Januari 2023
Gebruik van restwarmte vraagt om ‘omdenken’
Datacenters en warmtebedrijven kunnen het samen haalbaar maken
Er wordt al heel lang gesproken over het gebruiken van restwarmte van bijvoorbeeld datacenters. In de praktijk gebeurt er echter nog weinig. Opmerkelijk, want het idee klinkt volstrekt logisch. Maar de praktijk blijkt weerbarstig, omdat de business case rond hergebruik van warmte in veel gevallen lastig is rond te krijgen. In Ede is het wel gelukt. Een belangrijke reden dat hier nu wél restwarmte van een datacenter gebruikt wordt voor het verwarmen van woningen, is dat men ‘het probleem’ heel anders heeft benaderd.
Het klinkt zo logisch. De IT-apparatuur in datacenters produceert veel warmte. Die moet worden ‘weggekoeld’. Tot nu toe verdwijnt deze restwarmte vaak simpelweg, door het naar buiten te voeren. Dat is zonde. Er wordt immers energie gekocht om koelapparatuur te kunnen gebruiken om een product van waarde – restwarmte – weg te gooien. Of beter gezegd: onbenut te laten. De oplossing lijkt simpel door de restwarmte op te vangen en te gebruiken voor bijvoorbeeld het verwarmen van een gebouw of een woning.
Toch komen er nauwelijks projecten rond hergebruik van warmte van de grond. Anne Marie van Osch is er niet zo verbaasd over. Van Osch was tot voor kort werkzaam voor de gemeente Almere, heeft een eigen adviesbureau (AMergie) en is daarnaast bestuurslid van de stichting Warmtenetwerk. ‘De complexiteit van alles wat met warmtenetten te maken heeft, wordt nog wel eens onderschat’, stelt Van Osch. ‘Dat geldt zeker als het om datacenters en restwarmte gaat.’
Complexiteit onderschat
Voor gebruik van restwarmte (figuur 1) via een warmtenet is een bron nodig (in dit geval het datacenter), transport van de warmte via buizen, een WOS (warmte overdracht station) en een distributienetwerk om de warmte in de wijk en in de straat te krijgen. Bij nieuwbouwwijken lukt dat veelal nog wel, al zijn de kosten vaak hoog. Bij bestaande bouw zijn niet alleen de kosten hoog, maar is het technisch vaak ook heel lastig. Om nog maar te zwijgen van het probleem van de ondergrondse infrastructuur die in veel gemeenten volgens Van Osch simpelweg niet helder is en het de vraag is of daar nog wel een ondergronds leidingnetwerk aan kan worden toegevoegd.
Van Osch: ‘Een datacenter levert in de regel warmte van maximaal 25 °C. Daar heeft de afnemer – bijvoorbeeld een woning – niet zoveel aan. Dus heb je een warmtepomp nodig om het water dat een datacenter kan leveren naar een hogere temperatuur te brengen.’ Daar zijn meerdere scenario’s voor mogelijk (figuur 2).
‘Eigenlijk is alleen het T-regime 75 °C/35 °C interessant genoeg om te overwegen, omdat alleen dan én verwarming van een woning én tapwater geregeld kan worden via het warmtenet. Maar dat geldt alleen maar als we te maken hebben met een nieuwbouwwijk met woningen die allemaal voorzien zijn van vloerverwarming of hele efficiënte warmteoverdracht (radiatoren) en die bovendien goed geïsoleerd zijn. Bij een wijk met een mix van oude en nieuwe woningen en wellicht ook nog hier en daar wat hoogbouw, moet je haast wel naar een systeem waarbij elke woning een eigen warmtepomp heeft, die past bij de vraag van die woning. Maar is daar wel ruimte voor in die woning? En kunnen de eigenaren of huurders dat financieel opbrengen? Ook een lastige kwestie: kunnen de elektriciteitsnetwerken het piekvermogen wel aan die deze warmtepompen vragen of zijn daar eerst extra investeringen in het net voor nodig?’
1. De opbouw van een warmtenet.
De praktijk in Ede
Van Osch: ‘Ik werk de laatste jaren regelmatig aan restwarmteprojecten waar datacenters bij betrokken zijn. Ik heb gemerkt dat deze alleen kans van slagen hebben als men in staat is tot ‘omdenken’. Een datacenter redenerend zou niet zozeer moeten kijken naar de vraag ‘waar moet ik met mijn restwarmte heen?’, maar de vraag moet veel eerder zijn: ‘ik heb een koelprobleem, hoe los ik dat op en kan een warmtenet mij daar eventueel bij helpen?’
Dat is dan ook precies de aanpak die is gevolgd bij een project van datacenterbedrijf BIT en Warmtebedrijf Ede, waar men het gebruik van restwarmte wel voor elkaar heeft gekregen. ‘Wij zij al heel lang bezig met restwarmte’, zegt Alex Bik, chief technology officer van BIT. ‘In 2015 hebben we op ons terrein een conferentiecentrum gebouwd dat wordt verwarmd met restwarmte uit onze datacenters. Dat was echter een ‘thuiswedstrijd’. De producent van de restwarmte, het datacenter, en de afnemer daarvan, het conferentiecentrum, zijn van onszelf en zitten bovendien op ons eigen terrein. Je hebt dan niet te maken met leidingen die over openbare grond lopen. We hebben bovendien bij het ontwerp van het conferentiecentrum al rekening gehouden met de temperatuur van onze restwarmte en bijvoorbeeld vloerverwarming aangelegd.’
Datacenterbedrijf BIT betaalt warmtebedrijf Ede voor koelwater
Ervaring opgedaan
Daarmee heeft het bedrijf dus al een aantal jaren ervaring opgedaan met gebruik van restwarmte. ‘We hebben als BIT echter nog veel meer restwarmte beschikbaar, al hadden we daar zelf geen bestemming voor. Tijdens een bijeenkomst van de lokale ondernemersvereniging ben ik in contact gekomen met Valentijn Kleijnen, de directeur van Warmtebedrijf Ede, het lokale warmtenet.’ In eerste instantie liepen beide partijen tegen de problemen aan waar veel projecten rond restwarmte mee te maken hebben. BIT kan warmte leveren met een temperatuur van 19 tot 20 °C. Het warmtenet heeft echter 80 - 90 °C nodig. Er is dan dus een warmtepomp nodig die de restwarmte naar een hogere temperatuur brengt, wat extra energie kost. Bovendien moet de restwarmte van BIT - lauw water - over een afstand van 1.800 m naar het warmtebedrijf worden gebracht. De benodigde buizen moeten voor een belangrijk deel op publieke grond worden ingegraven.
Bik: ‘Dat leverde al meteen een ingewikkelde business case op. Technisch kan het allemaal wel. Bij het warmtebedrijf had men bijvoorbeeld al snel een warmtepomp op het oog die onze warmte naar de door hen gewenste temperatuur kon brengen. Maar de vraag was hoe we dit financieel rond konden krijgen.’
2. Datacenters en temperatuurregimes. Bron: Vattenfall
Transparantie nodig
Daarbij hebben de twee partners op een hele transparante manier samengewerkt. Bovendien is BIT afgeweken van het uitgangspunt dat gebruik van restwarmte betekent dat een andere partij de restwarmte koopt. Sterker, in deze samenwerking betaalt BIT straks aan het warmtebedrijf in Ede. Hoe zit dat?
Bik: ‘Om dit project haalbaar te maken, hebben we allebei ons huiswerk gedaan. Het warmtebedrijf heeft berekend wat het kost om warmte van de door hen gewenste kwaliteit te produceren. Wij hebben gekeken naar wat het ons kost om al die door de IT-apparatuur in onze faciliteiten geproduceerde warmte het datacenter uit te krijgen? Het interessante aan zo’n exercitie is dat je daarmee dus eigenlijk een budget voor gebruik van restwarmte creëert.’
De aanpak die beide bedrijven nu gaan volgen is dat BIT restwarmte van 19 - 20 °C levert aan het warmtenet en het warmtebedrijf levert koud water van 14 °C terug aan BIT. Het datacenter gebruikt dit koude water voor het koelen van de opgestelde IT-apparatuur. De restwarmte wordt weer in de vorm van water van 19 tot 20 °C afgevoerd richting het warmtebedrijf.
‘Het warmtebedrijf wordt daarmee dus een belangrijk onderdeel van onze koelaanpak. Door de kosten en opbrengsten aan beide zijden goed in kaart te brengen, werd ook duidelijk dat wij als datacenter financieel gezien beter het warmtebedrijf kunnen betalen voor het leveren van koelwater van 14 °C, dan dat wij zelf onze eigen koelinstallaties toepassen.’
Volgens Bik draait het dus om open en eerlijk rekenen. ‘Denk bijvoorbeeld aan de kostprijs van energie. Die heeft invloed op wat wij aan het warmtebedrijf betalen. Daarnaast moet je ook goed kijken naar alle elementen die samen een koelaanpak vormen. De koelmachines die wij tot nu toe gebruiken blijven gewoon staan. Maar we gebruiken die systemen straks veel minder. Dat betekent bijvoorbeeld ook dat zij minder onderhoud nodig hebben, minder snel vervangen hoeven te worden en dergelijke. Ook dat soort aspecten moet je in de rekensommen mee nemen.’
‘We doen iets voor het milieu en voor de maatschappij en het levert ook gewoon geld op’
800 kW warmtepomp
Aan de kant van het warmtebedrijf speelt daarnaast ook mee dat er een 800 kW warmtepomp nodig was om de warmte van BIT naar de gewenste hogere temperatuur te brengen. Daar bleek subsidie voor mogelijk, op voorwaarde dat het om een op ammoniak gebaseerde warmtepomp zou gaan. Daarmee was ook meteen duidelijk dat die warmtepomp bij het warmtenet en niet bij het datacenter werd opgesteld. Bik: ‘Een warmtepomp die ammoniak gebruikt, wil je niet in een datacenter opstellen waar mensen werken en klanten komen.’
Bik: ‘Het is belangrijk dat je samen naar dit soort vragen kijkt. Waar haalt die warmtepomp bijvoorbeeld zijn energie vandaan? Warmtebedrijf Ede beschikt over een eigen biomassacentrale die zowel elektriciteit als warmte produceert. Dat helpt natuurlijk enorm mee in de rekensommen, want je hoeft dan voor de warmtepomp geen elektriciteit extern in te kopen. Dat wij restwarmte leveren en het warmtebedrijf ons koud water teruggeeft, betekent dan weer wel dat er niet twee, maar vier leidingen de grond in moeten. Als je echter open en transparant met elkaar aan de business case én de techniek werkt, kun je voor al dit soort aspecten een oplossing vinden.’
Bik is erg enthousiast over dit project. ‘We doen nu iets nuttigs met een product dat waarde heeft, maar dat bij veel datacenters helaas niet wordt benut: restwarmte. Daarmee doen we dus iets voor het milieu en voor de maatschappij. En aan de andere kant levert het gebruik van restwarmte zoals wij dit nu gaan doen ook gewoon geld op. Het gaat om forse investeringen, maar als dit project komend jaar in bedrijf gaat, levert het ons als datacenter een bescheiden, maar desondanks interessante kostenbesparing op.’
Een datacenter levert in de regel warmte van maximaal 25 °C.
Planningshorizon
In Ede lukte het restwarmteproject dus wel. Maar waarom lukt het in veel andere gevallen dan niet om restwarmte te gebruiken? ‘Een van de problemen’, zo vertelt Van Osch, ‘is het verschil in planningshorizon. Daardoor krijgen we te maken met ‘vollooprisico’; een warmtebedrijf is in Nederland vaak nog een privaat bedrijf. Die moet alle investeringen dus zelf opbrengen. Stel, je bouwt een warmtenet voor een nieuwbouwwijk van 5.000 woningen. Dan gaat het echt om een miljoeneninvestering. Veel van de kosten maak je voordat er nog maar één woning is aangesloten en een vergoeding gaat betalen voor de geleverde warmte. Helaas kan het bovendien vijf tot tien jaar duren voordat alle woningen op het warmtenet zijn aangesloten en je daar dus geld van ontvangt. Dat moet een warmtebedrijf wel kunnen financieren. Als de bron, bijvoorbeeld een datacenter, dan ook nog eens warmte levert van een lage temperatuur, dan wordt het een moeilijk verhaal.’
Het kan ook gebeuren dat een gemeente instapt, vertelt ze. ‘Dat hebben we bijvoorbeeld in Noord-Holland gezien waar een gemeente een warmtenet heeft aangelegd voor een wijk met een mix aan woningen. Drie huizen weigerden echter om van het gas af te gaan. Dat zijn we in ons land namelijk niet verplicht. Dit betekende voor het betrokken gasbedrijf dat zij enkele tonnen moesten investeren om de gasdruk voor die drie huizen omlaag te brengen. Dat is natuurlijk een ongewenste situatie, waar de overheid nu overigens wel verandering in gaat brengen.’
Daarnaast stelt Van Osch dat een datacenter weliswaar sneller kan schakelen dan een gemeente, maar niet in staat is om dertig jaar vooruit te kijken. Terwijl dat wel de tijdshorizon is waarmee gemeenten en warmtebedrijven moeten werken. Dat sluit dus niet goed op elkaar aan.
Overigens is dat volgens Van Osch niet de enige mismatch tussen datacenters en overheden. ‘Bij gebiedsontwikkeling hebben we vaak te maken met enorm lange trajecten waarin burgers procederen tegen de plannen voor een nieuwe wijk, waarbij de stikstofdiscussie onmiddellijk om de hoek komt kijken en ineens allerlei onderwerpen als geluidsnormen gaan spelen. Het kan dan jaren duren voordat de eerste schop de grond in gaat. En dan moet de eerste woning nog gebouwd worden. Laat staan de laatste woning die nodig is om de volledige vergoedingen van bewoners voor het warmtenet te ontvangen. Dan wordt het financieel allemaal erg moeilijk.’
Milieudelict?
Datacenters en overheden passen op dit gebied dus niet altijd even goed bij elkaar. Ook in de veelgehoorde klacht dat gemeenten weinig begrijpen van datacenters, herkent Van Osch zich als voormalig ambtenaar wel. ‘Gemeenten zijn vaak traag en hebben inderdaad weinig kennis van datacenters. Ook gemeenten lijden aan het ‘not in my backyard’-syndroom en hebben vaak ook geen goed beeld heeft van de maatschappelijke en economische relevantie van datacenters is. Als ik bijvoorbeeld uitleg welke rol dataopslag in datacenters speelt in de zorg, is dat vaak onbekend. Ook dat soort aspecten maken samenwerking soms wat problematischer.’
Van Osch wil tot slot nog wel iets kwijt: ‘Ik vind het onbegrijpelijk dat we in datacenters elektriciteit gebruiken voor luchtkoeling om de warmte die dit oplevert vervolgens weer om te zetten naar (lauw) water, waar we maar nauwelijks iets nuttigs mee weten te doen. Waarom niet meteen met vloeistofkoeling werken? Ik snap wel dat men dat in de datacenterindustrie niet gewend is, maar het is nu een vorm van inefficiënt omgaan met een schaars goed. Ik zou dat eigenlijk een milieudelict willen noemen. Daarom zou ik heel graag Europees beleid zien: verplicht gebruik van vloeistofkoeling in alle datacenters.’
Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: iStock
Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.