Organisatie | Amsterdam |
---|---|
Organisatietype | Gemeente |
Officiële naam regeling | Bodemenergieplan Amstel III & Arenapoort |
Citeertitel | Bodemenergieplan Amstel III & Arenapoort |
Vastgesteld door | college van burgemeester en wethouders |
Onderwerp | ruimtelijke ordening, verkeer en vervoer |
Eigen onderwerp | |
Externe bijlage | Bodemenergieplan Amstel III & Arenapoort pdf |
Geen
Datum inwerkingtreding | Terugwerkende kracht tot en met | Datum uitwerkingtreding | Betreft | Datum ondertekening Bron bekendmaking | Kenmerk voorstel |
---|---|---|---|---|---|
22-02-2023 | nieuwe regeling | 07-02-2023 |
Het college van burgemeester en wethouders van Amsterdam,
gelet op artikel 4:81, eerste lid, van de Algemene wet bestuursrecht in samenhang met artikel 2.1, eerste lid, onder i, en artikel 2.4. eerste lid van de Wet algemene bepalingen omgevingsrecht en artikel 2.2a, zesde lid van het Besluit omgevingsrecht,
In deze beleidsregel wordt verstaan onder:
gesloten bodemenergiesysteem: installatie waarmee, zonder grondwater te onttrekken en na gebruik in de bodem terug te brengen, gebruik wordt gemaakt van de bodem voor de levering van warmte of koude ten behoeve van de verwarming of koeling van ruimten in bouwwerken, door middel van een gesloten circuit van leidingen, met inbegrip van een bijbehorende warmtepomp circulatiepomp en regeneratievoorziening, voor zover aanwezig;
open bodemenergiesysteem: installatie waarmee van de bodem gebruik wordt gemaakt voor de levering van warmte of koude ten behoeve van de verwarming of koeling van ruimten in bouwwerken, door grondwater te onttrekken en na gebruik in de bodem terug te brengen, met inbegrip van bijbehorende bronpompen en warmtewisselaar en, voor zover aanwezig, warmtepomp en regeneratievoorziening.
Aldus vastgesteld in de vergadering van 7 februari 2023.
De burgemeester
Femke Halsema
De gemeentesecretaris
Peter Teesink
Bijlage Bodemenergieplan Amstel III & Arenapoort
2.3 Gesloten bodemenergiesystemen
3Algemene toelichting ontwerpprincipes
3.1 Open en gesloten bodemenergiesystemen
3.4 Verhouding tussen de filterlengte en de thermische straal
3.7 Monovalent/ bivalent systeem
5.2 Grondonderzoek en bodemschematisatie
5.3 Oppervlaktewater en datacenters
5.6 Aanwezige en toekomstige belangen in en om het gebied
6.2 Maximale en seizoensdebieten
7.1 Maximaal beschikbare capaciteit van de ondergrond
7.5 Vergelijking van de concepten
Bijlage 1 – Kaart interferentiegebied
Bijlage 3 – Stroomschema besluiten m.b.t. bodemenergiesystemen
Bijlage 4 – Processchema toepassen van WKO in de openbare ruimte
Het gebied Arenapoort en Amstel III (zie Figuur 1-1) is wat betreft bedrijvigheid en werkgelegenheid een van de belangrijkste locaties van Amsterdam. Bovendien heeft het een belangrijke regionale en zelfs landelijke functie. Arenapoort en Amstel III is zeer in trek als vestigingslocatie voor kantoren en bedrijven en heeft op dit moment 50.000 arbeidsplaatsen. Voor bewoners, bezoekers en gebruikers biedt het winkel- en uitgaansvoorzieningen. Het gebied rond de Johan Cruijff Boulevard herbergt de grootste entertainmentlocatie van Nederland. Er komen maar liefst zestien miljoen bezoekers per jaar waarvan er negen miljoen hier uitgaan en winkelen. Er zijn volop kansen in de vorm van werkgelegenheid, stages en opleidingen. Het gebied grenst aan de A2 en strekt zich uit vanaf het AMC tot achter de Amsterdam ArenA. Het spoor vormt aan de andere kant van het gebied de grens met de overige woongebieden van Zuidoost.
Figuur 1-1 Projectlocatie (de grenzen zijn een benadering, in de toekomst kunnen de GREX grenzen veranderen)
Arenapoort en Amstel III gaat de komende jaren transformeren naar een woon-werkgebied, waar het nu vooral een werkgebied is. Een van de opties voor duurzame energievoorziening in het gebied is aanleg van Open Bodemenergiesystemen (OBES). Indien alle voorziene gebouwen een individueel OBES willen realiseren ontstaat mogelijk ruimtegebrek in de ondergrond waardoor niet alle projecten kunnen worden gerealiseerd (met OBES). Zonder regie is het waarschijnlijk dat er niet optimaal gebruik wordt gemaakt van het beschikbare potentieel aan bodemenergie. Met als gevolg dat er geen optimale invulling wordt gegeven aan de bodempotentie die aanwezig is.
Het doel van dit bodemenergieplan is de toepassing van toekomstige bodemenergiesystemen (BES) in het projectgebied te sturen en daarmee te komen tot een hogere benuttingsgraad dan in het geval dat geen ordeningsregels worden gesteld. Het bodemenergieplan is bedoeld als leidraad en toetsingskader voor ontwerpers van BES, ontwerpers van de openbare ruimte (kabels en leidingen en maaiveld) en vergunningverlenende instanties.
Om te bepalen welke rol bodemenergie kan spelen in de duurzame energie voorziening van het gebied zijn de volgende aspecten onderzocht:
Uit de verkenning in deze studie blijkt dat er in principe genoeg ruimte is in de ondergrond om het geplande bouwprogramma te realiseren met OBES. Op basis van de benodigde benuttingsgraad wordt echter wel verwacht dat aanvullend beleid (ordening) nodig is om de bodempotentie optimaal te kunnen benutten. De voorgestelde ordeningsregels zijn opgenomen in Hoofdstuk 2.
Na het vaststellen van het gebied AmstelIII en Arenapoort als interferentiegebied zijn alle vormen van bodemenergie (open en gesloten) vergunningsplichtig. De grenzen van het interferentiegebied zijn aangegeven op de kaart in bijlage 1.
Hoofdstuk 2 bevat de voorgestelde ordeningsregels voor het toepassen van open en gesloten bodemenergiesystemen. In de hoofdstukken 3 en 4 wordt een algemene toelichting gegeven op de verschillende typen bodemenergiesystemen en de voor bodemenergieplannen relevante wet en regelgeving. Vervolgens wordt in hoofdstukken 5 t/m 8 verkend wat de toekomstige energievraag is en op wat voor manier hier door middel van bodemenergie invulling aan gegeven kan worden. Deze verkenning vormt de basis voor de in hoofdstuk 2 genoemde ordeningsregels.
Als uitgangspunt voor het opstellen van de ordeningsregels wordt op basis van de verkenning in deze rapportage en de inventarisatie van IF-technology [13] met name ingezet op het toepassen van open bodemenergiesystemen van het type doublet. Het derde watervoerend pakket (NAP -70 m tot NAP -180 m) is het meest geschikt voor het toepassen van open bodemenergiesystemen met een grote capaciteit. Het is echter niet uitgesloten dat voor bepaalde toepassingen andere vormen van bodemenergie (zoals gesloten systemen of monobronnen) meer geschikt zijn. Derhalve worden deze systemen binnen het interferentiegebied niet verboden. Wel zijn regels opgesteld zodat deze de grootschalige ontwikkeling van doublet-systemen niet in de weg zitten.
Deze regels leggen bepaalde voorwaarden op aan de toepassing van de verschillende vormen van bodemenergie. Alle ontwikkelende partijen die in het gebied een systeem met bodemenergie toepassen, dienen zich te houden aan deze gebruiksregels. De gebruiksregels bestaan uit regels voor gesloten systemen en regels voor open systemen.
De in dit plan gestelde ordeningsregels hebben betrekking op het plangebied zoals aangegeven in de kaart in bijlage 2. Om te voorkomen dat het gebruik van de zoekgebieden voor warme en koude bronnen negatief beïnvloed wordt door systemen die net buiten het plangebied worden gerealiseerd, is een bufferzone opgenomen. In de bufferzone dienen systemen aan te sluiten bij de vastgestelde zoekgebieden voor koude en warme bronnen. Voor de Bedrijvenstrook (zie Figuur 6-1) worden (vooralsnog) geen aanvullende gebruiksregels opgesteld.
De onderstaande regels gelden voor de bronnen van doublet systemen voor zover deze gerealiseerd worden in het derde watervoerende pakket (tussen NAP -70 m en NAP -190 m). Voor bronnen in minder diepe of diepere lagen geldt dat deze geen nadelige invloed mogen hebben op de bruikbaarheid van het strokenpatroon (zie bijlage 2) voor het realiseren van doubletsystemen van toekomstige ontwikkelingen.
De bronnen dienen te worden gepositioneerd binnen de daarvoor bestemde zones. De zones zijn op de kaart in bijlage 2 aangegeven als rode (voor de warme bronnen) en blauwe (voor de koude bronnen) stroken. Daarbij moeten de bronnen minimaal 1 thermische straal van de thermische scheidslijn worden geplaatst.
Het OBES bereikt uiterlijk vijf jaar na de datum van ingebruikname een moment waarop de koude, die vanaf de datum van ingebruikneming door het systeem aan de bodem is toegevoegd, gelijk is aan de hoeveelheid warmte, die vanaf die datum door het systeem aan de bodem is toegevoegd. Het systeem herhaalt dit telkens uiterlijk vijf jaar na het laatste moment waarop die situatie werd bereikt.
De bronnen dienen bij voorkeur op de eigen kavel te worden aangebracht. Voor plaatsing van bronnen buiten de eigen kavel zijn specifieke afspraken met de gemeente/grondeigenaar noodzakelijk (o.a. opstalrecht, wior vergunning). Dit geldt ook voor het bijbehorend leidingwerk. In bijlage 4 is het processchema opgenomen voor het gebruik van de openbare ruimte voor bronnen en leidingwerk.
De bron(nen) dienen bij voorkeur op de eigen kavel te worden aangebracht. Voor plaatsing van bronnen buiten de eigen kavel zijn specifieke afspraken met de gemeente/grondeigenaar noodzakelijk (o.a. opstalrecht, wior vergunning). Dit geldt ook voor het bijbehorend leidingwerk. In bijlage 4 is het processchema opgenomen voor het gebruik van de openbare ruimte voor bronnen en leidingwerk.
c.Gesloten bodemenergiesystemen
Een gesloten bodemenergiesysteem mag niet dieper reiken dan NAP -60 m. De bodemwarmtewisselaars dienen bij voorkeur op de eigen kavel te worden aangebracht. Voor plaatsing buiten de eigen kavel zijn specifieke afspraken met de gemeente/grondeigenaar noodzakelijk (o.a. opstalrecht, wior vergunning). Dit geldt ook voor het bijbehorend leidingwerk.
3.Algemene toelichting ontwerpprincipes
In dit hoofdstuk worden verschillende aspecten en definities omschreven die relevant zijn voor het ontwerp en de toepassing van open bodemenergiesystemen.
a.Open en gesloten bodemenergiesystemen
Bij gebruik van een bodemenergiesysteem (BES) wordt warmte en/of koude uit de bodem onttrokken en gebruikt voor het verwarmen en koelen van gebouwen. Bij open bodemenergiesystemen (OBES) gebeurt dit door het onttrekken en infiltreren van grondwater uit watervoerende lagen, bij gesloten bodemenergiesystemen (GBES) door het circuleren van een vloeistof door een gesloten systeem (zoals kunststof lussen) in de bodem. Koelen en verwarmen met behulp van BES kan flinke besparingen opleveren. Er hoeft minder gas en elektriciteit gebruikt te worden voor verwarmen en koelen. Dat zorgt ervoor dat de CO2-uitstoot vermindert.
Gesloten systemen kunnen al rendabel zijn bij kleine toepassingen (individuele woningen, groepen woningen of kleine utiliteitsbouw). Open bodemenergiesystemen zijn met name geschikt voor grote ontwikkelingen (>50 woningen, grotere kantoren of utiliteitsbouw). In Amsterdam worden de bronfilters van open bodemenergiesystemen over het algemeen gerealiseerd op een diepte tussen 65 en 200 meter. De einddiepte van de lussen bij gesloten bodemenergiesystemen varieert globaal tussen 90 en 175 m. In verband met de te verwachten ontwikkelingen in Amstel III en Arenapoort richt deze rapportage zich met name op open bodemenergiesystemen.
De open bodemenergiesystemen kunnen worden onderverdeeld in monobronnen en doubletten. Bij een monobron bevinden de warmte- en koude bron zich boven elkaar en worden daarmee met één boring gerealiseerd. Een doublet bestaat uit twee bronnen. De ene bron wordt gebruikt voor opslag van warm water en de andere voor koud water. In Figuur 3-1 is de opzet van OBES met een doublet (links), monobron (midden) getoond. De figuur toont ook een recirculatiesysteem (rechts). Een recirculatiesysteem is een doubletsysteem waarbij 1 bron wordt gebruikt voor infiltratie en 1 bron voor onttrekking. Hierbij is geen sprake van opslag, maar wordt verwarmd en gekoeld met de natuurlijke temperatuur van het grondwater. Recirculatiesystemen worden in Amsterdam zelden toegepast. De energie die geleverd kan worden is beperkt in vergelijking met een doublet-systeem. Bovendien is het ruimtebeslag groter. Daarom worden recirculatiesystemen hier verder niet behandeld.
Figuur 3-1 Schematische weergave van doublet, monobron en recirculatie OBES [2].
Bodemtechnisch kunnen zowel doubletten als monobronnen toegepast worden op de locatie. Elk type bronsysteem heeft zijn voor- en nadelen. De keuze voor het ene of het andere systeem is daarom niet eenduidig te maken en zal afhangen van voorkeuren van ontwikkelende partijen. Hieronder is een vergelijking van doubletten en monobronnen [4]:
Voor doublet systemen geldt dat als de koude en warme bronnen te dicht bij elkaar staan een deel van de opgeslagen energie verloren gaat, waardoor het rendement van het systeem afneemt. Een te grote afstand tussen bronnen is echter ook niet wenselijk in verband met het benodigd leidingwerk en omdat dan een deel van de tussenliggende bodem niet benut wordt voor bodemenergie en er minder ruimte overblijft voor andere bodemenergiesystemen. De optimale afstand tussen de bronnen is in de praktijk afhankelijk van het type bron, de bodemopbouw en de inrichting van het gebied als geheel. Uit onderzoek [1] blijkt dat voor een goede benutting van de bodem de optimale afstand tussen gelijksoortige bronnen (warm-warm of koud-koud) 0,5 á 1,0 maal de thermische straal bedraagt, en de optimale afstand tussen tegenovergestelde bronnen (warm-koud) 2 á 2,5 maal de thermische straal (zie Figuur 3-2). De thermische straal is een veelgebruikte maat voor het ontwerp van doubletten en wordt uitgelegd in het onderstaande tekstblok.
Figuur 3-2 De principe van bronnenafstand
Uit een indicatieve berekening op basis van de lokale bodemopbouw (Tabel 5-1) blijkt dat bij een bron waaruit water wordt onttrokken (of geïnfiltreerd) met een debiet van 250 m3/u de invloed op de stijghoogte circa 1,5 m bedraagt op 20 m afstand en circa 1,0 m op 50 m afstand. Wanneer meerdere bronnen in elkaars hydrologische invloedsgebied staan moet derhalve rekening gehouden worden met de gezamenlijke invloed van deze bronnen op de verlaging in de bron.
d.Verhouding tussen de filterlengte en de thermische straal
Naast de afstand tussen de bronnen dient rekening gehouden te worden met de verhoudingen tussen de thermische straal en de grondwaterstroming (Rth/u) en tussen de filterlengte en de thermische straal (L/Rth). In het plangebied (Arenapoort en Amstel III) is de grondwaterstroming traag, en heeft nagenoeg geen invloed op de efficiency1 van de energieopslag. De verhouding L/Rth dient tussen 1 en 4 te liggen, waarbij de optimale waarde (meest thermisch efficiënte opslag) is 1,5 [2].
Figuur 3-3 Filterlengte en thermische en hydraulische straal [2].
Productiviteit is het verschil in temperatuur tussen het toegevoegde en onttrokken water aan de bodem. Voor de efficiency van de OBES is het van belang dat de productiviteit hoog is (ΔT moet minimaal 6 0C zijn), zodat:
Doordat (open) bodemenergiesystemen een ruimtebeslag hebben in de bodem kunnen er in een gebied niet oneindig veel doubletten worden gerealiseerd. De benuttingsgraad is een maat voor de mate waarin de beschikbare bodemruimte in een gebied door bodemenergie wordt benut. De benuttingsgraad (FS) is gedefinieerd als het totaal watervolume dat per jaar wordt of moet worden onttrokken (en geïnfiltreerd) gedeeld door het bruto volume van de aquifer (bodemmatrix inclusief porievolume) waar dit water uit wordt onttrokken [1]. De benuttingsgraad geeft een eerste indicatie in hoeverre er ruimtelijke planning noodzakelijk is in een gebied. Vanaf een benuttingsgraad van circa 25% is ordening nodig, bijvoorbeeld met afstandsregels, zoals uitgelegd in paragraaf 3.3, of een voorgeschreven verdeling van warme en koude bronnen in stroken.
g.Monovalent/ bivalent systeem
Bij een monovalent systeem wordt de gehele warmte en/of koelvraag geleverd door het bodemenergiesysteem. Een bivalent systeem, met OBES dat in de basislast voorziet en aanvullende piekvoorzieningen voor warmte en/of koude (bijvoorbeeld stadswarmte en een drycooler), kan voordeliger zijn. Vooral warm tapwatervoorziening vanuit andere bronnen dan de bodem kan ervoor zorgen dat de basislast met veel kleinere bronnen kan worden voorzien, met kleinere (en goedkopere) pompen. In Figuur 3-4 is de jaarbelasingduurkromme van een bivalent systeem getoond, dat het principe illustreert. De bodemenergiebronnen en warmtepompen kunnen dan wat betreft vermogen kleiner gedimensioneerd en daardoor goedkoper worden uitgevoerd. Daartegenover staat investering in (duurzame) piekvoorzieningen.
Figuur 3-4 Jaarbelastingduurkromme bivalent systeem [11]. Indicatief, als 1/3 van het vermogen uit de ondergrond gehaald wordt, kan daarmee 80% van de energie worden voorzien. Exacte percentages kunnen per gebouw en/of systeem verschillen.
Een collectief bodemenergiesysteem levert koude en warmte aan meerdere afnemers en kan bestaan uit 1 of meerdere doubletten die gekoppeld zijn via een distributienet. In gebieden met beperkte ondergrondse ruimte kan het toepassen van collectieve systemen een goede oplossing zijn. Een collectief systeem kan goedkoper zijn in aanleg en onderhoud, is thermisch efficiënter en heeft een kleiner ruimtegebruik, dan wanneer afzonderlijke gebruikers ieder hun eigen bodemenergiesysteem realiseren. Daarnaast kan een collectief systeem gefaseerd aangelegd worden, en kunnen nieuwe gebruikers hier later op aangesloten worden, als ze “online” komen. Ook is het in een collectief systeem door de schaalgrootte makkelijker en efficiënter om het warmtetekort aan te vullen vanuit datacenters of oppervlaktewater. In verband met bovengenoemde voordelen, en de verwachting dat (open) bodemenergiesystemen een belangrijke rol kunnen spelen in de energietransitie, heeft de gemeente Amsterdam een voorkeur voor het realiseren van collectieve systemen.
Sinds 1 juli 2013 is het wijzigingsbesluit bodemenergiesystemen van kracht evenals handreikingen voor vergunningverleners en handhavers (BUM en HUM). In bijlage 3 is het Stroomschema besluiten m.b.t. bodemenergiesystemen opgenomen. De belangrijkste regels zijn hieronder samengevat:
Open bodemenergiesystemen zijn vergunningsplichtig, waarbij de Provincie het bevoegd gezag is2; een uitzondering zijn kleine systemen (<10 m3/h), deze zijn alleen vergunningplichtig indien deze zich in een interferentiegebied bevinden;
Gemeenten kunnen zogenaamde ‘interferentiegebieden’ aanwijzen waar regie op de ondergrond noodzakelijk is voor efficiënt gebruik van bodemenergie. Binnen deze gebieden zijn gesloten systemen altijd vergunningsplichtig. In Amsterdam zijn meerdere interferentiegebieden aangewezen [10], zie Figuur 4-1. Bij het aanwijzen van een interferentiegebied kan tevens een bodemenergieplan worden vastgelegd op basis waarvan de gemeente en provincie (of in geval van Amsterdam de omgevingsdienst ODNZKG) vergunningaanvragen toetsen.
Figuur 4-1 Interferentiegebieden in de Gemeente Amsterdam.
De maaiveldhoogte in het gebied varieert tussen NAP -4,0 m en NAP -3,0 m [6]. Het deel van Arenapoort ten oosten van de spoorlijn ligt iets hoger, tussen NAP -3,0 m en NAP -2,0 m.
b.Grondonderzoek en bodemschematisatie
De bodemopbouw is bepaald op basis van:
De bodemopbouw en geohydrologie zijn geschematiseerd in Tabel 5-1. De formatie van Peize en Waalre (WVP 3) van NAP -70 m tot NAP -180 m wordt in Amsterdam gebruikt voor OBES.
Tabel 5-1: Schematisatie bodemopbouw en geohydrologie op projectlocatie
*in een deel van het gebied ligt er op een diepte van ca. NAP -120 m een kleilaag met een maximale dikte van 2 m.
**kD = doorlaatvermogen, c =weerstand
c.Oppervlaktewater en datacenters
Voor de exploitatie van bodemenergie is het van belang dat de bodemsystemen thermische in balans zijn. In geval van een onbalans in warmte en koudevraag kan mogelijk het oppervlaktewater of restwarmte uit datacenters worden ingezet om een balans te realiseren in de bodem. Het projectgebied ligt grotendeels in polder De Nieuwe Bullewijk, dat een streefpeil van NAP -4,7 m heeft. Het deel van Arenapoort ten oosten van de spoorlijn ligt in de Bijlmer polder, dat een streefpeil van NAP -4,2 m heeft [9]. In het projectgebied liggen meerdere watergangen, zie Figuur 5-1. In de zomer is winning van warmte uit oppervlaktewater mogelijk, waardoor het water kouder wordt. Onttrekking is alleen mogelijk als de watertemperatuur voldoende hoog is (in verschillende bronnen worden minimale temperaturen van 15 á 18 oC genoemd), de daling mag niet te groot zijn (5 á 6 oC) en het geretourneerde water mag niet te koud zijn (bijvoorbeeld kouder dan 12 oC). Mogelijk worden door de waterbeheerder aanvullende beperkingen opgelegd. Er is dus een beperkte tijd waarin warmte vanuit het oppervlaktewater geladen kan en mag worden.
In het projectgebied zijn meerdere datacenters. Momenteel wordt de restwarmte van de datacenters de lucht ingeblazen via koelmachines. Bij aansluiting op een (toekomstig) laag temperatuur warmte- en koudenet ontvangt het datacenter koude van circa 12ºC en levert warmte van circa 30ºC.
Figuur 5-1 Poldergrenzen en ligging van watergangen in het projectgebied [9].
De grondwaterstand is bepaald op basis van peilbuizen H07156 en H07140 van Waternet en B25G0918 van TNO. In Tabel 5-2 zijn de gemeten freatische grondwaterstanden en stijghoogten samengevat.
Tabel 5-2 Samenvatting van de grondwaterstanden en stijghoogten gemeten in peilbuizen in en rondom het plangebied
1 mv=maaiveldniveau, gws=grondwaterstand
De grondwaterstand in de deklaag is circa NAP -4,29 m. De stijghoogte in het 1e, 2e en 3e watervoerend pakket (WVP) is circa NAP -3,7 m. Omdat de gemiddelde stijghoogte in het eerste WVP hoger is dan de grondwaterstand in de freatische laag is er in dit gebied is sprake van kwel waarbij grondwater naar de deklaag stroomt (1,5 mm/dag). Er is geen kwel/infiltratie tussen het 1e WVP en 2e/3e WVP.
Op basis van het verloop van de isohypsen is de te verwachten stroming in het 1e WVP in zuidwestelijke richting en bedraagt circa 5 m/jaar. De te verwachten stroming in het 2e/3e WVP is in westelijke/zuidwestelijke richting en bedraagt circa 5 à 10 m/jaar.
De zoet/brak grens ligt naar verwachting onderaan de deklaag, op NAP -15 m á NAP -20 m. De brak/zout grens ligt naar verwachting in de 1e WVP, op NAP -30 m à NAP -35 m.
Het grondwater in het 3e WVP is volledig zout, kalkverzadigd en gereduceerd (ijzerhoudend, zuurstof- en nitraatloos) [8].
In sommige OBES in Amsterdam die filters in het bovenste deel van het pakket (tot NAP -90 à -100 m) hebben staan, zijn problemen met putverstopping geconstateerd, mogelijk door menging van water met verschillende Redox potentiaal, uit verschillende dieptes in hetzelfde watervoerend pakket. Het wordt daarom geadviseerd om filters vanaf een diepte van NAP -100 m te plaatsen.
f.Aanwezige en toekomstige belangen in en om het gebied
Bij de realisatie van bodemenergiesystemen dient rekening gehouden te worden met de belangen die in de omgeving aanwezig zijn. In de omgeving op een afstand van minder dan 500 m zijn aanwezig:
De vergunde bodemenergiesystemen binnen interferentiegebied AmstelIII en Arenapoort zijn weergegeven in bijlage 1. De belangrijkste gegevens van de systemen zijn samengevat in Tabel 5-3. Tabel 5-4 geeft het aantal systemen, vergunde debieten en de huidige benuttingsgraad per deelgebied.
Op basis van de beschikbare informatie in het LGR is de conclusie dat er nog voldoende ruimte in de ondergrond is. OBES initiatieven in het projectgebied moeten wel rekening houden met bestaande systemen, om negatieve thermische invloed uit te sluiten.
Tabel 5-3 Vergunde BES in en om het projectgebied (d.d. maart 2021)
Type3 | Diepte4 | |||||
BES Gemeente Amsterdam Stadsloket Zuidoost Anton de Komplein 150 Amsterdam-Zuidoost | ||||||
BES kantoorgebouw ING HQ tussen Bijlmerdreef en Ganzenhoefpad Amsterdam (*ingetrokken in mei 2021) | ||||||
OBES Cisco Systems International Hullenbergweg 85 Amsterdam Zuidoost | ||||||
BES Amsterdam Health Technology Center Paasheuvelweg 25 Amsterdam | ||||||
Tabel 5-4 Vergunde OBES in de deelgebieden (d.d. mrt 2021)
*- uitgaande van 50 m filterlengte, de gemiddelde filterlengte van OBES in de omgeving, i.p.v. de totale aquifer dikte
De energiebehoefte voor verwarming, koeling en warm tapwater in het gebied is in 2019 door het Focusteam Warmte geschat op basis van de verwachte bouwvolumes [5]. De daarbij gegeven energiebehoefte betreft de totale warmte en koudevraag in het gebied (dus ook inclusief de al aanwezige of vergunde bodemenergiesystemen) en gaat dus uit van volledige transformatie of nieuwbouw. Bij het analyseren van de energiebehoeftes zijn voor alle deelprojecten dezelfde kentallen gebruikt (Tabel 6-1). De kentallen zijn onder andere gebaseerd op de BENG-norm, de transitievisie warmte Amsterdam en de Keuzehulp duurzaam verwarmen. Het projectgebied is verdeeld in vier deelgebieden, zoals getoond in Figuur 6-1. Het bouwprogramma (Tabel 6-2) en de gebouwzijdige energiebehoefte (Tabel 6-3) zijn per deelgebied berekend. In de Bedrijvenstrook zijn op dit moment geen plannen bekend voor (her)ontwikkeling, en deze valt dus buiten de beschouwing.
Figuur 6-1 Projectgebied verdeeld in vier deelgebieden op basis van het onderzoek van de Focusteam Warmte.
Tabel 6 1: Kentallen energievraag (hierbij is rekening gehouden met gelijktijdigheid).
Tabel 6-2: Verwachte bouwvolumes [5].
Zoals blijkt uit Tabel 6-3, is de verwachte behoefte aan warmte significant groter dan de behoefte aan koude. Deze onbalans komt voort uit het grote aandeel woningen in het bouwprogramma waarvoor de totale warmtevraag (ruimteverwarming + tapwater: 45 kWh/m2/jaar) groter is dan de verwachte koudevraag (8 kWh/m2/jaar). Voor de exploitatie van bodemenergie is het van belang dat de bodemsystemen thermische in balans zijn. Een onbalans in de warmte/koudevraag betekend dat ofwel 1) de balans hersteld moet worden door regeneratiesystemen, bijvoorbeeld door in de zomer extra warmte te laden vanuit oppervlaktewater of afkomstig uit datacenters in het gebied, of 2) dat een deel van de warmte niet door het bodemenergiesysteem maar door een andere warmtebron moet worden geleverd. Door het Focusteam Warmte is alleen het benodigd warmtevermogen bepaald. Er wordt van uitgegaan dat het benodigd vermogen voor koeling niet bepalend is voor het benodigde maximaal brondebiet.
Tabel 6-3 Energiebehoefte in het gebied (gebouwzijdig)
b.Maximale en seizoensdebieten
Op basis van de verwachte toekomstige energiebehoefte is berekend wat de daarbij behorende gewenste broncapaciteit is. Bij het bepalen van de maximale- en seizoensdebieten zijn de volgende uitgangspunten gebruikt:
Het totale benodigde debiet en waterbezwaar per deelgebied is opgenomen in Tabel 6-4. Per doubletsysteem kan in het plangebied maximaal 200 à 250 m3/uur worden onttrokken. Bij 1.000 à 1.500 vollast uren per jaar bedraagt het waterbezwaar per seizoen 200.000 à 375.000 m3 per doublet.
Tabel 6-4 Benodigd maximaal debiet en seizoensdebieten
*totaal jaardebiet (warmte+koude) op basis van grootste energievraag en regeneratie, inclusief 150% overdimensionering van te vergunnen debiet ten opzichte van gemiddeld benodigd debiet
Een deel van de ruimte in de ondergrond is al ‘bezet’ door bestaande bodemenergiesystemen (zie Tabel 5-3). Het grootste deel van de ondergrond onder het projectgebied is nog niet gereserveerd en biedt genoeg ruimte voor nieuwe bodemenergiesystemen. In dit hoofdstuk wordt de beschikbare capaciteit van de ondergrond bepaald en tevens hoe de benutting daarvan afhangt van verschillende ontwerpkeuzes.
a.Maximaal beschikbare capaciteit van de ondergrond
Plannen zijn aan verandering onderhevig. Sommige bouwplannen worden groter en andere mogelijk kleiner. Een alternatief voor een bronnenplan gestuurd op een bouwprogramma is een indeling van het gebied op basis van de mogelijkheden in de ondergrond, zodat er een beeld ontstaat van de maximale capaciteit. Vervolgens kan gekeken worden hoe de huidige plannen op de maximale capaciteit aansluiten, en kunnen keuzes worden gemaakt voor de bronnen. De maximaal beschikbare capaciteit is bepaald voor drie situaties met toenemende benuttingsgraad: 25%, 50% en 75%.
Vanaf een benuttingsgraad van circa 25% is ordening nodig, bijvoorbeeld met afstandsregels, zoals uitgelegd in paragraaf 3.3, of een voorgeschreven verdeling van warme en koude bronnen in stroken. Uit onderzoek [1] blijkt dat met ordening een benuttingsgraad van 50-60% haalbaar is.
Bij het bepalen van de maximaal beschikbare capaciteit is in plaats van de totale dikte van het 3e watervoerend pakket uitgegaan van een filterlengte van 50 m. Dit is de gemiddelde filterlengte van OBES in de omgeving. Aangezien de dikte van het 3e watervoerend pakket circa 110 m bedraagt (zie paragraaf 4.2) blijft een deel van het watervoerend pakket in deze analyse dus onbenut. In theorie kunnen 2 bodemenergiesystemen van verschillende initiatiefnemers boven elkaar worden gerealiseerd in het 3e watervoerend pakket, zonder tussenliggende scheidende laag. Hier zijn echter nog geen voorbeelden van en het is de vraag of dit in de praktijk daadwerkelijk haalbaar is.
De resultaten van de berekening zijn samengevat in Tabel 7-1. , dat toont de beschikbare debieten die gepompt kunnen worden.
Tabel 7-1 Maximaal potentieel volume te onttrekken grondwater en resterend potentieel, afhankelijk van benuttingsgraad FS (indicatief).
*hierbij is rekening gehouden met het al vergunde volume onttrekkingen van bestaande OBES
Uit de tabel blijkt dat er over het algemeen nog veel potentieel is in de bodem, mits het lukt een hoge benuttingsgraad te realiseren. Ook blijkt uit de tabel (en ook uit Tabel 5-4) dat met name in Urban District een aanzienlijk deel van het potentieel reeds is vergund. Bekend is dat OBES in de praktijk veelal minder water verpompen dan vergund, soms minder dan 50% van de vergunde capaciteit. Om de ondergrondse energieopslagcapaciteit beter te benutten, moet de vergunningverlenende instantie (ODNZKG) kritisch kijken naar de gevraagde capaciteit in relatie tot de werkelijk benodigde capaciteit. Een manier om onbenutte maar geclaimde ruimte vrij te maken voor werkelijk gebruik is het ‘afslanken’ van vergunningen – intrekken van vergunde maar (langdurig) niet gebruikte capaciteit.
In het projectgebied kunnen doubletten met een debiet van maximaal 250 m3/u of monobronnen met een debiet van maximaal 60 m3/u gerealiseerd worden (dit is het maximale debiet wat in OBES doubletten en monobronnen in Amsterdam in de praktijk gerealiseerd wordt).
De projectlocatie is voldoende groot om de benodigde afstanden tussen de bronnen van doubletten te realiseren. Hiermee kunnen ze robuust functioneren, waarbij enige mate van onbalans niet tot negatieve interferentie hoeft te leiden. Bij monobronnen is deze flexibiliteit kleiner, omdat een verticale afstand tussen de bronnen aangehouden moet worden en deze beperkt wordt door de beschikbare ruimte voor het plaatsen van de bronfilters. De keuze voor toepassing van type bronsystemen is voorbehouden aan de ontwikkelende partij.
Op basis van de energiebehoeftes en de bodemeigenschappen is de benodigde ruimte in de ondergrond uitgerekend voor de volgende scenario’s:
Langere filters van 100 m5
De scenario’s zijn uitgerekend voor twee situaties:
Als er voor het plaatsen van doubletten wordt gekozen, dienen gelijksoortige bronnen naast elkaar te worden geplaatst, zoals aangegeven in paragraaf 3.3.
De volgende uitgangspunten zijn gehanteerd:
monovalente doubletten6 ;
In Tabel 7-2 zijn de resultaten van het basisscenario samengevat. Hierin is te zien dat de energiebehoeftes ongelijk verdeeld zijn over het projectgebied. De hoogste benuttingsgraad wordt verwacht in Paasheuvelweggebied, gevolgd door Urban District en Arenapoort West. In deze gebieden is ordening belangrijker dan in Arenapoort Oost.
Tabel 7-2 Resultaten basisscenario - doubletten met filters van 50 m
Als er wordt gekozen om langere filters toe te passen is minder strikte ordening nodig, en is er meer flexibiliteit voor ontwikkelaars om in te spelen op veranderende eisen van bovengrondse ontwikkelingen in de toekomst, en kunnen meer OBES geplaatst worden in het gebied. In Tabel 7-3 zijn de resultaten van het scenario met lange filters samengevat.
Als er langere filters worden geplaatst, is de verhouding L/Rth iets minder gunstig, en kan minder van de opgeslagen energie worden teruggewonnen. Ook moet er dieper geboord worden, wat hogere kosten met zich mee brengt.
Tabel 7-3 Resultaten scenario met langere filters - doubletten met filters van 100 m
In Tabel 7-4 zijn de resultaten van de monobronnen scenario samengevat. Door de grote dikte van het watervoerend pakket is de toepassing van monobronnen mogelijk in dit gebied. Indien voor monobronnen wordt gekozen, dienen een warme en een koude dieptelaag aangemerkt te worden, waar de relevante monobron filters geplaatst moeten worden, met een tussenlaag om de warme en koude bellen te scheiden. Filters van monobronnen benutten 80 m van de aquifer dikte (40 m koude filter en 40 m warme filter). Hierdoor is de benuttingsgraad lager en is er meer vrijheid voor plaatsing van bronnen.
Als er voor het hele gebied wordt gekozen voor monobronnen kunnen nieuwe bronnen overal in het gebied geplaatst worden, mits de warme filters in de bovenkant en de koude filters in de onderkant van het watervoerend pakket geplaatst worden. Bij het ontwerp van de OBES dient gelet te worden op maximale verlagingen van de stijghoogte bij gelijktijdig bedrijf van alle OBES in het gebied.
Tabel 7-4 Resultaten monobronnen scenario - met filters van 40 m
In de hierboven omschreven scenario’s is uitgegaan van een monovalent systeem, waarbij al het vermogen door het OBES moet worden geleverd. Alle hierboven genoemde concepten kunnen ook als bivalent systeem uitgevoerd worden. De benodigde ruimte in de diepe ondergrond neemt maar beperkt af, omdat met een relatief klein percentage van de piek capaciteit nog steeds het grootste deel van de energievraag met het bodemenergiesysteem wordt geleverd. Wel neemt dan het aantal benodigde bronnen af omdat deze in de bovenstaande scenario’s wordt bepaald door het gewenste piekvermogen.
OBES kan ook collectief aangelegd worden. Daarbij wordt er een laag-temperatuur warmte- en koudenet aangelegd, en worden de bronnen en gebruikers (gebouwen) op het net aangesloten. Hierdoor kan geprofiteerd worden van schaalvoordelen, zoals gunstigere inkoopvoorwaarden, efficiëntere vergunning- en aanlegtraject en één centrale installatie voor het laden van warmte uit het oppervlaktewater of uit datacenters. Er moeten wel meer horizontale leidingen worden aangelegd of zelfs een distributienet.
Sommige projecten hebben warmte over, anderen hebben koude over. In een collectief OBES kunnen de deelnemers onderling warmte- en koude bovengronds of via het laag-temperatuur warmte- en koudenet uitwisselen. Hierdoor is het benodigd ondergronds volume (en benuttingsgraad) lager, en is de noodzaak van ordening kleiner. De collectieve OBES kan in eigendom en/of beheer van een externe partij geplaatst worden, zoals een lokale warmtecoorperatie of een Energy Service Company (ESCo), die alle gebruikers ontzorgt en warmte/koude levert. Enkele nadelen zijn de benodigde afstemming, het vinden van een investeerder en dat gebouweigenaren vervolgens vast zitten aan één leverancier.
e.Vergelijking van de concepten
In Tabel 7-5 zijn de concepten kwalitatief vergeleken t.o.v. het basisscenario. Monobronnen kunnen efficiënter zijn doordat de filters korter zijn, maar zijn duurder om aan te leggen, omdat er meer dan twee keer zoveel bronnen nodig zijn dan bij toepassing van doubletten (een monobron heeft een veel lagere maximaal debiet dan een doublet). Of de ondergrondse ruimte beter wordt benut met monobronnen hangt van de exacte inrichting van het systeem. Gebruik van langere filters is duurder omdat er dieper geboord moet worden, en is thermisch minder efficiënt maar heeft een kleinere ‘voetafdruk’ doordat de thermische straal kleiner wordt.
Een bivalent systeem is complexer en duurder omdat er meerdere componenten aangelegd en onderhouden moeten worden, maar kan significant efficiënter zijn. Het benodigde aantal bronnen is afhankelijk van het gevraagde maximale debiet. Als het maximale debiet door toepassing van een bivalent systeem beperkt kan worden, zijn er 30 à 50% minder bronnen benodigd, ten opzichte van een monovalent systeem.
De minimale bronafstand en de benuttingsgraad zijn afhankelijk van het seizoensdebiet en de filterlengte. Beperking van het seizoensdebiet door bijvoorbeeld bovengrondse uitwisseling van warmte en koude tussen de gebruikers of door directe inzet van oppervlaktewater voor koeling kan de benuttingsgraad omlaag brengen en risico op interferentie verlagen.
Tabel 7-5 Kwalitatieve beoordeling van de concepten t.o.v. het basisscenario (+ is goed, - is slecht).
Op basis van het basisscenario is de potentiele benodigde benuttingsgraad in de deelgebieden Amstel III Paasheuvelweggebied, Amstel III Urban District en Arenapoort West dusdanig dat het ordenen van bronnen in warme en koude stroken, gewenst is.
Het gebied is zeer geschikt voor de toepassing van bodemenergie en de nu geplande energiebehoeftes kunnen met 50 à 55 doubletten worden voorzien. Op basis van het bouwprogramma is er sprake van een warmtetekort dat vanuit andere bronnen, zoals bijvoorbeeld datacenters of oppervlaktewater, moet worden aangevuld.
In principe is er genoeg ruimte om het geplande bouwprogramma te realiseren met OBES. Voor de deelgebieden Paasheuvelweggebied, Urban District en Arenapoort West wordt voorzien dat de energiebehoefte dermate hoog is dat ordeningsregels wat betreft het toepassen van open bodemenergiesystemen nodig zijn om het bodempotentieel voldoende te kunnen benutten (zonder dat gebruikers elkaar in de weg zitten). Ondanks dat de verwachte benuttingsgraad van het deelgebied Arenapoort Oost lager is dan voor de overige deelgebieden wordt op basis van de geplande ontwikkelingen toch verwacht dat ordeningsregels nodig zijn om te voorkomen dat ontwikkelingen die later in uitvoering komen geen gebruik meer kunnen maken van OBES door ruimtegebrek in de diepe en ondiepe ondergrond. Daarnaast is het wenselijk om collectieve en/of bivalente systemen toe te passen om de benodigde ruimte in de ondergrond te beperken.
Een ander aandachtspunt is het potentieel ruimtebeslag van leidingen tussen de bronlocaties en de technische ruimtes. Bij bronlocaties in de openbare ruimte zal een aanzienlijk deel van deze leidingen ook in de openbare ruimte liggen, waar in sommige gevallen al ruimtegebrek is door de (geplande) aanwezigheid van andere leidingen (o.a. elektra, telecom, water, riool, warmtenetten) en groeiplaatsen voor bomen. Als de bronnen van een doublet circa 120 m uit elkaar geplaatst worden, is er in het onderzoeksgebied meer dan 6.000 m aan leidingen nodig. Ervan uitgaand dat een leiding een ruimtebeslag heeft van 2 m breed is circa 12.000 m2 aan ruimte vereist. Deze ruimte vinden en reserveren is een niet te onderschatten opgave. Door slim te plaatsen kan een deel van deze ruimte gevonden worden in de footprint van de nieuwe gebouwen (kelders). Het aantal leidingen in de openbare ruimte is te verminderen door te sturen op bronnen op de kavels. In verband met beperkte kavelgrootte zijn in dat geval mogelijk alleen monobronnen mogelijk, of doubletten waarbij de koude bron op een andere diepte wordt geplaatst dan de warme bron.
Figuur 8-1 Bronput van een OBES [12].
[1] Methods for planning of ATES systems, Bloemendal, M., Jaxa-Rozen, M., Olsthoorn, T., Applied Energy 216 (2018).
[2] Analysis of the impact of storage conditions on the thermal recovery efficiency of low-temperature ATES systems, Bloemendal, M., Hartog, N., Geothermics 71 (2018).
[3] ATES systems in aquifers with high ambient groundwater flow velocity, Bloemendal, M., Olsthoorn, T.N., Geothermics 75 (2018).
[4] Masterplan inpassing warmte-/koudevoorziening Strandeiland, IF-Technology, 14-01-2020, kenmerk 67336/BZ/20200114
[5] E-mail Felix Behrends, d.d. 19 mei 2020.
[6] Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN3), www.ahn.nl
[8] Hullenbergweg 1 t/m 135 Amsterdam, Effectenstudie open bodemenergiesysteem, IF Technology, d.d. 19 december 2019, kenmerk 69268/EZ/20191224
[9] Legger waterschap Amstel, Gooi en Vecht, http://waternet.maps.arcgis.com/home/webmap/viewer.html?webmap=882acee467fb4a07825f3d5d04509f62, laatst bezocht 03-04-2020.
[10] http://decentrale.regelgeving.overheid.nl/cvdr/xhtmloutput/Historie/Amsterdam/377466/377466_2.html
[11] Bodemenergieplan Beurskwartier te Utrecht, TTE Consultants B.V., Projectnummer C17020, d.d. 3 mei 2018.
[12] https://www.duurzaammbo.nl/kennisbank/planet/2-uncategorised/4044-wko, laatst bezocht 09-04-2020
[13] Ontwikkeling Bullewijk Amsterdam, Inventarisatie energiebehoefte en inpassing bodemenergie, IF-Technology BV, 16 september 2020