April 2021
Het kan dus wél: bestaande wijken energieneutraal met zonnewarmtenet
Mooi nieuws voor het collectief SpaarGas in Haarlem, dat zich al vele jaren inzet om hun wijk Ramplaankwartier van het aardgasnet los te koppelen. Want een zonnewarmtenet blijkt technisch en financieel haalbaar om bestaande wijken te verduurzamen en aardgasvrij te maken, zo heeft een consortium van wetenschappers en bedrijven onder leiding van de tu Delft aangetoond. In de Haarlemse wijk gaan ze ermee aan de slag.
Eindelijk weer eens een positief bericht na die tegenvaller in de Purmerend. In de Noord-Hollandse gemeente liep de transitie naar aardgasvrije woningen vorig jaar forse vertraging op bij de ontkoppeling van 1.276 gebouwen van het gasnet. Maar de oplossing zou wel eens uit Delft kunnen komen. In de proefopstelling The Green Village is aangetoond dat Nederlandse woningen en gebouwen met de aanleg van een zonnewarmtenet een prima duurzaam alternatief hebben. Een consortium, bestaande uit onder meer de tu Delft, Deltares, SpaarGas,Triple Solar en engie, heeft een concept technisch uitgewerkt en voor de bestaande Haarlemse wijk Ramplaankwartier technisch en financieel doorgerekend. Daarnaast is in een proefopstelling in The Green Village in Delft aangetoond dat het systeem werkt. En daarmee ligt er volgens de opstellers van het rapport een ontwerp klaar voor het duurzaam verwarmen van huizen van een hele wijk, zonder dat een externe warmtebron nodig is. Het Ramplaankwartier is een groene wijk in het westen van Haarlem. De wijk is gebouwd in de jaren dertig en vijftig. Niet alle woningen in de wijk beschikken over een dak dat geschikt is voor de plaatsing van pv-panelen of zonnecollectoren, maar dat hoeft volgens het onderzoek de aanleg van een betaalbaar zonnewarmtenet niet in de weg te staan. En daarmee is het concept dat het consortium ontwikkelde nu al min of meer een blauwdruk voor de aanleg van dergelijke warmtenetten in bestaande woonwijken. Dat stemt hoopvol, want er zijn vele wijken met vergelijkbare kenmerken waarbij het naar schatting gaat om 1 tot 3 miljoen woningen.
Zlt-warmtenet
Het innovatieve karakter van het project ligt in de combinatie van individuele warmteopwekking met pvt-panelen en een zeer-lage-temperatuurwarmtenet (zlt). In het concept wekken de individuele huishoudens samen de benodigde warmte voor de buurt op, wat in de praktijk betekent dat niet alle bewoners over een geschikt dakoppervlak hoeven te beschikken. Hoe de opbrengsten worden verrekend, is aan het collectief. Dat kan bijvoorbeeld via een wijkenergiebedrijf of buurtcoöperatie. Ook zullen sommige bewoners misschien van alles zelf willen regelen, terwijl anderen zoveel mogelijk ontzorgd willen worden. Binnen het concept kan het allemaal. Uit het onderzoek voor de Haarlemse wijk is gebleken dat voor dit type wijk verreweg de beste energetische oplossing bestaat uit een feed-in zlt-warmtenet met wko, individuele warmtepompen en pvt op eigen dak. Bij het onderzoek is gerekend met de pvt-panelen van Triple Solar. Door de koppeling met de wko is niet heel veel dakoppervlak nodig. Voor een gemiddeld huishouden kan worden volstaan met 12 m2 pvt-oppervlak. De warmte wordt in dit concept geleverd door 4 à 6 pvt-panelen per woning, panelen dus die zowel elektriciteit als warmte opwekken. Overtollige zomerwarmte wordt in een wko opgeslagen, zodat ’s winters individuele warmtepompen zeer efficiënt kunnen werken om verwarming en tapwater te verzorgen (voor verwarming een cop van tegen de 6 versus een cop van 3,5 à 4 bij lucht-waterwarmtepompen). Op deze manier worden de woningen op een energieneutrale manier voorzien van warm water, verwarming in de winter en verkoeling in de zomer. Een speciale ‘afleverset’ – een kastje met leidingen, pompjes en kleppen – zorgt ervoor dat de warmte van de het warmtenet en de pvt-panelen optimaal wordt benut. In de zomer wordt alle overtollige pvt-warmte via het netwerk in de ondergrondse opslag opgeslagen. In de tussenseizoenen wordt de warmte zowel geleverd door de pvt-panelen als door het netwerk vanuit de warmte-koudeopslag. In de winter wordt de warmte hoofdzakelijk uit de warmte-koudeopslag geleverd, waardoor de warmtepomp een hoog rendement kan halen.
De innovatie zit in de combinatie van individuele warmteopwekking met pvt-panelen en een zeer-lage-temperatuurwarmtenet
Conceptuele weergave van de drie situaties die zich kunnen voordoen: 1) de warmtepomp gebruikt warmte uit het lokale (zlt-)warmtenet als bron; 2) de warmtepomp gebruikt de warmte uit de pvt als bron; 3) de pvt levert warmte via het zlt-warmtenet aan de wko.
Groot enthousiasme
De resultaten van de studie in Haarlem en de proefopstelling in Delft geven aanleiding tot groot enthousiasme. Het ontwerp van het zonnewarmtenet is volledig uitgewerkt. Zo is het benodigde aantal pvt-panelen per woning vastgesteld, maar ook de benodigde temperatuurniveaus voor warmteopslag en warmtedistributie zijn al berekend. Daarnaast is getoetst hoe alle regelingen stabiel met elkaar kunnen functioneren. Aan de hand daarvan is geconcludeerd dat het systeem technisch werkt en de huizen in de wijk het hele jaar rond, met de panelen en het zonnewarmtenet, van genoeg warmte worden voorzien. De opgewekte elektriciteit uit de panelen is voldoende voor het functioneren van de warmtepomp. Het systeem is daarmee energieneutraal voor de warmtelevering. Dr.ir. Ivo Pothof, onderzoeker bij tu Delft en Deltares, is enthousiast over het zonnewarmtenet. Hij vindt het de meest duurzame wijkoplossing voor de bestaande bouw omdat er via de pvt-panelen maximaal gebruik wordt gemaakt van lokale energie. Het concept is volgens hem uitgebreid vergeleken met andere oplossingen voor bestaande woonwijken en komt in al die vergelijkingen als beste uit de bus. Hij noemt het de mooiste manier om bestaande wijken aardgasvrij te maken omdat de warmte in de wijk zelf wordt opgewekt en er weinig wordt afgewenteld op de omgeving doordat verzwaring van het elektriciteitsnet niet nodig is. De belangrijkste vereiste is een geschikte watervoerende laag in de bodem voor een wko. De tu Delft maakte voor de bepaling van de energievraag gebruik van gegevens van ‘Energie in beeld’, (www.energieinbeeld.nl – was beschikbaar tot eind 2018) per 6-cijferige postcode. Het gasverbruik is opgedeeld in verbruik voor ruimteverwarming, warm water en koken. Vervolgens is de netto warmtevraag ingeschat op basis van een gemiddelde boilerefficiëntie. De netto warmtevraag is de warmte die uiteindelijk in een woning nodig is; deze vormt de basis voor het berekenen van de energiebesparing en de alternatieve warmtesystemen. Het gemiddelde gasverbruik per woning is 1.811 m³/a en de ingeschatte netto warmtevraag per gemiddelde woning is 11.000 kWh/a voor ruimteverwarming en 2.500 kWh/a voor warm tapwater. Vervolgens is voor drie renovatieniveaus de gereduceerde netto warmtevraag bepaald: een ‘business as usual’ renovatie (dubbel glas plus een andere maatregel, zoals spouwmuur-, dak- of vloerisolatie); een ‘LT-ready’ renovatie (basisisolatie van glas, gevel, vloer en dak zodat verwarmen met een afgiftetemperatuur van maximaal 55 °C mogelijk is) en een ‘ambitieuze renovatie’ die in combinatie met een verbouwing zou kunnen worden uitgevoerd. Voor deze scenario’s is ook de totale warmtevraag van de hele wijk bepaald. Daarna is voor de wijk bepaald hoeveel energie lokaal kan worden opgewekt uit de primaire bronnen zon, wind, afval (riool en tuin en keukenafval), water en lucht. Voor elke bron is voor een of meer technieken bepaald wat de mogelijke jaarlijkse energieopbrengst in de vorm van elektriciteit, warmte of gas is. Voor de winbare energie uit zonnestraling zijn dat zonnecollectoren (warmte), zonnepanelen (elektriciteit) of pvt-panelen. Voor het opwekken van warmte is nog een onderscheid gemaakt tussen hoge temperatuur en lage temperatuur. De analyse van de potentiële lokale duurzame energieopwekking liet zien dat er in de wijk met vooral lage-temperatuurwarmte beschikbaar is, en een redelijke hoeveelheid elektriciteit. Er kan dus in principe voldoende warmte worden opgewekt in de wijk om de vraag te leveren, maar wel op een lagere temperatuur dan benodigd, en in een ander seizoen.
Een voorbeeld netontwerp voor de wijk Ramplaankwartier.
Voorkeur zlt-net
Uit de berekeningen blijkt dat het lt/mt-net met een collectieve warmtepomp de beste energieprestatie heeft, op de voet gevolgd door het zlt-warmtenet met individuele warmtepompen per woning. Vanwege meerdere voordelen heeft de laatste optie de voorkeur. Het grootste voordeel is dat veel minder pvt-panelen nodig zijn om voldoende warmte op te wekken omdat een lagere temperatuur nodig. Ook het verminderde elektriciteitsverbruik, de afwezigheid van een buitenunit en de mogelijkheid om warmte uit te wisselen tussen gebouwen of daken of extra warmtebronnen aan te koppelen aan het warmtenet is een pré. Hierdoor kunnen de meest geschikte daken worden benut en kunnen ook woningen zonder geschikt dak meedoen met een zeer efficiënt systeem. Een ander groot voordeel bij een zlt-netwerk is dat het piekvermogen veel lager is, waardoor elektriciteitsnet minder wordt belast. Ook uit een vergelijking tussen uiteenlopende aardgasvrije concepten kwam het zonnewarmtenet voor bestaande wijken als een van de voordeligste opties uit de bus. Daarbij wordt uitgegaan van een kostendaling van 20 procent voor de individuele aflevereenheden in de woningen. Dat is geen ‘wishful thinking’ laat tu-onderzoeker Pothof weten. Hij houdt er rekening mee dat groepskorting voor extra kostenbesparing zal zorgen. Bovendien kunnen warmtenetten slimmer worden aangelegd, denkt hij, door ze direct langs de woning of zelfs langs de dakgoot te voeren. In dat geval zitten ze meteen op de juiste plek. Ook wordt nog onderzocht of er kan worden gewerkt zonder speciale radiatoren voor lt-verwarming. Dat scheelt ook nog eens zo’n 3.000 euro per woning. Bij de berekening wordt er vanuit gegaan dat de salderingsregel waarmee in de zomer opgewekte elektriciteit door zonnepanelen kan worden weggestreept tegen in de winter gebruikte elektriciteit van het net, zal blijven bestaan. Wellicht riskant want het kabinet heeft laten weten dat die tot 2030 zal worden afgebouwd. Daarnaast dekt het concept alleen de warmtevraag van huishoudens. De elektriciteitsvraag, grofweg een vijfde van de energievraag, moet alsnog van elders komen als er geen ruimte meer op het dak is voor zonnepanelen.
De lange adem van SpaarGas
Veruit de belangrijkste initiator van het onderzoek naar de mogelijkheden van een zonnewarmtenet in het Haarlemse Ramplaankwartier is de uit onder anderen wijkbewoners bestaande projectgroep SpaarGas. Het team heeft bewezen over een goot uithoudingsvermogen te beschikken. In de stad is de groep al meerdere jaren actief bezig met verduurzaming: in 2014 werd de Stichting Duurzame Energie Ramplaan opgericht met als doel de bewoners van de wijk te informeren over het verduurzamen van de woningen en het onderzoeken en aanleggen van een collectieve zonnestroomcentrale. In 2016 kwam vanuit de Stichting een tweede ambitieus initiatief: SpaarGas, met het doel om de verwarming van de wijk te verduurzamen en uiteindelijk aardgasvrij te maken. Voor dit project werd samengewerkt met de gemeente Haarlem en de TU Delft, die vanuit het Europese project Smart Urban Isle het onderzoek voor de wijk kon uitvoeren. De intensieve samenwerking tussen deze partijen en het project SpaarGas werd in het voorjaar van 2017 geopend door de toenmalige wethouder duurzaamheid van Haarlem. Sinds die tijd wordt gewerkt aan de uitwerking van het onderzoek en de realiseerbaarheid. Op de valreep van 2020 kon de uitslag van het onderzoek worden gepresenteerd.
Het woninggebonden deel (warmtepomp, pvt, nieuwe afleverset met regelingen) is gedemonstreerd op de Green Village.
Financiële haalbaarheid
Wat vooral enthousiasme brengt, is dat het ook wel goed lijkt te zitten met de financiële haalbaarheid om op wijkniveau een zonnewarmtenet te realiseren. De haalbaarheid is uiteraard afhankelijk van een aantal factoren. De belangrijkste randvoorwaarden zijn:
de hoeveelheid huishoudens die hun woning willen aansluiten op het wijkwarmtenet;
het rentepercentage van de lening waarmee aanleg, beheer en onderhoud van het warmtenet wordt gefinancierd;
het tempo waarin de woningen erop worden aangesloten.
Het SpaarGas projectteam, dat aan de wieg heeft gestaan van het haalbaarheidsonderzoek, zet zich in om deze randvoorwaarden mogelijk te maken. Niettemin blijkt het zonnewarmtenet qua financiën een interessant experiment. Aan het begin moet een forse investering gedaan worden, maar daarna zijn er geen variabele energiekosten meer. Hierdoor is het zonnewarmtenet na enkele jaren goedkoper dan gas en de meeste andere alternatieven. De jaarlijkse kosten bestaan dan alleen uit onderhoud en aflossing van de gedane investering. De eigen elektriciteitsbehoefte van de warmtepomp wordt door de pvt-panelen opgewekt én het elektriciteitsnet hoeft niet te worden verzwaard, omdat er geen piekverbruik is in de winter. Maar zoals gezegd, er moet eerst worden geïnvesteerd. En flink ook. Een lage rente op een lening is een financiële randvoorwaarde voor de haalbaarheid van het concept, zo staat te lezen in het rapport. Met voldoende participatie uit de wijk en de verwachting dat de rente nog lang zeer laag zal blijven, is het zonnewarmtenet zeker qua financiën een interessante oplossing.
Tekst: Mari van Lieshout, freelance journalist.
Fotografie: Industrie