Om aardwarmte te winnen heb doorlaatbare aardlagen, een aardwarmtebron en een installatie met onder andere twee putten nodig. En bovendien een warmtenet dat met leidingwater de warmte uit de aardwarmtebron naar bedrijven en woningen brengt in de directe omgeving.

 

In het kort: hoe werkt aardwarmte?

  • Bij aardwarmtewinning wordt warm water uit de ondergrond opgepompt. 
  • Het opgepompte water blijft in een gesloten circuit, via warmtewisselaars wordt de warmte overgedragen op leidingwater dat wordt vervoerd met het warmtenet
  • Als de warmte uit de aardwarmte is overgedragen via een warmtewisselaar wordt het direct weer teruggevoerd naar de ondergrond.
  • Via een verdeelstation wordt het verwarmde leidingwater naar woningen en gebouwen vervoerd en wordt het afgekoelde water weer teruggevoerd naar de aardwarmte-installatie. 
  • Een woning of bedrijf wordt op het warmtenet aangesloten via een ontvangststation  (ook wel warmte-unit genoemd) in het huis of gebouw. 

 

Hoe werkt aardwarmte

Illustratie: Hoe werkt aardwarmte? 

1. Aardwarmtebron: warmte uit de ondergrond

Diep in de ondergrond is warm water opgeslagen in (poreuze) zand- en gesteentelagen, zoals zandsteen. In deze aardlagen hebben zich waterreservoirs (of aquifers) gevormd.

De uitstraling van de hitte vanuit het omringende gesteente warmt het water op.

Deze opwarming komt in tegenstelling tot wat je zou verwachten niet door de warme kern of de warme aardmantel, maar ontstaat door het vervallen van radioactieve elementen in de aardkorst waarbij straling en warmte vrijkomt.

Het hete water kan op dieptes vanaf 500 meter worden opgepompt. De temperatuur in de bodem neemt met de diepte toe: hoe dieper, hoe warmer. Elke kilometer dieper neemt de temperatuur met 30 °C toe. Op 2 km is het water ongeveer 70 °C.

Bodemwarmte, aardwarmte en ultradiepe geothermie

Er zijn grote verschillen tussen aardwarmte, bodemwarmte (ook wel: bodemenergie genoemd) en ultradiepe geothermie

  • Bodemwarmte / bodemenergie is water in de grond dat is verwarmd door de straling van de zon op de aarde. Deze wordt gewonnen met een warmtepomp tot 500 m diepte. Het water op die diepte is ongeveer 30 °C en dat kun je met een warmtepomp verder verwarmen tot 55 °C. De pomp is individueel aan te sluiten op een goed geïsoleerd huis of gebouw. (meer over bodemwarmte en warmtepompen)
  • Aardwarmte is warm water dat door de aarde zelf op temperatuur is gebracht. Om aardwarmte te winnen moeten we dieper de aarde in (500 m tot 4 km); op die diepte heeft het water een temperatuur van 55 tot 120 °C. Dan kan worden gebruikt om je huis te verwarmen zonder dat je een warmtepomp nodig hebt.
  • Met ultradiepe geothermie (UDG) is op een diepte tussen de 4-6 km warmte met een temperatuur van 120 tot wel 200°C te winnen. Deze warmte is heel geschikt voor toepassing in de lichte industrie, zoals bij papierfabricage. In Nederland wordt de mogelijkheid van UDG onderzocht. Aardwarmte en UDG zijn in toepassing en winning erg verschillend. Deze website focust op de huidige toepassing van aardwarmte in Nederland, die tussen de 2 en 3 km wordt gewonnen.
kolom met indeling bodemenergie, aardwarmte en ultradiepe geothermie

Afbeelding: kolom met indeling bodemenergie, aardwarmte en ultradiepe geothermie

Lokale warmte

De gewonnen aardwarmte gaat vanaf de winningsinstallatie naar een warmtewisselaar waar de warmte wordt onttrokken. Hierna gaat het met – door aardwarmte verwarmd – leidingwater via het warmtenet naar de aangesloten huizen en gebouwen in de directe omgeving. Om zo min mogelijk warmte te verliezen is het belangrijk dat de installatie dichtbij de eindbestemming staat. Een aardwarmte-installatie kan via een warmtenet een (nieuwbouw)wijk, glastuinbouw of gebouwen voorzien van warmte.

2. Een aardwarmte-installatie 

Het bovengrondse terrein waarop een aardwarmte installatie staat, bedraagt zo’n 30 bij 30 m. 

Daarop bevinden zich:

  • Het doublet dat bestaat uit een productie- en injectieput
  • Warmtewisselaars & aansluiting warmtenet
  • Pompen, filters, ontgassingsinstallatie en opslagvaten
  • Gebouw: ruimten voor opslag van materialen en een kantoor, ongeveer twee  verdiepingen hoog. 
Afbeelding: de stippellijnen geven aan wat het zichtbare ruimtebeslag is van een gemiddelde aardwarmte-installatie

Afbeelding: de stippellijnen geven aan wat het zichtbare ruimtebeslag is van een gemiddelde aardwarmte-installatie

Een aardwarmte-installatie heeft een minimale levensduur van dertig jaar. Omdat in Nederland aardwarmte pas sinds 2000 wordt toegepast, is nog niet te voorspellen wat de levensduur zal zijn. De verwachting is dat een aardwarmte-installatie na dertig tot veertig jaar toe is aan vernieuwing. 

Het doublet

Voor het winnen van aardwarmte zijn twee putten nodig, samen worden deze een doublet genoemd. Een doublet heeft één put voor het oppompen van water (productieput) en één put die het water terugvoert (injectieput) naar de ondergrond. De uiteinden van deze putten bevinden zich ondergronds (op een diepte van 1 tot 4 km) op een afstand van 1 à 2 kilometer van elkaar. Boven de grond is de afstand meestal slechts enkele meters. 

In de ondergrond stroomt het water van de koud water zone (uiteinde injectieput) door een natuurlijk drukverschil vanzelf naar de warm water zone (uiteinde productieput) en warmt op natuurlijke wijze weer op.

  • Eén pomp haalt het natuurlijk aanwezige warme water uit het ondergrondse waterreservoir (aquifer) omhoog. Het warme water wordt bovengronds langs de warmtewisselaar gevoerd. In de wisselaar wordt de warmte overgedragen aan het warmtenet dat verwarmd leidingwater naar bedrijven of woningen in de omgeving brengt. 
  • Een pomp zorgt ervoor dat het tot ongeveer 30°C afgekoelde aardwarmte-water weer via een tweede put terugstroomt naar het ondergrondse reservoir. In de aarde warmt het water weer vanzelf op. De pompen zorgen voor de aan- en afvoer in de put. De pompen geven enig geluid, maar dit geluid is niet hoorbaar buiten de locatie. 

Een aardwarmtesysteem bestaat uit twee gesloten circuits: dit betekent dat het water dat omhoog wordt gepompt uit de ondergrond niet in aanraking komt met het leidingwater dat de warmte naar de huizen en gebouwen brengt. De waterstromen wisselen alleen warmte uit via warmtewisselaars op de winningslocatie.

Omdat het een gesloten systeem betreft verandert er nauwelijks iets in de ondergrond. Mede hierdoor is de kans op verzakkingen in de bodem vrijwel uitgesloten. 

Na verloop van jaren kan de temperatuur in het ondergrondse winningsgebied enkele graden afkoelen. Voor zover nu bekend heeft dit geen gevolgen voor het ondergrondse milieu (meer informatie). 

De warmtewisselaar

Warmtewisselaars zorgen voor de overdracht van de aardwarmte op het warmtenet. Het warmtenet vervoert het verwarmde leidingwater naar woningen en bedrijven in de omgeving. 

warmtewisselaar

Illustratie: warmtewisselaar

Pompen, filters, ontgassingsinstallatie en opslagvaten

Bij het winnen komt met het warme water ook zand uit de ondergrond omhoog. Dit zand wordt afgevangen bij de aardwarmte-installatie. Dit zand is van nature licht radioactief en wordt daarom opgeslagen in vaten en vervolgens door een gespecialiseerd bedrijf verwerkt. Bij het gebouw staat vaak een ontgassingsinstallatie.

Gebouw

In een gebouw zijn de bovengrondse installaties ondergebracht. Eveneens is er ruimte voor opslag en een kantoor.

Afbeelding: de stippellijnen geven aan wat het zichtbare ruimtebeslag is van een gemiddelde aardwarmte-installatie

Afbeelding: de stippellijnen geven aan wat het zichtbare ruimtebeslag is van een gemiddelde aardwarmte-installatie

3. Aardwarmte distributie: een warmtenet

Om warmte – zoals aardwarmte, aquathermie en restwarmte – te vervoeren is een warmtenet nodig waarop woningen en gebouwen zijn aangesloten. Verwarming via een warmtenet in stedelijke omgeving wordt ook wel stadsverwarming genoemd. 

Op de warmtebron-locatie blijft het (warme) opgepompte water in een gesloten circuit. Via warmtewisselaars wordt de bronwarmte overgedragen op het warmtenet, dit is een ondergronds buizenstelsel waarin warm leidingwater circuleert. Vanaf een verdeelstation wordt het warme leidingwater naar de huizen en gebouwen gebracht en wordt het afgekoelde water teruggevoerd naar de aardwarmte-installatie. 

Het buizenstelsel van het warmtenet ligt ongeveer één meter onder de grond. Een woning of bedrijf wordt op het warmtenet aangesloten via een ontvangststation in het gebouw of de woning. (Meer over aanleg en aansluiten van een warmtenet.)

Een warmtenet is vergelijkbaar met centrale verwarming op het niveau van een wijk, bedrijventerrein of zelfs een hele stad. In plaats van zelf water te verwarmen met een cv-ketel levert het warmtenet warm water. Het is daarnaast mogelijk om het warmtenet in te zetten voor koeling.

Op dit moment zijn er vooral in grote steden warmtenetwerken, ook wel bekend als stadsverwarming of blokverwarming. Voor een rendabel warmtenet is het namelijk van belang dat er binnen een kleine straal voldoende huizen met een warmtevraag staan. Als de warmtebronnen die de warmte leveren aan het warmtenet duurzaam zijn, leveren deze systemen veel winst op voor het klimaat. De aanleg van meer warmtenetten geeft kansen om vaker aardwarmte in te zetten.

Aanleg van het buizenstelsel van het warmtenet