Hernieuwbare energie in het Grand Hôpital de Charleroi
Pierre Jacmin
Directeur van het Departement Technologie en Informatiesystemen
Directeur van het Departement Infrastructuren Grand Hôpital de Charleroi
In het kielzog van de projectoproep gelanceerd in juli 2022, heeft de Waalse Regering, op voorstel van minister van Energie en Klimaat Philippe Henry, de financiering goedgekeurd van 33 projecten voor middeldiepe geothermie op de 40 ingediende. De site van Viviers van het Grand Hôpital de Charleroi is een van de weerhouden projecten.
Geothermie (van het Grieks geo "aarde" en thermos "warmte") groepeert het geheel van toepassingen die het mogelijk maken om de warmte te recupereren die in de ondergrond of in de grondwaterlagen aanwezig is. Deze hulpbron wordt geëxploiteerd voor de productie van warmte of koude en elektriciteit, vervolgens gedistribueerd via netwerken. Nog weinig verspreid vandaag in verhouding tot het exploiteerbare potentieel, is geothermie een hernieuwbare, lokale en milieuvriendelijke energie. Het gebruik van warmtepompen voor verwarming en sanitair warm water (SWW) kent een hernieuwde belangstelling. Maar deze systemen maken strikt genomen geen deel uit van de reeks oplossingen die geothermie worden genoemd gezien de zeer geringe gebruikte diepte.
De bevoorrechte sector
De geothermische oplossingen beginnen dieper, daar waar de opwarming van de aardkorst een temperatuurgradiënt kent die relatief constant is van ongeveer 3,3°C per 100 meter diepte. Er bestaat een vrij groot aantal geothermische sectoren en de toepassingen of de energetische afzetmogelijkheden variëren naargelang de gekozen sector. Niet alle zijn toepasbaar op de tertiaire sector.
Een eerste belangrijke segmentatie scheidt de sector met hoge enthalpie van die met lage enthalpie. In de tertiaire sector zijn de te doen investeringen voor de sector met hoge enthalpie zodanig dat de financiële levensvatbaarheid op te lange termijn ligt. Daarom is de sector met lage enthalpie de bevoorrechte sector. Deze sector impliceert boringen van gemiddelde diepte, in een reeks van dieptes gaand van 50 tot 200 meter maar nauwelijks meer, vooral als men in de zomer wil verkoelen. De energetische afzetmogelijkheden beperken zich dus tot verwarming, de productie van sanitair warm water, maar ook tot koeling, wat een bijzonder belang vertegenwoordigt voor de tertiaire sector.
Open lus of gesloten lus
Twee technologieën onderscheiden zich: de ATES-technologieën (Aquifer Thermal Energy Storage) en BTES (Borehole Thermal Energy Storage), naargelang de winning gebeurt in watervoerende lagen of rechtstreeks in de ondergrond.
Het grote technische verschil tussen deze twee sectoren houdt verband met het feit dat de ATES-techniek in open lus wordt genoemd terwijl de BTES-techniek in gesloten lus is. Dit betekent dat men in ATES rechtstreeks water gaat putten op een plaats van de laag en dat men dit water op een andere plaats van de laag zal lozen, voldoende ver van elkaar om elke thermische interferentie te vermijden. In het geval van BTES circuleert de warmtedragende vloeistof in gesloten lus in geothermische sondes begraven in putten [Figuur 1].
Deze laatste heeft het voordeel veel minder geografische beperkingen te hebben, ze kan dus overal in België worden toegepast. De thermische energie wordt in de ondergrond gebracht met behulp van een gesloten hydraulisch circuit en een aantal verticale warmtewisselaars. De BTES-technologie lijkt mooie perspectieven te bieden in de tertiaire sector, gezien de geringe vereiste boordiepte, zijn relatieve compactheid en zijn betaalbare kost.
Zo'n systeem maakt een winterwerking mogelijk, bestemd voor verwarming, maar ook een zomerwerking, bestemd voor verkoeling. Dit type werking is bijzonder interessant vanuit het oogpunt van het globale jaarrendement van de installatie. Immers, in zomerwerkingsmodus "herlaadt" men de ondergrond met calorieën die uit het gebouw worden geëvacueerd. Deze calorieën zullen vervolgens in zekere mate worden hergebruikt tijdens de winterwerking waar een minder koude ondergrondtemperatuur het rendement (men spreekt van COP: prestatiecoëfficiënt) van de installatie gevoelig zal verbeteren.
De keuze van de techniek
De voornaamste voordelen die het GHdC hebben verleid voor zijn geothermieproject zijn:
- ze is permanent beschikbaar in de hele ondergrond, ongeacht de weersomstandigheden;
- ze stoot weinig CO2 uit;
- ze kan verwarming, koeling en opslag van warmte en koude leveren.
In het GHdC zijn we, als grote energieverbruikers per definitie, ons bewust van de rol die we te spelen hebben op het gebied van duurzame ontwikkeling. Ons gebouw zal op gas worden verwarmd, maar zal vooral perfect geïsoleerd zijn om de energiekosten maximaal onder controle te houden. De geothermie zal dus niet onze hoofdenergiebron zijn want het is altijd beter om niet alles op één enkele bron in te zetten. De Russische gascrisis van 2022 is het perfecte voorbeeld daarvan.
De keuze van de geothermietechniek is verbonden aan de verschillende bestudeerde beperkingen. We hebben de middeldiepe geothermie bevoorrecht omdat de grootdiepe geothermie te duur was en het warmtevolume te groot zou zijn geweest voor onze behoeften alleen. Ondanks de aanzienlijke middelen toegestaan om dit geothermieproject te financieren, schatten we dat dankzij de subsidies en gezien de stijging van de energieprijzen, onze investering na 10 jaar rendabel zal zijn.
De hoeveelheid ton CO2-eq bespaard dankzij het geothermieproject wordt geschat op 148,2 ton, ofwel 89,27 g CO2/jaar/€ geïnvesteerd
Winter en zomer
Het geothermieveld werd ontworpen voor een verwarmingsvermogen van 625 kW en een koelingsvermogen van 200 kW. Om de gevraagde vermogens te leveren, wordt geschat dat ongeveer 35 boringen van 120 meter diepte zullen moeten worden gerealiseerd. De gebruikte techniek zal de BTES zijn. Het gaat om plastic buizen ingevoegd in lus, verticaal, in een boring van 20 tot 150 meter diepte.
In ons geval is een diepte van 120 meter realistisch. Door meerdere warmtewisselaars op korte intervallen te installeren, creëert men een zeker opslagvolume. Deze technologie stelt ons in staat om een installatie te realiseren met een warmtepomp gekoppeld aan de bodem met de mogelijkheid van een "natuurlijke verkoeling" in de zomer. Het BTES-geothermieveld zal gekoppeld worden aan een warmtepomp die de warmte uit de bodem haalt tijdens het verwarmingsseizoen. Dit proces zal leiden tot een globale afkoeling van de ondergrond aan het einde van het verwarmingsseizoen. Als het correct gedimensioneerd is, kan dit systeem vrij gebruik maken van de koude van de bodem (zonder koeler) tijdens de zomer. Dit maakt het mogelijk om een duurzame koeling te garanderen en de uitputting van de bodems te vermijden door regeneratie.
In het GHdC zijn we, als grote energieverbruikers per definitie, ons bewust van de rol die we te spelen hebben op het gebied van duurzame ontwikkeling
Kost versus winst in CO2
Voor het project bedraagt de subsidie 579.433,55 euro exclusief btw, voor een investering van 1.660.019 € exclusief btw (studiekosten inbegrepen). We hebben 3 jaar (objectief januari 2026) om het project te realiseren en functioneel te maken. De hoeveelheid ton CO2-eq bespaard dankzij het geothermieproject wordt geschat op 148,2 ton CO2-eq ofwel 89,27 g CO2/jaar/€ geïnvesteerd.
