3D-model voor thermische energie uit oppervlaktewater

Harry de de Brauw 07-12-2020
0 reacties

Nederland wil in 2050 aardgasvrij zijn en Amsterdam wil dat al zijn in 2040. Oppervlaktewater warmt zomers snel op en bevat dan een grote hoeveelheid thermische energie.

Projectleider

Joris van de Ven

Projectteam

Harry de Brauw, Jan Olsman, Jan Willem Voort, Joris Westenend, Sannah Peters

Organisatie(s)

Waterschap Amstel, Gooi en Vecht

Thema

Energietransitie
Schoon water

Technologie

Aquathermie
Digital twin

Projectfase

Onderzoek/verkenning

Status

Lopend

Door deze warmte zomers te onttrekken en op te slaan in de bodem voor benutting in de winter kan naar schatting worden voorzien in ongeveer 50% van de warmtevraag van de gebouwde omgeving. Dit komt voornamelijk door onze waterrijke omgeving. We zien dan ook een grote toename in de belangstelling voor de toepassing van thermische energie uit oppervlaktewater (TEO). Een behoorlijk aantal projecten is in voorbereiding. Er zijn plannen om alleen al in Amsterdam-Oost vele duizenden woningen te verwarmen met warmte uit de Amstel.

Effecten warmteonttrekking
De vraag hierbij is wat het effect is van de onttrekking van thermische energie (TEO) op de temperatuur in het oppervlaktewater en hoe de onttrekking en lozing het beste kunnen worden gepositioneerd en ontworpen, zodat ze elkaar thermisch niet beïnvloeden. Het antwoord daarop is essentieel om te komen tot een TEO-strategie en voor het verlenen van watervergunningen voor de toepassing van TEO. Om het gewenste inzicht in grachten en kanalen te krijgen moet het boezemstelsel hydraulisch in drie dimensies worden gemodelleerd. Dit vergt een nieuw type simulatiesoftware, waarvoor we samenwerken met Deltares. Deltares heeft hiervoor D-HYDRO in ontwikkeling, wat ons als bèta-versie ter beschikking is gesteld. Om dit model te valideren, hebben we in het voorjaar van 2020 een temperatuurmeetnet in het watersysteem uitgezet. In 2020 hebben wij ons boezemstelsel in dit model ingevoerd en het model hierop gekalibreerd en gevalideerd. Uit het meetnetwerk hebben wij momenteel data verzameld van het afgelopen jaar. Een concept-methodiek voor analyse en rapportage van TEO-projecten is opgesteld. In 2021 hebben hebben we bij twee TEO installaties sensoren aangelegd om te bemeten hoe de koudelozing zich verspreidt in de praktijk over het oppervlaktewater. Met de data gaan wij het model verder valideren. Tevens zullen we de methodiek voor analyse en rapportage verder updaten en een concept voor de TEO-strategie ontwikkelen.

Watersysteem in 3D modelleren
De gebruikte simulatiesoftware D-HYDRO voor het 3D-model is de opvolger van Delft3D 4.01 van Deltares. Het watersysteem van AGV en de gemeente Amsterdam is nog niet eerder gemodelleerd in 3D. Het model biedt ook de mogelijkheid om andere waterlichamen (bijvoorbeeld diepe plassen en sloten) te simuleren. Ook kan dit model worden gebruikt voor andere toepassingen, zoals het modelleren van defosfateringsinstallaties, vragen over de waterkwaliteit, etcetera. Het temperatuurmeetnet bestaat uit HOBO Pendant-temperatuursensoren, die zijn uitgezet op verschillende locaties. Per locatie zijn in de bovenste meter waterkolom vier sensoren geplaatst, en daaronder per meter waterkolom een extra sensor.

Meetresultaten tot juni 2021
De geometrie van het boezemstelsel is verwerkt in het model. Een aantal simulaties is gedraaid om het model te kalibreren en valideren. Hieruit blijkt dat de modeluitkomsten goed overeenkomen met de gemeten waarden uit de natuurlijke situatie. Een opvallend resultaat van de metingen is dat het oppervlaktewater in de zomer van 2020 een temperatuur bereikte van 26 tot 28 graden. De temperatuurverdeling per diepte (verticaal) is opvallend homogeen. Vanaf twee meter diepte hebben de dagelijkse temperatuurpieken van de buitenlucht (dag - nacht) minder invloed. Vanaf drie meter diepte is het water tijdens warme perioden een paar graden koeler dan daarboven. In februari 2021 hebben wij ook de temperatuur kunnen meten tijdens de ijsnota. Binnenkort kun je de meetresultaten vinden op de omgevingswarmtekaart van Waternet (https://waternet.omgevingswarmte.nl/waternet#c9eaed99-a69e-48eb-9642-61c0e0b77078),

TEO-effecten in het Amstelkwartier
Het model is als eerste toegepast bij de ontwikkeling van het Amstelkwartier, waarbij 2000 woningen worden verwarmd met warmte uit de Duivendrechtsevaart, en op het De Mirandabad, waarbij het zwembad wordt verwarmd met warmte uit de Amstel. Voor de Duivendrechtsevaart zijn diverse configuraties en de implicaties daarvan bestudeerd. Een methode is ontwikkeld om thermische kortsluiting te definiëren en te analyseren. De afbeelding hieronder toont daarvan een resultaat. Te zien is dat de koudelozing vanuit het De Mirandabad nauwelijks invloed heeft op de temperatuur in de Amstel. De koudelozing op de Duivendrechtsevaart heeft net zo'n beperkte invloed op de temperatuur in de Amstel.

Ontwikkeling TEO-strategie
Ook is een sjabloon ontwikkeld waarmee vanuit de simulatiesoftware standaardrapportages worden opgesteld. In 2023 wordt het model verder verfijnd en zullen we het kalibreren aan de hand van metingen van koudelozingen. Hiertoe gaan we de koudepluim van TEO-systemen bemeten en gaan we een proef uitvoeren met een koudelozing. De resultaten van het model gebruiken we voor het verbeteren van ons inzicht in de warmtepotentie van onze oppervlaktewateren. Dit wordt publiek gedeeld in de omgevingswarmtekaart. Aan de hand hiervan gaan we ook een TEO-strategie ontwikkelen, in samenspraak met onder andere vergunningverleners.

Voortgang

In 2021 hebben we met behulp van het 3D model op verschillende locaties simulaties uitgevoerd. Op toekomstige TEO-locaties hebben we simulaties gedaan om te onderzoeken of er kortsluiting optreedt bij de verschillende ontwerpen van TEO-systemen. Daarnaast hebben we met behulp van het model op drie huidige TEO-locaties de koudelozing gemodelleerd en met temperatuur sensoren gekalibreerd.

In 2022 hebben we het gehele watersysteem van ons beheergebied in het 3D-model gemodelleerd met D-Hydro. Daarnaast hebben we bij diverse TEO-locaties metingen uitgevoerd om het model verder te verbeteren. Zo hopen we in 2023 meer inzicht te krijgen in de invloed van TEO op de temperatuur van het oppervlaktewater.

Afbeeldingen

X (voorheen Twitter)

0  reacties

READAR | Gebouwinformatie en mutatiesignalering uit luchtfoto's

Contact

Het Waterschapshuis
Stationsplein 89
3818 LE Amersfoort

033-4603100

winnovatie@hetwaterschapshuis.nl 

 

 

Cookie-instellingen