Kwaliteitsverklaring warmtelevering Amsterdam Zuid en Almere

Transcriptie

1 Kwaliteitsverklaring warmtelevering Amsterdam Zuid en Almere

2 Ecofys Netherlands BV Kanaalweg 16-A P.O. Box RK Utrecht The Netherlands T: +31 (0) F: +31 (0) E: W: Kwaliteitsverklaring warmtelevering Amsterdam Zuid en Almere met restwarmte van de energiecentrales te Diemen -Vertrouwelijk- Door: Maarten Graveland Datum: 6 december 2012 Project nummer: BENNL11580 Ecofys 2012 In opdracht van: Nuon Warmte ECOFYS NETHERLANDS BV, A PRIVATE LIMITED LIABILITY COMPANY INCORPORATED UNDER THE LAWS OF THE NETHERLANDS HAVING ITS OFFICIAL SEAT AT UTRECHT AND REGISTERED WITH THE TRADE REGISTER OF THE CHAMBER OF COMMERCE IN MIDDEN NEDERLAND UNDER FILE NUMBER

3 Inhoudsopgave 1 Inleiding 1 2 Methodiek en uitgangspunten Algemeen Aftappen warmte uit de centrale Inzet hulpketels Warmteverliezen in het distributienet Temperatuur primair net Temperatuur primair net Almere Stad en Almere Noorderplassen Temperatuur primair net Diemen-Almere leiding Temperatuur secundair net Temperatuur secundair net Almere Stad en Almere Noorderplassen Temperatuur tapwaternet Leidinggegevens Pompenergie van centrale tot aan meterkast Warmtevraag Resultaten Algemeen Rendement EPC Conclusies Samenvatting en conclusies Bijlage A Uitgangspunten distributienet Bijlage B Berekeningen november 2012 i

4 Overzicht van tabellen Tabel 2-1 Winterse stooklijn primaire distributienet (bron: Nuon)... 4 Tabel 2-2 Zomerse stooklijn primaire distributienet (bron: Nuon)... 5 Tabel 2-3 Stooklijn primaire distributienet Almere Stad en Almere Noorderplassen (bron: Nuon) Tabel 2-4 Stooklijn primair net Diemen-Almere leiding (bron: Nuon) Tabel 2-5 Winterse stooklijn secundaire netten ruimteverwarming (bron: Nuon)... 6 Tabel 2-6 Winterse stooklijn secundaire netten ruimteverwarming Almere Stad en Almere Noorderplassen (bron: Nuon)... 7 Tabel 3-1 Equivalent opwek rendement... 9 Tabel 3-2 Correctie factoren op het opwekrendement...10 Tabel 3-3 EPC s van referentiewoningen...11 Tabel A - 1 Algemene uitgangspunten distributienet...14 Tabel B - 2 Bereking equivalent opwekkingsrendement...16 Bijlagen Bijlage A Uitgangspunten distributienet...14 Bijlage B Berekeningen november 2012 PDEMNL ii

5 1 Inleiding In dit hoofdstuk zullen de achtergronden van deze kwaliteitsverklaring worden toegelicht. Het gebruik van laagwaardige restwarmte voor de levering van ruimteverwarming en warm tapwater bereiding is een goede optie om het fossiel energiegebruik en de daarbij behorende CO 2 -emissies te reduceren. Binnen de gemeenten Amsterdam en Almere wordt al vele jaren op diverse locaties laagwaardige warmte benut voor verwarmingsdoeleinden. De komende jaren zal deze benutting aanzienlijk toenemen. Nieuwe woningen moeten voldoen aan de bouwbesluiteisen (per 1 januari 2011 Energie Prestatie Coëfficiënt = 0,6). De EPC-waarde van een nieuw te bouwen woning wordt bepaald met behulp van een NEN rekenprogramma. In EPC berekeningprogrammas worden uitgangspunten gehanteerd voor opwekkingsrendementen en distributieverliezen van warmtedistributie. Wanneer de forfaitaire waarden voor warmtelevering uit de norm worden gehanteerd, wordt een conservatieve inschatting van het EPC voordeel gehanteerd. Naast de forfaitaire waarden biedt het berekeningsprogramma echter ook de mogelijkheid om de werkelijke rendementen en warmteverliezen van een specifiek warmteproject in te voeren. Daarvoor is projectmatig een onderbouwing nodig; een kwaliteitsverklaring. Gemeenten hebben de bevoegdheid de waarden uit deze zogenaamde kwaliteitsverklaring van toepassing te verklaren voor de berekening van EPC waarden van gebouwen binnen het betreffende warmteleveringsproject. Warmteprojecten kunnen, in tegenstelling tot standaard technieken (zoals HR-ketels), niet op voorhand getest worden. Veelal zijn systemen nog niet eens aangelegd, terwijl wel al een bouwvergunning aangevraagd dient te worden. Nuon Warmte heeft Ecofys gevraagd om het reëel te verwachten totaalrendement na te gaan van het warmtenetwerk van Amsterdam Zuidoost en Almere. Dit warmtenetwerk wordt in de nabije toekomst voornamelijk voorzien van warmte door de Diemen energiecentrale. Het gaat hierbij specifiek om de DM33 en DM34 STEGcentrales, met een vermogen van respectievelijk 180 en 230 MW th. Het warmtenetwerk is momenteel aanwezig in de volgende gebieden: Almere Stad, Noorderplassen, Amsterdam Zuidoost, Zuidoostlob, Zuideramstel, IJburg1, IJburg2, Zeeburg. Het totaalrendement is berekend volgens de NVN 7125:2011 (EMG). Ook is gevraagd een advies af te geven hoe Nuon Warmte met deze warmteprojecten kan omgaan ten aanzien van de EPC-waarde als onderdeel van de bouwvergunning. 1 november 2012 PDEMNL

6

7 2 Methodiek en uitgangspunten In dit hoofdstuk worden de methodiek en uitgangspunten toegelicht die gehanteerd zijn bij het opstellen van de kwaliteitsverklaring. 2.1 Algemeen De EPC-berekening berekent het totaal primair gebouwgebonden energiegebruik voor een gebouw en vergelijkt dit met een normwaarde. Hierbij wordt rekening gehouden met de rendementen in de complete opwekkingsketen, van primaire brandstof tot eindgebruik. Ter bepaling van het totaalrendement van het gebruik van de warmte van de Diemen energiecentrale is de totale keten in beeld gebracht. Van het aftappen van warmte uit de gasgestookte energiecentrale (STEG) tot levering van warmte in de meterkast van een woning. Hierbij komen de volgende onderdelen aan de orde: Rendement aftappen warmte uit warmtekrachtcentrale; inzet hulpwarmteketels voor het opwekken van extra warmte ten behoeve van pieklasten in de warmtelevering; warmteverliezen in het distributienet van centrale tot aan meterkast; pompenergie van centrale tot aan meterkast; energievraag van de woningen. 2.2 Aftappen warmte uit de centrale De warmte is in hoofdzaak afkomstig van de Diemen energiecentrale. Deze centrale produceert electriciteit. Dit gebeurt via het STEG-principe; met gasturbine(s) en een stoomcyclus. In de stoomcyclus wordt energie opgewekt met behulp van stoomturbine(s) welke van warmte wordt voorzien door de verbrandingsgassen van de gas turbine. Tevens wordt laagwaardige warmte afgetapt voor het warmtenetwerk. Door Nuon Warmte is aangegeven dat het warmtenet van de Diemen energiecentrale in 2020 circa TJ aan warmte levert aan het warmtenet. Doordat de Diemen energiecentrale - en in mindere mate de VU energiecentrale - warmte levert, wordt minder elektriciteit opgewekt dan het geval zou zijn zonder warmtelevering. Nuon heeft aangegeven dat voor iedere GJ warmte geleverd door een energiecentrale, er 50 kwh minder elektriciteit wordt opgewekt. 2.3 Inzet hulpketels In het warmtenet zijn een aantal gasgestookte hulpketels toegepast. De hoeveelheid geproduceerde warmte in deze ketels wordt door Nuon Warmte bijgehouden. Op basis van het in 2020 opgestelde vermogen is in theorie slechts een inzet van 2% nodig van de hulpketels. Op basis van ervaring geeft Nuon aan dat de hulpketels 10% van de totale warmte zullen leveren. 1 november 2012 PDEMNL

8 2.4 Warmteverliezen in het distributienet Door Ecofys is een berekening gemaakt van de warmteverliezen zoals die in de praktijk te verwachten zijn. Dit is gedaan op basis van de door Nuon Warmte opgegeven leidinglengten, diameters en temperatuurniveaus van het warmtenetwerk. Het betreft hierbij het netwerk zoals dat medio 2011 aanwezig is. Om te komen tot het equivalent opwekrendement in 2020 zijn een aantal onderbouwde aannames gemaakt. Als uitgangspunt hiervoor geldt dat het berekende leidingverlies in de huidige situatie 33.2% is. Het is Nuon s aanname dat dit percentage gemiddeld hetzelfde blijft. Enerzijds is de verwachting dat er tot 2020 vooral veel netverdichting plaats zal vinden, wat betekent dat er weinig extra leidingwerk nodig is. Dit is gunstig voor het rendement. Daarnaast verwacht Nuon ook een significant gedeelte bestaande bouw aan te sluiten. Hoewel dit vaak om gerenoveerde bestaande bouw zal gaan, is de ervaring dat de warmtevraag per aansluiting hoger zal zijn dan bij nieuwbouw. Ook dit is gunstig voor het rendement. Anderzijds is het bekend dat alle nieuwbouw die tot 2020 zal worden aangesloten, steeds minder warmtevraag zal hebben, als gevolg van de steeds beter wordende energieprestaties van gebouwen. Ecofys vindt deze aannames redelijk Temperatuur primair net Betreffende het primaire distributie netwerk wordt van 2 oktober t/m 31 mei uitgegaan van de door Nuon opgegeven stooklijn. Zie Tabel 2-1. Tabel 2-1 Winterse stooklijn primaire distributienet (bron: Nuon). Gemiddelde dag temperatuur Aanvoer temperatuur Retour temperatuur november 2012 PDEMNL

9 In de periode van 1 juni t/m 1 oktober geldt de stooklijn zoals weergegeven in Tabel 2-2 Tabel 2-2 Zomerse stooklijn primaire distributienet (bron: Nuon). Aanvoer temperatuur Retour temperatuur Met de maandlengtes uit tabel 21.1 van NEN 7120 is een gemiddelde aanvoer distributie temperatuur berekend van 103,9 C. De gemiddelde retour temperatuur van het distributienet is berekend op 67.9 C. In de berekening wordt aangehouden dat deze distributietemperaturen het gehele jaar gehandhaafd blijven. De primaire netten van Almere Stad en Almere Noorderplassen hebben een afwijkende stooklijn. Deze vindt u hieronder beschreven Temperatuur primair net Almere Stad en Almere Noorderplassen In de volgende tabel ziet u de afwijkende stooklijn van het primaire distributienet van Almere Stad en Almere Noorderplassen. 1 november 2012 PDEMNL

10 Tabel 2-3 Stooklijn primaire distributienet Almere Stad en Almere Noorderplassen (bron: Nuon). Buiten temperatuur Aanvoer temperatuur -10 C 110 C 20 C 90 C Met de maandlengtes uit tabel 21.1 van NEN 7120 is een gemiddelde aanvoer distributie temperatuur berekend van 96,4 C. In de berekening wordt aangehouden dat deze aanvoer distributietemperatuur het gehele jaar gehandhaafd blijft. De retour temperatuur van het primaire distributienet is uitgelegd op een temperatuur van 50 C Temperatuur primair net Diemen-Almere leiding Om de warmte van de Diemen energiecentrale beschikbaar te stellen voor het warmtenet van Almere is gekozen voor staal in staal pijp die van van de Diemen energiecentrale door de bodem van het IJmeer naar Almere loopt. De stooklijn van deze verbinding is in onderstaande tabel weergegeven. Tabel 2-4 Stooklijn primair net Diemen-Almere leiding (bron: Nuon). Buitentemperatuur Aanvoer temperatuur Retour temperatuur november t/m maart 125 C 70 C april t/m oktober 100 C 70 C Temperatuur secundair net Amsterdam De secundaire netten voor ruimteverwarming hebben hun eigen stooklijn, zie Tabel 2-5 Tabel 2-5 Winterse stooklijn secundaire netten ruimteverwarming (bron: Nuon). Buitentemperatuur Aanvoer temperatuur Retour temperatuur <-5 C 90 C 50 C -5 C / 15 C Lineair lineair >15 C 75 C 70 C Met de maandlengtes uit tabel 21.1 van NEN 7120 is een gemiddelde aanvoer distributie temperatuur berekend van 79.4 C. De gemiddelde retour temperatuur van het distributienet is berekend op 64.3 C. In de berekening wordt aangehouden dat deze distributietemperaturen het gehele jaar gehandhaafd blijven. De secundaire netten van Almere Stad en Almere Noorderplassen hebben een afwijkende stooklijn. Deze vindt u hierna beschreven. 1 november 2012 PDEMNL

11 2.4.5 Temperatuur secundair net Almere Stad en Almere Noorderplassen Tabel 2-6 Winterse stooklijn secundaire netten ruimteverwarming Almere Stad en Almere Noorderplassen (bron: Nuon). Gebied Aanvoer temperatuur Retour temperatuur Almere Stad 90 C 50 C Almere Noorderplassen 70 C 40 C Buiten het stookseizoen wordt 45% van deze netten, waarbij sprake is van collectieve warm tapwater levering (CTW) op een aanvoer- en retourtemperatuur van 40 C gehouden. De andere 55%, waarbij sprake is van individuele warm tapwater levering (ITW) hanteert buiten het stookseizoen een aanvoertemperatuur van 70 C en retourtemperatuur van 55 C. Er is aangenomen dat het stookseizoen 70% van het jaar beslaat Temperatuur tapwaternet Ten slotte zijn er nog tapwater distributienetten. Deze secundaire netwerken zijn uitgelegd op 65 C aanvoer en 60 C recirculatie. Deze netwerken hebben het gehele jaar dit temperatuurniveau. 2.5 Leidinggegevens De door Nuon opgegeven leidingen zijn allen geïsoleerd. De uitgangspunten hiervoor zijn opgenomen in Bijlage A. Volgens de gegevens van Nuon heeft het primaire net in Amsterdam Zuid en Almere een totale leidinglengte van m (aanvoer en retourleidingen). De secundaire netten voor ruimteverwarming hebben volgens opgave van Nuon een lengte van m. De totale leidinglengte van het secundaire tapwater distributienet is m. Bij het berekenen van de leidingverliezen is uitgegaan van de opgegeven geïsoleerde distributieleidingen (aanvoer, retour en recirculatie), vanaf de centrale tot en met de individuele woning aansluiting. 2.6 Pompenergie van centrale tot aan meterkast Om warmte van een centrale naar een woning te brengen dient water door het distributienet verpompt te worden. De elektrische energie die nodig is voor het rondpompen van dit water dient in rekening gebracht te worden bij het bepalen van het milieurendement van warmtedistributie. Voor dit energieverlies is de forfaitaire waarde van 0,00720 MJ e /MJ th aangehouden. Deze waarde is ontleend aan de norm NVN 7125: november 2012 PDEMNL

12 2.7 Warmtevraag Het totaal rendement van restwarmtelevering zal mede afhankelijk zijn van de totale warmtevraag van de aangesloten woningen. Hoe lager de energievraag, des te slechter het rendement van het systeem. Immers, de warmteverliezen in de distributieleidingen blijven gelijk. Voor de warmtevraag van de woningen is uitgegaan van de opgave van Nuon Warmte. Nuon heeft zijn gegevens gebaseerd op de afzet gegevens zoals in het financiële systeem is vastgelegd, berekend naar het jaar 2020 met behulp van de verwachte warmtevraag na verdere aanscherping van de EPC. De verwachtte warmtevraag in 2020 komt daarmee op GJ. 1 november 2012 PDEMNL

13 3 Resultaten In dit hoofdstuk worden de berekende resultaten behandeld. 3.1 Algemeen In bijlage 1 worden de uitgangspunten en de berekeningen gepresenteerd voor het totale rendement, van bron tot en met de individuele woningaansluiting in de meterkast. In deze berekeningen zijn meegenomen: Productievermindering van elektriciteit van de verschillende STEG-centrales door de levering van warmte; inzet en rendement van hulpwarmtecentrales; warmteverlies in de transportleidingen vanaf de centrale tot en met de individuele aansluiting; benodigde pompenergie voor het rondpompen van het water door de transportleidingen. 3.2 Rendement Het rendement is berekend uitgaande van de distributieverliezen zoals deze zijn berekend door Ecofys. Tabel 3-1 Equivalent opwek rendement Equivalent opwekrendement 2020 Op basis van berekende distributieverliezen 165% 1 november 2012 PDEMNL

14 3.3 EPC Het berekende rendement van de warmtelevering kan gebruikt worden in de EPC berekening van woningen en utiliteit in de gebieden Almere Stad, Noorderplassen, Amsterdam Zuidoost, Zuidoostlob, Zuideramstel, IJburg1, IJburg2, Zeeburg. Er zijn referentieberekening beschikbaar van AgentschapNL, welke kunnen worden aangepast aan de overschakeling van warmtelevering door het warmtenetwerk. Dit is gedaan voor de volgende referentiewoningen: Tussenwoning o externe warmtelevering, forfaitair opwekrendement 110% o hoog temperatuur verwarming o gebalanceerde ventilatie WTW 95% o EPC=0.60 Appartement o externe warmtelevering, forfaitair opwekrendement 110% o hoog temperatuur verwarming o gebalanceerde ventilatie WTW 95% o EPC=0.60 Het rendement van het warmtenetwerk kan worden ingevuld worden met de optie kwaliteitsverklaring. In de EPC daalt het systeemrendement voor ruimteverwarming (nsys;verw) hierbij echter standaard bij beide referenties van 95% naar 90.3%. Aangezien er betreffende het warmtecirculatie- en afgiftesysteem in de woning niets veranderd, is dit niet terecht. Dit kan het beste gecorrigeerd worden door het opwekrendement met een factor (= 95 % ) te verhogen. 90,3% De systeemrendementen voor tapwater (nsys;tap) dalen ook. Ook dit is niet terecht, omdat er aan het leidingnet in de woning en de conversie (warmtewisselaar) niets verandert. Om deze redenen is de invoer van de opwekrendementen met de factoren aangepast zoals aangegeven in Tabel 3 2. Tabel 3-2 Correctie factoren op het opwekrendement Gehanteerde correctiefactor voor verandering nsys;tap in EPC programma nsys;tap externe warmtelevering nsys;tap bij kwaliteitsverklaring Correctiefactor opwekrendement Appartement 70,0% 65,7% Tussenwoning 61.3% 57,4% november 2012 PDEMNL

15 De resulterende EPC s staan weergegeven in Tabel 3-3. Tabel 3-3 EPC s van referentiewoningen Refentiewoning EPC bij externe warmtelevering EPC bij kwaliteitsverklaring Appartement Tussenwoning Uit Tabel 3-4 blijkt dat het EPC-voordeel voor externe warmtelevering met kwaliteitsverklaring ten opzichte van forfaitaire externe warmtelevering circa 0,13 EPC-punt bedraagt. 3.4 Conclusies Het equivalente opwekkingsrendement voor warmtelevering is 165%. Dit is het rendement berekend op basis van het jaar Het EPC-voordeel voor een woning aangesloten op een warmtenet met dit rendement ten opzichte van een warmtenet met het forfaitaire rendement van 110% is circa 0,13 EPC-punt. 1 november 2012 PDEMNL

16

17 4 Samenvatting en conclusies De EPC-berekeningsmethodiek biedt de mogelijkheid om in plaats van de standaard rendementen, gebruik te maken van een zogenaamde kwaliteitsverklaring, hetgeen voor standaard componenten, zoals onder andere Hr-ketels, veelvuldig wordt toegepast. In deze studie is, op basis van de te verwachten rendementen van de verschillende systeemonderdelen, het totaal rendement van het warmtenetwerk achter Diemen bepaald. Dit warmtenetwerk wordt voornamelijk voorzien van warmte door de DM33 en DM34 STEG-centrales, welke een vermogen hebben van respectievelijk 180 en 230 MW th. Het totaal rendement is hierbij berekend op 165%. Het rendement van 165% is berekend volgens de NVN 7125:2011 voor het jaar Uitgaande van 165% rendement voor warmtelevering is het EPC-voordeel voor twee type referentiewoningen ca. 0,13 punt in vergelijking met een woning aangesloten op een warmtenet met het forfaitaire rendement van 110%. 1 november 2012 PDEMNL

18 Bijlage A Uitgangspunten distributienet Tabel A - 1 Algemene uitgangspunten distributienet Lambda isolatie 0,03 W/mK Warmteverlies 1 Diemen-Almere leiding 45,4 W/m Diepte leiding onder maaiveld 1 m Diepte leiding onder bodem IJmeer 1,5 m Lambda grond 1,75 W/mK Temperatuur grond op 1 m onder maaiveld 12 C 1 gemiddeld over aanvoer en retour, gemiddeld over zomer en winter 1 november 2012 PDEMNL

19 Bijlage B Berekeningen In de NEN 5128:2004 wordt warmtelevering aan woningen vanuit een AfvalVerbrandingsInstallatie (AVI) of een STEG installatie forfaitair met een opwekkingrendement van 110% gewaardeerd. De Diemen energiecentrale produceert zonder het leveren van warmte meer elektriciteit dan met het leveren van warmte. Het verschil van de extra elektriciteitsopwekking ten behoeve van warmtelevering ten opzichte van de situatie zonder warmtelevering wordt meegenomen in de kwaliteitsverklaring. Nuon heeft aangegeven dat er 50 kwh minder elektriciteit wordt geproduceerd per geleverde GJ warmte. De verminderde elektriciteitproductie moet in een conventionele elektriciteitscentrale extra worden opgewekt. Dit heeft dus een extra energieverbruik in een andere elektriciteitscentrale tot gevolg. Dit extra verbruik moet dus worden toegekend aan de warmteproductie. In de berekening van deze primaire energie voor de opwekking van warmte wordt gerekend met het in de NEN 5129:2004 gehanteerde marginale opwekkingsrendement van 50%. Dit is een rendement dat aangehouden kan worden voor extra of vermeden elektriciteitsproductie op landelijk niveau. Voor het verpompen van het water door het distributienet wordt energie verbruikt. Voor dit energieverbruik kan volgens de NEN 5129:2004 het rendement voor elektriciteitsvoorziening worden gehanteerd van 0,50%. Voor het opvangen van pieken in de warmtevraag van de woningen en om de continuïteit te garanderen worden hulpketels ingezet. Nuon heeft hiervoor aardgas gestookte ketels opgesteld. De hoeveelheid energie geleverd door de hulpwarmte centrales wordt bijgehouden door Nuon Warmte. Met de door Ecofys berekende distributieverliezen op basis van de opgegeven distributieleidingen en de temperatuurniveaus, is het equivalente opwekkingsrendement voor alle aansluitingen op het warmtenet berekend. 1 november 2012 PDEMNL

20 Tabel B - 2 Bereking equivalent opwekkingsrendement Kwaliteitsverklaring warmtelevering Amsterdam Zuid en Almere met restwarmte van de energiecentrales te Diemen Algemeen Opwekkingsrendement elektriciteit landelijk 50% Woningen en Utiliteit 2020 Warmtevraag Almere Stad, Noorderplassen west, Amsterdam Zuidoost, Zuidoostlob, Zuideramstel, IJburg1, IJburg2, Zeeburg Warmtevraag Totaal Warmtelevering vanuit STEG Vermindering elektriciteits-opbrengst STEG Pompenergie Opwekkingsrendement hulp ketels GJ MJ/jaar 0,0500 kwhe/mjth 0,00720 MJe/MJth 85,5% bovenwaarde Energievraag Ruimteverwarming en tapwater MJ/jaar Warmteverlies warmtedistributie MJ/jaar Vraag opwekking MJ/jaar Aandeel STEG 90% Aandeel hulp ketels 10% Opwekking warmte STEG MJ/jaar Opwekking warmte hulpketels MJ/jaar Vermindering e-productie STEG door warmteopwekking kwhe/jaar Pompenergie warmtedistributie MJe/jaar Primaire energie STEG Vermindering e-productie STEG door warmteopwekking Hulpketels Pompenergie warmtedistributie Primaire energie totaal 0 MJ/jaar MJ/jaar MJ/jaar MJ/jaar MJ/jaar Equivalent opwekkingsrendement 165% 1 november 2012 PDEMNL