Bestaande praktijk
Geothermie
Geothermie is niet nieuw. Warmwaterbronnen worden al vele eeuwen door de mens gebruikt voor verwarming van woonruimte en baden.
De eerst bekende toepassing van geothermische bronnen voor het opwekken van elektriciteit is de generator van Larderello, Pisa, Italië in 1904.
Nikolai Tesla schreef in 1931 in een Amerikaans wetenschappelijk blad een artikel genaamd: “Our Future Motive Power” waarbij hij analyseerde dat elektriciteit opgewekt d.m.v. geothermische warmte uit de aarde als betrouwbaar alternatief kan dienen voor de aandrijving van motoren op fossiele brandstof.
In de hedendaagse praktijk wordt geothermische warmte toegepast door het aanboren van onderaardse heet waterreservoirs op 500m tot 4.000m diepte (hydro-thermische bronnen). Maar de output is beperkt en sterk afhankelijk van de kwaliteit van de aangeboorde bron.
Hot Dry rock
De meest geavanceerd technologie tot op heden is de Enhanced Geothermal System (EGS) ook wel genoemd Hot Dry Rock (HDR).
Hierbij worden er twee boorgaten gemaakt naar een diepte van ongeveer 4.000m.
Via het 1ste boorgat worden grote hoeveelheden koud water geïnjecteerd om daarmee een kunstmatig ondergronds reservoir te creëren. Het gesteente tussen de 2 boorgaten wordt door middel van ‘fracturing’ poreus gemaakt met de bedoeling om het door de aarde opgewarmde water via het 2de boorgat naar boven te pompen (de productiepijp).
De temperatuur die door toepassing van deze ‘doublet’ methode bereikt wordt is maximaal ongeveer 180°C. Deze thermische warmte wordt vervolgens gebruikt om elektriciteit op te wekken of om rechtstreeks te dienen als proceswarmte voor stadsverwarming, industrie en agrarische sector.
Doublet Methode
De doublet methode (zie afbeelding) heeft als belangrijkste nadelen:
- De grote hoeveelheid geïnjecteerd water die ondergronds voor ongewenste aardverschuivingen en uitholling kunnen zorgen;
- De verkalking van het onderaardse poreuze gesteente zodat na verloop van tijd het systeem verstopt raakt;
- Gebruik van chemicaliën om de verkalking tegen te gaan;
- Economische kwetsbaarheid omdat er maar 1 productiepijp is;
- Beperkt economisch rendement door gelimiteerde capaciteit.
Schema van een typische EGS Installatie: doublet.
Schema van prototype Chinese installatie.
Prototype
In China is recent mede op basis van Europese technologie een prototype ontwikkeld om de nadelen van de doublet installatie te ondervangen (zie afbeelding).
Er wordt gebruik gemaakt van een gesloten systeem, waarbij de 2 boorgaten worden voorzien van een mantel en met elkaar worden verbonden. In de mantel wordt vervolgens een speciale retourleiding aangebracht die een geprepareerde procesvloeistof bevat om de thermische warmte goed op te nemen en af te geven. Met deze methode worden de nadelen van de doublet methode deels weggenomen. Maar doordat er sprake is van 1 productiepijp, is de capaciteit gelimiteerd tot ongeveer 10MW. Voor toepassingen op kleinere schaal een goed alternatief.