Wat is Aardwarmte – Geothermische Energie?

Aardwarmte ook wel Geothermie genoemd is een bron van duurzame energie, bestaand warmwater wordt uit de aardlagen gewonnen. De diepte kan variëren van 500 meter tot wel 4000 meter diep. Het warme water is ontstaan kilometers diep in de aarde en komt door stromingen in de buitenste schil van de aarde.

Het voordeel van deze vorm van duurzame energie is dat het niet afhankelijk is van weersomstandigheden, dag of nacht en seizoenen. De aardwarmte wordt o.a. toegepast in de glastuinbouw, lichte industrie en in gebouwde omgeving. De temperatuur van het water varieert, op kleiner dieptes tot 1000 meter zijn de temperatuur tussen de 30-40 °C. Vaak is er dan een warmtepomp nodig om de temperatuur te verhogen. Vanaf 2000 meter heeft de gewonnen aardwarmte een hogere temperatuur tussen de 70 en 100 °C.

Voor de zwaardere industrie zijn hogere temperaturen nodig. Men spreekt dan van Ultra Diepe geothermie (UDG), deze wordt gewonnen op een diepte van meer dan 4000 meter met een temperatuur boven de 130 °C.

Productie van Aardwarmte

Om de aardwarmte uit de grond te halen worden er aardlagen met water (aquifers) aangeboord, dit noemt men een open systeem. Dit water is vaak zout en bevat verontreinigingen, voordat dit water richting de warmtewisselaar gaat wordt het gefiltreerd. Het water zit wel in een gesloten system en komt niet in aanraking met het water wat richting de eindgebruiker gaat. Toch is filtratie een belangrijk onderdeel omdat men de warmtewisselaars en eventuele ander apparatuur niet wil vervuilen/beschadigen. Bovendien moet het afgekoelde water ook weer terug gepompt (geïnjecteerd) worden in de aarde (formatie) en moet dus voldoen aan de specificaties zodat de formatie niet vervuild met deeltjes, bacteriën, etc.

De aardwarmte installatie bestaat uit twee putten, de producer, de put waar het warme water uitgepompt wordt en de injector, de put waar het afgekoelde water in geïnjecteerd wordt. Deze putten staan op ca 1 a 2 kilometer van elkaar om te voorkomen dat er afgekoeld water direct in de producer put terecht komt.

Aardwarmte is een stabiele warmtebron er kan een constante hoeveelheid warm water gewonnen worden. De levensduur van een put is ca 30 jaar. Een put heeft na gebruik enkele tientallen jaren nodig om weer op temperatuur te komen.

De levensduur en het vermogen van een put is afhankelijk van diverse factoren:

  • De diepte van de put: hoe dieper de put hoe warmer het water. De temperatuur stijgt ongeveer met 25 – 30  ̊C per kilometer.
  • De dikte van de aardlaag: hoe dikker de aardlaag hoe meer water er beschikbaar is, de minimale dikte van een aquifer is 20-50 meter
  • De porositeit en permeabiliteit van de formatie: deze bepalen ook hoeveel water er geproduceerd kan worden en de kans op dichtslaan van de poriën in de formatie.
  • https://www.facebook.com/dutchfiltration/
  • https://twitter.com/dutchfiltration
  • https://plus.google.com/105908381815271097270
  • https://nl.linkedin.com/company/dutch-filtration

Risico’s van aardwarmte winning

Het produceren van aardwarmte is niet geheel zonder risico’s. Maar als de risico’s vooraf bekend zijn kunnen passende veiligheidsmaatregelen genomen worden. De risico’s bij het produceren van aardwarmte zijn:

  • Trillingen: het boren in de ondergrond kan trillingen en aardbevingen veroorzaken. Door bij het boren rekening te houden met bestaande natuurlijke breuken kan men de kans op een aardbeving sterk verkleinen. Na het boren moet men nogmaals checken of op basis van de druk in de ondergrond of productie verantwoord is.
  • Ontsnappen van gassen: Er is altijd een kleine kans dat men tijdens het boren gas onder druk vindt. Men maakt gebruik van afsluiters in de installatie om hoge drukken te weerstaan. Het opgepompte water kan ook gas bevatten deze wordt opgevangen in een gasscheider en wordt teruggevoerd.
  • Natuurlijke straling van productie water: In de ondergrond bevinden zich van nature laagradioactieve deeltjes (NORM). Deze deeltjes kunnen zich in de filters en filter installatie ophopen. Indien dit het geval is wordt het filterafval apart afgevoerd. De deeltjes kunnen nooit in de verwarmingsbuizen van woningen of bedrijven terecht komen omdat dit een separaat water systeem is.
  • Verontreinigingen: De buizen zijn zo gemaakt dat water nooit van de ene in de ander laag terecht kan komen. Als de buizen toch gaan lekken kan dit verontreiniging van het grondwater veroorzaken. Het is dus belangrijk dat er een robuust ontwerp gemaakt wordt en er regelmatig onderhoud gepleegd wordt.
  • Bodemdaling: Bij het produceren van aardwarmte wordt er in principe weinig uit de grond onttrokken, het water wordt geproduceerd, de warmte wordt gewonnen en het water wordt weer teruggepompt. De gemiddelde druk blijft nagenoeg hetzelfde en er is dus weinig tot geen bodemdaling.

De juiste keuze van filters

Het is belangrijk om het geproduceerde warme water goed te filteren hiermee wordt de productiviteit sterk verbeterd. Filtratie van geothermisch water is noodzakelijk om het risico op blokkering van de productie zo klein mogelijk te houden. Een storing in de productie wordt meestal veroorzaakt door gruis wat in bewegende delen (bij drainage, pomponderdelen) terecht komt of door verstopping in de pijpen van de warmtewisselaars.

De belangrijkste selectiecriteria voor de keuze van het juiste filter zijn:

  • De stroomsnelheid (debiet) van de te behandelen warme water
  • De watertemperatuur
  • De druk
  • De deeltjesgrootte
  • De concentratie van zwevende deeltjes en deeltje grote verdeling
  • Fysisch-chemische samenstelling van het water.
  • Injectie put eigenschappen. (porositeit, permeabiliteit). Om verstopping van de injectieput te voorkomen moet men weten wat de openingsdiameter van de poriën zijn (darcy).

Begrippen:

  • De absolute filtratiesnelheid geeft de maximale grootte aan van de deeltjes die door het filter heen kunnen gaan
  • De nominale filtratiesnelheid geeft het percentage van de deeltjes aan welke waarschijnlijk door het filter gaan.
  • De nominale effficiencyratio is het percentage materiaal wat door het filter is geblokkeerd.
  • De Beta ratio is de verhouding tussen het total aantal binnenkomende deeltjes en het aantal uitgaande deeltjes na het filter.

De verontreinigingen en vaste deeltjes die meekomen met de geothermische vloeistof zijn afkomstig van verschillende bronnen:

  • Het reservoir: Door de stroming van het water kunnen er gesteente meekomen (erosie). Als de aquifer een zandsteenhoudende formatie is dan zal men een zand screen en filter moeten plaatsen.
  • De put: In de put kunnen door corrosie, sedimentatie en ontgassing deeltjes afscheuren.
  • De uitrusting: Tijdens het boren en tijdens onderhoudswerkzaamheden kan er vervuiling/deeltjes achterblijven van de apparatuur die gebruikt is (slijtage van apparatuur, stukken coating, overblijfselen van cementsteunen of versterkte brugpluggen)

De mate van verontreinigingen

De verontreinigingen zijn op te delen in verschillende deeltjesgrootte

  • Vaste fijne deeltjes: De vloeistof wordt vaak onderworpen aan een deeltjesanalyse, als blijkt dat de vaste fijne deeltjes kleiner zijn dan 1 μm, dan wordt er niet gefilterd.
  • Grove deeltjes: De grove deeltjes bestaan vaak uit stukjes gesteente en ander afzettingen die meegekomen zijn met de aardwarmtevloeistof. Deeltjes groter dan 1 μm.
  • Vuil deeltjes: is vaak afkomstig van gereedschappen en of boorpijpen welke loskomen bij beschadigingen tijdens het boren en productie klaar maken van de put.

Filtratie apparatuur voor aardwarmte / geothermie

Een filtratie systeem kan nooit te groot gedimensioneerd zijn. Hoe groter een filtratie systeem, hoe lager de flux over het filter wat de levensduur en efficiency vergroot van de filtratie. Echter een over gedimensioneerd filtratie systeem leidt dit tot hoge investeringskosten.

Als er een te grove filtratie wordt gekozen dan bestaat het risico dat de levensduur van de overige apparatuur zoals de warmtewisselaar korter wordt. Het is dus belangrijk om de juiste keuze te maken voor een filter. Dutch Filtration heeft de kennis, expertise en ervaring om een juiste keuze samen met u te maken.

De meeste filtratie systemen in de geothermie bestaan uit een twee of drie stappen. .

Voorfiltratie voor scheiding of voor het verwijderen van grove delen.

Dit kan worden gedaan met een hydrocycloon, automatisch zelf reinigende filter of zakken filter.

  • Een Hydrocycloon scheidt de zwaardere deeltje door middel van centrifugale kracht. Schoon water stroomt naar de volgende filtratie stap. De vuildeeltjes verzamelen zich in de spoelkamer en deze wordt automatisch geleegd.
  • Een zakkenfilter verwijderd eenvoudig vuildeeltjes van 20 micron en grover. De relatief goedkope filterzakken zijn eenvoudig en snel uit te wisselen. De zakkenfilters worden ook wel als 2e stap gebruikt, na de hydrocycloon en vóór het patroonfilter om het verbruik van relatief dure pleated fijne filters te verminderen.
  • Een zelfreinigend filter heeft een filterkorf met filtergaas hierop worden de fijne deeltjes afgevangen. Het systeem heeft een drukverschil schakelaar welke de reiniging initieert. De vuildeeltjes worden dmv een suctionscanner automatisch verwijderd zonder onderbreking van de filtratie.

Fijn filtratie

Fijn filtratie is meestal een kaarsen filter. Afhankelijk van de permeabiliteit van de formatie kan dit 1 – 10 micron zijn. Hiervoor worden voornamelijk geplisseerde absolute filter elementen gebruikt van zowel 2.5inch als wel grotere 6inch diameter filter met een lengte van 40 en 60 inch. Deze elementen zijn ontworpen voor temperaturen tot 90 °C.

Deze elementen worden geplaats in verticale of horizontale filterhuizen. De sluitingen van de deksel kan uitgevoerd worden met de traditionele swing bout sluiting maar kan ook voorzien worden van onze snelsluiting, de Rudi Quick opening-closure.

 

  • https://www.facebook.com/dutchfiltration/
  • https://twitter.com/dutchfiltration
  • https://plus.google.com/105908381815271097270
  • https://nl.linkedin.com/company/dutch-filtration

De algemene aanbeveling is een duplex of dual filtratiesysteem zodat er geen onderbreking van de aardwarmte vloeistofstroom is als er een filter wordt gereinigd of vervangen. De meeste filtratie systemen bestaan uit 2 of 3 stappen. De filtervaten / -pods kunnen zowel in serie als parallel worden geplaatst, dus het is ook mogelijk om over beide filterpatroonvaten te filteren. Het is ook mogelijk om eerst groffilterpatronen in het eerste vat te gebruiken en vervolgens het fluïdum door fijnere filterpatronen in het tweede vat te laten passeren.

De systemen zijn meestal uitgevoerd in RVS 316 wat goed corrosie bestendig is vanwege het ontbreken van zuurstof in het opgepompte water uit de formatie.

Filtratie van testwater

Ook bij het aanboren en ontwikkelen van een geothermische put wordt er geothermisch afvalwater geproduceerd. Bij het schoonproduceren van de put en het testen komt testwater vrij. Dit water is vaak zout en bevat meestal stoffen waardoor dit water niet overal geloosd kan worden. Om aan de eisen van Rijkswaterstaat te voldoen moet het meeste testwater eerst gefilterd worden voordat het geloosd mag worden. Het komt ook voor dat het water tijdelijk opgeslagen wordt omdat men niet zeker weet of het water aan de wettelijke Eisen voldoet. Het leidt vaak tot extra vertragingen en onzekerheid. Het komt wel eens voor dat een project stagneert omdat er geen overeenstemming met Rijkswaterstaat kon worden bereikt of het water wel of niet geloosd mocht worden. Dit zorgt voor veel onzekerheid voor geothermische projecten. Het is dus belangrijk dat er oplossingen komen waardoor de milieubelasting zo laag mogelijk is en er dus voldoende draagkracht wordt gecreëerd  bij Rijkswaterstaat, Waterschappen, SodM (Staatstoezicht op de mijnen) en Gemeenten en Provincies.

Conclusie

Bij het gehele proces van geothermie, van aanboren en realiseren van een put tot productie speelt filtratie een belangrijke rol. Een geothermische bron kan veel verschillende vuildeeltjes bevatten, deze deeltjes verschillen in grote en samenstelling. Het is belangrijk dat deze geproduceerde aardwarmte vloeistofstroom gefilterd wordt voordat het bij de warmtewisselaars komt, dit om vervuiling van de warmtewisselaars en de tank en vervuiling/verstoppen van de herinjectieput te voorkomen. De keuze van een filter is sterk afhankelijk van de samenstelling van de bron, vooral bij zanderige aardwarmte reservoirs komen er veel deeltjes mee. De risico’s die samengaan met het boren naar Geothermie zijn vergelijkbaar met die in de olie- en gassector.  Door de jarenlange ervaring in de olie en gasindustrie en de kennis van de huidige Geothermie sector kan Dutch Filtration u helpen om de juiste keuze te maken voor een filterinstallatie. Ook kunnen wij adviseren om een huidig systeem te optimaliseren; omlaag brengen van operationele kosten (lees filter elementen) of het verbeteren van de filtratie efficiency door plaatsen van bijvoorbeeld hydrocycloon.

Voor meer informatie over filtratie in de Geothermie neem contact met ons op.

 

set-equipment-Dutch-Filtration

Subscribe To Our Newsletter

Join our mailing list to receive the latest news and product updates.

You have Successfully Subscribed!