energiedamwanden

Civiele techniek; resultaten proef Energiedamwanden

EERSTE RESULTATEN ENERGIEDAMWANDEN

De energietransitie in Nederland naar duurzame warmte- en koude-energie is in volle gang. Ook binnen de geotechniek wordt hard gezocht naar innovatieve technologieën die hieraan kunnen bijdragen. Een van deze innovatieve technologieën is de energiedamwand waarmee de stalen damwand een extra functie krijgt als warmtewisselaar voor het onttrekken van thermische energie aan oppervlaktewater (aquathermie) en de ondiepe ondergrond. Inmiddels zijn de eerste resultaten bekend.

In de uitgave van de Civiele Techniek van september 2020 (jaargang 74 nummer 7) is reeds aandacht besteed aan deze techniek en de potentie ervan voor de energietransitie. Hierin is tevens melding gemaakt van een grootschalige proef die is opgezet door CRUX Engineering in samenwerking met Gooimeer, Groep Duurzame Energie, TU Delft en TU Eindhoven in buurtschap De Zweth, nabij Rotterdam. De proef is mogelijk gemaakt door middel van het SBIR-project van de Provincie Zuid-Holland om de CO2-emissies van de vaarwegen te verminderen. In deze follow up worden de eerste resultaten van deze pilot gedeeld evenals een overzicht van de daaruit volgende vervolgonderzoeken.

De pilot bij de Zweth

De proef loopt van september 2020 tot mei 2022 en heeft tot doel meerdere damwandconfiguraties en bedrijfsscenario’s te beproeven. Hierbij worden zowel de prestaties van de energiedamwand zelf gemeten als de mogelijke invloed ervan opde damwand en de omgeving. De resultaten van thermische prestaties zijn daarbij vooral van belang voor de toepassingsmogelijkheden, hoeveel energie er onttrokken kan worden en ter validatie van de theoretische ontwerpmodellen. De hoofdvraag bij het meten van de invloed op de omgeving is of het verwarmen dan wel afkoelen van de damwanden en directe ondergrond een invloed heeft op de primaire functie van de kadeconstructie zelf als grond- en waterkering. Op dit moment is het beproeven van de diverse configuraties in de afrondende fase, hierna wordt de meest veelbelovend configuratie verder beproefd voor een realistisch gebruiksscenario. Tijdens het beproeven van de verschillende configuraties heeft het systeem 24/7 vol vermogen gedraaid om zo de grenzen ervan te kunnen verkennen en een duidelijk koppeling te verkrijgen met de theoretische predictie. De voorlopige conclusie is dat de resultaten tot nog toe een conservatieve, uiterste grens van het vermogen aangeven. De verwachting is dat de energetische prestaties bij de realistische bedrijfsscenario’s nog verder toenemen.

Thermische prestaties energiedamwand

In de pilotopstelling zijn tot nog toe de enkele en dubbele activatie van de planken beproefd met een (ondiepe) activatie alleen over de waterdiepte en ook over de volledige zestien meter lengte van de plank (diepe activatie). Een schematisch bovenaanzicht van de testopstelling wordt getoond in figuur 3.

energie damwanden proef
Civiele techniek; resultaten proef Energiedamwanden 1

Naast de opstelling waarbij activatie plaatsvindt op de plank zelf – en dus aangebracht moet zijn voordat de damwand wordt uitgevoerd – is tevens het systeem beproefd. Hierbij wordt de damwand voorzien van speciale voorhangpanelen, zodat ook bestaande damwandschermen thermisch kunnen worden geactiveerd.Op basis van de resultaten functioneert hetsysteem conform verwachting en volgt het hoogste vermogen (circa 1,5 kW/plank) uit de dubbel geactiveerde planken die over de volledige hoogte van activatielussen voorzien zijn. Bij de dubbel geactiveerde ondiepe damwanden (lussen tot aan de waterbodem) ontbreekt de energie uit de diepere grondlagen, zodat dit logischerwijs tot een lager vermogen leidt (circa 1 kW/plank). Dit laatzien dat het aquathermische deel een aanzienlijke component is van het totale thermisch vermogen. Dit gegeven maakt ook dat het vermogen gedeeltelijk afhankelijk is van de heersende watertemperatuur die tijdens de beproeving tussen de 8 – 12 °C varieerde. Deze temperatuurrange is gebruikelijk voor maart tot december. Echter, belangrijk is natuurlijk ookom te weten wat het vermogen doet tijdens een koude periode zoals in februari 2021 het geval was, waarbij de luchttemperatuur daalde tot -10 °C ende watertemperatuur afkoelde tot +1 °C. Op dat moment werd toevallig een configuratie met de voorhangpanelen beproefd waardoor de invloed van het aquathermische deel direct zichtbaar werd. Het bronvermogen vanuit het water daalde in die week tot circa 0,4 kW per plank, wat daarmee zijn weerslag had op de benodigde elektrische energie.In de daaropvolgende weken herstelde de watertemperatuur en nam het bronvermogen weer sterk toe. Het is de verwachting dat dit effect minder sterk is wanneer gebruik gemaakt wordt van de volledige geactiveerde planken, aangezien de temperatuur uit de ondergrond in deze extreme situatie bijdraagt aan het stabiliseren van de te onttrekken temperatuur.

Grondmechanische invloed van een energiedamwand

Naast het meten van de energetische prestaties van de energiedamwand worden ook uitgebreide metingen uitgevoerd aan- en naast de damwanden. Hierbij worden zowel de temperatuur in de ondergrond op meerdere afstanden en over de volledige hoogte van de damwanden gemeten, alsmede de verplaatsing van de damwand zelf. Doel van deze metingen is om de thermische invloed op de ondergrond te vergelijken met de theoretische modellen en zo te valideren dat de activatie geen negatieve invloed heeft op de primaire functie van de damwand als grond- en waterkering. Deze metingen zijn daarbij in het afgelopen half jaar gebruikt in een MSc thesis aan de TU Delft. In dit onderzoek is zowel de thermische invloed op de ondergrond beschouwd gebruik makend van COMSOL en is de verplaatsing vergeleken gebruikmakend van PLAXIS 2D thermal module. De belangrijkste conclusies van dit onderzoek zijn dat de thermische invloed op de ondergrond beperkter is dan vanuit de theoretische modellen verwachtmag worden. Dit is gunstig ten aanzien van de omgevingsinvloed en onderlinge beïnvloeding van opvolgende planken. Tevens blijkt dat de resulterende damwandverplaatsingen ten gevolge van activatie niet veel groter zijn dan de meetnauwkeurigheid van de inclinometing en in lijn zijn met de theoretische verwachting. Bijkomstige conclusie is dat de damwanden onder invloed van de natuurlijke temperatuurvariaties gedurende het jaar een theoretisch fluctuatie laten zien die groter is dan de invloed uit de activatie alleen.

Literatuur1) Ziegler, M., Koppmann, D., Pechnig, R.& Knapp, D. (2020), Energy sheet pile walls – Experimental and numerical investigation of innovative energy geostructures, Proceedings of the XVII ECSMGE-2019 Geotechnical Engineering foundation of the future, Reykjavik, 20192) de Vries, J. P. (2021, mei). Quays Rather Than Boilers. Extracting Energy From Water and Soil Through EnergySheet Piles. Link naar het artikel

Korneel de Jong, Jorrit de Vries, Vincent Leclercq, Jacco Haasnoot, CRUX Engineering BV

Recente berichten

Stalen damwand als duurzame energiebron
Publicaties

Stalen damwand als duurzame energiebron

In het artikel van Civiele Techniek 2022 nummer 7 worden de stalen damwand als oneindige energiebron verder toegelicht.
“Energiedamwand: Stalen damwand als duurzame energiebron”. In Nederland wordt aquathermie gezien als een van de belangrijke pijlers in de warmtetransitie.

Lees meer
greenchoice energieprijs
Nieuws

Greenchoice Energieprijs voor Energiedamwanden

Energiedamwand Nederland is de trotse winnaar van de Greenchoice Energieprijs 2022 geworden. Op duurzame dinsdag werd de prijs door Greenchoice uitgereikt. Greenchoice laat met deze prijs zien duurzame nieuwe ontwikkelingen belangrijk te vinden.

Lees meer
vakbeurs energie
Nieuws

Bezoek ons op de vakbeurs Energie

Op 11, 12 en 13 oktober 2022 vindt de jaarlijkse vakbeurs Energie plaats in de Brabanthallen. Gooimeer en Crux Engineering zullen daar namens Energiedamwand Nederland aanwezig zijn. U kunt ons vinden bij standnummer: 3.F043

Lees meer
energietransitie
Nieuws

VSK Award 2022 energietransitie

De Energiedamwanden zijn genomineerd bij de VSK Awards 2022 in de categorie energietransitie en hebben een eervolle vermelding gekregen vanwege de nieuwe toepassing van aardwarmte en aquathermie middels de Energiedamwand.

Lees meer
kademuur als energiefabriek
Publicaties

Warmte uit water

In mei 2019 is de Green Deal Aquathermie ondertekend, waaruit het Netwerk Aquathermie (NAT) is ontstaan. NAT zorgt voor het ontwikkelen en delen van kennis en praktijkervaringen op het gebied van aquathermie via website, bijeenkomsten en webinars. Het doel is de waarde van aquathermie in beeld te brengen om zo de noodzakelijke warmtetransitie te versnellen.

Lees meer
Damwand als duurzame energiebron
Publicaties

Damwanden als energiebron

Door stalen damwanden te voorzien van collectoren, kunnen havenkades, kanaaloevers, bouwkuipen, dijken en alle andere waterkeringen ons zonder aardwarmteboringen van warmte en koude voorzien.

Lees meer
Energiedamwanden voor TEO
Publicaties

Warmte winnen met de energiedamwand

Aan het einde van het jaar blikt De Ingenieur traditiegetrouw vast vooruit op het volgende jaar. Welke technologieën breken door? Een van de beste technologieën is de Energiedamwand aldus de Ingenieur in 2022.

Lees meer
Publicaties

Artikel GWW over energie-damwanden

De directeur van Gooimeer legt in dit artikel uit hoe de Energiedamwanden een bijdrage kunnen leveren aan een duurzame oplossing van het energievraagstuk en wat de voordelen zijn voor klanten. Het onbeperkt opwekken van gratis energie met de Energiedamwanden is een van de voordelen.

Lees meer
Publicaties

Civiele Techniek start proef Energiedamwand

In dit artikel leest u over de full-scale energiedamwanden-proef die CRUX Engineering in samenwerking met Gooimeer, Groep Duurzame Energie, TU Delft en TU Eindhoven heeft opgezet. Om rekenkundige opbrengsten van de Energiedamwand te kunnen valideren, wordt het systeem twee jaar lang getest in buurtschap de Zweth, nabij Rotterdam.

Lees meer