Juni 2024

Met creativiteit en calculatie uitstijgen boven off-grid

Netcongestie in Schagen stimuleert innovatie

Ursem Modulaire Bouwsystemen levert momenteel 96 off-grid woningen aan project De Lus in Schagen. Het zijn woningen voor arbeidsmigranten. Schouten Techniek verzorgt de installaties. Het scheelde echter niet veel of het hele project was niet tot stand gekomen. Toen de bouwvergunning eenmaal was afgegeven, liet netbeheerder Liander namelijk weten dat er geen elektriciteit geleverd kon worden. ‘Maar onder druk wordt alles vloeibaar’, vertelt Coos Schouten, eigenaar van Schouten Techniek. Met creatief denken bleek wel degelijk een oplossing mogelijk te zijn.

Het project De Lus bestaat uit 96 appartementen. Bijzonder is dat de vergunning voor dit project in Schagen een tijdelijke is, namelijk voor een periode van twintig jaar. Door het modulair realiseren van de bouw is het mogelijk om het geheel over twintig jaar te demonteren en elders te plaatsen. Voor dit modulaire project startte Ursem Modulaire Bouwsystemen met de bouw van 192 modules in een fabriek in Wognum. Elk appartement bestaat uit twee geschakelde modules. De modules worden kant-en-klaar naar De Lus vervoerd en daar op elkaar gestapeld. De modules worden in de fabriek nagenoeg geheel afgewerkt, zodat er minder bouwbewegingen nodig zijn naar de uiteindelijke locatie.

Gebrek aan stroom

De woningen zijn bedoeld voor arbeidsmigranten. De gemeente Schagen kampt namelijk – net als veel andere gemeenten in ons land – met een gebrek aan woningen voor deze doelgroep. De volgorde van het ontwikkelen en realiseren van woningbouwprojecten maakte dat de opdrachtgever pas nadat de bouwvergunning was afgegeven bij Liander een netaansluiting kon aanvragen. Helaas is dit project niet het enige die hierop als antwoord kreeg dat er geen aansluiting mogelijk was. ‘Het probleem waar we tegenaan liepen was puur een gebrek aan stroom’, vertelt Coos Schouten, eigenaar van Schouten Elektrotechniek. ‘Helaas hebben we het in Nederland zo georganiseerd dat je pas zekerheid over een stroomaansluiting krijgt nadat de bouwvergunning is afgegeven.’
‘Dat was een flinke tegenvaller, maar tegelijkertijd ook een grote kans. Alle betrokkenen waren ervan overtuigd dat we met z’n allen het project rond moesten krijgen. Onder druk wordt alles vloeibaar; als het probleem maar groot genoeg is, wordt iedereen creatief. In nog geen drie weken tijd hebben we – op hoofdlijnen – een nieuw concept ontwikkeld dat de energievoorziening van deze woningen toch mogelijk maakte.’
De uitdagingen waar Schouten voor stond, bleken redelijk oplosbaar voor deze specifieke situatie. Men ontwikkelde een combinatie van pv-panelen, batterijen, warmtepompen en een WKK (warmtekrachtkoppeling) -installatie. Op zich bekende componenten, maar de vraag is alleen hoe je het samenspel van deze componenten aantoonbaar krijgt doorgerekend. Anders gezegd: hoe kan de opdrachtgever de zekerheid worden gegeven dat er te allen tijde stroom en warmte kan worden geleverd?

‘Cruciaal is dat je niet een te kleine opwek-capaciteit creëert’

Garantie afgeven

‘Dat hebben we gedaan aan de hand van simulaties’, vertelt Schouten. ‘We hebben een speciale softwaremodule ontwikkeld die goed zichtbaar maakt hoe de installatie zich onder alle mogelijke omstandigheden en tot in lengte van jaren zal gedragen. Die simulaties geven aan dat de energie-opwekcomponenten altijd stroom en warmte zullen geven. De opdrachtgever wilde – terecht natuurlijk – wel de zekerheid hebben dat deze simulaties correct zijn. Wij zijn daar volledig van overtuigd en daarom hebben wij de opdrachtgever daarvoor, uiteraard binnen een specifiek gebruiksprofiel, een garantie gegeven.’
Op hoofdlijnen was dus al na drie weken duidelijk dat de aanpak van Schouten zou werken. De kern van de installatie wordt niet zozeer gevormd door de individuele hardware-matige componenten zoals pv-panelen of warmtepompen, maar door de software die de regeling van de gehele installatie voor zijn rekening neemt. ‘We hebben eigen softwareontwikkelaars in dienst’, vertelt Schouten, ‘en die moesten aan de bak om de hiervoor benodigde programmatuur te schrijven.’
‘Maar daarmee ben je er nog niet. Doordat we met een afwijkende installatie wilden werken, moesten we die niet alleen technisch realiseren, maar moesten we ook naar de daarvoor geldende wet- en regelgeving kijken. Zo produceert de WKK bijvoorbeeld geluid en uitlaatgassen, stoot stikstof uit en verbruikt fossiele brandstoffen. Dat zijn allemaal elementen waarvan je moet weten of dat kan en mag.’
‘Zo hebben we als brandstof voor de WKK gekozen voor propaan, in een eigen propaantank. Daar geldt specifieke regelgeving voor. Daar moet je in het ontwerp en bij het kiezen van de locatie dus rekening mee houden. De stikstofuitstoot kun je goed berekenen. Die bleek laag genoeg om aan de regelgeving te voldoen. Maar het was wel opletten, want de norm die daarbij wordt gehanteerd is heel scherp.’

De modules worden kant-en-klaar naar het project De Lus in Schagen vervoerd en daar op elkaar gestapeld.

Lokaal versus landelijk beleid

‘Toch kregen we bijna te maken met een opmerkelijk fenomeen,’ vertelt Schouten. ‘We hebben de stikstofnorm op lokaal niveau net gehaald. Hierdoor hoeven we met onze WKK geen stroom af te nemen van een grote energiecentrale. Zo’n centrale stoot altijd meer uit dan een lokaal opgestelde WKK. Hadden we de lokale norm net niet gehaald, dan hadden we de WKK niet kunnen toepassen en hadden we dus elektriciteit van die grote energiecentrale moeten afnemen. Dat zou dan dus hebben geleid tot veel meer uitstoot. Dan zie je dus dat lokaal beleid en landelijk beleid niet altijd goed op elkaar aansluiten. Daar is voor de beleidsmakers nog wel wat werk aan de winkel. Onze oplossing stoot voor dezelfde hoeveelheid opgewekte elektriciteit namelijk 28 procent minder CO₂ uit dan een energiecentrale. Het verschil zit ’m in de warmte die in beide gevallen bij de opwek wordt geproduceerd en die bij de WKK in ons microgrid voor 100 procent wordt benut. Bij een energiecentrale lukt het niet om alle warmte volledig te hergebruiken. Soms wordt het weggekoeld of zijn er verliezen als warmte over een afstand naar een afnemer moet worden vervoerd.’
Hoe is Schouten nu tot het gekozen ontwerp gekomen? ‘Iedereen kan bedenken dat je met pv-panelen en batterijen al een eerste stap kunt zetten. Bovendien hebben we al ervaring met WKO ofwel warmtekrachtopwekking. Dan is de inpassing van een WKK natuurlijk niet zo’n grote stap. Is er geen zon, dan heb je naast pv extra opwekcapaciteit nodig. Bij andere projecten zien we dan dat dieselgeneratoren worden toegepast. Daarbij wordt de geproduceerde warmte niet hergebruikt. Een WKK is dan veel duurzamer, omdat je de geproduceerde warmte wél hergebruikt. Het is ook een kwestie van goed rekenen en goed dimensioneren. Cruciaal is dat je niet een te kleine opwekcapaciteit creëert. Vandaar dat we nadrukkelijk simulatie hebben toegepast.’

De software zorgt voor het optimaliseren van de installatie

‘Permanente bouwstroom’

Eigenlijk zijn alle componenten waaruit de installatie is opgebouwd bekend, je moet het via software echter wel slim aansturen. Die software zorgt voor het optimaliseren van de installatie. De programmatuur bepaalt hoe de verschillende componenten worden ingezet. ‘Een belangrijke rol hierbij speelt het inlezen van de weersverwachting van de volgende dag. Op basis van de verwachte zonnestraling wordt de regelstrategie bepaald. Hoeveel kunnen de pv-panelen opwekken? Gaan we het eventuele tekort aan elektriciteit opvangen door de WKK in te schakelen? Benutten we stroom uit de batterijen? Of gaan we voor een combinatie daarvan? We waren al bezig met dat soort scenario’s, maar hebben dit versneld ontwikkeld. Al dat soort afwegingen kun je meenemen in de regelsoftware.’
Toch heeft De Lus een aansluiting van 3 x 80 A. Waar is die voor nodig? Schouten legt uit dat Liander weliswaar geen netaansluiting kon bieden, maar wel bouwstroom kon leveren: de genoemde 3 x 80 A. ‘We hebben toen besloten die bouwstroom te laten staan. We hebben de installatie ontwikkeld voor off-grid gebruik, maar als we kunnen beschikken over netspanning is dat in sommige gevallen toch beter voor de exploitatie van de installatie. Het biedt namelijk meer flexibiliteit, omdat je als het ware een extra opwekbron toevoegt. Je kunt bovendien dynamische leveringscontracten inpassen waarbij je soms afneemt en soms teruglevert. Het verschil in kostprijs van de elektriciteit die de WKK opwekt versus de netspanning wordt dan dus interessant. Ook dat bouwen we daarom in de regelsoftware in.’ Daarmee wordt De Lus dus op een positieve manier ‘min of meer’ off-grid.
Zoals gezegd zijn alle componenten bekende producten. Daarom heeft Schouten gekozen voor een leverancier waar men ervaring mee heeft en waar men vertrouwen in heeft. Die fabrikant heeft bijvoorbeeld lithium-ion batterijen als state-of-the-art opslagsystemen in het programma en die past men nu ook toe.
Een belangrijk aandachtspunt hierbij is volgens Schouten dat de ontwikkelingen razendsnel gaan. ‘Op een gegeven moment moet je gaan ontwerpen en moet je dus kiezen voor de best mogelijke technologieën en producten die op dat moment beschikbaar zijn. We volgen de technische ontwikkelingen uiteraard op de voet en kijken bijvoorbeeld ook naar kleine windmolens. Voor project De Lus hebben we echter bewust gekozen om die nu niet mee te nemen. We hebben gekozen voor bewezen technologie en voor zekerheid. Maar voor een volgend traject sluit ik windmolens zeker niet uit, al heb je dan natuurlijk wel weer met nieuwe uitdagingen te maken. Bijvoorbeeld de regelgeving op dat gebied. Windmolens zouden een mooie aanvulling kunnen zijn op de WKK. Met als voordeel dat je dan minder fossiele brandstof nodig hebt om een tekort aan elektriciteit op te vangen en er in de regel dus minder uitstoot zal plaatsvinden. Maar daar staan in een bebouwde omgeving wellicht ook nadelen als geluid, schaduw en andere risico’s tegenover.’

De centrale patchkast verdeelt en beveiligt de elektriciteit naar de verschillende appartementen.

Hoofdrol voor software

Een heel belangrijk aspect van dit project is dus de ontwikkeling van de regelsoftware. ‘Kennis en ervaring op dat gebied is cruciaal. Voor onze medewerkers die de verschillende componenten monteren en installeren zijn er bij deze installatie verder weinig verschillen. De WKK is weliswaar nieuw voor hen, maar als je die beschouwt als een gasketel die ook elektriciteit produceert, vallen de technische verschillen erg mee. Onze engineers hadden geen problemen met het ontwerpen van deze oplossing. Het grote verschil zit vooral in de software. Daar hebben wij eigen hts’ers voor in dienst.’
Op de vraag wat nu het grootste voordeel van de nu gekozen installatie is, zegt Schouten lachend: ‘Nu hebben we wél stroom en anders niet.’ Voor de toekomstige bewoners blijft alles verder hetzelfde, ook wat betreft kosten. Voor de opdrachtgever is het vooral belangrijk dat er gedurende de vergunningsperiode van twintig jaar leveringszekerheid is en dat de gekozen aanpak financieel acceptabel is.
Schouten is van mening dat deze installatie sowieso financieel interessant is. De financiële last die door de ontwikkelaar en eigenaar voor energie wordt gedragen, kent nu namelijk veel meer vaste componenten en veel minder variabele kosten. De rol van de inkoop van brandstof is veel kleiner dan bij traditionele installaties. ‘Het is voor financiers altijd prettig als eventuele schommelingen in de exploitatie goed zijn afgedekt en de variabele kosten zo klein mogelijk zijn ten opzichte van de totale investering.’
De aanpak is volgens Schouten bovendien duurzamer dan het openbare net met zijn grote energiecentrales, terwijl het project ook nog eens het openbare net kan ondersteunen. Daarvoor is dan uiteraard wel een contract tussen de eigenaar en de netbeheerder nodig.

Blik op de toekomst

Schouten heeft nu voor WKK gekozen. Maar hoe zit het met bijvoorbeeld waterstof? Zou een brandstofcel eveneens ingepast kunnen worden? De installatie is heel flexibel, meent Schouten. ‘Momenteel is waterstof nog geen goede keuze voor dit soort toepassingen. Misschien wel voor de industrie, maar niet voor toepassingen als woonwijken. Maar stel dat waterstof op termijn toch economisch interessant wordt, dan kan de WKK zonder problemen door een brandstofcel worden vervangen. De WKK maakt circa 10 - 15 procent van de kosten van de nu gekozen installatie uit. De andere componenten en de regelsoftware kunnen gewoon gehandhaafd blijven.’
‘En stel dat de netcongestie die we nu kennen kan worden opgelost en het openbare net weer wél voldoende stroom kan leveren en bovendien net zo duurzaam of beter is dan onze aanpak, dan kunnen we de huidige 3 x 80 A-aansluiting vervangen door een zwaardere aansluiting en eventueel extra warmtepompcapaciteit toevoegen. De WKK kunnen we dan verwijderen. Maar deze WKK is overigens ook geschikt voor biobrandstoffen. Er zijn dus nogal wat mogelijkheden om in te spelen op eventuele toekomstige ontwikkelingen.’
Dan rest nog de vraag of er ook nadelen zitten aan dit soort geïntegreerde installaties? ‘Technisch niet’, meent Schouten, maar, zo zegt hij: ‘De sector en alle betrokkenen – van opdrachtgevers tot overheden – moeten wel de hiervoor benodigde kennis opbouwen en die is nog zeker niet overal voorhanden. We zijn nu zelf bezig met een vergelijkbare aanpak voor een vakantiepark. Daar zien we ook goede mogelijkheden. Maar voor individuele woningen is deze aanpak nog lastig. De wet zegt namelijk dat iedere eigenaar van een woning zelf op de markt zijn of haar energie mag inkopen, terwijl dit soort installaties juist gebaat is bij gezamenlijke opwekking en afname. De huidige regelgeving blokkeert dat nu dus. Dat zal ongetwijfeld opgelost worden, maar dat gaat nog even duren. Voor een nieuwe woonwijk is dat ook nog lastig. Er wordt gewerkt aan oplossingen met partijen die een ACM-vergunning hebben. En ik verwacht dat dit best snel wél realiseerbaar is.’
Het eerste gedeelte van project De Lus (96 woningen) wordt naar verwachting in juni opgeleverd.

Microgrid voor 96 woningen

• Het microgrid van Schouten levert in een eigen net zowel elektriciteit als warmte en bestaat uit een samenspel van meerdere componenten:
• pv-panelen,
• batterij,
• lucht- en bodemwarmtepompen,
• WKK (naar wens draaiend op waterstof, propaan, aardgas of biobrandstoffen; in dit geval is propaan gekozen),
• brandstofopslagtank die lokaal is opgesteld (tank dient maximaal acht maal per jaar te worden bijgevuld),
• netaansluiting van 3 x 80 A (55 kW) die altijd beschikbaar is,
• 2-pijps distributie van maximaal 40 °C naar de woningen en naar wens inclusief koeling,
• softwarematige regeling op basis van AI die anticipeert op het weer door het inlezen van de weersverwachting van de volgende dag. De software herkent bovendien energiepatronen en past de regeling hierop aan. Geschikt voor aansturing van- en samenwerking met dynamische beprijzing.

Wat kunnen we leren van De Lus?

• Gebrek aan stroom vanuit de netbeheerder hoeft geen onoverkomelijk probleem te zijn.
• Volledig off-grid woningen zijn technisch en financieel haalbaar.
• We moeten goed op de relevante wet- en regelgeving letten (PS-37, NTA8800, Activiteitenbesluit, stikstofuitstoot, geluidsproductie enzovoort).
• Simulatie van de productie van elektriciteit en warmte speelt een hoofdrol bij het dimensioneren van de installatie, het voldoen aan bijvoorbeeld de stikstofnorm en het overtuigen van de opdrachtgever en de eigenaar van de leveringszekerheid.
• Bevries op tijd de technologie die in het project wordt verwerkt.
• Volg nauwgezet nieuwe ontwikkelingen zoals opwek met windmolens of brandstofcellen. Deze kunnen op termijn wellicht ingepast worden en de milieubelasting en de kosten van de installatie verder verlagen.

Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: Schouten Techniek