Warmteladder. Afwegingskader warmtebronnen voor warmtenetten - FINAAL

Warmteladder Afwegingskader warmtebronnen voor warmtenetten - FINAAL

Warmteladder Afwegingskader warmtebronnen voor warmtenetten - FINAAL Door: Jeroen de Beer, Ewald Slingerland en Wouter Meindertsma Datum: mei 2014 Projectnummer: INDNL14405 Ecofys 2014 in opdracht van: Eneco ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T +31 (0)30 662-3300 F +31 (0)30 662-3301 E info@ecofys.com I www.ecofys.com Chamber of Commerce 30161191

Inhoudsopgave Samenvatting 1 1 Inleiding 3 2 Warmtebronnen 5 2.1 Inleiding 5 2.2 Kolencentrales 5 2.3 STEG 7 2.4 AVI 7 2.5 Gasmotor-WKK 8 2.6 Industriële WKK 8 2.7 Biomassa 10 2.8 Geothermie 10 2.9 Industriële restwarmte 11 3 Emissies 12 3.1 Soorten emissies, verbrandings- en ketenemissies 12 3.2 Bepaling van emissies 12 3.2.1 Referenties voor de beoordeling 12 3.2.2 Methodologie voor toekennen lokale emissies per warmtebron 13 3.2.3 Methodologie voor toekennen ketenemissies (alleen CO 2 ) 15 3.3 Resultaten emissies 17 4 Energetisch rendement 20 4.1 Methodiek bepalen equivalente opwekrendementen 20 4.2 Resultaten 22 5 Leveringszekerheid 23 5.1 Korte termijn leveringszekerheid 23 5.2 Lange termijn leveringszekerheid 25 6 Technische specificaties 27 7 Prijsmechanismen 29 7.1 Volatiliteit van de prijs van de brandstof 29 7.2 Subsidie 31 7.3 De prijs voor uitstoot van CO 2 31 8 Overzichtstabel afwegingskader 33 ECOFYS Netherlands B.V. Kanaalweg 15G 3526 KL Utrecht T +31 (0)30 662-3300 F +31 (0)30 662-3301 E info@ecofys.com I www.ecofys.com Chamber of Commerce 30161191

Samenvatting Het leveren van warmte aan huishoudens en bedrijven via een warmtenet wordt gezien als een duurzaam alternatief voor individuele, meest gasgestookte ketels. Maar die duurzaamheid is wel afhankelijk van de bronnen die warmte leveren aan het net. De vraag die hierbij speelt is aan welke criteria een warmtebron moet voldoen wil het duurzaam genoemd kunnen worden. Eneco heeft behoefte aan een kader om de duurzaamheid van verschillende bronnen te kunnen afwegen. Concrete aanleiding voor dit vraagstuk is de Green Deal Zuid-Holland en het Deltaplan Energie van het Havenbedrijf Rotterdam. De Green Deal is erop gericht het overschot aan warmte van vooral de industriegebieden nabij Rotterdam te koppelen aan de vraag naar warmte in gebouwde omgeving in Zuid-Holland. In opdracht van Eneco heeft Ecofys een afwegingskader ontwikkeld om de duurzaamheid van verschillende warmtebronnen te kunnen toetsen aan de volgende criteria: Emissies (CO 2 direct en in de keten, NO x, SO x en fijn stof); Opwekrendement van de warmte; Leveringszekerheid (korte en lange termijn); Technische specificaties; Mechanismen achter prijsvorming. De eerste twee criteria worden kwantitatief beoordeeld en de laatste drie kwalitatief. De warmtebronnen die worden meegenomen in het afwegingskader zijn: Kolencentrales (varianten: met CO 2 -afvangen, met bijstook van biomassa); STEG; AVI; Gasmotor WKK; Industriële WKK (stoom- en/of gasturbine); Biomassa (ketel en WKK); Geothermie; Industriële restwarmte. Voor de beoordeling van de duurzaamheid van warmte bestaat nog geen uitontwikkelde methode. In dit afwegingskader is zoveel mogelijk aangesloten bij bestaande en geaccepteerde methoden. De warmteladder is bedoeld om op een gestructureerde manier de discussie over duurzaamheid van warmte te voeren. Het is niet de bedoeling een absoluut oordeel te geven. Tevens moet worden gezegd dat de beoordeling gebaseerd is op een gemiddelde situatie. Voor specifieke projecten kan tot een andere beoordeling gekomen worden. INDNL14405 1

De resultaten zijn samengevat in een matrix waarin de afweging van alle warmtebronnen voor alle criteria wordt getoond (zie tabel 1). Tabel 1: Afwegingskader duurzaamheid warmtebronnen. Bron Techniek Kolen Gas Geo Biomassa Ind. Afval Kolencentrale Kolencentrale + 42% bijstook biomassa Kolencentrale + 90% afvang CO2 Fossiel Duurzaam Restwarmte Criterium Eenheid Emissies - CO2 (lokaal + keten) kg/gj th 44 29 8.8 23 28 23 12 8.3 3.8 0.0 7.0 STEG Emissies - NOx g/gjth 8.9 9.0 10 4.2-23 4.2 6.8 39 18 0.0 0.0 Emissies - Fijnstof g/gjth 0.5 0.5 0.4 0.0-1.3 0.0 0.1 1.9 0.9 0.0 0.0 Emissies - SOx g/gjth 5.8 4.1 1.0 0.0-36 0.0 2.5 11 5.1 0.0 0.0 Energetisch rendement % 278 479 278 278 150 278 586 10000 10000 1000 556 Leveringszekerheid op korte termijn (1 jaar) +/- + + + +/- +/- +/- + + + +/- + Leveringszekerheid op langere termijn (tot 15 jaar) +/- + + + + + + + + + +/- +/- Technische specificaties +/- + + - + + + +/- + + +/- + Prijsmechanismen +/- - +/- +/- +/- +/- + + +/- +/- +/- +/- WKK Gasmotor WKK Industrie Geothermie Ketel WKK Industriele restwarmte AVI INDNL14405 2

1 Inleiding Het leveren van warmte aan huishoudens en bedrijven via een warmtenet wordt gezien als een duurzaam alternatief voor individuele, meest gasgestookte ketels. Maar die duurzaamheid is wel afhankelijk van de bronnen die warmte leveren aan het net. De vraag die hierbij speelt is aan welke criteria een warmtebron moet voldoen wil het duurzaam genoemd kunnen worden. Eneco heeft behoefte aan een kader om de duurzaamheid van verschillende bronnen in het warmtenet van Eneco te kunnen afwegen. Concrete aanleiding voor dit vraagstuk is de Green Deal Zuid-Holland en het Deltaplan Energie van het Havenbedrijf Rotterdam. De Green Deal is erop gericht het overschot aan warmte van vooral de industriegebieden nabij Rotterdam te koppelen aan de vraag naar warmte in gebouwde omgeving in Zuid-Holland. Eneco heeft Ecofys gevraagd een objectief afwegingskader op te stellen waarmee verschillende warmtebronnen kunnen worden gerangschikt op duurzaamheid, betaalbaarheid en betrouwbaarheid. Ecofys heeft dit afwegingskader ontwikkeld voor Eneco. Omdat het om een rangschikking gaat van warmtebronnen, duiden we dit afwegingskader aan met warmteladder. Verschillende warmtebronnen die kunnen leveren aan het primaire warmtenet van Eneco worden meegenomen in de warmteladder. De warmtebronnen moeten voldoen aan de volgende voorwaarden: Substantiële capaciteit (>10 MW th ); Aansluiten bij de stooklijnen van het primaire warmtenet van Eneco in Den Haag en Rotterdam 1 ; Bewezen technologie. De warmtebronnen die worden meegenomen in het afwegingskader zijn: Kolencentrales (varianten: met CO 2 -afvangen, met bijstook van biomassa); STEG; AVI; Gasmotor WKK; Industriële WKK (stoom- en/of gasturbine); Biomassa (ketel en WKK); Geothermie; Industriële restwarmte. In hoofdstuk 2 worden de warmtebronnen verder getypeerd. 1 Het primaire warmtenet heeft een aanvoertemperatuur van 90-120 C, afhankelijk van de buitentemperatuur. De retourtemperatuur ligt tussen de 50 en 70 C. INDNL14405 3

In dit document worden de afwegingen beschreven die gemaakt zijn om tot een vergelijking van de verschillende warmtebronnen te komen. De criteria die worden meegenomen in het afwegingskader zijn: Emissies (CO 2 direct en in de keten, NO x, SO x en fijn stof) (Hoofdstuk 3); Opwekrendement van de warmte (Hoofdstuk 4); Leveringszekerheid (korte en lange termijn) (Hoofdstuk 5); Technische specificaties (Hoofdstuk 6); Mechanismen achter prijsvorming (Hoofdstuk 7). Een uitganspunt in de analyses is dat de systeemgrens bij de bron ligt en niet bij het aansluitpunt. Deze keuze heeft bijvoorbeeld tot gevold dat warmteverliezen in het netwerk zelf niet worden meengenomen. De resultaten zijn samengevat in een matrix waarin de afweging van alle warmtebronnen voor alle criteria wordt getoond. De aannamen die beschreven zijn in dit document, zijn essentieel voor een goed begrip van de matrix. Het moge duidelijk zijn dat andere aannamen kunnen leiden tot een andere afweging. De afweging is bovendien afhankelijk aan het belang dat de gebruiker hecht aan de verschillende criteria. Een andere prioriteit kan leiden tot een andere afweging. De warmteladder is dan ook bedoeld om op een gestructureerde manier de discussie te voeren over de verschillende warmtebronnen en poogt niet een absoluut oordeel te geven. INDNL14405 4

2 Warmtebronnen 2.1 Inleiding In dit hoofdstuk geven we een typering van de volgende warmtebronnen: Kolencentrales (varianten: met CO 2 -afvangen, met bijstook van biomassa); Stoom- en gasturbine (STEG); Afvalverbrandingsinstallatie met energieopwekking (AVI); Gasmotor WKK; Industriële WKK (stoom- en/of gasturbine); Biomassa (ketel en WKK); Geothermie; Industriële restwarmte 2.2 Kolencentrales Bij de kolencentrale wordt warmte geproduceerd door op een lage druk stoom af te tappen uit het stoomcircuit. Door met deze stoom warmte te produceren vermindert de elektriciteitsproductie en neemt het totaalrendement van de installatie toe. Overigens wordt in een STEG en AVI warmte op dezelfde manier geproduceerd. In dit onderzoek worden drie typen kolencentrales onderscheiden: 1. Kolencentrale zonder biomassa bijstook of koolstofafvang 2. Kolencentrale met biomassa bijstook. 3. Kolencentrale met koolstofafvang. Bij het mee- of bijstoken wordt de biomassa toegevoerd aan elektriciteitscentrales of industriële installaties die van oorsprong draaien op kolen. Door koolstofafvang toe te passen op kolencentrales, kunnen de emissies per geproduceerde elektriciteit of warmte worden verminderd. Gebruik van biomassa en koolstofafvang kan effecten hebben op de rentabiliteit en leveringszekerheid van de kolencentrales (zie relevante hoofdstukken). De huidige en geplande kolencentrales in de regio Rijnmond zijn geïdentificeerd en gekarakteriseerd aan de hand van een recente inventarisatie van ECN voor het Rotterdam Climate Initiative (2013) en aan de hand van een database voor Europese elektriciteitscentrales van Ecofys. De maximale bijstookpercentages van biomassa en de elektrisch rendementen van de kolencentrales zijn afkomstig uit de Milieu Effect Rapportages (MER s) 2. 2 Deze zijn beschikbaar via http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p16/p1684/1684-29mer.pdf (Electrabel) http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p17/p1745/1745-041mer_001.pdf (E.On, deel 1) http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p17/p1745/1745-041mer_002.pdf (E.On, deel 2) http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p17/p1745/1745-041mer_003.pdf (E.On, deel 3) INDNL14405 5

Voor de kolencentrale met biomassa bijstook wordt een gewogen gemiddelde genomen van de twee nieuwe kolencentrales waar voorzien wordt biomassa bij te stoken. De E.ON MPP3 kent een maximaal biomassa bijstookpercentage van 30%, te wegen met een elektrische capaciteit van 1100 MW e. Bij de GDF Suez/Electrabel centrale is dit 60% (te wegen met 750 MW e ). Het gewogen gemiddelde komt hiermee op 42% (maximaal). Tabel 2 geeft een overzicht van de kolencentrales in de regio Rijnmond. Tabel 2: Overzicht van kolencentrales in de regio Rijnmond Capaciteit (MW e) E.ON Maasvlakte (bestaand) 1.040 E.ON MPP3 (Maasvlakte nieuw) 1.100 GDF Suez/Electrabel (nieuw) 750 In het Energieakkoord is afgesproken om vijf bestaande kolencentrales, inclusief de E.ON centrale op de Maasvlakte, vervroegd te sluiten. Dit besluit is nog niet definitief hangende een uitspraak van de Autoriteit Consument en Markt dat dit besluit niet verenigbaar is met het kartelverbod. Bij het opstellen van deze Warmteladder was hier nog geen uitsluitsel over. In overleg met Eneco is daarom besloten alleen de E.ON MPP3 en GDF Suez/Electrabel centrale op te nemen in de analyse. Beide centrales worden naar verwachting in 2014 in gebruik genomen. Kolencentrale met koolstofafvang Voor deze optie is geen MER beschikbaar en om die reden wordt gebruik gemaakt van de expertise van Ecofys op het gebied van koolstofafvang. De best inpasbare technologie voor zowel bestaande als de bovenstaande nieuwe kolencentrales is de post-combustion technologie. Bij deze technologie wordt het CO 2 uit het rookgas verwijderd. Het uitrusten van een kolencentrale met post-combustion koolstofafvang reduceert de hoeveelheid CO 2 in de afgassen met ongeveer 90%. Door het rendementsverlies als gevolg van koolstofafvang (7-9%punt) is de netto reductie lager dan deze 90% en bedraagt circa 88%. Koolstofafvang heeft ook effect op emissies van NO x, SO x en fijnstof. De toepassing van postcombustion koolstofafvang bij poederkoolcentrales zal waarschijnlijk leiden tot een afname in SO 2 emissies. SO 2 reageert namelijk met het oplosmiddel dat wordt gebruikt voor het afvangen van CO 2. Omdat dit leidt tot verlies van oplosmiddel is het vaak nodig om de SO 2 -concentratie in de rookgassen al voor afvang terug te brengen. Voor NO x ligt dit anders. NO x emissies worden beperkt gereduceerd in de CO 2 afvangstinstallatie, ongeveer met 5%. Het rendementsverlies door het CO 2 afvangproces leidt er waarschijnlijk toe dat NO x emissies per kwh zullen toenemen. De fijnstofemissies zullen gedeeltelijk afnemen als gevolg van het extra scrubben van het rookgas in CO 2 afvanginstallaties, hoewel dat niet door alle experts wordt erkend. In deze studie is een reductie van 30% aangenomen. Dit is een gemiddelde waarde van wat door diverse experts wordt gesteld. INDNL14405 6

2.3 STEG Een STEG is een SToom- En Gascentrale, waarbij twee turbines worden aangedreven. De eerste turbine wordt aangedreven door verbranding van aardgas. De tweede turbine wordt aangedreven met stoom opgewekt met behulp van de verbrandingsgassen uit de gasturbine. Dit zorgt ervoor dat de elektriciteitsproductie door STEGs een hoog elektrisch rendement kan bereiken van 50 tot 60%. Warmte wordt gewonnen door op een lage temperatuur stoom af te tappen. Tabel 3 geeft een overzicht van de STEGs in de regio Rijnmond, gebaseerd op het eerder genoemde rapport van ECN en de database van Europese elektriciteitscentrales. Tabel 3: Overzicht van STEGs in de regio Rijnmond STEG Galilei Roca Rijnmond Energie (ENECO- Intergen) Maasstroom Energie (Oxxio- Intergen-2) Enecogen (Eneco/Dong) Capaciteit 209 MW e 269 MW e 820 MW e 428 MW e 870 MW e 2.4 AVI De AVR Rozenburg is een afvalverwerkingscentrale waarbij huishoudelijk- en bedrijfsafval wordt omgezet in stoom, warmte en elektriciteit. De afkorting AVR staat voor Afvalverwerking Rijnmond. De warmte wordt geleverd aan industriële afnemers en stadsverwarmingssystemen. De website van de AVR Rozenburg vermeldt dat de centrale in 2012 513 GWh aan elektriciteit heeft geleverd en 566 TJ stoom aan industriële afnemers. De centrale is al aangesloten op het warmtenet van Rotterdam en heeft plannen haar aandeel in warmtelevering te verhogen. In 2015 verwacht de AVR een elektriciteitsproductie van ongeveer 300 GWh te realiseren en 4.500 TJ stadswarmte te leveren aan Rotterdam en 1.400 TJ aan processtoom voor industriële afnemers. De AVI neemt een bijzondere positie in binnen het lijstje van warmtebronnen. Juridisch worden deze installaties niet gezien als primaire productiebedrijven, maar hebben ze de wettelijke taak afval te verbranden. Deze wettelijke taak betreft de verplichtingen omtrent afvalbeheer en afvalverbranding op grond van Europese richtlijnen. Warmte en elektriciteit kunnen in deze context worden gezien als bijproducten. Hiernaast kent het afvalbeheer een voorkeursvolgorde: de afvalhiërarchie. Deze gaat uit van eerst zoveel mogelijk voorkomen, hergebruiken en recyclen en het dan nog resterende deel nuttig toepassen voor bijvoorbeeld energieterugwinning. In de Kaderrichtlijn afvalstoffen (KRA) is opgenomen dat afvalverbrandingsinstallaties die specifiek zijn bestemd voor het verwerken van stedelijk afval de status installatie voor nuttige toepassing (R1) krijgen als ze voldoende energieefficiënt zijn (afvalverbranding met energieopwekking vanuit klimaatoogpunt een beter alternatief is dan afvalverbranding zonder energieopwekking). Alle afvalverbrandingsinstallaties voor stedelijk afval (AVI s) in Nederland voldoen aan de vereisten voor de R1-status en zijn daarmee gekwalificeerd als installaties voor nuttige toepassing. De R1 status is een Europese kwalificatie. Installaties met een R1 status mogen afval importeren. Voor de R1 status is gebruik van warmte een voorwaarde. INDNL14405 7

Hiermee is een AVI input-gedreven. De productie van warmte en elektriciteit wordt bepaald door de hoeveelheid afval die beschikbaar is, niet door de vraag naar deze producten. Dit is ook een verschil met de primaire elektriciteitsproductiebedrijven. Als op een locatie minder afval verwerkt kan worden, zal de productie van warmte en elektriciteit ook afnemen. Meer dan de helft van het afval dat wordt verwerkt in de AVI is van biogene oorsprong. De energie die wordt geproduceerd met het afval van biogene oorsprong wordt gezien als duurzame energie. 2.5 Gasmotor-WKK Een gasmotor-wkk is een WKK-installatie 3 die is gebaseerd op een zuigermotor met interne verbranding van een mengsel van gasvormige brandstof en lucht. In tegenstelling tot een dieselmotor-wkk wordt de verbranding ingezet door een externe vonk (Otto cyclus). Gasmotor- WKK s kennen een relatief groot bereik in beschikbare (elektrische) vermogens, van ongeveer 15 kw tot 6 MW. Er staan in Nederland duizenden gasmotoren opgesteld, vooral in de glastuinbouw en in minder mate in de gebouwde omgeving. Voorbeelden van inzet van gasmotor-wkk s in stadsverwarmingsprojecten zijn de wijken Vathorst (Amersfoort) en Ypenburg (Den Haag). Typische rendementen van gasmotor-wkk s zijn elektrisch 30 40 % en thermisch 40 55 %. 2.6 Industriële WKK In de zwaardere industrie is vaak een groot deel van het jaar gelijktijdig een vraag naar (proces)warmte en elektriciteit. Bij industriële WKK worden overwegend turbines gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. Hierin zijn 3 types te onderscheiden: een gasturbine, een stoomturbine en een stoom- en gasturbine (STEG). In een gasturbine-wkk wordt omgevingslucht aangezogen en door een compressor op hogere druk en temperatuur gebracht. Deze lucht wordt naar een verbrandingskamer gevoerd, waarin aardgas wordt bijgevoegd. De hete verbrandingsgassen (meer dan 1000 C) leveren via een turbine mechanische energie die via een generator wordt omgezet in elektrisch vermogen. De uitlaatgassen van de turbine zijn nog 350 tot 550 C, waardoor warmte in de vorm van bijvoorbeeld hoge-druk stoom kan worden gewonnen. De elektriciteitsproductie is hiervan niet afhankelijk, omdat er in deze opstelling geen elektriciteit wordt geproduceerd uit deze stoom. In een stoomturbine-wkk wordt in een stoomketel hoge-druk stoom geproduceerd, waarvan de mechanische energie in de turbine wordt omgezet in elektrisch vermogen. Een deel van de stoom in de turbine wordt gebruikt voor (proces)warmte doeleinden, waardoor dit ten koste gaat van de elektriciteitsproductie. Bij de stoom- en gasturbine-wkk (STEG) wordt het systeem van de gasturbine met afgassenketel gecombineerd met dat van de stoomturbine. Na de gasturbine worden de uitlaatgassen door een ketel gevoerd die met extra toegevoegde brandstof stoom maakt. Deze stoom levert extra elektriciteit in een stoomturbine waarbij eveneens processtoom beschikbaar komt. 3 WKK staat voor WarmteKrachtKoppeling; het door een installatie gelijktijdig leveren van warmte en elektriciteit. Doordat de warmte die vrijkomt bij de verbranding (deels) nuttig gebruikt kan worden, geldt doorgaans een relatief hoog totaalrendement ten opzichte van centrale elektriciteitsopwekking (in grote centrales) en decentrale warmteopwekking. INDNL14405 8

In Nederland verschilt de capaciteit en inzet van WKK-installaties sterk per industriële sector; zo is de inzet van een STEG bij raffinaderijen ongeveer 40% van het totaal elektrisch opgestelde vermogen, terwijl dit in de chemische industrie ongeveer 80% is 4. Over de gehele Nederlandse industrie genomen, zijn vooral de STEG en de gasturbine sterk vertegenwoordigd. De STEG vertegenwoordigt 70% in het totaal opgestelde elektrisch vermogen en 50% in het totaal opgestelde thermisch vermogen, voor de gasturbine is dit respectievelijk 25% en 30%. In Tabel 4 wordt een overzicht gegeven van de verschillende typen WKK in de Nederlandse industrie. In deze studie wordt voor industriële WKK gekozen voor een STEG, en wel om de volgende redenen: 1. Uit de tabel kan worden afgeleid dat het opgestelde thermische vermogen per installatie voor een gemiddelde STEG ruim 3 keer zo groot is als dat voor een gemiddelde gasturbine (159 MW th tegenover 44 MW th ). Hierdoor is het te verwachten dat het additioneel uitkoppelen van minimaal 10 MW th warmte voor het warmtenet een grotere kans van slagen heeft bij een STEG. 2. Een gemiddelde STEG kent een thermische capaciteitsfactor 5 van 37%, terwijl dit voor een gemiddelde gasturbine 56% is. Dit suggereert dat er bij een STEG meer ruimte voor warmtelevering aan derden bestaat dan bij een gasturbine-wkk. 3. Doorgaans wordt een STEG als WKK-systeem in industrie toegepast bij bedrijven met een grote behoefte aan elektriciteit gekoppeld aan een grote behoefte aan stoom van 7 à 10 bar. Voor industriële bedrijven met hoge stoomcondities (bijvoorbeeld 40 bar) is WKK met STEG minder geschikt. Deze bedrijven gebruiken overwegend een gasturbine met bijgestookte afgassenketel. Bij dergelijke bedrijven is het eerder aannemelijk dat er kansen bestaan om restwarmte zelf te benutten, dan dat additionele uitkoppeling van warmte op een relatief laag temperatuurniveau uit de WKK-installatie plaatsheeft. Tabel 4 Overzicht van WKK s in Nederlandse industrie. Bron: CBS Statline Type WKK Opgesteld vermogen Geleverde energie Aantal Elektrisch (MW e) Thermisch (MW th) Elektriciteit (TJ) Warmte (TJ) Stoomturbine 206 1779 3712 15949 18 Stoom- en gasturbine (STEG) 2231 4914 35618 57107 31 Gasturbine 770 2677 15523 47081 61 De keuze voor STEG als uitgangspunt voor industriële WKK in deze studie, maakt het uiteraard niet onmogelijk een project te realiseren waar warmte wordt onttrokken uit bijvoorbeeld de rookgassen van een gasturbine. 4 Bron: CBS Statline (voorlopige data voor 2012, http://bit.ly/n1zu2u) en analyse Ecofys 5 Jaarlijks geleverde hoeveelheid warmte gedeeld door opgesteld thermisch vermogen INDNL14405 9

2.7 Biomassa Biomassa kan op verschillende manieren worden omgezet in warmte. De technologieën die worden beschouwd in deze studie zijn thermische conversie van vaste biomassa in een ketel (10 MW th of groter) en in een installatie met warmtekrachtkoppeling (WKK). Voor de keuze voor vaste biomassa zijn twee redenen aan te voeren. Ten eerste, in een vergelijkbare situatie gaat de bio-warmtecentrale (44 MW th ) in Purmerend vanaf 2014 warmte leveren aan het stadsverwarmingsnet op basis van vaste biomasa. Ten tweede is kostprijs van warmte uit ketels op vaste biomassa laag in vergelijking tot warmte uit een vergistingsinstallatie. In de regio Rijnmond is al één project (groter dan 10 MW th ) met thermische conversie van biomassa geïdentificeerd, te weten de warmtekrachtkoppeling bij de AVR Rozenburg (zie paragraaf 2.4). Voor deze studie wordt aangenomen dat de biomassa wordt geleverd onder lange termijn contracten, waarin afspraken zijn vastgelegd over (middellange termijn) prijzen en leveringszekerheid. Afhankelijk van de geografische ligging waarvan de biomassa afkomstig is en het soort project, bestaat er echter een bandbreedte in de verschillende parameters zoals emissies en prijsmechanismes. In deze studie wordt uitgegaan van significant intercontinentaal transport van de biomassa. 2.8 Geothermie Bij geothermie wordt onderscheid gemaakt tussen drie verschillende systemen: ondiepe geothermie (tot 500 meter diepte), diepe geothermie (vanaf 500 meter in de praktijk 1.500 meter tot ca. 4.500 meter) en ultradiepe geothermie (vanaf ca. 5.000 meter) 6. Ondiepe geothermie wordt niet meegenomen in de analyse omdat de temperatuur te laag is voor het warmtenet. Ultradiepe geothermie wordt niet meegenomen, omdat deze technologie nog niet marktrijp is en aanvullend onderzoek nodig is voordat de ontwikkelfase gestart kan worden. In Nederland is diepe geothermie vooral zogenaamde hydrothermale geothermie 7. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een ondergronds watervoerend pakket, waaruit warm water wordt onttrokken. De warmte van dit water wordt bovengronds gebruikt en het afgekoelde water wordt weer geïnjecteerd in het watervoerende pakket. Technisch verschilt een geothermische boring niet veel van een boring naar gas of olie. Toch is diepe geothermie in Nederland nog in een ontwikkelingsfase. De ervaring die er nu is heeft betrekking op boringen tot ca. 2.500 meter. Hierbij zijn een aantal technische aandachtspunten naar voren gekomen: gas kan als bijproduct vrijkomen, verstoppingen kunnen ontstaan door zoutvorming, (zeer lage) radioactiviteit is geconstateerd, en in veel situaties kostte het meer pompenergie dan oorspronkelijk verwacht om het water weer terug in de grond te pompen. Door dit laatste effect is over het geheel meer energie nodig om de warmte uit de grond te halen. De diepte van 2.500 meter is niet relevant voor warmtelevering aan de grote warmtenetten van Rotterdam en Den Haag. De benodigde temperatuur voor een stooklijn van 90 120 C verlangt een bron op 2.700 meter of dieper. Naast deze grotere diepte zijn vaak extra ondergrondse maatregelen nodig om tot een 6 Ultradiepe geothermie wordt ook wel EGS (Engineered Geothermal Systems) genoemd. Hierbij wordt een ondergrondse warmtewisselaar gecreëerd. Ultradiepe geothermie werkt met een hogere temperatuur en heeft meer vermogen beschikbaar dan diepe geothermie. Het onderscheid tussen diepe en ultradiepe geothermie is van belang bij de technische rijpheid van de technologie, kosten en emissies. 7 Zie ECN (2011), Geothermische energie en de SDE (http://www.ecn.nl/docs/library/report/2011/e11022.pdf) INDNL14405 10

acceptabele broncapaciteit te komen. Hierdoor nemen de investeringen en risico s toe. Alle geplande projecten op deze diepte staan ondanks de verleende SDE+ subsidie on hold vanwege de langdurige trajecten met het zoeken naar investeringen en afdekken van risico s. 2.9 Industriële restwarmte In deze studie nemen wordt alleen industriële restwarmte meegenomen die kan worden uitgekoppeld zonder dat dit gevolgen heeft voor het primaire industriële proces en die momenteel niet nuttig wordt ingezet. De inventarisatie van industriële restwarmte is gemaakt aan de hand van de Warmteatlas van Agentschap NL 8. Hierin zijn bronnen tussen de 120 en 200 C meegenomen. De warmteatlas classificeert bronnen als klein (<50 TJ), middel (50 TJ 500 TJ) en groot (>500 TJ). Voor deze analyse zijn alleen de laatste twee categorieën (middel en groot) meegenomen, omdat de focus van de analyse ligt op bronnen met een vermogen van minstens 10MW 9. Warmtetransport over afstand gaat gepaard met warmteverliezen, maar deze zijn beperkt. Deze afstand tot het aansluitpunt bij de AVR kan worden geschat met behulp van Figuur 2-1. In deze studie laten we afstand vooralsnog buiten beschouwing, omdat de systeemgrens bij de bron ligt en niet bij het aansluitpunt. Figuur 2-1: Overzicht huidig en toekomstig warmtenet Rotterdam en warmtebronnen in de regio Rijnmond met een temperatuur boven de 120 C. Bron kaart: Warmtebedrijf Rotterdam, Eneco 8 Bereikbaar via http://bit.ly/1hfodwi 9 Een onnauwkeurigheid ligt in het feit dat 10 MW ongeveer overeen komt met 300 TJ. Een deel van de middelgrote bronnen valt dus strikt genomen onder de grens van 10 MW. INDNL14405 11

3 Emissies 3.1 Soorten emissies, verbrandings- en ketenemissies Emissies van verbrandingsinstallaties kunnen schadelijk zijn voor mens, milieu en bijdragen aan klimaatverandering. Voor dit onderzoek is een selectie gemaakt van de emissies met de grootste impact. Dit heeft geleid tot het volgende overzicht (tussen haakjes de impact categorie): CO 2 : verbrandingsemissies en ketenemissies (klimaatverandering); NO x (Verzuring, ozonvorming, gezondheid (ademhalingsproblemen)); Fijnstof (gezondheid (ademhalingsproblemen)); SO x (Verzuring, gezondheid (ademhalingsproblemen)); We splitsen de CO 2 emissies in twee categorieën: (1) lokale emissies en (2) ketenemissies. Lokale emissies zijn de emissies die ter plaatse vrijkomen bij het produceren van de warmte, bijvoorbeeld bij de verbranding van brandstoffen. Ketenemissies zijn emissies die plaatsvinden in de productieketen voorafgaand aan de warmte opwekking, bijvoorbeeld de emissies tijdens de bouw van de centrale en bij de winning en het transport van de brandstoffen. 3.2 Bepaling van emissies 3.2.1 Referenties voor de beoordeling In principe geldt voor de emissies dat de verschillende warmtebronnen met elkaar worden vergeleken. Echter om de hoogte van de emissies ook in perspectief te plaatsen van een best practice, worden eveneens referenties gedefinieerd. Voor de CO 2 emissies wordt als referentie een gasgestookte STEG centrale genomen. De lokale emissies zijn als gevolg van verbranding van aardgas. Hierbij wordt uitgegaan van een studie van CE Delft 10 die jaarlijks voor de Energiekamer wordt uitgevoerd. In tabel 7 van deze studie wordt de energiebalans voor Aardgas met WKK verder uitgewerkt tot een emissie per kwh elektrisch. Met inachtneming van een elektriciteitsderving 11 van 0,18 GJ e /GJ th komt de referentie CO 2 emissie van een STEG daarmee op 22 kg CO 2 /GJ 12. Alle emissies worden op basis van onderwaarde van de betreffende energiedrager berekend. 10 Achtergrondgegevens Stroometikettering 2012, maart 2013, beschikbaar via http://www.ce.nl/?go=home.downloadpub&id=1347&file=ce_delft_3990_achtergrondgegevens_stroometikettering_2012.pdf 11 Verminderde opbrengst elektriciteit als gevolg van aftappen van warmte t.b.v. warmtelevering. Genoemde waarde is forfaitaire waarde uit de norm NVN7125 (vergelijking 7.20). 12 Verschil tussen werkelijke en theoretische specifieke CO 2 emissies per GJ geleverde warmte. De theoretische emissies zijn lager omdat zonder aftap van warmte meer elektriciteit gemaakt zou kunnen zijn met dezelfde emissies, wat de specifieke emissies dus verlaagt. INDNL14405 12

Voor de overige emissies (NO x, SO x en fijnstof) worden als referentie de eisen uit het Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond genomen. Deze norm is vastgesteld door de provincie Zuid-Holland in samenwerking met het ministerie van VROM (huidig I&M). Dit beoordelingskader is later aangewezen als Nationaal beoordelingskader, waardoor de eisen uit deze norm ook voor toetsing van installaties buiten de regio Rijnmond van toepassing zijn. Voorafgaand hieraan is een aantal verschillende bronnen voor emissienormen en -waarden onderzocht, waartegen de waarden van de warmtebronnen kunnen worden vergeleken. De volgende twee bronnen zijn meegenomen: De BREF voor grote stookinstallaties: De BREF is een document waarin de emissies (fijnstof, NO x, SO x ) worden gegeven van gemiddelde installatie in de EU en van de best beschikbare installaties in de EU. Het document is afkomstig uit 2006. De Europese Richtlijn Industriële Emissies: Deze Richtlijn (2010/75/EU) bevat o.a. normen voor de uitstoot van fijnstof, NO x, SO x van grote stookinstallaties, waaronder energiecentrales. Deze wetgeving is per 1 januari 2013 in Nederland geïmplementeerd. Uiteindelijk is voor het beoordelingskader voor Rijnmond gekozen omdat dit het beste aansluit bij de locatie van de warmtebronnen en de eisen strikter zijn dan die in de overige twee normen. De emissienormen (in mg/nm 3 rookgas) zijn voor kolencentrales geconverteerd naar mg/kwh geproduceerde elektriciteit en via de eerdergenoemde elektriciteitsderving (0,18 GJ e /GJ th ) uitgedrukt in g/gj th geleverde warmte. 3.2.2 Methodologie voor toekennen lokale emissies per warmtebron Voor de lokale emissies scoren we de verschillende warmtebronnen op de volgende manieren: Grootschalige warmtekrachtinstallaties, met elektriciteitsderving (kolencentrale, kolencentrale met biomassa bijstook, kolencentrale met koolstofafvang, STEG, industriële WKK) De lokale CO 2 -emissie dient te worden verdeeld over de warmte en elektriciteitsproductie. Hierbij gaan we er vanuit dat de CO 2 -emissie van de productie van 1 kwh elektriciteit onafhankelijk is van de warmte-uitkoppeling en niet wordt beïnvloed door een lager elektrisch rendement als gevolg van de warmtelevering. Aangezien warmte wordt onttrokken aan het stoomsysteem, wordt er minder elektriciteit opgewekt. We rekenen de emissies die gepaard zouden gaan met het opwekken van deze gederfde elektriciteit aan de warmte toe. Om dot te kunnen doen is het wel noodzakelijk om voor alle warmtebronnen de elektriciteitsderving en het rendement bij enkel elektriciteitsproductie te kennen. Omdat deze gegevens niet voor alle bronnen bekend zijn, sluiten we aan bij algemeen bekende gegevens over emissies die zijn gekoppeld aan elektriciteitsproductie en de forfaitaire waarde voor elektriciteitsderving uit de EMG. De basis voor de emissies per geproduceerde eenheid elektriciteit verschilt per type emissie: voor CO 2 emissies wordt gekozen aan te sluiten bij Achtergrondgegevens Stroometikettering 2012 (zie voetnoot 10 hierboven). Voor overige emissies (NO x, SO x en fijnstof), worden de maximale emissiewaardes naar de lucht uit de Milieu Effect Rapportages (MERs), geconverteerd van mg/nm 3 rookgas naar mg/kwh geproduceerde elektriciteit. INDNL14405 13

Afvalverbrandingsinstallatie met energieopwekking Zoals in paragraaf 2.4 beschreven is het hoofddoel van de AVI afvalverwerking. Warmte en elektriciteit zijn in principe bijproducten. Op dezelfde grond kan worden beargumenteerd dat de warmte en elektriciteit daarmee ook CO 2 -vrij zijn. In de EPBD-recast wordt ook van dit uitgangspunt uitgegaan, maar wordt het fossiel energiegebruik voor de verwerking wel toegewezen aan warmte. In deze studie sluiten wij daarbij aan en kiezen de in de EPBD gerapporteerde emissiefactor van 7 kg/gj warmte voor een AVI met WKK. Deze aanpak wijkt af van de aanpak die is gekozen in het stroometiket, waarbij de CO 2 -emissie die vrijkomt bij de AVI (exclusief het biogene deel) wordt toegerekend aan het bijproduct elektriciteit. Omdat binnen het stroometiket nog geen rekening is gehouden met warmteproductie, wordt met de gekozen aanpak in de Warmteladder nog steeds alle CO 2 -emissie van de AVI geregistreerd. Kleinschalige warmtekrachtinstallaties, zonder elektriciteitsderving (gasmotor-wkk) Voor toepassingen met gasmotoren wordt ervan uitgegaan dat deze vooral ten behoeve van de warmtelevering worden neergezet, waarbij de warmte wordt geleverd aan het Rotterdamse warmtenet. In het stroometiket wordt de lokale CO2-emissie gealloceerd op energiebasis naar warmte- en elektriciteitsproductie. Hierdoor komen alle voordelen van de warmtekrachtkoppeling te liggen bij de elektriciteitsopwekking en niet bij de warmtelevering. In deze Warmteladder sluiten we daarom aan bij de methode uit de BREEAM. In deze methode wordt de extra emissie van deze WKK (kg/kwh elektrisch) ten opzichte van het landelijk gemiddelde op basis van de warmte/krachtverhouding toegedeeld aan de warmte. Voor de dimensionering van de gasmotor-wkk wordt uitgegaan van een retourtemperatuur van 70 C en een vermogen van minimaal 10 MW th. Dit leidt tot een inschatting voor een typische elektrische (37%) en thermische rendement (39%), nodig om bovenstaande aanpak voor toekennen van CO 2 emissies te kunnen toepassen. Voor de overige emissies geldt dat voor dergelijke middelgrote stookinstallaties in het ActiviteitenBesluit emissie-eisen stookinstallaties 13 vastgelegd is aan welke eisen en verplichtingen moet worden voldaan. Hierbij vindt eveneens een conversie plaats van de eisen gegeven in mg/nm 3 rookgas, in dit geval naar g/gj aardgas. De emissies worden gecorrigeerd met de landelijke gemiddelde emissies voor door de WKK geproduceerde elektriciteit. Bij gasgestookte installaties is alleen de NO x -emissiegrenswaarde relevant, omdat aardgas een laag zwavelgehalte kent en dus in alle gevallen automatisch aan de emissie-eis wordt voldaan. Dit is eveneens het geval voor fijnstof. 13 Kenniscentrum InfoMil, http://www.infomil.nl/onderwerpen/klimaat-lucht/stookinstallaties/hulpmiddel/ INDNL14405 14

Duurzame energie opties (biomassa, geothermie) Voor de vervanging van fossiele energiedragers door biomassa, mag er volgens Protocol Monitoring Duurzame Energie 14 vanuit worden gegaan dat 1 GJ biomassa 1 GJ fossiele brandstof vervangt. Er bestaan aanwijzingen dat de substitutie niet altijd 1-op-1 is, maar omdat er geen eenduidigheid over bestaat wordt er in het protocol een substitutiefactor van 1 gehanteerd. De biomassa die in Nederland wordt bijgestookt, bestaat voornamelijk uit houtpellets afkomstig uit de Verenigde Staten en Canada. De CO 2 -emissiefactor van houtpellets stellen we op 0, conform NEN 7120 15. Bijstook van biomassa zal daarom leiden tot lagere emissies van CO 2 per eenheid geproduceerde elektriciteit of warmte. Voor overige emissies (SO x, NO x en fijnstof) van biomassa is gebruik gemaakt van een studie van ECN en TNO uit 2009 16. De (lokale) emissies van geothermie worden veroorzaakt door de pomp-energie (elektriciteit) die nodig is voor het onttrekken van de warmte aan de aarde. Met behulp van een gemiddeld rendement (COP 17 ) in combinatie met het de emissiefactor van de Nederlandse productiemix, worden emissies per GJ geleverde warmte bepaald. Industriële restwarmte We kennen aan restwarmte van industrie geen emissies toe. Deze warmte wordt dus volledig als afvalwarmte beschouwd: er is nu geen nuttige toepassing binnen de industriële site. Als warmte wordt onttrokken aan het proces, waardoor er extra verbranding nodig is om deze warmte alsnog op te wekken, gaat deze redenering niet op. We laten dit hier buiten beschouwing. 3.2.3 Methodologie voor toekennen ketenemissies (alleen CO 2 ) De ketenemissies (uitsluitend CO 2 - eq ) per warmtebron, hangen sterk af van het type brandstof. Vrijwel alle kolen voor Nederlandse elektriciteitscentrales worden over langer afstand getransporteerd (Columbia, Rusland, VS). Biomassa wordt echter zowel van binnen Europa als intercontinentaal geïmporteerd. Ecofys maakt gebruik van haar expertise op het gebied van winning en transport van fossiele brandstoffen, biomassa en andere opwekkingtechnieken, voor het vaststellen van de factoren die de ketenemissies van de verschillende brandstoffen beschrijven. 14 Beschikbaar via http://www.rvo.nl/sites/default/files/bijlagen/protocol%20monitoring%20hernieuwbare%20energie%20update%202010%20den.pdf 15 NEN 7120:2011 Energieprestatie van gebouwen - Bepalingsmethode 16 http://www.rivm.nl/bibliotheek/digitaaldepot/bolk_ii_biomass_final-version.pdf In tabel 3-1 is gekozen voor Solid biomass boiler en gebruik gemaakt van de vetgedrukte getallen (die zijn ook gebruikt in de impact assessment in diezelfde studie). Waardes voor 2020, rendement ketel is 90%. 17 Voor (hydrothermale) geothermie wordt een COP van 15 verondersteld (typisch voor stadsverwarmingsprojecten). INDNL14405 15

Voor de ketenemissies scoren we de verschillende warmtebronnen op de volgende manieren: Kolencentrale, STEG, gasmotor-wkk en industriële WKK De ketenemissies van vaste fossiele brandstoffen komen voornamelijk voort uit het energiegebruik bij het winnen van de brandstoffen en het transport van de brandstoffen. Voor aardgas vinden de grootste ketenemissies plaats door lekkage tijdens de winning en het transport van het aardgas. Omdat methaan (aardgas) een sterker broeikasgas is dan CO 2, kan een klein percentage lekkage tot grote ketenemissies leiden. De totale broeikasemissies in de keten van aardgas zijn echter lager dan in de keten van kolen. Op basis van verschillende studies kan worden geconcludeerd dat de ketenemissies gemiddeld 10% zijn van de verbrandingsemissies van kolen. Voor aardgas is dit gemiddeld 5% van de verbrandingsemissies. Voor onconventionele fossiele brandstofvormen, zoals schaliegas en teerzanden, zijn de ketenemissies hoger dan voor conventionele fossiele brandstoffen. In deze studie wordt hier geen rekening mee gehouden. Biomassa Voor biomassa bepaalt de herkomst en de aard (energieteelt of restafval) van de biomassa voor een groot deel de ketenemissies van de warmtebron. De biomassa die buiten Nederland wordt geproduceerd, bijvoorbeeld houtpellets uit Canada of de Verenigde Staten, heeft grotere emissies ten gevolge van transport dan lokaal geproduceerde biomassa. Biomassa uit teelt heeft hogere emissies dan biomassa uit restafval, omdat aan deze laatste categorie de emissies niet aan het afval maar aan het primaire product worden toegekend. Het kan echter voorkomen dat biomassa uit restafval (bijvoorbeeld van houtzagerijen in Brazilië) wordt gepelletiseerd en internationaal verscheept. Voor het bepalen van de ketenemissies wordt in deze studie uitgegaan van data uit de CO 2 tool 18. Deze is in 2011 voor Agentschap NL ontwikkeld door Ecofys en geeft voor een breed scala aan typen biomassa, de ketenemissies afhankelijk van bijvoorbeeld transport. Er wordt in deze studie uitgegaan van significant internationaal transport, waardoor de emissies die aan biomassa worden toegekend gelden als bovengrens. Aanbevolen wordt om op projectbasis meer specifiek de ketenemissies van de biomassa in kaart te brengen. Dit valt echter buiten de scope van deze studie. Afvalverbrandingsinstallaties (AVI s) Het doel van een AVI is verbranden van afval. De brandstof voor AVI s wordt lokaal verzameld en over korte afstanden naar de verbrandingsinstallatie getransporteerd. Hierdoor wordt in de keten weinig energie verbruikt en vinden weinig emissies plaats. Om die reden kennen we aan warmte uit een AVI geen ketenemissies toe. 18 http://www.agentschapnl.nl/onderwerpen/duurzaam-ondernemen/duurzame-energie-opwekken/bio-energie/instrumenten/co2-tool INDNL14405 16

Geothermie Voor geothermie is goede data beschikbaar voor de emissies die in de keten plaatsvinden. Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) geeft aan dat dit voor stadswarmteprojecten tussen de 14 en 202 gram CO 2-eq per kwh th ligt. Voor deze analyse gaan wij uit van de laagste waarde (14 gco 2-eq /kwh th ), omdat deze volgens de IPCC studie een systeem van 10 MW th beschrijft. Verder gaat deze emissie uit van distributieverliezen van 15% en van warmtelevering in de basis aan huishoudens. Aangezien de scope van dit afwegingskader is afgebakend tot het invoeden van warmte op het Rotterdamse warmte, wordt een waarde gehanteerd gecorrigeerd voor distributieverliezen van circa 12 gco 2-eq /kwh th. Industriële restwarmte Zoals eerder toegelicht worden aan restwarmte van industrie geen verbrandingsemissies toegekend. Om deze reden worden aan industriële restwarmte ook geen ketenemissies toegekend. 3.3 Resultaten emissies Tabel 5: CO 2-emissies Technologie Lokale emissies (kg/gj th) Ketenemissies (kg/gj th) Totale emissies (kg/gj th) Kolencentrale 40 4,0 44 Kolencentrale met 42% biomassa bijstook 23 5,8 29 Kolencentrale met koolstofafvang 4,8 4,0 8,8 STEG (tevens referentie) 22 1,1 23 AVI 7,0 0 7,0 Gasmotor-WKK 26 1,3 27 Industriële WKK 22 1,1 23 Biomassa (ketel) 0 8,3 8,3 Biomassa (WKK) 0 3,8 3,8 Geothermie 8 19 3,3 12 Industriële restwarmte (raffinage en chemie) 0 0 0 19 De lokale emissies van geothermie kunnen worden vergroend door duurzame elektriciteit. Daarom geldt de gegeven waarde als maximum. INDNL14405 17

Tabel 6: SO x-emissies Technologie Emissies (g/gj th) Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond (referentie) 3,0-5,5 Kolencentrale 5,8 Kolencentrale 4,1 met 42% biomassa bijstook Kolencentrale 1,0 met koolstofafvang STEG 0 AVI 0 Gasmotor-WKK -36 Industriële WKK 0 Biomassa (ketel) 11 Biomassa (WKK) 5,1 Geothermie 2,5 Industriële restwarmte 0 Tabel 7: NO x-emissies Technologie Emissies (g/gj th) Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond (referentie) 4-10 Kolencentrale 8,9 Kolencentrale 9,1 met 42% biomassa bijstook Kolencentrale 10 met koolstofafvang STEG 4,2 AVI 0 Gasmotor-WKK -23 Industriële WKK 4,2 Biomassa (ketel) 39 Biomassa (WKK) 18 Geothermie 6,8 Industriële restwarmte 0 INDNL14405 18

Tabel 8: emissies fijn stof (PM10) Technologie Emissies (g/gj th) Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond (referentie) 0,1-0,4 Kolencentrale 0,5 Kolencentrale 0,5 met 42% biomassa bijstook Kolencentrale 0,4 met koolstofafvang STEG 0 AVI 0 Gasmotor-WKK -1,3 Industriële WKK 0 Biomassa (ketel) 1,9 Biomassa (WKK) 0,9 Geothermie 0,1 Industriële restwarmte 0 INDNL14405 19

4 Energetisch rendement Het energetisch rendement drukken we uit als het equivalente energetisch opwekkingsrendement. Dit is de hoeveelheid opgewekte nuttige warmte per hoeveelheid primaire energie die nodig is om deze warmte op te wekken. Het equivalente opwekkingsrendement wordt berekend op basis van de Energieprestatienorm voor maatregelen op gebiedsniveau, bepalingsmethode (EMG, NVN7125). In deze Warmteladder kijken we alleen naar de prestatie van de bron. De locatie van de warmtebronnen tot het primaire warmtenet de afnemer van warmte wordt hierbij buiten beschouwing gelaten. In de praktijk geldt voor warmte afkomstig van de kolencentrale(s) of van raffinaderijen op de Maasvlakte dat deze getransporteerd moet worden tot de huidige meest westelijke locatie van het primaire warmtenet. Dit valt dus echter buiten de scope van deze studie. Uiteindelijk is het equivalent opwekrendement van het totale systeem belangrijk. Dit betreft de productie (basis en pieklast), het transport (verlies en pompenergie) en aflevering. Dit equivalente opwekrendement karakteriseert de warmtelevering en is bepalend voor het energieprestatiecoëfficiënt van een gebouw. Hoe hoger het equivalent opwekrendement hoe efficiënter de warmteopwekking. 4.1 Methodiek bepalen equivalente opwekrendementen Voor het bepalen van het equivalente opwekrendement hanteren we de volgende aanpak: Grote warmtekrachtinstallaties, met elektriciteitsderving (kolencentrale, kolencentrale met biomassa bijstook, kolencentrale met koolstofafvang, STEG, AVI en industriële WKK) Gezien de aard van de te leveren warmte (aftapwarmte), wordt aan de warmte afkomstig van deze bronnen het primaire energiegebruik van de verminderde elektriciteitsopbrengst toegekend. Hiertoe is het noodzakelijk om voor alle verschillende warmtebronnen de elektriciteitsderving (in GJ e /GJ th ) te kennen. In de EMG wordt ervan uitgegaan dat in het geval van WKK (met of zonder e-derving) de geproduceerde of gederfde elektriciteit extern (buiten de eigen installatie) wordt gecompenseerd. STEG In de norm is gegeven dat voor elke GJ warmte er 0,18 GJ elektriciteit minder wordt geproduceerd. Die elektriciteit wordt vervolgens elders opgewekt met een rendement van 50%, zodat er 0,36 GJ primaire energie nodig is voor 1 GJ geleverde warmte. Dit komt overeen met een equivalent opwekkingsrendement van 1/0,36=278%. Kolencentrale zonder koolstofafvang en zonder bijstook biomassa In de EMG wordt geen onderscheid gemaakt tussen de primaire energiefactor voor de primaire fossiele brandstoffen aardgas en stookolie. De primaire energiefactor voor kolen als brandstof is niet gespecificeerd, echter omdat ook kolen een primaire fossiele brandstof is, ligt eenzelfde primaire energiefactor als voor aardgas en stookolie voor de hand. Dit leidt tot het toepassen van één primaire energiefactor voor alle met fossiele energie gestookte warmtekrachtinstallaties met elektriciteitsderving. Het equivalente opwekkingsrendement voor een kolencentrale zonder koolstofafvang en zonder bijstook van biomassa is daarom gelijk aan die van een STEG (278%). INDNL14405 20

Kolencentrale met koolstofafvang Als gevolg van het toepassen van het afvangen en comprimeren van het afgevangen CO 2 gaat het elektrisch rendement van de kolencentrale met ongeveer 7-9% omlaag. Echter, door het uitgangspunt dat de gederfde elektriciteit extern wordt gecompenseerd is er geen verschil in elektrictiteitsderving door uitkoppeling van warmte tussen een kolencentrale met koolstofafvang of zonder koolstofafvang. Het equivalent opwekrendement daarmee gelijk aan die van een kolencentrale zonder koolstofafvang en is daarom 278%. Uitgangspunt hierbij is dat het deel lagedruk stoom dat overblijft na invulling van warmtebehoefte voor koolstofafvang nog steeds voldoende is voor warmtelevering aan het warmtenet. Indien dit niet het geval was, zou het rendement lager zijn vanwege een hogere elektriciteitsderving door het aftappen van warmte op een hogere druk dan gebruikelijk. Kolencentrale met biomassa bijstook Strikt genomen geldt in de EMG methodiek dat het gunstige effect van duurzame energie van buiten het eigen perceel 20 niet wordt meegerekend bij de bepaling van de energieprestatie op perceelniveau. Dit is afkomstig uit NEN7120; een norm die geldt voor energieprestatie op gebouwniveau. Op gebiedsniveau (NVN7125) is geen aparte primaire energiefactor voor biomassa gegeven en wordt verwezen naar NEN7120. Voor een AVI is in de NVN7125 de primaire energiefactor gelijk gesteld aan 50% (1 minus 50% biogene fractie). De aanname is dus dat hier enkel het fossiele deel van de elektriciteitsderving hoeft te worden gecompenseerd. In de Warmteladder is deze aanpak ook gekozen voor biomassa bijstook in een kolencentrale. Dat wil zeggen een primaire energiefactor aan een kolencentrale met biomassa bijstook toe te kennen die overeenkomt met 1 minus het maximale biomassa bijstook percentage (42%). Er geldt hier dus een primaire energiefactor van 58% dat leidt tot een equivalent opwekrendement van 479%. AVI Voor een AVI is volgens de EMG een primaire energiefactor van 0,5 van toepassing, waardoor het equivalente opwekkingsrendement op 556% uitkomt. Industriële WKK Voor een WKK in zwaardere industriële toepassingen wordt uitgegaan van een STEG, zie 2.6. Hierdoor geldt voor een industriële WKK een equivalent opwekkingsrendement van 278%. Kleine warmtekrachtcentrales, zonder derving (gasmotor-wkk) Voor gasmotoren en andere vormen van warmtekrachtinstallaties (WKK) waarbij de elektriciteitsproductie niet afneemt door onttrekking van warmte is in de norm (NVN7125) een relatie gegeven tussen het equivalent opwekrendement en thermisch en elektrisch rendement. Uitgaande van een thermisch rendement van 39% en een elektrisch rendement van 37%, leidt dat tot een equivalent opwekkingsrendement van 150% voor een gasmotor-wkk. Duurzame energie opties (biomassa, geothermie) Alhoewel voor geothermie een gemiddeld rendement (COP) in de norm (NVN7125) beschikbaar is, wordt in deze studie gekozen voor een COP van 15 (zie voetnoot 17). 20 Bijvoorbeeld houtpellets uit Canada of VS. INDNL14405 21