RIS310739 Bijlage
Tekst van het document
Achtergrondrapport Transitievisie warmte Gemeente Den Haag
Inhoudsopgave Inhoudsopgave
2
Haagse routes naar schone verwarming Beperken van de warmtevraag Alle gebouwen stapsgewijs transitiegereed Technieken Energiedragers en -bronnen Duurzaamheid van de technieken
3 3 5 5 7 12
Modelanalyses Methodologie Resultaat modelanalyses en vertaling naar Routekaart Doorrekening techniekenmix en energiemix 2040 Conclusie
14 14 15 16 18
Kengetallenoverzicht
19
Colofon
23
2
Haagse routes naar schone verwarming
Bouwjaar
Dit hoofdstuk behandelt de technische achtergrond bij de Haagse routes naar schone verwarming aan de hand van warmtevraagbeperking, technieken en duurzaamheid.
Beperken van de warmtevraag 1.1.1 Ruimteverwarming Bij de woningvoorraad gebouwd voor omstreeks 2005 is het nodig om de warmtevraag van gebouwen en woningen te beperken. Enerzijds om woningen geschikt te maken voor lagere temperaturen in het afgiftesysteem, en anderzijds om schaarse bronnen efficiënter te benutten en dus ook meer woningen per bron mogelijk te maken. De warmtevraag voor ruimteverwarming van een woning, hierna uitgedrukt in kilowattuur per vierkante meter gebruiksoppervlak (kWh/m2), wordt bepaald door de mate van isolatie, kierdichting, ventilatiesysteem en het afgiftesysteem. De temperatuur die een woning nodig heeft om op de koudste dag van het jaar comfortabel warm te krijgen hangt hier voor een groot deel mee samen. Hoe beter de isolatie, kierdichting, hoe efficiënter het ventilatiesysteem en hoe hoger het afgiftevolume, hoe geschikter de woning is om met een lagere temperatuur te kunnen verwarmen. Het geschikt maken van woningen voor lagere temperaturen is een combinatie van deze maatregelen, waarbij aanpassingen in de schil en het afgiftesysteem het meest bepalend zijn voor de warmtevraag.
Kadaster (2020), Basisregistratie Adressen en Gebouwen CBS (2021), Voorraad woningen; gemiddeld oppervlak; woningtype, bouwjaarklasse, regio. URL: https://opendata.cbs.nl/statline/#/CBS/nl/dataset/82550NED/table?fromstatweb 2
Gasverbruik
Warmtevraag
woning-
temp.
ruimte-
woningen1
oppervlakte2
gecorrigeerd3
verwarming
m2 go/woning
m3/woning/jaar
kWh/m2/jaar
=< 1945
102.051
80
1270
111
1946 - 1964
39.351
68
940
92
1965 - 1974
14.828
78
1070
92
1975 - 1991
36.005
75
990
88
1992 - 1999
20.061
91
820
53
2000 - 2005
21.020
117
990
49
2006 - 2012
17.102
114
930
46
>= 2013
9.133
81
630
42
81
1050
86
Gemiddeld
Tabel 1: Woningen in Den Haag, per bouwjaarklasse, naar gebruiksvloeroppervlakte, gasverbruik en warmtevraag
De bestaande woningenvoorraad kunnen we grofweg opdelen in vier warmtevraagniveaus: 1. Woningen met slechte of onvoldoende isolatie (80 kWh/m2 of hoger). Er is een hoge temperatuur van ongeveer 90°C nodig om op de koudste dagen deze woningen comfortabel warm te stoken. Dit zijn de meeste woningen van voor 1992 die nog niet zijn nageïsoleerd.
De warmtevraag voor ruimteverwarming is sterk afhankelijk van het bouwjaar. In Tabel 1 staat de gemiddelde warmtevraag voor woningen in Den Haag. Hieruit kunnen wij afleiden dat de warmtevraag afneemt naarmate het bouwjaar recenter is, en dat een gemiddelde Haagse woning 81 m2 gebruiksvloeroppervlakte heeft en een gemiddelde warmtevraag voor ruimteverwarming van 86 kWh/m2.
1
Mediane Aantal
2. Woningen die 70°C-gereed zijn (lager dan 80 kWh/m2). Dit gaat om naoorlogse woningen die reeds een aantal aanpassingen in de schil hebben gekregen of hadden dit niveau al bij de bouw. Deze woningen kunnen bij dit niveau al afdoende comfortabel worden verwarmd met 70°C (middentemperatuur) op de koudste dagen, mits er voldoende afgiftevolume aanwezig is. Daarnaast is het
3
CBS (2019), Gemiddelde energielevering aardgaswoningen. Gecorrigeerd voor grootteklasse. URL: https://www.cbs.nl/nl-nl/maatwerk/2020/33/gemiddelde-energieleveringaardgaswoningen-2019-
3
afhankelijk van specifieke omstandigheden of de woning daadwerkelijk geschikt is voor verwarming met 70°C, zoals welke bouwdelen al zijn aangepakt en of de bewoners de ruimtes gebruiken die met deze temperatuur nog niet comfortabel warm wordt. 3. Woningen die transitiegereed4 zijn (lager dan 65 kWh/m2). Bij dit niveau is er maximaal nageïsoleerd in de bestaande schil. Naoorlogse woningen kunnen op dit niveau zowel comfortabel worden verwarmd met 70°C als met maximaal 55°C (laagtemperatuur). Voor laagtemperatuur moeten wel aanvullend radiatoren vervangen worden en mogelijk ook de cv-leidingen. De woning is daarmee toekomstbestendig en geschikt voor meerdere alternatieve verwarmingstechnieken. Vooroorlogse woningen die dit niveau bereiken zijn geschikt voor 70°C. Dat komt omdat isolatie van de gevel bij vooroorlogse woningen technisch of economisch gezien vaak niet haalbaar blijkt. 4. Woningen met een hoog isolatieniveau en voorzien van een energiezuinig ventilatiesysteem (lager dan 50 kWh/m2). Deze woningen zijn daarmee zeer geschikt om comfortabel te verwarmen met laagtemperatuur. Dit zijn recent gebouwde woningen na 2005 en woningen die nog gebouwd gaan worden de komende jaren (BENG). Bij bestaande bouw van na 2005 moeten soms wel nog radiatoren of cv-leidingen worden vervangen.
Bovenstaande niveaus gelden voor woningen, maar ook voor utiliteitsbouw gaan we ervan uit dat zij maximaal isoleren binnen de bestaande schil. De warmtevraag die dan overblijft is sterk afhankelijk van de gebruiksfuncties van de utiliteitsbouw, naast het feit dat het warmtevraagprofiel van utiliteitsbouw sowieso sterk verschilt van woningen.
1.1.2 Warm tapwater Voor warm tapwater geldt dat voor het veilig kunnen gebruiken van warm tapwater er met de huidige stand van de techniek en regelgeving een temperatuur van minimaal 55°C bij het tappunt nodig is. Om deze temperatuur te kunnen garanderen moet het opweksysteem in de praktijk een temperatuur van 60-70°C kunnen leveren. Als de aanvoertemperatuur onvoldoende is, moet er dus een aanvullende voorziening komen in de woning voor het opwekken of het boosten van de warmte voor warm tapwater. Mogelijk gaat de regelgeving wijzigen waarbij de minimale temperatuur aan het tappunt daalt van 55°C naar 40°C. Om deze temperatuur te kunnen garanderen moet het opweksysteem in praktijk een temperatuur van 45-50°C kunnen leveren. We gaan uit van een huishoudelijke warm tapwatervraag van 20 kWh/m2 per jaar, en deze blijft ook constant over de tijd. Voor utiliteitsbouw is de warm tapwatervraag gering, ca. 3 kWh/m2 (bruto vloeroppervlak). 1.1.3 Overig verbruik Naast ruimteverwarming en tapwater gebruiken gebouwen nog energie voor apparaten en licht, koken en koeling. Hier zien we ook een sterk verschil tussen woningen en utiliteitsbouw. Utiliteitsbouw heeft per vierkante meter een veel grotere elektriciteitsvraag voor apparaten, licht en koeling dan woningen. Voor apparaten en licht gaan we uit van een constante.
Enerzijds neemt het gebruik van elektrische apparaten toe, anderzijds worden zij steeds efficiënter. Deze effecten heffen elkaar op5. Voor koken gaan we ervan uit dat alle huishoudens op den duur overstappen naar inductiekoken, om zo het aantal gasaansluitingen en de totale gasvraag zo ver mogelijk terug te dringen. Tot slot valt ook koeling onder het overig verbruik. Hier zien we een toenemende elektriciteitsvraag als gevolg van met name huishoudens die behoefte krijgen aan koeling op warme dagen en gebruik gaan maken van
4
In het Klimaatakkoord was afgesproken dat er een landelijke standaard voor warmtevraagbeperking van de bestaande woningbouw en streefwaarden voor isolerende maatregelen zouden komen. In maart 2021 heeft de Minister van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties een brief naar de Tweede Kamer gestuurd met daarbij het rapport van de begeleidingscommissie die belast is met het opstellen van deze standaard en streefwaarden. Uit het rapport blijkt dat de definitie van de standaard vrijwel gelijk is aan de definitie van “transitiegereed” zoals in deze transitievisie warmte beschreven. Indien de Tweede Kamer
besluit de standaard aan te nemen wordt geadviseerd dat de gemeente Den Haag bij herijking van de transitievisie warmte de standaard overneemt als het niveau waarop een woning transitiegereed is. 5 PBL (2014): https://www.pbl.nl/sites/default/files/downloads/pbl-2014-op-weg-naar-eenklimaatneutrale-woningvoorraad-in-2050-achtergrond_1333_1.pdf
4
compressiekoelmachines. Deze vraag zal toenemen naarmate woningen beter geïsoleerd zijn en als het aantal warme dagen blijft toenemen. Koeling en de bijbehorende energieconcepten voor huishoudens zijn een ontwikkelende vraag in het vakgebied, en de precieze toekomstige koudevraag laat zich momenteel dan ook lastig voorspellen. Onze aannames en kengetallen voor huishoudelijke koeling nemen wij over van de TKI Urban Energy6. Voor utiliteitsbouw geldt dat de koudevraag al hoog is en ook hoog zal blijven. Dat komt omdat koele werkplekken nu al de norm zijn.
Alle gebouwen stapsgewijs transitiegereed Het is belangrijk dat zoveel mogelijk bestaande woningen en gebouwen in Den Haag aan het einde van de transitie transitiegereed zijn. Bij dit niveau ligt namelijk een technisch en economisch optimum waarbij we voorbereid zijn op bijna alle duurzame verwarmingstechnieken zonder dat we hoeven te investeren in een nieuwe schil. Om hier te komen is het van belang dat we stapsgewijs alle onderdelen aanpakken en maximaal ingrijpen binnen de bestaande schil. Het warmtevraagniveau is de optelsom van de vier schildelen vloer, gevel, raam en dak, plus de binneninstallatie bestaande uit ventilatie, afgiftesysteem en elektrisch koken. Als een gebouweigenaar een van de schildelen aanpakt is het van belang dat dit onderdeel gereed is voor aardgasvrije verwarming. Daarom gaan we ervan uit dat een isolerende ingreep altijd een maximale ingreep is binnen de bestaande schil. Daarmee voorkomen we dat dak, vloer of gevel in meerdere stappen worden aangepakt. Dat is kosteninefficiënt en de tijd die we hebben voor de transitie is beperkt. Omdat de tijd die we hebben beperkt is, zal het ook niet lukken om alle maatregelen te combineren met natuurlijke onderhoudsmomenten. Bovendien is er niet voor alle isolerende maatregelen een logisch, natuurlijk moment.
Het is daarom belangrijk dat gebouweigenaren niet voor alle maatregelen wachten tot er een natuurlijk moment is.
6
TKI Urban Energy (2021), Koudevraag in Nederland en Europa. URL: https://www.topsectorenergie.nl/tki-urban-energy/kennisdossiers/factsheetskoudetechnieken/koudevraag-in-Nederland
Technieken In deze paragraaf bespreken we de verschillende technieken. Technieken zijn combinaties van gebouwgebonden en infrastructurele maatregelen die leiden tot een duurzaam verwarmde buurt. Eerst bespreken we de vier technieken die we onderscheiden, vervolgens bekijken we hoe die zich verhouden tot de Haagse routes naar een fossielvrije gebouwde omgeving. 1.3.1 All-electric All-electric betekent dat er in principe alleen een elektriciteitsnet in de wijk nodig is en dat een woning, mits transitiegereed, verwarmd wordt met infraroodpanelen of een warmtepomp. Het voordeel van deze techniek is dat alle woningen en gebouwen al aangesloten zijn op het elektriciteitsnetwerk. Iedere vastgoedeigenaar kan dus de keuze maken om over te stappen naar all-electric en daarbij niet afhankelijk van wat andere gebouweigenaren in de buurt doen. De keerzijde hiervan is echter dat de capaciteit op het elektriciteitsnet ontoereikend is als alle gebouweigenaren hiertoe zouden besluiten. Hoewel het elektriciteitsnet bijna overal verzwaard zal moeten worden als gevolg van elektrisch koken, elektrisch rijden en zonnepanelen op daken, zal er bij all-electricverwarming een extra verzwaring moeten plaatsvinden. Niet alleen op wijkniveau, maar ook op gemeentelijk, regionaal, nationaal en mogelijk internationaal niveau.
Dat komt doordat de gebouwde omgeving verantwoordelijk is voor veruit de grootste piekbelasting van het elektriciteitsnet die op alle spanningsniveaus zorgt voor grotere knelpunten die bovendien ook eerder aan de orde zullen zijn dan wanneer we elektrificatie van de verwarming voorkomen 7. All-electric leent zich voor een stapsgewijze overstap, op het tempo van gebouweigenaren. Op deze manier kunnen gebouweigenaren gaandeweg profiteren van innovaties die nog verwacht worden binnen all-electric. Het gaat dan met name om warmtepompen die steeds efficiënter worden en energieopslag in de woning, wat netverzwaring deels kan voorkomen. Ook zijn dit overwegend nieuwe buurten, waar gasleidingen, gasketels en kapitaalgoederen in de openbare ruimte nog niet zijn afgeschreven. Door
7 CE Delft (2020), Systeemstudie Energie-infrastructuur Zuid-Holland.
5
de volledige transitieperiode te benutten voorkomen we zoveel mogelijk desinvesteringen. Bij all-electric is er een grote variatie aan technieken in de woning. Er zijn verschillende typen warmtepompen en er worden nog steeds nieuwe typen ontwikkeld. Er zijn warmtepompen die lucht gebruiken als warmtebron en die water gebruiken als warmtebron. Een luchtwarmtepomp gebruikt als bron bijvoorbeeld buitenlucht. Een waterwarmtepomp gebruikt als bron bijvoorbeeld bodemenergie of warmte uit de zon (zonthermie). Voor het benutten van energie uit buitenlucht is een buitenunit nodig. Voor het benutten van warmte uit de bodem moet er ruimte zijn voor een bodemlus, en voor zonthermie moet er ruimte zijn voor thermische zonnepanelen. Bij meergezinswoningen is er een collectief bronnet in het gebouw nodig om de individuele warmtepompen in de woningen te verbinden met de bodemlussen of de thermische zonnepanelen. Naast warmtepompen is er infrarood. Infrarood is geschikt als bijverwarming of om kleine ruimtes te verwarmen. Als volwaardig alternatief voor verwarming met aardgas in de bestaande bouw is infrarood minder geschikt vanwege de grote elektriciteitsvraag en de zeer grote capaciteit die het vraagt van het elektriciteitsnet. Infrarood zal desondanks als maatwerkoplossing een plek hebben in onze toekomstige verwarming.
1.3.2 Warmtenet Een warmtenet is een infrastructuur die warmte van een centrale bron en opwekker transporteert naar en levert aan gebouwen. Er is daarom sprake van een collectieve warmtevoorziening. Om in een buurt een warmtenet te realiseren is er voldoende schaalgrootte en dichtheid van gebouwen nodig. De minimale schaal die nodig is, hangt sterk samen met de beoogde warmtebron. In de praktijk is het organiseren van de warmtevraag ingewikkeld omdat je te maken hebt met veel verschillende partijen die samen een warmtenet moeten realiseren. Daarom zijn warmtenetten het meest kansrijk in buurten waar een grote warmtevrager als “startmotor” kan fungeren, zoals een woningcorporatie. Ook is de geleverde temperatuur van belang: hoe hoger de temperatuur van een warmtenet hoe eerder je in een buurt kunt starten omdat woningen dan nog niet transitiegereed hoeven te zijn.
De warmtebron van een warmtenet bepaalt de geleverde temperatuur. Bronnen zoals aardgas en restwarmte kunnen hoge temperaturen leveren. Geothermie levert middentemperatuur, en omgevingswarmtebronnen zoals aquathermie leveren laagtemperatuur. Laagtemperatuurbronnen kunnen middels een collectieve warmtepomp ook middentemperatuur leveren. Het afgekoelde water dat terugkeert naar de bron heet retourwarmte. Retourwarmte kan geleverd worden aan gebouwen die een lagere temperatuur nodig hebben (cascadering). Hoewel warmteleidingen geïsoleerd zijn, verliezen zij warmte. Het warmteverlies verschilt sterk per warmtenet. Huidige warmtenetten hebben een warmteverlies van 20% à 30%. Toekomstige warmtenetten zullen minder warmteverlies hebben omdat zij efficiënter zijn ingeregeld en omdat zij lagere temperaturen transporteren. Daar staat tegenover dat warmtenetten met een lagere temperatuur meer elektrische pompenergie en grotere leidingdiameters nodig hebben vanwege de lagere energieinhoud van het water. Voor een duurzaam en efficiënt warmtenet is het belangrijk om uiteindelijk zoveel mogelijk lokale, duurzame warmtebronnen te benutten. Die zullen hoogstens 70°C kunnen leveren. Het is daarom van belang dat alle warmtenetten, ook bestaande warmtenetten in Den Haag, op den duur nog hoogstens 70°C leveren en dat nieuwe warmtenetten zo worden ontworpen dat zij geschikt zijn voor 70°C.
Den Haag beschikt nu over drie warmtenetten die niet met elkaar verbonden zijn. In de toekomst zullen bestaande netten uitbreiden en zullen er ook nieuwe warmtenetten worden ontwikkeld in buurten waar nog geen warmtenet is. Om zoveel mogelijk duurzame warmtebronnen op zoveel mogelijk plekken in de stad te ontsluiten, en om piek- en backupvoorzieningen in de stad zo efficiënt mogelijk te benutten is het wenselijk dat warmtenetten in de toekomst op elkaar aansluiten. De piekvoorzieningen van warmtenetten bestaan vaak uit gasketels die snel veel vermogen kunnen leveren op de koudste dagen van het jaar. In de regel leveren die piekvoorzieningen slechts 20% van de warmtevraag gedurende het jaar, maar tellen zij op tot 70% van het opgesteld vermogen. Piekvoorzieningen werken nu nog op aardgas, maar kunnen in de toekomst worden verduurzaamd door een combinatie van het verminderen van de piekvraag (als gevolg van warmtevraagbeperking),
6
innovatieve vormen van warmteopslag, zowel bij de bron als decentraal, en door de inzet van duurzaam gas.
inzet van toekomstige innovaties in warmtepompen en energieopslag in de woning.
1.3.3 Kleinschalig collectief
Een hybride warmtepomp kan zowel individueel als collectief worden toegepast. Individueel wil zeggen dat iedere woning een hybride warmtepomp heeft en dus ook nog een gasaansluiting. Collectief wil zeggen dat een gebouw of bouwblok één hybride warmtepomp heeft met een gasaansluiting, en dat de woningen via een inpandig warmtenet warmte geleverd krijgen. Het voordeel van een collectieve hybride warmtepomp is dat deze op den duur eenvoudiger is te vervangen door een warmtenetaansluiting en dat deze minder ruimte in beslag neemt dan individuele installaties per woning.
Onder kleinschalig collectief verstaan we lokale en kleinschalige warmtenetten en bronnetten. Deze netten maken vaak gebruik van omgevingswarmte als warmtebron, zoals aquathermie of zonthermie, en vaak in combinatie met warmte-koude opslag (WKO). In het geval van een zeer lage temperatuur warmtenet, oftewel een bronnet, is er dan altijd nog een warmtepomp in het gebouw of de woning aanwezig om de warmte op te waarderen, vergelijkbaar met all-electric. Maar ook een collectieve warmtepomp voor enkele gebouwen of een buurt is mogelijk met dit concept. Dan is er geen warmtepomp in de woning maar wordt er rechtstreeks nuttige warmte geleverd, zoals bij een warmtenet. Kleinschalig collectief is een techniek die verspreid zal voorkomen in alle buurten, maar vooral zal worden ingezet in transformatiegebieden en bij werklocaties. Dat komt doordat utiliteitsbouw en nieuwbouw een grotere koudevraag hebben dan bestaande woningbouw en deze techniek bij nieuwbouw en utiliteitsbouw eenvoudiger is te organiseren dan in de bestaande woningbouw. Grootschalige toepassing van bronnetten in de bestaande woningbouw is niet te verwachten om dezelfde redenen als bij all-electric: het feit dat woningen eerst transitiegereed moeten zijn en vanwege de warmtepomp in de woning met bijbehorende piekbelasting van het elektriciteitsnet.
Daarnaast zal in veel gevallen individueel allelectric (dus zonder bronnet) dan eenvoudiger en goedkoper te organiseren zijn dan de bronnetvariant. 1.3.4 Gasnet hybride Bij deze techniek blijft het gasnet in de wijk in stand en zal deze gas leveren voor hybride warmtepompen die alleen nog tijdens de piekbelasting gas nodig hebben, oftewel op de koudste dagen van het jaar. Op alle andere momenten gebruiken deze warmtepompen ventilatielucht of buitenlucht als warmtebron. Hybride warmtepompen zijn een relatief eenvoudige manier om snel gas en CO2 te besparen, en kunnen bijna overal dienen als goede tussenoplossing richting een warmtenet of all-electric. Als eindoplossing is deze techniek alleen fossielvrij als we de piekvraag verduurzamen. Dat doen we door ook hier woningen transitiegereed te maken en zo de piekvraag terug te dringen, door de inzet van duurzaam gas in plaats van aardgas en mogelijk door de
Vanwege de noodzaak om een gasnet in stand te houden is gasnet hybride als eindoplossing alleen logisch als terugvaloptie in buurten waar geen andere technieken haalbaar zijn. Dat zijn in de regel oude en complexe buurten waar woningen een hoge warmtevraag overhouden ook nadat zij maximaal zijn geïsoleerd binnen de bestaande schil, of waar een warmtenet niet inpasbaar is in de ondergrond. Qua gasverbruik is deze techniek vergelijkbaar met het warmtenet: alleen op piekmomenten wordt nog gas gebruikt en in combinatie met warmtevraagbeperking in de woning realiseert deze techniek een gasbesparing van 70% à 80%. 1.3.5 Technieken in relatie tot Haagse routes In een buurt zullen meestal meerdere technieken naast elkaar bestaan. Dat komt doordat de gebouwde omgeving zelden volledig homogeen is, er voortdurend sloop, nieuwbouw en transformatie plaatsvindt en omdat gebouweigenaren in de regel keuzevrijheid hebben. Daarom moeten we per Haagse route naar een fossielvrije verwarming aannames doen over welke technieken in welke mate in die route zullen voorkomen, hetzij als tussenoplossing, hetzij als eindoplossing. Hoe de technieken zich tot de Haagse routes verhouden is kwantitatief uitgewerkt in hoofdstuk 2.
Energiedragers en -bronnen De vorige paragraaf ging in op technieken en hun relatie met de Haagse routes naar fossielvrije verwarming. Deze paragraaf gaat in op energiebronnen. Bij iedere energie-infrastructuur hoort een andere energiedrager. Dit is respectievelijk gas (gasnet), elektriciteit (elektriciteitsnet) en/of water (warmtenet en bronnet). Bij de verschillende
7
Nu is elektriciteit altijd beschikbaar, omdat kolen-, gas en kerncentrales het gehele jaar door kunnen leveren op basis van de vraag. Maar in de toekomst zal het elektriciteitsaanbod veel minder constant en ook deels seizoenafhankelijk zijn door een groter aandeel van zonne- en windenergie. Energieopslag in bijvoorbeeld waterstof of batterijen kan het verschil in vraag en aanbod in de toekomst deels overbruggen, maar bij een te grote ongelijktijdigheid zijn piekvoorzieningen nodig die voorlopig nog op fossiele brandstoffen werken, zoals gascentrales. Zoals eerder beschreven is de piekvraag van elektriciteit het grootst in de gebouwde omgeving, waardoor een vergaande elektrificatie van de gebouwde omgeving niet alleen zorgt voor capaciteitsproblemen op het net, maar dus ook voor blijvende afhankelijkheid van piekvoorzieningen die vraag- en aanbod van elektriciteit moeten overbruggen en die niet eenvoudig kunnen worden verduurzaamd. Hoewel all-electric de grootste elektriciteitsvraag heeft van alle technieken, verschilt die vraag nog sterk per variant en hebben andere technieken bovendien ook nog een elektriciteitsvraag. Hybride warmtepompen gebruiken elektriciteit en ook warmtenetten gebruiken elektriciteit voor pompenergie en voor collectieve warmtepompen als de warmtebron een lage temperatuur heeft.
In Figuur 1 zien we het elektriciteitsverbruik per techniek voor het meest voorkomende woningtype in Den Haag bij een transitiegereed warmtevraagniveau. Daaruit blijkt dat infrarood in combinatie met een elektrische boiler verreweg het grootste elektriciteitsverbruik heeft. We zien daarnaast dat een warmtenet met hoge temperatuurbronnen het laagste elektriciteitsverbruik heeft per woning, op de Hr-ketel na. Geothermie heeft in vergelijking met hoge temperatuurbronnen een iets hogere elektriciteitsvraag omdat er niet
0
GASNET
HR KETEL HYBRIDE-VENTILATIE HYBRIDE-BUITENLUCHT
ALL-ELECTRIC
Elektriciteit is momenteel nog grotendeels afkomstig uit fossiele bronnen zoals steenkool en aardgas. In de toekomst zullen wind en zon die rol grotendeels overnemen. Hoewel de verduurzaming van de elektriciteitsmix buiten de transitievisie warmte valt, en bovendien voornamelijk een nationale en regionale opgave is, zijn er wel degelijk belangrijke raakvlakken. Het belangrijkste raakvlak is de gelijktijdigheid van vraag en aanbod.
1.000
2.000
5.000
960 2.550 1.730
INFRAROOD MET E-BOILER
4.640
STEG
130
RESTWARMTE
130
GEOTHERMIE
290
WARMTEPOMP-BRONNET
4.000
470
WARMTEPOMP-WATER
AQUATHERMIE
3.000
0
WARMTEPOMP-LUCHT
WARMTENET
1.4.1 Elektriciteit
alleen pompenergie voor het warmtenet nodig is, maar ook voor de bron zelf (het oppompen van water uit de aarde). Tot slot zien we dat warmtepompen met water als warmtebron (bronnet of bodemlus) efficiënter zijn dan luchtwarmtepompen.
BRON NET
energiedragers horen verschillende bronnen en mogelijkheden tot verduurzaming.
1.900 1.730
Figuur 1: Elektriciteitsverbruik per techniek in kWh/jaar, uitgesplitst naar techniek, voor een transitiegerede meergezinswoning 1950-1980
1.4.2 Gas Op dit moment wordt het overgrote deel van de woningen nog verwarmd door middel van aardgas, hetzij direct met een gasaansluiting in de woning, hetzij omdat de warmtebron van het warmtenet nog gas gebruikt. En ook een warmtenet met een duurzame warmtebron heeft nu nog vaak een piekvoorziening op aardgas. Duurzame technieken zullen minder of helemaal geen gas meer gebruiken. Net als bij elektriciteit kunnen we dit inzichtelijk maken voor een
8
typische Haagse woning, wederom er van uitgaande dat deze transitiegereed is.
potentieel aan groen gas. Daarom zal naast groen gas ook waterstofgas nodig zijn.
In Figuur 2 zien we dat de huidige Hr-ketel verreweg het grootste gasverbruik heeft. We zien tevens dat hybride warmtepompen zorgen voor een grote gasbesparing. Ook bij warmtenetten blijft er nog een kleine gasvraag over voor de piekvoorziening. Voor wat betreft het energieverbruik in de gebouwde omgeving zijn alle all-electricvarianten volledig gasvrij. Het gasverbruik dat die technieken nog hebben in de bronnenmix valt onder de sector elektriciteitsproductie en dus buiten de scope van de transitievisie warmte.
0
8
Klimaatakkoord (2019), Tekst Klimaatakkoord, Den Haag, 28 juni 2019
300
400
GASNET
HYBRIDE-VENTILATIE
ALL-ELECTRIC WARMTENET
600
700
800
450 250
WARMTEPOMP-LUCHT
0
WARMTEPOMP-WATER
0
INFRAROOD MET E-BOILER
0
STEG
150
RESTWARMTE
150
GEOTHERMIE
150
AQUATHERMIE
150
WARMTEPOMP-BRONNET
500
670
HYBRIDE-BUITENLUCHT
BRON NET
De productiepotentie voor biogas in Nederland is zeer beperkt. In het Klimaatakkoord committeert de groen gassector zich aan een productie van 70 PJ Nederlands groen gas in 2030, wat neerkomt op 2,2 miljard m3 aardgasequivalent groen gas. Van deze 70 PJ kan een substantieel deel worden ingezet in de gebouwde omgeving8. Dat komt omdat andere sectoren, zoals de industrie, tot 2030 de meerkosten van groen gas ten opzichte vaan aardgas nog niet kunnen dragen 9. Daarentegen hebben ook deze sectoren voor 2030 een verduurzamingsopgave en is niet met zekerheid te zeggen dat ze hiervoor geen gebruik zullen maken van groen gas. In de periode na 2030 wordt met meer zekerheid verwacht dat de industrie groen gas zal inzetten. Ook andere sectoren, zoals de transportsector, zullen gebruik willen maken van het beperkte Nederlandse
200
HR KETEL
Technieken zullen nooit volledig fossielvrij zijn als de resterende gasvraag op termijn niet verduurzaamd wordt. Als we aannemen dat we de piekvraag maximaal terugdringen door alle woningen en gebouwen transitiegereed te maken en we niet kunnen rekenen op innovaties die het gebruik van gas overbodig maken, blijft er dus een gasvraag over die we in de toekomst gasvrij moeten invullen. Daarom is het belangrijk om het perspectief op duurzaam gas nader te bekijken. Grofweg zijn er twee vormen van hernieuwbaar gas: groen gas en groen waterstofgas. Groen gas is biogas dat is opgewaardeerd tot aardgaskwaliteit en groen waterstofgas wordt verkregen door water te splitsen met behulp van duurzame elektriciteit.
100
0
Figuur 2: Gasverbruik per techniek in m3/jaar, uitgesplitst naar techniek, voor een transitiegerede meergezinswoning 1950-1980. Gasverbruik in de elektriciteitsproductie en de hoofdbron van de STEG zijn in deze grafiek niet meegenomen.
Of de productie van groene waterstof van de grond komt en in hoeverre deze beschikbaar komt voor de gebouwde omgeving is hoogst onzeker. Vanuit energie-efficiëntie is het verstandiger om de industrie en de transportsector voorrang te geven voor gebruik van groen gas en groene waterstof vanwege de hogere temperaturen die in die sectoren nodig zijn. Waterstof wordt daarnaast ook gebruikt als grondstof voor bijvoorbeeld
9
CE Delft (2018), Contouren en instrumenten voor een Routekaart Groen gas 2020-2050.
9
kunstmest en kan in de toekomst een veel bredere toepassing krijgen als duurzame grondstof voor bijvoorbeeld plastic. Als we specifiek kijken naar Zuid-Holland dan zien we dat de potentie van duurzaam gas ook uiteenloopt. In vier scenario’s voor de energieinfrastructuur in 2050 loopt de inzet van duurzaam gas uiteen van 15 PJ tot 40 PJ, op een totale vraag van 125 PJ, oftewel 12% tot 32% van de totale energievraag van de gebouwde omgeving 10. Als we deze potentie naar rato van het huidige aantal inwoners toekennen aan Den Haag, komt dat neer op een duurzaam gaspotentie van 2 à 5,5 PJ voor Den Haag in 2050. In hoofdstuk 2 hebben we deze potentie vergeleken met de resterende gasvraag die volgens de transitievisie warmte overblijft in Den Haag. In het algemeen is de conclusie dat we de gasvraag in de gebouwde omgeving zoveel mogelijk moeten terugdringen om een blijvende afhankelijkheid van aardgas te voorkomen, en dat we de schaarse potentie van duurzaam gas zo efficiënt mogelijk moeten benutten, bijvoorbeeld om de piekvoorziening van warmtenetten en hybride warmtepompen te verduurzamen. 1.4.3 Warmte De bestaande warmtenetten in Den Haag leveren naar schatting ca. 1,7 PJ11 uit aardgasgestookte bronnen. Daarnaast is er een onbekende hoeveelheid warmte- en koudelevering uit WKO-bronnen.
De aardgasgestookte bronnen zullen moeten worden verduurzaamd en nieuwe warmtenetten zullen ook op termijn fossielvrije bronnen moeten hebben. Daarom is het nodig om dieper in te gaan op de potentie van verschillende warmtebronnen voor Den Haag. We onderscheiden de volgende bronnen: stoom- en gasturbine (STEG), restwarmte, aardwarmte ofwel geothermie en omgevingswarmte.
temperaturen leveren aan het warmtenet. Voorlopig speelt de STEG een belangrijke rol in de warmtevoorziening van Den Haag. Op lange termijn zal deze installatie moeten verduurzamen of plaats moeten maken voor andere bronnen. De STEG levert momenteel ca. 1,1 PJ per jaar en heeft de potentie van minstens 1,3 PJ warmtelevering 12. Restwarmte Restwarmte is een bijproduct van industriële processen die nuttig kan worden gebruikt als warmtelevering, en anders wordt geloosd op oppervlaktewater of aan de buitenlucht. De beschikbaarheid van restwarmte is sterk afhankelijk van de continuïteit van de industriële processen. In de haven van Rotterdam is een groot potentieel aan restwarmte, ook op de lange termijn, waarmee hoge temperaturen kunnen worden geleverd. Om die warmte in Den Haag in te zetten is een transportleiding nodig. Deze transportleiding (Warmtelinq) wordt momenteel ontwikkeld door de Gasunie in opdracht van de Rijksoverheid. Realisatie van Warmtelinq is een voorwaarde voor de beschikbaarheid van restwarmte in Den Haag. Met de komst van Warmtelinq is de potentie van restwarmte in Den Haag 2 PJ13. Geothermie Geothermie is warmte uit de diepere aardlagen, vanaf 2 km. Warmte van ca. 2 km diepte levert middentemperatuur warmte, hoewel dit verschilt per locatie.
Op grotere dieptes kunnen hogere temperaturen worden gewonnen, maar de technologie om in Nederland in die aardlagen te boren staat nog in de kinderschoenen. De geologie van Den Haag en omgeving is buitengewoon gunstig voor geothermie waardoor de potentie van deze bron groot is. De potentie wordt geschat op 3 à 4 PJ, afhankelijk van het aantal bronlocaties dat kan worden gerealiseerd14.
STEG De hoofdbron van het warmtenet in Den Haag centrum is de STEG aan het Constant de Rebecqueplein. Een STEG wekt zowel warmte (aftapstoom) als elektriciteit op met aardgas als brandstof en kan hoge
Omgevingswarmte Omgevingswarmte is een verzamelterm voor warmtebronnen die in de directe leefomgeving worden gevonden. Hieronder vallen bijvoorbeeld aquathermie en zonthermie. De meeste omgevingswarmtebronnen zijn laagwaardig en dus niet direct nuttig te gebruiken. Om de temperatuur van deze bronnen op te waarderen is de inzet van een collectieve
10
12
CE Delft (2020), Systeemstudie Energie-infrastructuur Zuid-Holland. In tegenstelling tot gasverbruik wordt warmtelevering niet gerapporteerd in openbare bronnen. Daarom is de warmtelevering ingeschat op basis van het bekende aantal aansluitingen en het equivalent van de warmtevraag van aardgaswoningen. 11
TNO (2019), Warmtemonitor 2019. URL: https://www.cbs.nl/nlnl/achtergrond/2020/35/warmtemonitor-2019 13 Betreft informatie van gemeente Den Haag. 14 If Technology (2016), Potentieel Geothermie Den Haag: Quickscan.
10
warmtepomp nodig, en als de temperatuur seizoensafhankelijk is, zoals bij aquathermie, is de inzet van WKO nodig. De potentie van omgevingswarmte voor Den Haag is geschat op 4 à 5 PJ15. Samenvattend kunnen we stellen dat de totale duurzame bronpotentie voor Den Haag, exclusief de STEG, ca. 10 PJ bedraagt (Tabel 2). Deze potentie zal deels moeten worden gebruikt om de bestaande warmtenetten te verduurzamen, en voor de rest om nieuwe warmtenetten te voeden. Technische potentie PJ/jaar Restwarmte
2
Geothermie
3-4
Omgevingswarmte
4-5
Totaal
9 - 11
Tabel 2: Technische potentie duurzame warmtebronnen Den Haag
De huidige warmtevraag van de gebouwde omgeving van Den Haag in basislast bedraagt ca. 11 PJ16. Dat staat niet gelijk aan de warmte die we in de toekomst nodig zullen hebben. Enerzijds zullen we de warmtevraag gaan beperken en anderzijds zullen niet alle buurten een warmtenet krijgen. De toekomstige warmtevraag voor warmtenetten is dus minder. Deze kwantitatieve analyse is nader uitgewerkt in hoofdstuk 2. De conclusie is in ieder geval wel dat er in potentie voldoende warmtebronnen zijn voor Den Haag. Inzet en merit-order van warmtebronnen Welke warmtebronnen wanneer worden ingezet is afhankelijk van verschillende factoren. Warmtebronnen verschillen bijvoorbeeld qua temperatuurniveaus, initiële investeringskosten van de bron, de prijs van geproduceerde warmte, de volwassenheid van de techniek (marktgereedheid), het aantal aansluitingen dat minimaal nodig is om een nieuwe bron te ontwikkelen, ruimtegebruik en de duurzaamheid van de bron. Bij de duurzaamheid speelt niet alleen de duurzaamheid van de hoofdbron, maar ook de inzet van piekvoorzieningen en elektrische hulpenergie, bijvoorbeeld voor warmtepompen en transportpompen. Ook
15
CE Delft (2019), Hybride warmtenetten. Kansen voor Den Haag. Klimaatmonitor (2018), Totaal bekend warmteverbruik gebouwde omgeving. Gecorrigeerd voor basislast (80% van totaal). 16
kunnen op hetzelfde warmtenet meerdere warmtebronnen tegelijk invoeden, en bronnen kunnen in de loop der tijd vervangen worden door andere bronnen, bijvoorbeeld vanwege verduurzaming. Al deze factoren zijn voor een warmteontwikkelaar van belang bij het ontwikkelen en inzetten van een of meerdere warmtebronnen voor een bepaalde locatie. In de situatie van een regionaal warmtenet waarop meerdere warmtebronnen invoeden, is het van belang om te bepalen welke bronnen als eerste basislast leveren. Dat komt omdat de warmtevraag sterk seizoensafhankelijk is en er niet op ieder moment evenveel bronvermogen nodig is. Met de realisatie van Warmtelinq zouden de warmtenetten in Den Haag, of op zijn minst het warmtenet in Den Haag centrum, onderdeel worden van een regionaal warmtenet dat ook vertakkingen heeft in Rotterdam, Delft, Rijswijk en misschien Leiden en Westland. Op dit regionale warmtenet voeden verschillende warmtebronnen in, gezamenlijk vormen die de bronnenmix. Binnen deze bronnenmix is er sprake van een inzetvolgorde, een zogenaamde merit-order. Die merit-order is in het kader van de RES 1.0 bepaald aan de hand van technische en economische factoren17. Daarbij is het met name van belang wat de verhouding is tussen variabele kosten en kapitaalskosten.
In deze merit-order levert geothermie als eerste basislast om deze bron zo rendabel mogelijk te laten draaien en de ontwikkeling van deze bronnen te bevorderen. Daarna volgt restwarmte om de transportkosten per saldo zo laag mogelijk te laten zijn. Als aanvulling op geothermie en restwarmte kan aftapstoom (STEG) een rol spelen om productietekorten aan te vullen (zogenaamde middenlast). Gassen worden alleen ingezet in de pieklast of als back-up waarbij duurzaam gas voorrang krijgt op aardgas. Na 2030 kunnen aanvullende bronnen een rol gaan spelen in de meritorder van het regionale warmtenet. Het gaat dan met name om innovatieve manieren van warmte-opslag die de piekvraag kunnen reduceren, de inzet van waterstof als duurzaam gas en de inzet van omgevingswarmtebronnen in combinatie met WKO en een collectieve warmtepomp.
17
Royal HaskoningDHV (2021), Collectieve warmtevoorziening Rotterdam-Den Haag, verdieping en verkenning met scenario’s. Werkpakket 3 Warmte RES 1.0.
11
In deze paragraaf bekijken we de duurzaamheid van de technieken aan de hand van twee verschillende aspecten: de efficiëntie van de techniek in de vorm van CO2-uitstoot nu en in de toekomst, en de kans om op lange termijn bronnen te verduurzamen. 1.5.1 De efficiëntie van de techniek Hernieuwbare energie is schaars, daarom is het belangrijk deze zo efficiënt mogelijk in te zetten. Hoe efficiënter de techniek is, hoe minder energie er nodig is en dus hoe minder duurzame bronnen er nodig zijn. De efficiëntie van een techniek heeft zowel invloed op de CO2-uitstoot op de korte termijn als op de langere termijn. De volgende onderdelen uit de energieketen hebben invloed op de efficiëntie van de oplossing:
•
De energievraag van de gebouwen. Hoe lager de vraag, hoe efficiënter de oplossing. Het temperatuurniveau waarmee het gebouw comfortabel verwarmd kan worden. Hoe lager de temperatuur, hoe efficiënter de oplossing. De efficiëntie van transport, als gevolg van transportverliezen en de inzet van hulpenergie, bijvoorbeeld voor transportpompen. De efficiëntie van de opwek, als gevolg van omzettingsverliezen van de ene energiedrager in de ander.
In Figuur 3 is de CO2-uitstoot van een Hr-ketel vergeleken met de CO2uitstoot van andere technieken, uitgesplitst in de belangrijkste technieken en bronnen. De CO2-uitstoot van deze technieken is uitgedrukt in de hoeveelheid CO2 die jaarlijks wordt uitgestoten om een typische Haagse woning te voorzien van ruimteverwarming en warm tapwater. De vergelijking is gemaakt voor 2020 en 2030. Tussen 2020 en 2030 is aangenomen dat de CO2-uitstootfactor van elektriciteit met circa driekwart daalt, in lijn met de Klimaat- en Energieverkenning 202018. De emissiefactoren van alle andere bronnen blijven gelijk 19. Uit de grafiek kan worden afgeleid dat met uitzondering van infraroodpanelen alle aardgasvrije technieken met de technieken van vandaag al leiden tot minder CO2-uitstoot ten opzichte van de huidige
18
PBL (2020), Klimaat- en Energieverkenning 2020
1.000
WARMTEPOMP-WATER INFRAROOD MET E-BOILER
930 1.210 300 820 210 2.200 550 740 690
RESTWARMTE
460 420
GEOTHERMIE
440 340
WARMTEPOMP-BRONNET
2.500
590
STEG
AQUATHERMIE
2.000
1.070 900
HYBRIDE-VENTILATIE
WARMTEPOMP-LUCHT
1.500
1.260 1.260
HYBRIDE-BUITENLUCHT
ALL-ELECTRIC
•
500
HR KETEL
WARMTENET
•
0
BRO NNE T
•
gasketel, dus ook met de huidige, nog niet verduurzaamde elektriciteitsmix. Als we naar 2030 kijken, wanneer CO2-uitstoot van elektriciteit flink daalt conform het Klimaatakkoord, zien we dat het gat van alle duurzame technieken nog een stuk groter wordt. In 2030 zullen alternatieven dan tussen de 25% en 75% minder CO2-uitstoot hebben dan een Hr-ketel. Dit gat zal na 2030 nog groter worden, omdat de CO2-uitstoot van elektriciteit naar verwachting nog verder zal dalen. Ook valt uit de grafiek af te leiden dat het huidige warmtenet op de aardgasgestookte STEG ongeveer de helft minder CO2-uitstoot per woning dan de Hr-ketel.
GASNET
Duurzaamheid van de technieken
1.200 530 820 210
UITSTOOT 2020 UITSTOOT 2030
Figuur 3: CO2-uitstoot per techniek in kg, uitgesplitst naar techniek, in 2020 en 2030, voor een transitiegerede meergezinswoning 1950-1980
19
CE Delft (2016), Ketenemissies warmtelevering. URL: https://ce.nl/publicaties/ketenemissies-warmtelevering/
12
1.5.2 De mogelijkheid om de energiebron te verduurzamen Een tweede aspect bij de duurzaamheid van technieken is dat deze op termijn kan worden gevoed met duurzame energiebronnen, waardoor gedurende de warmtetransitie de CO2-uitstoot verder kan dalen en de afhankelijkheid van fossiele bronstoffen afneemt. We maken daarbij onderscheid tussen gas, elektriciteit en warmte. Verduurzaming warmte De resterende CO2-uitstoot van warmte bestaat in 2030 nog voor het belangrijkste deel uit de piekvoorzieningen die dan nog aardgas gebruiken. Daarnaast is er nog een klein deel elektrische hulpenergie en is restwarmte van zichzelf niet fossielvrij, tenzij de industrie waar zij vandaan komt volledig verduurzaamt. Om naar fossielvrije warmte in 2040 te gaan moeten dus vooral de piekvoorzieningen verduurzamen. Dit zal een combinatie zijn van enerzijds de piekvraag zoveel mogelijk beperken door alle woningen transitiegereed te maken en door de inzet van innovatieve vormen van warmteopslag, en anderzijds door de inzet van duurzaam gas. Verduurzaming elektriciteit De resterende CO2-uitstoot van elektriciteit is volledig terug te voeren op de nationale en internationale bronnenmix van het elektriciteitsnet.
De afspraken in het Klimaatakkoord gaan over maatregelen die leiden tot 70% CO2-reductie in 2030, maar bevatten nog geen concrete afspraken voor de reductie tot bijna nul in 2050, wat nodig is voor een CO2-neutrale elektriciteitsvoorziening. Om in Den Haag tot een volledig fossielvrije warmtevoorziening in 2040 te komen is het bovendien van belang dat de nationale en internationale elektriciteitsmix niet pas in 2050 volledig verduurzaamt, maar al in 2040. Verduurzaming gas De resterende CO2-uitstoot als gevolg van de inzet van gas in 2030 is terug te voeren op het feit dat we ervan uitgaan dat er in 2030 nog beperkt duurzaam gas is, zeker voor de gebouwde omgeving, en we dus nog aardgas inzetten. Wel reduceren we de gasvraag sterk, waardoor de CO 2impact van gas op het geheel sterk afneemt tot 2040. Juist omdat de komst van duurzaam gas voor de gebouwde omgeving zo onzeker is, zowel in hoeveelheid als in tijd, kiezen we er in de transitievisie warmte voor om de gasvraag zoveel mogelijk te beperken. Daarmee maken we de kans op een lock-in op aardgas zo klein mogelijk. Hoe kleiner de resterende gasvraag, hoe groter de kans dat we die kunnen verduurzamen met duurzaam gas in 2040.
13
twee gaan uit van aannames en open data over warmte en gas om deze vervolgens te “verdelen” over buurten op basis van de laagste kosten. Het WTM veronderstelt dat warmte onbeperkt is en dat de warmtevraag van warmtenetten buiten het model wordt getoetst aan het bronperspectief. Voor duurzaam gas neemt het WTM aan dat duurzaam gas beperkt is, maar kent daar geen waarde aan toe. In plaats daarvan kent het model gasnet toe als techniek op basis van buurtkenmerken, zoals ouderdom, uitgaande van twee scenario’s (relatief veel en relatief weinig gas).
Modelanalyses De modelanalyses geven weer welke techniek in welke buurt de laagste maatschappelijke kosten heeft en hoe deze technieken zich vertalen tot een mix van technieken en energieverbruik in 2040. Eerst is de methodologie beschreven. Daarna zijn de resultaten van de modelstudie en de doorrekening van de techniekmix en energiemix 2040 beschreven. Tot slot zijn alle gehanteerde kengetallen en uitgangspunten aan dit hoofdstuk toegevoegd.
Methodologie De basis van de modelstudie is een vergelijking van drie verschillende rekenmodelstudies: 1. Warmtetransitiemodel (WTM) van Over Morgen 2. Openingsbod 2.0 van Stedin20 3. Startanalyse 2020 van Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) 21 Deze modelstudies maken hier ieder gebruik van eigen aannames, kengetallen en rekenregels. Daarom zijn ze zowel vergeleken op methodologie als op resultaten per CBS-buurt. Het doel van deze vergelijking is om robuustheid aan te brengen in de uitkomsten, en om verschillen tussen modellen te verklaren. Uit de vergelijking van de modellen blijken de volgende, belangrijke overeenkomsten en verschillen (Tabel 3): •
•
•
20
Alle drie de modelstudies optimaliseren op maatschappelijke kosten. Daarmee zijn ze in beginsel vergelijkbaar omdat ze een uitspraak doen over hetzelfde, namelijk welke techniek de laagste kosten heeft in een buurt. De modellen hanteren alle drie een verschillende typologie van technieken. Om de resultaten vergelijkbaar te maken zijn deze typologieën samengevoegd tot één typologie, bestaande uit warmte, gas en elektriciteit. Het WTM verschilt van de andere twee als het gaat om de aannames over warmtebronnen en duurzaam gas. De laatste
Stedin (2021), Openingsbod Warmtetransitie. URL: https://www.stedin.net/zakelijk/branches/overheden/het-openingsbod
Tabel 3: Belangrijkste overeenkomsten en verschillen tussen de gehanteerde modelstudies Kenmerk
WTM 2021
Openingsbod 2.0
Startanalyse 2020
Algemene
Ruimtelijk rekenmodel dat technieken per CBS-buurt vergelijkt op basis van een nettocontante waardeberekening.
Vergelijkende analyse van drie onderliggende modellen: Vesta MAIS, Cegoia en ETM. Openingsbod is uitgerekend in drie energietoekomsten die verschillen in de beschikbaarheid van gas en warmte.
Techno-economisch en ruimtelijk rekenmodel voor de berekening van kosten en CO2-impact van technieken in de gebouwde omgeving.
Kostendefinitie Maatschappelijke kosten a.d.h.v. een rentabiliteitsberekening van technieken per CBS-buurt
Maatschappelijke kosten a.d.h.v. een rentabiliteitsberekening van technieken per CBS-buurt
Maatschappelijke kosten a.d.h.v. een rentabiliteitsberekening van technieken per CBS-buurt
Twee niveaus: 70graden ready; Transitiegereed
Modellen bepalen per scenario een optimaal isolatieniveau per buurt.
Twee niveaus: Schillabel D; Schillabel B
Technieken
Gasnet; All-electric; Warmtenet (70°C); Warmtenet (40°C); Lokale bronnetten
Gasnet; All-electric; Warmtenet (70°C)
Warmte-
Modelmatig onbeperkt verondersteld.
Verondersteld beperkt en als input aan de modellen meegegeven
Groengas; Waterstofgas All-electric; Warmtenet met MT/HT-bron; Warmtenet met LTbron Verondersteld beperkt en als input aan het model meegegeven op
omschrijving
Warmtevraagniveaus
bronnen
21
PBL (2020), Startanalyse voor gemeentes. URL: https://www.pbl.nl/publicaties/startanalyse-aardgasvrije-buurten-2020
14
Duurzaam gas
Uitrekening van twee scenario’s met relatief veel en relatief weinig beschikbaar duurzaam gas, gealloceerd op basis van buurtkenmerken zoals ouderdom.
op basis van openbare data.
basis van openbare data.
Verondersteld beperkt en als input aan het model meegegeven op basis van openbare data. Gasnet als techniek wordt toegewezen op basis van maatschappelijke kosten.
Verondersteld beperkt en als input aan het model meegegeven op basis van openbare data. Gasnet als techniek wordt toegewezen op basis van maatschappelijke kosten.
Resultaat modelanalyses en vertaling naar Routekaart Het resultaat van de vergelijkende modelanalyse is de analysekaart, weergegeven in Figuur 4. Uit deze kaart blijkt welke techniek in welke buurt de laagste maatschappelijke kosten heeft, en de mate van overeenstemming tussen de modelstudies. 2.2.1 Resultaat modelanalyses In het grootste deel van de naoorlogse stad is er overeenstemming tussen de modellen over de technieken. In de dichtbebouwde, naoorlogse buurten met relatief veel meergezinswoningen zien we bijna overal warmte als optimale techniek. Ook het centrum, Wateringse Veld en Ypenburg, buurten die reeds voor een groot deel of volledig op een warmtenet zijn aangesloten, zien we hierop uitkomen. De buitengebieden van Den Haag en de meest recente buurten in bijvoorbeeld Leidschenveen zien we uitkomen op elektriciteit, ofwel all-electric. De rest van de stad is de vooroorlogse stad. Hier zien we gas of warmte als uitkomst, wat betekent dat er geen consensus is tussen de modellen over de optimale techniek. De oorzaak hiervan is terug te leiden tot twee punten: •
•
De complexiteit van het verduurzamen van vooroorlogse bebouwing, bijvoorbeeld als het gaat over de kosten van maatregelen en de ruimte voor nieuwe infrastructuur in de ondergrond. Hierdoor lopen aannames en kengetallen voor deze buurten uiteen. De schaarste van duurzaam gas en hoe de verschillende modellen daarmee omgaan. Vanwege de relatief hoge warmtevraag van deze buurten wordt duurzaam gas door modellen vaak als eerste ingezet in oude buurten. Meer of minder duurzaam gas leidt dan in deze buurten tot verschuivingen in het kaartbeeld.
Figuur 4: Analysekaart, geeft per buurt de optimale techniek weer op basis van de laagste maatschappelijke kosten aan de hand van de vergelijkende modelstudie
2.2.2 Vertaling van modelanalyses naar Routekaart De modelanalyses zijn de basis geweest voor de Routekaart. De Routekaart is een vertaling van die modelanalyses naar de “Haagse routes richting een schone stad”. Buurten doorlopen een bepaalde route om te komen tot een aardgasvrije gebouwde omgeving. In die route houden we rekening met de techniek met de laagste maatschappelijke kosten conform de modelanalyse, maar we houden ook rekening met de stapsgewijze overstap naar die techniek, met een logische diversiteit aan technieken binnen de buurt, met bestaande plannen en (bewoners)initiatieven, met
15
afwijkende buurtgrenzen, met gebiedsontwikkelingen en met belemmeringen in de ondergrond. Zodoende is de Routekaart een gelaagde kaart waaraan meer afwegingen ten grondslag liggen dan alleen de modelmatig bepaalde laagste maatschappelijke kosten. Die afwegingen zijn gebaseerd op de uitgangspunten van de transitievisie warmte. Voor een beschrijving van die uitgangspunten en van de Haagse routes naar een schone stad verwijzen wij naar de hoofdtekst van de transitievisie warmte.
Doorrekening techniekenmix en energiemix 2040 De techniekenmix laat zien hoeveel woningequivalenten er per techniek zijn te verwachten in 2040 bij realisatie van deze transitievisie warmte. De techniekenmix komt voort uit de routekaart. 2.3.1 Techniekenmix Er zullen per Haagse route naar een fossielvrije verwarming meerdere technieken nodig zijn. Dat komt omdat buurten zelden homogeen zijn, gebouweigenaren keuzevrijheid hebben en omdat er in de loop van de tijd sloop, nieuwbouw en transformatie plaatsgevonden heeft. Uit Tabel 4 blijkt
Figuur 5: Haagse routekaart naar een schone stad
16
dat we aannemen dat de meeste routes leiden tot één dominante techniek in een buurt. In andere routes zien we een verdeling over meerdere technieken. In alle buurten zien we dat all-electric en kleinschalig collectief voorkomen als lokale alternatieven, behalve in buurten die reeds volledig op een bestaand warmtenet zitten. In de routes met hybride warmtepompen zien we een mix van technieken met enerzijds een relatief groot aandeel voor hybride warmtepompen en anderzijds een belangrijke rol voor het warmtenet en kleinschalig collectief. Dit is een logische verdeling gelet op het feit dat dit de meest diverse en complexe buurten van de stad zijn, en het volgt ook logisch uit de modelanalyses waar zowel gas als warmte de laagste maatschappelijke kosten hebben in deze buurten. Tot slot sluit dit ook goed aan op het feit dat er in deze buurten al veel bewonerscollectieven bezig zijn met plannen voor collectieve technieken. Werk- en transformatielocaties tot slot worden gekenmerkt door nieuwere bouw, veel gestapelde bouw en een relatief grote koudevraag. Om die reden is het logisch dat kleinschalig collectief het belangrijkste aandeel in deze routes heeft. Routevariant
All-electric
Kleinschalig collectief
Warmtenet
%
%
%
Gasnet hybride %
Warmtepompen Buurten op bestaand warmtenet
90%
10%
0%
0%
0%
0%
100%
0%
Warmtenet Warmtenet en hybride warmtepompen Hybride warmtepompen, warmtenet en WKO-netten Werklocaties en transformatielocaties
10%
10%
80%
0%
10%
10%
40%
40%
20%
20%
20%
40%
20%
60%
20%
0%
Tabel 4: Technieken per Haagse route naar een schone stad, in percentages. De rijen tellen op tot 100%.
Als we deze percentages toepassen op het aantal toekomstige woningequivalenten in de stad ontstaat de techniekenmix. We maken onderscheid in nieuwbouw en bestaande bouw. Voor de nieuwbouw baseren we ons op de Bevolkingsprognose Den Haag 201922. De techniekmix is weergegeven in Tabel 5. We zien dat het warmtenet met
22
Gemeente Den Haag (2019), Bevolkingsprognose Den Haag 2019. URL: https://denhaag.incijfers.nl/handlers/ballroom.ashx?function=download&id=38#:~:text=Toeko
ca. 37% het grootste aandeel woningequivalenten beslaat, deze is uitgesplitst naar het bestaande warmtenet en nieuwe warmtenetten. De overige technieken zijn min of meer even groot met ieder 19% à 25% van de woningequivalenten. Tabel 5: Techniekenmix gebouwde omgeving Den Haag 2040 in woningequivalenten
22%
15%
19%
25% 19%
Warmteopties All-electric Kleinschalig collectief Gasnet hybride Bestaand warmtenet Nieuw warmtenet
Bestaande bouw
Nieuwbouw
Totaal
66.000
7.000
73.000
63.000
35.000
98.000
75.000
0
75.000
60.000
0
60.000
77.000
7.000
84.000
Met deze techniekmix kunnen we een berekening maken van de toekomstige energiemix van Den Haag voor de gebouwde omgeving en een vergelijking met de huidige energiemix. De energiemix bevat al het energieverbruik dat direct valt toe te rekenen aan de gebouwde omgeving, dus ruimteverwarming, tapwaterverwarming, apparaten en licht, koken en koeling. 2.3.2 Energiemix We zien in Figuur 6 dat het huidige energieverbruik van de gebouwde omgeving in Den Haag ca. 21 PJ per jaar bedraagt. Twee derde hiervan is aardgas, de rest is voornamelijk elektriciteit en slechts een klein deel is warmte. De verklaring hiervoor een eenvoudig, namelijk dat het gros van de gebouwde omgeving nog gas gebruikt voor verwarming en warm tapwater en ook nog onvoldoende geïsoleerd is. In 2040 zien we het effect van de transitievisie warmte. We zien dat de totale vraag afneemt met ca. 38% tot 13 PJ. Deze grote reductie is het gevolg van het feit dat we in Den Haag stevig inzetten op warmtevraagbeperking door alle woningen transitiegereed te maken. Ook de mix verandert: we zien dat het gasverbruik wordt teruggebracht tot nog geen 2 PJ, een reductie in
mst%3A%20groei%20zet%20door%20De,naar%20605.000%20tot%20629.000%20inwoners .
17
2040
TJ/JAAR
HUIDIG
gasverbruik van ongeveer 85%. Dit is het gevolg van onze maximale inzet op gasvrije technieken, waarbij alleen nog in de piekvoorziening van warmtenetten en hybride warmtepompen een gasvraag resteert. We zien in 2040 een toename van zowel elektriciteit als warmte. De toename van elektriciteit is het gevolg van elektrificatie in de gebouwde omgeving: (hybride) warmtepompen, elektrisch koken en actieve koeling. De toename van 1,3 PJ is bescheiden en is daarmee in lijn met de RES om elektrificatie van de gebouwde omgeving zoveel mogelijk te beperken. De grootste toename is van warmte. De warmteopwek neemt toe tot 4,2 PJ, een forse toename ten opzichte van de huidige warmteopwek. Dit is het gevolg van de grote inzet op warmtenetten en kleinschalig collectieve oplossingen.
TJ/JAAR
7.344
1.817
5.000 Elektriciteitsverbruik
Conclusie Op basis van deze financiële en technische analyse van de transitievisie warmte Den Haag kunnen we concluderen dat de transitievisie warmte leidt tot een volledig schone, fossielvrije energievoorziening in 2040, mits de nationale en internationale elektriciteits- en gasvoorziening volgens hetzelfde tijdpad volledig verduurzamen. De afhankelijkheid van die bovengemeentelijke ontwikkelingen hebben we zoveel mogelijk beperkt door optimaal in te zetten op warmtevraagbeperking en de inzet van lokale, duurzame warmtebronnen, en door de gasvraag zoveel mogelijk terug te dringen en elektrificatie van de gebouwde omgeving zoveel mogelijk te beperken.
4.201
6.006
-
9 à 11 PJ in 2040, verdeeld over omgevingswarmtebronnen, geothermie en restwarmte. Dit potentieel is ruimschoots voldoende om de warmtevraag van 4,2 PJ in 2040 duurzaam in te vullen.
13.637
10.000
1.737
15.000
Gasverbruik
20.000
25.000
Warmteopwek
Figuur 6: Energiemix gebouwde omgeving Den Haag uitgesplitst naar energiedrager, 2020 en 2040, in TJ/jaar
Van belang is om de toekomstige vraag naar gas en warmte te toetsen aan de beschikbare duurzame bronnen. In hoofdstuk 1 zijn van deze energiedragers de potenties in kaart gebracht. Voor duurzaam gas geldt dat Den Haag kan rekenen op 2 à 5,5 PJ in 2050. Met minder dan 2 PJ gasverbruik in 2040 is er dus op termijn voldoende potentie van duurzaam gas om de resterende gasvraag in te vullen. Daarbij geldt wel de opmerking dat de Haagse ambitie is om al in 2040 volledig fossielvrij te zijn en het aanbodpotentieel van duurzaam gas pas in 2050 gerealiseerd is. Hoeveel van die potentie al in 2040 gerealiseerd is, is onbekend en is ook niet onderzocht. Duurzame warmtebronnen hebben een potentie van
18
Transportenergie warmtenet
Kengetallenoverzicht 3.1.1 Energetische parameters Omrekenfactoren
Eenheid
Waarde
Omrekenfactor GJ naar kWh
GJ/kWh
0,0036
Bovenwaarde energie-inhoud aardgas
GJ/m3
0,03517
Omrekenfactor GJ warmtevraag naar gasgebruik
m3/GJ
32,7
Omrekenfactor kWh warmtevraag naar gasgebruik
m3/kWh
0,12
Verhouding basislast pieklast
0,80
Energie naar kWh
kWh/kWh
1,00
Energie naar m3
kWh/m3
9,77
Energie naar GJ
kWh/GJ
277,78
Verbruiken
Eenheid
Waarde
kWh/GJ
6,0
Diepe geothermie COP
ƞ
20,0
Hybride buitenlucht ruimteverwarming COP
ƞ
4,0
Hybride buitenlucht warmtapwater COP
ƞ
3,2
Hybride ventilatie ruimteverwarming COP
ƞ
4,0
Hybride ventilatie warmtapwater COP
ƞ
1,0
Lucht water warmtepomp ruimteverwarming COP
ƞ
3,0
Lucht water warmtepomp warmtapwater COP
ƞ
1,5
Water water warmtepomp ruimteverwarming COP
ƞ
5,0
Water water warmtepomp warmtapwater COP
ƞ
2,0
Infrarood COP
ƞ
1,7
E boiler warmtapwater COP
ƞ
0,8
HR-ketel
ƞ
1,0
Pompenergie restwarmte/afvalverbranding
ƞ
45,0
Pompenergie geothermie
ƞ
20,0
Gasverbruik koken
m3/jaar
40
COP Aquathermie
ƞ
3,0
Elektriciteitsverbruik koken
kwh/jaar
200
Compressie koelmachines COP gemiddeld
ƞ
3,6
WEQ niet woonfunctie
m2 bvo
130
Rendement gasketel
ƞ
0,87
Warmtevraag warmtapwater woningen
kWh/m2 go/jaar
20
Rendement warmtenet
ƞ
0,75
Warmtevraag warmtapwater nietWonen
kWh/m2 bvo/jaar
2,69
CO2-emmissiefactoren
Eenheid
3.1.2 Financiële parameters Warmtetransitiemodel Grootheid
Waarde
Gas 2020 CO2
kg/m3
1,884
Eelektriciteitsmix 2020 CO2
kg/kWh
0,475
Warmtenet STEG CO2
kg/GJ hoofdbron
14,6
E-derving AVI/STEG
kg/GJ
2,50
Warmtenet restwarmte CO2
kg/GJ hoofdbron
Warmtenet diepe geothermie CO2
Eenheid
BTW
Excl.
Gemiddelde 5 grootste € 24,52 leveranciers. indexatie CPI Gemiddelde 5 grootste € 399,09 leveranciers. indexatie CPI Gemiddelde 5 grootste € 26,83 leveranciers. indexatie CPI Gemiddelde 5 grootste € 117,61 leveranciers. indexatie CPI ACM. indexatie KEV 2019 t/m € 0,2115 2030. daarna CPI Belastingdienst. indexatie € 0,3486 klimaatakkoord en CPI Belastingdienst. indexatie € 0,0851 klimaatakkoord en CPI
Incl.
€ 0,6452
Incl.
Gemiddelde van 3 grootste € 187,66 netbeheerder. indexatie CPI
Euro / GJ Incl.
Vastrecht warmte
Euro / jr.
Incl.
4,50
Meetkosten warmte
Euro / jr.
Incl.
kg/GJ hoofdbron
0,00
Huur afleverset warmte
kg/m3
1,884
Eelektriciteitsmix 2030 CO2
kg/kWh
0,119
Euro / jr. Euro / Nm3 Euro / Nm3 Euro / Nm3 Euro / Nm3
Incl.
Gas 2030 CO2
Euro / jr.
Eenheid
Kale aardgasprijs Energiebelasting aardgas ODE aardgas
Waarde
Transportverlies warmtenet
%
25%
Transportverlies bronnet
%
3%
Bron/ Toelichting
Tarieven Variabel tarief warmte
Efficiency
Waarde
Totale gasprijs Vastrecht netbeheerder gas
Excl. Excl.
19
Vastrecht leverancier gas
Kale elektriciteitsprijs Energiebelasting elektriciteit ODE elektriciteit Totale elektriciteitsprijs Vastrecht netbeheerder elektriciteit Vastrecht leverancier elektriciteit Heffingskorting energiebelasting Financiële uitgangspunten Onderhoudskosten gasketel Onderhoudskosten hybride warmtepomp Onderhoudskosten warmtepomp Vervangingskosten gasketel Vervangingskosten warmtepomp Vervangingskosten hybride warmtepomp Uitganspunten financiering
Euro / jr. Euro / kWh Euro / kWh Euro / kWh Euro / Nm3
Incl.
Excl. Excl. Excl. Incl.
Euro / jr.
Incl.
Euro / jr.
Incl.
Euro / jr.
Incl.
€ 67,32 ACM. indexatie CPI Gemiddelde van 3 grootste leveranciers. indexatie KEV 2019 € 0,0644 t/m 2030. daarna CPI Belastingdienst. indexatie € 0,0943 klimaatakkoord en CPI Belastingdienst. indexatie € 0,0300 klimaatakkoord en CPI € 0,1887 Gemiddelde van 3 grootste € 254,28 netbeheerder. indexatie CPI Gemiddelde van 3 grootste energieleveranciers . indexatie € 42,00 CPI € 558,56 Belastingdienst. geen indexatie