Verduurzaming warmtenetten

Voor veel gemeenten en provincies is de warmtetransitie een enorme opgave. Er wordt hard gewerkt aan het uitrollen van transitievisies en sommige gemeenten zijn bezig om de eerste bestaande wijken aardgasvrij te maken. Toch blijkt het rondkrijgen van een rendabele businesscase voor duurzamere alternatieven zonder flinke subsidie in veel gevallen onhaalbaar. Er zijn flinke investeringen noodzakelijk in de warmtebron, de infrastructuur (warmtenetten) en de gebouwen. Door schaalvergroting kunnen de investeringskosten van duurzame alternatieven, zoals bijvoorbeeld aquathermie, in veel gevallen worden beperkt.

Reden voor de Provincie Utrecht om een onderzoek te laten uitvoeren in hoeverre grootschalige aquathermie, al dan niet in combinatie met warmte-koudeopslag in de bodem, een haalbare optie is voor het verduurzamen van bestaande warmtenetten. Hieronder hebben wij voor u de voornaamste conclusies op een rij gezet die algemeen toepasbaar zijn.

De potentie van aquathermie en bodemenergie

Aquathermie, met name thermische energie uit oppervlaktewater (TEO), is een duurzame vorm van warmteopwekking, waarbij warmte uit oppervlaktewater met een warmtepompcentrale verhoogd wordt naar een bruikbare temperatuur voor verwarmingsdoeleinden. De potentie van deze techniek is enorm in Nederland, want in de zomer vangen onze rivieren, kanalen, meren en plassen binnen 11 dagen evenveel zonne-energie op als in heel Nederland jaarlijks wordt gebruikt voor de verwarming van de gebouwde omgeving.  

Bodemenergie is het gebruik van gratis, hernieuwbare warmte of koude uit de ondiepe ondergrond, tot 500 meter diep. In de winter wordt warmte uit de bodem gebruikt om gebouwen mee te verwarmen. Dit gebeurt óók met warmtepompen. De koude die hierbij vrijkomt, wordt weer opgeslagen in de bodem zodat deze in de zomer kan worden gebruikt om te koelen. Dit noemen we warmte- en koudeopslag, oftewel WKO. Door de combinatie van onze bodem met dikke zandpakketten en ons (zee)klimaat is ook de potentie van bodemenergie bijzonder groot.   

De combinatie van beide duurzame technieken levert enorme synergetische voordelen op voor het leveren van duurzame energie via (o.a.) warmtenetten!  

Onderzoek Provincie Utrecht

In opdracht van de Provincie Utrecht heeft Techniplan Adviseurs B.V. een onderzoek uitgevoerd naar de haalbaarheid van grootschalige aquathermie in combinatie met bodemenergie voor bestaande warmtenetten. In het onderzoek zijn in overleg met de Provincie Utrecht twee locaties uitgekozen: Nieuwegein met oppervlaktewater uit de Lek of het Amsterdam-Rijnkanaal en Amersfoort met oppervlaktewater uit het Eemmeer. Het onderzoek bestond uit 2 fasen. Na de inventarisatie van de uitgangspunten is fase 1 gestart: het onderzoeken van de potentie van allebei de locaties met een variantenonderzoek en een analyse van de benodigde vergunningen. De meest kansrijke varianten zijn in fase 2 vervolgens uitgediept tot configuraties waarvan de haalbaarheid is vastgesteld op een aantal onderdelen: 

• technische haalbaarheid (bepaling energiestromen, CO2-reductie, ruimtelijke inpassing van de leidingen, centrale techniek en bronsystemen);
• invloed van de aquathermie op de temperatuur van het oppervlaktewater;
• economische haalbaarheid, bestaande uit een nauwkeurige bepaling van de investeringen en exploitatiekosten, en een businesscase-analyse
• kansen en risico’s per beschouwde configuratie.

Belangrijkste conclusies

Onderstaand volgen de belangrijkste conclusies uit het onderzoek.

• Vanuit technisch oogpunt zijn alle beschouwde configuraties haalbaar. De invloed op het oppervlaktewater is zowel voor het Amsterdam-Rijnkanaal als voor de Lek en het Eemmeer verwaarloosbaar. Wel dient de vergunningsprocedure locatie-specifiek beoordeeld te worden door de verschillende bevoegde instanties, bij verdere uitwerking Voor beide locaties in Nieuwegein blijkt uit de businesscase-analyses dat de configuraties economisch haalbaar zijn. De investeringskosten worden in 8 tot 10 jaar terugverdiend, waarna een (sterk) positieve netto contante waarde ontstaat
• Het combinatiesysteem leidt tot aanzienlijke CO2-reducties ten opzichte van conventionele stadsverwarming van tussen 10 en 27%.  Met een hoger aandeel van groene stroom is zelfs een CO2-reductie van 39% á 84% mogelijk, afhankelijk van de configuratie
• In de basis bestaat een aquathermiesysteem alleen uit oppervlaktewater en warmtepompen. De toevoeging van een WKO-installatie vergroot het aandeel warmtelevering en de daarmee de CO2-reductie van een aquathermie-systeem. Bovendien verbetert het de economische haalbaarheid van het systeem. De meer-investering is relatief snel terug te verdienen en de CO2-reductie wordt vergroot, omdat de warmtepompcentrale vanuit de WKO de gehele winter warmte kan leveren

Aanbevelingen voor andere aquathermieprojecten

Ondanks de twee concreet gekozen locaties, zijn de resultaten van deze studie algemeen toepasbaar en kunnen de methodes en bevindingen ook bij andere locaties worden gebruikt. Om de businesscase rond te krijgen is aan te raden om volgende punten in ogenschouw te nemen:

1. Positie energiecentrale en leidingen

De positie van de energiecentrale ten opzichte van het oppervlaktewater en de lengte van het leidingtracé is een eerste bepalende factor. Langer leidingwerk voor het water of warmtetransport leidt tot substantieel hogere investerings- en exploitatiekosten. Daarom kan de positie voor de warmtepompcentrale het beste dicht bij het oppervlaktewater worden gekozen. Optimalisaties van temperatuurtrajecten, leidingdiameters en leidingmateriaal kan de haalbaarheid verbeteren. Een belangrijk aandachtspunt daarbij is de retourtemperatuur van het warmtenet. Een verlaging daarvan kan leiden tot een substantieel betere businesscase. Ten slotte is het noodzakelijk om al in een vroeg stadium betrokken stakeholders bij de gekozen locatie te betrekken.

2. Schaalgroottevoordeel

Schaalgroottevoordeel van de warmtepompcentrale vormt een andere belangrijke component voor een aquathermieproject. Grootschalige warmtepompcentrales kennen een betere economische haalbaarheid dan minder grootschalige installaties. Optimalisaties kunnen behaald worden door de warmtepompen nauwkeurig af te stemmen op het bijbehorende warmtenet. Op basis van resultaten uit een onderzoek naar de grootschalige haalbaarheid van aquathermie in de Provincie Utrecht kan als ruwe vuistregel worden gehanteerd: een aquathermie-/warmtepompvermogen van ongeveer 30% van het maximale vermogen kent in het verwarmingsnet een optimale haalbaarheid.

3. Seizoensopslag essentieel

De combinatie van aquathermie met bodemenergie (WKO) en/of pieklastvoorzieningen is een essentiële factor voor zowel de economische als technische haalbaarheid. Het toepassen van WKO is voornamelijk cruciaal, omdat er anders een mismatch kan ontstaan tussen vraag en aanbod of onvoldoende capaciteit van alleen het aquathermiesysteem. In de winter koelt het oppervlaktewater dusdanig af dat er niet of nauwelijks warmte uit onttrokken kan worden. Met een WKO kan de volledige potentie van het oppervlaktewater benut worden. Bij een goede bodemgesteldheid is de terugverdientijd met WKO zelfs beter dan zonder WKO. Bovendien zorgt seizoensopslag voor meer CO2-reductie, en het is in de huidige regeling zelfs een voorwaarde om SDE++ subsidie aan te vragen. Voor pieklastvoorzieningen geldt in het algemeen dat deze goedkoop in aanschaf moeten zijn. Behalve elektrische ketels zijn er nauwelijks (gasloze) alternatieven die aan deze criteria voldoen.

Kortom:

De toepassing van grootschalige aquathermie in combinatie met WKO is een kansrijke manier om bestaande warmtenetten te verduurzamen. Met name grote steden dichtbij omvangrijke oppervlaktewateren zijn potentieel goede locaties.  

Lees ook het artikel Bodemenergie met aquathermie.