2. bijlage III EMG berekening collectief energiesysteem Amstel III Bullewijk.pdf

Concept EMG-berekening Collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk 1 GV200049 – GAM – Conceptrapportage Amstel III

Concept EMG-berekening Collectief energiesysteem Amstell III & Bullewijk

Colofon Opdrachtgever

Gemeente Amsterdam

Contactpersonen

Richard Ruijtenbeek Mimi Eelman

Opdrachtnemer

Greenvis B.V.

Auteurs

Sibren Lochs, Mark Wolf

Datum

13-11-2020

Gecontroleerd door

Arwen van der Gugten

Versie

Definitief

Contactgegevens Contactpersoon

Mark Wolf

Email

mark.wolf@greenvis.nl

Telefoon

+31 6 15 88 64 80

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

2

Inhoudsopgave 1

Inleiding

4

2

Gebied, scope en bepalingsmethode

6

2.1

Gebied

6

2.2

Scope EMG-berekening

7

LT-ruimteverwarming

7

ZLT-bronnet

7

MT-warmtenet

7

2.3

Bepalingsmethode

2.3.1

3

4

Algemeen

8

2.4

Warmtelevering

8

2.5

Distributienet – warmteverlies in het transport

8

2.6

Hulpenergie

9

2.6.1

Warmtepompen

9

2.6.2

Pompenergie

10

Energieprestatie

11

3.1

Bepalingswijze EOR

11

3.2

Conclusie en gevoeligheid

11

Referenties

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

8

13

3

1 Inleiding De gemeente Amsterdam werkt aan het opstellen van een warmteplan voor het gebied Amstel III (Figuur 1). Amstel III is nu nog een gebied met vooral kantoren. Het gebied transformeert naar een stadswijk waarin zowel gewoond, gewerkt als gerecreëerd wordt. Er zijn meerdere datacenters van Equinix aanwezig in Amstel III, waaronder het datacenter AM5.

Figuur 1 – Afbakening warmteplan I (zwart witte stippellijn), met aanwezige datacenters in het gebied. Dit rapport gaat enkel over het voorkeursgebied LT.

Nieuwbouw moet aan strengere eisen met betrekking tot duurzaamheid voldoen. Hiervoor is het van belang dat de gemeente al in een vroeg stadium aangeeft aan wat voor duurzaamheidseisen de nieuwe warmtevoorziening moet voldoen. Nieuwbouw duurt gemiddeld 3 jaar en planvorming daaromtrent nog veel langer. In die tijd moet de gemeente bouwers/ontwikkelaars duidelijkheid geven over de warmtevoorziening zodat zij hun panden kunnen ontwerpen. Daarnaast is de energieprestatie van een systeem afhankelijk van de landelijke energiemix. De energiemix verandert over de komende jaren ook qua duurzaamheid omdat er bijv. meer windturbines en zonnestroom bijkomen. De gemeente Amsterdam wil een warmteplan voor het gebied Amstel III opstellen. Het warmteplan is een beleidsinstrument waarmee de gemeente sturing kan geven aan het energiebeleid in het gebied. In het warmteplan wordt voor een bepaald gebied een warmtevoorziening met een milieuprestatie aangewezen. Alle nieuwbouwpanden worden aangesloten op een warmtenet of er moet worden aangetoond dat de panden een alternatief gebruiken dat minimaal even duurzaam is. Voor de scope van deze EMGberekening is er een concept Warmteplan I gedefinieerd en zal in het volgende hoofdstuk nader worder toegelicht.

4 GV200049 – GAM – Conceptrapportage Amstel III

Methode - rekenwijze energieprestatienorm voor maatregelen op gebiedsniveau Met deze EMG-berekening zullen de resultaten worden uitgedrukt volgens de Nederlandse normen NVN7125,

NEN7125/NTA8800.

De

resultaten

zullen

worden

uitgedrukt

in

een

Equivalent

Opwekkingsrendement (EOR), een primaire energiefactor voor geleverde warmte (de fp;del) en een hernieuwbare energiefactor (fp;ren) Voor de berekende scenario’s in deze rapportage kan geen kwaliteitsverklaring afgegeven worden omdat er onvoldoende onderbouwing is (door bijvoorbeeld afgeleverde contracten) om de energieprestatie te garanderen.

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

5

2 Gebied, scope en bepalingsmethode In dit hoofdstuk wordt de scope van de proefberekening besproken en ook de gebruikte bepalingsmethode.

2.1

Gebied

Amstel III transformeert de komende jaren van een kantoor gebied, waar alleen wordt gewerkt, naar een levendige stadswijk. Het gebied ligt rond de A9 (Gaasperdammerweg) tussen de A2 in het westen en het spoor in het oosten. De afbakening van Warmteplan 1 is te zien in Figuur 2. In het warmteplan is onderscheid gemaakt tussen drie verschillende energieconcepten om restwarmte uit datacenters te gebruiken: 1.

Als bron voor een Midden temperatuur warmtenet (MT);

2.

Als bron voor LT-ruimteverwarming

3.

Als bron voor regenatarie van WKO-systemen

In lijn met gemeentelijk beleid ‘Regie op warmte in gebiedsontwikkeling’ wordt nieuwbouw zoveel mogelijk van laagtemperatuur warmte (LT) voorzien. Deze warmte wordt geleverd door een individuele energiecentrale gevoed door het datacenter, met tapwaterverwarming in de woningen óf collectieve WKO systemen met regeneratie van restwarmte uit een datacenter.

Figuur 2 - Kavels met beoogde warmtevoorziening MT of LT.

In het gebied worden naar verwachting 3.376 wooneenheden ontwikkeld en 87.232 m2 bruto vloer oppervlakte (BVO) aan utiliteiten. Het uitgangspunt van de gemeente is dat elk gebouw aangesloten wordt op een collectief energiesysteem. De bestaande bouw krijgt bij voorkeur een midden temperatuur (MT) aansluiting, de transformatiebouw/nieuwbouw een LT-aansluiting. De MT-aansluitingen zijn geen onderdeel van de scope van deze berekening. Wel is rekening gehouden met de afname van ongeveer

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

6

1.500 woningequivalenten aan restwarmte voor het MT-net dat via een warmtepomp in de bestaande WOS-locatie opgehoogd wordt.

2.2

Scope EMG-berekening

De gemeente heeft de ambitie om restwarmte uit datacenters in te zetten voor een warmtevoorziening in de wijk. Het beoogde concept voor Amstel III maakt gebruik van restwarmte op een drietal verschillende manieren. De warmte kan worden ingezet als bron voor individuele (of semi-collectieve) energiecentrales, of voor de regeneratie van WKO-systemen. Een principeschema van de energieconcepten is te zien in Figuur 3, hieronder worden deze kort toegelight. Vanuit het datacenter AM5 kan restwarmte geleverd worden van ca. 28 °C. LT-ruimteverwarming In dit concept wordt restwarmte uit het datacenter geleverd aan individuele energiecentrales waar vervolgens een warmtepomp (WP) voorziet in LT-ruimteverwarming. Warm tapwater wordt voorzien met WP-boilers die energie uit ventilatie- of buitenlucht gebruiken om tapwater op te warmen. De plaatsing van de warmtepomp in dit syteem is belangrijk voor de energieprestatie. Over het algemeen geldt dat hoe dichter de warmtepomp bij de afnemers staat hoe gunstiger dit is voor de energieprestatie van het hele systeem. In de berekening is de warmtepomp geplaatst bij de afnemers. ZLT-bronnet In dit concept is geen sprake van direct geleverde warmte, maar worden individuele of collectieve WKOsystemen met restwarmte geregenereerd. Dit kan ook gebruikt worden als input voor extern geleverde warmte voor LT-concept (als bron voor de warmtepomp).

MT-warmtenet In dit concept wordt restwarmte van het datacenter gebruikt als bron voor een warmtepomp die warmte levert aan het MT-net van Vattenfall.

Figuur 3 – Principeschema bronnet concept Amstel III. Met groen is de scope voor het LT-systeem weergegeven, in het zwart de scope voor het ZLT-net. In het rood het MT-concept (buiten scope deze berekening maar aangeleverd door Vattenfall)

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

7

2.3

Bepalingsmethode

2.3.1

Algemeen

De benodigde gegevens van het collectieve warmtesysteem voor de EMG-berekening zijn hieronder beschreven. Greenvis heeft gegevens van het warmtesysteem ontvangen maar deze waren niet volledig. Waar geen gegevens beschikbaar zijn heeft Greenvis gebruik gemaakt van forfaitaire waarden uit de NEN7125 en NTA8800, of zijn er aannames gedaan. Deze zijn hieronder nader toegelicht. De berekening gaat uit van de eindsituatie waarin alle panden aangesloten zijn op het energiesysteem. Vervolgens zijn er meerdere scenario’s doorgerekend om de bandbreedte van de energieprestatie te bepalen.

2.4

Warmtelevering

De levering van warmte wordt gedefinieerd als de warmtebehoefte voor LT-ruimteverwarming van de aangesloten woningen. De exacte onbalans voor (toekomstige) WKO-systemen was niet bekend tijdens het opstellen van dit rapport. Als aanname is gerekend met individuele WKO-systemen voor alle gebouwen en is de (warmte) onbalans bepaald als het verschil tussen het warmte- en koudegebruik uit de bodem. Uitgangspunten voor de warmte-en koudevraag zijn opgesteld om de panden te voldoen aan de BENG 1-eis. Dit is afgestemd met IF-technology die in het projectgebied van Warmteplan 2 samen met Firan een collectief WKO-concept ontwikkelt. De uitgangspunten voor de warmtelevering voor de scope van deze berekening staan in Tabel 1 Tabel 1 - Uitgangspunten verbruiksgegevens gemiddelde energievraag transformatiepanden Algemeen

BENG-eis Amsterdam

Warmtevraag [kWh/m2]

Koudevraag [kWh/m2]

Tapwater[ kWh/m2]

Grondgebonden en gestapelde woning tot 70 m

50

21

9

20

Kantoor

60

41

23

-

Gemiddelde van functies

60

43

9

-

2.5

Distributienet – warmteverlies in het transport

Om de warmte te transporteren is een warmtenet nodig. Dit wordt een twee-pijps staal-pur-pe systeem. Voor de warmteverliesberekening wordt eerst de warmtegeleidingscoefficient bepaald volgens de vergelijking 7.2.3 uit de NEN7125. In de onderstaande tabel zijn de leidinglengtes, diameters en typen leidingen weergegeven, volgens de opgave van gemeente Amsterdam. In principe is gerekend met Staal-PUR-PE leidingen geisoleerd tot isolatieklasse 1. Als alternatief zijn ongeisoleerde HDPE leidingen doorgerekend.

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

8

Tabel 2 - Overzicht gegevens distributienet Omschrijving Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9, warmtenet LT Onder A9 onder AM5 , warmtenet LT Onder A9 onder AM5 , warmtenet LT Onder A9 onder AM5 , warmtenet LT Onder A9 onder AM5 , warmtenet LT Boven A9, warmtenet LT Boven A9, warmtenet LT Boven A9, warmtenet LT

Dnom [mm] 50 63 90 110 125 160 225 250 110 160 250 90 110 125 160 110 225 250

L [m] 40 880 480 320 300 480 200 3.380 1.240 1.876 1.136 200 356 656 600 1.056 2.172 5.000

du [m] 0,058 0,071 0,100 0,120 0,136 0,172 0,241 0,268 0,120 0,172 0,268 0,100 0,120 0,136 0,172 0,120 0,241 0,268

Du,1 [m] 0,125 0,136 0,180 0,198 0,225 0,252 0,360 0,400 0,198 0,252 0,400 0,180 0,198 0,225 0,252 0,198 0,360 0,400

H [m] 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

ha [W/(m2.K)] 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

fx [-] 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05

Isolatiemat. [-] PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE PUR-PE

RHD;dis [K.m/W] 4,7 3,9 3,5 3,1 3,1 2,4 2,5 2,5 3,1 2,4 2,5 3,6 3,1 3,1 2,4 3,1 2,5 2,5

λk,1 λk,2 λg [W/(m.K)] [W/(m.K)] [W/(m.K)] 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75 0,03 0,0 1,75

L/RHD;dis [W/K] 8,59 223,62 136,09 103,65 97,56 199,84 81,28 1.379,19 401,64 781,04 463,54 55,69 115,31 213,32 249,80 342,04 882,65 2.040,22

Vervolgens is het distributieverlies bepaald volgens vergelijking 7.2.2 van de NEN7125. Op basis van het huidige ontwerp AM5 (dd. 3-9-2020) is de temperatuur bij het datacenter 18 °C (retour) – 26 °C (aanvoer). Dit wordt de komende periode geoptimaliseerd naar 18 °C – 28 °C, waardoor de temperaturen van het ZLT-net voor aanvoer ongeveer 26 °C en een de retour van 18 °C zijn. Voor AM9 (buiten scope huidige berekening) worden hogere watertemperaturen voorzien waardoor de temperatuur van het ZLT-net iets hoger wordt en de verliezen toe zullen nemen. Tabel 3 Overzicht distributienetverliezen grondleidingen per maand in de eindsituatie (alles aangesloten). Ta staat voor de aanvoer temperatuur, Tr voor de retour temperatuur. Staal-PUR-PE Isolatieklasse 1

Maand

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

januari februari maart april mei juni juli augustus september oktober november december

watertemperatuur Ta Tr [°C] [°C] 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 Warmteverlies [MJ/a] Totaal warmteverlies [GJ/a]

2.6

HDPE, niet geisoleerd

Grondleidingen uitbreiding Warmteverlies [MJ] 404.001 319.761 316.537 255.943 181.176 120.918 95.794 95.794 149.132 222.825 300.280 374.846

Maand

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2.837.009

januari februari maart april mei juni juli augustus september oktober november december

watertemperatuur Ta Tr [°C] [°C] 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 26 18 Warmteverlies [MJ/a]

2.837

Totaal warmteverlies [GJ/a]

Grondleidingen uitbreiding Warmteverlies [MJ] 2.565.591 2.030.631 2.010.154 1.625.358 1.150.549 767.886 608.336 608.336 947.059 1.415.042 1.906.916 2.380.445 18.016.302 18.016

Hulpenergie

Hulpenergie is de elektrische energie die nodig is voor de werking van het systeem en om levering van warmte mogelijk te maken. Binnen de scope van dit systeem wordt hulpenergie gebruik voor warmtepompen en distributiepompen. 2.6.1

Warmtepompen

De hulpenergie nodig voor de levering van LT-warmte is de elektrische energie die gebruikt wordt in de warmtepompen. Het elektriciteitsgebruik is afhankelijk van de temperaturen in het systeem en met welke

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

9

COP (Coefficient of performance) de warmtepompen operen. Deze kan beschreven worden op basis van de condensatie- en verdamingstemperatuur en met het rendement van de compressiepomp. Zie Tabel 4 Tabel 4 - Overzicht uitgangspunten COP COP MT

COP LT CV

Condensor uit

77 °C

47 °C

Verdamper uit

18 °C

18 °C

Rendement

55%

0,55

COP

3,2

6,0

2.6.2

Pompenergie

De NEN7125 geeft geen bepalingsmethode voor het pompenergiegebruik van LT-systemen. Daarom is overeenkomstig met de methode uit de NEN7125 het hulpenergiegebruik van het distributiesysteem bepaald door de verhouding tussen de geleverde warmte en een aangenomen efficientie van de circulatiepompen (COPhd;aux;dis = 150). Dit komt neer op een energiegebruik van 0.0067 GJ e/GJth.

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

10

3 Energieprestatie 3.1

Bepalingswijze EOR

Voor de energieprestatie van het systeem voorgesteld in Warmteplan I is gebruik gemaakt van de methode zoals beschreven in NVN7125:2011, NEN7125:2017 (en NTA8800:2020). De resultaten zijn weergegeven in Tabel 5. De energieprestatie voor de EPC wordt uitgedrukt met een Equivalent Opwekkingsrendement (EOR). Voor nieuwbouw zal deze indicator vanaf 1-1-2021 niet meer gebruikt worden. Vanaf de invoering van de NTA8800 (BENG) wordt de energieprestatie uitgedrukt in een Fp;del (1/EOR) en een Fp;ren. Doordat het rendement van het Nederlandse elektriciteitsnet toeneemt van 39% (in NVN7125) naar 69% (in NTA8800) verbeterd de energieprestatie aanzienlijk. Dit is terug te zien in het verschil tussen het EOR voor beide normen. Tabel 5 - Resultaten en gevoeligheden energieprestatieberekening energieconcepten

44% 80% 84% 89% 100% 45% 80% 84% 89% 100%

Restwarmte

Distributie verlies

[GJ/jaar]

[GJ/jaar]

Volloop scenario's

11.418 19.994 21.164 22.298 24.833

1.702 2.411 2.695 2.695 2.837

Volloop scenario's

17.161 30.285 31.999 33.773 37.682

1.958 2.773 3.099 3.099 3.263

40.013 55.138 25.542 38.497 24.124 36.866 24.106 25.119 24.833 37.682 24.833 37.682

18.016 20.719 3.546 4.078 2.128 2.447 2.837 2.837 2.837 3.263 2.837 3.263

LT 100% ZLT 100% LT 100% Verhoogd warmteverlies (+25%) ZLT 100% LT 100% Verlaagd warmteverlies (-25%) ZLT 100% LT 100% Verlaging COP LT (-15%) LT 100% COP Bronnenboek (+10%) LT 100% Verlaag pompenergiegebruik (+100%) ZLT 100% LT 100% Verlaag pompenergiegebruik (+100%) ZLT 100% 50% DC MT-net Vattenfall 80% DC HDPE leidingwerk (geen isolatie)

3.2

Levering warmte

EOR (NVN7125)

Fp;del (NTA8800)

Fp;ren (NTA8800)

EOR (NTA8800)

[GJ/jaar]

[-]

[-]

[-]

[-]

2.004 3.447 3.570 3.750 4.165

1,830 1,920 1,939 1,958 1,978

0,353 0,337 0,334 0,331 0,328

0,717 0,720 0,723 0,724 0,724

2,836 2,970 2,993 3,022 3,050

358 379 320 281 251

5,778 6,882 7,191 7,485 7,803

0,147 0,130 0,127 0,123 0,120

0,874 0,884 0,887 0,889 0,891

6,804 7,690 7,888 8,103 8,329

4.266 368 4.113 171 4.160 246 4.834 3.825 4.082 126 4.082 126

1,742 5,332 1,987 8,027 1,990 7,975 1,758 2,113 2,010 8,416 2,010 8,416

0,392 0,176 0,328 0,119 0,325 0,117 0,362 0,310 0,323 0,115 0,323 0,115 0,420 0,430

0,779 0,891 0,730 0,894 0,720 0,891 0,697 0,737 0,727 0,896 0,727 0,896 0,520 0,570

2,552 5,692 3,052 8,399 3,078 8,513 2,760 3,226 3,094 8,713 3,094 8,713 2,370 2,330

η -distributie Hulpenergie

[GJ/jaar] [-] LT - Ruimteverwarming 11.482 0,87 20.779 0,90 21.827 0,89 23.167 0,90 25.996 0,90 ZLT - bronnet 15.203 0,89 27.512 0,91 28.899 0,90 30.673 0,91 34.419 0,91 Overige gevoeligheden 25.996 0,59 34.419 0,62 25.996 0,88 34.419 0,89 25.996 0,92 34.419 0,93 25.996 0,90 25.996 0,90 25.996 0,90 34.419 0,91 25.996 0,90 34.419 0,91

Conclusie en gevoeligheid

De energieprestatie is afhankelijk van veel factoren. Met name de verhouding tussen het elektriciteitgebruik voor de warmtepompen en de distributiepompen is erg bepalend voor de energieprestaitie. Afhankelijk van de uitwerking van het LT-systeem zal de energieprestatie in de NVN7125 (voor de EPC) een range hebben tussen de 1,7 – 2,10. Door het verbeterde rendement van het Nederlandse elektriciteitsnet zal dit vanaf volgend jaar verglijkbaar zijn met een EOR tussen de 2,5 – 3,0.

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

11

De energieprestatie van het ZLT syteem kent een grotere variatie (doordat de onzekerheden groter zijn. Dit komt met name omdat de afname voor regeneratie van WKO-systemen ten tijde van het schrijven van dit document onbekend is. Daarnaast is de invloed van elektriciteitsgebruik op de energieprestatie van het ZLT-systeem groter. Dit komt doordat de verhouding tussen geleverde energie en elektriciteitsgebruik kleiner is dan in vergelijking met het LT-concept.

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

12

4 Referenties 1.

NVN7125,

‘Energieprestatienorm

voor

Maatregelen

op

Gebiedsniveau

(EMG)

2011.

op

Gebiedsniveau

(EMG)’

2017.

https://www.nen.nl/nvn-7125-2011-nl-150608 2.

NEN7125

‘Energieprestatienorm

voor

Maatregelen

https://www.nen.nl/nen-7125-2017-nl-218993 3.

NTA8800 “Bepalingsmethode energieprestatie van Bijna Energieneutrale Gebouwen, 2020. https://www.nen.nl/nta-8800-2020-nl-272896

GV200049 – GAM – EMG collectief energiesysteem Amstel III & Bullewijk

13