Naar een duurzaam energiesysteem Ferry van Kann

Transcriptie

1 P. 168 Naar een duurzaam energiesysteem Ferry van Kann Park Gravenrode en omgeving (bron: Google Earth)

2 P. 169 Duurzame energie en de opwekking ervan krijgen vandaag de dag veel aandacht. Op weg naar een duurzaam energiesysteem zou eerst gekeken moeten worden hoe de huidige energievraag gereduceerd en de energiestromen efficiënter gebruikt kunnen worden. Integrale energie-ruimte concepten gebaseerd op de ruimtelijke structuur bieden interessante perspectieven op een duurzame samenleving. Duurzame steden zitten er warmpjes bij. Zij hebben de zaken nu en ook voor toekomstige generaties goed voor elkaar. Diverse steden in Nederland wedijveren om als eerste de meest duurzame stad van het land te zijn. Maar wat als we het energiesysteem in de discussie betrekken, hoe staat het dan met de duurzaamheid? In dit betoog staat een duurzaam energiesysteem voorop. Dat de ruimtelijke inrichting van gebieden interessante kansen biedt om duurzame energiestromen een goede plek te geven is niet erg bekend. Toch zijn zulke kansen legio. De achtergrond van dit artikel is gelegen in het niet duurzame energiesysteem dat Nederland nu kent. De grenzen hiervan komen in zicht. Milieuschade en inspanningen om de klimaatproblematiek beheersbaar te houden zijn met het gebruik van fossiele brandstoffen verbonden. Dat deze brandstoffen zo langzamerhand opraken, althans op zijn minst de eenvoudig winbare bronnen, drijft de prijzen structureel op. Tot slot is er een groeiende afhankelijkheid tussen landen op basis van energie. Natuurlijk zijn dat wederzijdse relaties. Zo kan het behoorlijk koud worden als Russisch gas Oost-Europa niet bereikt. Tegelijkertijd scheelt dat veel Roebels die niet de Russische staatskas instromen. Kortom, er zijn verschillende redenen om serieus werk te maken van een andere, meer duurzame, lokale energievoorziening. Het is een uitdaging om langs de traditionele planologische weg, het ordenen van functies, een bijdrage te leveren aan een duurzaam energiesysteem. In dit artikel wordt getoond hoe nieuwe integrale energie-ruimte concepten hieraan kunnen bijdragen. Eerst komt aan bod hoe we duurzame steden in termen van energie kunnen beschrijven. Daarna worden kort twee energieprincipes besproken, die van essentieel belang zijn om het energievraagstuk anders aan te pakken. Vanuit deze principes, met name de zogenaamde cascadering, wordt de brug geslagen naar nieuwe ruimtelijke inrichtingsprincipes. In de case Parkstad Limburg wordt getoond hoe de inrichting op basis van energie kan worden vertaald naar een integraal energieruimte concept. De uitdaging begrepen De eerste vraag is hoe een meer duurzaam energiesysteem wordt bereikt. Daarvoor worden verschillende strategieën toegepast. Feitelijk zijn alle strategieën terug te voeren op de zogenaamde Trias Energetica. Deze trias van Duijvesteijn (1996) biedt een drietrapsstrategie om tot een duurzaam energiesysteem te komen. Eerst moet worden ingezet op een energievraagreductie door rationeel gebruik. Vervolgens

3 P. 170 wordt geprobeerd aan de resterende vraag zoveel mogelijk te voldoen met behulp van hernieuwbare energiebronnen. Indien noodzakelijk worden tenslotte, zo schoon en efficiënt mogelijk, fossiele brandstoffen gebruikt. Kortom, zoveel mogelijk hernieuwbare energie willen winnen mag geen doel op zich worden. Een rationeel gebruik zou voorop moeten staan. De drie stappen kunnen ook direct gerelateerd worden aan planologische discussies. Door bijvoorbeeld niet op de diepste plekken in polders te bouwen, hoef je geen energie te gebruiken om de boel droog te houden of de riolering te laten functioneren. Aan de weloverwogen energiebehoefte die overblijft moet bij voorkeur worden voldaan door energiewinning uit hernieuwbare bronnen.het gaat daarbij om energiebronnen als zonne-energie, wind, waterkracht en biomassa (Gordijn et al., 2003; Blatter, 2006). De derde stap uit de trias is een interessante. Zo lang fossiele brandstoffen nog gebruikt worden, moet dat zo efficiënt en effectief mogelijk plaatsvinden. Bij de traditionele productie van stroom komen grote hoeveelheden warmte vrij, die nu vaak op het oppervlaktewater worden geloosd. Het is geen toeval dat de locaties van de krachtcentrales De Eemshaven, de Tweede Maasvlakte, Borssele en Geertruidenberg aan het water liggen. Grote hoeveelheden warmte stromen nu letterlijk ons land uit (Ministerie van Verkeer en Waterstaat, 2004; Van Eck, 2007). Op hetzelfde moment wordt er veel hoogwaardig aardgas verstookt om huizen tot kamertemperatuur te verwarmen. Dat kan en moet slimmer. Als er ook warmtebehoevende ruimtelijke functies in de buurt zijn, in voldoende dichtheden, is het benutten van warmtenetten geen raar idee. Zo zijn er verschillende aanknopingspunten voor ruimtelijk beleid gebaseerd op energie. Het exergieprincipe Een belangrijk principe, dat rationeel energiegebruik, energiestromen en efficiënties koppelt, is exergie. Dit begrip is essentieel om duurzame ontwikkeling te begrijpen (Dincer en Rosen, 2005). Exergie is, kort gezegd, de kwaliteit van energie. Eerder is al gerefereerd aan de restwarmte die vrijkomt bij krachtcentrales. Dat is vaak stoom van hoge temperaturen. Als vanzelf koelt deze stoom uiteindelijk af. Voordat de temperatuur op omgevingsniveau is, kan de energie een aantal keren worden gebruikt. De stoom kan bijvoorbeeld eerst de procesindustrie dienen, waarna de minder warme restwarmte op zijn beurt opnieuw gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld verwarming van een zwembad of tuinbouwkas. Deze toepassing van het exergieprincipe heet ook wel energiecascadering, ofwel het ruimtelijk achter elkaar schakelen van energiebehoevende functies. Behalve voor warmte geldt dit principe ook voor bioenergie, koude en zelfs elektrische stroom. Met andere woorden, het is weinig rationeel om gas te verbranden (vlamtemperatuur van meer dan zeshonderd graden Celsius) om daarmee vervolgens alleen ruimtes tot kamertemperatuur te verwarmen. Juist ruimtelijke structuren bestaande uit verschillende functies kunnen behulpzaam zijn om energiestromen efficiënt te gebruiken. Ruimtelijke energieanalyse Ruimtelijke vraagstukken zijn legio in een stad. Voor dit artikel wordt de regio Zuid- Limburg benaderd vanuit een exergieperspectief (SREX, 2009). Een uitgewerkte casestudie hierbinnen is Parkstad Limburg, waarbij de toekomstige ruimtelijke ontwikkeling van het gebied wordt bezien met een focus op energie. Aan de hand daarvan kan worden geïllustreerd wat energiecascadering concreet kan betekenen. Met andere woorden hoe een stad duurzaam kan omgaan met haar energiestromen. Parkstad Limburg is de plusregio in Zuidoost Limburg met als stedelijke kern

4 P. 171 Heerlen-Landgraaf-Brunssum-Kerkrade. Figuur 1 toont een zogenaamde energieruimte kaart van Park Gravenrode in de gemeenten Landgraaf en Kerkrade. In dit gebied worden de functies die gebruik maken van de aanwezige energiestromen in kaart gebracht en gecategoriseerd. Daarbij is het ecologisch ontwerpprincipe van sources (energieaanbod) en sinks (energievraag) als criterium gebruikt. De energie biedende functies zijn chemische industrie, bakkerijen, rioolwaterzuiveringsinstallaties, een dierentuin, een bedrijventerrein, kantoren en verschillende woonwijken. Figuur 1 laat met behulp van de pijlen zien waar bronnen van energiestromen te vinden zijn. De rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi) is een traditionele bron. Deze verzamelpunten van biomassa kunnen als biogasproductieplekken worden beschouwd. Dit gas kan op die plek, maar ook elders omgezet worden in elektriciteit en warmte. Voorts is ook de dierentuin (Gaiapark) een bron van energiestromen. Wederom in de zin van biologische reststromen, zoals mest en restaurantresten. De derde bron komt uit het volgen van de cascaderingsredenering naar voren. Natuurlijk kun je bakkerijen en industrieën zien als nettogebruikers van energie, toch houden ze uiteindelijk ook een aanzienlijke hoeveelheid hoogwaardige warmte over. Voor dat deel worden ze beschouwd als source. Ook illustreert figuur 1 de ruimtelijke functies die behoefte hebben aan laagwaardigere energievormen, bijvoorbeeld voor ruimteverwarming. Naast het industrieterrein worden een bedrijventerrein, kantoren, verschillende woonwijken en de dierentuin als sink gezien. Deze laatste functie toont hoe complex een energieanalyse kan worden. Een ruimtelijke functie kan zowel een bron als een eindpunt van energiestromen zijn. De hoogwaardige biomassastroom komt uit de dierentuin, Figuur 1 Overzicht van sources en sinks van energiestromen in Park Gravenrode (van Kann, SREX 2008) Sources van energie Middenrechts: biomassa > gas / elektriciteit + warmte, RWZI Kaffeberg Middenlinks: restwarmte van industrieterrein bakkerijen, chemie + snowworld Beneden: biomassa: mest, restaurantresten dierentuin Gaiapark Sinks voor energie Boven: bedrijventerrein, kantoren Essent + tropische kassen Wereldtuinen Rondom: woonwijken, diverse bouwjaren Midden: uitwisseling binnen industrieterrein Beneden: Gaiapark, evt. voor tropische dieren

5 P. 172 Figuur 2 Een mogelijk energie-ruimte systeem voor Park Gravenrode (Bron: van Kann, SREX 2008) Energie-Ruimte systeem Links: De warmte die Snowworld afgeeft wordt gebruikt in de geschakelde woonwijken, het bedrijventerrein en de tropische kas. Rechts: Rwzi als energierotonde waar biomassa afkomstig uit onder andere de dierentuin en het riool wordt verzameld. De biomassa wordt bij een industrieel complex gebruikt als gas. De restwarmte die dat afgeeft wordt gebruikt voor de geschakelde woonwijken en de dierentuin. Midden: verbinding tussen beide systemen omwille van robuustheid en efficiëntie Figuur 3 Van kleine schakel naar een integraal energie-ruimte concept, een energiering (Bron: van Kann, SREX 2008) terwijl een laagwaardige warmtestroom een kas met tropische dieren nog kan verwarmen. Daar is het biogas niet direct voor nodig. Hetzelfde geldt voor de verschillende woonwijken. Afhankelijk van het woningtype en de ouderdom kunnen woningen met warm water van verschillende temperaturen worden verwarmd. De pijlen in figuur 1 wijzen de energievragende functies aan. Van analyse naar connecties Vervolgens kunnen de twee figuren met elkaar in verband gebracht worden door sources met sinks te verbinden. Theoretisch is dit niet zo lastig. Bij het maken van ruimtelijke plannen in een regio speelt naast bijvoorbeeld verkeer en vervoer, milieu, water, natuur, nu ook energie een rol. Het energiekarakter (vraag of aanbod) van een ruimtelijke functie kan daarbij leidend zijn. Figuur 2 toont het gecombineerde plaatje met daarin een energie-ruimte systeem voor Park Gravenrode. In dat systeem is het nuttig gebruiken van reststromen een speerpunt. Dit voorbeeld laat zien dat in dit gebied nu al kansen liggen. Daarvoor is het ruimtelijk anders positioneren van functies niet eens noodzakelijk. Vanuit het voorbeeld leren we om juist in multifunctionele ruimtelijke structuren mogelijkheden op een bovenlokaal niveau te zien.

6 P. 173 Kern van dit energiesysteem is dat er twee toppunten zijn. Enerzijds is dat de rwzi, waar biomassa verzameld wordt en waar lokaal gas geproduceerd kan worden. Anderzijds is dat Snowworld, een indoor skibaan. Deze grote koelkast kan als bron van warmte worden gezien. Vanuit beide toppen is een energiecascade van functies gestart, die achterelkaar warmte van verschillende temperaturen kan gebruiken. Het eindstation is in beide situaties een tropische kas. Belangrijk aandachtspunt voor deze manier van schakelen van functies is de robuustheid van de systemen. Niet zelden wordt het mogelijk wegvallen van een bedrijf als argument gebruikt om geen warmtenet aan te leggen. Beide cascades zijn daarom gekoppeld. Op een hoger schaalniveau, eventueel regionaal, is dit ook mogelijk (zie Gemeente Amsterdam, 2008). Integrale energie-ruimte concepten Figuur 3 laat zien hoe een energie-ruimte systeem kan worden opgewerkt tot een integraal energie-ruimte concept. Door de deelsystemen te koppelen ontstaat een nog robuuster netwerk. Naast lokale ruimtelijke inrichtingen krijgen zo ook gebiedsspecifieke potenties voor energieproductie of opslag een plek. Een dergelijke energiering kan vervolgens worden gecombineerd met een ringweg. Het bundelen van infrastructuur is niet nieuw. Bovendien functioneert zo een weg als schakel tussen verschillende ruimtelijke gebieden, waaronder industriegebieden. Ook is het vaak een soort celmembraan tussen de stad en het platteland. Tot slot liggen er kansen op de hoekpunten voor biomassaverzameling en -verwerking. Warmlopen Kern van dit betoog is dat de ruimtelijke structuur van een gebied en de daarin gelegen functies aanknopingspunten kunnen bieden voor meer duurzame energiesystemen. Naast de hier getoonde energiecascadering zijn andere oplossingen in ontwikkeling binnen het EOS-onderzoek Synergie tussen Regionale Planning en Exergie (SREX, 2009). Belangrijk is dat ruimtelijke functies niet als autonome eenheden in het landschap worden beschouwd. Juist onverwachte verbanden, zoals restenergiestromen tussen functies, bieden nieuwe argumenten voor integrale ruimtelijke ontwikkelingen. Het laten weglekken, verdampen en wegstromen van energiestromen uit de stad moet daarbij zoveel mogelijk beperkt worden. Hopelijk zullen steden in de toekomst rekening houden met de aansluiting van hun ruimtelijke ordening aan energiestromen. Duurzame steden liggen op die manier dichterbij dan soms wordt vermoed. De planologie kan behulpzaam zijn om deze weg te vinden. Ferry van Kann (f.m.g.van.kann@rug.nl) is promovendus Planologie bij de Rijksuniversiteit Groningen, Faculteit Ruimtelijke Wetenschappen. Literatuur Blatter, M. (2006) Geografie der erneuerbaren Energien, Energie-Atlas GmbH, Münchenstein Dincer, I. & M.A. Rosen (2005) Thermodynamic aspects of renewables and sustainable development, Renewable and Sustainable Energy Reviews, nr. 9, p Duijvesteijn, C.A.J. (1996) Trias Energetica (strategie), University of Technology Delft, Delft Eck, T. van (2007) Warmtenetbeheerders gevraagd, Energie+, nr. 3, p Gemeente Amsterdam (2008) Amsterdam bindt strijdt aan broeikaseffect aanleg stadswarmtenet moet CO 2 -uitstoot van de stad fors terugdringen, K. Dongen op Amsterdam. nl, redactionele/amsterdam_bindt Gordijn, H. & F. Verwest & A. van Hoorn (2003) Energie is ruimte, Ruimtelijk Planbureau, NAi Uitgevers, Rotterdam Ministerie van Verkeer en Waterstaat (2004) CIW Beoordelingssystematiek Warmtelozingen, Rijkswaterstaat, Den Haag SREX (2009) Exergieplanning synergie tussen regionale planning and exergie (SREX),