Resultaten van de energieproducerende kassen op het Innovatie en Demo Centrum

Transcriptie

1 Resultaten van de energieproducerende kassen op het Innovatie en Demo Centrum FlowdeckKas ZonWindKas SunergieKas H.F. de Zwart Wageningen UR Glastuinbouw augustus 2010 Openbaar rapport

2 2010 Wageningen, Wageningen UR Glastuinbouw Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Wageningen UR Glastuinbouw Wageningen UR Glastuinbouw Adres : Droevendaalsesteeg 1, 6708 PB Wageningen : Postbus 16, 6700 AA Wageningen Tel. : Fax : glastuinbouw@wur.nl Internet : 2

3 1 Samenvatting Op 20 april 2009 is het Innovatie en Democentrum in Bleiswijk door de minster van Landbouw, Natuurbeheer en Voedselkwaliteit geopend. Dit centrum is opgezet rond drie winnende ontwerpen van de ontwerpwedstrijd Kas Als Energiebron. Deze kassen waren ontworpen om energieneutraal te zijn (de ZonWindKas), of zelfs netto energie producerend (de FlowdeckKas en de SunergieKas). Met een energieneutrale kas is hier een kas bedoeld, die (bijna) geen ingekochte energie nodig heeft maar (vrijwel) geheel op zonne-energie draait. Met een netto energie producerende kas wordt een kas bedoeld die op jaarbasis meer energie aan derden levert dan dat deze zelf aan energie inkoopt. In het geval van de FlowdeckKas en de SunergieKas bestaat de ingekochte energie hoofdzakelijk uit aardgas en wordt de afgezette energie hoofdzakelijk in de vorm van opgewarmd water geleverd. Om de perspectieven van deze ontwerpen te bepalen zijn de kassen op semi-praktijkschaal gebouwd en gedurende een jaar gemonitord en is de (energie)balans van een volledige jaarcyclus opgemaakt. De belangrijkste conclusie is dat alle drie de kasontwerpen minder hebben gepresteerd dan wat er in de ontwerpen van deze kassen verwacht werd, zowel qua energieprestatie als qua economische prestatie. De lagere energieprestatie is voor het grootste deel het gevolg van te optimistische aannamen in de ontwerpen. Een tweede reden is dat een kwalitatief hoogwaardig tuinbouwproduct in de praktijk een strakkere beheersing van het kasklimaat vereist dan waarvan in de verschillende ontwerpdocumenten was uitgegaan (meer verwarmen, dieper koelen, minder vernevelen). Bij de FlowdeckKas speelde ook het feit dat het watervoerende kasdek niet gefunctioneerd heeft parten (zowel qua energie als qua productie). De slechtere economische prestatie is deels een gevolg van de lagere energieprestatie, maar ook doordat de marktwaarde van de aan derden te leveren energie (warmte) lager is dan aangenomen in de ontwerpdocumenten. De uiteindelijke investeringskosten voor de kassen bleken ook behoorlijk af te wijken van de verwachtte kosten. De drie consortia zijn desondanks tevreden over het resultaat. De proeven hebben laten zien dat het goed mogelijk is om glastuinbouw in hoge mate zelfvoorzienend te maken in zijn verwarmingsbehoefte. De ZonWindKas heeft met slechts 6 m³ aardgas en 7 kwh elektriciteit een prima potanthuriumteelt voortgebracht. In vergelijking met de gangbare (onbelichte) teelt van potanthurium betekent dit 82% verlaging van de energiebehoefte. Met nog kleine verbeteringen is een reductie tot 100% op de warmtevraag mogelijk. De kerntechnologie hier is de directe benutting van het overtollige zonlicht door verstelbare zonnecollectoren in de zuidwaarts gerichte dakvlakken. Hierdoor kan zonne-energie op hoge temperatuur worden verzameld. Een teeltkundig voordeel van deze collectoren is de proportionele regelbaarheid van de lichtintensiteit in de kas. De hoge kostprijs voor de seizoensopslag van warmte is het belangrijkste dat de uitrol van het ZonWindKas concept in de weg staat. Het betreffende consortium heeft aangegeven dat het hard werkt aan een oplossing voor dit knelpunt. De twee andere kassen op het IDC waren ontworpen voor de groenteteelt. Omdat in de groenteteelt minder licht in de kas direct ook minder productie betekent blokkeert dit de mogelijkheid om zonlicht direct af te vangen en in hoge temperatuurwarmte om te zetten. De hoge lichtbehoefte van het gewas leidt ertoe dat het zomerse energie-overschot in de groenteteelt vooral in de vorm van laagwaardige warmte beschikbaar komt. Het verzamelen van dit laagwaardige energie-overschot, nodig voor de invulling van de eigen warmtevraag in de winter en voor de levering van warmte aan derden, kost elektriciteit voor de 1

4 aandrijving van pompen en ventilatoren (15 tot 30 kwh per m²). Omdat de warmte op een lage temperatuur verzameld en opgeslagen wordt (16 tot 18 C), is in de winter een warmtepomp nodig om de kas te kunnen verwarmen. Dit maakt dat de beide groentekassen volgens de definitie energieproducerend waren, maar níet onafhankelijk van de input van hoogwaardige energie. De FlowdeckKas heeft een jaarlijkse energie-input van 13 m³ aardgas per m² per jaar nodig en de SunergieKas een energie-input van 27 m³ per m² per jaar. Tegenover deze input aan aardgas stond een warmte-overschot van respectievelijk 20 m³ aardgas equivalenten per m² voor de FlowdeckKas en 29 m³ aardgas equivalenten voor de SunergieKas. Voor beide kassen gold dus dat ze meer energie (in de vorm van laagwaardige warmte) aan derden konden leveren dan dat ze zelf aan energie nodig hadden (en volgens de definitie dus energieproducerend waren). De kwaliteit van de geleverde energie (warmte) en de economische waarde daarvan is wel vele malen lager dan die van de ingekochte energie (gas). Dit verschil komt in de definitie van de netto energieproducerende kas niet tot uitdrukking, maar dit verschil in waarde heeft wel een belangrijke impact op het economisch perspectief. Uit alle resultaten in de ZonWindKas en de beide groentekassen komt impliciet naar voren dat een netto energie producerende kas niet synoniem is met een energieneutrale kas. Ook blijkt dat de Sunergiekas en de Flowdeckkas, die beide een netto energieproductie halen, niet onafhankelijk zijn van fossiele energie. Energieneutraal, netto producerend en fossiele energie vrij zijn dus niet synoniem maar kijken elk vanuit een andere invalshoek naar de energieaspecten van de kas. De ZonWindKas was gericht op energieneutraliteit en weerspiegelt het streven naar zelfvoorziening. De twee groentekassen waren gericht op de levering van warmte aan derden, waarmee de eigen energie-inkoop in energietermen kon worden gecompenseerd. Dan is er volgens de definitie immers sprake is van netto energie productie. Dit concept is dus gebaseerd op een afnemer van het warmte-overschot. Zonder deze afnemer óf bij een beperkte afname is er dan géén sprake meer van netto energieproductie. De energieproducerende kas moet dus altijd in relatie tot de afnemer worden geplaatst. In deze studie is dit gedaan door naast een energieproducerende kas een andere kas te situeren die ook gebruik maakt van een warmtepomp voor de verwarming, maar de daarvoor noodzakelijke opwarming van de aquifer door de naastgelegen energieproducerende kas laat invullen. Wanneer deze kassen als één systeem worden gezien, blijkt de gebruikte techniek op het IDC, het energieverbruik naar 17 (op basis van de SunergieKas) tot zelfs 13 m³/(m² jaar) kan dalen (bij combinatie van een FlowdeckKas en een standaard kas). Ten opzichte van een gebruikelijke energievraag van 35 tot 40 m³/(m² jaar) in de groenteteelt betekent dit een forse verlaging, die voornamelijk wordt gerealiseerd door de verhoogde inzet van zonne-energie. Van de 3900 MJ zonnestraling per m² grondoppervlak (monitoring-jaar) heeft de ZonWindKas 760 MJ in de vorm van water op 65 C ingevangen. De SunergieKas heeft 1300 MJ vanuit het zonlicht in de vorm van opgewarmd water aan de kaslucht onttrokken. Hierbij is water van ongeveer 10 C naar gemiddeld 20 C opgerwarmd. Met dit water kan een aquifer (dat is een ondergrondse watervoerende laag) op 18 C worden gebracht. Dit temperatuurverlies van 2 C komt vanwege de wettelijke verplichting dat er een scheidingswisselaar zit tussen het grondwater en het water dat in de kas circuleert Deze 18 C lijkt laag, maar omdat de kaslucht waaraan de warmte wordt onttrokken vanuit teeltkundig opzicht niet warmer dan 28 C mag worden (en in de avond zelfs naar 18 C gebracht wordt) is een gemiddelde temperatuur van 18 C in eden aquifer een goede prestatie. De FlowdeckKas (zonder werkend flowdeck, maar met airconditioning units) heeft 800 MJ/m² aan de kaslucht onttrokken. Omdat het koeloppervlak in deze kas kleiner was door het ontbreken van het koelende dek is de warmte bij deze kas op 16 tot 17 C in de warme bron gepompt. Een lagere temperatuur in de warme bron betekent niet dat er minder energie kan worden opgeslagen maar wel dat er per eenheid opgeslagen energie meer water heen en weer moet worden gepompt zodat de efficiëntie lager is. 2

5 Hoewel de energieprestaties groot zijn en de techniek met vertrouwen toegepast zou kunnen worden (met uitzondering van het watervoerende kasdek, wat feitelijk niet gewerkt heeft) kunnen onder de huidige economische omstandigheden geen van de drie ontwerpen in de huidige vorm in de praktijk worden uitgerold. De economische omstandigheden maken dat kassen zoals de SunergieKas en FlowdeckKas pas bij gasprijzen rond de 50 cent per m³ zouden kunnen renderen en dat een vrijwel zelfvoorzienende potplantenkas zoals de ZonWindKas pas bij een gasprijs van 90 cent per m³ rendabel wordt. Onder rendabel wordt hier verstaan dat de toe te rekenen meerinvesteringen in 7 jaar terugverdiend zijn. Elementen van de ontwerpen die in de demo s beproefd zijn zullen echter zeker hun weg in de tuinbouw vinden. Mede door het IDC zijn het gebruik van slurven onder het gewas (voor ontvochtiging), verneveling, meerdere schermlagen, proportionele lichtintensiteit-regeling en gedeeltelijke koeling, in opmars. Het consortium van de ZonWindKas ziet ook nog mogelijkheden om fors te besparen op de kosten van het warmteopslagsysteem en de overige meerkosten aanzienlijk te verlagen. Na uitwerking van deze verbeteringsopties zou een zelfvoorzienende kas zoals de ZonWindKas op praktijkschaal kunnen worden gerealiseerd. Onder de huidige economische condities is het voor de gemiddelde tuinder echter aantrekkelijker om zijn energiekosten in de hand te houden door verstandige handel in energie dan via een sterk verhoogde zelfvoorziening met behulp van zonne-energie. In plaats van hoge investeringen in duurzame energie en lage variabele kosten in verband met het beperkte resterende verbruik is het economisch perspectief voor een tuinbouwbedrijf met een hoge gas-inkoop (ordegrootte 50 m³ per m² per jaar) en grote elektriciteitsverkoop (ordegrootte 150 kwh per m² per jaar) in de meeste gevallen gunstiger. 3

6 2 Inleiding Ter realisatie van de duurzaamheidsambities van de tuinbouwsector 1 onderscheidt het onderzoeksprogramma Kas als Energiebron een zevental transitiepaden. Deze zijn in weergegeven in Figuur 1. Energie besparen Duurzame energiebronnen Fossiele energie efficiënt inzetten Overig Teeltstrategieën Licht Zonne-energie Aardwarmte Biobrandstoffen Duurzame(re) elektriciteit Duurzame(re) CO2 Figuur 1. De 7 transitiepaden van het onderzoeksprogramma Kas als Energiebron Omdat het ambitieniveau hoog ligt zullen bijdragen uit alle 7 paden nodig zijn en moeten veel ontwikkelingen in gang worden gezet. Ook zijn er veel partijen bij de uitwerking van het onderzoeksprogramma betrokken (LTO Glaskracht Nederland, het Productschap Tuinbouw, het Ministerie van Landbouw Natuurbeheer en Voedselkwaliteit, uitgevers, kennisinstellingen, adviesbureaus). Voor een snelle doorstroom van nieuwe ontwikkelingen is in 2006 is besloten het Innovatie- en Democentrum (IDC) op te richten. Dit IDC biedt ruimte om drie kas-prototypen te demonstreren die de jury van de ontwerpwedstrijd Kas als Energiebron het meest perspectiefvol vond. Door de ontwerpen op semi-praktijkschaal te bouwen is het IDC een katalysator voor technologische innovaties. Het gaat daarbij vooral om ontwikkelingen die het fossiele energiegebruik verlagen. Parallel daaraan wordt de CO 2 -emissie verlaagd. Het Innovatie- en Democentrum zorgt daarnaast voor het verzamelen en verspreiden van de opgedane kennis en zichten. In de ontwerpwedstrijd ging het om kassen die ten minste energieneutraal moesten functioneren, maar bij voorkeur netto energieproducerend moesten zijn. Met energieneutraal werd netto energieproductie 0 bedoeld. Hoofdstuk 3 geeft een verduidelijking van deze begrippen. Figuur 2. Schets van de kassen op het IDC-terrein 1 De concrete ambities zijn: (a) alleen nog energieneutrale kassen bij nieuwbouw in 2020 (b) een reductie van de jaarlijkse CO 2-emissie naar 3.6 Mton (dat is een reductie van 48% t.o.v. 1990) en (c) de verhoging van het aandeel duurzame energie naar 20% 4

7 Figuur 2 toont van links naar rechts de FlowdeckKas van 550 m², de ZonWindKas van 280 m² en de SunergieKas, ook 550 m². Behalve een demonstratieobject waren de drie demo s ook een test-opstelling. De meetgegevens uit deze kassen zijn vergeleken met de verwachtingen die vooraf in de ontwerpdocumenten zijn geschetst. Voor alle ontwerpen gold dat de uiteindelijke resultaten behoorlijk achterbleven bij de verwachtingen. De ZonWindKas was niet energieneutraal, maar had een resterende warmtevraag van 6 m³ aardgas equivalenten en daarnaast 7 kwh aan elektriciteit nodig. De SunergieKas had een netto energieproductie van 2 m³ aardgas per m² per jaar in plaats van de verwachte 50 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar. De FlowdeckKas kwam op een netto energieproductie van 7 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar in plaats van de 25 die verwacht werden. De economische perspectieven bleken eveneens in de praktijk aanzienlijk lager dan van tevoren was aangegeven. Het FlowdeckKas rendeert pas bij een gasprijs die hoger is dan 45 cent per m³, de SunergieKas bij een gasprijs boven de 50 cent per m³ en de investeringen in de ZonWindKas renderen pas bij een gasprijs van 90 cent per m³. Met renderen wordt hier bedoeld dat de meerinvesteringen van de ontwerpen ten opzichte van de huidige standaardkas zich in 7 jaar terugverdienen. Hoofdstuk 4 geeft een analyse van de oorzaken voor deze tegenvallende resultaten. Toch zijn de drie deelnemende consortia erg tevreden over de resultaten die met de drie demo s behaald zijn. Er is een grote hoeveelheid nieuwe kennis en inzicht gegenereerd en het IDC heeft gedurende de meetperiode als een belangrijk focuspunt voor innovaties in de tuinbouw gewerkt. Hoofdstuk 5 zet deze verworvenheden op een rijtje en wordt de balans van de experimenten in het afgelopen jaar opgemaakt. 5

8 3 Netto energieproductie, energieneutraal en vrij van fossiele energie Volgens de gebruikte definitie is een netto energieproducerende kas een kas die meer energie aan derden levert dan dat deze kas zelf inkoopt. Zo n positieve energiebalans kan alleen gerealiseerd worden als de kas duurzame bronnen zoals zon, wind of geothermie in een voor derden bruikbare vorm weet om te zetten. De definitie voor een netto energieproducerende kas stelt geen eisen aan de kwaliteit van de geleverde energie. Dit betekent dat wanneer een kas bijvoorbeeld 20 m³ aardgas per m² per jaar verbruikt (energieinhoud 630 MJ), maar aan het eind van dat jaar bijvoorbeeld 18 m³ grondwater voor derden van 10 naar 20 C heeft opgewarmd (energieinhoud 750 MJ), de kas netto energie producerend genoemd kan worden. Het opwarmen van 18 m³ water van 10 naar 20 C vertegenwoordigt dus 750 MJ aan energie en uitgedrukt in aardgas equivalenten is dit bijna 24 m³ aardgas equivalenten. De verbranding van 20 m³ aardgas levert 630 MJ op. Als de energie die in de opwarming van dit water is gegaan wordtin dit voorbeeld is de kas met 4 m³ overschot een netto energieproducerende kas. Het zal echter duidelijk zijn dat de gebruikswaarde van 20 m³ aardgas (de kwaliteit) vele malen hoger is dan de gebruikswaarde 24 m³ aardgas equivalenten in de vorm van water dat naar 20 C is opgewarmd. Het begrip (netto) energieproducerend wordt dan ook uitdrukkelijk onderscheiden van energieneutraal. Een systeem wordt alleen energieneutraal genoemd als er helemaal geen energie voor ingekocht hoeft te worden, of een situatie waarin de inkoop van energie wordt gecompenseerd met een even zo grote (of grotere) levering van energie van een vergelijkbare kwaliteit. Omdat de definitie voor een energieproducerende kas geen eisen aan de kwaliteit van de energie stelt, behalve dat er een afnemer voor aan te wijzen is, hebben twee van de drie ontwerpen (de SunergieKas en de FlowdeckKas) zich gericht op de verzameling van laagwaardige warmte ter compensatie van de hoogwaardige energie-input voor deze kassen. Deze hoogwaardige energie input is voornamelijk aardgas waarmee een WKK wordt aangedreven. Deze maakt elektriciteit voor de aandrijving van de warmtepomp, de circulatiepompen voor de verwarming en voor de aandrijving van ventilatoren en circulatiepompen tijdens de koeling van de kas. De verwarming en koeling zijn nodig voor een hoogproductief kasklimaat bij een zeer geringe CO 2 -behoefte. Bovendien is de koeling nodig voor de energieoogst vanuit de zomerse overschotten. Voor de FlowdeckKas en de SunergieKas wordt deze koeling gebruikt voor het winnen van de zonneenergie waarmee de kassen netto energieproducerend kunnen zijn. Gedurende de dag en in de zomer levert de WKK vaak een overschot aan elektriciteit die op het elektriciteitsnet wordt afgezet. In de winter en s nachts produceert de WKK soms te weinig waardoor er dan elektriciteit uit het openbare net wordt betrokken. Op jaarbasis streven de Flowdeck- en de SunergieKas naar een even grote inkoop als verkoop van elektriciteit zodat de elektrische energie-input precies gecompenseerd wordt door de elektriciteits-output. De resultaten van de Sunergie- en FlowdeckKas, die een netto energieproductie van respectievelijk 2 en 7 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar hebben opgeleverd, tonen aan dat een energieproducerende kas niet synoniem is aan een kas die vrij is van fossiele energie. Hoewel netto energie producerend, gebruikt de SunergieKas 27 m³ aardgas per m² per jaar en de FlowdeckKas 13 m³ per m² per jaar. Het ontwerp voor de ZonWindKas daarentegen, was niet energieproducerend, maar fossiele energie vrij (volgens het ontwerp was de kas energieneutraal voor wat betreft de warmtevraag en zou de kas 3 kwh groene stroom gebruiken). Overigens suggereert het ontwerpdocument dat de ZonwindKas netto energieproducerend zou zijn door het overschot aan elektriciteit die de 6

9 windturbine oplevert (vandaar de naam ZonwindKas). Omdat de windturbine echter géén integraal deel van de kas uitmaakt kan de elektriciteitsproductie daarvan niet tot de output van de kas worden gerekend. Wanneer de windturbine wél als integraal onderdeel van de kas had kunnen worden gezien zou het predikaat energieneutraal voor de ZonwindKas hebben kunnen gelden. Dan had er namelijk geen energie van buitenaf ingekocht hoeven worden. Het feit dat een netto energieproducerende kas niet hetzelfde is als een fossiele energievrije kas betekent dat de gewenste ontwikkeling van de tuinbouw in de richting van een sterk verminderde afhankelijkheid van fossiele energie niet noodzakelijkerwijs via de weg van energieproducerende kassen verloopt. Een standaard tomatenkas zou technisch gezien uitstekend kunnen draaien op 30 liter biodiesel per m² per jaar. Deze duurzame energie-input betekent echter een forse verhoging van de energiekosten. Bovendien is de beschikbaarheid van niet fossiele energie voorlopig nog zeer beperkt. Grootschalige inzet van niet-fossiele energie in de ene sector betekent dat andere sectoren (bijvoorbeeld transport) de mogelijkheid voor het gebruik van deze energiedragers wordt ontnomen. Voor de ontwikkeling in naar een fossiele energie vrije tuinbouw is het dus van groot belang om de benodigde energie-input van de tuinbouw zelf te beperken. De technologieën die op het IDC zijn gedemonstreerd zullen daarbij zeker hun rol spelen. Immers, het belangrijkste gemeenschappelijke kenmerk van alle drie de ontwerpen is een forse verhoging van de inzet van zonne-energie voor de verwarming van kassen. 7

10 4 Waarom bleven de prestaties achter bij de verwachting Bij de officiële opening van het Innovatie en DemoCentrum waren de verwachtingen hoog gespannen. In de ontwerpwedstrijd die eraan vooraf gegaan was waren in twee selectierondes drie meestbelovende ontwerpen geselecteerd. De ZonWindKas was geselecteerd vanwege het feit dat dit ontwerp een energieneutrale kas zou kunnen opleveren; een kas die los van ingekochte energie zou kunnen functioneren voor de teelt van schaduwminnende siergewassen. De SunergieKas was geselecteerd omdat deze kas met gebruikmaking van de technieken die in de kassenbouw op dat moment voorhanden waren de belofte van een energieproducerende kas zou kunnen waarmaken. De FlowdeckKas was aansprekend omdat deze niet alleen een goede energieproductie beloofde, maar daarnaast ervaringen zou opleveren met een geheel nieuwe benadering van een energiezuinige kasklimaatregeling, namelijk het gebruik van een watervoerend dek. Dit dek zou met gebruikmaking van laagwaardige energie het hele jaar door boven de 13 C gehouden kunnen worden waardoor de kas zelf weinig warmte nodig zou hebben. In de periode tussen de selectie van de ontwerpen en de daadwerkelijke bouw zijn er, in overleg met de stuurgroep, bij ieder ontwerp een aantal aanpassingen gemaakt. Zo is besloten dat de windmolen niet langer als integraal deel van de ZonWindKas wordt gezien en dat daarom de benodigde elektriciteit als een gewone energie-input moet worden gezien. Bij de bouw van de SunergieKas zijn belangrijke vereenvoudigingen in de constructie en installatie aangebracht om de bouwkosten te verlagen en het ontwerp dichter bij de huidige praktijk te brengen. Hierdoor is de terugwinning van warmte tijdens de ontvochtiging komen te vervallen en is de installatie sterk vereenvoudigd, maar dit betekende een vermindering van de netto energieproductie met ruim 15 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar. De FlowdeckKas is in de periode tussen ontwerp en bouw op een geheel andere leest geschoeid. In het ontwerp lag een belangrijk accent op het leveren van hoogwaardige energie (elektriciteit en heet water uit een relatief grote WK-installatie), in de uiteindelijk gebouwde kas is de energieproductie behaald met behulp van uitsluitend laagwaardige energie (koelwater dat van 8 naar 16 C werd opgewarmd), maar werd ook de benodigde energie-input voor de kas sterk verlaagd. In plaats van een gasverbruik van 40 m³/(m² jaar) zou de kas zoals die werd neergezet ruim onder de 20 m³/(m² jaar) uitkomen. Nadat de drie ontwerpen als demonstratie-object waren gebouwd is de energieprestatie van deze kassen nauwkeurig gevolgd naast het verloop van de teelt. De ZonWindKas heeft als meest karakteristieke element beweegbare lamellen in het zuidwaarts gerichte dakvlak. Door de asymmetrische vorm is dit zuidwaartse dak extra groot. Omdat de kas bedoeld is voor de teelt van schaduwminnende gewassen werden deze lamellen gesloten zodra de intensiteit van het zonlicht boven de 200 tot 250 W/m² straling uitkwam (afhankelijk van het seizoen). In de lamellen is het overtollige zonlicht gebruikt om water van 25 C naar 65 C op te warmen. Het grote temperatuurverschil dat de lamellen kunnen creëren maakt het mogelijk om de energie die in de zomer wordt verzameld op te slaan in een bovengrondse (of half ingegraven) buffersysteem. Door gebruik van goed isolatie (ordegrootte 50 cm dik polystyreen) kan de energie een half jaar worden vastgehouden. In het experiment is aangetoond dat de verzameling van de overtollige zonne-energie met deze lamellen prima functioneerde. Gedurende de zomer van 2009 hebben de lamellen ruim 4 m³ 8

11 water van 25 naar 65 C kunnen opwarmen. Dit komt overeen met 22 m³ aardgas equivalenten per m² kas per jaar. Bij de seizoensopslag van deze warmte treedt er iets meer dan 5% verlies op, dus als de kas minder dan 21 m³ aardgas equivalenten aan warmte per jaar zou gebruiken zou de ZonWindKas geheel in zijn eigen warmtevraag kunnen voorzien. De metingen lieten zien dat de ZonWindKas qua energieverzameling goed overeenkomt met de verwachtingen maar dat het eigen warmteverbruik fors hoger lag dan de 21 m³ aardgas equivalenten die verzameld waren. In de originele uitvoering (zonder energiescherm) kwam de warmtevraag voor een pot-anthuriumteelt uit op 38 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar. In de loop van de winter is de kas uitgebreid met een energiescherm wat het warmteverlies fors beperkte. Als dit scherm van het begin af in de kas had gezeten zou de warmtevraag op 28 m³ aardgas zijn uitgekomen, en was de warmteverzameling in de zomer nog wat hoger geweest. Op grond van de resultaten is geconcludeerd dat de ZonWindKas zoals gebouwd op jaarbasis 6 m³ aardgas equivalenten aan warmte tekort kwam. Tegelijk is echter ook geconstateerd dat bij een kwalitatief beter scherm, en vooral als dit direct in het ontwerp zou zijn opgenomen, het warmteverbruik nog verder zou zijn afgenomen. Een volledige zelfvoorziening voor wat betreft de warmtevraag is voor een ontwerp als de ZonWIndKas dus realistisch. Het elektriciteitsverbruik van de kas is met 7 kwh per m² per jaar hoger dan de waarvan bij het ontwerp was uitgegaan (3 kwh/(m² jaar), maar is dermate laag dat dit gemakkelijk met duurzame energie kan worden ingevuld. Wanneer bijvoorbeeld zonnecellen zouden worden toegevoegd kan de kas zelfs geheel energieneutraal worden. Hiervoor is een zonnecel oppervalk nodig dat kleiner is dan 10% van het kasoppervlak zodat hiervoor al gauw voldoende ruimte voor gevonden zou kunnen worden (het dak van de bedrijfsschuur, de afdekking van het regenwaterbassin). Ook zouden de lamellen bekleed kunnen worden met PV-cellen. De ins en outs van deze laatste optie is in een apart project als spin-off van het IDC-onderzoek onderzocht. Ondanks de conclusies uit de metingen is het concept voor de ZonWindKas qua energieprestatie dus zeker perspectiefvol want ook de teelt verliep prima. Tuinders waren vooral erg enthousiast over de variabele beschaduwingsfactor die de lamellen in het kasdek bieden en de snelheid waarmee er op wisselende weersomstandigheden kan worden gereageerd. Het belangrijkste knelpunt zijn de zeer hoge kosten van de kas. Vooral de goed geïsoleerde warmte-opslag buffer van 2.7 m³ water per m² kas vormt een kostenpost die pas gaat renderen (waarmee wordt bedoeld dat de investering in 7 jaar kan worden terugverdiend) bij een gasprijs van meer dan 90 cent. Het consortium, bestaande uit Gakon kassenbouw en Thermotech Advies, gaat nu intensief op zoek naar alternatieve vormen van warmte-opslag (PCM s of thermochemische opslag) voordat het verder wil met de doorontwikkeling van het ontwerp ZonWindKas. De SunergieKas bleek weliswaar netto energie producerend (2 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar), maar in veel mindere mate dan verwacht. Eén belangrijke reden is het achterwege laten van de warmteterugwinning tijdens de ontvochtiging. Een veel grotere impact had echter de geringere licht-absorptie door het gewas. Bij het ontwerp van de kas was uitgegaan van 90% omzetting van zonne-energie naar (voelbare en latente) warmte in de kas. Dus als er buiten 750 W/m² straling was en de kas heeft een lichttransmissie van 77% werd een koelbehoefte (= warmteoogst) van 750 * 0.77 * 0.90 = 520 W/m² verwacht. In de praktijk bleek de reflectie van licht door een gewas veel hoger zodat de absorptie van zonlicht in een tomatengewas niet meer dan 60% bleek te zijn. Een plant is dus veel minder een zonnecollector dan meestal wordt gedacht. De geringere stralingsabsorptie door het gewas betekende op jaarbasis een vermindering van de warmte-oogst met 21 m³ aardgas equivalenten 9

12 per m² per jaar. Daarmee vormt dit punt de belangrijkste oorzaak voor de tegenvallende energieproductie. Een derde, en kleinste factor die de energieproductie heeft beperkt is het feit dat de lichttransmissie van de kas geen 77% was, maar gemiddeld 68%. Tijdens de bouw is gekozen voor standaard componenten in plaats van de nieuw te ontwikkelen profielen die in het oorspronkelijke ontwerp waren voorgesteld en ook de keus voor een tweede beweegbaar scherm heeft een paar procent lichttransmissie gekost. De lagere transmissie is verantwoordelijk voor een vermindering van de energieproductie met bijna 5 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar. In economisch opzicht resulteerde het resultaat van de SunergieKas in een iets langere terugverdientijd dan in het oorspronkelijke ontwerp was geschetst. Bij de bouw zijn er aanzienlijke besparingen doorgevoerd, maar omdat de energielevering sterk achterbleef bij de verwachting waren de inkomsten die hieraan toegekend werden uiteraard ook lager. Ook bleef de meerproductie die in de SunergieKas kon worden gerealiseerd achter ten opzichte van de verwachting. Door de lagere lichtdoorlatendheid, maar ook door de verdere toename van de productie in standaardkassen bleef de meerproductie in 2009 beperkt tot 10% ten opzichte van de top-tomatentuinders en 15% ten opzichte van de gemiddelde tomatentuinder. Dit terwijl in de oorspronkelijke berekeningen uitgegaan was van 23% meerproductie. Het gevolg was dat de terugverdientijd, van de extra investeringen die de SunergieKas tot een netto energieproducerende kas maken, bijna 7 jaar wordt bij een gasprijs van 50 cent per m³. Bij het ontwerp werd een terugverdientijd van 5 jaar verwacht bij een gasprijs van 47 cent per m³. De FlowdeckKas heeft in energetisch opzicht weliswaar minder goed gepresteerd dan verwacht, maar liet de hoogste netto energieproductie zien. Dit ondanks het feit dat het watervoerende kasdek, waar de kas zijn naam aan ontleent, niet heeft gewerkt. Het watervoerende dek was vooral bedoeld om overdag een hoge lichttransmissie in de kas te kunnen realiseren, terwijl een leeggelopen kasdek s nachts voor een hoge isolatiegraad zou zorgen. Omdat het dek de hele proefperiode leeg is gebleven heeft de kas steeds een zeer hoge isolatiegraad gehad. Bovendien was de kas voorzien van een ontvochtigingssysteem wat warmteverlies tijdens de ontvochtiging voorkwam. Bij deze zogenaamde Regain-unit wordt op momenten dat de kaslucht te vochtig is, droge buitenlucht naar binnen geblazen, tegelijk met het naar buiten blazen van de (te) vochtige kaslucht. Deze twee luchtstromen passeren elkaar in een kruisstroomwisselaar zodat de inkomende buitenlucht wordt opgewarmd met de uitstromende kaslucht, waarmee een substantiële energieterugwinning plaatsvindt. Deze is ca 5 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar. Tenslotte had de FlowdeckKas naast een dubbelwandig dek ook nog een scherminstallatie. Deze drie factoren maakten dat de warmtevraag van de FlowdeckKas niet meer dan 16 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar bedroeg. De lage warmtevraag betekende dat ook de elektriciteitsbehoefte laag was omdat de warmtepomp minder hoefde te draaien. Het lage elektriciteitsverbruik betekende ook dat er maar een kleine WKK-installatie nodig was en de kas op jaarbasis slechts 13 m³ aardgas als hoogwaardige energie-input nodig had. Het feit dat het flowdeck niet met water gevuld kon worden maakte echter dat de lichtdoorlatendheid van het dek beperkt was (gemiddeld 48%). Hierdoor is de hoeveelheid energie die uit de kas geoogst kon worden eveneens beperkt (in 2009 was dit 25 m³ aardgas equivalenten per m²). Na aftrek van het eigen gebruik voor verwarming in de winter bleek de FlowdeckKas 20 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar aan derden te kunnen leveren. De netto energieproductie kwam daarmee op = 7 m³ aardgas equivalenten per m² per jaar. 10

13 De lage lichttransmissie heeft ook geleid tot een verminderde gewasproductie. De ongebruikelijke plantdatum van het tomatengewas maakte een precieze vergelijking van het teeltresultaat niet goed mogelijk, maar naar het oordeel van gewasspecialisten lag de productie 5% lager dan in de gangbare teelt. De beperkte energieproductie en de lage gewasproductie hebben uiteraard een grote weerslag op het bedrijfseconomisch perspectief voor de FlowdeckKas. Zoals de kas in het experiment heeft gewerkt (dus zonder watervoerend dek) komt een terugverdientijd op de meerinvesteringen van 7 jaar pas bij een gasprijs boven de 45 cent per m² in beeld. De ervaringen met de positieve aspecten van een dubbelwandig kasdek en de Regain-unit hebben er evenwel toe geleid dat de FlowdeckKas een door-ontwikkeling naar de zogenaamde VenLowKas heeft gemaakt. Dit is een kas met een dubbel glas kasdek, waarbij het glas met coatings is behandeld om de lichttransmissie vergelijkbaar met die van een standaard kas te kunnen krijgen. 11

14 5 Wat is er geleerd Ondanks het feit dat geen van de drie ontwerpen bij de afronding van de meetperiode in de huidige vorm doorgang vinden in de tuinbouwpraktijk zijn de drie consortia tevreden over de resultaten die op het IDC zijn behaald. Het IDC heeft veel mensen over de vloer gehad. Gedurende de verslagperiode zijn er ruim 2000 bezoekers geweest, waarvan de helft tuinders en voorlichters. Een kwart van de bezoekers was als leverancier bij de tuinbouw betrokken. Ook onderwijs en beleid waren goed vertegenwoordigd. Onder de laatste categorieën bezoekers waren veel bezoekers die nauwelijks wisten hoe de tuinbouw functioneert, zodat de innovatieve insteek van de sector prima voor het voetlicht kon worden gebracht. Een belangrijke les uit het IDC is dat een (energie) efficiënte tuinbouw altijd maatwerk zal zijn. De ZonWindKas heeft bijvoorbeeld laten zien dat een zeer grote beperking op het energieverbruik bij gelijke productie mogelijk is, maar dat het concept dat daarvoor gebruikt wordt alleen in de schaduwminnende potplantenteelt toepasbaar is. De lichtreductie in de kas is bij een aantal van deze gewassen een voordeel, terwijl dat in de groenteteelt een groot nadeel vormt en deze benadering daar dus niet toegepast kan worden. Ook hebben de experimenten laten zien dat dit soort innovaties en energiezuinige kassen aanzienlijke investeringen met zich meebrengen die alleen kunnen renderen bij fors hogere energieprijzen dan vandaag de dag. De resultaten van het IDC overziend komen er een paar innovaties bovendrijven die, mede door de demonstratie op het IDC, een gestage opmars in de praktijk zullen gaan doormaken. In de eerste plaats is dat de toepassing van verneveling. Deze trend was al op gang gekomen met de positieve resultaten van de verneveling in het project Kas als Energiebron bij Hydro Huisman in 2007 t/m Daar kwam duidelijk naar voren dat het vermijden van lage luchtvochtigheid bij potplanten tot een duidelijke verhoging van de teeltsnelheid kan leiden. De potanthuriumteelt in de ZonWindKas heeft ook weer met veel succes verneveling toegepast. In de groenteteelt kan verneveling de efficiëntie van de CO 2 -dosering belangrijk verbeteren, wat gezien de verwachte verlaging van de CO 2 -beschikbaarheid in de toekomst steeds belangrijker wordt. Een tweede ontwikkeling die dank zij het IDC volop in de belangstelling staat is het inblazen van buitenlucht onderin het gewas om de luchtvochtigheid te kunnen verlagen. De gewasverzorgers hebben gezien dat de ziektedruk, met behulp van dit systeem, op een acceptabel niveau blijft ondanks een hoge luchtvochtigheid op kop-niveau in de kas. Zowel de SunergieKas als de FlowdeckKas hadden zo n systeem, zij het met verschillende capaciteiten. Over de optimale capaciteit is nog weinig bekend en dan vooral in relatie tot het te telen gewas. Het lucht-inblaassysteem kan worden toegepast zónder (zoals bij de SunergieKas), of mét terugwinning van voelbare warmte (zoals bij de FlowdeckKas. Uiteraard is een systeem met warmteterugwinning duurder, maar bij een warmteprijs boven de 10 euro per GJ zal warmteterugwinning voor veel verdampende gewassen (tomaat en komkommer) kunnen gaan renderen. Een derde punt is de ervaring dat om de gangbare kwaliteit en kwantiteit bij groentes te bereiken, een vrij strakke besturing van het klimaat nodig is. Met name in de zomer komt het daardoor regelmatig voor dat de kas gedurende een groot deel van de avond en nacht gekoeld wordt, waarna er in de ochtend weer snel opgestookt moet worden. Vaak moest sterker / intensiever worden gekoeld om de etmaaltemperatuur voldoende laag te kunnen houden (koelen starten bij 24 C in plaats van bij 27 C). Deze strakke manipulatie van het klimaat heeft in een gesloten kas weliswaar nauwelijks invloed op de netto energieproductie, maar vraagt relatief veel elektriciteit 12

15 (ordegrootte 10 kwh/m² per jaar). De behoefte aan elektriciteit stuwt de hoogwaardige energiebehoefte omhoog. De laatste belangrijke les uit het IDC is dat de netto energieproducerende FlowdeckKas en SunergieKas pas tot uiting komt als er een afnemer voor de laagwaardige warmte beschikbaar is Bij deze kassen komt de netto energieproductie immers tot stand via het vermeden energieverbruik van de afnemende partij. De consequentie is dat naast een netto energieproducerende kas altijd een aanzienlijk oppervlak met energieverbruiker (kassen) moet staan. Zo is naast 1 ha FlowdeckKas een 1.5 ha standaard kas nodig (onbelichte groenteteelt). Is de naastgelegen kas een belichte teelt of een weinig warmtebehoevende teelt dan moet er een aanzienlijk groter oppervlak tegenover 1 ha energieproducerende (FlowdeckKas of SunergieKas) staan. Dit beperkt ing het maximale aandeel van dit soort kassen in het totale kasareaal sterk. De in het IDC geteste energieproducerende kassen kunnen dus slechts een beperkte bijdrage leveren aan de verduurzaming van de sector. De nadruk zal veel meer moeten liggen op de beperking van het hoogwaardige energieverbruik. Het is dan ook deze insteek die in het vervolg van het IDC de boventoon voert. 13