P301 Energiebronnen in Transitie

Energie
Princetonlaan 6
3584 CB Utrecht
Postbus 80015
3508 TA Utrecht
TNO-rapport
www.tno.nl
TNO 2014 R10360
Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014
Voortgangsrapportage 2013
VP Energiebronnen in Transitie
Thema Energie
Datum
3 maart 2014
Auteur(s)
Dr. J.H. Brouwer
Dr. Ir. C.B.M. te Stroet
Aantal pagina's
33 (incl. bijlagen)
Alle rechten voorbehouden.
Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel
van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande
toestemming van TNO.
Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van
opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor
opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten
overeenkomst.
Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.
© 2014 TNO
T +31 88 866 42 56
F +31 88 866 44 75
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
2 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
3 / 33
Inhoudsopgave
1
1.1
1.2
1.3
Inleiding .................................................................................................................... 5
Achtergrond ............................................................................................................... 5
Opbouw en doel van het programma ........................................................................ 5
Relatie met de Topsector Energie ............................................................................. 7
2
2.1
2.2
2.3
2.4
VP Deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” ................................... 9
Historie, aansluiting topsector Energie ...................................................................... 9
Hoofdlijnen deelprogramma 2013
(ondergebracht in “Upstream Gas” van het TKI Gas) ............................................. 10
Cooperation ............................................................................................................. 10
Results 2013 ............................................................................................................ 12
3
3.1
3.2
3.3
3.4
VP Deelprogramma “Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2-reductie”23
Historie, aansluiting beleid ....................................................................................... 23
Hoofdlijnen deelprogramma 2013 ........................................................................... 23
Samenwerking ......................................................................................................... 25
Resultaten 2013....................................................................................................... 26
5
Ondertekening ....................................................................................................... 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
4 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
1
Inleiding
Energie is één van de onderwerpen waarop TNO impact wil bereiken. De ambitie
daarbij is door excellente kennis innovaties te realiseren die bijdragen aan een
leveringszekere, duurzame en economisch rendabele energievoorziening. TNO is
hierbij zowel actief op het gebied van duurzame energiesystemen als op het gebied
van fossiele energievoorziening. Het Vraaggestuurd Programma Energiebronnen in
Transitie (VP EIT) richt zich op de fossiele energievoorziening.
1.1
Achtergrond
Diverse grote scenariostudies van o.a. IEA, Clingendael, ECN, Shell en BP laten
consistent zien dat er in de nabije toekomst over de hele wereld grote
veranderingen in de fossiele energievoorziening zullen optreden.
Alle scenario’s gaan uit van een groei van de wereldbevolking en een groei van het
mondiale Bruto Nationaal Product (BNP). De energie-intensiteit (het energieverbruik
per eenheid BNP) neemt af als gevolg van de toenemende energiezuinigheid van
installaties en apparatuur. Hiervoor zijn nog wel technologische doorbraken nodig.
De groei van de energievraag in Europa en de VS zal afvlakken, maar in zich
ontwikkelende landen en het Midden-Oosten nog aanzienlijk toenemen. Gemiddeld
gaan de modellen ten aanzien van wereldenergieverbruik uit van een groei van
1,2% per jaar van 2005-2030 (totaal 22% tot 2030).
De “low cost oil” raakt op waardoor duurdere, technologisch en milieutechnisch
uitdagender velden moeten worden ontwikkeld (deep sea, unconventionals) om aan
de toenemende energievraag te kunnen voldoen. Samen met de
klimaatproblematiek vormt dit een sterke stimulans voor het gebruik van
alternatieve, hernieuwbare energiebronnen en vergroting van het aandeel gas in de
energiemix. Niettemin is er consensus over de prognose dat mondiaal het aandeel
van deze hernieuwbare energiebronnen in de energiemix in de komende decennia
beperkt zal blijven. Fossiele energie levert de komende decennia het grootste
aandeel in de energiemix. Gas levert binnen de fossiele energie een belangrijke,
relatief schone, transitiebrandstof.
1.2
Opbouw en doel van het programma
Binnen het vraaggestuurd programma “Energiebronnen in Transitie” worden
oplossingsrichtingen en nieuwe technologieën ontwikkeld om de transitie naar een
energievoorziening uit hernieuwbare energiebronnen en gas als transitiebrandstof
op een zo duurzaam en efficiënt mogelijke manier vorm te geven.
Anders gezegd:
Hoe kan ook in de toekomst aan de groeiende energievraag worden
voldaan en op welke manieren kan, tijdens de transitieperiode naar 100%
hernieuwbare energiebronnen, de huidige energievoorziening op meest
effectieve wijze en zo mogelijk milieuvriendelijke manier worden gewonnen
en geconsumeerd.
5 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
Het vraaggestuurdprogramma “Energiebronnen in Transitie” richt zich op twee
deelprogramma’s:
I. Leveringszekerheid Gasproductie ( ondergebracht in het innovatiecontract
“Upstream Gas”, van de Topsector Energie, TKI Gas; zie hoofdstuk 2). Hierin
is het optimaal uitputten van met name gasvelden het belangrijk element in
het streven de nationale gasproductie de komende decennia op peil te houden
(zgn. 30-30 doelstelling: stabiele productie van 30 miljard m3 / jaar uit de
kleine velden tot 2030). Door dit te realiseren kan Nederland:
 Zo lang mogelijk zelfsturend blijven qua gasvoorziening; Nederland heeft
1 2
de ambitie om de Gasrotonde van NW Europa te worden . De overheid
heeft een rol als grote belanghebbende van inkomsten uit gas, als direct
verantwoordelijke voor de ‘security of supply’. Nederland is bij uitstek in
de positie om deze rol te spelen vanwege een aantal concurrentievoordelen, waaronder de aanwezigheid van een gastransportnetwerk van
hoge kwaliteit, de ligging aan zee die gunstig is voor het aanleveren van
LNG, de goede mogelijkheden om ondergrondse gasopslag te
ontwikkelen en de aanwezigheid van kennis en ervaring bij Gasunie,
GasTerra, EBN, NAM, NOGEPA, Energy Delta Instituut, KEMA, ECN,
Clingendael en TNO.
 Een unieke kennispositie opbouwen voor de operators van Nederlandse
gasvelden.Aangezien Nederland als (één van de) eerste landen te maken
heeft met gasvelden aan het eind van hun levenscyclus met de daarbij
behorende fenomenen. Deze operators verkrijgen unieke kennis over hoe
typische ‘end-of-field-life’ productieproblemen tegen te gaan en het
maximale rendement uit een veld te halen dat aan het eind van de
levensduur produceert. Deze kennis kan vervolgens internationaal
geëxporteerd worden.
 Voldoende (belasting-)inkomsten genereren uit nationale fossiele
reserves om:
o
Energietransitie naar hernieuwbare energie financieel te
ondersteunen;
o
Pilots m.b.t. nieuwe CO2 opslag- en gebruikinitiatieven te
ondersteunen (waaronder Enhanced Gas Recovery, d.w.z. meer gas
produceren door injectie (en gelijktijdige opslag) van CO2) en de
afgesproken emissiedoelstellingen te halen.
II. Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2 reductie. Het realiseren van
CO2-reductie door (grootschalige) toepassingen van CO2 opslag en
geothermie. Geothermie betreft de exploratie en benutting van het
ondergronds geothermisch potentieel en uitbreiding van het publieke
kennisinstrumentarium, en de opwekking van elektriciteit (ultra-diepe
geothermie) uit aardwarmte. De potentiële bijdrage van geothermie is ca. 5%
van het duurzame energiepotentieel in 2020 en kan oplopen tot 10-15 % in
2050. CO2-emissiereductie betreft de afvang van CO2 uit rookgassen en het
gebruik van de diepe ondergrond voor opslag, inclusief de evaluatie en
monitoring van de gevolgen daarvan (Carbon Capture and Storage ofwel
CCS). Volgens het Kyoto protocol dient Nederland (en Europa) tussen 2008
en 2012 de uitstoot van CO2 met 8 % te verminderen. De Nederlandse
1
2
De brief “Visie op de gasmarkt” van maart 2006, Tweede Kamerstuk 29023-22
Energierapport 2008, Tweede Kamerstuk 31510-1
6 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
regering gaat uit van een CO2 emissiereductie van 20 % (t.o.v. 1990) in 2020.
CCS kan na 2020 in Nederland naar schatting 15-20 Mton/jaar aan CO2
reductie bijdragen en is als mitigerende maatregel noodzakelijk om de
nationale doelstellingen te halen (naast besparing en meer hernieuwbare
energie).
Het VP Energiesystemen in Transitie is uitgevoerd in de vorm van een 14-tal
deelprojecten. Zeven hiervan vallen onder het deelprogramma “Leveringszekerheid
Gasproductie”, drie onder het thema “Duurzame geo-energie ten behoeve van
CO2-reductie”. Vier projecten vallen onder beide deelprogramma’s. Gedurende de
uitvoering zijn deze 14 projecten tweemaal tussentijds beoordeeld (juni en oktober
2013).
De behaalde resultaten in 2013 van de twee deelprogramma’s worden
gepresenteerd in de hoofdstukken 2 (Leveringszekerheid Gasproductie) en 3
(Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2 reductie).
1.3
Relatie met de Topsector Energie
Het VP EIT levert een substantiële bijdrage aan de realisatie van het
innovatiecontract Gas binnen de topsector Energie. De kennisontwikkelingsactiviteiten van het deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” vallen
volledig onder de hoofdlijn Upstream Gas van het innovatiecontract en zijn als
zodanig meegenomen in de najaarsrapportage aan het topteam Energie.
CCS is in de loop van 2013 aangemerkt als hoofdlijn onder de topsector Energie
(TKI-Gas) maar wordt hier nog los van deze hoofdlijn gerapporteerd. Op dit moment
is Geothermie nog niet opgenomen onder één van de topsectoren. Geothermie zou
als onderdeel binnen het TKI Gas of Energiebesparing Gebouwde Omgeving
kunnen worden opgenomen. Totdat dit wordt geëffectueerd, voert het ministerie van
EZ de regie over dit programma middels een separaat Programma van Eisen (zie
programma van Eisen thema Energie EL&I/ETM/ED, dr. Ir. J.P.L. Vermeulen, 11 juli
2012).
Met het ministerie van EZ is ten aanzien van de uitvoering van het VPEIT 2013 op
10 juni 2013 tussentijds overleg gevoerd.
7 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
8 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
9 / 33
2
VP Deelprogramma “Leveringszekerheid
Gasproductie”
2.1
Historie, aansluiting topsector Energie
In het Deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” werd in het verleden
onderscheid gemaakt naar de oplossingsrichtingen “Innovatief reservoir
management en productie-optimalisatie” en “Nederland Gasrotonde”. Met het
volledig onderbrengen van dit deelprogramma onder het TKI Gas is de
onderverdeling in oplossingsrichtingen losgelaten en wordt aangesloten bij de
bestaande onderzoekslijnen onder deze TKI.
Het TKI Gas bestaat uit vijf samenhangende hoofdlijnen:





Systeemfunctie van Gas;
Upstream Gas;
Groen Gas;
Small Scale LNG;
Gasvoorziening: Acceptatie in de Samenleving (G-A-S).
De eerste vier hoofdlijnen houden zich direct bezig met de uitdagingen
samenhangend met de gastransitie en hebben een belangrijke technologische
component. In het doorsnijdende thema “Gasvoorziening: Acceptatie in de
Samenleving” wordt veel meer op systeemniveau gewerkt aan het creëren van het
maatschappelijk fundament voor de vier overige programma’s.
Het deelprogramma is in 2012 ondergebracht in het TKI Gas onder de hoofdlijnen
“Upstream Gas” en “Small Scale LNG”. In de hoofdlijn “Upstream Gas” acteren alle
13 olie- en gasoperators die actief zijn in Nederland, de toeleverende industrie en
kennispartijen. In de hoofdlijn “Small Scale LNG” acteren alle betrokken
stakeholders inclusief regelgevende overheid en onderzoeksinstanties omdat het
een nieuw speelveld betreft.
3
De inhoudelijke beschrijving van het op basis van SMO -middelen gefinancierde
onderzoek binnen het deelprogramma is conform de beschrijving in het
hoofdlijndocument “Upstream Gas” (Topteam Energie, Innovatiecontract Gas,
januari 2012) omdat hier alle projecten in zijn ondergebracht (op een klein stuk LNG
na in het project Gas Transport en Storage); zie voor projectbeschrijvingen/verslagen paragraaf 2.4.
De voertaal van de bij “Upstream Gas” aangesloten operators is Engels. Er is
daarom voor gekozen deze (Engelse) tekst uit “Upstream Gas” zoveel mogelijk
integraal over te nemen in dit document en de verslaglegging van de projecten ook
in het Engels op te nemen.
3
SMO: SamenwerkingsMiddelen Onderzoek: TNO kennisinvesteringsmiddelen van de overheid
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
2.2
Hoofdlijnen deelprogramma 2013 (ondergebracht in “Upstream Gas” van het
TKI Gas)
The “Upstream Gas” program is organized along three asset categories and six
thematic categories in a program matrix (Fig. 1). The asset categories serve as
program lines. Per asset category, a description is provided of its potential and the
bottlenecks to achieve that potential, not only technological gaps but also socioeconomic aspects.
Mature fields, aiming at extending the lifetime of the field and developing
alternative use of depleted reservoirs;
New fields, aiming at developing improved exploration techniques and
finding new sweet spots in underexplored regions of the Dutch subsurface;
Tough Gas & Stranded Fields, aiming to develop new gas from
unconventional reservoirs such as shale plays, coal-bed methane, and gas
from tight reservoirs, as well as gas from stranded fields.
Figure 1: Upstream Gas program matrix (in columns the asset categories; in rows
the thematic categories are given).
2.3
Cooperation
2.3.1
Exisiting Innovation Activities
Innovation initiatives with Dutch operators & service suppliers are currently carried
out in both bilateral projects and in Joint Industry Programs (JIP’s), These projects
are related to e.g.:
Exploring opportunities to develop shallow gas reserves for the Dutch
offshore;
Improving the geological framework to enhance the predictability of
production from the carboniferous;
Developing techniques to delay liquid loading in mature gas production;
Predicting and preventing salt precipitation;
Real-time monitoring and optimization;
Cost reduction of infrastructure and operations by remote operation;
10 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
-
2.3.2
Innovative sensor development to monitor the process of enhanced
production;
Stimulation techniques for enhanced gas production (EGR) with CO 2 or N2
injection;
Well integrity management.
Existing national collaboration
In the area of upstream gas production, collaboration agreements on R&D and
innovation are developed with TNO and TU Delft as knowledge partners e.g.:
JIP Liquid Loading (275 kEUR, 5 partners): techniques to delay liquid
loading;
4
Cofin project Chemical sensor (1.2 M EUR): development of sensor for
production optimization;
Cofin project Well integrity (250 kEUR): development of a inspection tool for
well integrity;
CATO-2 (60 M EUR, 35 partners, 2009-2013): national program on CO2
Capture, transport and storage;
ISAPP-1 & ISAPP-2/recovery factory (25 M EUR, 5 partners, 2005-2014):
technology for smart fields, production optimization and reservoir
management.
The above mentioned activities nicely fit within the program lines and program
themes of the Upstream Gas program. Where applicable, they have been continued
under the Upstream Gas innovation contract.
2.3.3
International collaboration
The upstream gas innovation program is inspired by similar R&D programs on
upstream oil and gas around the world, in particular the OG21 (www.og21.org)
development in Norway, the national technology strategy of Norway for the 21th
century initiated national strategic R&D programs such as PETROMAKS (R&D) and
DEMO 2000 (pilots and demonstrations). Norway has issued in 2010 a strategic
R&D plan to invest in technology for upstream oil and gas, in order to increase the
reserves and production levels while increasing the energy efficiency and reduce
the emissions by implementing new technologies. Furthermore value creation by
export of technology is envisaged.
In a European context, the Upstream gas program would like to contribute to the
IEA Collaborative Platform for Oil and Gas Technologies which has been
established in 2010 with the objective to provide IEA Member country governments
with strategic insight into the nature of technological progress in the oil and gas
sector. It will do so through strengthened global dialogue and collaboration on
topics of strategic interest relating to energy security, energy sustainability and
energy efficiency. Norway, USA, Canada and the Netherlands are active members
working on a draft work program for the platform which will have a strong link with
the proposed innovation program.
4
Cofin project: Knowledge innovation project sponsored (co-financed) by industry
11 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
The key focus in the international positioning of Upstream Gas Innovation for the
Netherlands is built on its strengths: Gas Technology and Developing a Mature
Basin. This distinguishes this program from Norway, with a focus on Arctic
development, Canada, with focus on Heavy Oil and Oil Sands, USA, with focus on
Unconventional Oil and Gas and Brazil, with focus on Deepwater development.
From several international Joint Industry Programs or European funded programs,
strong collaborations with international research institutes and universities in the
area of upstream gas have been established, in particular with:
Sintef and NTNU – Norwegian institute of technology (NO);
IFPen – Institute Francais du Petrole Energie Nouvelles (FR) ;
IRIS – International Research Institute of Stavanger (NO);
University of Berkeley (US);
Texas A&M (US);
University of Torino (IT);
MIT (US);
Stanford University (US);
CSIRO (AUS);
GFZ Potzdam (D).
2.4
Results 2013
2.4.1
Project results
In 2013 in total 20 separate research projects were executed. Of these projects 11
5
are regularly financed from the SMO budget, 9 are (former) projects with mixed
financing from SMO and industrial partners.SMO funded activities have been
included in the “TKI-Gas najaarsrapportage” as presented to the topteam Energy
fall 2013.
2.4.1.1
SMO-projects
The regularly SMO-financed projects are given in table 1. During execution these
projects have been subject to an internal mid-term review (June 2013) and an endreview (October 2013). It was observed that execution has been largely according
to plan with some minor deviations (mainly regarding timing of activities).
5
SMO: “SamenwerkingsMiddelen Onderzoek” : Innovation budgets from Government
12 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
Title
Life Cycle Optimization
Well integrity*
CO2 Enhanced Gas Recovery*
Flow assurance
Gas Transport and Storage**
Monitoring*
Offshore production Systems (OPS)
Exploration
Geobiology
Fracseis (Geomechanica)
Gamechanger
13 / 33
Asset category Upstream gas program
Mature Fields New Fields
Tough Gas &
Str. Fields
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Table 1. SMO-projects executed under “Leveringszekerheid Gasproductie”.
Projects marked * have been executed in close cooperation with the program
“Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2-reductie”. The project marked
**partially contributes to Small Scale LNG.



Life Cycle Optimization (Mature Fields)
This project involves the actual application of technology to increase hydrocarbon
recovery in producing fields with a focus on production optimisation rather than on
historic production matching.
An Assisted History Matching tool has been prepared for realistic applications and
its functionality has been demonstrated on the Norne Field case. Furthermore, for
the Ensemble based Life Cycle Optimization tooling, research has been done on
the handling of non-linear (output) constraints and issues on applicability and
usability (and which includes integration of new methods) have been resolved for
the tooling.
Well Integrity (Mature Fields)
This project involves various tasks regarding the assessment and prediction of well
integrity, well monitoring, and mitigation of well integrity loss such as the
development of improved materials.
A test research started to demonstrate the potential of cement embedded fibre optic
FBG sensor technology for monitoring the quality of down hole cement curing
process. Within the co-financed ICARAS project the existing risk assessment tool
CASSIF for CO2 storage operations has been transformed into a specific tool for
well integrity risk scenario definition. It has been interfaced with a selection tool for
monitoring options in order to provide a supporting method to mitigate potential
leakage. In order to develop a more quantitative evaluation of risk scenarios, first
steps were taken to test options to deploy Bayesian Belief Networks and to employ
a Markov approach to minimize the uncertainty in risk scenario definition and
analysis.
CO2 Enghanced Oil Recovery
Evaluation of technical and economic aspects of Enhanced Oil and Gas recovery
through the injection of CO2. This projects is also relevant to the TNO research line
Sustainable Geo-Energy from the context of CO2 storage.
The study addresses political/economic issues, to analyze the absence of
TNO-rapport | TNO 2014 R10360



CO2EOR projects in Europe.Furthermore technical issuesrelated to a better
understanding of gravity effects in oil reservoirs were adressed. CO2, as it is lighter
than oil, generally migrates to the top of the reservoir and is only partly successful in
improving production. Tools that model these gravity effects may help to optimize
production through CO2 injection.
Flow Assurance (Mature Fields)
Implementation of real time production optimisation technology.
The two areas of focus were:
Experimental investigation of the effect of polymers on flow maps;
Deposition modeling of Asphaltene in wells and flowlines.
This project also involves financing a TU Delft PhD research project entitled
“Computational Fluid Dynamics for flow instabilities in multiphase systems”.
As a result of this work (See also paragraph 2.4.2: Highlight).
The effect of polymers can be modelled by modifying interfacial and wall-liquid
friction;
It is observed that polymers have a laminerization effect (seen at the interface
in these experiments but also in literature);
It was observed that liquid droplets reversal occurs at lower gas velocities with
polymer.
Gas Transport and Storage (Mature Fields))
Support of The Netherlands transition from a gas producer to being the dominant
North West European gas trading hub (with a changing gas composition), and
breakdown of barriers in relation to Small Scale LNG deployment.
Results obtained by this project include:
A screw compressor model was implemented in the TNO PULSIM software;
Modeling of reciprocating pump pulses have been improved;
The commercial software package has been investigated for determination of
turbo compressor noise;
The proof-of-principle of a new gas calorific value sensor was successful;
A dynamic consumption model was made to be used for dynamic gas network
balancing;
A software requirement specification document for agent based modeling has
been designed;
A new biogas solvent for contamination removal is developed;
An additive has been found for improved stability of the biogas solvent;
Best practices are identified to be used for foundations and mounting systems
of reciprocating compressors.
Monitoring (Mature Fields / Tough Gas & Stranded Fields)
Identification and development of technology to ‘illuminate the reservoir’ that, when
combined with production/injection optimization techniques, ensure optimal
production of hydrocarbons (conventional and unconventional) and Geothermal
Energy as well as storage of CO2 and hydrocarbons from both economic and HSE
perspectives.
Main results obtained relate to flow assurance monitoring, in particular monitoring of
wax/asphalt deposition, monitoring of hydrates in gas, early salt deposition
detection and slug detection. Further results relate to seismic monitoring and
involve the development of novel acquisition tools, the development of passive
seismic techniques and the application of Full Waveform techniques in seismic
interpretation.
A patent is currently considered for the work related to seismic monitoring.
14 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360




Offshore Production Systems (Mature Fields / New Fields)
Development of technology to ensure that conventional, deep and ultra-deep
hydrocarbon production is undertaken in a safe and reliable manner with minimum
impact on ocean life including the development of international standards related to
integrity of process installations, LNG installations and subsea systems.
This project developed methods that allow to model flow induced pulsations
generated by flow phenomena which essentially have a 3D character. Further
objectives relate to the determination forces on bends as a result of multiphase slug
flow on multiple bends and to build a showcase for underwater noise radiation
Main achievements concern the development and documentation of various
methods for our riser assessments and the improved engineering model for
broadband noise. A show case has been made for underwater noise radiation.
Exploration (New fields / Tough Gas & Stranded Fields)
Development of integrated knowledge on petroleum systems with respect to
conventional hydrocarbons in as yet (relatively) unexplored areas as well as
unconventional gas (e.g., shale gas).
Results involve exploration tools (bio-geological, basin-modeling as well as seismic)
that allow to address exploration challenges at an increased resolution. Further
activities included the execution of case studies in frontier areas (e.g., arctic) and in
areas that suffer from a lack of available geological knowledge. Significant progress
was obtained in understanding the relevant (geological) system models.
Geobiology (New fields / Tough Gas & Stranded Fields)
Development of geo-biological knowledge that support exploration for new and
unconventional gas.
The distribution of microfossils in time and space is strongly related to
environmental and climate change. As such, the bio-geological record holds
valuable information on long-term climate processes. Knowledge of such processes
will serve as analogues for detailed future climate scenario’s. This project has
provided time-series that describe natural variations in climate. These time-series
are based on geo-biological proxies as well as geochemical proxies.
Fracseis (Tough Gas & Stranded Fields)
Optimisation of production from unconventional gas reservoirs through
implementation of fraccing technology and to minimise risk of fraccing (with respect
to seismicity and leakage of chemicals) for both hydrocarbon and geothermal
applications.
Models were developed that simulate fault behavior during earthquakes and allow
for an adequate prediction of frequencies and magnitudes. Analytical models were
developed together with UU that simulate fault reactivation due to reservoir cooling
upon CO2 injection. A worldwide database was compiled from historical data
regarding the observed seismicity during gas production and geothermal
operations. This database will be used in the analyses and mitigation of induced
seismicity. Furthermore, maps have been compiled of natural and induced
seismicity in the Netherlands. Results obtained with respect to ‘hydraulic fracturing’
relate e.g., to the characterization of natural fault-systems in shale layers and to the
interaction between hydraulic fractures and these existing natural fault-systems.
15 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360

16 / 33
Gamechanger
A small part of the budget is reserved to support the development of breakthrough
ideas. In 2013 in total 22 ‘raw ideas’ were submitted. Of these raw ideas 11 were
selected and have been developed in two basic ideas addressing requirement
issues, IP issues, and commercial issues. From the 11 basic ideas, six ideas have
been granted approval (and received limited budget in 2013) to perform Proof of
Principle experiments in the TNO laboratory. Ideas for instance relate to Enhanced
acoustic sensing, Gas purification, and development of sorbents.
2.4.1.2
SMO projects sponsored by industry
Title
Carboniferous Reservoirs
High Perfomance FB
JUSTRAT (Jurassic connectivity)
Well abandonment
DCS (Distributed Chemical Sensor)
Gassensor (tbv Groen Gas)
RESOS Gravity Sensing
USPIG Pipe Survey*
Real time production optimization
Asset category Upstream gas program
Mature Fields New Fields
Tough Gas &
Str. Fields
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Table 2: Sponsored SMO-projects executed under “Leveringszekerheid
Gasproductie”.
Projects marked* contribute to TKI Small Scale LNG and Groen Gas
Sponsored projects mostly run for more than one year


Carboniferous reservoirs (New Fields)
Connectivity and rock typing prediction for the Upper Carboniferous reservoirs in
the Southern North Sea
The main objective of the project was to define criteria to assess and better predict
correlatibility, reservoir connectivity and reservoir properties of Upper Carboniferous
reservoirs. One of the main goals of the project was to test the applicability of two
technologies: QEMSCAN analysis for rock typing purposes and biofacies analysis
for describing depositional environments, gaining stratigraphic reliability and
improving core correlation. Whereas the biofacies technology could be proven to
have added value for core correlation and stratigraphic evaluation of cores, the
selected study approach for QEMSCAN analysis did result in only limited value for
oil/gas exploration.
High Perfomance FB (Mature Fields/ Tough Gas & Stranded Fields)
Develop fundamental knowledge for technology for Next Generation High
Performance Fiber Bragg Grating Sensors
Fiber optic sensor systems can be used for exploration and monitoring in the
energy and mining industry. Fiber optic sensors have a great advantage in
sensitivity and robustness under challenging conditions such as extreme
temperature, pressure and chemicals. The project has led to an increase in
fundamental insight in the FBG writing process, which depends on a large number
TNO-rapport | TNO 2014 R10360




of parameters. One important result is that, because material properties of fibers
are largely unknown, to predict FBG reflection behavior a full mathematical model
cannot be realized. Instead a more empirical model based on a combination of
materials and laboratory measurements is needed, which has been developed in
this project
JUSTRAT Jurassic connectivity (New Fields)
A new approach to develop a tectono-stratigraphic framework for the Upper
Jurassic-Lower Cretaceous in the Southern North Sea using integrated novel
stratigraphic techniques.
Seismic interpretation and log correlation of Upper Jurassic and Lower Cretaceous
sandstones are severely hampered by the combination of lateral facies changes,
repetitive log patterns, overprinting long-term trends, salt tectonics and structural
compartmentalisation. This complicates de-risking of exploration targets in this
geological interval. There is a strong need to enhance stratigraphic control and to
capture the complex facies relationships in 3D geological models with excellent age
control. In 2013 mainly palynological and geochemical analysis were carried out on
the selected study wells and samples. In 2014 project activities will focus on
interpreting and integrating the datasets generated by these analysis.
Well abandonment (Mature Fields)
Advanced acoustical techniques for inspection from inside the tubing, of the
integrity of the cemented sealing. To prevent future leakages after abandonment of
the well, phase 2.
This project is phase 2 of the Well Abandonment project where TNO aims to further
develop the promising method researched in the first phase. The method has to be
made applicable for detecting and characterizing defects in a robust way, in
geometries that are representative for the real practical situations. In 2012 / 2013
algorithms were developed using modeled data from phase 1. After that new
simulations were performed and the algorithms were updated. Further the test setup was prepared for which a special tool was designed and manufactured. In 2014
the test measurements will be performed and the algorithms will be validated with
the test data.
DCS (Distributed Chemical Sensor (Mature Fields)
Develop a fiber optic based sensor to distinguish between oil and different salinity
brines in a downhole environment.
Early detection and continuous monitoring of the presence of water in and outside
the oil en gas containing layers is essential for a cost efficient operation of wells.
Objective of this project was to develop a sensor that is able to discriminate
between (1) oil and water, and (2) production and injection water. In 2013 durability
tests were done and sensors and detectors were made to run experiments with
crude oil and brine in a dedicated oil/brine test set-up. Also tests with different
salinity were performed. With the results obtained from this project the two main
goals are fulfilled. The sensor delivers innovative technology that makes it possible
to produce more oil from the well.
Gassensor (TKI Groen Gas)
Development of a miniature low-cost inline calorific value sensor for Natural Gas
and Biogas- Phase 1
The goal is to develop a sensor for measuring the calorific value of fuel gas, with
the sensor key requirements: Small (1 cm3), Low-cost (€100), Inline and fast (1s).
The driver is the changing composition of gas in the (Dutch) grid due to LNG and
Biogas. This leads to increasing need to monitor gas quality. In this first phase
a set of five coatings has been developed and screened with QCM (lab method),
17 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360



2.4.2
giving a unique response on the target gases. A capacitive platform has been
selected as most suitable for this application. One coating has been successfully
nd
evaluated on this platform. In 2014 this project will be continued in the 2 phase.
RESOS Gravity Sensing (Mature Fields / Tough Gas & Stranded Fields)
Robust and Extreme Sensitive Optical Sensors (RESOS) for Gravity Sensing,
phase 1
The aim of this project is to build up fundamental knowledge about the sensitivity of
fiber optic sensors systems in various conditions. The target application in this
research is gravimetry which is used in exploration for minerals and hydrocarbons
to determine the geometry and depth of subsurface geological structures based on
variations in the gravitational field. The project has been successful in
demonstrating that it is feasible to measure acceleration/gravity in the nano-g range
with very low drift. A direct test measurement proving the measurement of nano-g
range gravity is planned for the next phase 2.
USPIG Pipe Survey (Mature Fields)
Development of ultrasonic monitoring unit for PIG, (Pipe Inspection Gauge)
inspection of coated and polluted transport pipes, Phase 3
The goal of phase 3 is to demonstrate the performance of an ultrasonic array,
implemented in a PIG, on a flow loop under real conditions. Defects in a 6 inch pipe
will be measured. In 2013 the implementation of the algorithm was started. A design
of the ultrasone array was made, using ultrasonic simulations. The results will be
used to design and build a new (final) array in 2014.
Real time production optimization (Mature Fields)
Real-time optimization for gas production assets, phase 2
For adaptation to the complex dynamics of maturing gas production assets
(declining reservoir pressures, decreasing gas flow rates by salt precipitation or
liquid loading) the operational settings for production have to be changed in time.
This project aims at development of “Real-time model-based production
optimization” technology to solve the dynamic optimization problem for typical
production asset complexity. The developed technology will be demonstrated with a
representative practical case. In 2013 the overall-model including all sub-models
has been implemented in dynamic optimization software code. Actual optimization
is the purpose of the next phase of the project.
Highlight: Deposition modeling of Asphaltenes in wells and flowlines
Solid depositions are a problem in production of both gas and oils from their
reservoir. Due to changes in operating conditions or composition, precipitates,
crystallization or deposition can occur and block the flow (e.g. in the porous rock or
onto the wall of wells or pipelines). This then result in a decrease in
production. TNO wants to support operators to operate their wells optimally in spite
of these issues. For this purpose, the basic processes have to be modeled correctly
on a high level.
A first attempt at this was made in this study, coupling a well flow model (Drift Flux)
with Asphaltene precipitation, transport and deposition. The coupled model was run
for typical well geometries (representative of an Italian field) to verify that the
predicted trends are consistent with expectations. An example of particle
concentration along the well is shown in the figure below as an example of the kind
of output that is possible.
18 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
The drift flux flow model allowed to simulate the two phase flows of oil and gas in
the studied pipeline reasonably well. The Population Balance Model implemented
allowed to reproduce the floccation of the asphaltene nano-aggregates in the batch
system as reported in literature. The initial asphaltene concentration and
precipitation rate was seen to significantly influence the evolution of the Asphaltene
size distribution along the pipeline.
This work demonstrated that deposition and multiphase flow models can be
coupled, giving insight on the trends of deposition processes in wells. Such a tool is
very useful in the design of mitigation measures, or even be a building block for
production optimization of such fields.
2.4.3
Publications
A total of 27 peer reviewed papers was published and some 44 papers were
presented at and/or occur in the proceedings of international conferences. Below a
list of the peer reviewed publications is given
Exploration
Daniel Mikeš, D., Ten Veen, J.H., Postma, G. and Bijkerk, J.F. (to be submitted to Geology).
Shoreline trajectories and their use in sea level reconstructions. Is the shoreline
trajectory an adequate proxy to sea level?
Houben, A.J.P., Munsterman D.K., Kerstholt-Boegehold, S.J., Van Hoof, T.B., Verreussel
R.C.M.H. & Hadlari,T.(in prep), Organic-walled dinoflagellate cyst assemblages
across OAE-1 in the Canadian Arctic.
Looy, C.V., Van Hoof, T.B. and Stevenson, R. (in prep), Interglacial community
heterogeneity in middle Pennsylvanian lowlands (to be submitted to Rev Pal Pal).
Ten Veen, J.H., Verweij, J.M., De Bruin, G. and Donders, T. (2013), First Steps Toward
Maturing the Shallow Gas Play - Results of an Integrated Exploration Workflow.
IPTC-17563-MS.
Ten Veen, Joh., Postma, G, Mikes, D., Eggenhuisen, J. (under revision). Predictable effects
of climatically-induced supply and base-level variations on delta anatomy:
application to the Late Miocene Toplou fan deltas, eastern Crete (Greece), Basin
Research.
Ten Veen, Joh.(in press), Bijdrage aan Chapter 6 – Palaeogeography. In: Handbook of Sealevel Research– Wiley Blackwell.
Verreussel, R.M.C.H., Zijp, M., Nelskamp, S., Wasch, L., De Bruin, G., Ter Heege, J and Ten
Veen, J.H. (2013), Workflow that integrates a full suite of reservoir
19 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
characterization techniques aimed at derisking shale gas plays, First Break 31: 6369.
Geobiology
Brunstad, Harald (Lundin), Felix Gradstein, Jan Erik Lie, Oyvind Hammer (UiO), Dirk
Munsterman (TNO) and Michelle Hollerbach (2013), Stratigraphic Guide to the
Rogaland Group, Norwegian North Sea. Newsletters on Stratigraphy (46/2): 137286.
Bujtor, L., N.M.M. Janssen, R. M.C.H. Verreussel (2013), Early Cretaceous (Valanginian and
Hauterivian) belemnites and organic-walled dinoflagellate cysts from a marine
hydrothermal vent site and adjacent facies of the Mecsek Mts, Hungary,
N.Jb.Geol. Palaont. Abh., 269/2: 135-148.
Houben, A.J.P. et al.(2013), Reorganization of southern ocean plankton ecosystem at the
onset of Antarctic glaciation, Science, 340. DOI: 10.1126/Science 1223646.
Noorbergen, L.J., L.J. Lourens, D.K. Munsterman & R.M.C.H. Verreussel (in prep.), A first
approach on Early Pleistocene benthic stable isotopes in the Netherlands.
Stocchi, P., Escutia, C. (NIOZ), Houben, A.J.P. (TNO) e.a. (2013), Relative sea-level rise
around East Antarctica during Oligocene glaciation, Nature Geoscience. DOI:
10.1038/NGEO1783.
Vandenberghe, Noel, William. B. Harris, Marion J.Wampler, Rik Houthuys, Stephen
Louwye, Rieko Adrians, Koen Vos, Timothy Lanckacker, Johan Matthijs ,Jef
Deckers, Jasper Verhaegen, Piet Laga, Wim Westerhoff, Dirk Munsterman
(submitted), The implications of K-Ar glauconite dating in the Diest Sand
Formation on the paleogeography of the Upper Miocene in Belgium, Geologica
Belgica.
Verreussel, R.M.C.H., Dybkjaer, K., Johannessen, P.N., Munsterman, D.K., Ten Veen, J.H.
and van de Weerd, A. (in prep.), Depositional sequences related to the Late
Jurassic basin evolution of the Central Graben in Denmark and the Netherlands.
Marine and Petroleum Geology.
Wesselingh, Frank P., Werner Peters & Dirk K. Munsterman (2013), A Brachiopoddominated seafloor assemblage from the Late Pliocene of the eastern
Netherlands. Netherlands Journal of Geosciences, 92 (2/3): 171-176.
Fracseis
Buijze, L. & Wassing, B.B.T. (2013) Methods to determine the maximum magnitude for
induced seismicity and application to small fields in the Netherlands. TPA Small
Fields Report.
Buijze, L., Wassing, B.B.T. & Ter Heege, J.H. (2014) Influence of pre-existing conditions and
activity related stress perturbations on the magnitudes of induced seismicity:
Insights from a worldwide dataset, to be submitted to Engineering Geology.
Orlic, B., Wassing, B.B.T. and Geel, C.R. (2013) Field scale geomechanical modeling for
prediction of fault stability during underground gas storage operations in a
depleted gas field in the Netherlands, artikel in: 47th ARMA, 13-300.
Orlic, B. (2013) Site-specific geomechanical modeling for predicting stress changes around
depleted gas reservoirs considered for CO2 storage in the Netherlands, artikel in:
47th ARMA, 13-446.
Ter Heege, J.H., Wassing, B.B.T., Orlic, B., Giger, S.B., Clennell, M.B. (2013) Constraints on
the Sealing Capacity of Faults with Clay Smears from Discrete Element Models
Validated by Laboratory Experiments, artikel in: Rock Mechanics and Rock
Engineering 46, 465-478.
Ter Heege, J.H. & Hoedeman, G.C. (2013) Discrete element modeling of fault mechanics
and permeability evolution for gas production and storage: Effect of shale content
and distribution, artikel in: 47th ARMA, 13-427.
20 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
Urpi, L., Blöcher, G., Zimmermann, G., van Wees, J.-D., Fokker, P. (2013) Coulomb stress
change during and after tensile fracture opening in a geothermal reservoir, artikel
in: 47th ARMA, 13-533.
Van Bergen, F., M.H.A.A. Zijp, S. Nelskamp, H. Kombrink (2013) Shale gas evaluation of the
Early Jurassic Posidonia Shale Formation and the Carboniferous Epen Formation in
the Netherlands, artikel in: AAPG Hedberg Series 5.
Van der Veer, E. F., Buijze, L. & Fokker, P. (2014) The effect of thermally-induced stress
changes on fault reactivation in CO2 storage systems, to be submitted to
International Journal of Greenhouse Gas Control.
Verreussel, R., M.H.A.A. Zijp, S. Nelskamp, L. Wasch, G. de Bruin, J. ter Heege and J. ten
Veen (2013) Pay-zone identification workflow for shale gas in the Posidonia Shale
Formation, the Netherlands, artikel in: First Break, Volume 31.
Zijp, M.H.A.A., S. Nelskamp, Y.A. Schavemaker, J.H. ten Veen, J.H ter Heege (2013)
Multidisciplinary Approach for Detailed Characterization of Shale Gas Reservoirs,
a Netherlands Showcase, artikel in: SPE OTC 24383-MS.
Zijp, M.H.A.A., J. ten Veen, D. Ventra, R. Verreussel, L. van Laerhoven, T. Boxem (2014)
New Insights From Jurassic Shale Characterization: Strengthen Subsurface Data
With Outcrop Analogues, artikel in: SPE 14UNCV-167736-MS.
21 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
22 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
3
VP Deelprogramma “Duurzame geo-energie ten
behoeve van CO2-reductie”
3.1
Historie, aansluiting beleid
Onderzoek naar CCS en Geothermie vindt al enige jaren plaats binnen dit VP. Er is
sprake van nauwe aansluiting bij de beleidskaders. Hoofdgedachte is dat
energiebronnen in de ondergrond worden benut zonder CO2 emissies, ter
ondersteuning van de Nederlandse klimaatdoelstellingen (20% CO2 reductie in
2020). Ook internationaal vinden we hetzelfde uitgangspunt terug:
 IEA 2011: Alle duurzame initiatieven zijn nodig om de (inter)nationale
doelstellingen voor 2020 t.a.v. CO2 emissiereductie te behalen. CCS is hiervan
een noodzakelijk onderdeel gedurende de transitieperiode; in ieder geval tot
2030.
 TP-ZEP 2012: CCS is economisch competitief met andere duurzame bronnen
(Life Cycle Analysis).
In 2010 is, binnen het platform Energietransitie, het programma CATO2 opgestart.
Dit programma loopt van 2011 t/m 2014 en is aanpalend aan dit VP (zie ook
6
hoofdlijnen programma 2013 ). Op dit moment wordt nagedacht over een nieuw
programma op het gebied van CCS waarbij er een verschuiving plaatsvindt naar
nuttig gebruik van CO2; Carbon Capture, Use and Storage (CCUS).
3.2
Hoofdlijnen deelprogramma 2013
3.2.1
CO2 afvang en opslag (CCS)
Het Vraaggestuurd Programma en het nationaal onderzoeksprogramma naar CO2
Afvang en Opslag, CATO-2 genaamd, zijn complementair. CATO-2 (2011-2015) is
nationaal en op de korte termijn (demonstratiefase) gericht, terwijl dit VP
internationaal is georiënteerd en zich richt op de langere termijn. Het CCS
onderzoek focust zich op (1) reductie van de kostprijs van CO2 afvangst, (2)
ondergrondse opslagcapaciteit en veiligheid op langere termijn, (3) monitoring t.b.v.
risicobeheersing van opslag.
CO2 afvang: reductie van de kostprijs
In 2013 is gewerkt aan de ontwikkeling van processen die een substantiële
verlaging van afvangkosten kunnen bewerkstelligen (de zogenaamde derde
generatie afvangprocessen). Met name selectieve membraanopties en chemical
6
TNO-rapport MeerjarenProgramma 2011-2014, Thema: Energie, Bijstelling 2013’, TNO
2012 R10584, september 2012
23 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
looping processen zullen verder ontwikkeld worden. Verder is de mitigatie van
eventuele uitstoot van oplosmiddelen die worden gebruikt bij de eerste generatie
afvangtechnieken een belangrijk punt van aandacht.
Ondergrondse opslag: capaciteit en veiligheid
Bij opslag in olievelden, gasvelden en kolenlagen is er de mogelijkheid om extra
inkomsten te genereren met verhoogde productie van olie en gas (Enhanced Oil
Recovery (EOR) en Enhanced Gas Recovery (EGR)). In het geval van EOR/EGR
moet het gebruik van CO2 gericht zijn op zowel olie- en gasproductie als CO2
opslag. Dit laatste aspect is nog onvoldoende in kaart gebracht, omdat de olie- en
gasproductie vaak het primaire doel is.
Eén van de hindernissen voor de start van grootschalige ondergrondse opslag is
onvoldoende kennis over het gedrag van CO2 in de bodem op de langere termijn,
na de injectiefase. Hierdoor kan de veiligheid van het reservoir en de
aansprakelijkheid van de operator niet goed worden bepaald. Ook is er nog
onderzoek nodig naar de juiste abandonneringsprocedure van een opslaglocatie.
Dit is een belangrijk punt bij de overdracht van de locatie door operator terug aan
de overheid. Direct hieraan gekoppeld is de monitoring van het reservoir, die gericht
moet zijn op die processen, die maatgevend zijn voor de veiligheid in het reservoir.
Deelname in Europese projecten is noodzakelijk voor aansluiting bij
meetprogramma’s bij lopende opslagprojecten.
CCS monitoring
Onderzoek naar het meten van de effecten van CCS met specifieke eigenschappen
van de opslagreservoirs als randvoorwaarde. Aspecten die hierbij aan bod komen
zijn: de link tussen satellietmetingen met geomechanica, passieve seismiek en 4Dseismiek en nieuwe technologie (fibre optics).
3.2.2
Geothermie
Het geothermie onderzoek heeft zich gefocust op de volgende specifieke gebieden:
 Duurzame warmte: energie uit warm water uit de diepe ondergrond.
 Duurzame elektriciteit: energie door warmte uit de ultra-diepe ondergrond.
Duurzame warmte
Verdere ontwikkeling van het door TNO ontwikkelde programma ThermoGIS ten
behoeve van succesvolle implementatie van het Nederlands actieplan
hernieuwbare energie. Het accent in het onderzoek verschuift hiertoe van het
huidige ThermoGIS, naar een model- en optimalisatie-instrumentarium dat een
bijdrage levert aan a) de vermindering van exploratie risico’s, b) de optimale en
veilige benutting van de ondergrond, c) de besluitvorming voor beleid, en d) de
ontwikkeling van innovatieve economische ontwikkelscenario’s voor een
gecombineerde aanpak in duurzame geo-energie en (unconventional) olie- en
gasexploratie.
Duurzame elektriciteit
Het onderzoeksprogramma “Enhanced Geothermal Systems” (EGS,
elektriciteitsproductie uit geothermische bronnen van 120 C en hoger) betreft de
ontwikkeling van embryonale technieken voor geothermische elektriciteitsproductie.
TNO zet daarbij in op kennis en ontwikkeling van instrumenten t.b.v. geothermische
24 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
exploratie en productie en heeft het initiatief genomen voor een consortium voor de
uitvoering van een EGS-pilot en algemeen onderzoek, in samenwerking met de
energie-industrie, het MKB, en met academia. Activiteiten van TNO zijn daarin
gefocusseerd op de ontwikkeling van a) gedetailleerde geothermische
karakterisatie, b) betrouwbare geothermische modellen voor het voorspellen en
beperking van geïnduceerde seismiciteit, c) modelontwikkeling voor verbeterde
exploratie en productie, en d) voorspelling van de performance. TNO zet tevens in
op kennisontwikkeling voor geothermische elektriciteitsproductie in
ontwikkelingslanden, met hoog geothermisch potentieel.
3.3
Samenwerking
3.3.1
CCS
Op het gebied van CCS heeft TNO een internationaal leidende positie verworven.
Er is door TNO een strategische alliantie opgezet met het Franse Institut Francais
de Pétrole en het Noorse Sintef. Ook met andere partijen zoals de British
Geological Service wordt al vele jaren nauw samengewerkt. De voorsprong heeft
geresulteerd in deelname in vrijwel alle relevante EU projecten in samenwerking
met industriepartners. Een overzicht:
Nationale en EU programma’s waarin het thema Energie op dit moment participeert
(met name CCS):
 Het CATO-2 project is een nationaal geïntegreerd onderzoekprogramma (60
MEURO) op het gebied van CO2- scheiding, -transport, risicoanalyse en
monitoring, milieu effecten en sociale acceptatie. CATO-2 is geaccepteerd als
deelprogramma binnen BSIK en wordt dus door de industrie gesponsord.
 CO2GeoNet is een EU FP6 Network of Excellence bestaande uit 13 Europese
onderzoeksinstellingen, wat gericht is op de ondergrondse opslag van CO 2.
Het heeft verschillende doelstellingen gedurende de 5 jaar lange EU
financiering voor integratie. Onderzoeksgebieden zijn: “enhanced hydrocarbon
recovery”, monitoring, numerieke modelering, risico’s en onzekerheid en
gesteente en stromingsgedrag experimenten. Het jaarlijkse TNO budget is
ongeveer 70.000 euro.
 ICARAS is een strategische samenwerking van TNO met IFP en Sintef op het
gebied van 'Risk Assesment' met betrekking tot CO2-opslag.
 OCTAVIUS: Piloting van de tweede en derde generatie meervoudige fasen
afvangprocessen. TNO budget is 160.000 euro (2011-2014).
 CAPTECH 2: Het doel van het consortium is om CO2 afvangtechnologieën te
kwalificeren waarvan de energieverliezen door afvang meer dan 5 % punten
zijn.
 CCS Project network: De doelstelling van dit netwerk is het centraal verzamelen
van data en resultaten van de grootschalige CCS demonstratieprojecten in
Europa, die in het kader van de EEPR en NER300 (en eventuele toekomstige)
regelingen worden ontwikkeld. Op deze wijze wordt kennis en ervaring
gegenereerd voor de volgende generatie projecten
 ECCSEL (Europees CCS-laboratorium infrastructuur)) Het ECCSEL consortium
combineert Centres of Excellence op het gebied van CCS research van 10
Europese landen. De missie is het ontwikkelen van een geïntegreerde research
infrastructuur, inclusief het bouwen en updaten van research faciliteiten, voor
hoogwaardig experimenteel onderzoek aan CCS.
25 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360





CGS-Europe: Uitbreiding van het network of excellence CO2GEONET, naar
vooral Oost-Europa, met als doel beter inzicht te verkrijgen in de kansen en
barrières in heel Europa voor CO2 opslag.
ECO2 betreft de simulatie van geomechanische effecten op potentiële CO2migratiepaden en de analyse van risico’s van CO2-lekkage en hun mogelijke
effecten op het mariene ecosysteem.
Ultimate CCS richt zich op het kunnen voorspellen van het lange-termijngedrag
van CO2 in de ondergrond. De veiligheid en zekerheid van opslag zijn direct
gerelateerd aan de lange-termijn processen tussen CO2 en het gesteente van
het reservoir.
COCATE onderzoekt de mogelijkheden van toekomstige grootschalige CO2
transportketens, middels een CO2-afvang en -transport case study waarbij
industriegebied Le Havre is gekozen als bron. Twee transportscenario’s,
pijpleiding en boot, worden onderzocht met als ontvanger de haven Rotterdam
als CO2 ‘hub’.
CCS Kennisuitwisseling Zuid-Afrika Doel is om via kennisuitwisseling tussen
Europa en Zuid-Afrika de implementatie van CCS in Zuid-Afrika te bespoedigen
en vergemakkelijken; Samen met de BGS en Zuid-Afrikaanse
geowetenschappers werkt TNO aan een gedetailleerde geologische evaluatie.
Workshops, training en ondersteuning maken hier deel van uit.
3.3.2
Geothermie
Op het gebied van geothermie vormt TNO, samen met GFZ en BRGM, de
kerngroep van het Joint Programme on Geothermal Energy (JPGE) van de
European Energy Research Alliance (EERA). TNO trekt hierin het sub-programma
“resource assessment”. TNO heeft de ambitie om bij de toonaangevende
organisaties te behoren in Europa m.b.t. onderzoek naar ‘Enhanced Geothermal
Energy’, door een goede balans in TNO’s onderzoekprofiel in zowel generieke als
nationale onderzoeksvraagstukken.
Van belang in dit kader is de deelname van TNO in het project Geiser:
EC Geiser heeft tot doel om inzicht te krijgen in geïnduceerde seismiciteit als
gevolg van het toepassen van (‘enhanced’) geothermie, met name door
hydraulische stimulatie van de ondergrond in relatie tot mogelijke seismische
risico’s. Totaal budget voor TNO is 754 kEUR (2010-2013).
Eind 2013 is door de EC goedkeuring verleend aan het IMAGE programma. TNO is
in dit programma penvoerder en programma coördinator.
3.4
Resultaten 2013
3.4.1
Projectresultaten
Dit deelprogramma van het VP wordt uitgevoerd middels een zevental projecten.
De focus ligt daarbij op onderwerpen zoals besproken tijdens het overleg met EZ
d.d. 21-8-2012 te weten Geothermie, CO2 afvang en CO2 opslag (de laatste twee
onderwerpen voor zover niet vallend onder CATO2). Drie van deze projecten
worden hier besproken. De overige vier projecten worden gezien hun inhoudelijke
overlap met het deelprogramma “Leveringszekerheid Gasproductie” in tabel 2 wel
genoemd maar zijn in paragraaf 2.4 reeds besproken.
26 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
Gedurende de uitvoering zijn de projecten tweemaal intern gereviewd, éénmaal
tijdens de mid-term review (June 2013) en eenmaal tijdens de eind-review (October
2013).
Titel
Well integrity*
Geothermie
Monitoring*
CO2 Enhanced Gas Recovery*
CO2-afvang
Schoon Fossiel
Gamechanger*
Tabel 3. Projecten uitgevoerd onder de onderzoekslijn “Duurzame Geo Energie”
De projecten met een * zijn in samenwerking met het VP Deelprogramma
“Leveringszekerheid Gasproductie” uitgevoerd vanwege overlappende technologievragen
voor beide deelprogramma’s. Zie hiervoor paragraaf 2.4.

CO2 Afvang
De doelstelling van dit project betreft
 het uitbouwen van de kennispositie ten aanzien van (grootschalige)
gasreiniging, waaronder verwijdering van CO2 en zwavel componenten uit
rookgas, biogas en aardgas.
 de kennis op het gebied van gasreiniging uit te breiden naar andere
toepassingen dan rookgasreiniging, met name biogas upgrading en Natural
Gas Storage.
Daarnaast heeft TNO de ambitie om methodologie te ontwikkelen waarmee de
verschillende derde generatie Post Combustion Capture technieken kunnen worden
geranked.
In het CO2 Afvang project wordt scheidigstechnologie in de breedste zin ingezet. Er
zijn in 2013 de volgende resultaten behaald:
- Emissie reductie Aerosols: Het ontwerpen en meten met een meetopstelling om
het ontstaan en gedrag van aerosolen in beeld te brengen. Een meetopstelling
is gerealiseerd en gevalideerd in het lab. De eerste metingen zijn verricht op de
CATO pilot plant op de Maasvlakte. Het systeem is inmiddels ook gebruikt bij
TCM in Mongstad (Noorwegen). Aanvragen voor verdere metingen met dit
systeem worden verwacht in 2014 (onder andere Boundary Dam in Canada).
Zie Highlight
- H2S splitting: Er is een idee ontwikkeld rond de verwerking van H2S naar H2. en
S. Er wordt steeds meer H2S verwerkt en tot nu toe gebeurde dat met
conventionele processen (zoals het Claus proces) in waterige omstandigheden
waarbij zwavel en stoom geproduceerd werd. Echter, deze stoom heeft een
laagwaardig gebruik. Het is veel interessanter om uit de H2S waterstof te
produceren. Hiervoor zijn een aantal experimenten bedacht om een geschikt
solvent te vinden die gebruikt kan worden. Een aantal solventen lijkt succesvol
en een patentaanvraag loopt.
- Solar Airco: in dit relatief kleine deelproject is onderzoek gedaan naar een proof
of principle/concept ontwerp van een nieuwe airco unit, die op zonne-energie
27 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
-
-
-
-
werkt. Deze duurzame airco zal goedkoper zijn dan de huidige oplossingen. Dit
jaar is ook een eerste patent geschreven voor deze technologie.
Minex: Dit deelproject betreft de extractie van waardevolle metalen uit kolen. In
2013 is een techno-economische evaluatie van deze techniek verricht op basis
van literatuur en gegevens van een Russische instituut die op dit gebied actief
is.
Algae: Algae-Tech brengt IP in op het gebied van opschaling van
algensystemen en (via de Universiteit van Verona) hoe algen te kweken met
aan laag chlorofyl gehalte zodat deze in drie dimensies kunnen groeien omdat
licht in de vloeistof met algen 3D doordringt. In 2013 is een infrastructuur voor
het kweken van algen opgezet in het lab. Tevens is een aantal IP sessies
georganiseerd om de IP over te nemen en de kennis van de Universiteit van
Verona in ons project te brengen.
LCMP (Low Carbon Materials Processing) Universiteit van Texas: voor het
tweede achtereenvolgende jaar is TNO aangesloten bij het CCS programma
dat wordt uitgevoerd door de Universiteit van Texas. In ruil voor onze
sponsering krijgen we toegang tot de onderzoeksresultaten van de groep en
kunnen we participeren in seminars en congressen die jaarlijks georganiseerd
worden.
HotCO2: Dit deelproject onderzoekt de derde generatie afvangtechniek
Chemical Looping waarbij Stikstof en CO2 gescheiden vrijkomen en dus de
CO2 gemakkelijk is af te vangen. Focus ligt op toepassing voor kleine
installaties. In 2013 is onderzocht of dit proces economisch toe te passen is
voor de glastuinbouwsector; dit bleek moeilijk haalbaar.
De cofinancieringsprojecten HotCO2 en Algae-Tech worden voortgezet in 2014.
Voor HotCO2 is de business case voor de tuinbouw niet positief; daarom is gezocht
naar toepassingsgebieden die beter geschikt zijn. Voor het ontwikkelen van
zogenaamde teerzanden (oliehoudende grondlagen) is veel warmte nodig en zijn
emissies van CO2 een probleem. Hiervoor lijkt Chemical Looping een goede
technologie waardoor de focus voor HotCO2 in 2014 wordt verlegd naar deze
case.
In 2013 is een drietal papers ingediend voor presentatie op internationale
congressen.
Highlight CO2 afvang: Emission reduction Aerosols
Bij de afvang van CO2 ontstaan in meer of mindere mate Aerosolen. Een aerosol is een
colloïdaal mengsel van stofdeeltjes of vloeistofdruppels in een gas. Wolken en mist zijn
voorbeelden van een aerosol; zij bestaan beide uit zeer kleine druppeltjes water in lucht. De
Aerosolen die ontstaan bij de afvang van CO2 zijn rijk aan solvents die samen met de
rookgassen worden geëmitteerd. De vorming van aerosolen is een mogelijke showstopper
voor CCS zowel uit economisch perspectief (solvents moeten worden vervangen en zijn
duur) als uit Health Safety en Environment (HSE) perspectief (amines en hun
vervalproducten zijn mogelijk schadelijk).
Om de vorming van aerosolen (en de uitstoot van solvents) te voorkomen is betere kennis
aangaande het ontstaan van deze aerosolen noodzakelijk. Om het ontstaan en gedrag van
aerosolen in beeld te brengen is een meetopstelling ontworpen en zijn metingen verricht.
Deze meetopstelling is gerealiseerd en gevalideerd in het lab. De eerste veldmetingen zijn
succesvol verricht op de CATO pilot plant op de Maasvlakte. Op basis van dit succes is er
28 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
veel internationale belangstelling onder andere van TCM in Mongstad (Noorwegen) en het
Boundary Dam project in Canada.
Parts of the aerosol setup

Schoon Fossiel
Het project Schoon Fossiel is in 2013 voor het overgrote deel ingevuld met
deelname aan internationale samenwerkingsprojecten in Europees verband (zie
paragraaf 3.3.1). Deze projecten zijn inmiddels de laatste onder het zevende kader
programma gefinancierde projecten.
Conform de toename van (vooral) theoretische kennis over opslag van CO2,
bewegen deze projecten zich meer en meer richting vragen die een operationeel
karakter hebben. In de projecten is er samenwerking met industriële partners (uit de
olie- en gaswereld), met CCS projecten (het ROAD project (Rotterdam Opslag en
Afvang Demo), Sleipner (NO), Don Valley (UK), en Compostilla (SP)).
Diverse van de projecten hebben 'dry run' oefeningen gedaan, waarbij relevante
overheden en industriële partijen bijvoorbeeld een vergunningsaanvraag 'spelen'.
Dat geeft TNO inzicht in vragen en problemen die in de 'markt' leven en in
hindernissen op het terrein van regelgeving.
Deze samenwerkingsprojecten zijn cruciaal voor TNO om zich in de CCS wereld te
onderscheiden TNO doet hier kennis omtrent alle aspecten van CO2 opslag op,
heeft contacten met de leidende industriële spelers en werkt middels een leidende
rol in de projecten aan zijn positie als toonaangevend CCS instituut in Europa.
TNO heeft daarom ook een leidende rol in EERA CCS – het
samenwerkingsverband van alle CCS instituten in Europa.
Het succes van TNO in het binnenhalen van (als coördinator) en deelname aan
(vaak als lid van de kerngroep) EU gefinancierde projecten geeft TNO de ingang bij
industrieën (Petrobras in Brazilië in 2013 is een voorbeeld) en bij potentiele
partners voor nieuwe projecten (CCS projecten in Australië bleken in 2013 zeer
geïnteresseerd om met TNO in nieuwe projecten te stappen).
Eigen onderzoeksonderwerpen in het project Schoon Fossiel zijn gedefinieerd om
voorbereid te zijn op nieuwe samenwerkingsprojecten na 2013 en om de eigen
29 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
onderzoek speerpunten te voeden. Voorbeelden hiervan zijn underground coal
gasification (UCG), het gedrag van klei (afsluitende laag) onder invloed van CO2,
het kunnen modelleren van de relevantie van oplossing van CO2 in formatiewater
op
de veiligheid van opslag (en daarmee hierover onderbouwde uitspraken kunnen
doen).
__________________________________________________________________
Highlights in het project Schoon Fossiel 2013:




CO2 oplosbaarheid. TNO heeft in 2013 modellen ontwikkeld gevalideerd die oplossing
van CO2 meenemen in modellering van CO2 opslag.
EERA. TNO heeft leidende rol in het CCS deel van de European Energy Research
Association. Hiermee heeft TNO inzicht in al het CCS onderzoek bij andere R&D
instituten, en een directe invloed in de formulering van toekomstige EU
onderzoeksvragen.
TNO heeft in het Europese project SiteChar een workflow voor karakterisatie van de
ondergrond voor CO2 opslag geformuleerd. Deze wordt gepresenteerd tijdens de
Greenhouse Gas conference in Austi in 2014 ( GHGT12) en ingestuurd voor publicatie in
een peer reviewed wetenschappelijk tijdschrift.
Gedrag van kleimineralen. TNO kan nu dit gedrag voorspellen, wat belangrijk is voor de
inschatting van veiligheid ven CO2 opslag onder een kleisteen afdekkende laag.
__________________________________________________________________
Geothermie
De centrale vraag in dit project was: hoe haal je/bewaar je de warmte economisch,
veilig en met maatschappelijk draagvlak uit/in de ondergrond. Deze
probleemstelling en bijbehorende projectactiviteiten zijn geformuleerd rondom een
drietal “marktdomeinen”:
1) Ontwikkeling Conventionele geothermische bronnen (>1km…<4km),
waarbij er aandacht was voor:
- wegnemen van huidige belemmeringen: met name gerelateerd aan
tegenvallende productie
- Veiligheid in de ontwikkeling van productiesystemen: opstellen van
aanbevelingen t.a.v. het risico van aardbevingen in de context van
tektonische setting/breuken en de context van reservoir ontwikkeling.
- duurzame ontwikkeling/optimalisatie. analyse van lange-termijn geochemische en geo-mechanische en temperatuur effecten; wat zijn van de
mogelijke effecten van bodemdaling ;Op welke wijze kunnen geavanceerde
monitoringinstrumenten (meten, modelleren, valideren) bijdragen aan
duurzame ontwikkeling,
- evaluatie van alternatieven voor klastische aquifers (carbonaten en
breuken)
2) Ontwikkeling van Enhanced geothermal systems (EGS) (>4km):
- Ontwikkeling van play-concepten en bijbehorende exploratie-technieken
voor EGS
- vaststelling van mogelijke reservoirs hun diepte-ligging, en optimale
ontwikkelstrategie van de ondergrond
- analyse van de kans op induced seismicity bij hydraulic fracturing en hoe
de risico’s hierop kunnen worden beheerst.
- Faciliteren van demonstratie projecten.
30 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
3) Ontwikkeling van Hoge temperatuur opslag (HTO) (<1.5km)
- Definitie van criteria voor geschikte ondiepe aquifers (ca 200-1500m diepte)
voor HTO: wat is hun verwachte performance, wat kunnen we daarbij leren
van ondiepe Warmte Koude opslag systemen.
- Identificatie van geschikte ondiepe aquifers, en de mogelijkheden voor
economische aanhaking in bestaande en geplande warmte-netwerken
- evaluatie van de mogelijkheden voor hoge temperatuur opslag in de
ondergrond in samenhang met de tuinbouwsector en CO2 opslag
.
3.4.2
Publicaties
Er werd een zestal peer reviewd papers opgeleverd, naast ca. 30 abstracts,
rapporten en presentaties.
De peer reviewd presentaties staan hieronder vermeld.
Schoon Fossiel
Laura J. Wasch, Jens Wollenweber and Tim J. Tambach (2013). lntentional salt clogging: a
novel concept for longterm CO2 sealing. Greenhouse Gas Sci Technol. 3: 491-502
(2013); DOI: 10.1002/9hg
Neele F , Delpral Jannaud F., Vincké O., Volpi V., Nepveu M., Hofstee C., Wollenweber J.,
Lothe A., Brunsting S., Pearce J., Battani 4., Baroni A. and Garcia 8., 2013b. The
SiteChar approach to efficient and focused CO2 storage site characterisation,
Energy Procedia, vol. 37, 4997-5005.
Nepveu, M , Neele F., Delprat-Jannaud F., Vincké O., Volpi V., Lothe 4., Brunsting S., Pearce
J., Battani 4., Baroni 4., Garcia 8., Hofstee C. and Wollenweber J., 2013. CO2
storage feasibility: a workflow for site characterization, Oil and Gas Scrence and
Technology, submitted.
Koenen, M., and 3 others, Werkendam, the Dutch natural analogue for COz storage - longterm mineral reactions, Energy Procedia, 2013,37: 3452-3460.
Geothermie
Wassing, B., Van Wees, J.D., Fokker, P., (2013, revised version under review). Coupled
Continuum Modeling of Fracture Reactivation and Induced Seismicity during
Enhanced Geothermal Operations, Geothermics
Van Wees, J.D., Buijze, L., Van Thienen-Visser, K., Wassing, B., Fokker, P., Nepveu, M.,
Orlic, B, 2013 ( revision version under review). Induced seismicity and gas
depletion in the Netherlands, Geothermics
31 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
32 / 33
TNO-rapport | TNO 2014 R10360
5
33 / 33
Ondertekening
Utrecht, 3 maart 2014
Dr. J.H. Brouwer
VP manager
Energiebronnen in Transitie
Dr. M.J. van Bracht
Managing director thema Energie
Ir, C.B.M. te Stroet
Dr.
Innovatiedirecteur Olie & Gas

Download Report