3D-model voor thermische energie uit oppervlaktewater

Innovatie

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. 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 2021 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.

Energietransitie

Gepubliceerd

07-12-2020

Laatst bijgewerkt

13-01-2022

Status

Onderzoek/Verkenning (lopend)

Bedrijfsfunctie

-

Technologie

Aquathermie
Digital Twin

Thema

Energietransitie
Schoon water

Projectleider

Sara Giorgi

Teamleden

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

Deelnemers

Waternet

Projectblog

Updates

08-07-2021

Afgelopen jaar hebben wij verschillende simulaties uitgevoerd met behulp van het model D-Hydro. Daarmee konden wij inzichtelijk maken hoe de koudelozing zich verspreidt in het oppervlaktewater en of er kortsluiting optreedt bij de verschillende ontwerpen van TEO systemen. Deze resultaten worden gebruikt door zowel de gemeente Amsterdam als vergunningverleners van het waterschap AGV. Voorbeelden van simulaties die we afgelopen jaar hebben uitgevoerd voor diverse opdrachtgevers kunnen bij ons worden opgevraagd. Aankomende tijd wordt het model verder verbeterd door het uitvoeren van meerdere simulaties. Daarnaast wordt er bij een aantal TEO systemen de koudelozing onderzocht door middel temperatuur sensoren waarna het model verder geoptimaliseerd kan worden.

13-01-2022

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. Begin 2022 verwachten we de resultaten van dit onderzoek.

 

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

Meer Innovaties

Bekijk alle Innovaties

Doe met ons mee

Doe, denk en ontwikkel met ons mee.
Winnend innoveren doen we immers samen.

Doe mee!

Volg ons op social media

Neem contact op

Voer een naam in.
Voer een geldig e-mailadres in.
Voer een bericht in.
U dient akkoord te gaan met verwerken van gegevens.

Inloggen Mislukt

Deze pagina is vertaald uit het

Nederlands

Venster sluiten

Aanmelden

Voer een gebruikersnaam in.
Voer een wachtwoord in.

Inloggen Mislukt

Venster sluiten
Venster sluiten

Contact met projectleider

Voer een naam in.
Voer een geldig e-mailadres in.
Voer een bericht in.
U dient akkoord te gaan met verwerken van gegevens.

Inloggen Mislukt

Innovaties

Naar boven

vertaling