Kwaliteitsverklaring koudelevering Amsterdam Zuidas

Transcriptie

1 Kwaliteitsverklaring koudelevering Amsterdam Zuidas met water uit De Nieuwe Meer - Vertrouwelijk

2 Kwaliteitsverklaring koudelevering Amsterdam Zuidas met water uit De Nieuwe Meer - Vertrouwelijk Door: Maarten Graveland Datum: 13 augustus 2013 Projectnummer: BUINL13049 Ecofys 2013 in opdracht van: Nuon Warmte ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T +31 (0) F +31 (0) E info@ecofys.com I Chamber of Commerce

3 Utrecht, augustus 2013 Samenvatting Kwaliteitsverklaring koudelevering Amsterdam Zuidas met water uit De Nieuwe Meer. Figuur 1: Overzicht koudenetwerk De EPC-berekeningsmethodiek biedt de mogelijkheid om in plaats van de standaard (forfaitaire) rendementen, gebruik te maken van een zogenaamde kwaliteitsverklaring, die voor standaard componenten, zoals onder andere HR-ketels, veelvuldig wordt toegepast. Koudelevering door oppervlaktewater levert een equivalent opwekrendement op voor de aangesloten wijk Zuidas, dat significant hoger is dan de forfaitaire waarde in de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC) berekeningen die nodig zijn bij nieuwbouw. Het hogere equivalent opwekrendement is ook te gebruiken in de energielabel berekeningen voor bestaande bouw. In deze studie is, op basis van gemeten en te verwachten rendementen van de verschillende systeemonderdelen, het totaal rendement van het koudenetwerk bepaald op basis van de NVN 7525:2011 (EMG) i.c.m. meetgegevens en toekomstvisie van Nuon. Dit koudenetwerk wordt voornamelijk voorzien van koude door water uit De Nieuwe Meer. Het totaal gemiddeld rendement in de komende 20 jaar is berekend op: Periode Equivalent opwekrendement COP 1 Amsterdam Zuidas 478% 12,24 1 Coefficient of performance: De geleverde energie gedeeld door de verbruikte energie ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T +31 (0) F +31 (0) E info@ecofys.com I Chamber of Commerce

4 Inhoudsopgave 1 Inleiding Koude uit oppervlaktewater 1 2 Methodiek en uitgangspunten Algemeen Koudevraag Koudevraag utiliteit Leidingverliezen Het distributienet Pompenergie van centrale tot aan meterkast Leidinggegevens Temperatuur van het netwerk Inzet hulp-koelmachines Vermogen en aandeel preferente opwekker Bellenscherm 7 3 Resultaat Normatieve berekenmethode niet dekkend Rendement 8 Bijlage 1 Kwaliteitsverklaring bij forfaitair aandeel preferente opwekker 9 ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T +31 (0) F +31 (0) E info@ecofys.com I Chamber of Commerce

5 1 Inleiding Het gebruik van oppervlaktewater voor koudelevering is een goede optie om het fossiel energiegebruik en de daarbij behorende CO 2 -emissies te reduceren. Nieuwe woningen en utiliteitsgebouwen moeten voldoen aan de eisen van het bouwbesluit. Een daarvan is de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC). Deze is per 1 januari 2011 vastgesteld op 0,6 voor woningbouw en 1,0 tot 2,6 voor de verschillende typen utiliteitsbouw. De EPC-waarde van nieuw te bouwen woningen of utiliteit wordt bepaald met behulp van een rekenprogramma. Met de introductie van NEN 7120 worden uitgangspunten gehanteerd voor opwekrendementen en distributieverliezen van koudedistributie. Wanneer echter de forfaitaire waarden voor koudelevering uit de norm worden gehanteerd, wordt een (mogelijk te) conservatieve inschatting van het EPC voordeel gehanteerd. Naast de forfaitaire waarden biedt de norm echter ook de mogelijkheid om de werkelijke rendementen en koudeverliezen van een specifiek koudeproject 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 koudeleveringsproject. Koudeprojecten 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. Systemen die reeds zijn aangelegd, worden regelmatig uitgebreid en verbeterd, waardoor het vernieuwen van een kwaliteitsverklaring rendabel kan zijn. Nuon heeft Ecofys gevraagd om het reëel te verwachten totaalrendement te berekenen van het koudenetwerk van de wijk Zuidas in Amsterdam. Dit koudenetwerk wordt voornamelijk voorzien van koude door water van De Nieuwe Meer. 1.1 Koude uit oppervlaktewater Het gebruik van koud water uit diepe meren voor de levering van koude is een goede optie om het fossiel energiegebruik en de daarbij behorende CO 2 -emissies te reduceren. Nuon gebruikt het koude water van de bodem van de Nieuwe Meer voor koudelevering aan bedrijven in Amsterdam Zuidas. De Nieuwe Meer heeft een diepte van circa 30 meter. Door deze diepte kan bij een ongestoord meer een goede thermische gelaagdheid in de plas ontstaan. Omdat koud water tot 4 C zwaarder is dan warm water, ontstaat onder in het meer een koude laag water van 4 C. Nuon haalt deze koude onder uit het meer en gebruikt deze, na eventuele nakoeling, via een warmtewisselaar voor de levering van koeling aan diverse klanten. BUINL

6 2 Methodiek en uitgangspunten 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 koude van oppervlaktewater i.c.m. koelmachines is de totale keten in beeld gebracht. Van koudelevering uit De Nieuwe Meer en de koelmachines tot levering van koude in de meterkast van een woning of utiliteitsgebouw. Hierbij komen de volgende onderdelen aan de orde: Koudevraag van de utiliteitsbouw; koudeverliezen in het distributienet van oppervlaktewater tot aan meterkast; het distributienet: De pompenergie van oppervlaktewater tot aan meterkast, de leidinggegevens en de temperatuur van het net; inzet hulp-koelmachines voor het genereren van extra koude ten behoeve van pieklasten in de koudelevering; bepaling inzet preferente duurzame opwekker, in dit geval het oppervlaktewater. 2.2 Koudevraag Het totaal rendement van koudelevering zal mede afhankelijk zijn van de totale koudevraag van de aangesloten woningen en utiliteit. Hoe lager de energievraag, des te slechter het energetisch rendement van het systeem. Immers, de koudeverliezen en in mindere mate de pompenergie binnen het distributienet blijven gelijk. Bij systemen waarbij de geleverde koude van de preferente energieopwekker een primaire energie factor toegekend krijgt, is lage energievraag ook nadelig voor het equivalent opwekrendement. Bij systemen waarbij de geleverde koude van de preferente energieopwekker geen primaire energie factor toegekend krijgt, zoals koude van oppervlaktewater, is lage energievraag voordelig voor het equivalent opwekrendement. Dit omdat het aandeel van de preferente energieopwekker hoger zal zijn Koudevraag utiliteit Voor de koudevraag is uitgegaan van de opgave van Nuon. De koudevraag in 2018 is hierbij aangehouden als gemiddelde vraag over de periode De koudevraag is voor dat jaar berekend op 70,594 MWh th. De procentuele verdeling van de koudevraag over het jaar is in de berekening van Nuon gelijk gehouden over de gehele periode en is als volgt: BUINL

7 jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov dec tot. Verdeling koelvraag (%) 6,8 6,4 7,6 8,9 9,3 9,5 9,6 10,1 9,5 8,7 7,2 6, Leidingverliezen De leidingen in een koudenet worden het gehele jaar door op temperatuur gehouden. Hier treden koudeverliezen op. De door Nuon opgegeven leidinggegevens en temperatuurlijn resulteren in een leidingverlies van 260,8 GJ/jaar. Dit is 0,1% van de totale koudevraag. 2.3 Het distributienet Door Ecofys is een berekening gemaakt van de koudeverliezen zoals die in de praktijk te verwachten zijn. Dit is gedaan op basis van de door Nuon opgegeven leidinglengten, -typen en diameters en de temperatuurniveaus van het koudenetwerk. De berekeningen gaan uit van de leidinggegevens zoals die door Nuon is aangeleverd. De totale pijplengte vanaf de koudecentrale is 7,7 km. Aan het leidingstelsel van De Nieuwe Meer naar de koudecentrale hoeft volgens de norm geen koudeverlies te worden toegekend. Dit omdat de watertemperatuur dicht bij de gemiddelde grondtemperatuur ligt. Figuur 2: Schematisch overzicht distributienet BUINL

8 2.4 Pompenergie van centrale tot aan meterkast Om de koude van het oppervlaktewater via de 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 koudedistributie. Nuon heeft meetgegevens beschikbaar gesteld over de COP bij volledige vrije koeling en de COP bij volledige inzet van de koelmachines. De betreffende COP s zijn inclusief alle mogelijk denkbare hulpenergie. Deze COP s zijn vrij gemakkelijk vast te stellen doordat alle benodigde installaties zich op 1 locatie bevinden. Het berekenen van pompenergie en andere hulpenergie is daardoor niet van toepassing. Voor het energieverbruik wat voortvloeit uit de COP dient volgens de NVN 7125 een elektriciteitsvoorzieningrendement te worden gehanteerd van 39%. Deze waarde wordt vermeld als primaire energie factor, met een waarde van 2, Leidinggegevens De door Nuon opgegeven aanvoerleidingen zijn allen geïsoleerd. De uitgangspunten hiervoor vindt u in onderstaande tabel. Uitgangspunten leidingisolatie Lambda isolatie PU Bron 0,03 W/mK Nuon Gemiddelde diepte leiding onder maaiveld 0,80 m Nuon Lambda grond 1,75 W/mK NVN 7125 Correctiefactor voor minder koudeverlies 1,05 - NVN 7125 doordat twee leidingen in één sleuf in de grond zijn aangebracht. Temperatuur grond onder maaiveld 10,43 C NEN 7120 Bij het berekenen van de leidingverliezen is uitgegaan van de opgegeven geïsoleerde aanvoerleidingen, vanaf de centrale tot aan de afleverset van de individuele aansluiting. BUINL

9 2.6 Temperatuur van het netwerk Voor het distributie netwerk wordt uitgegaan van de door Nuon aangeleverde temperatuurlijn. Zie onderstaande grafiek. aanvoer retour 15 Aanvoer- en retourtemperatuur ( C) Buitentemperatuur ( C) Ecofys Netherlands BV De gemiddelde aanvoertemperatuur is 6 C. De gemiddelde retourtemperatuur is 12 C. Deze waarden worden gebruikt in de verdere berekening. 2.7 Inzet hulp-koelmachines De capaciteit van en het temperatuurniveau in de plas is onvoldoende om alleen met toepassing van vrije koeling de benodigde capaciteit en leveringszekerheid te garanderen. Nuon heeft daarom 29,3 MW th aan koelcapaciteit in de vorm van 3 koelcompressoren toegevoegd. De norm biedt nog onvoldoende richtlijnen om een dergelijk combinatie systeem te waarderen. Daardoor zijn we afhankelijk van metingen en prognoses. 2.8 Vermogen en aandeel preferente opwekker Aangezien de koudevraag varieert als gevolg van seizoenen, dag- en weekritmes, is het belangrijk dat er voldoende vermogen is opgesteld om aan piekvraag te voldoen. Het vermogen dat vrije koeling uit het meer maximaal kan leveren is 14,5 MW th. Op basis van tabel 9.1 uit de NVN 7125 genaamd Aandeel preferente koudeopwekker [ ], kent de norm een aandeel van 61% toe aan de preferente opwekker. De norm stelt in paragraaf echter aanvullend: Voor verschillende duurzame koudebronnen die van vrije koeling gebruikmaken, zoals bijvoorbeeld oppervlaktewater [ ] is nog geen BUINL

10 bepalingsmethode beschikbaar. In voorkomende gevallen moet een methode worden gevolgd die zoveel mogelijk de bovenstaande 2 methode volgt. Waar de duurzame bron oppervlaktewater voornamelijk afwijkt, is de vaak ruimere belasting duur in de ideale situatie. Nuon heeft daartoe aan de hand van meetgegevens en uitgangspunten zoals in een conservatief rekenmodel gemaakt voor de komende 20 jaar. Belangrijke uitgangspunten en resultaten van het model staan in de tabel hieronder. totaal geleverd Tot. elektriciteit gevraagd jaar (MWh th ) (MWh) COP ,9 8, ,2 9, , , , , , , , , , , , , , , , , , ,5 12 totaal ,24 Het hieruit voortkomend gewogen gemiddelde van de COP zal gebruikt worden voor de vaststelling van het reële equivalent opwekrendement. Nuon verwacht dat het gevraagde koelvermogen in de rekenperiode op zal lopen van 26,55 MW in 2013 naar 77,84 MW in De geleverde koude zal naar verwachting stijgen van 44,92 GWh naar 101,3 GWh. 2 Zoals in deze verklaring uiteengezet in paragraaf 2.1 t/m BUINL

11 2.9 Bellenscherm In het Nieuwemeer is sinds enkele jaren een bellenscherm in bedrijf dat in het voorjaar voor sterke beweging in het meer zorgt. Hierdoor worden de warmere bovenlagen vermengd met de koudere onderlagen en krijgen schadelijke algen geen kans. Het mengen van de waterlagen heeft echter ook tot gevolg dat de koudevoorraad vrijwel direct verdwenen is en de COP van het koudenetwerk een stuk slechter is dan zonder bellenscherm. Er loopt een traject om de COP van de plant te verbeteren. Enerzijds is dit mogelijk via het verwijderen of later inschakelen van het bellenscherm. Anderzijds is het laden van bronnen van warmte-koude opslag systemen (WKO) in het gebied een mogelijkheid. Daardoor kan de koudelevering in de winterperiode sterk worden verhoogd. De berekening van de COP van de Nieuwemeer is om die reden gebaseerd op de situatie dat er géén bellenscherm aanwezig is na BUINL

12 3 Resultaat 3.1 Normatieve berekenmethode niet dekkend Het oppervlaktewater, de preferente opwekker, is niet in staat het vermogen jaar rond te leveren. Dit is gebruikelijk voor koude uit oppervlaktewater. De Nieuwe Meer presteert echter wel aanmerkelijk beter dan tabel 9.1 uit de NVN 7125 genaamd Aandeel preferente koudeopwekker [ ]. De norm heeft hier nog geen berekeningsmethode voor. De norm stelt in paragraaf dat waar de norm niet dekkend is voor de situatie, de norm zoveel mogelijk gevolgd moet worden. Dat is in deze kwaliteitsverklaring gedaan. Tabel 9.1 voldoet echter niet in deze situatie. Daartoe heeft NUON een conservatief rekenmodel aangeleverd dat beter het aandeel van de preferente opwekker weergeeft. De berekeningen in het rekenmodel geven voor de periode een gewogen gemiddelde COP van 12,24. Dit houdt in dat het aandeel van de preferente opwekker 76% is in plaats van 61% volgens tabel 9.1. Ecofys kan niet tot in detail dit rekenmodel en diens uitgangspunten waarderen. Maar gezien de karakteristieken van koeling uit diep oppervlaktewater concludeert Ecofys wel dat de uitkomst aanneembaar is. 3.2 Rendement Het gemiddelde rendement over de periode , zoals dit is berekend door NUON en gecontroleerd door Ecofys: Periode Equivalent opwekrendement COP Amsterdam Zuidas 478% 12,24 BUINL

13 Bijlage 1 Kwaliteitsverklaring bij forfaitair aandeel preferente opwekker In deze bijlage worden de uitgangspunten en de berekeningen gepresenteerd voor het totale rendement volgens de norm, van bron tot en met de individuele aansluiting in de meterkast. In deze berekeningen zijn meegenomen: Koudevraag van de utiliteitsbouw; koudeverliezen in het distributienet van oppervlaktewater tot aan meterkast; het distributienet: De pompenergie van oppervlaktewater tot aan meterkast, de leidinggegevens en de temperatuur van het net; inzet hulp-koelmachines voor het genereren van extra koude ten behoeve van pieklasten in de koudelevering; bepaling inzet preferente duurzame opwekker, in dit geval het oppervlaktewater. Kwaliteitsverklaring koudelevering Amsterdam Zuidas met water uit De Nieuwe Meer Utiliteit, scenario Koudevraag utiliteit MJ/jaar Algemeen Getalswaarden voor de primaire energiefactor: - Aangeleverde energie (t.b.v. elektrische hulpenergie) 2,56 Koudelevering Rendement (COP) vrije koeling (meetgegevens feb. 2010) 21,2 Rendement (COP) koelmachines (meetgegevens aug. 2010) 5,2 Energievraag Koeling MJ/jaar Thermisch verlies koudedistributie MJ/jaar Vraag opwekking MJ/jaar Aandeel vrije koeling 61% Aandeel koelmachines 39% Koude generatie vrije koeling MJ/jaar Koude generatie koelmachines MJ/jaar Primaire energie Vrije koeling Koelmachines Primaire energie totaal MJ/jaar MJ/jaar MJ/jaar Equivalent opwekkingsrendement 376% COP 9,63 BUINL

14 ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T +31 (0) F +31 (0) E info@ecofys.com I

15 ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T: +31 (0) F: +31 (0) E: I: