Aquathermische energie kan bijna de helft van alle huizen in Nederland verwarmen. Maar het op grotere schaal toepassen van aquathermische energie en het versnellen van de energietransitie vereist meer kennis. Daarom onderzoekt Deltares samen met Rijkswaterstaat, STOWA en Waternet, hoe koudwaterlozingen zich verspreiden.
Onderzoek naar koud-waterrisico
‘Kijk, daar gaat het!’ Experts van Deltares en energiespecialisten van Waternet, Rijkswaterstaat en STOWA staren aandachtig naar een donkerblauwe waterstraal in het IOS-bassin op de Deltares-campus. Deze testopstelling simuleert hoe koudwaterlozing uit een aquathermische installatie zich onder verschillende omstandigheden verspreidt. Met behulp van warmtebeeldcamera’s, glasvezelsensoren en lasers registreert het Deltares-team de beweging van deze zogenaamde ‘koude pluim’ tot in detail. Dit geeft waterbeheerders een beter inzicht in de mogelijke effecten van koudwaterlozing op het waterleven.
Inzicht nodig
Lieke Noij, energiecoördinator bij STOWA legt uit dat dit een van de belangrijkste kennisvragen voor waterschapsbeheerders is. “Het koude water van aquathermische installaties wordt vaak op één punt geloosd met onbekende, ecologische effecten. Een grote, lokale concentratie koud water kan bijvoorbeeld een ‘migratiebarrière’ vormen voor vissen, waar ze mogelijk niet langs kunnen zwemmen.”
Eerder onderzoek van STOWA en Deltares toonde aan dat koude waterpluimen zich zoveel mogelijk met de rest van het water moeten mengen, zodat ze geleidelijk worden afgevoerd. Lieke: “De kans op effecten neemt toe met temperatuurwisseling maar aan de andere kant brengt de afvoer van koud water een positief effect met zich mee als het klimaat opwarmt.”
Kaderrichtlijn Water 2027
Gezien de reeds onder druk staande waterkwaliteit en de hoge ambities van de Kaderrichtlijn Water voor 2027 zoeken waterbeheerders naar duidelijkheid over de ecologische effecten van aquathermische energie.
Deltares nam het initiatief tot en financiert laboratoriumtests met koudwaterlozingen. Anton de Fockert, expert in stromingsprocessen bij Deltares verricht al langer onderzoek op het onderwerp aquathermie. “Partijen als Rijkswaterstaat en STOWA participeren uit eigen belang en we houden dan ook rekening met hun wensen door extra metingen aan de tests toe te voegen. Net als Waternet.”
Betere modellen
“Afhankelijk van het ontwerp van een aquathermische installatie, de afvoer en de stroming in de omgeving, zal de koude pluim zich mengen met het omringende water. Bij een gelaagde situatie, waarbij het koude water onder het warme water blijft, kan het koude water niet verder opwarmen door interactie met de warme lucht of door zonnestraling. Met ecologische schade tot gevolg”, aldus Anton.
“Waterbeheerders ondervinden moeilijkheden bij het beoordelen of het geloosde koude water zich zal mengen omdat hun huidige modellen het gedrag van koude waterstromen onvoldoende kunnen voorspellen. Dat bemoeilijkt vervolgens het vergunningentraject voor aquathermische energie.”
Opschalen
Deltares en CE Delft berekende al eerder dat thermische energie uit oppervlaktewater meer dan 40 procent van de warmtebehoefte van onze gebouwde omgeving kan dekken.
Aquathermische energie leent zich met name voor collectieve warmtenetten en vereist nauwelijks aanpassingen aan bestaande gebouwen. Bovendien neemt het weinig ruimte in beslag terwijl het ook verdere overbelasting van het elektriciteitsnet voorkomt. Dankzij een open netwerkinfrastructuur leent aquathermische energie zich ook als aanvullende warmtebron. En het kost minder dan individuele, duurzame verwarmingsoplossingen, aldus de onderzoekers. De te verwarmen of te koelen gebouwen moeten zich natuurlijk wel in de buurt van rivieren, meren of kanalen bevinden.
Bewezen
De technologie bewees zich al op kleine schaal van een paar huizen tot een kleine wijk. In de afgelopen vijftig jaar verrezen er in Nederland meer dan honderd aquathermische installaties. Deltares werkt samen met andere partijen om kennis en ervaring op te bouwen over potentieel, haalbaarheid en impact. Bijvoorbeeld in de innovatieprogramma’s WarmingUP (inmiddels afgerond) en NieuweWarmteNu .
Anton legt aan de rand van het IOS-bassin uit wat ze onderzoeken. “Allereerst hoe de pluim zich gedraagt wanneer deze loodrecht op de omgevingsstroom wordt uitgestoten. Maar we kijken ook naar de effecten van verschillende uitstroomsnelheden en verschillende uitstroomtemperaturen. Dit alles beïnvloedt de menging van de koude waterpluim.”
Waterschapsinstanties gebruiken momenteel het Deltares Delft3D-programma voor vergunningsdoeleinden. Anton: “Dit model werkt met name goed als je de watertemperatuur verder van het lozingspunt wilt weten. We kunnen minder goed voorspellen wat er dicht bij het lozingspunt gebeurt maar dat soort beoordelingen op maat kosten meer.”
Glasvezel als sensor
Deltares onderzoekt ook of glasvezelkabels gebruikt dienen om de verspreiding van de koude pluim te registreren. “Glasvezel leent zich gemakkelijker voor gebruik op grote schaal. Bovendien ondersteunt de robuustheid ervan gebruik in het veld en dus monitoring van praktijksituaties. De metingen bieden een betere ruimtelijke dekking maar de nauwkeurigheid laat te wensen over”, aldus Pieter Doornenbal. Hij geldt als expert in temperatuurmetingen met glasvezeltechnieken bij Deltares. “Om goede metingen te verkrijgen, moet een hoge resolutie worden bereikt.”
Hiervoor bekeek hij verschillende kabeldiktes. “We kunnen een meetinstrument in een kabel leggen over de hele lengte van een kanaal, recht of in een zigzagpatroon. Maar we kunnen het ook verticaal om palen wikkelen. Dit levert nauwkeurigere resultaten op omdat je meerdere metingen op één plek kunt uitvoeren. Het kan immers soms een verschil van een tiende van een graad maken.”
