Als actieve D2Grids-partner zal de gemeenteraad van Nottingham The Coal Authority de opdracht geven een onderzoek naar mijnenergie uit te voeren voor een voorgesteld proefwarmtenetwerk.
Dit vind plaats in het district Crabtree Farm Estate en Bullwell in Nottingham, Verenigd Koninkrijk. Ongeveer 60 woningen die worden beheerd door een sociale woningcorporatie zouden kunnen profiteren van deze regeling, Dit is een belangrijke test voor verdere uitbreiding van deze technologie in het gebied. Het project sluit aan bij de ambities van de gemeenteraad om in 2028 de eerste koolstofneutrale stad van het Verenigd Koninkrijk te worden.
Kwart Britse huizen in steenkoolgebieden
Nottingham heeft een rijke geschiedenis van mijnbouw en steenkoolproductie die economische rijkdom heeft gecreëerd en innovatie heeft aangewakkerd. Veel van de steden in het Verenigd Koninkrijk zijn ontwikkeld als direct gevolg van hun steenkoolreserves. Ongeveer een kwart van de Britse huizen en bedrijven bevindt zich in steenkoolgebieden. Dit betekent dat er een gunstige overlap is tussen kolenvelden en warmtevraag. Na de stillegging van de diepe mijnen van het VK hebben veel voormalige mijngemeenschappen nog steeds te maken met een hoog niveau van sociale achterstand. Het gebruik van warmte van de mijnen biedt een oplossing voor koolstofarme warmteafgifte, maar kan ook economische en ecologische verbeteringen opleveren voor plaatsen die de historische, industriële en economische groei in het Verenigd Koninkrijk hebben bevorderd.
Lauwwarme temperatuur verhoogd met warmtepomp
In de afgelopen eeuw werd 15 miljard ton steenkool gewonnen uit de Britse bodem. Hoewel de kolen al lang geleden zijn gewonnen, verhandeld en verbrand, bevatten de achtergebleven holtes warm water dat vele malen opnieuw gebruikt kan worden als een bron van koolstofarme warmte. Het water in de mijnen is lauwwarm, met temperaturen van 12-20 °C. Dit is natuurlijk niet warm genoeg om een bad te nemen, maar door een warmtepomp te gebruiken kunnen de temperaturen worden verhoogd tot een comfortabelere 40-50 °C. De warmtepomp heeft elektriciteit nodig, maar dat is een energiezuinig apparaat. Je kunt voor elke kilowatt aan elektrische input wel 3-5 kilowatt warmteafgifte (of meer) van de warmtepomp verwachten.
Aangezien het koolstofgehalte van elektriciteit afneemt met de vergroening van het elektriciteitsnet, vermindert de koolstofemissie en kunnen de verlaten mijnen in het VK een aanzienlijke bijdrage leveren aan het koolstofarm maken van de Britse warmtevraag voor de komende jaren.
Warmte-energie uit mijnwater
De UK Coal Authority is eigenaar van de verlaten mijnbouwinfrastructuur en beheert meer dan 75 installaties voor het zuiveren van mijnwater in het VK. Het water dat van nature uit de verlaten mijnen stroomt of eruit wordt gepompt, bevat naar schatting meer dan 80 MW aan warmte. In het VK zijn er al verschillende locaties waar warmte-energie wordt gewonnen en nuttig wordt gebruikt bij mijnwaterzuiveringsinstallaties – er is aanzienlijk ruimte om dit op te schalen.
Interessant is dat het winnen van warmte uit mijnwaterzuivering slechts het topje van de ijsberg is van de mogelijkheden van mijnenergie in het Verenigd Koninkrijk. Er bevindt zich een zeer grote warmtebron in mijnen waar geen bestaande waterzuivering nodig is. The Coal Authority schat dat alle verlaten ondergelopen mijnen in het VK de potentie hebben om op een duurzame manier te voldoen aan alle verwarmingsbehoeften van steenkoolgebieden. Voormalige mijnen bieden ook de mogelijkheid voor warmteopslag.
Installaties ontwikkelen
De mijnenergie wordt bereikt door boorgaten in het netwerk van schachten te boren om het mijnwater te onttrekken, waaruit ongeveer 5 °C wordt weggenomen door het door een warmtewisselaar te voeren die in verbinding staat met een warmtepomp, voordat het gekoelde water opnieuw in de schachtnetwerk wordt geïnjecteerd. Het is gebruikelijk om deze te onttrekken uit een diepere ader en opnieuw te injecteren in een ondiepere ader. Om deze installaties te ontwikkelen moet toestemming gevraagd worden aan The Coal Authority, die eigenaar is van de ondergrondse infrastructuur en ervaring heeft met boringen in mijngebieden. Het is ook belangrijk om goed te begrijpen hoe de mijnen zijn geconfigureerd om de kans op het vinden van een goede waterstroom te vergroten, wat nodig is om de warmte naar de oppervlakte te brengen.
Om de mogelijkheden van mijnenergie in het Verenigd Koninkrijk te verkennen breidt de Coal Authority uit met een Mijnergie-team.
Voorbeelden mijnergieprojecten
Wereldwijd bestaan er ongeveer 30 mijnenergieprojecten die draaien op verschillende schaalniveaus en leveren aan verschillende eindgebruikers uit zowel operationele als stilgelegde mijnen. Dit maakt mijnenergie tot een zeer veelzijdige warmtebron. Maar het is moeilijk om kapitaal-, ontwikkelings- en bedrijfskosten te extrapoleren omdat de configuratie sterk verbonden is met de aard en omvang van de onderliggende mijnnetwerken.
In Heerlen in Nederland is al meer dan tien jaar een zeer succesvol grootschalig mijnenergie-warmtenet actief (de exploitanten van het Heerlen-netwerk zijn ook partner van D2Grids). Dit systeem levert verwarming en koeling aan 200.000 m2 nieuwbouw- en retrofitgebouwen, via een warmtenet van 7 km lengte. Dit project heeft economische regeneratie mogelijk gemaakt doordat inkomsten uit de verkoop van warmte binnen de regio werden vastgehouden in plaats van naar een nationale energieleverancier te gaan. Het Nederlandse bedrijf mocht bij de Green Solutions Awards 2019 in Parijs de ‘Grand Prize for Sustainable Infrastructure’ in ontvangst nemen.
In Polen wordt water, dat uit een operationele kolenmijn wordt opgepompt, gebruikt middels warmtepompen om de mijnbaden te verwarmen waar de mijnwerkers zich aan het einde van hun dienst wassen en in Spanje wordt mijnwater uit de Barredo-mijn in Mieres gebruikt om een ziekenhuis te verwarmen.
In het Verenigd Koninkrijk levert een commercieel mijnenergiesysteem ongeveer 4 MW aan verwarming voor twee wijnpakhuizen; dit wordt beschouwd als het grootste geothermische warmtesysteem in het Verenigd Koninkrijk. Dit benadrukt de mogelijkheid om niet alleen huishoudelijke warmte uit mijnenergie te leveren, maar ook voor industrieën die warmte op lage temperatuur nodig hebben, zoals de tuinbouw.
Wat houdt het onderzoek in Nottingham in?
Met het haalbaarheidsonderzoek op de Crabtree Farm wordt gekeken naar de plannen voor mijnsluitingen voor het gebied en worden waterkwaliteits- en stromingsgegevens verzameld uit historische archieven, nabijgelegen mijnwaterzuiveringssystemen en meetpunten van de Coal Authority. De tekeningen en plattegronden van de mijn zullen worden gebruikt om het aantal mijnaders te identificeren dat in het gebied in werking is geweest en om de omvang en diepte van de werkingen te beoordelen.
Voor een mijnverwarmingssysteem zouden idealiter meerdere aders aanwezig moeten zijn zodat water kan worden onttrokken uit een diepere ader en opnieuw kan worden geïnjecteerd in een ondiepere ader na warmteafvoer, wat het risico op afkoeling van de bron verkleint. Het is ook noodzakelijk om zich te richten op aders die zijn ondergelopen, daarom is het belangrijk om te weten wat de diepte is van het mijnwater onder de oppervlakte. Zodra dit is voltooid kunnen de doelgebieden worden geselecteerd en als het systeem verder wordt ontwikkeld zal deze informatie worden gebruikt als basis voor bronboringen.
Kijken naar de toekomst
Mijnenergie is in het Verenigd Koninkrijk van snel toenemend belang voor de nationale overheid en lokale autoriteiten, aangezien zij strategieën voor het koolstofarm maken ontwikkelen, en voor degenen die warmtenetten promoten en ontwikkelen. Naast het werk van Nottingham met D2Grids zitten er verschillende andere projecten in de pijplijn om het gebruik van mijnenergie in het land op te schalen.
In Seaham, in County Durham in het noordoosten van Engeland, zullen 1.500 nieuw gebouwde woningen plus een school en winkels worden voorzien van warmte van het aangrenzende Dawdon-mijnwaterzuiveringssysteem, dat een potentiële warmtevoorziening van maximaal 6 MW heeft. Ondertussen is Bridgend County Borough Council, in het zuiden van Wales, ook bezig met de ontwikkeling van een project om warmte uit de voormalige Caerau Colliery mijnnetwerken te halen, om ongeveer 200 nabijgelegen huizen en andere gebouwen te verwarmen.
Mijnenergie is veelbelovende oplossing voor koolstofvrije warmte
Om de potentie van mijnenergie in de context van het Britse energielandschap te plaatsen, wordt momenteel meer dan de helft van de Britse energievraag gebruikt om warmte te produceren, waarvan een groot deel wordt verbruikt door de binnenlandse sector. Het grootste deel hiervan wordt geleverd door gas te verbranden. Het Verenigd Koninkrijks is al meer dan een tien jaar een netto-importeur van gas, waardoor afhankelijkheid van andere landen is ontstaan om de voorziening te behouden. Naast het verbeteren van onze energiezekerheid, moeten we onze energievoorziening koolstofarm maken om de koolstofreductiedoelstellingen te halen en klimaatverandering tegen te gaan. Mijnenergie biedt een veelbelovende oplossing voor het op grote schaal koolstofvrij maken van warmte in voormalige mijngebieden. De potentie om deze erfenis te ontwikkelen en de door onze voorouders gecreëerde infrastructuur te hergebruiken voor toekomstige warmtelevering biedt een geweldige mogelijkheid.
D2Grids is een 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. Maar ook bijvoorbeel in Vlaanderen. D2GRIDS (afkorting voor ‘demand driven grids’) is een project van Interreg NWE, gecoördineerd door Mijnwater.
Bron: Farr, G en Busby, J (2020). The Thermal Resource of Mine Waters in Abandoned Coalfields; Opportunities and Challenges for the United Kingdom. Proceedings World Geothermal Congress 2020. Dit artikel is geschreven door Charlotte Adams van de The Coal Authority en Philip James van de gemeenteraad van Nottingham en verscheen eerder op Construction21.
