Wat is Aquathermie, EOW, TEO, TEA en TED

Aquathermie is een verzamelnaam voor het onttrekken van thermische energie uit oppervlaktewater (TEO), afvalwater (TEA) of uit de productie van drinkwater (TED). Men noemt het ook wel energie uit oppervlaktewater (EOW). Het water heeft hierbij een temperatuur tussen de 7 en 25 graden, dit wordt ook wel een zeer lage temperatuur warmtebron genoemd (ZLT). Men kan ook koude winnen uit oppervlaktewater of drinkwater, ook dit valt onder de naam Aquathermie. Als men het warme water in de wintermaanden wil gebruiken, zal in veel gevallen de warmte opgewaardeerd moeten worden naar een hogere temperatuur, dit kan met behulp van een warmtepomp. Verder kan het water tijdelijk worden opgeslagen, dit gebeurt in een WKO (warmte-koude opslag).

Thermische energie uit oppervlaktewater (TEO)

Bij Thermische energie uit oppervlaktewater (TEO), wordt er in de warme maanden (zomer en deel voor- en najaar) warmte uit het oppervlaktewater gehaald. Dit warme water wordt opgeslagen in een WKO-installatie (warmte- en koudeopslag) onder de grond. In de koude seizoenen kan men warm water uit deze WKO-installatie onttrekken en met behulp van een warmtepomp kunnen gebouwen worden verwarmd. In sommige gevallen wordt het water direct door een warmtewisselaar gevoerd. Dit warme water met een temperatuur van ongeveer 18 graden is veel warmer dan het oppervlaktewater in de winter en dus draait de warmtepomp een stuk zuiniger. Andersom kan er in de winter juist weer koud oppervlaktewater opgeslagen worden in de WKO-installatie om in de zomer weer te koelen.

(Afvalwater is altijd beschikbaar en levert constante lagetemperatuur warmte. De temperaturen schommelen tussen 12°C in de winter en 20°C in de zomer) en hiervoor is dus vaak geen WKO-installatie nodig. Maar om de warmtelevering in de piekmomenten (in de winter) te garanderen is het wel handig om in de zomer een buffer op te slaan in de vorm van een WKO systeem. Om warmte uit rioolbuizen te onttrekken kan men gebruik maken van interne vrijvervalrioolwarmtewisselaars (deze kunnen in bestaande rioolbuizen in schaaldelen worden geplaatst) of externe vrijvervalrioolwarmtewisselaars.

Thermische energie uit productie van drinkwater (TED)

Door klimaatwisselingen is het drinkwater net zoals het oppervlaktewater aan temperatuurschommelingen onderhevig. Daarom kan thermische energie uit drinkwaterleidingen worden onttrokken. Dit kan op drie plaatsen gebeuren; het ruwe water (ongezuiverd) wat gebruikt zal gaan worden voor drinkwater, het water in de grond of aan de oppervlakte en het reinwater (gezuiverd water). De energie uit het reinwater kan worden onttrokken waar de waterreserves zich bevinden of uit het water wat in de leidingen naar de huishoudens en bedrijven gaat. Hier gaat het met name om koude uit het water te trekken om bijvoorbeeld gebouwen te koelen. De gemiddelde temperatuur van drinkwater is 12°C. Door het drinkwater door een warmtewisselaar te pompen vindt een uitwisseling plaats van warmte of koude. Dit kan dan direct gebruikt worden in een gebouw of men slaat het op in een WKO (warmte- en koudeopslagsysteem).

Voordelen en duurzaamheid TEO

Naar schatting kan TEO (thermische energie uit oppervlaktewater) voorzien in ruim 40% van de warmtevraag en 54% van de koudevraag. Bijkomend voordeel van warm water onttrekken van oppervlaktewater in de warme maanden is dat de kans op blauwalg en botulisme kleiner wordt. De gemiddelde watertemperatuur gaat namelijk omlaag. Verder heeft de techniek weinig impact op de ruimtelijke planning. Zonneparken en windmolens nemen veel meer ruimte in beslag. Men streeft meer en meer naar aardgasloze wijken, en dit is een goed alternatief voor aardgas omdat het een groot potentieel heeft om gebouwen op een duurzame manier te verwarmen, zeker in Nederland waar water in overvloed aanwezig is. In 2030 wil men dat 80% van de elektriciteit uit een duurzame bron komt. Warmte uit een waterbron onttrekken geeft geen CO2 uitstoot. Alleen de warmtepomp gebruikt elektriciteit, als men deze elektriciteit uit duurzame bronnen haalt dan is de CO2 uitstoot zeer beperkt en is aquathermie dus zeer duurzaam.

Wanneer is Aquathermie rendabel en haalbaar

Bebouwing in de buurt van de warmtebron en voldoende bebouwingsdichtheid: het leggen van buizen is duur, dus de afstand van de bron tot bebouwing moet klein zijn. Voor een klein project (bijvoorbeeld een kantoor) is dit maximaal een paar honderd meter, voor een groot project (meer dan 10.000 woningen) maximaal enkele kilometers. Er moet een mogelijkheid zijn om de warmte op te slaan: de bodem moet geschikt zijn voor een WKO. Hoeveel warmte het gebouw nodig heeft en hoe goed het is geïsoleerd is ook van belang. Als de benodigde warmte hoger moet zijn dan 70 graden dan wordt het energetisch rendement te laag, het is dan niet meer rendabel. In goed geïsoleerde gebouwen kan men lage temperatuurverwarming toepassen. Het zal wel wennen zijn omdat het met lagetemperatuurverwarming langer duurt om een ruimte te verwarmen.

Er zijn ontwikkelingen gaande waarbij het steeds aantrekkelijker wordt om aquathermie toe te gaan passen. De warmtepompen worden steeds beter en als in de toekomst opslag van warmer water in de bodem wordt toegestaan, wordt het rendement ook beter.

Waarom is filtratie belangrijk bij aquathermie, TEO

Voor een TEO systeem zijn de volgende componenten benodigd:

• Een inlaatpunt/werk
• Een (voor)filter
• Een pomp
• Een fijnfilter
• Een warmtewisselaar
• Leidingwerk
• Warmtepomp (indien water verder opgewarmd moet worden)
• Overige hulpmiddelen (meters, appendages
• Een WKO installatie (is niet altijd benodigd)

Filtratie is om verschillende redenen een belangrijk onderdeel:

In de waterstromen bevinden zich over het algemeen veel verontreinigingen. Dit kan invloed hebben op de verschillende onderdelen van het TEO systeem.

Bij een TEO systeem wordt warmte en koude onttrokken. Dit gebeurt door middel van een warmtewisselaar. Om deze apparatuur te beschermen is het belangrijk dat het water eerst door een filter gaat. In sommige systemen is een warmtepomp nodig om de temperaturen wat te verhogen. Warmtepompen zijn uitgerust met 60 mesh filterscreens. Het is belangrijk dat de vloeistof die door de leidingen gaat zo weinig mogelijk vuil bevat. Als er veel vuil in het leidingsysteem zit en dit zich ophoopt en de screens verstopt, valt de reeks warmtepompen uit. Als de warmtepompen uitvallen zal dit zowel veel tijd als geld gaan kosten om alles weer draaiend te krijgen. Een grondige spoeling en reiniging van het leidingsysteem is dus zeer belangrijk.

Bij een TEO systeem kan men verschillende soorten verontreinigingen aantreffen in het water.  Er zijn vrij grove verontreinigingen zoals drijfhout, plastic, afval en vissen. Deze zullen eerst gefilterd moeten worden met een grof filter voordat het water door de pomp uit het oppervlak wordt onttrokken. Verder vindt men o.a. micro-organismen, planten, algen of andere kleine dieren of mosselzaad. Deze zijn zeer schadelijk voor de apparatuur en kan er biologische vervuiling optreden (biofouling) op de oppervlakten van de leidingen of apparatuur. Biofouling of biologische vervuiling is de opeenhoping van micro-organismen, planten, algen of kleine dieren waar het niet gewenst is, zoals op oppervlakken zoals scheeps- en onderzeese rompen, apparaten zoals waterinlaten, leidingen en roosters. Een grote boosdoener van biofouling is bijvoorbeeld de guagga mossel. In gebieden waar de guagga mossel in hoge dichtheden voorkomt nemen algenconcentraties af en wordt het water helderder. Men zou dus kunnen denken dat dit juist goed is voor het innamewater, het water wordt immers helderder, maar de waterkwaliteit hoeft niet per se te verbeteren. Ook daarom blijft filtratie belangrijk.

Daarnaast hechten guagga mosselen zich aan harde oppervlakten, ze hebben een groot aanklevend vermogen. Verder is de guagga mossel veel toleranter dan andere mosselen voor extreme omstandigheden en is minder gevoelig voor verstoringen in de leefomgeving. De guagga mossel kan heel goed tegen lage temperaturen. Doordat ze zich zo makkelijk hechten zijn ze zeer schadelijk voor apparatuur en leidingen. Om te voorkomen dat de mossel de leidingen en apparatuur aantast is een goede bestrijdingstechniek belangrijk. Veel bedrijven gebruiken chloorbleekloog, maar er worden ook andere chemische middelen toegepast. Om belasting van het milieu tegen te gaan is het niet gewenst om veel chemicaliën te gebruiken en zal men dus het grootste deel van de organismen moeten onttrekken met een goed filter.

Waar moet men op letten bij de keuze van een filter voor TEO

Bij TEO (thermische energie uit oppervlaktewater) wordt er water uit een nabijgelegen sloot, kanaal, rivier, plas of meer gehaald. Allereerst moet het fijnfilter beschermd worden tegen grove vervuiling en tegen pomp slijtage. Hiervoor wordt een voorfilter gebruikt, hier zijn verschillende opties mogelijk. Afhankelijk van de situatie wordt er een keuze gemaakt, wat is de waterdiepte, zijn er peilfluctuaties, is de plek goed toegankelijk en zo zijn er nog een aantal factoren die belangrijk zijn. 

Als eerste stap wordt er een intake filter geplaatst voor de pomp. Hiervoor wordt meestal een aanzuigkorf in het water geplaatst tot 250 m3/hr. Indien minder onderhoud gewenst is, wordt gekozen voor een zelfreinigend intake screen. De zelfreinigende intake filters van Dutch Filtration hebben een filtratiegraad vanaf 200 micron en groter. Het drukverlies is minimaal en er is een zeer lage ingangssnelheid met een zeer groot open oppervlak. Het onderwaterleven wordt zo min mogelijk aangetast.

De reiniging vindt plaats door middel van een boosterpomp die 5-7 bar water in het filter spuit. Als het screen verstopt zit wordt er met grote snelheid perslucht geïnjecteerd om het screen schoon te krijgen.

De plaatsing van het voorfilter is cruciaal voor de werking van het systeem. Als het te dicht bij de kant in ondiep water wordt geplaatst, zal het filter snel dichtslibben door vervuiling. Ook mag het geen gevaar vormen en moet er dus iets omheen geplaatst worden, soms moet de inlaatput zelfs achter de kademuur geplaatst worden. Verder moet de aanzuigsnelheid ongeveer gelijk zijn aan dat van de stroomsnelheid van het water.

De keuze voor een pomp

Voor de pomp hebben we ook diverse mogelijkheden:

Zelfaanzuigende pomp (25-50-100-250 m3/hr)

Circulatiepomp (25-50-100-250 m3/hr)

Een zelfaanzuigende pomp kan meegevoerde lucht of andere gassen uit de zuigleiding afvoeren. Dit kan een standaard circulatiepomp niet. In vergelijking met een circulatiepomp is het rendement van een zelfaanzuigende pomp wel wat lager en moet de pomp ook dichter bij het oppervlaktewater worden geplaatst.

Het fijnfilter

Voor een fijnfilter zijn er verschillende zelfreinigende opties mogelijk. Hierbij moet met name worden afgewogen hoeveel ruimte er beschikbaar is en wat de hoeveelheid vervuiling is in het oppervlaktewater. Afhankelijk van het type vervuiling dat aanwezig is in het water moet de maaswijdte van het filter worden geselecteerd (typisch 20 – 500 micron).

Onze range aan fijnfilters bestaat o.a. uit:

Om de aangroei van o.a. guagga mosselen te voorkomen raden wij aan om op 40 micron te filteren. Een groot voordeel van de discfilters van Dutch Filtration is dat het een brede range is met veel opties in micronage. Men kan al vanaf 10 micron filteren, daarop volgen 20, 40, 55, 70, 100, 130, 200 en 400 micron.

Een ander voordeel van de discfilters is dat de installatie kan bestaan uit meerdere identieke batteries/skids die aan elkaar gekoppeld zijn. Dit heeft veel voordelen met onderhoud, engineering en evt. uitbreiding of faseerbaarheid.

Er zijn al diverse testen gedaan met TEO installaties en het blijkt dat de meest geschikte oplossing bestaat uit een zelfreinigend intake screen (Bij Dutch Filtration verkrijgbaar als TIS Zelf reinigend intake screen) in combinatie met een Discfilter 40 micron (Bij Dutch Filtration verkrijgbaar als Amiad Discfilter)

 Natuurlijk zal men altijd rekening moeten houden met diverse factoren. Dutch Filtration kan u adviseren bij het samenstellen de filtratie van uw aquathermiesysteem. Wij ontwerpen en produceren filters maar kunnen ook uw pomp leveren.

Begrippenlijst:

EOW = Energie uit oppervlaktewater

TEO = Thermische Energie uit Oppervlaktewater
TEA = Thermische Energie uit Afvalwater

TED = Thermische Energie uit Drinkwater
WKO = Warmte- Koudeopslag

Riothermie = Thermische Energie uit Afvalwater uit het riool 

Bronnen:

Aquathermie in de praktijk: eerste conclusies en inzichten: Netwerk Aquathermie in samenwerking met Deltares 30 januari 2020

Zeeuws energieakkoord: dossier aquathermie https://www.zeeuwsenergieakkoord.nl/bibliotheek/aquathermie

Expertise Centrum Warmte : Aquathermie https://www.expertisecentrumwarmte.nl/themas/technische+oplossingen/techniekfactsheets+energiebronnen/aquathermie+nieuw/default.aspx

Warming Up: Aquathermie configuraties https://www.warmingup.info/documenten/aquathermie-configuraties.pdf