Energie uit oppervlaktewater

Torckdael: winning van warmte en koude uit oppervlaktewater
Aan de stadsgracht van Wageningen ligt een nieuw woonzorgcomplex, Torckdael, met een bijzonder systeem voor duurzame energie: het gebouw wordt in de winter verwarmd met warmte die 's zomers is onttrokken aan het water van de stadsgracht. Door die onttrekking wordt de stadsgracht in de zomer minder warm. Dat is goed voor de waterkwaliteit en voor de omgeving (minder uitstraling van warmte).

Wat is er nieuw aan EOW?
Energie uit oppervlaktewater (EOW) is een bron van hernieuwbare energie. Via een warmtewisselaar wordt 's zomers warmte onttrokken aan een nabijgelegen rivier of kanaal. De warmte wordt opgeslagen in de warme bron van een warmte-koudeopslag (WKO). Hiermee kunnen later gebouwen worden verwarmd. In de winter levert het systeem koude aan de koude bron van de WKO. Daarmee kunnen in de zomer gebouwen worden gekoeld. Bijkomend voordeel van het EOW-systeem is dat de waterkwaliteit verbetert doordat het water 's zomers minder warm wordt (als het water niet te groot is). Bovendien is de combinatie van EOW en WKO goedkoper dan een conventioneel WKO-systeem.

Er wordt in Nederland nog niet veel energie gewonnen uit oppervlaktewater. Er waren in 2015 circa 10 EOW-installaties in bedrijf.

Torckdael
Het plan Torckdael betreft een woonzorgcomplex van in totaal 150 woningen en appartementen en 50 verpleeghuisplaatsen, verdeeld over drie fasen. De eerste fase (38 appartementen en 50 verpleeghuisplaatsen) is in september 2014 opgeleverd. De tweede fase wordt nu gebouwd. Qua energieprestatie functioneert het EOW-systeem goed.

In voor- en najaar levert de stadsgracht direct warmte aan de aangesloten huishoudens (de ‘tussenstap' van opslag in de bodem wordt dan overgeslagen). Door het beperkte watervolume van de stadsgracht koelt het water 's zomers echt af waardoor de waterkwaliteit beter wordt.

Sleutel tot succes EOW
In principe kan warmte uit oppervlaktewater worden gewonnen uit elk type water als het voldoende diepte heeft om een filter in te plaatsen. Daarnaast is de afstand tussen in- en uitlaat bepalend voor de hoeveelheid energie die gewonnen kan worden. Verder moet de afstand van het gebouw tot het water niet te groot zijn, ruwweg minder dan 1 kilometer, anders wordt het leidingsysteem te duur. De bodem moet een WKO met flinke capaciteit kunnen bevatten. Het voorbeeld van Torckdael laat zien dat ook een stadsgracht met een beperkt watervolume al behoorlijk wat energie kan opleveren; het effect op de watertemperatuur in de zomer (en daarmee de waterkwaliteit) is in dergelijke situaties groter.

Green Deal ‘Energie'
Energie uit oppervlaktewater kent nog meer mogelijkheden, onder andere het winnen van koude uit diepe plassen, het winnen van warmte en koude uit gemalen en andere waterkunstwerken. In het kader van de Green Deal Energie (tussen Rijk, Waterschappen, STOWA) is onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van EOW in Nederland. Tijdens de Nationale Klimaattop van oktober 2016 is een landelijk overzicht gepresenteerd van de mogelijkheden van deze vorm van duurzame energie. Daarbij gaat het zowel over het hoofdwatersysteem (de rijkswateren, beheerd door Rijkswaterstaat) als de regionale wateren (beheerd door de waterschappen). De kaarten staan online, in de Nationale Energie Atlas.

De landelijke verkenning komt erop neer dat het watersysteem in ruim de helft van de nationale koudevraag kan voorzien (3,8 van 7 Petajoule), en in meer dan een tiende van de warmtevraag (42 van 350 Petajoule).

EOW-verkenning Nederland
Inmiddels is op bekend waar het hoofdwatersysteem (de wateren die door RWS beheerd worden) en de regionale wateren (onder beheer van de waterschappen) warmte en koude kunnen leveren voor gebouwen. Aspecten die een rol spelen: het watervolume (breedte, diepte, stroomsnelheid), de watertemperatuur, de bodemgesteldheid dicht bij het water (voor de opslag) en de vraag naar warmte.

Watervolume
Voor een effectieve EOW-installatie moet het oppervlaktewater een zekere omvang hebben. Hoe breder en dieper een rivier of kanaal (of een stadsgracht) en hoe hoger de stroomsnelheid, hoe meer energie er geleverd kan worden. Is de opslagcapaciteit (in een WKO-systeem) groot, dan kan er maximaal energie worden onttrokken aan het oppervlaktewater. Is de opslagcapaciteit klein, dan beperkt deze de maximaal winbare energie uit het oppervlaktewater.

Watertemperatuur
De levering verschilt van seizoen tot seizoen. Oppervlaktewater levert alleen in de winter ‘bruikbare' koude, als het water kouder is dan 7°C en niet bevroren. De norm is dat de temperatuur van het oppervlaktewater dan maximaal 3 graden mag stijgen.

In de rest van het jaar, vooral in de zomer, is winning van warmte mogelijk, waardoor het water kouder wordt. Voor de toegestane afkoeling zijn nog geen normen. In het onderzoek zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: onttrekking alleen als de watertemperatuur

boven de 15 graden is, de daling mag maximaal 6 graden zijn en het water mag niet kouder worden dan 12 graden.

Bodemgesteldheid
Voor opslag van warmte en koude moet de bodem een dik zandpakket bevatten. Er is alleen gekeken naar bodems in de eerste kilometer langs de wateren, bij grotere afstanden wordt het leidingstelsel te duur. De dikste zandpakketten zijn 250 meter diep en liggen in Noord- en Zuid-Holland. Hier is de maximale opslagcapaciteit circa 5.000 gigajoule per hectare. Naar het oosten en noordoosten daalt de opslagcapaciteit naar ongeveer 1.000 gigajoule per hectare.

Betere WKO
Er liggen nu al 1.100 WKO-installaties binnen een kilometer van een watergang. Dergelijke installaties kunnen in principe gemakkelijk uitgebreid worden met een EOW-installatie. Dat vergroot de capaciteit van de WKO-systemen en maakt ze stabieler. Dat laatste is van belang in verband met de wettelijke eis dat WKO-installaties ‘in balans' moeten zijn: er moet evenveel warmte als koude geleverd worden, de bodem mag netto niet opwarmen of afkoelen. Inzet van EOW maakt het tegengaan van onbalans eenvoudig, en doet dat duurzamer dan andere methoden, zoals een droge koeler of zonnecollectoren.

Steden kansrijk
De warmtevraag langs de wateren varieert van minder dan 1000 gigajoule per hectare per jaar tot 5000 in stedelijk gebied. De koudevraag ligt in de orde van grootte van 100 gigajoule per hectare.

Bijna overal waar een rivier of kanaal breder is dan 25 meter kan het oppervlaktewater minimaal 50% van de warmtevraag binnen een kilometer vanaf de watergang leveren. Ook smallere wateren met een hoge stroomsnelheid kunnen veel warmte leveren. In grote steden kan het oppervlaktewater meestal ook in de koudevraag voorzien. Nergens in het stedelijk gebied is de bodemopbouw een beletsel.

De voornaamste locaties met een grote energievraag binnen 1 kilometer van oppervlaktewater liggen in Amsterdam, Den Haag, Rotterdam, Leiden en Groningen. Hier is de combinatie EOW-WKO het meest interessant. Hoe dichter bij een watergang, hoe gunstiger de business case.