbodem zodat het volume aan grondwater ongeveer gelijk blijft.

Wat is geothermie?

Geothermie is een ander woord voor aardwarmte en is tevens een verzamelnaam voor technologie waarmee warmte uit verschillende aardlagen wordt gewonnen, getransporteerd en gebruikt om gebouwen en andere voorzieningen te verwarmen. Als men het in het kader van de energietransitie heeft over geothermie dan doelt men meestal op installaties waarmee warm grondwater uit diepere aardlagen naar boven wordt gepompt. Dit warme water wordt vervolgens via verwarmingssystemen overgedragen op de omgeving die daardoor wordt verwarmt. Het water wordt bij deze warmteafgifte afgekoeld. Het afgekoelde water wordt vervolgens weer in de aardbodem gepompt via een andere buis. Daar wordt het water weer door de diepere aardlagen verwarmd en mengt het zich met het overige grondwater. Dit wordt vervolgens opgepompt. Op die manier ontstaat in feite een circulair systeem waardoor bodemdaling wordt voorkomen en er ook geen tekort ontstaat aan water.

Wat betekent geothermie?
Het woord geothermie is een samenvoeging van de Griekse woorden geo (dat vertaald wordt met ‘aarde’) en thermos (dat vertaald kan worden met ‘warmte’). Deze vertaling zorgt er voor dat geothermie letterlijk vertaald kan worden met het woord ‘aardwarmte’. Aardwarmte is een energiebron die tot de duurzame energiebronnen wordt gerekend omdat aardwarmte altijd aanwezig is en dus niet opraakt. Aardwarmte is daardoor duurzamer dan fossiele brandstoffen die overigens uit de aardbodem worden gehaald. Echter worden de fossiele brandstoffen verbrand om warmte te realiseren. Bij het verbranden komt echter CO2 vrij en andere schadelijke stoffen zoals fijnstof. Door direct warmte te transporteren zonder brandstoffen te verbranden bespaard men energie en zorgt men er tevens voor dat er geen schadelijke stoffen in het milieu terecht komen. Toch kunnen er wel gassen vanuit de aardbodem naar boven komen tijdens het winnen van warm grondwater. Daar dient men bij de installatie van een geothermische warmtepomp wel rekening mee te houden.

Wat is een passiefhuis?

Een passiefhuis is een woning die energiezuinig is en daarmee voldoet aan de eisen die zijn weergegeven in het passiefhuis-certificaat. Zowel in Nederland als in België kent men het begrip passiefhuis. In Nederland verbruikt een passiefhuis vier keer minder energie dan een gemiddelde nieuwbouwwoning die in 2011 is gebouwd. Daarnaast stoot een passief huis 54% minder CO2 uit dan een nieuwbouwwoning.

Passiefhuizen en klimaatneutraal wonen
Door de ontwikkeling van passiefhuizen zetten overheden en bewoners een belangrijke stap in de richting van de verduurzaming van het woningaanbod. Ook het behalen van de doelstellingen in wereldwijde en landelijke klimaatakkoorden wordt realistischer wanneer er meer passiefwoningen worden gebouwd. Als men nagaat dat ongeveer dertig procent van de menselijke CO2-emissie in West-Europa en Midden-Europa ontstaat bij het gebruiken van woningen en utiliteit. Veel overheden willen uiteindelijk energieneutraal en klimaatneutraal wonen realiseren maar dat is helaas niet altijd mogelijk. Passiefhuizen zorgen er echter wel voor dat ambities binnen bereik komen.

Ontstaan passiefhuizen
Hoewel men na het jaar 2000 de term passiefhuizen steeds vaker is gaan gebruiken is de term passiefhuis eigenlijk al veel ouder. In de jaren zeventig van vorige eeuw heeft de Zweedse professor Bo Adamson de principes al in kaart gebracht voor een passiefhuis. In 1996 had de Duitse professor Wolfgang Feist het  de Passiv Haus Institut in Darmstadt opgericht. Vanuit dit instituut werd het certificaat met de naam passiefhuis uitgebracht. 

Verder heeft het Passiv Haus Institut ook een rekenprogramma ontwikkeld waarmee men kan toetsen in welke mate een woning voldoet aan het certificaat passiefhuis. Dit rekenprogramma is het PassiefHuis ProjecteringsPakket (PHPP). Hoewel men zou denken dat een passiefhuiscertificaat alleen bedoelt is voor woningen wordt het certificaat in de praktijk ook verstrekt aan utiliteitscomplexen zoals kantoren, zorginstellingen, scholen en ziekenhuizen. Als deze gebouwen kunnen in de praktijk het Passiefhuis-certificaat krijgen als ze aan de kenmerken van een passiefhuis voldoen.