Warmte: transitiepad naar een CO2 neutrale wijk Werksessie Topsector Energie 03/10/2016 Juriaan van Tilburg, Edwin van Vliet
Even voorstellen > Juriaan van Tilburg 2016-heden: consultant Ecofys > Future urban infrastructure > Warmte transitie in de gebouwde omgeving 2014-2016: programma manager Liander > Ontwikkeling innovatieve gelijkstroomnetten 2011-2016: management consultant Alliander > Edwin van Vliet 2015-heden: consultant Greenvis > Verduurzamen van gebouwde omgeving door het verbinden van vraag en aanbod van warmte > Ontwikkelen gebiedsgebonden warmteoplossingen > 2013-2014: Management Trainee Imtech > Smart grids, telecommunicatie, innovatie en business development 2 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Introductie Op de weg naar een energie-neutrale gebouwde omgeving is met name verduurzaming van de warmtevraag is uitdagend. De oplossing is hybride De eindoplossing is hybride Verduurzaming van de warmtevraag heeft veel impact % verwarming woningen Energievraag NL 100 16 3 30 Transport 50 74 86? Warmte 50 20 Elektriciteit 0 10 11 1995 2012 2050 Lokale verwarming Groengas CV-installatie Electrisch verwarmen Collectieve verwarming 3 ECOFYS 3-10-2016 Ecofys, Greenvis
Op welke wijze kan collectieve warmte bijdragen aan een CO2 arme gebouwde omgeving? 1. Potentie duurzame collectieve warmte 2. Transitiepaden naar lage temperatuur warmtenetten 4 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Potentie duurzame collectieve warmte In samenwerking met Gasunie, provincie Zuid-Holland en programmabureau Warmte-Koude Zuid-Holland 5 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Potentie duurzame warmtenetten Collectieve warmte zorgt voor een verlaging van de CO2 uitstoot ten opzichte van individuele HR-ketels, maar is op dit moment zeker niet CO2 neutraal Warmtenetten zijn een eerste stap om CO2 uitstoot te verlagen, maar het is niet genoeg. CO2 emissies voor individuele en collectieve verwarming CO2 emissies Verwarming (kg/gj) 90-74% 60 30 0 Individuele verwarming (HR-ketels) Collectieve verwarming (gascentrale) HR-ketels Gascentrale (STEG) 6 ECOFYS 03/10/2016 Name
Potentie duurzame warmtenetten Collectieve warmte zorgt voor een verlaging van de CO2 uitstoot ten opzichte van individuele HR-ketels, maar is op dit moment zeker niet CO2 neutraal Warmtenetten zijn een eerste stap om CO2 uitstoot te verlagen, maar het is niet genoeg. Welke duurzame bronnen kunnen we economisch inzetten? Hoe optimaliseren wij die inzet? CO2 emissies voor individuele en collectieve verwarming CO2 emissies Verwarming (kg/gj) 90-74% 60 30-100% 0 Individuele verwarming (HR-ketels) Collectieve verwarming (gascentrale)??? HR-ketels Gascentrale (STEG) 7 ECOFYS 03/10/2016 Name
Potentie duurzame warmtenetten Warmtenetten passen goed bij hoge warmtevraag, zoals in de binnenstad en oudere woonwijken. 20-35% van de warmtevraag is zo rendabel af te dekken. Goudrecht 8 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Stap 1: Inzet van duurzame warmtebronnen Met lokale restwarmte en biomassa is de warmtevraag ook af te dekken, wat resulteert in een verdere daling van de CO2 uitstoot. Warmtevraag warmtenet Goudrecht (0.9 PJ) is af te dekken met: 70% industriele restwarmte (procesindustrie, 30MW) 25% lage temperatuur stedelijke restwarmte (supermarkten, datacenter 34 MW) Resterend deel met biomassa en centrale gaspiekketels CO2 emissie reductive door inzet duurzame warmtebronnen CO2 emissies verwarming (kg/gj) CO 2 emissie (kg/gj) 100 80 60-74% 2,0 1,5 1,6 kg/gj 0,2 40 20-93% 0,5 1,5 0 1,5 0,2 0,0 Individuele HR ketels Collectieve warmte via gascentrale Biomassa Gaspiekketel 9 ECOFYS 03/10/2016 Name
Stap 2: Effectievere inzet van duurzame warmte Opslag vergroot inzetbaarheid restwarmtebronnen en verlaagt behoefte aan additionele, duurdere piek-bronnen Opslag van goedkope warmte om gebruik duurdere bronnen te voorkomen Warmtevraag (GJ/uur) 120 Opgeslagen warmte 90 Powerfys model Industriele restwarmte Stedelijke restwarmte 60 30 Biomassa Gas-piekketel Warmte uit opslag 0 Warmtevraag (GJ/uur) 1 winterweek Opgeslagen warmte (GJ) Warmte in opslag 120 1.200 90 Powerfys model 900 Verschil 60 30 600 300 Industriele restwarmte +5% Stedelijke restwarmte -2% Biomassa -67% 0 0 Gasketels -93% -30-300 Jaartotaal -60 1 winterweek -600 10 ECOFYS 03/10/2016 Name
Stap 2: Effectievere inzet van duurzame warmte Opslag vergroot inzetbaarheid restwarmtebronnen en verlaagt behoefte aan additionele, duurdere piek-bronnen Opslag van goedkope warmte om gebruik duurdere bronnen te voorkomen Warmtevraag (GJ/uur) 120 Opgeslagen warmte 90 Powerfys model Industriele restwarmte Stedelijke restwarmte 60 30 Biomassa Gas-piekketel Warmte uit opslag 0 Warmtevraag (GJ/uur) 1 winterweek Opgeslagen warmte (GJ) Warmte in opslag 120 1.200 90 Powerfys model 900 Verschil 60 30 600 300 Industriele restwarmte +5% Stedelijke restwarmte -2% Biomassa -67% 0 0 Gasketels -93% -30-300 Jaartotaal -60 1 winterweek -600 11 ECOFYS 03/10/2016 Name
Stap 2: Effectievere inzet van duurzame warmte Gebruik van opslag verlaagt de warmtekosten en kan de CO 2 uitstoot van een warmtenet sterk reduceren Opslag van restwarmte verlaagt kosten en CO 2 emissies warmtenet Inkoopkosten Warmtemix ( /GJ) 12 8 4 0 10,9 /GJ 2,5 3,5 1,0 3,9 Zonder opslag -14% 9,3 /GJ 0,3 2,5 3,5 0,8 2,2 Met opslag Kosten opslag Industriele restw. Stedelijke restw. Biomassa Gas piekketel CO 2 emissie (kg/gj) 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 1,6 kg/gj 0,2 1,5 Zonder opslag -90% 0,2 kg/gj 0,1 0,1 Met opslag 12 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Stap 3: Gebruik elektriciteitsoverschotten Sterke groei duurzame elektriciteit zorgt op sommige momenten voor elektriciteitsoverschotten: een kans voor duurzame warmteproductie Aandeel duurzame elektriciteit uit wind en zon groeit sterk 100 50 % duurzame elektriciteit 0 2010 2020 2030 2040 2050 maar, deze elektriciteitsopwek valt niet altijd samen met de vraag 13 ECOFYS 03/10/2016 Name
Stap 3: Gebruik elektriciteitsoverschotten Bij meer elektriciteitsopwek dan vraag zijn de elektriciteitskosten laag (overschot). Power to heat kan goedkope elektriciteit benutten voor warmte Potentie warmte uit goedkope, duurzame elektriciteit: 60 PJ in 2050 in Nederland Curtailment en power to heat potentie bij lage elektriciteitsprijzen in 2030 Elektriciteit (MWh) Kosten ( /MWh) 3.000 1.500 Powerfys model 200 100 0-1.500 1 uur 8 januari 2030 24 uur 0-100 -3.000-4.500 Elektriciteitskosten zonder P2H wind en zonne-energie uitgezet (curtailment) Opwek P2H -200-300 Ook andere toepassingen gaan deze energie benutten: productie synthetisch gas (power2gas), procestechnologie (power2products) 14 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Conclusie: Met inzet van lokale restwarmte in combinatie met warmteopslag en power to heat kunnen we in 2030, 20-35% van de wijken CO2 neutraal verwarmen CO2 emissies verwarming (kg/gj) 90-74% 80 70 60 50 40 30-93% 20 10 0 1,5 0,2-90% 0,1 0,1-99% Individuele HR ketels Collectieve warmte (gascentrale) Restwarmte en biomassa Met opslag Met Opslag & P2H Industriele restwarmte Biomassa Stedelijke restwarmte Gaspiekketel 15 ECOFYS 03/10/2016 Name
Stelling 1: CO2-neutrale wijken: Binnensteden verwarmen we met restwarmte, de rest met elektriciteit 16 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Transitiepaden naar lage temperatuur warmte In samenwerking met RVO en TKI Urban Energy 17 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Collectieve warmte op lage temperatuur Lage temperatuur warmte Collectieve warmte Warmtevoorziening All-electric Hoge temperatuur warmte Duurzaam gas 18 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Naar lage temperatuur warmtenetten > Interessant vanwege: Beschikbaarheid warmtebronnen met lage temperatuur Restwarmte (kleinschalig en grootschalig) Ondiepe geothermie Verder uitnutting andere bronnen Lagere warmteverliezen in distributienetten > Mogelijk door: Lage temperatuur afgiftesystemen (LTradiatoren, vloerverwarming) > Gebruikte definitie lage temperatuur warmtenetten: Indirect gebruik warm tapwater (<55 C) Direct gebruik ruimteverwarming > In dit onderzoek gekeken naar startsituatie met huidige hoge of middelhoge temperatuur netten Bonte et al. 2012 19 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Geleidelijke transitie naar LT-warmte begint bij afnemers 2. 1. 3. 4. 90 C Legenda Lage temperatuur net Hoge temperatuur net Afnemers van lage temperatuur warmte Afnemers van hoge temperatuur warmte Naverwarmer 50 C 30 C Mogelijkheden om de transitie van bestaande HT-netten naar LT-netten in te vullen (1. naverwarmer, 2. gescheiden temperatuur zones, 3. aansluiting op HT-retourleiding en 4. cascadering) 20 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Overgang woningen naar LT > Decentraal opwaarderen warm tapwater nodig vanwege legionellawetgeving Huidige vorm energiebelasting heeft negatieve stimulans voor het decentraal opwaarderen van LT-warmte > Technisch mogelijk, maar organisatorisch en financieel uitdagend Projectmatige aanpak van isolatie en afgiftesystemen is nodig Overzicht meest kostenefficiënte aanpassingen voor referentiewoningen 21 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Uitdagingen voor de toepassing van LT-warmtenetten > Helder afwegingskader tussen verschillende warmtevormen Maatwerk is nodig in het verduurzamen van de gebouwde omgeving Collectieve warmte Lage temperatuur warmte > Pilotproject Hoe verloopt deze transitie in de praktijk? Warmtevoorziening All-electric Hoge temperatuur warmte Duurzaam gas > Waar komt de levergrens te liggen? Wie wordt verantwoordelijk voor opwaarderen warmte > Grote impact op de bewoners Aanpassingen aan afgiftesystemen en isolatie hebben grote impact op bewoner 22 ECOFYS 03/10/2016 Ecofys, Greenvis
Stelling 2: Bewoners moeten worden gedwongen hun woning te isoleren ECOFYS
Quiz vragen > Welke warmtebron geeft de laagste kosten per GJ? Gasketel Geothermie Restwarmte 25 ECOFYS 03/10/2016 Name
Quiz vragen > Welke warmtebron geeft de laagste CO2 uitstoot per GJ? Restwarmte Geothermie Power2Heat 26 ECOFYS 03/10/2016 Name
Quiz vragen > Is de belangrijkste belemmering voor LT-warmtenetten Financieel Sociaal Technisch Aanbod LT-warmte 27 ECOFYS 03/10/2016 Name
Quiz vragen > Waar zet ik mijn warmtemeter neer? Voor de warmtepomp Na de warmtepomp 28 ECOFYS 03/10/2016 Name
Quiz vragen > Op welke temperatuur moet mijn LT warmte zijn? <50 C <40 C Zo laag mogelijk 29 ECOFYS 03/10/2016 Name
Quiz vragen > Als 1 persoon HT wil dan is LT niet meer mogelijk? Waar Niet waar 30 ECOFYS 03/10/2016 Name
31 ECOFYS 03/10/2016 Name