Voorwoord en algemene begrippen

voorwoord
duurzame energie: een noodzaak
bouwstenen van een geothermische installatie
ontstaan van aardwarmte
diepe en ondiepe geothermie
 
  

Voorwoord

Zonne- en windenergie zijn genoegzaam bekend: zonnepanelen sieren de daken en windmolenparken duiken meer en meer op in het landschap.

Geothermie is niet alleen onzichtbaar, maar ook veelal onbekend bij het grote publiek. Alhoewel er een gestage groei is in de toepassing van geothermie, hinkt België toch achterop in vergelijking met onze buurlanden.

Deze website wil dan ook de bekendheid en toepassing van geothermie bevorderen. Het vindt zijn oorsprong in het IWT Smart Geotherm project, gestart in september 2011.

De inhoud beperkt zich tot ondiepe geothermie en handelt dus niet over de winning van warmte op dieptes groter dan 500m.

De lezer wordt vertrouwd gemaakt met de principes, werking en mogelijkheden van ondiepe geothermie. Het zal blijken dat ondiepe geothermie een duurzame, energie- én kost efficiënte technologie is om te verwarmen en te koelen.

 

 

Duurzame energie, een noodzaak

 

Klimaat-energiepakket

Op 23 januari 2008 stelde de Europese Commissie het klimaat-energiepakket voor. Europa toont hiermee aan dat het klaar is om wereldwijd het initiatief te nemen in de strijd tegen de klimaatverandering, het streven naar een continue, duurzame en concurrerende energievoorziening, en de omvorming van de Europese economie tot een voorbeeld van duurzame ontwikkeling in de 21e eeuw. Het klimaat-energiepakket kan bovendien de bevoorradingszekerheid ten goede komen.

Op Europees niveau wil men de volgende doelstellingen bereiken:

  • Een bindende doelstelling tot een reductie van 20 % broeikasgassen      tegen 2020 (met als uitgangspunt 1990). Een bindende doelstelling tot een      reductie van 30 % broeikasgassen indien andere geïndustrialiseerde landen      bereid zijn zich tot deze doelstelling te engageren in het kader van een      internationaal akkoord;
  • Een doelstelling van 20 % hernieuwbare energie in de totale energiemix van de      Europese Unie tegen 2020, inclusief 10 % hernieuwbare energie in de transportsector;
  • Realiseren van het EU-besparingspotentieel van 20 % voor energie-efficiëntie ten opzichte van de prognoses van 2020.

 

Hernieuwbare energie

Toen de staats- en regeringsleiders van de verschillende lidstaten in de lente van 2007 beslisten dat tegen 2020 de Europese Unie 20 % van haar energie uit hernieuwbare energiebronnen moet halen, wisten ze dat er nog veel werk aan de winkel was. In 2005 was het aandeel van hernieuwbare energie in de totale energiemix in Europa immers nog maar goed voor 6,38 %.

De hernieuwbare energiebronnen leveren na omzetting elektriciteit, warmte of een (transport)brandstof. Gekoppeld aan een rationeel energiegebruik kunnen ze het verbruik van klassieke brandstoffen terugdringen, en bijgevolg ook de milieueffecten en de sociaal-economische impact van onze energiebehoeften verminderen.

Duurzame energiebronnen hebben grote voordelen ten opzichte van fossiele brandstoffen.

De bronnen geraken allereerst nooit op: wind, zonlicht en warmte diep onder de aardkorst zijn er altijd.

Ander voordeel is dat bij de productie of omzetting van duurzame energie netto geen CO2 vrijkomt. Het omzetten van zonlicht of wind in elektriciteit, of het opwarmen van water met warmte uit de aardkorst, levert helemaal geen CO2 op.

 

Bouwstenen van een geothermische installatie

Een geothermische installatie bestaat uit verschillende elementen:

  1. warmte wordt uit de aarde gewonnen via horizontale (A1) of vertikale (A2) warmtewisselaars of rechtstreeks via het grondwater (A3)
  2. de temperatuur wordt verder verhoogd met behulp van een warmtepomp (B)
  3. de warmte wordt afgegeven via een warmte-afgiftesysteem zoals bijvoorbeeld vloerverwarming (C)

optionele elementen die deel uit kunnen maken om het rendement van de installatie te verhogen

  1. thermische energie van andere bronnen zoals zonnecollectoren wordt gecapteerd (D)
  2. thermische energie wordt tijdelijk opgeslagen in de bodem, in de structuur van het gebouw of in buffervaten (E)

 

Ontstaan van aardwarmte

 

Volgens schattingen zou de temperatuur van de binnenkern van de aarde tussen de 4500°C en 6500°C bedragen.

Een deel van de warmte in de kern van de aarde is vrijgekomen bij het ontstaan van de aarde. Het grootste deel van de warmte echter komt uit het natuurlijk verval van radioactieve materialen. Er is een constante toevoer van deze warmte naar het bovenste deel van de aardkorst.

 

 

temperatuurverloop ondergrondTot 20m onder het aardoppervlak wordt de grondtemperatuur bijna uitsluitend door de zonnewarmte en de insijpeling van water bepaald. Omdat de bodem de warmte slecht geleidt, is er van 20 tot 100m een toenemende invloed van de hitte van de kern en zijn temperatuurschommelingen door het klimaat niet meer waarneembaar. De temperatuur in deze zone bedraagt dan ongeveer de gemiddelde plaatselijke jaartemperatuur. In België heerst er vanaf een diepte van 18m een constante temperatuur van 10°C à 12°C. Per 100m diepte stijgt de grondtemperatuur verder met 3°C.

Hoe dieper de aardwarmte dus gewonnen wordt, hoe hoger de temperatuur en de gewonnen energie.

 

 

Diepe en ondiepe geothermie

Als de aardwarmte gewonnen wordt op een diepte groter dan 500m, spreekt men over diepe geothermie. Er zijn toepassingen tot 2.500m en dieper. Het grondwater dat op deze diepten naar boven gepompt wordt, kan rechtstreeks voor verwarmingsdoeleinden of elektriciteitsproductie worden gebruikt.

In landen zoals IJsland, Italië, Turkije en Griekenland, moet men niet zo diep boren om zulk warm water op een rendabele manier te bekomen. Maar ook in België is er een verhoogde interesse voor de toepassing van duurzame energiebronnen om bijvoorbeeld in de warmtebehoefte van een wijk of stad te voorzien. Ze valt echter buiten de scope van dit document.

Bij ondiepe geothermie, dus tot 500m, kan men dus geen warmte onttrekken die rechtstreeks geschikt is voor verwarming van gebouwen, maar wel voor koeling!

Men kan wel de gewonnen warmte ‘opwaarderen’ door gebruik te maken van een warmtepomp.(zie verder voor de werking ervan).

 

 

Bij ondiepe geothermie gebruikt men de aarde als bron van thermische energie. Men kan de aarde ook gebruiken om de zomerwarmte op te slaan en deze te benutten in de winter voor verwarming. Omgekeerd kan men in de winter koude in de grond brengen en deze in de zomer aanwenden voor de koeling van gebouwen!

Thermale baden van de oude Romeinen getuigen al van het gebruik van aardwarmte ofwel geothermie.