Glasvezel brengt ondergrond in kaart
Wat gebeurt er onder onze voeten? Met innovatieve meettechnieken brengen we de grondwatervoerende laag onder de Deltares-campus in Delft in kaart. Deze aquifer is de basis van onze WKO-installatie, die diverse gebouwen van Deltares koelt en verwarmt. Onze experts op het gebied van toegepaste geologie en geofysica verzamelen informatie over het gedrag van de ondergrond, waardoor we ons WKO-systeem beter kunnen onderhouden. Bovendien helpt deze kennis bij opschaling van de ondergrond als basis voor een duurzame energievoorziening.
Om de Deltares-campus in 2040 Paris Proof te maken, worden verschillende gebouwen sinds 2022 verwarmd en gekoeld door een WarmteKoudeOpslag (WKO)-installatie. Deze duurzame energievoorziening is een zeer efficiënte manier om gebouwen te verwarmen en te koelen, waarbij watervoerende lagen in de ondergrond worden gebruikt als een enorme thermosfles. De koude bron levert in de zomer koud water om gebouwen te koelen via een warmtewisselaar. Het opgewarmde water hieruit wordt vervolgens elders in de watervoerende laag geïnjecteerd via een ‘warme’ put. In de winter gebeurt het omgekeerde, om te verwarmen. De warme en koude put samen wordt een doublet genoemd.
Glasvezelkabels
De ondergrondse laag die wordt gebruikt voor een WKO-installatie heet een aquifer, een soort spons van doorlatend gesteente, zand of grind die verzadigd is met grondwater. Toen de eerste twee putten voor de WKO in 2022 op de Deltares-campus zijn geboord, zijn tussen honderdtwintig en honderdtachtig meter diepte geschikte watervoerende lagen aangetroffen. Door middel van geofysische boorgatmetingen bepaalden onze experts toegepaste geologie en geofysica het sedimenttype op verschillende dieptes in de ondergrond. Dit was noodzakelijk voor het op de juiste plek installeren van de filterbuizen.
Vervolgens is de WKO-put in het open gat geïnstalleerd. Tegelijkertijd brachten onderzoekers glasvezelkabels aan langs de filterbuizen die het warme en koele water vervoeren. Met deze kabels zijn temperatuur, grondwaterstroming en akoestiek te monitoren terwijl het systeem draait. Met deze zogenoemde Distributed Fiber-Optic Sensing (DFOS) is verstopping van de filters vroegtijdig te signaleren.
Optimaliseren
Roeland Nieboer, expert toegepaste geofysica bij Deltares, is al vanaf het begin bij deze metingen betrokken. “Met lange glasvezelkabels kunnen we gebeurtenissen in de aquifer continu meten, waardoor we veranderingen snel opmerken. We weten nu niet goed wat er precies gebeurt in zo’n grondwaterlaag. Als we de stroming in kaart brengen, kunnen we verstopping van de putten voorkomen.”
Tijdens het op- en terugpompen van grondwater kunnen namelijk fijne bodemdeeltjes zoals zand meekomen, vertelt Roeland. Die kunnen de filters of de poriën van het zandpakket rondom de put van de WKO-installatie verstoppen. “Als we op bepaalde dieptes zien dat de stroomsnelheid vermindert en er verstopping dreigt, kunnen we op tijd maatregelen treffen. En zo het rendement van het bronsysteem optimaliseren”, aldus Roeland.
Fusion fiber
De voordelen van glasvezel zijn dat je over de gehele lengte van de aquifer de temperatuur kunt meten, zonder dat je de werking van het WKO-systeem verstoort, en over langere tijd kunt monitoren, legt Roeland uit.
“We hebben nu verschillende meettechnieken binnen één kabel gecombineerd. Zo meten we de stroomsnelheid af aan de temperatuur van de kabel. Tussen de glasvezels zit een verwarmingskabel, die geeft een warmtepuls af. Als het water om de kabel heen sneller stroomt, koelt de kabel sneller af. Uit het temperatuurverloop kunnen we de snelheid van de grondwaterstroming bepalen. Ook houden we het geluid van zanddeeltjes die tegen de plastic pijpen tikken bij. Deze combinatie van meettechnieken in één kabel noemen we ‘fusion fiber’. De stappen om de data uit deze kabel te verwerken en te visualiseren worden open source ontwikkeld, zodat we onze kennis meteen kunnen delen.”
Kennisbasis vergroten
Het nieuwe WKO-systeem op de Deltares-campus is niet alleen een manier om de bedrijfsvoering te verduurzamen, het biedt ook kansen om de expertise van Deltares over de ondergrond te vergroten. Daarom financiert Deltares de ontwikkeling van deze metingen uit het eigen strategische onderzoeksgeld.
Roeland: “Bij Deltares werken we continu aan innovatieve methoden om de ondergrond beter te begrijpen. Met dit onderzoek versterken we onze kennisbasis over water en ondergrond als bronnen voor duurzame energievoorziening en zo versnelling van de energietransitie.”
Opschalen
“Deze meettechniek staat nog in de kinderschoenen. Omdat we in Nederland meer warmte en koeling uit de ondergrond willen halen via onder andere WKO-systemen, is het belangrijk dat deze zo optimaal mogelijk functioneren.”
Dat Deltares steeds meer gebouwen op de campus aansluit op de WKO-installatie, biedt Roeland en zijn collega's kansen. “Bij het boren van nieuwe putten op onze campus kijken we graag meteen of we meer en beter kunnen monitoren wat er op de diepte van de aquifers gebeurt. Het biedt ons de kans onze meettechnieken te optimaliseren, zodat we nog meer informatie verkrijgen”, aldus Roeland.
Weerbericht onder de grond
Roeland: “Ik koos voor dit vak omdat ik het fascinerend vind om dingen inzichtelijk te maken die we niet kunnen zien. Het lijkt me leuk om collega’s te tonen wat er op verschillende momenten onder onze voeten gebeurt, een soort ‘weerbericht van onder de grond’. Bij Deltares gaan we dit binnenkort via een online dashboard live weergeven op de schermen in onze gebouwen.”
