RIS310452 Bijlage 1
Tekst van het document
Warmteoverdracht agrarische percelen Warmteleiding Vlaardingen – Den Haag
warmteoverdracht agrarische percelen warmteleidingen Vlaardingen – Den Haag
Auteur(s)
2 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
warmteoverdracht agrarische percelen warmteleidingen Vlaardingen – Den Haag Opdrachtgever
N.V. Nederlandse Gasunie
Contactpersoon
Trefwoorden
warmtetransportleidingen, klimaatmodel, dgflow
Documentgegevens Versie
1.0
Datum
17-3-2021
Projectnummer
11205411-001
Document ID
11205411-001-GEO-00024
Pagina’s
49
Status
definitief
Auteur(s)
Doc. Versie
Auteur
Controle
1.0
3 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Akkoord
Publicatie
Samenvatting In deze rapportage worden de berekende temperatuurseffecten in de ondergrond rond de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag en de daaraan gerelateerde inschatting van de gewasschade gepresenteerd. De berekeningen zijn uitgevoerd met een voor deze studie ontwikkeld warmtemodel DgFlow dat bestaat uit een gekoppelde klimaatmodule en ondergrondmodel. Met de klimaatmodule worden KNMI gegevens zoals: atmosferische temperatuur, kortegolfstraling, windsnelheid, vochtgehalte en neerslag vertaald naar verdampingsfluxen en latente warmtefluxen aan het maaiveld. Het warmtemodel voorspelt vocht- en warmtefluxen in de bodem als gevolg van warmtebronnen in de ondergrond bij de gegeven atmosferische condities. Het warmtemodel DgFlow is gevalideerd met warmtemetingen langs de warmteleiding over Noord van Eneco in Vlaardingen. Daarbij zijn meteorologische gegevens van het weerstation Rotterdam gebruikt. De metingen die in Vlaardingen zijn uitgevoerd geven een goed beeld van de temperatuurverdeling rond de warmtetransportleidingen. Er wordt een temperatuursverhoging van ongeveer 3 graden gemeten boven de warmteleiding op 20 cm onder maaiveld. De validatieberekeningen laten zien dat de temperatuursverhogingen goed worden voorspeld met het opgestelde rekenmodel. De temperatuursverhoging die wordt gevonden is eveneens ongeveer 3 graden.
Wel onderschat de eerste berekening de absolute sensortemperaturen met 2 graden en overschat de derde berekening de absolute waarde met een zelfde temperatuurverschil. De tweede berekening is leidend geweest in de modelkalibratie en komt daarom het best overeen met de gemeten waarden (zonder absoluut temperatuursverschil). De heterogeniteit van de ondergrond is mogelijk de oorzaak van de verschillen. Uit metingen en berekeningen blijkt dat de atmosferische invloed op de temperatuur in de ondergrond tot een diepte van ongeveer drie meter reikt. De modelberekeningen laten verder zien dat het belangrijk is om de ontwikkeling van de onverzadigde zone en de invloed van de zone op de indringing van de temperatuur aan het oppervlak goed mee te nemen. Ook mag de uitstraling van de warmtebronnen in de bodem naar het oppervlak, bij het berekenen van de temperatuur aan maaiveld, niet worden verwaarloosd. Bij de berekeningen die zijn uitgevoerd om de effecten op het gewas langs de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag te bepalen, is uitgegaan van een hogere temperatuur van de vloeistof in de leiding dan de gemeten temperatuur in de warmteleiding over Noord van Eneco. Als gevolg daarvan geven de berekeningen een hogere, maar beperkte, warmtetoename boven de aanvoerleiding op 20 cm beneden maaiveld dan de gemeten temperatuur boven de Eneco leiding.
De warmtetoename in de onderzochte profielen bedraagt ongeveer 4 graden. De voorspelling is daarmee conform de verwachting op basis van eerder uitgevoerde metingen. Voor de gewasgroei zijn berekeningen gedaan met een aangepaste gewasgroeimodule van het model Swap. Ten behoeve van het huidige project is in deze module de invloed van de bodemtemperatuur op de gewasgroei geïmplementeerd. Uit de resultaten van de berekeningen blijkt dat op 5 m van de aanvoerleiding het verlies aan gewasopbrengst door de bodemverwarming minder is dan 1%. Gemiddeld over de vier beschouwde profielen veroorzaakt de bodemverwarming een opbrengstverlies van 17.5% in een strook van 5 m aan weerszijden van de warmteleidingen.
4 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Inhoud Samenvatting
4
Inhoud
5
1
Inleiding
6
2
Probleemstelling
8
3
Leiding over Noord
9
3.1 3.1.1 3.1.2
Eerste meetlocatie Beschikbare gegevens Berekeningen
10 10 11
3.2 3.2.1 3.2.2
Tweede meetlocatie Beschikbare gegevens Berekeningen
14 14 15
3.3 3.3.1 3.3.2
Derde meetlocatie Beschikbare gegevens Berekeningen
18 18 19
4
Leiding Vlaardingen – Den Haag
23
4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3
Bodemprofiel 16 Beschikbare gegevens Warmteberekening Effecten van de warmteleiding
24 24 25 27
4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3
Bodemprofiel 21 Beschikbare gegevens Warmteberekening Effecten van de warmteleiding
29 29 30 31
4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3
Bodemprofiel 31 Beschikbare gegevens Warmteberekening Effecten van de warmteleiding
32 32 33 34
4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3
Bodemprofiel 57 Beschikbare gegevens Warmteberekening Effecten van de warmteleiding
34 34 35 36
5
Conclusies en aanbevelingen
37
Referenties
40
A
Bodemfysische eenheden
41
B
Boringen
43
C
Meteorologische gegevens
47
5 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
1
Inleiding Begin 2020 heeft de Gasunie Deltares en de WUR gevraagd om gezamenlijk de eventuele nadelige effecten van de aanleg van de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag voor gewassen in agrarische gebieden in kaart te brengen. Het onderzoek volgt op een verkennende studie die door de Anteagroup is uitgevoerd. In de verkennende studie zijn de temperatuurseffecten in de ondergrond rond de aan te leggen warmtetransportleidingen onderzocht binnen een onderzoeksgebied met een lengte van 3,5 km. Daarvoor zijn 14 profielen in een zomer- en wintersituatie doorgerekend met het grondwaterstromingsprogramma MicroFem. Daarbij is alleen gekeken naar warmteoverdracht door geleiding in een stationaire situatie. Dit rapport beschrijft het onderzoek dat door Deltares en de WUR is uitgevoerd en waarbij een meer gedetailleerde manier van modelleren wordt toegepast. Het onderzoek is in 4 stappen uitgevoerd: • • •
•
De eerste stap is een modelmatige stap en betreft het opzetten van een gedetailleerde module in het eindige elementen programma DgFlow. De tweede stap betreft metingen in het veld rond een warmteleiding van Eneco. De metingen worden gebruikt om het model te valideren. In de derde stap worden vier profielen nagerekend met het eindige elementen model DgFlow. De 4 profielen zijn in samenspraak met de WUR uit het AnteaGroup rapport overgenomen. In de vierde stap onderzoekt WUR of de resultaten (voorspelde waarden) een negatieve invloed hebben op de gewasopbrengst.
Met het programma DgFlow kan grondwaterstroming en warmtetransport door de ondergrond worden berekend. Daarbij wordt een verdampingsflux en een warmteflux aan het oppervlak opgelegd. In de eerste stap van dit project wordt een klimaatmodule ontwikkeld waarmee deze fluxen kunnen worden bepaald. Met het gekoppelde programma wordt het effect van de onverzadigde zone daarmee beter beschreven; een afname van het vochtgehalte geeft een afname van de geleidbaarheid en een afname van de warmtecapaciteit. Het gevolg van de afname van de verzadigingsgraad direct boven de leiding, door de hogere temperaturen daar, wordt daarmee gekwantificeerd. De rekenresultaten geven een voorspelling van de temperatuur en de vochtverdeling in de bodem en kunnen worden vergeleken met meetresultaten. In de tweede stap wordt het model gevalideerd door de voorspelling van de warmteverdeling langs een bestaande warmteleiding op drie locaties met metingen te vergelijken. In totaal zijn daarvoor 15 temperatuursensoren en 5 bodemvochtsensoren per meetlocatie geïnstalleerd (zie onderstaande figuur). Het onderzoek richt zich vooral op de opwarming van de grond rond de leiding.
Daarvoor zijn 3 temperatuursensoren boven de leiding (0,9, 0,6 en 0,3 m -mv) geplaatst, één op de leiding en zes sensoren verticaal (3,0, 2,5, 2,0, 1,5, 1,0 en 0,5 m -mv) boven elkaar in twee gutsboringen op verschillende afstanden (1,0 en 2,0 m) naast de leiding geïnstalleerd. Tevens zijn er 3 vochtmetingen boven de leiding uitgevoerd (0,9, 0,6 en 0,3 m mv) en twee bij de buitenste meetlans (0,6 en 0,3 m -mv). De thermische eigenschappen van de ondergrond worden bepaald met hete naaldproeven die in het laboratorium zijn uitgevoerd op grondmonsters. Per locatie is voor het verzamelen van de monsters één boring tot 5 meter beneden maaiveld uitgevoerd.
6 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 1.1 Meetlocatie Vlaardingen
De eerste twee stappen zijn gerapporteerd in het Deltares (2021) rapport “heat supply pipelines in agricultural areas”. Het voorliggende rapport geeft een samenvatting van de metingen en berekeningen die zijn uitgevoegd langs de warmteleiding over Noord en presenteert de resultaten van de laatste twee stappen; de berekeningen die zijn uitgevoerd voor de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag en de inschatting van de gewasschade. In Hoofdstuk 2 wordt de probleemstelling omschreven. Hoofdstuk 3 geeft een samenvatting van de metingen en berekeningen die uitgevoerd zijn bij de leiding over Noord. De resultaten worden gepresenteerd per meetlocatie. In Hoofdstuk 4 worden de resultaten van de berekeningen die zijn uitgevoerd voor de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag gepresenteerd. De resultaten worden voor vier bodemprofielen besproken. Hoofdstuk 5 bevat conclusies en aanbevelingen.
7 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
2
Probleemstelling Bij de verkennende berekeningen die door de Anteagroup zijn uitgevoerd zijn een aantal aannamen gedaan die de werkelijkheid mogelijk vereenvoudigen. Gedwongen convectie door grondwaterstroming en vrije convectie door dichtheidsverschillen, die ontstaan als gevolg van temperatuursverschillen, zijn niet in de beschouwing meegenomen. Ook is het warmtetransport door straling en waterdamptransport (bodemvocht) niet meegenomen in de analyse. Aan maaiveld is een constante temperatuur voorgeschreven die in de zomersituatie aan de lage kant is. Door het opleggen van de temperatuur is de waarde onafhankelijk van de opwarming in de ondergrond. De warmteflux aan het maaiveld door evapotranspiratie van grondwater wordt niet meegenomen en de verzadigingsgraad die verder afneemt door verdamping wordt niet expliciet berekend. In de gepresenteerde berekeningen is de verzadigingsgraad constant verondersteld en verdisconteerd in de thermische eigenschappen van de bodemeenheden. De verzadigingsgraad (bodem vochtgehalte) heeft echter een grote invloed op de geleiding van warmte in de ondergrond. Om bovengenoemde effecten wel in rekening te brengen moest het rekenmodel DgFlow, waarmee stroming en warmtetransport door de ondergrond kan worden gemodelleerd, worden uitgebreid met een klimaatmodule (stap 1).
Voordat het nieuwe rekenmodel op een verantwoorde manier kan worden gebruikt moet het model gevalideerd worden met metingen (stap 2). Met het nieuwe DgFlow model kunnen veranderingen van de atmosferische omstandigheden gedurende enkele jaren worden meegenomen in de berekeningen. Ook de koppeling met het vochtgehalte in de ondergrond maakt dat het DgFlow model meer gedetailleerd het warmte gedrag in de grond kan berekenen. Met het nieuwe model moeten berekeningen voor de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag worden gemaakt (stap 3) waarvan het resultaat in de Swap module wordt gebruikt om de effecten op de gras opbrengst te berekenen (stap 4). Langs deze weg hoeft niet worden uitgegaan van niet onderbouwde temperatuur grenswaarden.
8 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
3
Leiding over Noord Figuur 3.1 geeft de meetlocaties in een bovenaanzicht weer. De metingen zijn uitgevoerd in een groenstrook in Vlaardingen langs de A20 achter een bedrijventerrein.
Figuur 3.1 Meetlocaties leiding over Noord
In Figuur 3.2 zijn de meetlansen afgebeeld waarin de temperatuursensoren zijn opgenomen. Figuur 3.3 geeft een schematisch overzicht van de geplaatste sensoren ten opzichte van de aanvoerleiding en de afvoerleiding op de 3 meetlocaties.
Figuur 3.2 Meetlansen met temperatuursensoren
9 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.3 Schematische weergave temperatuursensoren
De locaties van de KNMI weerstations zijn afgebeeld in Figuur C 1. Voor deze studie is de data van station Rotterdam gebruikt. De meetdate van weerstation Rotterdam die in de berekeningen is verwerkt in afgebeeld in Figuur C 2.
3.1
Eerste meetlocatie
3.1.1
Beschikbare gegevens
In Figuur 3.4 zijn de posities van de sensoren op de eerste meetlocatie en de ligging van de aanvoer- en retourleiding afgebeeld. In de figuur zijn de gemeten temperaturen op 7 oktober 2020 om 13:00 opgenomen. De keuze voor dit tijdstip is arbitrair; de metingen geven een vrij constant temperatuursverloop. Figuur 3.5 geeft de metingen over een periode van 15 dagen weer de nummering van de sensoren komt overeen met Figuur 3.2.
Figuur 3.4 Gemeten temperaturen op 7 oktober 2020 13:00 in de eerste meetlocatie
10 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.5 eerste meetlocatie
3.1.2
Berekeningen
In Figuur 3.6 is het eindige elementen mesh afgebeeld waarmee de berekeningen zijn uitgevoerd. Een eindige elementen pakket (zoals DgFlow) gebruikt een mesh voor de berekening; op de hoeken van de driehoekjes worden de temperatuur en de druk berekend. Figuur 3.7 en Figuur 3.8 laten het berekende temperatuursverloop zien. De temperatuur is het hoogst in de aanvoerleiding (100 C) en de retourleiding (60C), in de ondergrond neemt de temperatuur af met de afstand tot de leidingen. Aan de onderrand is een temperatuur van 10C opgelegd omdat de temperatuur op een diepte van 10 m -mv niet meer door het klimaat wordt beïnvloed. De temperatuur aan maaiveld wordt bepaald door de warmteuitstaling van de leidingen en de atmosferische condities en volgt uit de berekening. De afmeting van het model is zodanig gekozen dat de invloed van de leidingen op de temperatuur langs de verticale randen te verwaarlozen is (linker rand -10 m, rechter rand +10 m uit hart van de aanvoerleiding).
11 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.6 Eindige elementen mesh eerste meetlocatie
Figuur 3.7 Temperatuursverloop 7-10-2020 eerste meetlocatie
Figuur 3.8 Temperatuursverloop 17-10-2020 eerste meetlocatie
Figuur 3.9 geeft de berekende temperaturen ter plaatse van de sensoren weer. Op de horizontale as zijn de dagen (na 1 januari 2020 uitgezet) dag 268 komt overeen met 25 september 2020 en dag 280 is 7 oktober 2020.
12 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.9 Berekende sensortemperaturen eerste meetlocatie
In Tabel 3.1 zijn de gemiddelde temperaturen over de meetperiode verzameld. De nummering van de sensoren is weergegeven in Figuur 3.2: meetlans 1 (sensoren 16, 1, 2 en 3), meetlans 2 (sensoren 4, 5, 6, 7, 9) en meetlans 3 (sensoren 10, 11, 12 13, 14 en 15). In Figuur 3.4 zijn de afstanden tot het hart van de aanvoerleiding weergegeven. In de ondiepe sensoren 16, 4 en 10 zijn temperaturen van 18, 18 en 17 C gemeten waaruit zou kunnen worden opgemaakt dat de temperatuursverhoging boven de aanvoerleiding slechts 1 C bedraagt. De metingen laten echter zien dat de sensoren in meetlans 3 worden beïnvloed door de leiding en dat sensor 10 niet als referentie gezien kan worden. De berekening, waarvan de resultaten afgebeeld zijn in Figuur 3.9, onderschat de temperatuur dicht bij het maaiveld en voorspeld gemiddelde temperaturen van 16, 16 en 15 graden.
13 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 3.1 Sensordata eerste meetlocatie Sensor
x
y
Gemeten
Berekend
Verschil
(m buis)
(m-MV)
(C)
(C)
(C)
1
0.00
-0.95
24
24
1
2
0.00
-1.45
28
28
0
3
0.00
-1.95
32
34
-1
4
1.49
-0.22
18
16
2
5
1.49
-0.72
21
20
1
6
1.49
-1.22
24
22
2
7
1.49
-1.72
25
23
3
8
1.49
-2.22
27
23
4
9
1.49
-2.72
27
23
4
10
2.59
-0.18
17
15
2
11
2.59
-0.68
19
18
1
12
2.59
-1.18
21
19
2
13
2.59
-1.68
23
19
3
14
2.59
-2.18
23
19
4
15
2.59
-2.68
23
18
5
16
0.00
-0.20
18
16
2
3.2
Tweede meetlocatie
3.2.1
Beschikbare gegevens
In Figuur 3.10 zijn de posities van de sensoren op de tweede meetlocatie en de ligging van de aanvoer- en retourleiding afgebeeld. In de figuur zijn de gemeten temperaturen op 11 oktober 2020 om 13:00 opgenomen. Figuur 3.11 geeft de gemeten temperaturen weer over een periode van 9 oktober tot 1 november.
Figuur 3.10 Gemeten temperaturen op 11 oktober 2020 13:00 in de tweede meetlocatie
14 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.11 tweede meetlocatie
3.2.2
Berekeningen
In Figuur 3.12 het eindige elementen mesh afgebeeld waarmee de berekeningen zijn uitgevoerd, Figuur 3.13 en Figuur 3.14 laat het berekende temperatuursverloop in de ondergrond op 27 oktober en 6 november zien.
15 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.12 Eindige elementen mesh tweede meetlocatie
Figuur 3.13 Temperatuursverloop 27-10-2020 tweede meetlocatie
Figuur 3.14 Temperatuursverloop 6-11-2020 tweede meetlocatie
Figuur 3.15 geeft het voorspelde temperatuursverloop in de sensoren. Op de horizontale as zijn de dagen (na 1 januari 2020 uitgezet) dag 282 komt overeen met 9 oktober 2020 en dag 305 is 1 november 2020.
16 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.15 Berekende sensortemperaturen tweede meetlocatie
In Tabel 3.2 zijn de gemiddelde temperaturen over de meetperiode verzameld. In Tabel 3.1 zijn de gemiddelde temperaturen over de meetperiode verzameld. De nummering van de sensoren is weergegeven in Figuur 3.2: meetlans 1 (sensoren 16, 1, 2 en 3), meetlans 2 (sensoren 4, 5, 6, 7, 9) en meetlans 3 (sensoren 10, 11, 12 13, 14 en 15). In de ondiepe sensoren 16, 4 en 10 zijn temperaturen van 15, 13 en 12 C gemeten waaruit zou kunnen worden opgemaakt dat de temperatuursverhoging boven de aanvoerleiding 3 C bedraagt. De sensoren in meetlans 3 worden niet beïnvloed door de leiding en sensor 10 ( een grotere afstand ten opzichte van locatie 1) wordt als referentie gezien. De rekenresultaten komen goed overeen met de temperatuur dicht bij het maaiveld en voorspellen gemiddelde temperaturen van 14, 13 en 12 graden.
17 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 3.2 Sensordata tweede meetlocatie sensor
x
y
gemeten
berekend
verschil
(m buis)
(m -mv)
(C)
(C)
(C)
1
0.00
-0.43
18
17
1
2
0.00
-0.93
23
23
0
3
0.00
-1.43
29
30
-1
4
3.00
-0.18
13
13
0
5
3.00
-0.68
16
15
1
6
3.00
-1.18
18
17
1
7
3.00
-1.68
19
18
2
8
3.00
-2.18
20
18
2
9
3.00
-2.68
20
17
3
10
8.00
-0.18
12
12
0
11
8.00
-0.68
13
14
0
12
8.00
-1.18
14
15
0
13
8.00
-1.68
15
15
0
14
8.00
-2.18
15
14
1
15
8.00
-2.68
15
14
1
16
0.33
-0.20
15
14
1
3.3
Derde meetlocatie
3.3.1
Beschikbare gegevens
In Figuur 3.16 zijn de posities van de sensoren op de derde meetlocatie en de ligging van de aanvoer- en retourleiding afgebeeld. In de figuur zijn de gemeten temperaturen op 1 november 2020 om 13:00 opgenomen. In Figuur 3.17 is het temperatuursverloop over de meetperiode van 22 dagen afgebeeld.
Figuur 3.16 Gemeten temperaturen op 11 november 2020 13:00 in de derde meetlocatie
18 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.17 derde meetlocatie
3.3.2
Berekeningen
In Figuur 3.18 het eindige elementen mesh afgebeeld waarmee de berekeningen voor de derde meetlocatie zijn uitgevoerd. In Figuur 3.19 en Figuur 3.20 is de temperatuurverdeling op 7 en 17 november afgebeeld.
Figuur 3.18 Eindige elementen mesh derde meetlocatie
19 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.19 Temperatuursverloop 7-11-2020 derde meetlocatie
Figuur 3.20 Temperatuursverloop 17-11-2020 derde meetlocatie
In Figuur 3.21 is het berekende temperatuursverloop in de sensoren voor de derde meetlocatie afgebeeld. Op de horizontale as zijn de dagen (na 1 januari 2020 uitgezet) dag 305 komt overeen met 11 november 2020 en dag 327 is 25 november 2020.
20 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 3.21 Berekende sensortemperaturen derde meetlocatie
In Tabel 3.3 zijn de gemiddelde temperaturen over de meetperiode verzameld. In Tabel 3.1 zijn de gemiddelde temperaturen over de meetperiode verzameld. De nummering van de sensoren is weergegeven in Figuur 3.2: meetlans 1 (sensoren 16, 1, 2 en 3), meetlans 2 (sensoren 4, 5, 6, 7, 9) en meetlans 3 (sensoren 10, 11, 12 13, 14 en 15). In de ondiepe sensoren 16, 4 en 10 zijn temperaturen van 12, 10 en 10 C gemeten waaruit zou kunnen worden opgemaakt dat de temperatuursverhoging boven de aanvoerleiding slechts 2 C bedraagt. De berekening overschatten de temperatuur dicht bij het maaiveld met slechts 1 C.
21 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 3.3 Sensordata derde meetlocatie Sensor
22 van 49
x
y
Gemeten
Berekend
Verschil
(m buis)
(m -mv)
(C)
(C)
(C)
1
0.00
-0.58
16
17
-1
2
0.00
-1.08
21
23
-2
3
0.00
-1.58
27
30
-3
4
3.19
-0.20
10
11
-1
5
3.19
-0.70
14
14
0
6
3.19
-1.20
16
15
0
7
3.19
-1.70
18
16
1
8
3.19
-2.20
19
17
3
9
3.19
-2.70
20
17
4
10
13.39
-0.21
10
11
-1
11
13.39
-0.71
12
13
-1
12
13.39
-1.21
13
13
-1
13
13.39
-1.71
14
14
0
14
13.39
-2.21
14
14
0
15
13.39
-2.71
14
13
1
16
0.00
-0.20
12
13
-1
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
4
Leiding Vlaardingen – Den Haag In het vorige hoofdstuk is aangetoond dat het DgFlow model goed bruikbaar is voor gedetailleerde berekeningen van het warmte gedrag. Het model is toegepast op de locaties van de geselecteerde bodem profielen. In Tabel 4.1 zijn de locaties van de geselecteerde profielen (16, 21, 31, 57.) opgenomen, in Figuur A 1 is de plaats van de profielen aangegeven. De keuze van de profielen dekt alle bodemfysische eenheden af. Tabel 4.1 Boringen (Antea) x
y
Bodemfysische eenheid
16
84054.53
440076.50
101
21
83949.31
440263.60
420
31
83704.23
440787.20
201
57
83671.82
441499.60
415
Figuur A 1 is een overzicht van de bodemfysische eigenschappen van de omgeving van de profielen afgebeeld. De bodemfysische eenheden zijn verzameld in Tabel 5.2 (eenheid 101), Tabel 5.3 (eenheid 201), Tabel 5.4 (eenheid 405), Tabel 5.5 (eenheid 415) en Tabel 5.6 (eenheid 420) van Bijlage A. Het materiaalgedrag in de onverzadigde zone is afgebeeld in Figuur A 2 (WUR). In de figuren zijn de relatieve doorlatendheid en de verzadigingsgraad uitgezet als functie van de druk. In deze studie is gerekend met de materiaalbeschrijving die de WUR hanteert. Figuur 4.1 geeft een doorsnede van de leiding Vlaardingen – Den Haag ’, de gronddekking boven de leiding is 1,5 meter en de dagmaat tussen de aanvoer en de retourleiding is 0.5 meter. De temperatuur van de vloeistof in de leidingen is 120 C en 70 C. In de berekening, waarvan de resultaten hieronder worden gepresenteerd, is de temperatuur in een twintigtal meetpunten over een periode van 2 jaar verzameld. De meetpunten zijn gekozen boven de aanvoerleiding en 15 meter uit het hart van de aanvoerleiding. De effecten van de warmteleiding zijn beoordeeld op vier locaties (A, B, C en D) in een profiel met een diepte van 50 cm.
Figuur 4.1 Schematische weergave warmteleiding Vlaardingen – Den Haag
23 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
De gewasgroei is gesimuleerd met een model dat is afgeleid van de gedetailleerde grasgroei module uit het door Wageningen Environmental Research (WEnR) ontwikkelde model Swap. De parameterwaarden in deze module zijn door WEnR bepaald aan de hand van gemeten grasgroei en oogsten op verschillende proefboerderijen (o.a. in Ruurlo). Voor het huidige project is er een functie aan toegevoegd die het effect van de bodemtemperatuur op de gewasgroei beschrijft. Hierbij is uitgegaan van de veelgebruikte aanname dat gras pas begint te groeien bij bodemtemperaturen tussen de 5oC en de 8oC, dat (voor Nederlandse omstandigheden en grassoorten) de optimale gewasgroei plaatsvindt bij bodemtemperaturen tussen de 15oC en 20oC en dat bij bodemtemperaturen boven de 25oC bijna geen groei meer kan voorkomen. Deze functie is weergegeven in Figuur 4.2.
Figuur 4.2 De invloed van de bodemtemperatuur op de dagelijkse assimilatie van gras
De (berekende) bodemtemperaturen worden voor elke dag ingelezen in het model. Aan de hand van deze bodemtemperaturen en de berekende diepte van de wortelzone wordt dan met behulp van Figuur 1 voor elke positie van de wortelzone de groeifactor bepaald. Deze wordt gemiddeld over de wortelzone. Door het model wordt de dagelijkse bijgroei berekend uit de ingevoerde meteorologische gegevens. Deze bijgroei wordt verdeeld over de verschillende onderdelen van het gewas in relatie tot het ontwikkelingsstadium. Ook de worteldiepte wordt voor elke dag berekend aan de hand van de hoeveelheid aanwezig gewas.
4.1
Bodemprofiel 16
4.1.1
Beschikbare gegevens
De bodemopbouw van profiel 16 is weergegeven in Figuur B 1 en Tabel 5.7 van Bijlage B. In onderstaande tabel is deze opbouw overgenomen. Tabel 4.2 Bodemopbouw boring 16 (Anteagroup)
24 van 49
Diepte (m-MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
1.45
veen
0.35
1.45
1.80
klei
0.96
1.80
2.90
veen
0.35
2.90
10.00
klei
0.96
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
De WUR (Wageningen University & Research) heeft aan dit profiel de bodemfysische eenheid 101 toegekend die bestaat uit venige klei tot een diepte van MV-0.15 m en mesotroof en eutroof veen tot een diepte van MV-1.20 m. Tabel 4.3 geeft de opbouw van deze bodemfysische eenheid met een zestal parameters die het verzadigd en onverzadigd materiaalgedrag kenmerken (θr: rest watergehalte, θs watergehalte hoogste verzadigingsgraad, k Darcy doorlatendheid, gα, gl en gn Van Genuchten parameters) Tabel 4.3 Bodemfysische eenheid 101 (WUR) Laag
Dikte (cm)
Naam
θr (-)
θs (-)
k (cm/d)
gα (-)
gl (-)
gn (-)
1
15
B17
0
0.72
4.46
0.01
-0.35
1.14
2
15
O17
0
0.89
30.45
0.01
1.01
1.25
3
20
O17
0
0.89
30.45
0.01
1.01
1.25
4
70
O17
0
0.89
30.45
0.01
1.01
1.25
Water heeft een thermische geleidbaarheid λw van 0.6 W/mC, de specifieke warmtecapaciteit van water Cw bedraagt 4182 W/mC en de dichtheid ρw is 1000 kg/m3. Deze gegevens zijn in Tabel 4.4 gebruikt om de fysische bulkeigenschappen van de bodemeenheden te bepalen. In de tabel zijn de thermische eigenschappen verzameld van het lagenmodel dat is opgesteld voor profiel 16 (de thermische eigenschappen van de korrels zijn aangegeven met de superscript s, de bulkwaarden (korrels en bodemvocht samen) onder volledig verzadigde condities zijn aangeduid zonder superscript). Tabel 4.4 Thermische eigenschappen profiel 16
4.1.2
Diepte (m)
Naam
n (-)
k (m/d)
λs (W/mC)
Cs (W/mC)
ρs (kg/m3)
λ (W/mC)
C (W/mC)
ρ (kg/m3)
-0.15
B17
0.72
0.45
0.50
1200
1000
0.57
3347
1000
-1.45
O17
0.89
0.30
0.35
1200
1000
0.57
3854
1000
-1.8
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-2.9
Peat
0.50
0.02
0.10
2091
1000
0.35
3137
1000
-10
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
Warmteberekening
In Figuur 4.3 is de ondergrond schematisatie afgebeeld met het eindige elementen mesh waarmee de DgFlow berekeningen zijn uitgevoerd. In het mesh zijn twee (fictieve) meetlansen afgebeeld waarin op een aantal punten het temperatuursverloop wordt gemonitord.
25 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 4.3 Ondergrondschematisatie profiel 16
Boven de aanvoerleiding ligt punt P2: MV– 0.2 m, P3: MV– 0.4 m, P8: MV–1.4 m (0.1 m boven bovenkant buis). De referentiemeting ligt 15 meter uit het hart van de aanvoerleiding met daarin meetpunt P10: MV– 0.2 m, P11: MV– 0.4 m, P16: MV–1.4 m. In Figuur 4.4 is het berekende tijdsafhankelijke verloop van de temperatuur in deze meetpunten afgebeeld in de periode 1 januari 2019 tot en met 31 december 2020. Het jaar 2019 is gebruikt om het model in te regelen, de effecten van de warmteleiding zijn bepaald voor het jaar 2020. Het jaar 2020 is gekozen omdat de metingen aan de leiding over Noord ook in 2020 zijn uitgevoerd en de berekende temperaturen in de wortelzone voor de leiding Vlaardingen – Den Haag eenvoudiger getoetst kunnen worden met de meetwaarden.
Figuur 4.4 Berekend temperatuursverloop profiel 16
26 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 4.5 Berekende temperaturen jaar 2020 profiel 16 Sensor
x (m -mv)
y (m -mv)
min (C)
mean (C)
max (C)
2
0.0
-0.2
9
17
30
3
0.0
-0.4
13
20
30
8
0.0
-1.4
37
41
46
10
15.0
-0.2
5
13
26
11
15.0
-0.4
7
13
23
16
15.0
-1.4
9
12
15
Uit de berekening volgt dat de tempratuur boven de aanvoerleiding op 20 cm beneden maaiveld gemiddeld 4 graden toeneemt. 4.1.3
Effecten van de warmteleiding
In Tabel 4.6 zijn de resultaten van de effectenberekening verzameld. Uit deze tabel blijkt dat de eerste maaisnede een week is vervroegd door de hogere bodemtemperaturen in het profiel. De totale hoeveelheid gras neemt door de hogere temperaturen met 37% af boven de aanvoerleiding. Op 5 m van de warmteleidingen is de afname nog maar 0.9%.
27 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 4.6 Effecten van de warmteleiding profiel 16 Parameter / afstand
0m
5m
10 m
15 m
gemaaid (kg ds/ha)
8057
13338
13434
13474
gewas 15 oktober (kg ds/ha)
999
947
940
936
totaal (kg ds/ha)
9056
14285
14374
14410
De invloed van de bodemtemperatuur op de gewasgroei wordt uitgedrukt in een correctiefactor. Ter illustratie worden hieronder voor bodemprofiel 16 de berekende correctiefactoren grafisch weergegeven, zowel boven de aanvoerleiding (Figuur 4.5) als op een afstand van 15 m (Figuur 4.6). Daarbij is de dagtemperatuur gemiddeld over het interval maaiveld tot 50 cm onder maaiveld.
Figuur 4.5 Verloop correctiefactor boven de leiding
Figuur 4.6 Verloop correctiefactor 15 m naast de leiding
Uit deze figuren wordt duidelijk dat de correctiefactor boven de aanvoerleiding in het voorjaar aanzienlijk hoger ligt dan die op 15 m van de aanvoerleiding. In deze periode heeft de bodemverwarming dus een positief effect op de groei van het gras. In de zomer zien we echter het omgekeerde effect. Dan wordt de temperatuur van de bodem boven de aanvoerleiding hoger dan de optimale temperatuur en wordt de dagelijkse bijgroei van het gras gereduceerd.
28 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
4.2
Bodemprofiel 21
4.2.1
Beschikbare gegevens
De door de Anteagroup vastgestelde bodemopbouw van profiel 21 is weergegeven in Figuur B 4 en Tabel 5.10 van Bijlage B. In Tabel 4.7 is deze opbouw overgenomen en in Tabel 4.8 is de opbouw van de bovenste laag volgens de WUR (bodemfysische eenheid 420 ) samengevat. Deze eenheid bestaat uit lichte klei tot een diepte van MV-0.40 m, matig zware klei tot een diepte van mv. -0.70 m en lichte klei tot een diepte van MV-1.20 m. Tabel 4.7 Bodemopbouw boring 21 (anteagroup) Diepte (m -MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
0.90
klei
0.96
0.90
1.10
zand
1.82
1.10
2.00
veen
0.50
2.00
4.20
klei
0.96
4.20
5.20
veen
0.50
5.20
8.55
klei
0.96
8.55
8.75
veen
0.35
8.75
10.00
klei
0.96
Tabel 4.8 Bodemfysische eenheid 420 (WUR) Layer
Size
Code
ThetaR
ThetaS
KSat
alpha
l
n
1
25
B10
0
0.44
31.1
0.05
-6.55
1.12
2
15
B10
0
0.44
31.1
0.05
-6.55
1.12
3
30
O12
0
0.49
10.8
0.03
-6.74
1.11
4
50
O11
0
0.42
61
0.04
-3.7
1.12
Tabel 4.9 combineert beide databronnen en geeft de laagopbouw die in de berekening is gebruikt.
29 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 4.9 Thermische eigenschappen profiel 21
4.2.2
Diepte (m)
Naam
n (-)
k (m/d)
λs (W/mC)
Cs (W/mC)
ρs (kg/m3)
λ (W/mC)
C (W/mC)
ρ (kg/m3)
-0.4
B10
0.44
0.31
0.96
1547
2650
0.80
2150
1624
-0.7
O12
0.49
0.11
1.99
2000
2373
1.31
2629
1700
-1.2
O11
0.42
0.61
0.96
1547
2650
0.81
2113
1957
-2
PeatC
0.80
0.02
0.10
3344
1000
0.50
4014
1000
-4.2
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-5.2
PeatC
0.80
0.02
0.10
3344
1000
0.50
4014
1000
-8.55
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-8.75
Peat
0.50
0.02
0.10
2091
1000
0.35
3137
1000
-10
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
Warmteberekening
In Figuur 4.7 is het eindige elementen mesh afgebeeld waarmee de berekening voor profiel 21 is gemaakt.
Figuur 4.7 Ondergrondschematisatie profiel 21
Figuur 4.8 geeft de rekenresultaten weer voor een zestal sensoren: P2 (mv – 0.2 m), P3 (mv – 0.4 m) en P8 (mv – 1.4 m) boven de aanvoerleiding en referentiemeningen P10 (mv – 0.2 m), P11 (mv – 0.4 m) en P16 (mv – 1.4 m) rechts van de aanvoerleiding.
30 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur 4.8 Berekend temperatuursverloop profiel 21
Tabel 4.10 Berekende temperaturen jaar 2020 profiel 21 sensor
x
y
min
mean
max
(m -mv)
(m -mv)
(C)
(C)
(C)
2
0.0
-0.2
8
16
29
3
0.0
-0.4
11
19
29
8
0.0
-1.4
29
35
41
10
15.0
-0.2
5
13
26
11
15.0
-0.4
7
13
23
16
15.0
-1.4
9
12
17
Uit de berekening volgt dat de tempratuur boven de aanvoerleiding op 20 cm beneden maaiveld gemiddeld 3 graden toeneemt. 4.2.3
Effecten van de warmteleiding
Tabel 4.11 geeft de resultaten van de berekeningen van de gewasopbrengsten voor profiel 21. Ook hier zijn de berekende verzadigingsgraad en de temperatuur in de wortelzone over het jaar 2020 in vier kolommen als invoer is gebruikt. De kolommen liggen 0m, 5m, 10m en 15 meter uit het hart van de aanvoerleiding. Als we de opbrengst op 0 m vergelijken met die van profiel 16, dan zien we dat de opbrengst hier bijna 1000 kg ds/ha hoger ligt. Dit wordt veroorzaakt door het verschil in warmtecapaciteit en warmtegeleidingsvermogen tussen de bodems. Het verschil tussen de opbrengsten van 0 m en 15 m is nu 31%, tussen de opbrengst van 5 m en die van 10 m slechts 0.7%. Tabel 4.11 Effecten van de warmteleiding profiel 21 Parameter / afstand
0m
5m
10 m
15 m
gemaaid (kg ds/ha)
9099
13505
13594
13609
gewas 15 oktober (kg ds/ha) totaal (kg ds/ha)
31 van 49
954
890
885
885
10053
14395
14479
14494
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
4.3
Bodemprofiel 31
4.3.1
Beschikbare gegevens
De bodemopbouw van profiel 31 is weergegeven in Figuur B 3 en Tabel 5.9 van Bijlage B. In Tabel 4.12 is de beschrijving van het bodemprofiel volgens Anteagroup samengevat, Tabel 4.13 bevat een beschrijving van de bodemfysische eenheid die door de WUR aan dit profiel is toegekend. De bodemfysische eenheid 201 bestaat uit venige klei tot een diepte van MV0.20 m, een moerassige tussenlaag tot een diepte van MV-0.30 m en matig zware klei tot een diepte van MV-1.20 m. Tabel 4.12 Bodemopbouw boring 31 (anteagroup) Diepte (m -MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
1.00
klei
0.96
1.00
1.20
klei
1.13
1.20
2.30
klei
0.96
2.30
4.00
klei
1.13
4.00
4.70
klei
0.96
4.70
5.00
veen
0.35
5.00
10.00
klei
0.96
Tabel 4.13 Bodemfysische eenheid 201 (WUR) Layer
size
Code
ThetaR
ThetaS
KSat
alpha
l
n
1
20
B17
0
0.72
4.46
0.01
-0.35
1.14
2
10
O18
0.01
0.57
34.45
0.01
-1.2
1.32
3
40
O12
0
0.49
10.8
0.03
-6.74
1.11
4
50
O12
0
0.49
10.8
0.03
-6.74
1.11
In Tabel 4.14 is de bodemopbouw samengevat en zijn thermische eigenschappen toegekend. Tabel 4.14 Thermische eigenschappen profiel 31
32 van 49
Diepte (m)
naam
n (-)
k (m/d)
λs (W/mC)
Cs (W/mC
ρs (kg/m3)
λ (W/mC)
C (W/mC)
ρ (kg/m3)
-0.2
B17
0.72
0.45
0.50
1200
1000
0.57
3347
1000
-0.4
O18
0.57
0.34
0.35
1200
1000
0.49
2900
1000
-1.2
O12
0.49
0.11
1.99
2000
2373
1.31
2629
1700
-2.3
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-4
Clay
0.50
0.01
1.66
1547
2350
1.13
2334
1675
-4.7
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-5
Peat
0.50
0.02
0.10
2091
1000
0.35
3137
1000
-10
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
4.3.2
Warmteberekening
Het eindige elementen mesh is afgebeeld in Figuur 4.9 en Figuur 4.10 bevat de uitkomsten van de berekening waarbij de sensorpunten gelijk gekozen zijn als in eerdere berekeningen.
Figuur 4.9 Ondergrondschematisatie profiel 31.
Figuur 4.10 Berekend temperatuursverloop profiel 31.
Tabel 4.15 Berekende temperaturen jaar 2020 profiel 31. Sensor
x
y
min
mean
max
(m -mv)
(m -mv)
(C)
(C)
(C)
2
0.0
-0.2
9
17
30
3
0.0
-0.4
16
22
30
8
0.0
-1.4
31
35
40
10
15.0
-0.2
6
13
25
11
15.0
-0.4
8
13
21
16
15.0
-1.4
9
12
16
Uit de berekening volgt dat de tempratuur boven de aanvoerleiding op 20 cm beneden maaiveld gemiddeld 4 graden.
33 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
4.3.3
Effecten van de warmteleiding
Ook bij dit profiel is de totale droge stof opbrengst boven de aanvoerleiding het laagste en wel 31% lager (afname) dan op 15 m afstand van de leiding. Op 5m afstand van de aanvoerleiding is de afname nog maar 0.5%. Tabel 4.16 vat de resultaten samen. Tabel 4.16 Effecten van de warmteleiding profiel 31. Parameter / afstand
0m
5m
10 m
15 m
gemaaid (kg ds/ha)
7893
13376
13438
13466
gewas 15 oktober (kg ds/ha)
1028
1074
1060
1059
totaal (kg ds/ha)
8921
14450
14498
14525
4.4
Bodemprofiel 57
4.4.1
Beschikbare gegevens
De bodemopbouw van profiel 57 is weergegeven in Figuur B 2 en Tabel 5.8 van Bijlage B. In Tabel 4.17 is de bodemopbouw samengevat en Tabel 4.18 beschrijft bodemfysische eenheid 415 die aan het profiel is toegekend. De eenheid bestaat uit matig zware klei tot een diepte van MV-0.60 m en lichte klei tot een diepte van MV-1.20 m. Tabel 4.17 Bodemopbouw boring 57 (Anteagroup) Diepte (m -MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
0.35
klei
0.96
0.35
0.65
veen
0.50
0.65
1.35
veen
0.35
1.35
2.80
klei
0.96
2.80
3.00
veen
0.35
3.00
3.30
veen
0.50
3.30
6.90
klei
0.96
6.90
7.15
veen
0.35
Tabel 4.18 Bodemfysische eenheid 415 (WUR) Layer
Size
Code
ThetaR
ThetaS
KSat
alpha
l
n
1
25
B11
0
0.51
63.6
0.15
-8.06
1.09
2
35
O12
0
0.49
10.8
0.03
-6.74
1.11
3
30
O11
0
0.42
61
0.04
-3.7
1.12
4
30
O11
0
0.42
61
0.04
-3.7
1.12
Tabel 4.19 geeft de ondergrond schematisatie die in de berekening is gebruikt.
34 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 4.19 Thermische eigenschappen profiel 57
4.4.2
Diepte (m)
Naam
n (-)
k (m/d)
λs (W/mC)
Cs (W/mC)
ρs (kg/m3)
λ (W/mC)
C (W/mC)
ρ (kg/m3)
-0.25
B11
0.51
0.64
0.96
1547
2650
0.78
2290
1809
-0.6
O12
0.49
0.11
1.99
2000
2373
1.31
2629
1700
-1.2
O11
0.42
0.61
0.96
1547
2650
0.81
2113
1957
-1.35
Peat
0.50
0.02
0.10
2091
1000
0.35
3137
1000
-2.8
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-3
Peat
0.50
0.02
0.10
2091
1000
0.35
3137
1000
-3.3
Peat
0.80
0.02
0.40
3344
1000
0.50
4014
1000
-6.9
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
-7.15
Peat
0.50
0.02
0.10
2091
1000
0.35
3137
1000
-10
Clay
0.50
0.01
1.32
1547
2350
0.96
2334
1675
Warmteberekening
Het eindige elementen mesh voor profiel 57 is afgebeeld in Figuur 4.11 en de rekenresultaten zijn weergegeven in Figuur 4.12. Het temperatuursverloop is in dezelfde punten gemonitord als in eerdere berekeningen.
Figuur 4.11 Ondergrondschematisatie profiel 57
Figuur 4.12 Berekend temperatuursverloop profiel 57
35 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 4.20 Berekende temperaturen jaar 2020 profiel 57 Sensor
x
y
min
mean
max
(m -mv)
(m -mv)
(C)
(C)
(C)
2
0.0
-0.2
8
17
29
3
0.0
-0.4
11
18
29
8
0.0
-1.4
30
36
42
10
15.0
-0.2
6
13
25
11
15.0
-0.4
7
13
23
16
15.0
-1.4
9
12
16
Uit de berekening volgt dat de tempratuur boven de aanvoerleiding in de wortelzone op 20 cm beneden maaiveld gemiddeld 3 graden toeneemt. 4.4.3
Effecten van de warmteleiding
Evenals bij de vorige profielen is het hier duidelijk dat de positie boven de aanvoerleiding de grootste vermindering van gewasopbrengst heeft. Deze is 31% lager dan die op 15 m van de leiding. Ook hier is het effect van de leiding na 5 m al nauwelijks meer te merken met een opbrengstverlies van 0.5%. De resultaten zijn opgenomen in Tabel 4.21. Tabel 4.21 Effecten van de warmteleiding profiel 57
36 van 49
Parameter / afstand
0m
5m
10 m
15 m
gemaaid (kg ds/ha)
8997
13517
13604
13614
gewas 15 oktober (kg ds/ha)
990
917
912
912
totaal (kg ds/ha)
9987
14434
14516
14526
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
5
Conclusies en aanbevelingen Met het in dit project doorontwikkelde eindige elementen programma DgFlow kunnen thermisch en hydrologisch gekoppelde berekeningen worden uitgevoerd bij verschillende atmosferische omstandigheden. Het model is gevalideerd met warmtemetingen die zijn uitgevoerd in Vlaardingen rond de leiding over Noord van Eneco waarbij de atmosferische condities (lucht temperatuur, neerslag, straling, windsnelheid en vochtigheid) van het KNMI weerstation Rotterdam zijn gebruikt. De veldmetingen, ter plaatse van de Eneco warmteleiding, geven een goed beeld van de temperatuursverdeling rond de warmteleidingen. Figuur 5.1 geeft een indruk van de meetopstelling en toont de dataloggers. Uit de metingen is een temperatuursverhoging van ongeveer 3 graden op een diepte van 20 cm beneden maaiveld boven de warmteleiding afgeleid. De gemeten temperatuur is daarvoor vergeleken met de temperatuur op een referentie locatie verder weg van de leiding.
Figuur 5.1Meetlocatie Vlaardingen
De validatieberekeningen laten zien dat de temperatuurtoenamen door de aanwezigheid van de warmteleidingen goed worden voorspeld met het opgestelde rekenmodel. De temperatuursverhoging die wordt gevonden is eveneens bijna 3 graden. Wel onderschat de eerste berekening de absolute sensortemperaturen met 2 graden en overschat de derde berekening de absolute waarde met een zelfde temperatuurverschil. De tweede berekening is leidend geweest in de modelkalibratie en komt daarom het best overeen met de gemeten waarden (zonder absoluut temperatuursverschil). De heterogeniteit van de ondergrond is de waarschijnlijkste oorzaak van de verschillen in absolute temperatuur. Uit metingen en berekeningen blijkt dat de invloed van de atmosferische condities op de temperatuur in de ondergrond tot een diepte van ongeveer drie meter diepte reikt. De modelberekeningen laten verder zien dat het belangrijk is om de ontwikkeling van de onverzadigde zone en de invloed van de zone op de indringing van de temperatuur aan het oppervlak goed mee te nemen. Ook mag de uitstraling van de warmtebronnen in de bodem naar het oppervlak, bij het berekenen van de temperatuur aan maaiveld, niet worden verwaarloosd.
37 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
De berekeningen die zijn uitgevoerd om de effecten op het gewas langs de warmteleiding Vlaardingen – Den Haag te bepalen zijn uitgevoerd met een hogere temperatuur van de vloeistof in de leiding dan de temperatuur die gemeten is in de warmteleiding over Noord van Eneco. Als gevolg daarvan geven de berekeningen een hogere, maar beperkte, warmtetoename boven de aanvoerleiding op 20 cm beneden maaiveld dan de gemeten temperatuur boven de Eneco leiding. De warmtetoename in de onderzochte profielen bedraagt volgens de berekeningen ongeveer 4 graden. De voorspelling is daarmee conform de verwachting op basis van eerder uitgevoerde metingen. Voor de gewasgroei zijn berekeningen gedaan met de gewasgroeimodule van het model Swap die ten behoeve van het huidige project is uitgebreid met een module die de invloed van de bodemtemperatuur op de gewasgroei berekend. Met dit aangepaste model is de gewasopbrengst voor vier bodemprofielen op vier afstanden van de aanvoerleiding (0 m, 5 m, 10 m en 15 m) bepaald. In Tabel 5.1 is de totale hoeveelheid gras in kilogram droge stof per hectare voor elk bodemprofiel (16, 21, 31 en 57) gegeven. Dit is de som van de gemaaide hoeveelheid en de hoeveelheid die op 15 oktober nog op het veld staat. Tabel 5.1 Gewasopbrengst. Opbrengst (kg ds.ha-1)
Bodem profiel 0m
5m
10 m
15 m
16
9056
14285
14374
14410
21
10053
14395
14479
14494
31
8921
14450
14498
14525
57
9987
14434
14516
14526
Met behulp van deze opbrengsten kan het percentage verlies van de gewasopbrengst door verwarming op eenvoudige wijze worden berekend als de locatie op 15 m van de aanvoerleiding als “onverwarmd” wordt beschouwd. De aanname is gerechtvaardigd omdat de verschillen tussen 10 m en 15 m zijn zeer gering zijn (resp. 36, 15, 27 en 10 kg ds.ha-1). De opbrengstverliezen als functie van de afstand tot aan de as van de aanvoerleiding voor de vier beschouwde bodemprofielen zijn afgebeeld in Figuur 5.2.
Figuur 5.2 Opbrengstverliezen als functie van de afstand tot de as van de aanvoerleiding
Uit Tabel 5.1 en Figuur 5.2 blijkt dat bij profiel 16 de totale hoeveelheid gras door de hogere bodemtemperaturen met 37% afneemt boven de aanvoer vergeleken met de opbrengsten op grotere afstand van de leiding. Voor profiel 21 is dit 30%. Het verschil tussen de
38 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
bodemprofielen wordt veroorzaakt door het verschil in warmtecapaciteit en warmtegeleidingsvermogen tussen de bodems. Bij de profielen 31 en 57 is de totale opbrengst boven de aanvoerleiding het laagste en wel respectievelijk 39% en 31% lager dan op 15 m afstand van de aanvoerleiding. In alle gevallen zijn de opbrengstverliezen op 5 m afstand van de leiding al kleiner dan 1%. De opbrengstverliezen voor de vier beschouwde profielen kunnen ook in een strook van 5 m links tot 5 m rechts van de warmteleidingen worden berekend. In Figuur 5.3 zijn de resultaten van deze berekening afgebeeld. Hieruit blijkt dat het grootste verlies in deze strook 19.5% is voor profiel 31. Het laagste verlies is 15.7% bij profiel 21. Gemiddeld over de vier profielen is het verlies 17.5%.
Figuur 5.3 Opbrengstverliezen voor een strook van 5 m aan weerszijde van de warmteleidingen
39 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Referenties Kroes, J.G., J.C. van Dam, R.P. Bartholomeus, P. Groenendijk, M. Heinen, R.F.A. Hendriks, H.M. Mulder, I. Supit, P.E.V. van Walsum, 2017. SWAP version 4; Theory description and user manual. Wageningen, Wageningen Environmental Research, Report 2780. 244 pp.; 57 fig.; 17 tab.; 312 ref. J.M. van Esch, Deltares, Heat supply pipelines in agricultural areas; heat transfer model validation, 11205411-001-GEO-001, 2021, Delft. H. Koopmans, AlteaGroup, Warmteoverdracht in agrarische percelen; warmteleiding door het Midden, projectnummer 437129, 2019, Rotterdam.
40 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
A
Bodemfysische eenheden
Figuur A 1 Bodemfysische eenheden (WUR).
Tabel 5.2 Bodemfysische eenheid 101 (WUR) 0.00
Bouwsteen
Omschrijving
0.15
B17
venige klei
0.30
O17
mesotroof en eutroof veen
0.50
O17
mesotroof en eutroof veen
1.20
O17
mesotroof en eutroof veen
Tabel 5.3 Bodemfysische eenheid 201 (WUR)
41 van 49
0.00
Bouwsteen
Omschrijving
0.20
B17
venige klei
0.30
O18
moerassige tussenlaag
0.70
O12
matig zware klei
1.20
O12
venige klei
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Tabel 5.4 Bodemfysische eenheid 405 (WUR) 0.00
Bouwsteen
Omschrijving
0.08
B11
matig zware klei
0.20
B11
matig zware klei
0.50
O12
matig zware klei
0.70
O17
mesotroof en eutroof veen
1.20
O17
mesotroof en eutroof veen
Tabel 5.5 Bodemfysische eenheid 415 (WUR) 0.00
Bouwsteen
Omschrijving
0.25
B11
matig zware klei
0.60
O12
matig zware klei
0.90
O11
lichte klei
1.20
O11
lichte klei
Tabel 5.6 Bodemfysische eenheid 420 (WUR) Onderkant laag
Bouwsteen
Omschrijving
0.25
B10
lichte klei
0.40
B10
lichte klei
0.70
O12
matig zware klei
1.20
O11
lichte klei
Figuur A 2 Onverzadigd materiaalgedrag (WUR)
42 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
B
Boringen
Figuur B 1 Boorbeschrijving profiel 16 (bron anteagroup 2020)
Tabel 5.7 Bodemopbouw boring 16 (bron anteagroup 2020)
43 van 49
Diepte (m -MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
1.45
veen
0.35
1.45
1.80
klei
0.96
1.80
2.90
veen
0.35
2.90
10.00
klei
0.96
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur B 2 Boorbeschrijving profiel 57 (bron anteagroup 2020)
Tabel 5.8 Bodemopbouw boring 57 (bron anteagroup 2020)
44 van 49
Diepte (m -MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
0.35
klei
0.96
0.35
0.65
veen
0.50
0.65
1.35
veen
0.35
1.35
2.80
klei
0.96
2.80
3.00
veen
0.35
3.00
3.30
veen
0.50
3.30
6.90
klei
0.96
6.90
7.15
veen
0.35
7.15
10.00
klei
0.96
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur B 3 Boorbeschrijving profiel 31 (bron anteagroup 2020)
Tabel 5.9 Bodemopbouw boring 31 (bron anteagroup 2020)
45 van 49
Diepte (m -MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
1.00
klei
0.96
1.00
1.20
klei
1.13
1.20
2.30
klei
0.96
2.30
4.00
klei
1.13
4.00
4.70
klei
0.96
4.70
5.00
veen
0.35
5.00
10.00
klei
0.96
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur B 4 Boorbeschrijving profiel 21 (bron anteagroup 2020) Tabel 5.10 Bodemopbouw boring 21 (bron anteagoup)
46 van 49
Diepte (m-MV)
Grondsoort
Warmtegeleiding (W/mK)
0.00
0.90
klei
0.96
0.90
1.10
zand
1.82
1.10
2.00
veen
0.50
2.00
4.20
klei
0.96
4.20
5.20
veen
0.50
5.20
8.55
klei
0.96
8.55
8.75
veen
0.35
8.75
10.00
klei
0.96
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
C
Meteorologische gegevens
Figuur C 1 Locaties weerstations KNMI
Tabel 5.11 Gegevens locatie, gewas en grond
47 van 49
Parameter
Waarde
Eenheid
latitude
5.20E+01
degN
altitude
4.30E+00
m
leave area index
3.00E+00
-
kappa factor
5.60E-01
-
gewas hoogte
1.20E+01
cm
worteldiepte
3.00E+01
cm
reflectie coëfficiënt gewas
2.30E-01
-
weerstand gewas
7.00E+01
s/m
reflectie coëfficiënt grond
1.50E-01
-
weerstand grond
0.00E+00
s/m
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
Figuur C 2 Meetgegevens weerstation Rotterdam (KNMI)
48 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief
49 van 49
warmteoverdracht agrarische percelen 11205411-001-GEO-0004, 19 maart 2021, definitief