door Michel Grothe | 16 maart 2022
Eén van de grote uitdagingen voor de komende decennia in de ondergrond wordt de warmtetransitie. Warmtenetten en Warmte Koude Opslag kunnen in de toekomst voor grote delen van Papendrecht nodig zijn. Maar hoe pas je in de wirwar van bestaande ondergrondse kabels en leidingen deze nieuwe infrastructuur in? Het is daarom nu al van belang rekening te houden met een inpassing van toekomstige warmtenetten bij aanleg- en reconstructiewerkzaamheden van wegen en ondergrondse infrastructuur.
De ambities voor energietransitie, klimaatadaptatie en woningbouw vragen om regie op de ondergrond. Neem de warmtetransitie: Warmtenetten en Warmte Koude Opslag (WKO) kunnen een alternatief zijn voor stoken op gas. Maar hoe is deze nieuwe infrastructuur in te passen in de wirwar van bestaande ondergrondse kabels en leidingen?
Voor het maken van plannen voor klimaatadaptatie en de energietransitie heeft de Gemeente Papendrecht een digital twin van de ondergrond gemaakt. Deze digital twin combineert gemeentelijke data van onder meer riolering, wegen, boomwortels en projectontwerp met de ondergronddata en -modellen. Dit helpt bij het vinden van ondergrondse ruimte voor het inpassen van warmtenetten en WKO-opslag.
In onderstaande video vertellen Gert Jan de Goede, Programmamanager Gemeente Papendrecht en Maarten Welmers, Business developer ESRI Nederland hoe zij digital twin technieken toepassen om ook onder de grond te kunnen kijken.
Je vindt deze video op Youtube > https://youtu.be/MXWYFApKs7k
Het is druk in de ondergrond
Aanleiding voor het maken van de digital twin was de reconstructie van de Oudaenstraat en omliggende straten , die sinds hun aanleg in de jaren ’70 van de vorige eeuw 40cm zijn verzakt (Figuur 1). Dat geldt ook voor de daaronder liggende infrastructuren (riolering, gas, elektra etc). De uitdagingen in de ondergrond van Papendrecht zijn illustratief voor die in veel andere gemeenten:
- Papendrecht is een zettingsgevoelig gebied (de ondergrond zakt 1cm per jaar) en dat vergt extra inspanningen voor reconstructie;
- De toename van extreme regenval in combinatie met een weinig waterdoorlatende ondergrond - de ondergrond bestaat vooral uit klei en veen - vergt een praktische klimaatadaptiestrategie;
- Al bij de aanleg- en reconstructiewerkzaamheden van wegen en ondergrondse infrastructuur wil de gemeente rekening houden met een inpassing van eventuele toekomstige warmtenetten.
Figuur 1 - Visualisatie omgeving Oudaenstraat in Papendrecht in een digital twin
Ruimte reserveren voor een warmtenet
De gemeente Papendrecht, het programma Basisregistratie Ondergrond (BRO) en ESRI Nederland passen ondergronddata en -modellen toe om deze opgaven in energietransitie te ondersteunen. Concreet wordt gevisualiseerd wat de benodigde ruimte is van het warmtenet van 1,5m bij 1,2m. Deze 3D visualisatie helpt om beter begrip te krijgen van de huidige situatie om vervolgens een nieuwe situatie te ontwerpen en met betrokken partijen af te stemmen. Door huidige liggingsinformatie van kabels en leidingen te combineren met ondergronddata zoals de grondwaterstand ontstaat een beeld van hoe de ondergrond nu wordt benut. Het visualiseren van die ondergrond met BRO data - naast bestaande infrastructuur en andere ondergrondse objecten zoals boomwortels en waterbergende funderingen - levert inzichten waarmee je kan sturen op reconstructieve activiteiten van zowel nutsbedrijven als de gemeente.
Van warmtenetten weten we dat ze uit twee leidingen bestaan: een warmtetoevoer en -afvoer. Om te voorkomen dat deze leidingen interfereren, moeten ze op minimaal 30cm afstand van elkaar liggen. Daarnaast is boven en naast de leidingen ook ruimte nodig. Waar vind je in de bestaande weg een tracé van 150cm breed en ca 120cm hoog. Door deze locaties te visualiseren, wordt zichtbaar hoe een warmtenet de huidige infrastructuur raakt. Over die locaties zal de gemeente in overleg moeten met de diverse infrastructuur eigenaars.
Warmte Koude Opslag (WKO)
Naast warmtenetten is Warmte Koude Opslag (WKO) een alternatief om huizen te verwarmen. WKO kan per woning of perceel voorkomen, maar ook collectief. En er zijn zowel open als gesloten bodemenergiesystemen voor WKO. In Papendrecht komen beiden voor. Door de open data uit de Basisregistratie Ondergrond (BRO) en de WKO-tool van Rijksdienst voor Ondernemend (RVO) Nederland te visualiseren in een 3D mode is te zien waar en hoeveel WKO's er zijn. Dit is waardevolle input voor zowel bodembeleid als energietransitie beleid.
Gesloten bodemenergiesystemen worden in de zomer gekoeld met winterkou en in de winter verwarmd met zomerwarmte. De lussen, met daarin een circulatievloeistof wisselen energie uit met de bodem door middel van geleiding. Er is dus geen direct contact met het grondwater. De lussen hebben een diepte van 50 meter tot 300 meter beneden maaiveld. De 3D visualisatie laat goed zien welk beslag dit legt op de ondergrond.
In een ‘open’ bodemenergiesysteem worden koude en warmte in een ondergrondse watervoerende laag opgeslagen en weer onttrokken. De diepte waarop deze open WKO-bronnen gerealiseerd worden, ligt - afhankelijk van de bodemgesteldheid - tussen de 40 meter en 250 meter beneden maaiveld. Door de visualisatie van warmtenetten en WKO-bronnen worden knelpunten in de ondergrond zichtbaar (figuur 2 en 3).
Aanvullend is een visualisatie gemaakt van bomen die voor schaduw en verkoeling zorgen, maar wiens wortels ook ruimte nodig hebben in de ondergrond. (figuur 4).
Figuur 2 - 3D visualisatie ondergrondse leidingen
Figuur 3 - Visualisatie van een open bodemenergiesysteem (zwembad in Papendrecht)
Figuur 4 - Visualisatie van boomwortels in de ondergrond
Ingrediënten
Voor de digital twin heeft de gemeente Papendrecht geput uit een groot aantal databronnen in zowel 2D als 3D. Denk aan het 3D-basisbestand met gebouwen (LOD2) van het Kadaster, ondergronddata en -modellen van het BRO-loket, de bodemmilieukaart van het bodemloket, diverse WKO datasets (RVO), en natuurlijk de gemeentelijke databronnen als kabels en leidingen, ondergrondse waterberging, ruimteclaims warmtenet, bomen en ondergrondse containers. De visualisaties zijn gemaakt met behulp van ESRI’s ArcGIS Pro 3D (zie figuur 5). Het gebruikte REGIS II model voorspelt de doorlaatbaarheid van de bodem en GeoTOP voorspelt de meeste waarschijnlijk samenstelling van de ondergrond (zoals klei, zand, veen).
Figuur 5 - Overzicht van de ingrediënten voor de digital twin in Papendrecht
In de digital twin komen beschikbare datastromen op een overzichtelijke manier bij elkaar. Met behulp van de ArcGIS software is de ondergrondse infrastructuur in samenhang te bekijken. In een how-to handleiding is stap-voor-stap beschreven hoe al deze data eenvoudig beschikbaar te verwerken is voor en door gemeenten.
De waarde
De digital twin helpt de gemeente om gerichter te werk gaan in de ondergrond. De gemeente kan goed analyseren waar diverse infrastructuren en andere ondergrondse objecten zich bevinden en zorgen dat die elkaar niet in de weg zitten. Alleen al de 3D visualisatie van ondergronddata als kabels en leidingen, boomwortels, (potentieel) warmtenet en de WKO, vergemakkelijkt de communicatie en afstemming met de eigenaren van ondergrondse infrastructuur. Daarnaast geven de BRO ondergrondmodellen inzicht in de samenstelling en eigenschappen (doorlaatbaarheid) van de bodem.
Betrokken partijen
De digital twin Warmtenet Papendrecht is een nauwe samenwerking tussen diverse partners: de gemeente Papendrecht, ESRI Nederland, het programmabureau Basisregistratie Ondergrond. Voor deze casus is een technisch realistisch scenario ontworpen. Echter zijn er nu geen plannen voor deze wijk om een warmtenet de ontwikkelen. Dit is dus een studie geweest naar ruimtegebruik in de ondergrond en geen studie naar een warmteoplossing.