Actualisering Innovatie-agenda TKI-EnerGO + Gezamenlijk programma Zonne energie in Gebouwde Omgeving TKI s Solar Energy + EnerGO Versie: 30 maart 2013 / 3 juli 2013 tender tabel Pagina 1 van 24
Pagina 2 van 24
Inhoudsopgave 1 De Gebouwde Omgeving in 2050 de basis voor innovatie... 4 Leeswijzer... 4 1.1 Introductie... 4 1.2 Visie gebouwde omgeving 2050 en noodzakelijke doorbraken 5 2 Aanscherpen en focus van breed naar diep... 8 3 Meerjarenprogramma- de vijf programmalijnen... 11 3.1 Duurzame compacte conversietechnologie... 11 3.2 Compacte opslag... 11 3.3 Regeling energieprestatie en control... 12 3.4 Multifunctionele Bouwdelen... 14 3.5 Energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau... 15 4 Zonne-energie Toepassingen in de Gebouwde Omgeving... 17 Gezamenlijk programma TKI Solar / TKI EnerGO... 17 4.1 Duurzame compacte conversietechnologie... 18 4.2 Compacte opslag... 18 4.3 Regeling energieprestatie en control... 18 4.4 Multifunctionele Bouwdelen... 19 4.5 Energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau... 20 4.6 Tenders in 2013... 21 4.7 Organisatie... 22 5 Economische Impact... 23 Pagina 3 van 24
1 De Gebouwde Omgeving in 2050 de basis voor innovatie Leeswijzer In 2012 zijn de Innovatie Contracten vastgesteld. Dit document is een aanscherping van het onderdeel Innovatiethema s en Acties van TKI EnerGO en bevat tevens het gezamenlijke programma met de programmalijn Systemen en Toepassingen van TKI Solar Energy. Na een algemene toelichting op de aangescherpte focus van TKI EnerGO, bespreken we in de volgende hoofdstukken de programmalijnen. In hoofdstuk 3 adresseren we de 5 specifieke programmalijnen van EnerGO. In hoofdstuk 4 wordt via dezelfde verdeling over de programmalijnen het gezamenlijke programma tussen TKI-EnerGO en TKI-Solar Energy beschreven, waarbij het gaat over de integratie van zonne-energie in de gebouwde omgeving. Dat gezamenlijke programma is ook zelfstandig leesbaar. Voor de samenwerking met de TKI Switch2smartgrids zijn de raakvlakken beschreven per lijn. Zoals in de najaarsrapportage gemeld, werken we deze samenwerking in 2013 verder uit. In de uitvoering stemmen we binnen de programmalijnen af en wijzen integrale projecten toe aan de meest passende TKI. De samenwerking met TKI Watertechnologie, thema Water en Energie (raakvlak: opwekking en opslag op gebiedsniveau) bevindt zich in een voorbereidende fase. 1.1 Introductie Alle nationale- en EU beleidsdocumenten en langjarige prognoses gaan uit van een (nagenoeg) volledig energie-neutrale gebouwde omgeving in het jaar 2050. Ook om 16% duurzame energie doelstelling van dit kabinet te halen moet de gebouwde omgeving vergaand energie besparen en ook zelf duurzame energie opwekken. Met meer dan 1/3 van het nationale primaire energiegebruik in de gebouwde omgeving is de impact van besparing en duurzame opwekking groot. Daarnaast neemt de betekenis van zonne-energie als duurzame bijdrage in de energiemix de komende decennia sterk toe. Grootschalige toepassing van PV in een dichtbevolkt land als Nederland is echter alleen mogelijk wanneer de systemen worden geïntegreerd in de gebouwde omgeving en de infrastructuur (meervoudig ruimtegebruik). Tegen deze achtergrond leidt de energietransitie in de gebouwde omgeving tot een fundamentele verschuiving in de waardeketen rondom energie. Niet langer zijn de commodities gas en elektriciteit de kostendragers, maar de (arbeid- en) kapitaalsinvesteringen om de gebouwde omgeving uiteindelijk energieneutraal te maken. Van Opex naar Capex. De economische gevolgen hiervan vertalen zich vooral in meer omzet voor de toeleveringsindustrie en de uitvoerende bouwpartijen binnen Nederland en in een versterking van het export potentieel van met name die toeleveringsindustrie. De energetische aanpak van de bebouwde omgeving sluit aan op maatschappelijke trends, specifiek de ontwikkeling van consumenten naar prosumenten. Dit geeft een andere betrokkenheid bij energie en biedt kansen voor het platina vierkant. Het terugdringen van het gebouw-gebonden energiegebruik door besparing en efficiency, in combinatie met optimaal inzetten van opwekking en opslag van duurzame warmte en koude vormen het domein van de TKI-EnerGO. Het integreren en toepassen van de lokale en gebouw-gebonden bronnen van zonne-energie is daarnaast de kern van het gezamenlijk programma met TKI Solar Energy. In deze actualisering van de innovatie agenda wordt de nieuwe focus op de programmering nader toegelicht. Pagina 4 van 24
1.2 Visie gebouwde omgeving 2050 en noodzakelijke doorbraken Op de langere termijn zullen we (duurzame) brandstoffen daar inzetten, waar deze de hoogste toegevoegde waarde hebben: voornamelijk in industrie en transport. In de gebouwde omgeving bestaat het gebouw-gebonden energiegebruik vooral uit laagwaardige warmte en koude en elektriciteit. Warmte en koude zijn moeilijk te transporteren. In de energie neutrale toekomst moet een gebied zich met lokaal duurzaam energie aanbod continue in de lokale warmte- en koude behoefte voorzien. We introduceren hiervoor het begrip thermisch autarkische gebieden : het binnen de grenzen van een gebied (schaalgrootte ca. 4-5000 woningen/gebouwen) op ieder moment in het jaar dekken van de warmte en koude behoefte uit duurzame bronnen. Om dit te realiseren ligt het accent voornamelijk op het aanpassen van de nu al bestaande bouw. Door hoogwaardige isolatie en efficiënte warmte/koude terugwinning zal de vraag naar warmte en koude drastisch worden beperkt. Wat daarna aan warmte en koude nodig is komt van de zon of uit de omgeving. Slimme conversie is nodig van die zon en omgeving naar juiste afgifte temperaturen. Dit moet zeer efficiënt worden geleverd, precies daar waar je het nodig hebt. Die lokale afgifte en de beperkte ruimte in de bestaande bouw dwingt tot miniaturisatie van installaties en componenten. Opslag is vervolgens nodig om in te spelen op fluctuerend aanbod van duurzame energie in relatie tot fluctuerende vraag. Dit kan in de vorm van zeer compacte opslag van warmte / koude binnen de woningen en gebouwen of op gebiedsniveau in de ondergrond. Deze ontwikkelingen rondom duurzame opwekking en opslag in combinatie met een sterk gereduceerde vraag vereist een Slimme energetische regeling waarbij tevens vanuit het gebouwgebruik moet worden gestuurd op comfort en gezondheid. Deze regelingen moeten ook zorgen dat de prestaties van het energiesysteem worden gegarandeerd, waardoor de benodigde investeringen makkelijker financierbaar worden. Deze ontwikkelingen doorbreken de bestaande structuren in de bouw en vertalen zich niet alleen in technische integratie van functies, maar anticiperen ook op snelle en esthetisch aantrekkelijke renovatie van de bestaande bouw. Het vereist dat functies worden geïntegreerd in bouwdelen (gevels, daken) en industrieel kunnen worden geproduceerd en toegepast, afgestemd op een markt in de bestaande gebouwde omgeving. AANSCHERPING INNOVATIEAGENDA TKI-ENERGO TOV INNOVATIECONTRACT 2012: Primaire aandacht voor de bestaande bouw (won.+ utiliteit) Specifiek gericht op thermische energie (warmte/koude)- duurzame opwekking, opslag, distributie en regeling Opslag van warmte en koude en integrale aanpak voor uiteindelijk energie-neutraliteit op gebiedsniveau Gezamenlijk met TKI Solar aandacht voor integratie van actieve zonne energie in gebouw en systeem In de hierna volgende infographics tonen we schetsmatig hoe onze nu al bestaande gebouwde omgeving er in 2050 uit kan zien. De werkelijke verschijningsvorm zal aangepast zijn aan de woontrends van die tijd. De technologische richtingen zijn verkend. Ze zijn gebaseerd op een toekomst waarin de uitstoot van CO 2 is geminimaliseerd en er niet of nauwelijks nog fossiele brandstoffen gebruikt worden in de gebouwde omgeving. Pagina 5 van 24
Pagina 6 van 24
Pagina 7 van 24
2 Aanscherpen en focus van breed naar diep Op basis van de innovatieagenda van 2012 zijn op een aantal al onderwerpen projecten gestart. Voor 2013 wordt een nadere focus aangebracht op 5 programmalijnen, in plaats van de 16 onderwerpen uit 2012. Op die 5 programmalijnen werken we over meerdere jaren samen in samenwerkingsverbanden van kennisinstellingen en bedrijven. Fig 3: schematisch overzicht van de aangescherpte programmalijnen- ieder icoon vertegenwoordigt een programmalijn We creëren met deze programmalijnen een sterke Nederlandse positie, op de in hoofdstuk 1 genoemde doorbraak gebieden. De aanscherping sluit goed aan bij de Europese prioritering voor Horizon 2020 en de recente roadmaps van de Europese Technology Platforms, zoals de E2B en Renewable Heating and Cooling TP. Binnen deze lijnen focussen we op de thema s met significante economische impact, die we beschrijven in hoofdstuk 5. Voor elk van deze lijnen geldt dat er een relevante (internationale) positie bestaat bij kennisinstellingen en bedrijven met export potentie of positie. In de vijf lijnen wordt parallel gewerkt in de verschillende ontwikkelingsstadia, verdeeld over Discovery, Development en Deployment: Pagina 8 van 24
Fig 4: positionering van de programmalijnen binnen de 3 D s In 2013 kunnen we, gezien het beschikbare budget, een beperkt aantal projecten binnen dit portfolio honoreren. Via een voorselectiemethode en tendering worden de voorstellen op kwalitatieve sterkte en economische en energetische impact geselecteerd. Voor 2014 en verder beogen we met programmapartners een meerjarenprogramma op te zetten, gericht op een goede spreiding over de fasen en een toename van private en publieke middelen voor de volgende jaren. We verwachten de volgende verdeling van de middelen uit het besluit innovatielijnen effectief te kunnen inzetten: Programmalijn Energo mln multifunctionele bouwelementen 1,35 Installaties 2,5 duurzame compacte conversie compacte opslag regeling energieprestatie & control energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau 1,35 Totaal 5,2 Hiervan is 4,8 M beschikbaar via de subsidie regeling van juli 2013. Voor het gezamenlijke programma van TKI s Solar Energy en EnerGO is daarin 7 M beschikbaar. De focus in de subsidie regeling is weergegeven in de bijlage bij die regeling en onderstaande tabel: Pagina 9 van 24
1. Duurzame Compacte Conversietechnologie Duurzame compacte conversie, m.n. kleine, hoog efficiënte (componenten voor) warmtepompen geschikt voor bestaande bouw 2. Compacte Opslag Compacte verliesvrije opslag, met name materialen, componenten en reactoren voor thermochemische opslag voor bestaande bouw 3. Regeling Energieprestatie en Control Zelf optimaliserende regel systemen met continue commissioning, ook geschikt voor bestaande bouw Systemen voor optimaliserende services, met name met prestatiegaranties, innovatieve ESCO s en demand side management in interface met smart grids. Ook geschikt voor bestaande bouw S1. Energiediensten tbv optimalisatie meerdere systemen (obv databases, algoritmes en software) Tender ZEGO S1. Elektronische systemen, componenten en control systemen voor PV in de gebouwde omgeving 4. Multifunctionele bouwdelen Multifunctionele innovatieve energiebesparende en energieopwekkende bouwdelen, met name voor slimme renovatie naar uiteindelijk energieneutrale bestaande bouw S2. BIPV met name gevels S2. BIPV met name toepassing van dunne film PV S3. Prefab Solar roofs S4. Zon-thermische en PVT Systemen 5. Energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau Optimale (Midden Temperatuur) thermische opslag in de ondergrond Smart heat/cold grids via opslag, met name voor bestaande gebieden Innovatieve oplossingen voor omschakeling van bestaande gebieden naar energieneutrale energievoorzieningssystemen S5. Infrastructuur Integratie van PV S6. PV systemen voor de glastuinbouw Tender EnerGO Ontwikkelingen zijn niet alleen gericht op componenten, maar ook op uiteindelijk totale producten en diensten. Integrale projecten zijn mogelijk, een project kan bijdragen aan meer dan één programmalijn. De programmalijnen Regeling energieprestatie en control, Multifunctionele gebouwdelen en Energieopwekking, -distributie en opslag op gebiedsniveau richten zich ook specifiek op integratie op systeem, gebouw en gebiedsniveau. Pagina 10 van 24
3 Meerjarenprogramma- de vijf programmalijnen 3.1 Duurzame compacte conversietechnologie Doel en Noodzaak Vervanging van installaties in de bestaande bouw en los daarvan ook comfortverhoging met lokale verwarming / koeling, leiden tot de vraag om miniaturisatie van apparaten voor verwarmen en koelen met een zeer hoge efficiency. Warmtepompen met een 2,5 maal zo hoog rendement, een COP van 10, zijn op laboratoriumschaal beschikbaar. Een kleine, zo efficiënte warmtepomp kan buitenlucht of een laag temperatuur thermisch-net als bron benutten, waarmee ook eenvoudige renovatie en integratie mogelijk is in de gebouwelementen van programmalijn Multifunctionele bouwdelen. De randvoorwaarden zijn daarbij: Miniaturisatie Verhoging efficiëntie Stil Inpasbaarheid in systemen en bouwelementen Economisch te produceren Producten Producten en delen van producten waar het onderzoek binnen deze programmalijn zich op richt: Hybride systemen (bijv. warmtepompen met geïntegreerde opslag) Nieuwe materialen en koude middelen (bijv. composieten, nano fluids) Nieuwe en verkleinde componenten (bijv. warmtewisselaars met andere materialen of geometrie uitvoeringsvorm) Warmtepompen met deels nieuwe principes (bijv. torsion compressor, twee fasen expander) Warmtepomp op basis van totaal nieuwe principes ( bv magnetocalorisch) 3.2 Compacte opslag Doel en Noodzaak De wisselende beschikbaarheid van duurzame bronnen maken opslag voor energieneutraliteit onmisbaar. Zowel om inefficiënte piekproductie te voorkomen, voor dag/nacht, als voor paar dagen en seizoenoverbrugging. Ook binnen de internationale agenda s (Technology Platforms en IEA implementing agreements) geldt dit onderwerp als een van de hoogste prioriteiten. Thermische opslag speelt behalve in het thermische systeem ook een rol in het elektrische systeem (i.r.t. smart grids en PV). In combinatie met warmtepompen kan het pieken opvangen. Behalve power to gas is zo opslag van elektriciteit in meteen een gewenste functie, warmte of koude, mogelijk: Power to heat / cold. Pagina 11 van 24
Ook hier is miniaturisatie voor bestaande bouw essentieel en voor andere toepassingen een competitief voordeel. Thermochemische opslagsystemen met een factor 8 kleiner opslag volume zijn op laboratoriumschaal werkbaar. Via een thermochemisch proces (sorptie en desorptie) wordt de energie opgeslagen. Thermochemische opslag is tijdsonafhankelijk : zolang de terug gaande reactie niet plaatsvindt, blijft de energie opgeslagen. In tegenstelling tot een regulier watervat dat naar verloop van tijd afkoelt, is thermochemische opslag dus ook inzetbaar voor seizoensopslag. Thermochemische opslag kan worden gekoppeld aan warmtepompen in een totaal product. Het is toepasbaar in loze ruimtes, maar ook ontwikkeling van compacte opslag geïntegreerd in bouwdelen (gevel, dak, vloeren, muren) is mogelijk. Er moeten echter nog belangrijke doorbraken bereikt: Stabieler basis materiaal; hoge warmte-opslag capaciteit, snelle opname en afgifte Ontwikkeling van effectieve reactoren Miniaturisatie voor kostenbesparing, optimaal ruimte gebruik en integratie Producten Producten en delen van producten waar de projecten binnen deze programmalijn zich op richten: Materialen en reactoren Thermo chemische opslagsystemen Vooral voor het onderdeel stabiel basismateriaal heeft de Nederlandse chemische industrie veel kennis en mogelijkheden die voor dit onderwerp kan worden ingezet. Door op gebouwniveau systemen van aanbod, vraag en opslag optimaal te ontwerpen wordt ongewenste piekbelasting van netten voorkomen en kan de waarde van de opgewekte energie worden gemaximaliseerd. Het optimaal regelen van de inzet van de opslag wordt besproken in programmalijn Regeling energieprestatie en control. In 2012 is in deze programmalijn Tessel gehonoreerd: compacte modulaire seizoensopslag. In deze programmalijn is niet gekozen voor ontwikkeling van elektrische opslag in bijvoorbeeld accu s. Innovatie van dit type opslag is geen thema waarop Nederland competitief voordeel heeft. 3.3 Regeling energieprestatie en control Doel en Noodzaak Energie besparen krijgt een verdere impuls indien we energie alleen dan en daar inzetten waar het waarde levert. Energiesystemen zodanig regelen en beheersen dat verliezen door onnodig en ongewenst verwarmen, koelen en verlichten wordt voorkomen vereist, mede gezien de grote variëteit aan gebouwen en mensen daarin, werkelijk zelflerende systemen. De business case voor deze energiebesparende systemen wordt vergroot doordat ze ook zorgen voor gezond en comfortabel leef en werk klimaat, beperking van onderhoudskosten en verhoging van de productiviteit. De energietransitie verschuift kosten van gebruik (brandstof, stroom) naar investering. En van gebruiker naar eigenaar. Om deze investeringen te realiseren ontstaan nieuwe business modellen. Energiebedrijven en installatiebureaus ontmoeten elkaar in service concepten. Om de verschuiving van gebruik naar investeringen en services succesvol te krijgen zijn prestatiegaranties een essentieel onderdeel van deze programmalijn. Pagina 12 van 24
Regelsystemen met continue commissioning leveren dat. Lerende systemen zorgen voor continue optimalisatie van energie bij veranderend gebruik. Naast optimalisatie van gebruik, richt dit programma zich ook op optimale opbrengst van de opgewekte energie met in het gebouwsysteem geïntegreerde zonne-energie. Het betreft hier de integratie in de regelsystemen en elektrotechnische systemen. De fysieke integratie gebeurt in programmalijn Multifunctionele bouwdelen. Om de potentie te benutten zijn innovaties voorzien voor: Via sensor en sensornetwerk technologie energie/gebouwbeheersystemen voeden met informatie ook uit andere systemen over (toekomstige) omstandigheden Combineren van real-time performance monitoring met (PV) aanbod voorspellingen (met meteorologische data) en demand side management Regelsystemen voor optimale zonne-energie opbrengst bij partiële beschaduwing Slimme ict en algoritmes voor laag energiegebruik bij gelijktijdig individueel comfort van mensen met zeer verschillende behoeften Van regeling met een groot gebouwenergiesysteem naar regeling met lokale actuatoren (link met programmalijnen Multifunctionele bouwdelen en Duurzame compacte conversietechnologie ) Regelingen die de waarde van gegenereerde elektriciteit (mn zon PV) maximaliseert en energie inkoop kosten minimaliseert (slim regelen van gebruik, conversie en opslag), in interface met smart grids Producten Producten en delen van producten waar de projecten binnen deze programmalijn zich op richten: Slimme regelsystemen Prestatiegarantie systemen, continue commissioning Interfaces en integratie met smart grids voor optimalisatie services o.b.v. elektriciteitsprijs/handel systemen Service producten, ESCO 3.0 met prestatiegarantie, demand side management, services voor prosumers Supply and demand forecasting services Zon-gerelateerde onderdelen hiervan worden ontwikkeld in het gezamenlijke programma met TKI Solar Energy, onderdeel S1: Elektronische systemen en regelsystemen voor PV in de gebouwde omgeving. Zie daarvoor hoofdstuk 4. Voor gebruiksvriendelijke, stille, gezonde en efficiënte ventilatie producten op basis van het programma van 2012 is de innovatielijn reeds gestart. In 2013 is dit daarom geen focus voor nieuwe projecten. Op deze programmalijn werken we in afstemming met Switch2SmartGrids. Switch2SmartGrids is gericht op optimalisatie van het net gebruik. EnerGO en Solar Energy richten zich op optimalisatie aan gebruikerszijde en gebouwinstallatie, gericht op energiebesparing, comfort en optimaal benutten van opgewekte duurzame energie. De regeling aan de gebouwzijde koppelt als een spin in het web de optimale inzet van PV, intern gebruik en apparaten als warmtepompen en vriezers, de opslag en met het externe smart grid. Binnen het gebouw wordt de regeling zo uitgevoerd, dat de juiste informatie beschikbaar komt voor smart grids, zodat de prosument maximaal gebruik kan maken van op termijn Pagina 13 van 24
flexibele tariefstelling. De sturingsalgoritmes van smart grids en het regelsysteem van het gebouw worden op elkaar afgestemd voor optimalisatie en stabilisatie. Vele gebouwen en PV systemen samen kunnen als een virtuele power plant worden gezien, met specifieke optimalisatie vragen bij gezamenlijk beheer. Projecten op het snijvlak met Switch2SmartGrids worden verdeeld naar gelang het net accent respectievelijk gebruiksaccent. In 2012 zijn in deze programmalijn gehonoreerd: UCER: nieuwe gebruikers georiënteerde regelstrategieën; Monicair: monitoring van technische en gedragsparameters t.b.v. geavanceerde ventilatie gericht op precieze lokale en actuele behoefte; Vent-e-right: geluidsarme en onderhoud- en ruimtebesparende ventilatietechnologie met warmte terugwinning. 3.4 Multifunctionele Bouwdelen Doel en Noodzaak In 2011 was 63% van de gebouwen ouder dan 30 jaar. Van de gebouwen in 2050 zal ook het merendeel er nu in 2013 al zijn. Slimme energierenovatie is cruciaal om de bestaande gebouwde omgeving energieneutraal te maken. Om deze markt te creëren en versnellen moeten eigenaren deze renovatie willen aanschaffen. Dat vraagt oplossingen met de volgende eigenschappen: Esthetisch, architectonisch aantrekkelijk Economisch verantwoord, zichzelf terugverdienen in vastgoedwaarde en/of energiebesparing en energieopbrengst Simpel en effectief op nieuwe ketensamenwerking en industrieel bouwen Gebruiksvriendelijk Toevoegen van extra voordelen, zoals lokaal comfort (per ruimte) Toepasbaarheid in verschillende typen gebouwen enerzijds en schaalvoordelen in aantallen anderzijds vraagt om geïndustrialiseerd maatwerk ( mass production for 1 ). Daarmee zijn ook export mogelijkheden groter. Hetzelfde geldt voor eenvoudige montage en vervanging. Dat kan moeizame procesveranderingen in de bouwkolom voorkomen en ook toepasbaarheid buiten Nederland vergemakkelijken. Dit kan met integratie van isolatie, duurzame opwekking en ventilatie in de gebouwschil, vooral in daken en gevels. Dat vraagt slim ontwerpen en industrieel verbouwen. Ook vraagt het miniaturisatie van componenten. Die nieuwe componenten ontwikkelen we daarvoor in programmalijnen Duurzame compacte conversietechnologie en Compacte opslag. In deze programmalijn gaat het om de fysieke integratie, om gebouwschildelen (gevel- resp. dak elementen) en integratiesystemen: Gebouwschil functies integreren: integratie van (bouw)fysische functies (constructief, buitenhouden ongewenst klimaat, geluid) met installatie/klimaat functies (verwarmen, koelen en ventileren en ook licht) en duurzame opwekkingsfuncties Integratie van multifunctionele en adaptieve afwerkingen, coatings en componenten Omgekeerd ontwerpproces (reverse modelling) Pagina 14 van 24
Snel te monteren en vervangen, ook op onderdelen Gestandaardiseerd maatwerk ( mass customization ), flexibel in maatvoering, kleur en vorm Producten Producten en delen van producten waar de projecten binnen deze programmalijn zich op richten: Gevelelementen Dakelementen Multifunctionele afwerkingen en coatings Montage en vervang systemen Adaptieve en energie producerende ramen Zonne-energie componenten met eigenschappen van bouwmateriaal Geïntegreerde solar cogeneration systems voor warmte, koude en elektriciteit Zon-gerelateerde onderdelen hiervan worden ontwikkeld in het gezamenlijke programma met TKI Solar Energy, zie daarvoor hoofdstuk 4. In de gebouwschildelen zitten ook elementen die niet in deze programmalijn worden ontwikkeld, maar van buiten worden aangeleverd: Ultradunne isolatiematerialen. Isolatie is geen thema met Nederlandse voorsprong. Daarvoor importeren we de kennis en materialen Biobased materiaalgebruik idem en zou een onderwerp zijn voor TKI BBE Componenten voor conversie en opslag ontwikkelen we in programmalijnen 1 en 2 Koppelingen met regel- en control systeem in programmalijn 3 3.5 Energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau Doel en Noodzaak Op gebouwniveau en installatieniveau optimaliseren we opwekking en gebruik zoveel mogelijk. Voor een tijdsonafhankelijke energieneutrale gebouwde omgeving is echter niet alles fysiek en economisch op gebouwniveau mogelijk. Gebiedsoplossingen benutten dat lokaal potentieel efficiënter dan gebouwniveau alleen. Zonne-energie geïntegreerd op met name infrastructuur (infrastructure integrated PV, I 2 PV) biedt extra potentieel en draagt ook bij aan het voorzien van in energiegebruik bij die infrastructuur zelf. Om ruimte efficiënt te gebruiken, wordt PV ook hier geïntegreerd in de fysieke constructies. Lokaal potentieel van (duurzame) opwekking zit in thermische reststromen; oppervlaktewater; ondergrond; infrastructuren; biomateriaal; lokale windturbines; zonnevelden; riool/ waterzuivering. Daarnaast is er op gebiedsniveau potentieel voor opslag (WKO). Het gebruik daarvan wordt intensiever en vraagt om betere oplossingen om onderlinge verstoring te voorkomen. Verandering in lokale opwekking en vraag, maakt nieuwe optimalisatie van de noodzaak en uitvoering van lokale energienetten nodig. Om te zorgen dat investeringen nu, straks werkelijk energieneutrale oplossingen mogelijk maken en niet juist onmogelijk. Behalve met reguliere netten, kunnen gebruikers in een gebied met elkaar worden verbonden via ondergrondse opslag. Met gezamenlijk gebruik van ondergrondse opslag kunnen de energievraag en Pagina 15 van 24
opwekking op gebiedsniveau worden vereffend, waarmee een gebied in warmte en koude zelfvoorzienend wordt: thermisch autarkisch. Vereiste ontwikkelingen zijn: Benutting, koppeling en opslag van lokaal potentieel via ondergrond Ontwikkeling ondergrondse opslag op midden temperatuur niveau s Combinaties van energiewinning met andere functies, met name bodemsanering, waterwinning en waterzuivering. Zodat vervuiling niet onbedoeld verspreidt en kosten worden gedeeld. Ontwerpen van lokale energie systemen, optimalisatie afwegingen over noodzaak en uitvoering van warmte- of gasnetten en elektriciteitsnetten in de toekomst. En hoe daar bij vervangingsmomenten op in te spelen. Robuuste, vandalisme bestendige integratie van PV in fysieke infrastructuur, gecombineerd met esthetische kwaliteit, functionaliteit en opbrengst. Producten Producten en delen van producten waar de projecten binnen deze programmalijn zich op richten: Tools voor lokaal energievoorzieningssysteem ontwerp (hardware) op basis van modellering aanbod en vraag energiestromen, opslag en distributienetwerk Opslag ondergronds op hogere temperaturen dan nu toegestaan Smart heat/cold grid via opslag in ondergrond I 2 PV, in infrastructuur geïntegreerde zonne energie Zon-gerelateerde onderdelen hiervan worden ontwikkeld in het gezamenlijke programma met TKI Solar Energy, hoofdstuk 4.5. Switch2SmartGrids richt zich op optimalisatie en regeling van het net gebruik. EnerGO en Solar Energy richten zich op optimaal ontwerp van de fysieke opwek en thermische opslag. De sturingsalgoritmes worden op elkaar afgestemd voor optimalisatie en stabilisatie. Projecten op het snijvlak met Switch2SmartGrids worden verdeeld naar gelang het net accent respectievelijk gebruiksaccent. EnerGO werkt samenwerking uit met TKI Watertechnologie. Deze samenwerking richt zich op het gebruik van de ondergrond in combinatie met verschillende functies (o.a. drinkwater) en de koppeling met thermische toepassing (o.a. onderzoek naar thermische effecten op kwaliteit van drinkwatervoorraden). In 2012 bestond ook nog een separate lijn voor financiële innovaties. Deze is in 2013 niet meer open voor nieuwe projecten. Op gebiedsniveau wordt in 2012 gehonoreerde projecten gewerkt aan: IRIS: innovatie in ruimtelijk en markt juridische oplossingen voor lokale duurzame energie regelgeving; PICO: geo-informatica service tool voor beleids- en investeringsbeslissingen Pagina 16 van 24
4 Zonne-energie Toepassingen in de Gebouwde Omgeving Gezamenlijk programma TKI Solar Energy/ TKI EnerGO Dit hoofdstuk beschrijft, zelfstandig leesbaar, de programmalijn Zonne-energie Toepassingen in de Gebouwde Omgeving van de TKI Solar Energy in samenwerking met de TKI EnerGO. Het hoofddoel van de programmalijn is het versterken van de Nederlandse (kennis) economie in het downstream gedeelte van de zonne-energie waardeketen. Het betreft zowel zonnestroom (PV) als zonthermische toepassingen (ST). Het motief is het scheppen van groene banen in combinatie met een bijdrage aan de Nederlandse duurzaamheidsagenda 2020. Hierbij verwijzen we naar de in April 2012 door de minister ondertekende Innovatiecontracten Zonne-energie en Energiebesparing in de Gebouwde Omgeving en het eerder ingediende Actieplan 2013. Om de leesbaarheid te bevorderen en de samenhang met het EnerGO programma te benadrukken hanteren we dezelfde indeling als in Hoofdstuk 3 van dit document. Inleiding De doelstelling van de zonne-energie sector voor 2020 is een opgesteld vermogen van minimaal 4 GWp, bij opwekkosten van 0,10-0,15 /kwh. Dit komt overeen met een bijdrage van 3% aan het totale elektriciteitsgebruik in 2020 en een bijdrage van 10% aan de doelstelling voor duurzame elektriciteit. Deze snelle groei wordt enerzijds mogelijk gemaakt doordat zonnestroom op consumentenniveau kan concurreren met conventionele opgewekte stroom en anderzijds doordat geschikte producten en diensten beschikbaar komen om deze klantgroep te bedienen. Na 2020 kunnen de kosten verder dalen tot ongeveer 0,05 /kwh, zodat PV in de periode van 2020 tot 2030 ook zal kunnen concurreren in andere, professionele markten. Het potentieel voor PV wordt geschat op minimaal 90 GWp, zodat de doelstelling voor 2020 moet worden gezien als een eerste stap naar grootschalig gebruik, waarbij PV ook in Nederland een substantieel deel van het totale elektriciteitsgebruik concurrerend kan opwekken. Grootschalige toepassing van PV in een dichtbevolkt land als Nederland is echter alleen mogelijk wanneer de systemen worden geïntegreerd in de gebouwde omgeving en de infrastructuur (meervoudig ruimtegebruik. Dit is de kern van het gezamenlijk programma van de TKI s Solar Energy en EnerGO: integratie, waarbij drastische prijsdaling hand in hand moet gaan met esthetische kwaliteit, duurzaamheid, veiligheid, gebruikersgemak en uiteraard een hoge energieopbrengst. Naast fysieke integratie is een tweede voorwaarde voor grootschalig gebruik van PV, de integratie in het elektriciteitsnet. Bij een toenemende penetratiegraad van PV worden het toepassen van intelligente elektronica, afstemming van vraag en aanbod en/of opslag technisch noodzakelijk en vanuit economisch oogpunt aantrekkelijk. Dit geldt zowel op gebouwniveau als op gebiedsniveau en vormt het snijpunt van de drie TKI s: EnerGO, Solar Energy en Switch2SmartGrids Pagina 17 van 24
4.1 Duurzame compacte conversietechnologie Conversie systemen voor zonne-energie, zoals zonne-warmtekracht (PVT) worden ontwikkeld in integratieconcepten in het onderdeel Multifunctionele Bouwdelen in paragraaf 4.4. 4.2 Compacte opslag Integratie van compacte opslag, die vraag en aanbod van zon-thermische energie over de seizoenen balanceert en zo toepasbaarheid en rentabiliteit van zon-thermische oplossingen sterk verbetert, wordt ontwikkeld in het onderdeel Multifunctionele Bouwdelen in paragraaf 4.4. 4.3 Regeling energieprestatie en control Thema S1: Elektronische systemen en regelsystemen voor PV in de gebouwde omgeving Naast fysieke integratie is een tweede voorwaarde voor grootschalig gebruik van PV, de integratie in het elektriciteitsnet. Bij een toenemende penetratiegraad van PV worden het toepassen van intelligente elektronica, afstemming van vraag en aanbod en/of opslag technisch noodzakelijk en vanuit economisch oogpunt ook aantrekkelijk. Toepassing van PV in de gebouwde omgeving vraagt anders geoptimaliseerde elektronica dan grote ideale on-the-ground systemen. Partiële beschaduwing, vervuiling, en de wens om systemen in fases uit te kunnen breiden, geven aanleiding tot andere typologieën voor het elektrisch PV systeem. ECN was de eerste die (in 2003) experimenteerde met een volledig parallel geschakeld PV systeem, waarbij de draagconstructie tevens de stroomgeleider was (PV wirefree). Dit basisidee heeft inmiddels als Power Optimizer zijn weg naar de markt gevonden. In het Actieplan 2012 is een project met de titel MLPM (Module Level Power management) in uitvoering, waarin naast Power Optimizers ook de nieuwe generatie Micro-omvormers ontwikkeld worden. De waarde van elektriciteit varieert over de tijd en over de dag. Bij een hoge penetratiegraad van PV is de peak supply midden op een zonnige dag groot, zodat de waarde dan daalt. In Duitsland heeft dit al geleid tot een herwaardering van lokale opslagsystemen in combinatie met een lokaal energie management systeem. Functionaliteit op het gebied van balanceren van vraag en opwekking zal in waarde toenemen. Dit is een onderwerp waarin we samenwerken met de TKI Smart grids. De structuur van de smart grid zelf ligt daarbij in het domein van TKI Smart Grids, het smart grid ready maken van PV systemen ligt op het domein van dit gezamenlijke programma van TKI Solar Energy en EnerGO. Nederland heeft een sterke positie op de zogenaamde MLPM systemen, ondersteund door het lopende actieprogramma 2012 van de TKI Solar Energy. Pagina 18 van 24
Daarnaast ontwikkelen Nederlandse bedrijven waardevolle kennis op het gebied van lokale elektrische energiemanagement systemen. Bovendien liggen er goede kansen op het gebied van dienstenontwikkeling (potentieel mapping, forecasting, etc) en het opbouwen van een infrastructuur van databases. Producten Componenten en systemen die opbrengst van PV systemen in de gebouwde omgeving optimaliseren en monitoren Componenten en systemen die ingezet worden voor lokaal PV elektrisch energiemanagement in interface met het energiemanagement voor opslag, thermische energie en componenten zoals warmtepompen en vriezers Interface van lokale energiesystemen (inclusief PV) met Smart Grid optimalisatie routines en diensten Integratie met regelsystemen voor seizoensopslag van energie Diensten op het gebied van potentieel mapping, forecasting en simulatie van energiesystemen (w.o. PV systemen samen bekijkend als een virtual power plant ) 4.4 Multifunctionele Bouwdelen Thema S2: Gebouw geïntegreerde PV (BIPV) Uit een onlangs gepubliceerde inventarisatie van BIPV producten 1, blijkt dat deze markt zich ontwikkelt als een high mix markt (dit in tegenstelling tot de markt van standaard PV modules, die zich meer ontwikkelt als high volume markt). De meerwaarde van succesvolle BIPV producten zit in de multifunctionaliteit: behalve stroomopwekking minstens één extra functionaliteit, zoals esthetische integratie of bouwkundige functionaliteit. Dit gegeven heeft onmiddellijk invloed op de waardebepaling van BIPV producten, zodra het BIPV product een ander bouwproduct vervangt. Vrijheid van vorm, formaat en uiterlijk is bij dit soort producten van belang. De ontwikkelde producten moeten eenvoudig zijn te installeren en integreren in multifunctionele bouwelementen die alle functionaliteiten bevatten. Er ontwikkelt zich een duidelijke markt voor producten, die flexibiliteit in de toepassing combineren met betrouwbaarheid, levensduur, geen of nauwelijks onderhoud, installatiegemak (ook voor renovatiemarkt) en lage kosten. Een bijzondere rol is hier weggelegd voor producten op basis van dunnefilm PV technologie. Deze technologie heeft als unieke value propositie: laag gewicht (voor daken met weinig draagvermogen) en vormvrijheid (voor gebogen constructies, zoals overkappingen). Vooral in utiliteitsbouw is het dakoppervlak relatief klein en bieden gevels een interessante optie voor opwekking van zonnestroom. In het lopende Actieplan 2012 worden reeds BIPV oplossingen voor daken ontwikkeld. We willen daarom in dit gezamenlijk programma in 2013 meer nadruk leggen op gevel-oplossingen. 1 SEAC BIPV rapport 2013 (www.seac.cc) Pagina 19 van 24
Thema S3: Prefab Solar Roofs Prefab Solar roofs, waarin zowel photovoltaische elementen als zonthermische elementen vooraf geïntegreerd kunnen worden, vormen een aantrekkelijke optie voor renovatieprojecten van woningen. Het is daarbij belangrijk dat de oplossing een aantoonbaar voordeel heeft op kosten en/of kwaliteit ten opzichte van een state-of-the-art. Het gaat hier om modulair opgebouwde daksystemen. Een benadering waarbij het prefab dak off-site geassembleerd wordt en als prefab constructie op de bouwplaats aangeleverd, sluit aan bij de kostenen kwaliteitsbewaking en ook de logistiek van een renovatieproject Thema S4. Zon-thermische en PVT systemen In een energieneutrale gebouwde omgeving, is een hogere toepassings- en dekkingsgraad van zonneenergie nodig door het jaar heen. Multifunctionele bouw elementen voor bestaande bouw hebben een beperkte ruimte. Miniaturisatie en integratie in het thermische gebouwsysteem kan zowel dekkingsgraad als economische waarde vergroten. Koeling met zonne-energie en opslag vergroten de bijdrage over de seizoenen en de intraday economische waarde over dag/nacht. Als op hetzelfde oppervlak zowel zonnestroom als zonnewarmte geoogst wordt, spreekt men van PVT Systemen. Voor totale energieoogst per m 2 kan dit optimaal zijn. Het oogsten van de warmte gaat gepaard met koelen van de PV, hetgeen de opbrengst van de PV ten goede komt. Solar co-generation systemen, voor productie van elektriciteit, warmte en koeling kunnen een overall systeem efficiëntie van 80% halen. In 2013 willen we een project faciliteren waarin het optimale ontwerp en het optimale toepassingsgebied van PVT systemen onderzocht worden. Ook streven we naar geoptimaliseerde systeemintegratie van zonthermische systemen met seizoens-gebruik en opslag van warmte. 4.5 Energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau Thema S5: Integratie van PV in de infrastructuur (I 2 PV) Voor grootschalige uitrol na 2017 is het opportuun om het multifunctioneel gebruik van oppervlak in de bebouwde omgeving uit te breiden naar gebied, met Infrastructure Integrated PV, I 2 PV (wegen, dijken, geluidschermen, viaducten, parkeervoorzieningen e.a.). Dit bedient tevens de markt voor groene mobiliteit services. Hierbij moet de primaire functie van het infrastructurele element natuurlijk behouden blijven. Daarnaast liggen er uitdagingen qua (elektrische) lay-out van het systeem, veiligheid, levensduur en rendement op investering. Dit thema sluit aan bij initiatieven rond Afsluitdijk Energiedijk, bij innovatieve interesses van Nederlandse infrastructuurbedrijven en bij innovatie-ambities van Rijkswaterstaat. Thema S6: Toepassing van PV in de glastuinbouw In de glastuinbouw bestaat een aanzienlijk deel van de variabele bedrijfskosten uit energiekosten. Daarnaast wil men afhankelijk van het precieze gewas bij voorkeur drie variabelen onafhankelijk van elkaar kunnen beheersen: het lichtniveau, de temperatuur in de kas en de CO 2 concentratie. Zonlicht is de drijvende kracht. Vooral bij groenteteelt geldt hoe meer licht hoe beter. Daarbij is typisch een combinatie van blauw en rood licht voldoende voor optimale groei. Optimaal lichtniveau en Pagina 20 van 24
schaduwtolerantie hangen af van het specifieke gewas. Om oververhitting te voorkomen worden echter ramen witgekalkt of geopend met verlies van de optimale CO 2 concentratie. Spectraal selectieve PV is een theoretisch ideale oplossing, waarbij het groene en NIR licht voor elektriciteitsopwekking wordt gebruikt, en het rode en blauwe licht wordt doorgelaten voor gewasgroei. De uitdagingen op dit thema zijn: PV-glastuinbouwsysteem dat flexibiliteit van met betrekking tot gewas, seizoen en weersgesteldheid combineert met een goede kwh opbrengst en acceptabele return on investment Ontwikkelen van spectraal selectieve PV (bijvoorbeeld vanuit het werk aan Organische PV) 4.6 Tenders in 2013 De tenders in 2013 plannen we in overleg met AgentschapNL: 1. Duurzame Compacte Conversietechnologie Duurzame compacte conversie, m.n. kleine, hoog efficiënte (componenten voor) warmtepompen geschikt voor bestaande bouw 2. Compacte Opslag Compacte verliesvrije opslag, met name materialen, componenten en reactoren voor thermochemische opslag voor bestaande bouw 3. Regeling Energieprestatie en Control Zelf optimaliserende regel systemen met continue commissioning, ook geschikt voor bestaande bouw Systemen voor optimaliserende services, met name met prestatiegaranties, innovatieve ESCO s en demand side management in interface met smart grids. Ook geschikt voor bestaande bouw S1. Energiediensten tbv optimalisatie meerdere systemen (obv databases, algoritmes en software) Tender ZEGO S1. Elektronische systemen, componenten en control systemen voor PV in de gebouwde omgeving 4. Multifunctionele bouwdelen Multifunctionele innovatieve energiebesparende en energieopwekkende bouwdelen, met name voor slimme renovatie naar uiteindelijk energieneutrale bestaande bouw S2. BIPV met name gevels S2. BIPV met name toepassing van dunne film PV S3. Prefab Solar roofs S4. Zon-thermische en PVT Systemen 5. Energieopwekking, distributie en opslag op gebiedsniveau Optimale (Midden Temperatuur) thermische opslag in de ondergrond Smart heat/cold grids via opslag, met name voor bestaande gebieden Innovatieve oplossingen voor omschakeling van bestaande gebieden naar energieneutrale energievoorzieningssystemen S5. Infrastructuur Integratie van PV S6. PV systemen voor de glastuinbouw Tender EnerGO Pagina 21 van 24
Er is geen budgetallocatie per onderwerp vooraf. Voorstellen worden in onderlinge competitie beoordeeld op kwaliteit. Voor de gezamenlijke tenderronde is 7 M beschikbaar. 4.7 Organisatie Voor het management van dit gezamenlijke programma wordt aangesloten bij de management structuur van beide TKI s: 1. Management Team bestaande uit beide programma directeuren Op basis van programma de randvoorwaarden voor de tenders aanleveren ten behoeve van de door AgentschapNL op te stellen tender documenten Informeren potentiele indieners Pre-advies voorbereiden bij doorzending van de projectvoorstellen aan de Programma Raad Bewaken inhoudelijke voortgang van de gehonoreerde projecten Rapporteren aan gezamenlijk bestuur 2. Programma Raad van 5 mensen, bestaande uit een afvaardiging uit beide Programma Raden Ingediende projecten beoordelen Advies aan bestuur opstellen inclusief een pass/fail en ranking van de projecten 3. Bestuur van 4 bestuursleden, 2 van elk van beide TKI besturen Besluit welke projecten te honoreren Rapporteren aan Topteam Pagina 22 van 24
5 Economische Impact De bedrijven binnen de consortia van de TKI s EnerGO en TKI Solar Energy zullen op basis van het onderzoek en ontwikkeling een set diensten en producten ontwikkelen die cruciaal is voor de doorbraak naar een energie-neutrale gebouwde omgeving. Daarnaast draagt de grootschalige inzet van zonne energie bij een duurzame virtuele power plant. De vijf programmalijnen sluiten nauw aan bij sterktes van Nederlandse bedrijven en de kennisposities in groeisectoren. In een aantal sectoren zien we nu al sterke export posities van bedrijven. Zie onderstaand overzicht wordt de positionering verder aangegeven: Compacte conversie Compacte opslag Regeling en Control Multifunctionele Bouwdelen Energie op gebied ++= sterke EU positie (top 5) += goede EU positie (top 10) Positie NL- ind. t.o.v. internationale concurrenten ++ +/- + + ++ Industriële basis Verwarmingsketel industrie Ventilatie / WTW industrie Apparaten bouwers Apparaten bouwers Chemische industrie Gebouwbeheerssysteemhuizen Regeling & control bedrijven ICT incl robotica en gaming Architecten Gevelbouwers Prefab (dak)elementen bouwers Beton industrie Zonne energie industrie Ingenieurs bureaus Grondmechanica bedrijven Mijnbouw/boorbedrijven ICT, incl navigatie en ordening +/- = groei sector, nog geen land heeft voorsprong, NL wel kennis -/-= lagere dan gemiddelde positie in EU Het innovatieproces, gericht op de verschillende programmalijnen, zal leiden tot nieuwe producten en diensten waarmee Nederlandse bedrijven een versterking van hun positie kunnen realiseren. Daarbij kunnen we denken aan (niet uitputtend): Pagina 23 van 24