Innovatieve energieconcepten en pilots voor de energieneutrale gebiedsontwikkeling in 2050

Transcriptie

1 Innovatieve energieconcepten en pilots voor de energieneutrale gebiedsontwikkeling in 2050 B. Jablonska G.J. Ruijg E.M.M. Willems 1 T. Epema 2 I.J. Opstelten 3 H. Visser M. Nuchelmans-Van Wanum 1 1 Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs 2 TNO 3 SEV ECN-E Februari 2011

2 Verantwoording Work described in this report has been carried out within the Energy Research Subsidy regulation (EOS) long term, with financial support of the Ministry of Economic Affairs, Agriculture and Innovation. Project no. at ECN is Abstract The Dutch project Transition in Energy and Process for a Sustainable District Development focuses on the transition to sustainable, energy neutral districts in 2050, particularly on energy concepts and decision processes. The main objective of the technical research is to develop four to six innovative energy concepts for 2050 for the four Dutch cities of Almere, Apeldoorn, Nijmegen and Tilburg, as well as the roadmap for realising this target. Firstly, 14 variations of six general energy concepts have been developed and calculations conducted on the energy neutrality in 2020, 2035 and 2050 by means of an Excel model designed for this purpose. Three concepts are based on the idea of an energy hub (smart district heating, cooling and electricity networks, in which generation, storage, conversion and exchange of energy are all incorporated): the geo hub (using waste heat and/or geothermal energy), the bio hub (using waste heat and/or biomass) and the solar hub (using only solar energy). The fourth concept is the so-called all-electric concept, based predominantly on heat pumps, PV and conversion of high temperature heat from vacuum collectors to electricity. The fifth concept uses only conventional technologies that have been applied since the second half of the previous century, and the sixth one uses only hydrogen. Calculations show that by implementing the hub concepts, the energy neutrality in 2050 ranges from 130 % (solar hubs) to 164% (geo hubs), excluding personal transport within the district. With the all-electric concept, an energy neutrality of 157% can be reached. Hydrogen only and Conventional concepts perform worse, but nevertheless reach an energy neutrality of around 115% in The energy neutrality shows the extent to which a district, in which the given concept is implemented, can supply itself with sustainable energy on a net year balance basis. Based on the six general concepts, the most optimal energy concepts tailored for the involved four cities have been drawn up and elaborated as pilots, in close cooperation with the representatives of the involved municipalities. The research up to now has shown that it is possible to realise energy neutrality in 2050 by implementing innovative technical concepts on district level. In this approach, different districts have different sustainable energy potentials that have their peak supply at different times. The smart approach therefore is not the autarkic district, but an exchange of surplus sustainable energy with neighbouring districts and import of the same amount of energy in case of a shortage. Keywords: energy neutrality, district, energy concept, energy hub, all-electric 2 ECN-E

3 Voorwoord Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van werkpakket 3 Technische concepten van EOS LT project Transep DGO. Deze tussenrapportage geeft een beeld van het onderzoek en resultaten van het eerste anderhalf jaar. Het grootste gedeelte van dit vooral fundamenteel onderzoek is afgerond. Dit rapport vormt het fundament van het nader onderzoek dat nog plaats moet vinden binnen dit werkpakket. Het team van onderzoekers van TNO, Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs en ECN hoopt met deze tussenrapportage inspirerende en goed toepasbare ideeën aan te reiken aan de belangrijke spelers zoals gemeenten, landelijke politiek, woningbouwverenigingen, projectontwikkelaars, producenten en leveranciers van duurzame-energiecomponenten en - systemen, energiebedrijven, energieadviseurs, architecten en stedenbouwkundigen over de eigenlijk niet zo verre toekomst van energievoorziening van wijken, gebieden of hele steden. De daadwerkelijke, effectieve, toepassing van innovatieve energieconcepten is niettemin ook sterk afhankelijk van het wegnemen van barrières op bestuurlijk, organisatorisch, economisch en juridisch gebied. Het werkpakket 1 buigt zich verder over deze kwestie. Dank gaat uit naar de vier pilotgemeenten betrokken bij het project: Almere, woningcorporatie Ymere te Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg en andere bedrijven en personen die onderdeel vormen van de klankbordgroep en/of hun bijdrage hebben geleverd aan de georganiseerde workshops. Acknowledgements The authors would like to thank the Dutch Ministry of Economic Affairs for their financial support of this research, and Mr Sander Koomen (Ymere housing association in Almere); Ms Marleen Bijker and Mr Theo van Es (municipality of Apeldoorn); Mr Fons Claessen and Mr Harm Eetgerink (municipality of Nijmegen) and Mr Pieter Biemans (municipality of Tilburg) for sharing information and their enthusiastic cooperation. ECN-E

4 Inhoud Inhoud 4 Lijst van tabellen 6 Lijst van figuren 6 Samenvatting 8 1. Inleiding Afbakening en werkwijze Afbakening Werkwijze Onderzoek naar de energievoorziening in Ontwikkeling van de technische concepten Conceptkeuze voor de pilotgemeenten Toekomstige energiehuishouding uitgangspunten Gebouwen energieneutraal met Trias Energetica Gebieden energieneutraal met Trias Energetica Energiestromen in een gebied Keuze van duurzame energietechnologieën Energievraag gebied Gebouw Omgeving Vervoer Duurzame energiebronnen en technologieën voor energie conversie en -opslag Bestaande technologieën Toekomstige technologieën vóór Nog te ontwikkelen technologieën ná Overige uitgangspunten: referentie, dakoppervlakte en CO 2 -emissie Samenvatting uitgangspunten Gebiedsenergieconcepten voor de toekomst Inleiding Zes typen energieconcepten Restwarmte en/of geothermie: geohubs Restwarmte en/of biomassa: biohubs Alles-op-zon concepten: zonhubs All-electric concepten Conventionele concepten met PV Waterstof concept Mate van energieneutraliteit van energieconcepten Rekentool Resultaten Nadere beschouwingen Import duurzame energie Concretisering Inleiding Matrix met gebiedskenmerken Achtergrond en functies van de matrix en pasfoto Het meerlagen model 67 4 ECN-E

5 5.2.3 Als voorbeeld een ingevulde matrix Duurzame energievoorziening betrokken gemeentes Duurzame energievoorziening Almere, de Kruidenwijk Kenmerken gebied Visie Gemeente Almere Kenmerken energieconcept 2050 Almere Kruidenwijk Stappen naar Duurzame energievoorziening Apeldoorn, Kanaalzone Kenmerken gebied Visie gemeente Apeldoorn Kenmerken energieconcept 2050 Apeldoorn Kanaalzone Stappen naar Duurzame energievoorziening Nijmegen, Waalsprong, Waalfront en binnenstad Kenmerken gebied Visie Gemeente Nijmegen Kenmerken energieconcept 2050 Nijmegen Stappen naar Duurzame energievoorziening Tilburg, nieuwbouw & renovatie Tilburg Noord Kenmerken gebied Visie Gemeente Tilburg Kenmerken energieconcept 2050 Tilburg Noord Stappen naar Samenvatting en conclusies Conclusies en vervolgstappen Conclusies Vervolgstappen 95 Referenties 96 Lijst met afkortingen WP3 rapportage 100 Begrippenlijst 102 Bijlage A Achtergrond van de Potentieelstudie A.1 Introduction 106 Bijlage B Passiefhuis kenmerken 107 ECN-E

6 Lijst van tabellen Tabel 3.1 Overzicht van de Nederlandse energieverbruiken ten behoeve van de gebouwde omgeving buiten de gebouwen Tabel 3.2 Aangenomen ingaande, uitgaande en gemiddelde collectortemperaturen per maand Tabel 3.3 Beschikbaarheid van biomassa in Nederland [Ree, 2002] Tabel 3.4 CO 2 uitstoot weergegeven per energievraag Tabel 3.5 Overzicht uitgangspunten voor de invoer rekentool Tabel 4.1 Overzicht uitgangspunten toepassingsgebied energieconcepten Tabel 4.2 Overzicht uitgangspunten geohubs Tabel 4.3 Overzicht uitgangspunten biohubs Tabel 4.4 Overzicht uitgangspunten zonhubs Tabel 4.5 Overzicht eigenschappen All-electric concepten Tabel 4.6 Overzicht eigenschappen Conventionele concepten met PV Tabel 4.7 Overzicht eigenschappen Waterstofconcepten Tabel 4.8 Mate van energieneutraliteit van de gebiedsenergieconcepten in 2020, 2035 en 2050, zowel zonder als met energiegebruik voor personenvervoer Tabel 5.1 Matrix met gebiedskenmerken Tabel 5.2 Energieconcept voor Almere Tabel 5.3 Overzicht van de geselecteerde concepten voor de vier steden Lijst van figuren Figuur 2.1 Route op weg naar de energieconcepten Figuur 2.2 Route naar keuze van concrete energieconcepten voor Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg Figuur 2.3 Stappen bij backcasting Figuur 3.1 De driestappen strategie ofwel Trias Energetica Figuur 3.2 Trias Energetica voor energieneutrale gebiedsonwikkeling [CHRI, ECN, 2010]. 28 Figuur 3.3 Energiebronnen en energiestromen in een gebied [Bron: Willems 2010] Figuur 3.4 Energiestromen in een gebied [CHRI] Figuur 3.5 Invloed van de grootte van een woongebied op de keuze van toegepaste technologieën [Bron: CHRI] Figuur 3.6 Energievraag in GJ per woning per jaar geraamd voor 2050 [ECN, 2010] Figuur 3.7 Van bronnen naar technologieën Figuur 3.8 Principeschets van diepe geothermie [Heekeren, 2007] Figuur 3.9 Voorbeeld van een vlakkeplaatzonnecollector, hier als onderdeel van een zonneboiler met bijbehorende warmteopslagvat, warmtepomp en regeling Figuur 3.10 Principeschema en prototype van het ECN quasi-continue sorptiesysteem voor individuele koeling van woningen [De Boer, 2008] Figuur 3.11 Voorbeeld van een Urban Wind Turbine: de Montane van Fortis Wind Energy (ca. 6kW) Figuur 3.12 De energiehub in zijn omgeving [Opstelten, 2006] Figuur 3.13 Vraag-aanbod afstemming met PowerMatcher TM [ECN, 2010] Figuur 5.1 De drie lagen van het meerlagen model [ 2010] Figuur 5.2 Voorbeeld van de woningen in de Kruidenwijk [Ymere] Figuur 5.3 Voorbeeld van de woningen in de Kruidenwijk [Ymere] Figuur 5.4 Energiestromen in Almere ECN-E

7 Figuur 5.5 Figuur 5.6 Figuur 5.7 Plattegrond Almere met de locatie van Kruidenwijk. Woningen in het paars zijn van Ymere. Woningen in het groen en rood zijn van andere woningcorporaties. Woningen in het grijs zijn in particulier bezit Luchtfoto Kanaalzone [Bron: Masterplan Kanaalzone Noordoost; met toestemming van Marleen Bijker, gemeente Apeldoorn] Voorbeeld van de mix van wonen, kleinschalige industrie en recreatie in Kanaalzone Noordoost [gemeente Apeldoorn] Figuur 5.8 Energiestromen in Apeldoorn [CHRI] Figuur 5.9 Bouwplannen gemeente Nijmegen [Bron: Gemeente Nijmegen] Figuur 5.10 Energiestromen in Nijmegen [CHRI] Figuur 5.11 Energiestromen in Tilburg [CHRI] Figuur 5.13 Planning gebiedsontwikkeling Tilburg-Noord [bron: WonenBreburg] ECN-E

8 Samenvatting Dat energieneutrale nieuwbouw mogelijk is, is al bekend. Het realiseren van energieneutrale gebouwde omgeving op een gebiedschaal is echter een uitdaging. Slimme combinaties van bestaande en nog te ontwikkelen technologieën, samen met gebiedsgebonden maatregelen zijn een voorwaarde voor energieneutrale wijken en vooral steden anno Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg nemen het voortouw. INTRODUCTIE Het jaar 2050 lijkt te ver weg om mee bezig te zijn. Voor energieneutrale gebieden in 2050 is het echter van groot belang om nu al actie te ondernemen. Het voorbereiden van de toe- en inpassing van de benodigde innovatieve energieconcepten en bijbehorende infrastructuur is daarvoor nu al vereist. Eén derde van de Nederlandse energievraag komt op dit moment vanuit de gebouwde omgeving. Een kenmerk van de gebouwde omgeving is dat deze zeer langzaam verandert. Jaarlijks wordt ongeveer 1procent aan nieuwbouw aan de bestaande voorraad toegevoegd. Wat op dit moment wordt gebouwd, staat er over minimaal vijftig jaar nog. De doelstelling van de Nederlandse overheid is 20% duurzame energie in Tevens pleiten vooraanstaande politieke partijen in een partijoverstijgend voorstel Nederland krijgt nieuwe energie [ voor een volledig hernieuwbare energievoorziening in De innovatieve energieconcepten leveren bijdrage aan deze ambities van Deltaplan Nieuwe Energie. ENERGIENEUTRAAL GEBIED Een energieneutraal gebied hoeft de gemeentegrenzen niet te volgen en bestaat hoofdzakelijk uit woningbouw waar een kleiner aandeel utiliteitsbouw deel van kan uitmaken. Aangenomen is dat de benodigde energie voor industrie en transport anders dan personenvervoer buiten het gebied wordt opgewekt. Daarbij vallen landbouwgronden en bronnen, zoals windturbines (bijvoorbeeld op zee) en biomassa (bossen, landbouw en dergelijke) af. Een uitzondering is de restwarmte van grootschalige afvalenergiecentrales die voornamelijk huishoudelijk en bedrijfsafval verbranden en daarmee een directe relatie met de gebouwde omgeving hebben. Definitie van een energieneutraal gebied voor dit project: Een gebied is energieneutraal als op jaarbasis geen netto-import van energie van buiten de gebiedsgrens nodig is. Een energieneutraal gebied is geen autarkisch gebied (een gebied dat geen uitwisseling van energie met zijn omgeving kent). Energieoverschotten kunnen worden geëxporteerd en dezelfde hoeveelheid energie kan in het geval van energietekort worden geïmporteerd uit omliggende gebieden. Vooral voor elektriciteit geldt dat im- en export meer voor de hand ligt dan opslag. TRIAS ENERGETICA Het ontwerpen van energieneutrale gebieden volgt de stappen van Trias Energetica. Voor de energieneutrale gebouwde omgeving wordt meer nadruk gelegd op energieopslag, uitwisseling en conversie van duurzame bronnen uit de omgeving, als volgt: 1. energievraag beperken, 2. duurzame bronnen optimaal inzetten; 3. uitwisselen van energie in energiehubs en via smart-gridtoepassingen; 4. bufferen van energie op de tijdschaal van dag, week en seizoen om vraag en aanbod van duurzame energie te matchen; 8 ECN-E

9 5. efficiënt toepassen van geïmporteerde energie en brandstof om optredende ongelijktijdigheid van de duurzame energieopwekking op te heffen en als noodvoorziening. In de onderstaande afbeelding staat de Trias Energetica voor een energieneutrale gebiedsontwikkeling weergeven in vijf stappen. De vijf stappen zijn even belangrijk en moeten alle vijf worden beschouwd binnen een energieconcept. Maximale inzet duurzame energiebronnen Geïmporteerde energie en brandstoffen 2 Energievraag gebied Energie-uitwisseling in energie-hubs Buffering van energie Beperken energievraag Trias Energetica voor energieneutrale gebiedsontwikkeling in vijf stappen [CHRI, ECN, 2010] TOEKOMSTIGE ENERGIEHUISHOUDING Bij het vaststellen van de energievraag van de energieconcepten in 2050 is uitgegaan van de resultaten van de zogenaamde Building Future Potentieelstudie 2050 [Koene et al; 2008] en [Visser et al; 2011]). Building Future, zoals het samenwerkingsverband van ECN en TNO op gebied van gebouwde omgeving wordt genoemd, heeft hoge ambities geformuleerd voor de energieneutrale gebouwde omgeving anno Technologische en niet-technologische ontwikkelingen zijn gekoppeld aan de natuurlijke momenten van groot onderhoud van gebouwen. Verregaande reductie van energievraag met liefst 70% procent is essentieel. Dit wordt mogelijk door toepassen van bestaande en nieuwe technologieën. Bijvoorbeeld nieuwbouw en renovatie zullen worden gerealiseerd volgens principes van passief bouwen. Ontwikkeling van technologieën zoals warmteterugwinning uit afvalwater en compacte warmteopslag is essentieel. Duurzame energie kan de resterende vraag dekken. Volgens de Building Future Potentieelstudie 2050 zijn de hoofdkenmerken van de energievoorziening in 2050: - De energievraag van een gebied kan opgesplitst worden in een energievraag van gebouwen; vervoer in het gebied; omgeving van gebouwen in het gebied. - Door een verregaande vraagreductie wordt de totale gemiddelde energievraag per woning in 2050 circa 33 GJ per jaar, uitgesplitst in: warm tapwater (4,5 GJ of 185 m 3 gas per jaar); ECN-E

10 ruimteverwarming (6,5 GJ of 300m 3 gas per jaar); elektriciteit (9 GJ of 2450 kwh per jaar); elektriciteitsvraag buiten gebouwen (0,3 GJ); koelvraag (1,6 GJ of 300 kwh e per jaar) en personenvervoer (11 GJ). Energievraag in GJ per woning per jaar (2050) (Totaal: 33 GJ) warm tapwater (4,5) ruimteverwarming (6,5) elektriciteit (9) elektriciteit buiten gebouwen (0,3) koelvraag (1,6) personenvervoer (11) Energievraag in GJ per woning per jaar geraamd voor 2050 [ECN] TECHNOLOGIEËN VAN DE TOEKOMST Duurzame technologieën die in energieconcepten kunnen worden toegepast zijn onder te verdelen in bestaande, toekomstige (binnen circa 10 jaar) en nog te ontwikkelen technologieën (na 2020). Onder bestaande duurzame technologieën worden hoge- en lagetemperatuurwarmtenetten, geothermische bronnen, warmte-koudeopslag (WKO), vlakkeplaat- en vacuümbuiszonnecollectoren, warmtepompen, warmtegedreven koeling, zonnepanelen (PV), urban wind en biomassa verstaan. Toekomstige technologieën zijn onder andere organic rankine cycle (ORC), warmtepompenbooster (Warmtepomp om tapwater dat met lagetemperatuurwarmtedistributie is verwarmd tot 40 o C na te verwarmen tot 65 o C om legionellaproblemen te voorkomen.), elektriciteitshub, heat- en powermatcher, compacte seizoenopslag van warmte en waterstof als energiedrager. Technologieën die al bedacht zijn maar waarvan de ontwikkeling nog moet beginnen zijn onder andere bi-directionele warmtenetten, warmte- en energiehubs. ENERGIE-HUBs Een energiehub is een nieuw concept bedacht door Building Future en verder binnen dit project ontwikkeld. Een energiehub kan gezien worden als een centraal punt in de wijk waar alle energiedistributiesystemen bij elkaar komen, en energiestromen in elkaar kunnen worden omgezet. Auto s kunnen er (bio)gas of vloeibare biobrandstoffen tanken, (bio)gas kan worden gebruikt in warmtekrachtsystemen om warmte en elektriciteit te genereren, de elektriciteit kan worden gebruikt om elektrische auto s op te laden en met warmtepompen kan warmte en/of koude worden gegenereerd. Ook wordt verwacht dat energiehubs zullen zijn uitgerust met mogelijkheden voor seizoensopslag van warmte en koude. Energiemanagement, gebaseerd op de heat- en powermatchertechniek zoals PowerMatcher en HeatMatcher (nog in ontwikkeling), wordt gebruikt om de productie en vraag van alle stromen en conversies te 10 ECN-E

11 coördineren. De energiehub zorgt in essentie voor een volledigere benutting van het gehele duurzame energie opwekpotentieel van de systemen die er aan verbonden zijn. Vraag-aanbod afstemming met PowerMatcher TM [ECN] ENERGIECONCEPTEN VOOR 2050 Eerst is onderzocht hoe de toekomstige energievoorziening er uit zou kunnen zien. Er is daarbij geïnventariseerd welke energievraag nog resteert en welke technologieën er nu en in de toekomst beschikbaar zullen zijn om deze energievraag met duurzame bronnen binnen het gebied op te wekken. Met behulp van berekeningen is aangetoond welke mate van energieneutraliteit wordt bereikt bij toepassing van de energieconcepten. Aansluitend is voor pilotprojecten een keuze gemaakt voor een concreet energieconcept. De route is weergegeven in onderstaande figuur. ECN-E

12 Doorrekenen van energieconcepten Bepalen van de mate van energieneutraliteit Route op weg naar de energieconcepten In een Excel-rekenmodel zijn de energieprestaties van de diverse energieconcepten berekend. De energetische prestatie is uitgedrukt in mate van energieneutraliteit (of zelfvoorzienendheid) die is gedefinieerd als de in het gebied opgewekte duurzame energie gedeeld door de energievraag van het betreffende gebied. Als de mate van energieneutraliteit groter is dan 100 procent is er sprake van een energieleverend gebied. Bij een kleiner percentage zal import van energie, al dan niet uit duurzame bronnen nodig zijn om in de totale energievraag te voorzien. Door het weloverwogen combineren van technologieën genoemd in Hoofdstuk 3.6 zijn zes typen energievoorzieningconcepten voor gebieden ontwikkeld. 1. geohubs; 2. biohubs; 3. zonhubs; 4. all-electricconcepten; 5. conventionele concepten; 6. waterstofconcepten. De hubconcepten maken gebruik van de restwarmte, geothermische-, biomassa- of zonnewarmte. All-electricconcepten maken gebruik van vooral warmtepompen en PV. Conventionele concepten zijn ter vergelijking beschouwd en laten zien wat kan worden bereikt met gasketels, zonneboilers en PV. Waterstofconcepten zijn ook beschouwd, maar niet verder uitgewerkt. Bij waterstof gaat het om een opslagmedium voor elektriciteit in plaats van een duurzame energiebron. Binnen de zes hoofdconcepten is een aantal zinvolle varianten gedefinieerd. Van elk van de varianten is de energieprestatie bepaald en uitgedrukt in de mate van energieneutraliteit voor 2020, 2035 en uiteindelijk voor De eerste stap in alle energieconcepten is het beperken van de vraag, door nieuwbouw of renovatie op passiefhuisniveau. Nieuwbouw bereikt het passiefhuisniveau met een goede gebouwschil (isolatie en kierdichting), lage temperatuur verwarming en warmteterugwinning uit ventilatielucht. De ruimteverwarmingvraag daarvan is 15 kwh/m 2 vloeroppervlakte per jaar. 12 ECN-E

13 Renovatiebouw heeft een hogere warmtevraag: 28 kwh/m 2 per jaar. Beide typen woningen hebben ook warmteterugwinning uit afvalwater. Er komt steeds meer beschikbare dakoppervlakte voor zonne-energietoepassingen, zoals zonnecollectoren, zonnepanelen of PVT (zonnecollectoren en zonnepanelen in één). In 2050 kan 28,1 m 2 per woning worden gebruikt voor de opwekking. De toename van het beschikbare dakoppervlak komt vooral door steeds vaker zongerichte oriëntatie van de nieuwe woningen. De energieconcepten zijn samengevat in de tabel hieronder. Mate van energieneutraliteit van de energieconcepten in 2020, 2035 en 2050 [ECN] Alle concepten kunnen in 2050 leiden tot volledige energieneutraliteit. Indien het persoonlijke vervoer wordt meegenomen, is de volledige energieneutraliteit met geen der concepten haalbaar. PILOTS IN VIER STEDEN Bovenstaande algemene energieconcepten dienen als een blauwdruk voor de keuzes van de concrete energieconcepten van de gemeentes. Deze keuzes zijn afhankelijk van meerdere aspecten, zoals de gebiedskenmerken, beschikbaarheid en type energiebronnen, eigenschappen van bestaande gebouwen en aanwezige infrastructuur, grootte van het gebied en de energievisies van de gemeentes. Het is uiteindelijk vooral een economische keuze welk concept er wordt gekozen. ALMERE De Kruidenwijk De Kruidenwijk is een laagbouw woonwijk uit de jaren zeventig in het noordwesten van Almere Stad. Ten noorden van de wijk liggen de Noorderplassen, zandwinputten van ongeveer 20 meter diep. De woningen hebben grotendeels platte daken, gevels zijn voor iets meer dan de helft op het zuiden georiënteerd. Gevels kunnen naar passiefhuisstandaard worden gerenoveerd. In de Kruidenwijk is een warmtenet met hogetemperatuurwarmte aanwezig dat zich ook over andere delen van de stad uitstrekt. Vanwege het reeds beschikbare warmtenet en de aanwezigheid van de Noorderplassen wordt in Almere gekozen voor concept 1, hogetemperatuurgeothermie met mogelijke bijdrage van biomassa (concept 2). Indien geothermie niet mogelijk blijkt, dan heeft concept 3, lagetemperatuuropslag (in de Noorderplassen) met ORC en/of warmtepompen voorkeur. ECN-E

14 Woningen in de Kruidenwijk [Ymere]. APELDOORN - De Kanaalzone Noordoost Volgens zogenaamde Roadmap 2020 [Apeldoorn barst van de energie, 2009] wordt Apeldoorn in procent energieneutraal. De gemeente Apeldoorn richt zich op een all-electric concept, waarnodig met kleinschalige warmtenetten. Deze doelstelling is in 2010 aangepast [De Ligt, 2009]. De energieneutraliteit zal in stappen worden bereikt, zoals volgt: alle overheidsgebouwen en huishoudens 2025 bedrijfsgebouwen procent energieneutraliteit inclusief vervoer De Kanaalzone Noordoost wordt tot 2025 herontwikkeld. Daarna typeert dit gebied zich door een mix van bestaande bouw, nieuwbouw en kleinschalige industrie. Ook zal een deel van De Kanaalzone als een recreatiegebied dienen. Door het hele gebied loopt een kanaal. De nu aanwezige industriegebouwen worden vervangen door kantoren en woningen. Gemeente Apeldoorn streeft naar een combinatie van wonen en werken, met behoud van het kleinschalige karakter en de cultuurhistorische en natuurlijke waarden. Biomassa en huishoudelijk afval worden in de toekomst uit de wijk getransporteerd en niet direct in de wijk gebruikt als energiebron. Wel wordt het biogas na opwerking tot aardgaskwaliteit naar de stad getransporteerd, waar het met bio-wkk installaties in stroom en warmte wordt omgezet. De bodem onder Apeldoorn is waarschijnlijk geschikt voor een duurzame warmte- en koudevoorziening. De resterende, naar verwachting lage, koudevraag (passiefhuizen hebben geen serieuze koudevraag, kantoren wel) kan door WKO uit grondwater worden opgewekt. Warmte kan met elektrische warmtepompen worden opgewekt (ORC in winterbedrijf). Voor het gebruik van het Apeldoornskanaal als warmte- koudebron is het noodzakelijk dat hierin voldoende stroming is. Hoewel het water in het kanaal nauwelijks stroomt, is het op een energetisch interessante manier in beweging te krijgen door oppompen en laten stromen op bepaalde locaties met juiste hoogteverschillen buiten het gebied. Vanwege de ambities van de gemeente Apeldoorn en het karakter van de Kanaalzone Noordoost lijkt het concept 4, all-electric in combinatie met het concept 3, lagetemperatuuropslag met ORC of warmtepompen het meest geschikt. 14 ECN-E

15 Energiestromen in Apeldoorn [CHRI] NIJMEGEN Waalfront, Waalsprong en binnenstad De Waalsprong is een laagbouw woonwijk uit het begin van de 21 e eeuw van woningen, ten noorden van de Waal tegenover de binnenstad. Het Waalfront is een voormalig industrieterrein ten westen van de binnenstad aan de zuidoever van de Waal, waar ongeveer woningen worden gebouwd. In de binnenstad zijn vele panden uit de wederopbouwperiode aan renovatie toe. Deze drie locaties zullen in 2050 als een geheel energieneutraal worden. De nieuwbouw in Waalsprong en Waalfront kan overtollige energie leveren aan de binnenstad. Vanwege de bestaande en vooral historische gebouwen en naar verhouding weinig dakoppervlakte voor energieopwekking is het onwaarschijnlijk dat de binnenstad op zich energieneutraal kan worden. Gemeente Nijmegen heeft de ambitie om de Waalsprong in 2020 energieneutraal te krijgen met een hybride warmtenet. Op de Waal wordt binnenkort een bypass gerealiseerd en ontstaan twee eilanden. De Waal kan worden gebruikt voor koeling en opwekking van energie uit stroming. De koelte zal vooral in de kantoren worden gebruikt. WKO levert koude uit grondwater die direct voor gebouwkoeling kan worden ingezet. Warmte kan met elektrische warmtepompen worden opgewekt, met het grondwater als bron. Een geothermische bron (uitgevoerd als een doublet) waaruit hogetemperatuuraardwarmte kan worden gewonnen is een mogelijkheid. Dit doublet kan dienen als een tijdelijke opslag voor overschot aan hogetemperatuurwarmte, ook zonnewarmte opgewekt door vacuümbuiscollectoren. Afvalverwerking ARN levert ook warmte (40-50 C) die niet ten koste gaat van elektrisch rendement. Electrabel-centrale G13 sluit in Omdat Nijmegen over restwarmte en genoeg mogelijkheden voor het winnen van geothermische en zonne-energie beschikt, en vanwege de aanwezigheid van de Waal wordt voor Nijmegen gekozen voor concept 1 of 2 (geo- of biohub met matigtemperatuurrestwarmtebenutting) eventueel in combinatie met concept 3 (zonhub met centrale opslag van hogetemperatuurzonnewarmte). ECN-E

16 TILBURG-Noord Tilburg-Noord wordt tot 2020 herontwikkeld. Er staat groot onderhoud gepland aan circa woningen (bouwjaar ). Tevens wordt aan de noordkant van de stad een nieuwbouwwijk gerealiseerd met woningen. In het grootste gedeelte van de stad is stadsverwarming aanwezig. Het hogetemperatuurwarmtenet wordt door de kolengestookte Amercentrale van warmte voorzien. De ambitie van de gemeente Tilburg is in 2045 energieneutraal te zijn. Een van de hoofddoelen daarbij is verduurzaming van het aanwezige warmtenet. Gemeente Tilburg zet onder meer in op grootschalige warmte-koudeopslag. Indien de Amercentrale ooit zou sluiten, kan het warmtenet van warmte worden voorzien met warmte vanuit zonnecollectoren en bio-wkk-installaties (biomassa gestoken warmtekrachtkoppelingen), eventueel in combinatie met geothermische bronnen. Opslag van warmte vindt plaats door gebruik te maken van compacte thermochemische opslag toegepast in woningen en/of geothermische doubletten. Opslag van elektriciteit vindt in principe niet plaats op de energiehub, maar door de accu s van auto s te koppelen aan een elektriciteitsnet van de woningen of andere gebouwen. Dit is mogelijk door zo het zogenaamde Vehicle-to-grid system (V2G). De elektriciteit die niet op deze manier kan worden opgeslagen, kan worden uitgewisseld met de rest van Europa. Aangezien de ambitie van Tilburg is om het warmtenet te verduurzamen en er voldoende duurzame energiebronnen zijn die de continuering van het warmtenet mogelijk maken, wordt voor Tilburg gekozen voor een energiehub. In het gebied vindt mogelijk een overgang plaats van concept 1 of 2, geo- of biohub (hogetemperatuurrestwarmtebenutting, met gebruik van biomassa) naar concept 3, zonhub (hogetemperatuuropslag van zonnewarmte). CONCLUSIES Uit het uitgevoerde onderzoek kunnen de volgende voorlopige conclusies worden getrokken: Energieneutraliteit van de gebouwde omgeving kan op termijn slechts bereikt worden door een verregaande verlaging van de energievraag. Zongerichte nieuwbouw en renovatie volgens passiefhuisstandaard en ontwikkeling van warmteterugwinning uit afvalwater zijn hiervoor essentieel. Energieneutraliteit van de gebouwde omgeving is in 2050 mogelijk met alle onderzochte energieconcepten. De geo- en biohubconcepten en het all-electricconcept leiden tot de hoogste mate van energieneutraliteit, gevolgd door de zonhubs. Conventionele concepten met zonnepanelen en het waterstofconcept kunnen energieneutraliteit net bereiken. Belangrijk gevolg van het feit dat alle concepten energieneutraliteit bereiken, is dat transitie vanuit bestaande energie-infrastructuren mogelijk is. Gedane investeringen worden daarmee niet vernietigd. Energieneutraliteit voor gebouwde omgeving inclusief vervoer is binnen het gebied niet haalbaar onder gedane aannames. Het energieverbruik voor vervoer blijft daar ook in 2050 te hoog voor. VERVOLGSTAPPEN Binnen de studie, uitgevoerd met subsidie van het ministerie van Economische Zaken; regeling Energie Onderzoek Subsidie: lange termijn, wordt nog onderzoek gedaan naar verschillende niet-technische aspecten van de energieconcepten. De Excel rekentool geeft de mate van energieneutraliteit aan in 2020, 2035 en Voor 2050 en in sommige gevallen ook voor 2035 worden waarden van meer dan 100 procent gevonden. Het is interessant om te zien welke energieconcepten of een combinatie van energieconcepten meest optimaal zijn om in een bepaald jaar een bepaalde mate van energieneutraliteit te kunnen 16 ECN-E

17 halen, bijvoorbeeld: 20 procent energieneutraliteit in 2020, 50 procent in 2030 en 100 procent in Een dergelijke beschouwing geeft een verschil tussen haalbare en gewenste mate van energieneutraliteit en daarmee vrijheid van keuze, bijvoorbeeld voor financieel-economische optimalisatie van de te kiezen maatregelen. Het concept energiehub lijkt veelbelovend en daarom is het interessant om verschillende types van energiehubs nader uit te werken. Naast de reductie in energie en CO 2 kan verdere verdieping van de keuze tussen concepten mogelijk gehaald worden uit een exergetische beschouwing, dat wil zeggen een slimme benutting van de temperatuurniveaus van de warmtestromen. Noot: Deze samenvatting is in september 2010 gepubliceerd in een aangepaste vorm als een artikel in het tijdschrift Verwarming en Ventilatie (VV+), onder de titel: Innovatieve concepten voor gebiedsontwikkeling [Energieneutrale gebieden in 2050 heel gewoon]. Noot: Deze samenvatting is gepubliceerd als een zelfstandige ECN rapportage ECN-O ECN-E

18 1. Inleiding Het verduurzamen van onze samenleving wordt steeds urgenter, onder andere ingegeven door discussies over klimaatverandering, het uitputten van fossiele brandstofreserves en de daaruit volgende internationale politieke kwesties. Hierop heeft de Nederlandse overheid het beleidsprogramma 'Schoon en Zuinig: Nieuwe energie voor het klimaat' opgesteld. Hierin wordt de ambitie uitgesproken een energiebesparing van 2 % per jaar en een aandeel van 20 % duurzame energie in 2020 te realiseren. Eén derde van de Nederlandse energievraag komt vanuit de gebouwde omgeving. De gebouwde omgeving is daarmee een van de belangrijkste sectoren om aan het bereiken van deze doelstelling een bijdrage te leveren. Door de bestaande bouw is een energieneutrale gebouwde omgeving zonder gebiedsmaatregelen niet mogelijk, dit blijkt uit het rapport UKP-NESK Energieneutrale kantoorgebouwen [Smoor, 2010] en de Potentieelstudie 2050 [Visser et al., 2011]. De opbrengst uit de verschillende duurzame energiebronnen is afhankelijk van o.a. dag-nacht, weergesteldheid en de seizoencyclus, hierdoor ontstaan overschotten en tekorten van dag- tot seizoenbasis. Door een gebouw in zijn omgeving te beschouwen is energieneutraliteit te realiseren door energievraag, energieaanbod, conversie en opslag onderling af te stemmen. Bovendien moet nieuwbouw worden voorbereid op energielevering aan bestaande bouw of aan energie voor mobiliteit. Delen van de bestaande bouw kunnen door hun (soms monumentale) status niet aangepast worden om energieneutraliteit te bereiken. Voor 2050 is het van groot belang om nú al bij gebouw- of gebiedsontwikkeling de toe- en inpassing van de benodigde innovatieve energieconcepten en bijbehorende infrastructuur voor te bereiden. Een kenmerk van de gebouwde omgeving is namelijk dat deze zeer langzaam verandert. Jaarlijks wordt ongeveer 1% aan nieuwbouw aan de bestaande voorraad toegevoegd. Wat op dit moment gebouwd wordt, staat er over minimaal vijftig jaar nog. Het doel van dit rapport is het verschaffen van inzicht en het bevorderen van de discussie over energieleverende gebouwde omgeving. Als resultaat worden energieconcepten voor duurzame gebiedsontwikkeling gepresenteerd om op lange termijn tot een energieneutrale gebouwde omgeving te komen. De energieconcepten zijn samengesteld uit een zinvolle combinatie van technologieën en maatregelen. Gebiedsmaatregelen als onderdeel van de energieconcepten zijn bijvoorbeeld afstemming op het ruimtebeslag van energievoorziening, teelt van gewassen met het oog op de benodigde biomassa-mix voor een lokale bio-energiecentrale en aansluiting op een smart-grid van diverse duurzame opwekkers. Dit rapport beperkt zich tot gebieden met woningbouw en/of utiliteitsbouw, het energie verbruik van industrie en transport wordt hierin niet beschouwd. Wel wordt er een doorkijk gegeven naar duurzaam vervoer voor huishoudelijke doeleinden. Met energieneutraal wordt hierbij bedoeld dat het energiegebruik binnen de gebiedsgrens gelijk is aan de hoeveelheid duurzame energie die binnen de gebiedsgrens wordt opgewekt. Om de concepten te ontwikkelen zijn de volgende werkzaamheden uitgevoerd: Eerst is onderzocht hoe de toekomstige energievoorziening er mogelijk uit zal zien. Er is daarbij geïnventariseerd welke energievraag nog resteert en welke technologieën er nu en in de toekomst beschikbaar zullen zijn om deze energievraag met duurzame bronnen binnen het gebied op te wekken. Met behulp van berekeningen is aangetoond wat bij toepassing van de verschillende concepten de verhouding is tussen de energievraag en de energie opgewekt binnen 18 ECN-E

19 het gebied. Aansluitend is een selectiemethode opgezet om op basis van de gebiedseigenschappen een afweging te kunnen maken voor een bepaald concept. Vervolgens is bij elk van de vier bij het project betrokken pilotgemeenten (Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg) onderzocht op welke wijze gebiedseigenschappen van invloed zijn op de keuze van een energieneutraal concept. Voor deze pilotprojecten op vier geselecteerde gebieden is een matrix met gebiedskenmerken opgesteld, waarmee per pilotproject een keuze is gemaakt voor het meest toepasbare energieconcept. De structuur van dit rapport is als volgt: In Hoofdstuk 2 wordt uitleg gegeven over de doelstellingen en de werkwijze. Hoofdstuk 3 beschrijft de uitgangspunten bij de toekomstige energievoorziening en de eigenschappen van de verschillende technologieën. Hoofdstuk 4 beschrijft de concepten en of deze aan de eis van energieneutraliteit voldoen. In hoofdstuk 5 wordt voor vier verschillende gebieden een concept gekozen aan de hand van ingevulde matrix met gebiedseigenschappen. Tot slot volgen in hoofdstuk 6 de aanbevelingen en conclusies. Ook is hier te lezen welke onderzoeksstappen nog zullen volgen binnen werkpakket 3. ECN-E

20 2. Afbakening en werkwijze 2.1 Afbakening Gebiedsontwikkeling is in hoofdzaak een gemeentelijke aangelegenheid. De insteek van dit onderzoek focust zich op een benadering vanuit gemeentelijk perspectief. In dit project hebben wij ons beperkt tot gebieden met in hoofdzaak woningbouw waar een kleiner aandeel utiliteitsbouw van deel kan uitmaken. Aangenomen is dat de benodigde energie voor industrie en transport anders dan personenvervoer elders (buiten het gebied) opgewekt wordt. Daarom is in de doelstelling de systeemgrens, d.w.z. de grens waarbinnen duurzame energie opwekking ten behoeve van het eigen project wordt toegestaan [PEGO, 2009], om het met woningen en utiliteitsgebouwen bebouwde gebied getrokken. Gemeentegrenzen, bestuurlijke grenzen of andere afbakening is niet beschouwd. Daarbij vallen ook de landbouwgronden of buitengebieden buiten de gekozen systeemgrens. Hierdoor vallen bronnen zoals windturbines buiten het gebied (bijvoorbeeld op zee) en biomassa van buiten het gebied (bossen, landbouw e.d.) af. Een uitzondering is de restwarmte van grootschalige biomassacentrales en afvalverbranding. Afvalverbranding verwerkt voornamelijk huishoudelijk en bedrijfsafval en heeft daarmee een directe relatie met de gebouwde omgeving. Door deze keuze te maken worden de hoogste energie-eisen aan de gebouwde omgeving gesteld. Indien we er in slagen binnen deze systeemgrenzen oplossingen te vinden is er een behoorlijk perspectief voor een energieneutrale toekomst. Vanwege de rol van elektrische auto s is een doorkijk gegeven naar duurzaam vervoer voor huishoudelijke doeleinden. Door elektrisch vervoer neemt de elektriciteitsvraag toe maar komt ook buffercapaciteit beschikbaar. Pieken in vraag en aanbod kunnen in de voertuigaccu opgevangen worden. Definitie van een energieneutraal gebied in dit project: Voor het Transep-DGO project gaan we uit van de onderstaande definitie: Een gebied is energieneutraal als er op jaarbasis geen netto import van energie van buiten de systeemgrens nodig is. Dit betekent dat het energiegebruik binnen de systeemgrens gelijk is aan de hoeveelheid duurzame energie die binnen de systeemgrens wordt opgewekt. In afwijking van de definitie van Platform Energietransitie gebouwde omgeving [PEGO, 2009] wordt het energieverbruik dat voortkomt uit de oprichting en sloop van de gebouwen in dit onderzoek niet meegerekend. In een energieneutraal gebied worden op energetisch en economisch optimale wijze de lokaal beschikbare energiebronnen (inclusief eventuele grondstoffen ter winning van energie) geëxploiteerd. Een energieneutraal gebied is geen autarkisch gebied dat geen uitwisseling van energie met zijn omgeving kent. Overschotten aan energie kunnen geëxporteerd worden en dezelfde hoeveelheid energie kan in het geval van energietekort worden geïmporteerd uit omliggende gebieden. (Vooral voor elektriciteit geldt dat transport meer voor de hand ligt dan opslag). 20 ECN-E

21 2.2 Werkwijze In het onderzoek zijn concepten ontwikkeld voor energieneutrale gebiedsontwikkeling om op lange termijn tot een energieneutrale gebouwde omgeving te komen die binnen geheel Nederland te realiseren is. Eerst is onderzocht hoe de toekomstige energievoorziening er uit zou kunnen zien. Er is daarbij geïnventariseerd welke energievraag nog resteert en welke technologieën er nu en in de toekomst beschikbaar zullen zijn om deze energievraag met duurzame bronnen binnen het gebied op te wekken. Met behulp van berekeningen is aangetoond welke mate van energieneutraliteit wordt bereikt bij toepassing van de energieconcepten. Aansluitend is voor pilotprojecten een keuze gemaakt voor een concreet energieconcept. De route is weergegeven in Figuur 2.1. Doorrekenen van energieconcepten Bepalen van de mate van energieneutraliteit Figuur 2.1 Route op weg naar de energieconcepten [ECN] Bij het project zijn vier gemeenten betrokken: Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg. In deze zogenaamde pilotgemeenten zijn pilotprojecten gedefinieerd die in dit rapport fungeren als praktijkvoorbeeld en testcase. Met de verantwoordelijke personen voor het energiebeleid binnen de gemeentes zijn interviews gehouden. Een uitzondering is Almere, waar het interview bij de woningcorporatie Ymere plaatsvond. De interviews gaven een nadere toelichting op de gebiedskenmerken, de energievisies en het beleid van de gemeentes. De kansen en belemmeringen zijn natuurlijk afhankelijk van de sterktes en bedreigingen van het gebied of de gemeente. De concepten zijn besproken en naar aanleiding hiervan verbeterd. Een ander doel van de bezoeken aan gemeentes was het enthousiasmeren van de beleidsmakers, het bewust maken van de noodzakelijke langetermijnvisie bij gebiedsontwikkeling en de toepassing/inpassing van de energieconcepten en het project in algemeen. De achterliggende gedachte is dat een persoonlijk contact en een uitwisseling van ideeën bijdraagt aan het creëren van draagvlak vanuit de techniek. ECN-E

22 Van de geselecteerde gebieden in de pilotgemeenten is zoveel mogelijk materiaal met achtergrondinformatie over gebiedskenmerken en energievisies van de gemeenten verzameld en bestudeerd. De energieconcepten zijn geconfronteerd met de gebiedskenmerken en de energievisies van de steden. Op basis van die confrontatie zijn tenslotte concrete energieconcepten voor de vier steden gekozen Onderzoek naar de energievoorziening in 2050 Waar wordt hoeveel energie voor gebruikt en welke technologieën zullen nu en in de toekomst beschikbaar zijn om dit doel te bereiken? Alle duurzame energiebronnen zon, wind, aardwarmte, biomassa, waterkracht, omgeving en restwarmte en de bijbehorende technologieën voor de conversie naar warmte, koude, brandstof en elektriciteit zijn beschouwd. Hieruit volgt een lijst met duurzame technologieën op gebiedsniveau ingedeeld naar technologieën die: op dit moment al bestaan en in de markt toegepast worden; in een later stadium van ontwikkeling zijn en in pilots toegepast en getest worden; die wel al bedacht zijn maar nog niet in pilots zijn getest. Deze categorie technologieën is van groot belang voor de concepten Een paar voorbeelden zijn bi-directionele warmtenetten, energiehubs (energy-organisers), fotovoltaïsche zonnepanelen met dubbel rendement ten opzichte van 2010 en toepassing van compacte thermochemische warmteopslag in het bijzonder in de gebouwde omgeving. Voor de volgende deelaspecten van de concepten zijn nieuwe en bestaande technologieën in kaart gebracht: mogelijkheden van reductie van de vraag naar warmte, koude en elektriciteit binnen de gebouwde omgeving. duurzame opwekking in relatie tot bouwkundige en stedenbouwkundige parameters, zoals beschikbare oppervlakte voor zonnepanelen en zonnecollectoren, ondergrondse structuur en mogelijkheden voor warmte/koude opslag, inzet biomassa en wind, etc. verschillende mogelijkheden en vormen van opslag voor warmte, koude en elektriciteit op gebiedsniveau. conversie van duurzaam opgewekte energiedragers naar energiedragers die aansluiten bij de lokale vraag. realiseren en organiseren van netten voor diverse energiestromen zoals warmte, koude (d.w.z. verschillende temperatuurniveaus) en elektriciteit in relatie tot aanbod, vraag en opslag Ontwikkeling van de technische concepten De energievraag en het duurzame aanbod (mix van duurzame bronnen) moeten op gebiedsniveau op elkaar worden afgestemd. Hierbij moet rekening worden gehouden met van zowel vraag als aanbod: - Energievorm - Energiehoeveelheid (uitgedrukt in Joules of kilowatturen), - Vermogen (Watts), - Temperatuurniveau - Gelijktijdigheid van vraag en aanbod. - Locatie van vraag en aanbod. 22 ECN-E

23 Voor het bereiken van deze afstemming zijn de energieconcepten ontwikkeld, zijnde gebiedsafhankelijke, logische systeemcombinaties voor opwekking, conversie en distributie van duurzame energie. Met behulp van berekeningen is aangetoond in welke mate de concepten leiden tot energieneutraliteit of zelfs energielevering. Door het weloverwogen combineren van bovengenoemde technologieën zijn zes typen energievoorzieningconcepten voor gebieden ontwikkeld. Dit zijn: 1. Geohubs 2. Biohubs 3. Zonhubs 4. All-electric concepten 5. Conventionele concepten en 6. Waterstofconcepten Binnen de zes hoofdconcepten zijn een aantal zinvolle varianten gedefinieerd. Van elk van de varianten is de energieprestatie bepaald en uitgedrukt in de mate van energieneutraliteit voor 2020, 2035 en uiteindelijk voor Deze concepten staan in detail in Hoofdstuk 4 nader omschreven. Om de mate van energieneutraliteit te bepalen is een Excel rekentool ontwikkeld op basis van de eigenschappen van de toekomstige energievoorziening uit hoofdstuk 3. De uitgangspunten zijn gebaseerd op de Potentieelstudie 2050 [Visser et al, 2011] Conceptkeuze voor de pilotgemeenten Er is weergegeven hoe de energieconcepten in algemene zin toegepast kunnen worden. De conceptkeuze hangt af van de fysieke (o.a. gebiedseigenschappen, bouwopgave, bestaande bouw) en niet-fysieke (o.a. sturingsvorm, organisatie gemeente, invloed bewoners) eigenschappen van het gebied. Er worden vier concrete concepten voor Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg uiteengezet. Er wordt een beeld gegeven van de energieneutrale energievoorziening in 2050 en ook van de stappen die daartoe vanaf anno nu zouden moeten worden gezet. Het gaat hierbij om: Kruidenwijk in Almere Kanaalzone Noordoost in Apeldoorn Waalsprong, Waalfront en de binnenstad van Nijmegen Tilburg Noord Belangrijk onderdeel is het inventariseren van de gebiedskenmerken. Hiervoor is de pasfoto bedacht die de fysieke en niet-fysieke kenmerken van het gebied weergeeft. Hiervoor is de matrix ontwikkeld, waarin de gebiedskenmerken en energievisies op overzichtelijke wijze ingevuld kunnen worden. In de matrix zijn de variabelen van gebiedskenmerken en energievisies opgenomen. Deze methode sluit aan bij de pasfoto die ook in werkpakket 1 is ontwikkeld voor de keuze van de sturingsvorm bij gebiedsontwikkeling. Hierdoor wordt de interactie tussen energieconcept en sturingsvorm in beeld gebracht. De pasfoto is een hulpmiddel om de afwegingen voor een optimaal energieconcept te kunnen doen. In het onderstaande diagram is de aanpak weergegeven om voor elk pilotproject tot een concreet energieconcept te komen. ECN-E

24 Figuur 2.2 Route naar keuze van concrete energieconcepten voor Almere, Apeldoorn, Nijmegen en Tilburg [ECN] De zes algemene energieconcepten dienen als een blauwdruk voor de keuzes van de concrete energieconcepten van de gemeentes. De ambities en mogelijkheden van de gemeentes voor 2050 kunnen verschillen van de mate energieneutraliteit die een algemeen energieconcept kan bieden. Nadat de gewenste energievoorziening in 2050 is vastgesteld, wordt dit beeld naast de pasfoto van 2010 gelegd. Verder wordt de backcasting methode ingezet om de strategie voor transitie naar de energieneutrale gebieden in de betrokkene gemeentes uit te werken. Uitgaand van een ambitieus gewenst eindbeeld worden de stappen gedefinieerd om vanuit de huidige situatie op termijn bij dat gewenste eindbeeld uit te komen. In Figuur 2.3 is de werkwijze backcasting schematisch weergegeven. 24 ECN-E

25 Schematische weergave van backcasting toets toets Eindbeeld energievoorziening 2050 Energievoorziening van nú Energieneutraal gebied 2050 Stap 1 Stap 2 Stap 3 Stap 4 Stap 5 Figuur 2.3 Stappen bij backcasting [ECN] De complete backcasting voor al de vier gemeentes zal in nader onderzoek nog worden uitgewerkt. ECN-E

26 3. Toekomstige energiehuishouding uitgangspunten In een Excel-rekenmodel zijn de energieprestaties van de diverse energieconcepten die de energievoorziening vormen voor gebieden berekend. De energetische prestatie is uitgedrukt met het begrip mate van energieneutraliteit mate van energieneutraliteit dat gedefinieerd is als de in het gebied opgewekte duurzame energie gedeeld door de energievraag van het betreffende gebied. Als de mate van energieneutraliteit groter is dan 100% is er sprake van een energieleverend gebied. Bij een kleiner percentage zal fossiele brandstof nodig zijn om in de totale energievraag te voorzien. In dit hoofdstuk staan de uitgangspunten van de rekenmethode beschreven. Voor alle getallen is een onderbouwing gegeven. Een aantal aannames zijn van toepassing op nog te ontwikkelen technologieën. Daarom is een apart onderscheid gemaakt naar bestaande en nog te ontwikkelen technologieën. Het is daarom zaak om in de loop van de tijd de waarde van de uitgangspunten te bewaken en zonodig bij te stellen aan de hand van de stand van techniek. De energieconcepten en uitgangspunten zijn bepaald voor het eindbeeld in Door backcasting kan worden afgeleid welke stappen noodzakelijk zijn zonder dat deze de realisatie van het eindbeeld op langere termijn blokkeren. Aan de hand van deze methode zullen de eindbeelden en de weg er naar toe voor de pilotprojecten in de vier deelnemende gemeenten worden beschreven. 3.1 Gebouwen energieneutraal met Trias Energetica Op gebouwniveau is het gebruikelijk om energieconcepten samen te stellen aan de hand van de Trias Energetica: 1) energievraag beperken; 2) duurzame bronnen optimaal inzetten 3) de rest zo schoon mogelijk opwekken met fossiele brandstof; Figuur 3.1 De driestappen strategie ofwel Trias Energetica [ Bij het samenstellen van de energieconcepten is beperking van de energievraag (stap 1) en de inzet van duurzame bronnen (stap 2) het uitgangspunt. Om de optredende ongelijktijdigheid tussen vraag en aanbod van energie kostenefficiënt op te vangen, is incidentele import, export 26 ECN-E