Open hydrothermaal systeem

Meestal wordt aardwarmte ontgonnen volgens een eenvoudig en robuust concept:

  • warm water wordt via één of meer boorputten opgepompt uit de ondergrond;
  • warmte uit het opgepompte water wordt via een warmtewisselaar overgedragen naar een toepassing;
  • het afgekoelde water wordt via één of meer boorputten terug in de ondergrond gepompt waardoor een gesloten kringloop ontstaat en het waterniveau in de ondergrond op peil blijft.

Dit noemen we een open hydrothermaal systeem. De hoeveelheid energie die je zo kan winnen, hangt af van het temperatuurverschil dat je nuttig kan aanwenden, van de verpompte hoeveelheid water (het debiet) en de warmte-aanvoersnelheid (doorlatendheid of permeabiliteit) in de ondergrond. Een essentiële voorwaarde voor de ontwikkeling van een hydrothermaal systeem is de aanwezigheid van een goede watervoerende laag met de geschikte temperatuur. Een goede watervoerende laag is een grondlaag met goed verbonden poriën en spleten zodat water er gemakkelijk door kan stromen. Wanneer de stromingseigenschappen niet volstaan, kan men trachten de verbinding tussen de poriën en spleten te verbeteren. Men spreekt in dat geval van een verbeterd (‘enhanced’) geothermisch systeem of EGS.

In de praktijk worden bij een geothermisch project meestal twee putten geboord: een productie- en een injectieput. Als beide putten dezelfde geologische laag aanboren, noemt men zo’n systeem een ‘geothermisch doublet’. Eindigen beide putten in een verschillende laag, dan spreekt men van een ‘semi-doublet’. De afstand tussen de doubletputten wordt gekozen in functie van de gewenste levensduur van het geothermisch systeem. Door jarenlang onttrekken van warm water uit de ene put en injecteren van afgekoeld water in de andere ontstaat een traag voortschrijdend koudefront van de injectieput naar de productieput. Dynamische modellen laten echter toe de evolutie van het reservoir te voorspellen rekening houdend met de specifieke geologie. Daardoor kunnen de werking en levensduur van het systeem ook geoptimaliseerd worden.

Hot dry rock

Ook is het mogelijk om aardwarmte te winnen uit droge, hete gesteenten op grote diepte. Deze gesteenten zijn veelal zeer compact en bevatten weinig of geen verbonden poriën. Om de warmte te winnen moet er dus een netwerk van spleten gecreëerd worden waardoor water kan circuleren. Dit doet men door water onder hoge druk in de laag te injecteren. Wanneer de druk hoog genoeg wordt, breekt het gesteente. Zand of keramische korrels die samen met het water geïnjecteerd worden, beletten dat de spleten zich terug sluiten op het moment dat men stopt met het injecteren van water.

Het principe van warmtewinning uit hete, droge gesteenten (‘hot dry rock’), werd reeds uitgetest in Rosemary (UK) en Soultz-sous-Forêts (Fr) (www.soultz.net). Deze projecten bewijzen dat het principe werkt. Ze doen hopen dat het op termijn mogelijk moet zijn overal ter wereld de enorme hoeveelheden energie die in diepe grondlagen opgeslagen liggen, te ontginnen. De kosten voor de ontwikkeling van een kunstmatig reservoir op grote diepte zijn echter nog zeer hoog. De uitdaging bestaat er dan ook in deze kosten te drukken. Ook VITO voert onderzoek uit naar de optimalisatie van deze technieken .

Verticale warmtesonde

Een derde manier om aardwarmte te winnen is de verticale warmtesonde. Verticale warmtesondes zijn courant voor ondiepe toepassingen, maar in feite kunnen ze net zo goed gebruikt worden voor het winnen van warmte op grote diepte. Een voorbeeld hiervan is het SuperC project in Aken. In zijn eenvoudigste vorm bestaat het systeem uit één boring waardoor men een warmtegeleidende vloeistof laat circuleren. De vloeistof onttrekt de warmte uit het gesteente en brengt ze naar de oppervlakte. Het voordeel van de techniek is dat ze afgesloten is van de grondlagen. De opbrengst is daardoor veel minder afhankelijk van de stromingseigenschappen van de grondlagen. Daar staat tegenover dat de hoeveelheid warmte die met één put kan gewonnen worden, kleiner is dan bij een traditioneel hydrothermaal systeem.

Bron: VITO-website, geothermie / hoe kunnen aardwarmte aanwenden?