Bijlage 2 Bodemenergie in Schalkwijk

Bodemenergie in Schalkwijk Versie: 1.0 DWTM22049

Wij maken duurzame warmte beschikbaar voor iedereen

Greenvis is onderdeel van De WarmteTransitieMakers B.V.

Auteur

John Boon, Jop van Rookhuijzen 06 38 08 11 26 john.boon@dwtm.nl

Datum

17-02-2023

Gecontroleerd

Jop van Rookhuijzen

Kenmerk

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

Inhoudsopgave Inleiding .............................................................................................................. 4 Aanleiding van het onderzoek ............................................................................................4 Scope plangebied ....................................................................................................................5 Doel en resultaat ......................................................................................................................5 Termen en afkortingen ..........................................................................................................6 Varianten bodemenergiesystemen ...................................................................................7 Inventarisatie van de bovengrond ................................................................... 9 Scope ............................................................................................................................................9 Warmtevraag .......................................................................................................................... 10 Inventarisatie van de ondergrond.................................................................. 12 Opbouw van de ondergrond ............................................................................................

12 Grondwaterstroming ........................................................................................................... 12 Bestaande belangen ............................................................................................................ 14 Duurzame energielevering .............................................................................. 16 Bodempotentie ...................................................................................................................... 16 Bodempotentieel .................................................................................................................. 17 Balans in de ondergrond met regeneratie .................................................................. 18 Conclusie ........................................................................................................... 21

Greenvis B.V. – Atoomweg 50, 3542 AB Utrecht – info@greenvis.nl – tel 034-6555560 kvk 51738759 – btw NL850.149.095.B01 – NL78RABO0198270143

Inleiding Aanleiding van het onderzoek In de Transitievisie Warmte (TVW) van de gemeente Haarlem is aangegeven in welke delen van Haarlem de gemeente de komende jaren werkt aan het tot stand komen van een collectieve warmteoplossing. Deze zullen bestaan uit warmteoplossingen die warmte halen uit de bodem, water en lucht. Samen met woningbouwcorporaties Firan en Equans werkt de gemeente aan het aansluiten van de eerste 5200 corporatiewoningen op het collectieve warmtenet. Onlangs is besloten de ‘decentrale oplossing’ uit te werken zoals voorgesteld in het herijkingsonderzoek van Merosh. De decentrale oplossing houdt in dat clusters van 1000 à 1.500 woningen via een midden temperatuur (70°C) warmtenet worden aangesloten op een bodemenergiesysteem. Deze bestaan uit WKO’s waarbij geen gebruik wordt gemaakt van koeling. Voor de 5.200 woningen betekent dit dat circa 7 kleinere decentrale warmtenetten worden gerealiseerd. In totaal zullen op termijn alle circa 15.000 woningen in Schalkwijk van het gas af moeten. De drukte in de ondergrond bij toepassing van grootschalige energieopslag in combinatie met decentrale warmtenetten zal sterk toenemen. Het gevaar bestaat dat verschillende initiatieven voor bodemenergie elkaar en/of andere gebruikers van de ondergrond gaan beconcurreren.

Systemen kunnen elkaar negatief beïnvloeden en de bodem zal niet optimaal ingezet worden om in de bovengrondse warmtevraag te voorzien. Regie kan gewenst zijn om een optimaal en duurzaam gebruik van de ondergrond, op basis van de voorziene ontwikkelingen met de decentrale warmtenetten, te borgen. Voortijdige ordening van de ondergrond kan reguleren dat individuele systemen die nu worden aangelegd, de aanleg van toekomstige grootschalige warmtebronnen voor het netwerk niet belemmeren. Mogelijk is een bodemenergieplan of een ienterferentiegebied een goede methode om de regels en afspraken vast te leggen, zodat de energiepotentie van de ondergrond zo optimaal en duurzaam mogelijk ingezet kan worden. Voor de ontwikkelzones Haarlem Zuid-West en de Europawegzone zijn de ordeningsregels voor de open en gesloten bodemenergiesystemen vastgelegd in beleidsregels en de ‘Verordening interferentiegebieden bodemsystemen’. De ontwikkelzone Europaweg ligt centraal in Schalkwijk. Bodemenergie toepassingen voor in Schalkwijk zullen moeten aansluiten op het interferentiegebied van de ontwikkelzone Europaweg en deze niet negatief mogen beïnvloeden.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

4

Scope plangebied Het bodemenergieplan wordt opgesteld voor de gehele wijk Schalkwijk. De wijk bestaat uit vier buurten en deze zijn weergegeven in figuur 1. De ontwikkelzone Europaweg (oranje arcering) valt buiten deze scope. Dit onderzoek beperkt zich in verticale richting tot het 1e en het gecombineerde 2de/3de watervoerende pakket. Bodemenergiesystemen zullen over het algemeen in het 1e of het 2de/3de watervoerende pakket worden gerealiseerd. Ondiepe en diepe geothermie (dieper dan 500 m) vallen onder de Mijnbouwwet en zitten niet in de scope van het bodemenergieplan.

Figuur 1 - Wijken in Schalkwijk, inclusief gestreepte ontwikkelzone Europawegzone

Doel en resultaat Het onderzoek zal antwoord moeten geven op de vraag of het voorgestelde systeem van zeven decentrale warmtenetten met WKO’s technisch en energetisch haalbaar is en zo ja, welke voorwaarden aan het systeem gesteld moeten worden. Daarbij wordt onderscheid gemaakt tussen de volledige wijk en de beoogde eerste 5200 woningen. Daarbij zal bepaald worden of regie pakken met een bodemenergieplan noodzakelijk is om de regels en afspraken vast te leggen voor optimaal gebruik van de bodem, en zo ja, hoe dit bodemenergieplan er uit moet zien. Dit rapport geeft antwoord op de volgende vragen: 1. Wat is de totale warmtevraag van de vier buurten binnen de scope van Schalkwijk? 2. Wat is de warmtepotentie van de ondergrond (1e en 2e /3e watervoerende pakket)? 3. Wat is de ruimtelijke impact van een ondergronds bodemenergiesysteem en welke horizontale afstanden moeten gehouden worden tussen de verschillende bronnen om interferentie te voorkomen? (relatie thermische straal en debiet) 4. Is verticale of horizontale zonering wenselijk en/of noodzakelijk en zo ja, hoe moet deze er dan uit zien? 5. Welke ordening moet er gelden voor open en gesloten bodemenergiesystemen om juiste beleidsregels te formuleren? 6. Zijn er overige beperkingen ten aanzien van de realisatie van WKO’s zoals archeologie en grondwaterbeschermingsgebieden? 7.

Hoe moet er rekening worden gehouden worden met: a. Bodemzijdige warmtebalans b. Regeneratie mogelijkheden om de warmtebalans in de ondergrond te borgen.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

5

Termen en afkortingen A.

Aquathermie: Aquathermie is het verwarmen en koelen van gebouwen door het gebruik van warmte en koude uit oppervlaktewater, afvalwater of drinkwater; B. Debiet: de hoeveelheid water, die per tijdseenheid door een open bodemenergiesysteem aan de bodem wordt onttrokken of daarin weer wordt geïnfiltreerd, uitgedrukt in kubieke meters per uur; C. Doublet systeem: een open bodemenergiesysteem waarbij gebruik wordt gemaakt van één of meerdere combinaties van een warme en een koude bron, met horizontale afstand tussen de onttrekkings- en infiltratieput. De infiltratie- en onttrekkingsbron wisselen seizoensafhankelijk binnen hetzelfde watervoerend pakket; D. Dry-coolers: Warmtewisselaars waarbij wordt gekoeld of verwarmd door omgevingslucht; E. GBES (Gesloten systeem): bodemenergie-installatie waarmee gebruik wordt gemaakt van de bodem voor de levering van warmte of koude door middel van een gesloten circuit van leidingen, met inbegrip van het bovengrondse deel van de installatie. Bij een gesloten system wordt geen grondwater opgepompt; F. Interferentiegebied: Een Interferntiegebied wordt aangewezen om interferentie of ondoelmatig gebruik van de bodem te voorkomen. Binnen een interferentiegebied zijn alle systemen vergunningplichtig en gelden aanvullende eisen. Met deze aanvullende eisen zorgen voor een optimaal en doelmatig gebruik van de bodem en bodemenergie; G.

Maaiveld: het hoogteniveau van het afgewerkte terrein; H. Monobronsysteem: een open bodemenergiesysteem waarbij een onttrekkingsfilter en een infiltratiefilter boven elkaar in één bronput binnen hetzelfde watervoerend pakket worden geplaatst; I. (m –mv): Meter onder maaiveld niveau; J. NGE: Niet gesprongen explosieven; K. OBES: Open bodem energiesysteem, dat gebruikmaakt van grondwater waarbij energie (warmte en koude) middels het grondwater in de bodem worden opgeslagen en onttrokken. Ook wel WKO; L. Open systeem: bodemenergie-installatie waarmee van de bodem gebruik wordt gemaakt voor de levering van warmte of koude door grondwater te onttrekken en na warmte-uitwisseling in de bodem terug te brengen (infiltreren), met inbegrip van het bovengrondse deel van de installatie; M. Thermische straal: de thermische straal kan gezien worden als de afstand in het watervoerende pakket tot waar de temperatuur beïnvloed wordt, gezien vanaf de infiltratiebron, als er geen verliezen naar de omgeving zijn. De thermische straal is als volgt gedefinieerd; N. VO – Verblijfsobjecten: Kleinste binnen één of meer panden gelegen en voor woon-, bedrijfsmatige, of recreatieve doeleinden geschikte eenheid; O. Warmte-/koudeopslag (WKO): Een energiesysteem dat gebruikmaakt van grondwater waarbij energie (warmte en koude) middels het grondwater in de bodem worden opgeslagen en onttrokken.

Ook wel OBES; P. WKO regeneratie: Het thermisch in balans brengen van een WKO door het laden en ontladen van warmte.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

6

Varianten bodemenergiesystemen De toepassing van bodemenergie in het plangebied kan via twee technisch verschillende principes worden gerealiseerd. Dit kan via een open bronsysteem waarbij grondwater wordt opgepompt en geïnfiltreerd (OBES) of met een gesloten systeem waarbij warmte en koude via geleiding wordt onttrokken aan de bodem (GBES). Binnen beide principes bestaan verschillende technische varianten. In deze paragraaf worden deze systemen toegelicht.

Open bronsystemen (OBES) Energieopslag in de bodem via een open bronsysteem werkt als volgt. In de winter wordt koude opgeslagen in de bodem die in de zomer kan worden gebruikt voor koeling. In de zomer werkt dit andersom; in de zomer wordt warmte opgeslagen in de bodem die in de winter wordt gebruikt om te verwarmen. De algemene term voor deze vorm van bodemenergie is een open bodem energiesysteem (OBES). De koude en warmte wordt door middel van deze bronnen met behulp van grondwater in een ondergronds watervoerende laag opgeslagen en onttrokken. Dit kan met een doubletsysteem zoals is weergegeven in figuur 2 of een monobronsysteem die is weergegeven in figuur 3. Deze systemen worden ook wel open systemen of grondwatersystemen genoemd. In de zomer wordt water via de koude bronfilter opgepompt en via de warme bronfilter geïnfiltreerd, dit is weergegeven in de linker afbeelding in figuur 2. In de rechter afbeelding is de wintersituatie weergegeven waarbij de stromingsrichting tegengesteld is. Bij toepassing van open WKO-systemen in Noord-Holland is een balans tussen warmte en koude opslag altijd noodzakelijk op de lange termijn, om uitputting van bodemwarmte te voorkomen.

Figuur 2 – Warmte en koude opslag door middel van een doublet bronsysteem.

Figuur 3 - Warmte en koude opslag door middel van een mono bronsysteem.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

7

Gesloten bronsystemen (GBES) Naast een open bronsysteem kan energie kan aan de bodem worden onttrokken op basis van geleiding met behulp van bodemwarmtewisselaars, zie figuur 4. Dergelijke systemen met bodemwarmtewisselaars worden ook wel gesloten systemen genoemd. In het vervolg zal worden gesproken van gesloten systemen indien het om deze bodemwarmtewisselaarsystemen gaat. Deze systemen worden aangegeven als gesloten bodemenergiesysteem (GBES).

Figuur 4 - Warmte en koude opslag door middel van een bodemlus (GBES).

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

8

Inventarisatie van de bovengrond In dit hoofdstuk is de bovengrond in kaart gebracht die informatie geeft over het type, aantal panden en de locaties van bestaande bovengrondse installaties.

Scope Binnen de scope zijn zeven warmteclusters voorzien. De decentrale oplossing houdt in dat clusters van 1000 à 1.500 woningen worden aangesloten op een collectief WKO systeem. Voor de 5.200 corporatiewoningen betekent dit dat circa zeven kleinere decentrale warmtenetten worden gerealiseerd. Op termijn zullen alle circa 12.000 WEQ’s in Schalkwijk van het gas af moeten. Dit project is een samenwerking tussen de volgende partijen: • Gemeente Haarlem; • Woningcorporaties Ymere, Pré Wonen en Elan Wonen; • Warmtenetwerkbedrijf HWN ( Samenwerking tussen de gemeente Haarlem en Firan); • Warmteleverancier EQUANS. De scope van het bodemenergieplan is weergegeven in figuur 5. Hierbij zijn de panden in de Europawegzone niet meegenomen omdat dit gebied is aangemerkt als interferentiezone. Daarnaast zijn de panden in de buitengebieden en aan de rivier de Spaarne uitgesloten (oosten van gebied) vanwege de afstand tot het projectgebied. De panden in de scope zijn onderverdeeld in vijf categorieën. De panden die zijn weergegeven in het groen zijn in eigendom van een woningcorporatie. Deze behoren tot de eerste fase van het project waarin 5200 woningen zijn opgenomen. Een WKO doublet bestaat uit een warme en koude bron. Deze bronnen liggen uit elkaar en worden naar een centraal punt bij elkaar gebracht.

Dit centrale punt is een opweklocatie die bestaat uit een klein gebouw waarin de warmtepompen met bijbehorende technische componenten staan opgesteld. Vanaf deze opweklocatie wordt de warmte getransporteerd naar de gebouwde omgeving via een secundair warmtenet. De beoogde locaties van deze opwekinstallaties zijn weergegeven met de rode ruiten en staan nog niet vast.

Figuur 5 - Scope van het projectgebied

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

9

Het aantal panden en verblijfsobjecten (VO’s) binnen de scope zijn weergegeven in tabel 1. Tabel 1 Aantal panden en VO’s binnen de scope

Aantal panden 411 2.321 122 3.277 82 6.213

Woningcorporatiebezit hoogbouw – fase 1 Woningcorporatiebezit grondgebonden Particulier hoogbouw Particulier grondgebonden Utiliteit Totaal

Aantal VO’s 4.985 2.321 4.764 3.277 105 15.452

Warmtevraag De panden vallen binnen vier buurten: Meerwijk, Europaweg, Boerhaavewijk en Molenwijk. De warmtevraag per buurt is weergegeven in tabel 2. Tabel 2 Huidige warmtevraag per deelgebied in GJ/jaar Woningcorpora tiebezit hoogbouw – fase 1 30.200

Woningcorporatieb ezit grondgebonden

Particulier hoogbouw

Particulier grondgebonden

Utiliteit

Totaal

14.400

27.700

38.200

10.900

121.300

Europawijk

31.100

14.500

42.800

30.000

7.200

125.600

Meerwijk

56.900

31.100

13.100

20.800

3.500

125.300

Molenwijk Totaal

19.100 137.300

20.600 80.600

48.800 132.400

34.100 123.100

8.500 30.100

131.100 503.300

Boerhaavewijk

Als uitgangspunt bij het warmtenet is een aanvoertemperatuur van 70°C aangehouden, gebaseerd op het onderzoek van herijkings onderzoek van Merosh. De meeste woningen worden op dit moment met een aanvoertemperatuur van 80°C verwarmd. Woningen met een energielabel D of hoger kunnen over het algemeen goed verwarmd worden met een aanvoertemperatuur van 70°C. Om te bepalen of de huidige radiatoren nog volstaan bij een lager temperatuur regime kunnen transmissieberekeningen worden gedaan. Daarnaast dienen de radiatoren ingeregeld te worden, bijvoorbeeld met dubbel instelbare kranen. Voor oude slecht geïsoleerde woningen (energielabel E, F of G) is dit een te lage temperatuur. De onderstaande tabel laat per energielabel het aantal panden zien. Het aantal panden wat nog verder geïsoleerd moet worden voordat deze aangesloten kunnen worden op het warmtenet is 26%. De woningcorporaties hebben als doel om alle woningen naar minimaal label D te isoleren. Voor de particuliere woningbezitters zal dit ook aangeraden worden, zodat de woningen op een comfortabel temperatuur gebracht kunnen worden. Tabel 3 - Labelverdeling van de panden binnen de scope

Energielabel pand

Aantal Woningen

A

3081

Percentage van de woningen 20%

A+

4

0%

A++

2

0%

A+++

53

0%

B

2173

14%

C

5231

34%

D

1049

7%

E

3323

22%

F

398

3%

G

138

1%

Totaal

15452

100%

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

10

Deze isolerende maatregelen zullen een daling van de warmtevraag tot gevolg hebben. De warmtevraag daalt voor de totale scope met 5 % van 503.300 GJ/jaar naar 479.900 GJ/jaar. Deze besparing is berekend op basis van uitgangspunten uit het Vesta Mais model van PBL.

Temperaturen en uitgangspunten Met de WKO wordt een midden temperatuur warmtesysteem toegepast en het is vanuit het oogpunt van duurzaamheid en efficiëntie deze niet te hoog op te waarderen. Als uitgangspunt is genomen dat alle panden een maximale aanvoertemperatuur ontvangen van 70°C. Hierbij is een retourtempratuur gewenst van maximaal 40°C. Met deze 70°C kan ook ruim worden voorzien in het verwarmen van tapwater. Overige uitgangspunten met betrekking tot de warmte afname zijn: • • • •

Minimaal energielabel: Warmteverlies totale warmtesysteem: COP warmtepomp: Monovalent systeem:

D 10% 3,31 De volledige warmtevraag kan voorzien worden vanuit het bodemenergiesysteem en er worden geen piekketels opgesteld.

De bovenstaande uitgangspunten zorgen voor een bodemzijdige warmtevraag voor het totale gebied van 365.800 GJ/jaar. Hierin is het warmteverlies van het warmtenet en de elektrische input van de warmtepompen meegenomen.

1

O.b.v. carnot efficiency van 55%

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

11

Inventarisatie van de ondergrond In dit hoofdstuk is een inventarisatie van de ondergrond beschreven waarbij de technische haalbaarheid met betrekking tot de bodem in kaart is gebracht.

Opbouw van de ondergrond De opbouw van de ondergrond is weergegeven in figuur 7. Hierbij zijn het 1e, 2e en 3e watervoerende pakket van toepassing.

Het 1e watervoerende pakket Het 1e watervoerende pakket is weergegeven in het paars, groen en oranje en de eigenschappen die hier bij horen zijn: • Het 1e watervoerende pakket loopt van ongeveer 20 tot 80 m –mv; • Het 1e watervoerende pakket bestaat uit overwegend grof zand en is geschikt voor de toepassing van kleinschalige open systemen en voor de toepassing van gesloten systemen; • Het toepassen van kleinschalige open systemen in het 1e watervoerende pakket is onder voorwaarden toegestaan.

Het 2e en 3e watervoerende pakket Het 2e en 3e watervoerende pakket loopt van ongeveer 80 tot 190 m -mv en tussen deze lagen is geen aaneengesloten scheidende laag. Derhalve kunnen beide watervoerende pakketten als één geheel worden beschouwd. Deze bestaan uit matig grof tot uiterst grof zand met enkele lokale kleilagen. De lagen zijn vanuit bodemtechnisch oogpunt uitermate geschikt voor de toepassing van grootschalige open bodemenergiesystemen. Het bodemenergieplan focust op een optimaal gebruik en indeling van het 2e en 3e watervoerende pakket via een open bronsysteem. Dit kan ook via een gesloten bronsysteem waarbij rekening moet worden gehouden met een kleinere maximale warmte en koude capaciteit.

Figuur 6 - Opbouw van de ondergrond van de Noord-west hoek van de scope naar de zuid-oost hoek.

Grondwaterstroming Aan de stijghoogte (de grondwaterstand) in een watervoerend pakket is te zien in welke richting het grondwater stroomt. Het grondwater stroomt van een punt waar de stijghoogte hoog is, naar een punt waar de stijghoogte laag is. Hierbij geldt; hoe groter dit verschil in stijghoogte, hoe sneller het water stroomt. Daarnaast is de samenstelling van de ondergrond van invloed op de snelheid van deze grondwaterstroming. Zo stroomt het water sneller door zand en grind dan door klei en veen. In Figuur 7 is de stijghoogte weergegeven binnen het gebied. De stroomrichting van het grondwater is weergegeven met de zwarte pijl en loopt van Noord-west naar Zuid-oost. Op basis van deze stroomrichting is de oriëntatie van warme/koude stroken bij voorkeur in lijn met deze stroomrichting van het grondwater. Op deze manier kan de afstand tussen de bronnen worden beperkt en wordt thermische kortsluiting en onderlinge beïnvloeding van de bronnen voorkomen. De daadwerkelijke waterverplaatsing wordt bepaald op basis van de stijghoogte. Dit valt af te lezen uit Figuur 7. De zwarte pijl geeft een hoogteverschil van 2 meter weer over een lengte van 2500 meter binnen de scope.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

12

Op basis van de horizontale doorlatendheid en de hoogte gradiënt kan de daadwerkelijke waterplaatsing berekend worden. Dit komt neer op een waterverplaatsing van ongeveer 24 m per jaar, en is laag genoeg voor het toepassen van bodemenergiesystemen.

Figuur 7 - Stijghoogte van het gebied met scope in het zwart. De stroomrichting (zwarte pijl) is van noord-west naar zuid-oost.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

13

Bestaande belangen Bestaande belangen binnen het gebied zijn belangrijk bij de bodem inventarisatie zoals als bestaande WKO installaties, archeologische waardevol gebied en de aanwezigheid van niet gesprongen explosieven (NGE). De impact van het toepassen van een open bronsysteem op deze belangen wordt in deze paragraaf beschreven.

Bestaande installaties Binnen de scope zijn een aantal bestaande bodemenergiesystemen aanwezig rondom de Europawegzone. Deze bevinden zich in de buurt van de beoogde centrale opweklocaties, zoals te zien is in Figuur 8. Informatie over deze bestaande systemen is weergegeven in tabel 3. Het is belangrijk om hierbij te bedenken dat het hier gaat om ontwerpgegevens; het is onbekend hoe de open bronsystemen in de praktijk functioneren en welke gegevens hierbij horen. Tabel 4 - Techniche eigenschappen bestaande bronsystemen binnen het gebied.

Open bronsystemen binnen de scope Locatie Hamelinckstraat 12 Briandlaan 15-257 Open bronsystemen Europawegzone Broekweg 1 Boerhavelaan Toekanweg 2 Schalkstad

Type bronsysteem monobron recirculatie

max debiet m3/uur 60 20

diepte filters m –mv 90-120/160-180 90-115

doublet monobron monobron doublet

100 25 50 60

95 -115 95-105 / 130-140 95-120 90 -110

Binnen de ontwikkelzone Europaweg zijn ordeningsregels opgesteld waardoor hier in de toekomst alleen nog monobronnen kunnen worden gerealiseerd. Om thermische invloed van omliggende bronsystemen op de Europaweg tegen te gaan, dient de afstand tot deze zone voldoende te zijn. Indien er ordeningsregels worden opgesteld dan kan er een bufferzone gebruikt om het gebied waarin geen bronsystemen mogen worden toegepast.

Figuur 8 - Bestaande bodemenergiesystemen

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

14

Binnen de scope zijn een aantal GBES systemen aanwezig. Deze zijn te zien in Figuur 8, waarvan de gegevens zijn aangegeven in Tabel 5. Één systeem is voor een School, terwijl de overige systemen collectieve installaties van appartementencomplexen voeden. Alle systemen bestaan uit meerdere lussen, waarbij 5 van de 6 systemen in de scope tot in het 2e en 3e watervoerende pakket komen. Tabel 5 - Techniche eigenschappen bestaande GBES binnen het gebied.

GBES binnen de scope

Type pand

diepte lus (m –mv)

Appartementen Appartementen Mgr. Huibersschool Appartementen Appartementen Appartementen

Aantal lussen 18 6 6 10 5 24

Engelandlaan 123 Odensestraat 8 Vilniusstraat 2 Spijkerboorweg Louis Pasteurstraat Monteverdistraat GBES Europawegzone Amerikaweg 14 (Elements)

Appartemeten

29

152

127 145 135 225 90 195

Archeologie Binnen de scope zijn gebieden die zijn aangewezen als archeologisch waardevol (middelhoog), zie Figuur 9. Er moet extra aandacht aan besteed worden, maar dit beperkt het realiseren van bodemenergiesystemen in het gebied niet.

Niet Gesprongen Explosieven (NGE) Er zijn enige gebieden aangewezen waar er risico is met betrekking tot niet gesprongen explosieven, zie Figuur 10. Hierbij moet extra aandacht zijn bij het realiseren van bodemenergiesystemen. Het biedt echter geen grote beperkingen voor het toepassen van bodemenergiesystemen.

Figuur 9 - Binnen de scope is beperkt gebied aangemerkt als archeologisch waardevol en er worden geen grote risico's voorzien.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

15

Figuur 10 - Er is enige risico omtrent niet gesprongen explosieven

Duurzame energielevering Bodempotentie De bodempotentie is afhankelijk van het brondebiet en temperatuurverschil (ΔT) tussen de warme en koude bron. Het brondebiet wordt bepaald door de grondeigenschappen en de dikte van het zandpakket met bijbehorende filters. Het toe te passen temperatuurverschil is voornamelijk afhankelijk van de regeneratie mogelijkheden en de warmtepomp.

Temperaturen De basistemperatuur van de ondergrond is ongeveer 12°C over het jaar. Voor een optimale werking van een open bodemenergiesysteem is een hoog temperatuurverschil tussen de warme en koude bron noodzakelijk. Met de juiste regeneratie mogelijkheden kan in de zomer water van minimaal 16°C in de grond gebracht worden. In de winter kan het opgepompte water met behulp van een warmtepomp met 7°C terug gebracht worden. Bij onvoldoende regeneratie is een minimale temperatuur van 16°C niet haalbaar en zal een ΔT van 4°C realistischer zijn. Er is nog weinig over bekend over hoe de regeneratie toegepast gaat worden. Daarom wordt uitgegaan van een optimaal scenario (ΔT=7°C) en een minimaal scenario (ΔT=4°C).

Energetische uitgangspunten Om de potentie te bepalen van de ondergrond is het brondebiet van zowel een doublet als monobron bepaald. Voor een doublet lijkt een brondebiet van 200 m³/h haalbaar en voor een monobron 80 m³/h. Dit is bepaald op basis van een filterlengte van respectievelijk 90 meter en 30 meter. In de praktijk blijkt dat dergelijke debieten niet altijd gehaald worden. Voor beide gevallen is daarom een realistisch minimaal scenario van 150 m³/h en 50 m³/h meegenomen. 150 m³/h is gebaseerd op een 25% beperking van het debiet en 50 m³/h is het hoogste debiet van een monobron die reeds gerealiseerd is in het gebied. Met deze uitgangspunten kan de potentie per doublet en monobron bepaald worden: Tabel 6 - Capaciteit per bron

Debiet Regeneratie tijd ΔT WKO Opslag capaciteit warmte per bron

m³/h maand

Doublet Maximaal 200 2,5

Realistisch 150 2,5

Monobron Maximaal Realistisch 80 50 2,5 2,5

°C GJ/doublet

7 10.600

4 4.500

7 4.200

4 1.500

Bronafstanden De onderlinge afstand tussen bronnen kan bepaald worden met behulp van de thermische straal. De thermische straal kan berekend worden met behulp van de volgende vergelijking: rth = √((cw*Q)/(ca*H*π)) Waarbij: rth: thermische straal van de opgeslagen warmte of koude [m] cw: warmtecapaciteit van water [J/m³K] ca: warmtecapaciteit van de aquifer [J/m³K] Q: waterverplaatsing per seizoen [m³] H: filterlengte [m] In de onderstaande tabel is de bronafstand voor de minimale en maximale scenario’s bepaald. Om thermische beïnvloeding tegen te gaan wordt over het algemeen een afstand van 3 maal de thermische straal aangeraden

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

16

tussen de warme en de koude bron. Bij warme en koude bronnen onderling kan een afstand van slechts 1,5 maal de thermische straal aangehouden worden. Bij een monobron kan in beide gevallen een onderlinge afstand van anderhalf maal de thermische straal aangehouden worden. Uit onderzoek2 uit 2020 is gebleken dat dit hele veilige afstanden zijn en dat dit verlaagd kan worden naar 2,0 maal de thermische straal tussen warm-koud en slechts 0,5 maal de thermische straal voor koud-koud, warm-warm en monobronnen. In de onderstaande brekingen is echter voor de veilige situatie van 3,0 en 1,5 maal de thermische straal aangehouden, die in de praktijk vaak ook nog aangehouden wordt. Tabel 7 - Minimale onderlinge afstand open bronsystemen.

Debiet Regeneratie tijd ΔT WKO Opslag capaciteit warmte per bronnen paar Thermische straal (Rth) Afstand bronnen (warm-koud) Afstand bronnen (warm-warm/KoudKoud

m³/h maand °C GJ/jaar

Doublet Maximaal Realistisch 200 150 2,5 2,5 7 4 10.600 4.500

m m m

46 139 69

Monobron Maximaal Realistisch 80 50 2,5 2,5 7 4 4.200 1.500

40 120 60

51 76 76

40 60 60

Bodempotentieel Het totale gebied binnen de scope exclusief de Europawegzone heeft een oppervlakte van 3,5 km2. Met behulp van de eerder berekende afstanden kunnen het maximaal aantal bronnen binnen het gebied uitgerekend worden Tabel 8 - Maximaal aantal mogelijk toe te passen doubletten.

Oppervlakte Aantal doubletten of monobronnen in gebied Vermogen totale gebied Opslagcapaciteit

km2 #

Doublet Maximaal Realistisch 3,5 3,5 182 242

Monobron Maximaal Realistisch 3,5 3,5 303 485

MW GJ/jaar

297 1.924.000

198 1.283.000

170 1.099.000

113 733.000

De capaciteit van de ondergrond ligt ruim hoger dan de gevraagde capaciteit, zie tabel 7. Tabel 9 - Capaciteit van de ondergrond in vergelijking met de warmtevraag.

Totale maximale warmtevraag Capaciteit ondergrond Benodigde # doubletten / monobronnen totaal Benodigde # doubletten / monobronnen per cluster (o.b.v. 7 clusters)

2

GJ/jaar GJ/jaar # #

Doublet Maximaal Realistisch 365.800 365.800 1.924.000 1.099.000 35 81 5

12

Monobron Maximaal Realistisch 365.800 365.800 1.283.000 733.000 86 242 12

Optimale ondergrondse inpassing van open bodemenergiesystemen, Rapportnummer: KWR 2020.055, mei 2020

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

17

35

Balans in de ondergrond met regeneratie De bodemzijdige warmtevraag gelijk is aan 365.800 GJ/jaar. In de bodem wordt gestreefd naar een energiebalans, waardoor er evenveel warmte als koude in de ondergrond gebracht moet worden. Binnen de clusters wordt geen koude voorzien en daarom is de onbalans in het bodemsysteem gelijk aan de volledige warmtevraag. Deze moet wel in balans zijn en daarom zal de volledige warmtevraag geregenereerd moeten worden. Om te regenereren kunnen de volgende opties worden toegepast: • Regeneratie door middel van oppervlaktewater (Aquathermie) • Regeneratie door middel van droge koelers

Figuur 11 - Regeneratie van de bodem door middel van aquathermie

Aquathermie – Thermische energie uit oppervlaktewater Bij aquathermie wordt gebruik gemaakt van warmte uit water. TEO (Thermische energie uit oppervlaktewater) is het verwarmen en/of koelen van gebouwen door het gebruik van warmte en koude uit oppervlaktewater uit meren, rivieren of kanalen. De warmte uit het water wordt opgeslagen in de bodem en kan dan later met een warmtepomp verder verwarmd worden voor ruimteverwarming en warm tapwaterbereiding.

Figuur 12 - Regeneratie van de bodem door middel van aquathermie

Uit gesprekken met het Hoogheemraadschap Rijnland over het toepassen van Aquathermie is naar voren gekomen dat ze willen meewerken aan het initiatief. Een belangrijke voorwaarde hierbij zou zijn dat de regeneratie geen negatieve invloed mag hebben op de ecologie in het gebied. Daarnaast is er sprake van vismigratie in het voorjaar tot en met juni. Het wordt afgeraden om tijdens deze periode aquathermie toe te passen, tenzij er aangetoond kan worden dat het geen negatief effect heeft op de vismigratie.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

18

De temperatuur moet hoog genoeg zijn om het WKO systeem met een voldoende hoge temperatuur te regenereren. Dit betekent dat de water temperatuur minimaal 16 °C mag zijn. Figuur 13 geeft de temperatuur van de rivier de Spaarne over het hele jaar 2022 weer. De temperatuur in het najaar zakt eind september onder de 16°C. Als onttrekkingsperiode wordt daarom 2,5 maand aangenomen.

Figuur 13 - Plot van de watertemperatuur de Spaarne in 2022

Als uitgangspunt voor het uitkoelen van het water heeft het hoogheemraadschap Rijnland aangegeven dat 6°C aanvaardbaar is, waarbij altijd aangetoond moet worden dat het geen negatief effect op de ecologie heeft. Voornamelijk in de zomer periode zorgt een te hoge temperatuur van het water voor negatieve effecten op de ecologie en kan door het toepassen van aquathermie dit juist verbeterd worden. Uitgangspunten: • Maximaal 2,5 maanden warmte onttrekken (juli, augustus, september) • Maximale uitkoeling: 6°C De drie hoofdwaterwegen zijn de ringvaart van de Haarlemmerpolder (rechts van de scope), het Spaarne (links van de scope) en het kanaal door de scope. De verschillende waterwegen zijn weergegeven in Figuur 14. Deze uitgangspunten zorgen voor een beschikbare warmte die onttrokken kan worden van: Tabel 10 - Regeneratie vanuit het waterlichaam het Spaarne.

Debiet (m3/s) Ringvaart van de Haarlemmerpolder Spaarne

2,83

Totaal debiet in ontrekkingsperiode (m3) 22.010.000

Beschikbare warmte (GJ/jaar) 555.000

1,21

9.410.000

237.000

Kanaal door scope

0,33

2.570.000

65.000

De totale beschikbare warmte gedurende 3 maanden is 850.000 GJ/jaar. De Benodigde warmte is 365.800 GJ/jaar en voldoet dus ruim, zodat met aquathermie de OBES gebalanceerd kunnen worden. Het onttrekken van deze warmte kan een negatief effect hebben op projecten die stroomafwaarts warmte willen onttrekken door middel van aquathermie. Hier zal minder warmte beschikbaar zijn. Er zijn op dit moment geen grote schaal aquathermie projecten aanwezig in de omgeving, waardoor dit geen problemen oplevert. De onttrokken warmte moet getransporteerd worden naar de opweklocaties van de verschillende clusters. De afstand vanaf het Spaarne en de ringvaart is relatief groot. Dit maakt de aanleg van een leidingnet ook relatief duur en niet aan te bevelen. Dit maakt dat het kanaal welke midden door de scope loopt het meest geschikt is om te gebruiken. De potentie van dit kanaal is echter te klein (65.000 GJ/jaar) om de volledige scope van warmte te voorzien. Het debiet door het kanaal binnen de scope kan met aquathermie verhoogd worden, door het water op de juiste manier rond te verpompen. De potentie van dit water kan hiermee vergroot kan worden.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

19

Figuur 14 - Waterlichamen binnen de scope (rijnland.omgevingswarmte.nl)

Droge koelers Droge koelers kunnen ingezet worden voor regeneratie. Deze zijn afhankelijk van de buitentemperatuur die voldoende hoog moet zijn om warmte efficiënt te kunnen onttrekken van de buitenlucht. Hiervoor geldt een temperatuur van minimaal 16°C. Droge koelers zullen gedurende lange periodes alleen overdag aan kunnen gaan wanneer de buitentemperatuur hoog genoeg is. Droge koelers kunnen op daken geplaatst worden maar vereisen veel ruimte. Daarnaast kunnen grote systemen tot geluidsoverlast leiden.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

20

Conclusie Gebruik van de potentie in der ondergrond nu en in de toekomst Er is voldoende potentie in de ondergrond om de volledige scope vanuit de bodem met behulp van OBES van warmte te voorzien. Hiervoor hoeft slechts +/- 35% van de ondergrondse opslagpotentie in het 2e en 3e watervoerende pakket ingezet te worden. Er worden naast de warmtetransitie voor zover nu te overzien valt, slechts in beperkte mate nieuwbouwprojecten verwacht binnen de scope. Hierdoor is een toename van de bovengrondse warmtevraag, en daarmee een toename van de inzet van bodemenergie onwaarschijnlijk. De kans dat er op grote schaal WKO systemen ontwikkeld gaan worden is daarom klein. De bodem zal hiermee ook in de toekomst kunnen voldoen aan de bovengrondse warmtevraag. Er wordt voor de bebouwing alleen een warmtevraag voorzien, en geen koudevraag. Hierdoor moet in ieder zomerseizoen de bodemenergiesystemen volledig geladen moeten worden (regeneratie) met warmte uit oppervlaktewater of lucht.

Negatieve onderlinge beïnvloeding van bodemenergiesystemen Een nieuw aan te leggen bodemenergiesysteem zoals een OBES mag een ander vergelijkbaar bestaand systeem niet negatief beïnvloeden. dit dient aangetoond te worden door de ontwikkelende partij. Dit wordt gedaan door een aanvraag ter beoordeling te doen bij het bevoegd gezag van de provincie voor OBES en de gemeente voor GBES. Dit geldt voor alle bestaande en nieuwe systemen binnen de scope en ook binnen de Europawegzone. Het maken van een bodemenergieplan is alleen noodzakelijk als voor alle geplande ontwikkelingen te weinig ondergrondse ruimte is om onderlinge negatieve beïnvloeding te voorkomen.

Negatieve thermische invloed van gesloten op open bodemenergiesystemen Bij een nieuwe te ontwikkelen OBES moet rekening gehouden worden met GBES. Om optimaal gebruik te kunnen maken van OBES voor een collectief warmtenet wordt geadviseerd om binnen de scope de toepassing van GBES te beperken tot een diepte van ca. 100m -mv.

Waarborgen van de energiebalans in de bodem De huidige koudevraag is beperkt en er wordt binnen de scope geen collectief koudenet voorzien. De WKO zal daarom volledig geregenereerd moeten worden door alternatieve warmtebronnen zodat de verplichte energiebalans in de bodem gehaald wordt. Dit kan bijvoorbeeld met aquathermie die in en rondom de scope voldoende aanwezig is voor de volledige regeneratie. Een andere mogelijkheid is het toepassen van droge koelers al dan niet in combinatie met aquathermie.

Ruimte voor optimalisatie door flexibiliteit Op basis van bovenstaande punten wordt geadviseerd om niet de volledige regie te pakken en dus geen bodemenergieplan op te stellen, waarin het toepassen van OBES ingeperkt wordt tot bepaalde vooraf vastgestelde locaties. De belangrijkste reden hiervoor is dat er voldoende ruimte is voor de aanleg van open bodemenergiesystemen die als bronnen voor de decentrale warmtenetten functioneren. Dit vrijlaten heeft twee voordelen; het plaatsen van OBES blijft flexibel en systemen kunnen optimaal geïnstalleerd worden ten opzichte van de energiecentrales. Daarnaast laat het ruimte voor individuele ontwikkelingen met bodemenergie en geeft dit flexibiliteit om zowel doubletten als monobronnen toe te passen. Om de toepassing van open bodemenergiesystemen niet te laten belemmeren door gesloten bodemenergiesystemen wordt geadviseerd een interferentiegebied vast te stellen voor Schalkwijk. Via de verordening interferentiegebied kan worden gereguleerd dat GBES tot een vooraf vastgestelde maximale diepte mogen worden toegepast.

DWTM22049-GHA-Bodemenergieplan Schalkwijk

21