Een oplossing die wordt onderzocht op de projectlocatie van Paris-Saclay om de temperatuurcirculatie op de lange termijn aan te passen aan de specifieke kenmerken van 5GDHC.
Warmteopslag om productie en vraag in evenwicht te brengen is een van de basisprincipes in de definitie van 5GDHC-systemen, oftewel 5e generatie verwarmings- en koelingsnetwerken. Het kan op verschillende tijdschalen (korte en lange termijn) worden uitgevoerd en in verschillende vormen (opslag in oppervlaktereservoirs, geologische opslag in aquifers, mijnen, sondevelden…).
Het is echter essentieel om te onderzoeken wat de effecten zijn van het tijdens deze opslag opnieuw injecteren van water met een hogere of lagere temperatuur in het substratum. Dit kan daadwerkelijk de chemische balans van het grondwater verstoren en invloed hebben op de eigenschappen van de sedimentaire gesteenten die het grondwaterspiegel bevatten.
Seizoensopslag van geologische warmte in aquifers
Vanwege het D2Grids-project en om te voldoen aan de specifieke kenmerken van de 5GDHC-technologie, zal de haalbaarheid worden onderzocht van het omkeren van de stroom van de geothermische doubletten van het Albien van de pilot van Paris-Saclay voor seizoensopslag.
D2GRIDS is een nieuw project dat de 5e generatie stadsverwarmings- en koelingsnetwerken (5G DHC) in heel Europa moet opschalen. Als eerste bij de vijf proeflocaties: Brunssum, Parijs-Saclay, Bochum, Glasgow en Nottingham. D2GRIDS (afkorting voor ‘demand driven grids’) is een project van Interreg NWE, gecoördineerd door Mijnwater.
Seizoensgebonden opslag
Het principe van seizoensgebonden opslag is gebaseerd op:
Koudeopslag in de winter wanneer de vraag naar warmte groter is. Hiertoe wordt water van de Albien grondlaag naar de “warme” bron gepompt, aanvankelijk bij een bodemtemperatuur van (30°C). Zodra de warmte bij de oppervlaktewisselaar is uitgewisseld, wordt dit water bij een veel lagere temperatuur (mogelijk tussen 5 en 10 °C) opnieuw geïnjecteerd in de Albische grondwaterlaag, in de tweede put van het doublet (“koude” bron);
Opslag van warm water in de zomer wanneer de vraag naar koude hoger is. De circulatierichting van het doublet wordt dan omgekeerd. Het water wordt in de “koude” bron gepompt en opnieuw in de “warme” bron geïnjecteerd nadat het opnieuw is opgewarmd tot de begintemperatuur van de grondwaterlaag (30 °C) of mogelijk hoger.
Om de technische en ecologische haalbaarheid van geologische opslag op de proeflocatie te onderzoeken, biedt BRGM haar expertise in het kader van het INTERREG D2Grids-project aan om aanvullende onderzoeken uit te voeren, zoals:
Het onderzoek naar de hydrothermische effecten van warmte- en/of koudeopslag in het Albische gebied voor verschillende opslagtemperaturen en potentiële terugwinningspercentages van de opgeslagen warmte;
De geochemische en microbiologische karakterisering van de grondwaterlaag tijdens warmte- en/of koudeopslag met behulp van laboratorium-percolatietests.
Laboratoriumtests onder hoge druk
Een grondwaterlaag bestaat uit een serie poreuze gesteenten die min of meer verzadigd zijn met water. Dit laatste is in chemisch evenwicht met de minerale fase van de grondwaterlaag, een evenwicht dat afhankelijk is van een zeer groot aantal omgevingsomstandigheden zoals temperatuur, druk, de aard van het gesteente, de oorspronkelijke samenstelling van het water, etc.
De werking van een aquifer gecombineerd met seizoensopslag zorgt voor een verandering van enkele van deze omstandigheden, wat kan leiden tot een reeks oplossings- en neerslagreacties die mogelijk schadelijk zijn voor de omgeving en het proces. Het systeem is te complex om op te anticiperen en het effect van deze veranderingen in situ te kwantificeren. Daarom is het noodzakelijk om het proces in het laboratorium te reproduceren om de fysisch-chemische fenomenen nauwkeurig te onderzoeken. Aangezien de beoogde grondwaterlaag zich op een diepte van meer dan 600 meter bevindt, is het noodzakelijk om specifieke experimentele apparaten te gebruiken die de druk kunnen weerstaan, zoals die van BRGM’s BioREP-platform, dat zich toelegt op het bestuderen van diepe geologische systemen. Deze apparaten zijn geschikt voor het uitvoeren van percolatietests bij verschillende temperaturen en gedurende meerdere weken.
Aquifer-microbiologie
Ondergrondse omgevingen, zelfs diepe, kunnen over een aanzienlijke microbiële diversiteit beschikken. De moeilijkheid bij het bestuderen van deze omgevingen is dat deze micro-organismen over het algemeen in kleine hoeveelheden aanwezig zijn vanwege de beperkte grondstoffen voor hun ontwikkeling. Desalniettemin leidt de exploitatie van een grondwaterlaag tijdens het opslagproces tot een verstoring van de omgeving (ontbinding van gesteenten, verandering van temperatuur, zuurstoftoevoer en verandering van REDOX…) wat waarschijnlijk energiebronnen zal opleveren en omstandigheden zal creëren die bevorderlijk zijn voor de activering van bepaalde micro-organismen. BRGM heeft erkende expertise op het gebied van ecologische microbiële ecologie en zal een vooronderzoek uitvoeren om de impact van seizoensgebonden warmteopslag op de bacteriële microflora van de Albian aquifer, een strategische grondwaterlaag voor drinkwatervoorziening in de regio Ile-de-France, te onderzoeken.
