Inleiding

Om de klimaatdoelstellingen te halen moeten Nederlandse gemeenten tegen eind 2027 een warmteprogramma opstellen voor de verduurzaming van de gebouwde omgeving. Daarbij is inzicht nodig in welke duurzame warmtebronnen lokaal beschikbaar zijn. Binnen deze context onderzocht EXTRAQT in opdracht van het Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden (HDSR) en de RES regio Utrecht de potentie van aquathermie uit oppervlaktewater (TEO) binnen het beheergebied van HDSR.

De huidige nationale aquathermieviewer geeft slechts een globale indicatie van de potentie en houdt geen rekening met complexe hydrologische processen zoals wisselende stroomrichtingen, cumulatieve effecten tussen installaties en seizoensgebonden variaties. Dit leidt tot een foutieve inschatting van de beschikbare potentie. Om deze reden werd binnen deze studie een geïntegreerde methodiek gebruikt waarbij thermische en ecologische effecten expliciet worden gemodelleerd aan de hand van een Digital Twin. Hierdoor kon worden onderzocht hoeveel warmte maximaal uit het watersysteem kan worden onttrokken zonder de thermische of ecologische draagkracht van de waterlopen te overschrijden.

Naast een gedetailleerdere simulatiemethode werd er ook in detail gekeken naar de gewenste locaties van warmtevraag in samenwerking met de RES regio. Wanneer enkel voorkeursgebieden worden aangesloten, stijgt namelijk de effectieve inzetbaarheid van de beschikbare potentie aanzienlijk doordat de bronpotentie gerichter wordt ingezet waar aquathermie het meeste kans maakt binnen lokale warmteprogramma’s. Dit toont het belang aan van een geïntegreerde benadering waarbij waterbeheerder en gemeenten samen bepalen waar aquathermie het meest wenselijk en haalbaar is.

Deze viewer toont de resultaten van de thermische impact, voor resultaten van de ecologische impact kan deze viewer geraadpleegd worden.

Aanpak studie

Dynamische thermische simulatie van de bronpotentie

De potentiestudie van EXTRAQT richt zich in eerste instantie op het bepalen van de bronpotentie, vóórdat deze warmte aan afnemers wordt toegewezen. Deze bronpotentie is niet statisch berekend, maar via een dynamische simulatiemethode, waarbij rekening is gehouden met uiteenlopende tijds- en locatiegebonden factoren. Denk aan:

• de mate van natuurlijke regeneratie van warmte;
• variatie in debieten;
• variatie in stroomrichting;
• hoe warmte zich mengt binnen de waterloop;
• seizoensgebonden warmteprofielen;
• en zowel lokale als cumulatieve impacteffecten.

Door de dynamische methode kan worden nagegaan hoe de thermische impact zich verspreidt doorheen een netwerk van waterlopen en hoe verschillende onttrekkingen elkaar beïnvloeden, zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts. Dit is essentieel in het geval van HDSR, waar waterlopen onderling sterk verbonden zijn en stroomrichtingen kunnen wisselen.

In de berekeningen werd ook rekening gehouden met natuurvriendelijke oevers waar door het waterschap geen aquathermie-installaties gerealiseerd mogen worden. Door op die locaties geen onttrekkingen toe te laten zorgt de dynamische berekeningsmethode ervoor dat er op andere locaties meer potentie aanwezig is, aangezien er momenten van regeneratie/rust ontstaan in het watersysteem.

Meer informatie over de simulatiemethode kan in dit rapport teruggevonden worden.

Simulatie van de ecologische impact

Naast het bepalen van de thermische impact is het ook belangrijk om te weten wat aquathermie betekent voor de ecologie in het water. Daarom werd, naast het model dat de watertemperatuur berekent, ook een ecologisch model ontwikkeld. Dit model houdt, net als het thermisch model, rekening met veranderingen in waterdebiet en stroomrichting.

De regels van het waterschap gaan niet rechtstreeks over natuurwaarden, maar over hoeveel water een installatie mag filteren. Bij het filteren wordt namelijk ook een deel van de planten en micro-organismen in het water meegezogen, en niet alles overleeft dat. Uit eerder onderzoek blijkt dat het grootste deel van deze organismen de filtering wel overleeft, maar een kleiner deel niet.

Het model houdt ook rekening met herstel: de natuur in het water herstelt zich geleidelijk na verloop van tijd. Zo kan het model niet alleen het effect van één installatie berekenen, maar ook het gecombineerde effect van meerdere installaties, rekening houdend met het herstel dat ondertussen plaatsvindt.

Het model probeert niet elk afzonderlijk natuurlijk proces in detail na te bootsen, maar berekent vooral het totale effect van waterinname langs de waterloop. Zo kan worden nagegaan of de voorgestelde bronpotentie past binnen wat ecologisch aanvaardbaar is.

Meer informatie over de simulatiemethode kan in dit rapport teruggevonden worden.

Thermische en ecologische randvoorwaarden

Het waterschap HDSR legt grenzen op om te vermijden dat aquathermie het watersysteem te veel belast. Voor temperatuur geldt dat het water op geen enkele plek meer dan 4°C mag afwijken van zijn normale temperatuur. Wanneer het water tussen 10°C en 15°C is, wordt die grens strenger: dan mag de afwijking maximaal 2°C zijn, omwille van het paai- en groeiseizoen. Belangrijk is dat deze grens niet per installatie afzonderlijk telt, maar voor het water als geheel. Als er meerdere installaties op dezelfde waterloop zitten, telt hun gezamenlijke effect mee. Je kan dit niet per installatie apart controleren: enkel door alles samen door te rekenen kan je weten of de grens ergens wordt overschreden.

Daarnaast zijn er twee regels om de ecologie in het water te beschermen. De eerste zegt dat een installatie op elke plek maximaal 10% van het debiet (de hoeveelheid stromend water) mag opnemen. Dit wordt lokaal gecontroleerd, per installatie. De tweede regel kijkt naar het grotere geheel: langs de hele waterloop mag de hoeveelheid overlevende organismen (uitgedrukt als relatieve concentratie) nergens onder 90% zakken. Dit is een nieuwe regel die niet uit bestaande richtlijnen van het beoordelingskader koudelozingen 2.0 komt, maar speciaal werd toegevoegd om het gecombineerde effect van meerdere installaties te kunnen beoordelen. Ook hier geldt: je kan dit niet per installatie apart nagaan, enkel door alles samen te bekijken zie je of deze grens ergens wordt overschreden.

Meer informatie over de voorwaarden kan in dit rapport teruggevonden worden.

Deze viewer toont de resultaten van de thermische impact, voor resultaten van de ecologische impact kan deze viewer geraadpleegd worden.

Rekening houdend met strategie van voorkeursgebieden RES regio

Om de beschikbare warmte uit het water zo goed mogelijk te benutten, werd in de studie ook gekeken naar welke afnemers op de waterloop worden aangesloten. Normaal gezien worden alle afnemers in de buurt van een waterloop verbonden. Maar wanneer heel veel afnemers tegelijk een beroep doen op dezelfde bron, blijft er voor elk gebouw minder warmte over. Daarom werd ook gerekend met een aantal voorkeursgebieden: zones waarvan door de RES regio geweten is dat er interesse is om op aquathermie in te zetten binnen de lokale warmteprogramma’s. In de scenario's waarbij enkel deze voorkeursgebieden werden aangesloten, werden de andere afnemers niet meegenomen.

Door de beschikbare warmte te concentreren op plaatsen waar de vraag ook echt aanwezig is, kan een groter deel van de lokale warmtevraag daadwerkelijk worden ingevuld met aquathermie. Zo wordt vermeden dat de beperkte bronpotentie versnipperd raakt over te veel gebieden, en wordt ze net ingezet waar ze het meest nuttig is.

Resultaten

Er werden verschillende scenario’s doorgerekend voor deze studie. Het totale overzicht en de resultaten kunnen in dit rapport teruggevonden worden.

Over alle scenario's heen blijkt de ecologische grens telkens strenger dan de thermische grens: het percentage van de beschikbare bronpotentie vs gevraagde warmte ligt bij de ecologische beperking steeds rond de 7 à 13%, tegenover 23 à 30% bij de thermische beperking. Wanneer beide grenzen samen gelden, ligt de beschikbare warmte nog iets lager dan bij de ecologische grens alleen, wat aantoont dat beide beperkingen elkaar versterken en dus niet los van elkaar bekeken kunnen worden.

Bij scenario’s waarbij aquathermie gecombineerd wordt met bodemopslag (WKO) verhoogt telkens de bruikbare potentie, omdat de warmtevraag hierdoor meer verspreid wordt over het jaar in plaats van geconcentreerd in de winter. Dit toont aan dat ook de manier waarop warmte gevraagd wordt doorheen de tijd, mee bepaalt hoeveel er uiteindelijk uit het water gehaald kan worden.

Ook de manier waarop afnemers worden aangesloten speelt een grote rol. Wanneer enkel afnemers in voorkeursgebieden worden meegenomen in plaats van alle afnemers in de buurt, daalt de totale hoeveelheid beschikbare warmte wel (omdat we in totaal minder potentie locaties toelaten), maar stijgt het aandeel van de vraag dat effectief ingevuld kan worden vaak sterk in de voorkeursgebieden. Dit laat zien dat een geconcentreerde, doelgerichte aansluiting efficiënter kan zijn dan een brede aanpak, en dat bronpotentie dus niet enkel een eigenschap is van het water, maar mee bepaald wordt door keuzes aan de vraagzijde.

Samengevat: de hoeveelheid warmte die duurzaam uit het water gehaald kan worden, hangt niet enkel af van het water zelf, maar evenzeer van waar en wanneer die warmte gevraagd wordt, en van hoe lokale keuzes doorwerken op de rest van het watersysteem. Dit onderstreept waarom een geïntegreerde, gebiedsdekkende aanpak nodig is in plaats van een beoordeling per individuele installatie.

Beschikbare informatie op kaart

Hieronder nemen we jou mee als gebruiker in de mogelijke resultaten die geraadpleegd kunnen worden en hoe je hiernaar navigeert

Informatie op het niveau van bronnen

De kleuring van de waterloop is standaard ingesteld op de bronpotentie zoals rechtsonder in de legende te zien is. Als je over een waterloop hoovert zal je ook een pop-up zien met de gegevens van de bronpotentie. Je kan ook andere informatie raadplegen bij het hooveren door rechtsonder de selector naast de legende aan te passen. Zo kan je de temperatuurdaling selecteren of de geleverde warmte vs de bronpotentie van de waterloop. Door hiernaar te veranderen zal ook de legende en de kleuring van de waterlopen veranderen. De betekenis van de bronpotentie, temperatuurdaling en warmte geleverd wordt hieronder op de infopagina beschreven.

Eénmaal je op een waterloop klikt dan zal je merken dat de waterloop zich opdeelt in allemaal kleine stukjes. Op het niveau van deze stukjes werden de lokale effecten van de simulatieberekening tot in detail berekend. Het geeft je zo nog fijnere informatie via de inkleuring van de legende en bij het hooveren over deze cellen.

Door het aanklikken van een waterloop is er ook een linkerzijpanneel open gegaan met de volgende informatie:

• Potentie in TJ/jaar → Hoeveel warmte biedt de waterloop voor een afnemer op jaarbasis. Hierbij hielden we al rekening met de afgeleverde warmte na een warmtepomp na het toepassen van COP (efficiëntiegetal van een warmtepomp) van 4. Je kan dit getal gebruiken om na te gaan of er voldoende bronpotentie is voor jouw toekomstig project.
• Gemiddelde temperatuurverschil in °C → Indicatie hoeveel de waterloop gemiddeld genomen afkoelt.
• Maximum temperatuurverschil in °C → Het maximale temperatuurverschil dat in de waterloop wordt bereikt.
• Geleverd t.o.v beschikbaar in % → Hoeveel warmte er door de waterloop wordt afgeleverd naar bestaande nabijgelegen afnemers ten opzichte van de bronpotentie.

Naast de informatie in het linkerzijpanneel zie je nu ook een grafiek beneden in het scherm. Deze stelt de temperatuurdaling en bronpotentieel voor van de waterloop doorheen de tijd. Je kan zelf kiezen welke tijdsspannen je selecteert door rechtsonder de databalk aan te klikken

Informatie op het niveau van afnemers

Als je over een buurt hoovert zal je een pop-up zien met de percentage van de warmte ontvangen vs gevraagd. Net zoals bij de bronnen kan je ook de legende en de inkleuring bij de buurten wijzigen. Je kan hierbij kiezen om ook de warmte ontvangen te visualiseren op buurtniveau

Door het aanklikken van een gebied is er ook een linkerzijpaneel open gegaan met de volgende informatie:

• Warmtevraag in TJ/jaar → De warmtevraag van de buurt
• Warmte ontvangen in TJ/jaar → De warmtevraag dat ontvangen wordt door de buurt na verdeling van de bronpotentie
• Ontvangen t.o.v. gevraagd in % → Percentage hoeveel warmte de buurt ontvangen heeft na verdeling vanuit de bronpotentie vs de warmtevraag van buurt

Informatie van randvoorwaarden

Zoals aangegeven werd er voor deze studie rekening gehouden met natuurvriendelijke oevers. Deze randvoorwaarde/kritische gebieden waar aquathermie niet toegepast kan worden, kan visueel toegevoegd worden.

De obstakels worden bovenop de resultaten van bronnen of buurten getoond. Het is mogelijk om te spelen met de opaciteit van de obstakels om ze meer of minder zichtbaar te maken. Dat doe je met de schuifregelaar voor de opaciteit.