B2 Rapportage verduurzaming Het Streekbad (2023-62)
Tekst van het document
Advies aardgasvrij Streekbad Hoogkarspel Project: Opdrachtgever: Van: Datum:
Hoogkarspel Streekbad aardgasvrij HB advies, dhr. Huub Saris Cees Groot en Steven Roerink 27-9-2023
Pagina 1
Inhoud Samenvatting 2 pager (Huub) ................................................................................................................. 4 1.
2.
3.
4.
5.
Inleiding ........................................................................................................................................... 5 1.1.
Projectomschrijving ................................................................................................................. 5
1.2.
Achtergrond............................................................................................................................. 5
1.3.
Vraagstelling ............................................................................................................................ 5
1.4.
Scenario’s ................................................................................................................................ 5
1.5.
Definities.................................................................................................................................. 6
Energiesystemen ............................................................................................................................. 7 2.1.
Introductie ............................................................................................................................... 7
2.2.
Warmte (en koude) systeem ................................................................................................... 7
2.3.
Elektriciteit .............................................................................................................................. 8
2.4.
Overzicht energiesystemen en toepassing voor het Streekbad.............................................. 9
2.5.
Criteria energiesystemen en toepassing voor het Streekbad ............................................... 10
Energetische doorrekening energiesysteem ................................................................................. 11 3.1.
Warmtevraag/gasvraag Streekbad........................................................................................ 12
3.2.
Zonnecollectoren................................................................................................................... 12
3.3.
Tapwater oplossing douches ................................................................................................. 13
3.4.
PV-opbrengst ......................................................................................................................... 15
3.5.
Overall warmte- en elektraberekening ................................................................................. 16
3.6.
Kansen ................................................................................................................................... 17
3.7.
Koppeling Streekbad en S.C. Spirit’30 ................................................................................... 18
Financiën ....................................................................................................................................... 19 4.1.
Financiële doorrekening ........................................................................................................ 19
4.2.
Subsidies ................................................................................................................................ 23
4.3.
Samenvattende tabel resultaten business case .................................................................... 24
Conclusies en aanbevelingen ........................................................................................................ 25 5.1.
CONCLUSIES .............................................................................................................................. 25
5.2.
AANBEVELINGEN ........................................................................................................................ 26
BIJLAGEN ............................................................................................................................................... 27 Bijlage A Energiesystemen .................................................................................................................... 28 Energiesysteem 1 Gesloten WKO horizontaal met WW-WP en PV panelen ................................ 28 Energiesysteem 2 Gesloten WKO verticaal met WW-WP ............................................................. 29 Energiesysteem 3 WKO monobron met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP ......................... 30 Energiesysteem 4 WKO doublet met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP.............................. 30 Energiesysteem 5 PVT met boilervaten en WW-WP..................................................................... 31 Energiesysteem 6 Zonnecollectoren (vacuüm) met boilervaten en LW-WP ................................ 31 Energiesysteem 7 Zonnecollectoren (HR vlakke plaat) met boilervaten en LW-WP .................... 32 Pagina 2
Energiesysteem 8 LW-WP met boilervaten................................................................................... 33 Bijlage B Offertes Energiesystemen ...................................................................................................... 33
Pagina 3
Samenvatting 2 pager (Huub)
➔ Zie conclusies en aanbevelingen
Pagina 4
1. Inleiding De gemeente Hoogkarspel heeft aan HB Adviesbureau opdracht verleend voor het onderzoeken van het gasvrij maken van het zwembad Streekbad te Hoogkarspel. Hierbij worden mogelijkheden onderzocht van opwek, buffering en gebruik van energie. HB Advies heeft hier in Groot Ecobouw de betrouwbare partner gevonden die de energetische en financiële doorrekeningen gemaakt heeft.
1.1.
Projectomschrijving
Het Streekbad (buitenbad) in Hoogkarspel is aan verduurzaming toe. Er is 2 jaar geleden een motie aangenomen om te onderzoeken op welke manier het zwembad kan verduurzamen. Op dit moment wordt het zwembad verwarmd door 2 gasketels waarvan 1 in de nabije toekomst moet worden vervangen. Dit is een natuurlijk moment om te kijken of de andere gasketel ook uitgefaseerd kan worden.
1.2.
Achtergrond
In 2020 en 2021 is er al onderzoek gedaan naar de verduurzamingsopties van het Streekbad. Gezien de gestegen gas/elektraprijzen is hier in 2023 een update van gemaakt. Nu in 2023 heeft het Streekbad onder andere al de afdekkingszeilen geplaatst wat tot meer dan 40% besparing aan gas heeft geleid en is al begonnen aan de eerste stappen van verduurzaming. Om dit nu vervolg te geven moeten scenario’s in beeld gebracht worden, om deze vervolgens aan de politiek voor te leggen. Er valt ook nog mogelijk winst te behalen door de koppelkansen met voetbalclub S.C. Spirit'30. In eerder stadium is de grote potentie van zonnecollectoren al in beeld gebracht, waar in dit onderzoek op verzoek van de Gemeente vervolg aan gegeven wordt.
1.3.
Vraagstelling
In dit project staat het financieel en energetisch in kaart brengen van het verduurzamen van het Streekbad centraal. Er zal een keuze gemaakt moeten worden om geheel aardgasvrij te worden of nog aardgas te behouden voor de bijstook.
1.4.
Scenario’s
De vraagstelling vertaalt zich in de volgende scenario’s: 1. Het verduurzamen van de huidige gas installatie. Waarbij er nog deels gebruik wordt gemaakt van duurzame technieken en deels de huidige installatie (mocht er moeten worden bijgestookt). 2. Het volledig verduurzamen van de huidige installatie + (100% van het gas af) 3. Het volledig verduurzamen van de huidige installatie + mee koppelen van de voetbalvereniging S.C. Spirit’30. Tevens zal er in dit rapport onderscheid gemaakt worden tussen tapwater en verwarming voorziening voor zwembad uitgedrukt in verwarming van de zwembaden en de douches. Er wordt tevens gekeken: 1. of een gezamenlijk systeem voor zowel het verwarmen van het zwembad als de douches interessant is; 2. dan wel een stand-alone systeem voor het zwembad en de douches apart het meest interessant is voor het Streekbad.
Pagina 5
1.5.
Definities
In dit rapport worden er meerdere definities gebruikt, die voor de eenvoud hieronder opgesomd zijn. Beschrijving
Uitleg
Boilervat
Een vat gevuld met water, voorzien van verwarmingselementen. Via het stroomnet wordt het water middels PV dan wel via zonnecollectoren verwarmd totdat het is gebruikt Gesloten bodemwarmtewisselaars (onttrekken geen water uit de bodem) Het rendement van een warmtepomp. Der verhouding tussen de hoeveelheid energie die de warmtepomp afgeeft t.o.v. de energie die de warmtepomp opneemt Een lucht-water warmtepomp is een type warmtepomp dat warmte uit de buitenlucht haalt en deze gebruikt om water op te warmen voor verwarmings- en/of warmwatervoorziening in een gebouw. Een LW-WP heeft een gemiddelde COP van 3. Vooral in de winter, met koude buitenlucht is de efficiëntie relatief laag t.o.v. water-water warmtepompen. PV panelen zijn zonnepanelen die zonlicht omzetten in elektriciteit. Een PVT-paneel is een zonnepaneel (PV), gecombineerd met een zogenoemde ‘thermische collector’ (T). Kortom, een PVT paneel maakt zowel elektriciteit als warmte. De totale verwarmingsbehoefte voor een ruimte. Afhankelijk van de isolatiegraad kan dit om een aanvoertemperatuur van 30 tot 70 °C gaan. De warmtesystemen voor zowel verwarming zwembad als douchen worden gescheiden en zullen beiden een apart warmtesysteem zijn. De bereiding van het warme water voor douchen.
Bij een veilige tapwatervoorziening moet warm tapwater (periodiek) worden verwarmd tot circa 60 °C, zodat bacteriegroei waaronder legionella geen kans krijgt. Er zijn verschillende temperatuurniveaus, namelijk hoge-, midden-, lage- en zeer lage temperatuur. Afhankelijk van de isolatiegraad van het gebouw moeten verschillende temperaturen gehanteerd worden. Tapwater moet in elk geval op een temperatuur van 60 °C gemaakt worden, vanwege legionella. Goed geïsoleerde woningen/gebouwen kunnen met lage temperatuur uit de voeten, terwijl bestaande bouw vaak nog gebruik moet maken van hoge/midden temperatuur om de gebouwen te kunnen verwarmen. Een water-water warmtepomp haalt warmte uit het water en gebruikt deze om water op te warmen voor verwarmings- en/of warmwatervoorziening in een gebouw. Een WW-WP heeft een gemiddelde COP van 4-5. Door de stabiele temperatuur van water (uit de bodem) is het rendement het hele jaar door hoog. Een open bodemenergiesysteem dat water opslaat en onttrekt uit de bodem
Bodemlus Coëfficiënt of Performance (COP)* Lucht-water warmtepomp (LW-WP)
PV panelen
PVT Ruimteverwarming Stand-alone Tapwater
Temperatuurniveau
Water-water warmtepomp (WW-WP)**
Warmte Koude Opslag (WKO) Zonnecollector
Een zonnecollector is een wisselaar die zonlicht omzet in warmte. Een zonnecollector genereert dus alleen warmte en geen elektriciteit.
* Het uiteindelijke seizoensrendement (sCOP) is afhankelijk van de temperatuur van de bron (buiten)lucht of (grond)water en de benodigde temperatuur van boilers (minimaal 55 °C) of het afgiftesysteem van vloerverwarming (circa 30 °C) of radiatoren (50 °C tot 70 °C). ** Water/water warmtepompen kunnen gebruikt worden om passief te koelen en dat daarmee de bron in balans wordt gebracht en dit verhoogt de efficiëntie (COP).
Pagina 6
2. Energiesystemen Bij het beschrijven van de energiesystemen wordt ingegaan op verschillende combinaties van technieken. Hierin wordt aandacht besteed aan opwek, opslag en (seizoens)buffering van energie.
2.1.
Introductie
Warmte Bij zwembaden wordt de meeste energie verbruikt in de vorm van warmte om het zwembad te verwarmen. Waar dat momenteel wordt geleverd via gasgestookte Cv-installaties, zal dat in de toekomst grotendeels plaatsvinden met behulp van (elektrische) warmtepompen. Een warmtepomp maakt, zoals aangegeven in de definitielijst, gebruik van de buitenlucht of (grond)water als externe energiebron, om deze op te waarderen tot het gewenste temperatuurniveau voor verwarming van het zwembad (circa 25 - 30 °C) of tapwater (60 °C ter preventie van legionella). Elektriciteit Bij het Streekbad en tevens bij S.C. Spirit’30 is naast de huidige gasvraag ook nog elektriciteitsvraag aanwezig, voor de verlichting etc. Deze elektriciteitsvraag zal flink toenemen door het vervangen van de huidige installatie met gasverwarming door elektriciteit intensievere warmtepompen. Het plaatsen van zonnepanelen leidt ertoe dat deze elektriciteit lokaal en duurzaam geproduceerd kan worden. Onbalans energievraag en -aanbod Een energiesysteem, welke op een hoog rendement de juiste temperatuur voor het zwembadwater kan bereiden gedurende het hele seizoen is daarom voor het zwembad (en voor voetbalclub S.C. Spirit’30) de meest passende oplossing. Aangezien vraag en aanbod, door seizoensinvloeden niet overeenkomen, kan er behoefte zijn aan het bufferen van warmte. Buffering kan op een aantal manieren: 1.
Bufferen warmte/koude middels de bodem; 2. Bufferen van warmte middels boilervaten; 3. Bufferen van elektriciteit middels batterijen. De batterij kan de opgewekte elektriciteit opslaan wanneer er aanbod is (zonnige dag) en vervolgens gebruiken voor bijvoorbeeld verlichting als de zon niet schijnt. De netaansluiting blijft noodzakelijk.
2.2.
Warmte (en koude) systeem
Er is een energiesysteem nodig welke warmte creëert voor het Streekbad. Naast dit warmtesysteem zal het Streekbad het aantal PV-panelen willen optimaliseren om zo de elektriciteitsrekening zo laag mogelijk te krijgen. De PV-panelen kunnen de benodigde warmtepompen voeden, wat kan leiden tot een fikse besparing ten opzichte van de huidige energierekening. In deze studie wordt er gekeken naar verschillende potentiële energiesystemen. In elk energiesysteem worden PV panelen op de daken gelegd om zo duurzame elektriciteit te creëren Het gaat om de volgende systemen: 1. Gesloten WKO horizontaal met WW-WP; 2. Gesloten WKO verticaal met WW-WP; 3. WKO monobron met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP; 4. WKO doublet met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP; 5. PVT met WW-WP; 6. Zonnecollectoren (vacuüm) met boilervaten en LW-WP; 7. Zonnecollectoren (HR vlakke plaat) met boilervaten en LW-WP; 8. LW-WP met boilervaten. Deze energiesystemen worden in de bijlage uitgebreid toegelicht. Pagina 7
2.3.
Elektriciteit
In alle gevallen zal het Streekbad te Hoogkarspel maximaal gebruik willen maken van de benodigde ruimte op de daken op het terrein om PV panelen (dan wel PVT/Zonnecollectoren) te plaatsen om hiermee zo duurzaam en tegelijkertijd kosten efficiënt mogelijk Streekbad te creëren. Het is van belang om tegelijkertijd het systeem zo te dimensioneren dat vooral het eigen zwembad gasloos, dan wel energieneutraal is, zodat er zo min mogelijk zonnestroom teruggeleverd hoeft te worden aan het netwerk. Het terugleveren aan het netwerk is immers door de afbouw van de salderingsregeling minder lucratief voor de business case.
Figuur 1: Verdeling van de opbrengst van zonnepanelen over het jaar, bron: Milieucentraal
Zonnepanelen wekken vooral veel elektriciteit op tijdens de zonnige maanden. Er zal genoeg zonnestroom opgewekt moeten worden om het eigen zwembad energieneutraal te maken. Energieleverend is niet aan de orde omdat de vergoeding voor terugleveren niet opweegt tegen de investering. Het juist dimensioneren van PV opbrengsten, dan wel het plaatsen van accu’s kan netcapaciteit voor het Streekblad en daarmee netcongestie problematiek verlagen.
Pagina 8
2.4.
Overzicht energiesystemen en toepassing voor het Streekbad
Tabel 1: Overzicht mogelijke energiesystemen voor het Streekbad Nr. 1.
Energiesysteem Gesloten WKO horizontaal met WW-WP
Bron Bodem en zon
Schaalgrootte Vanaf 1 woningequivalent
Kosten Hoog
2.
Gesloten WKO verticaal met WWWP
Bodem en zon
Vanaf 1 woningequivalent
Gemiddeld
3.
WKO monobron met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP
Grondwater en zon
Vanaf 100 woningequivalenten
Hoog
4.
WKO doublet met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP
Grondwater, buitenlucht en zon
Minimaal 250 woningequivalenten
Hoog
Schaalvoordeel, uitbreidingspotentie, hoge efficiëntie
5.
PVT met WW-WP
Zon en Buitenlucht
Vanaf 1 woningequivalent
Gemiddeld
6.
Zonnecollectoren (vacuüm) met boilervaten en elektrische boiler/lucht-water warmtepomp Zonnecollectoren (HR vlakke plaat) met boilervaten en elektrische boiler/lucht-water warmtepomp
Zon en buitenlucht
Vanaf 1 woningequivalent
Gemiddeld
Zon en buitenlucht
Vanaf 1 woningequivalent
Gemiddeld
Opwekken zowel elektra als warmte, hoge COP, efficiënt ruimtegebruik daken, geen geluidsoverlast Hoge efficiëntie warmte, positief voor netaansluiting, flexibel, passend binnen openingsmomenten Streekbad Hoge energiebesparing, onafhankelijk van energieleverancier, lange levensduur, stil
Lucht-water warmtepompen met boilervaten
Buitenlucht en zon
Vanaf 1 woningequivalent
Laag
7.
8.
Voordelen Hoge efficiëntie ruimteverwarming bereiding, gebruik maken van bodem, hele jaar door hoge COP, horizontale lussen goedkoper dan verticale lussen, goede warmte uitwisseling, weinig pompcapaciteit, lange levensduur. Gebruik maken van bodem, geen regeneratie nodig, hogere efficiëntie dan horizontale lussen, hoge capaciteit warmte, hoge COP middels WW-WP Gebruik maken bodem, schaalbaar en flexibiliteit, hoge duurzaamheid
In zomer hoge efficiëntie tapwater door hoge temperatuur lucht, relatief goedkope investeringskosten
Pagina 9
Nadelen Kost veel ruimte rondom Streekbad, alleen zinvol als al het groen opnieuw heringericht wordt. Beinvloed door seizoenen, oppervlaktevereiste veld Duurder dan horizontale bronnen, vergunningen en regelgeving, specifieke bodemomstandigheden, vele boringen nodig. Regeneratie en collectiviteit noodzakelijk, beperkte capaciteit t.o.v. doubletten, vergunningen, geluidsoverlast LW-WP, koeling behoefte afwezig bij zwembad en sportclub Regeneratie en collectiviteit noodzakelijk, geologische beperkingen (afhankelijkheid andere WKO-bronnen), geluidsoverlast LW-WP, koeling behoefte afwezig bij zwembad en sportclub Initiële investeringskosten, beperkte warmteopbrengst t.o.v. collectoren. Kostbaar, weinig installateurs, groen opgeven rondom Streekbad, vandalisme gevoelig, geen gebruik maken van bodem Onderhoud en warmteverlies, groen opgeven rondom Streekbad, geen gebruik maken van bodem Hoge productie van geluid, laag rendement in winter om tapwater te bereiden, hoge elektra kosten en aansluiting, ruimte op dak wat ten koste van PV gaat
2.5.
Criteria energiesystemen en toepassing voor het Streekbad
Tabel 2: Scoringsmatrix energiesystemen Streekbad Nr.
Energiesysteem
1.
Gesloten WKO horizontaal met WW-WP Gesloten WKO verticaal met WW-WP
2
Investeringskosten
Onderhoudskosten
Energetische prestatie (CO2 uitstoot)
Inpassing per locatie
Geluidsoverlast
+
++
++
-
++
0/+
++
++
0
++
3.
WKO monobron met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP
-
0
+
0
++
4.
WKO doublet met WW-WP i.c.m. regeneratie via LW-WP PVT met WW-WP Zonnecollectoren (vacuüm) met boilervaten en luchtwater warmtepomp Zonnecollectoren (HR vlakke plaat) met boilervaten en lucht-water warmtepomp LW-WP met boilervaten
--
0
+
-
0
+
+ +
+ +
+ +
++ +
+
+
+
++
+
++
0
0
+
-
5. 6.
7.
8.
Uit Tabel 2 blijkt dat systemen 6 en 7 goed scoren op alle criteria (immers overal een +). Met name inpassing op de locatie scoort erg hoog. Daarnaast zijn deze systemen onderhoudsvriendelijk en positief voor de totale investeringskosten. Op basis van de positieve score van systeem 6 en 7 op alle criteria, het hoge belang van inpasbaarheid op de locatie en de lage investeringskosten voor systeem 8, wordt er gekozen om de volgende energiesystemen in combinaties door te rekenen: 1. Zonnecollectoren (veld) met PV panelen (dak) en Lucht-water warmtepomp (dak); 2. Zonnecollectoren (veld) met bodemlussen (veld), PV panelen (dak) en water-water warmtepomp (technische ruimte); 3. Volledig inzetten op PV panelen (dak) met Lucht-water warmtepomp (dak). Systemen 6 en 7 kunnen in plaats van lucht-water warmtepomp ook gebruik maken van elektrische boilers, echter scoren lucht-water warmtepompen aanzienlijk beter en daarom wordt ervoor gekozen om lucht-water warmtepompen te gebruiken en elektrische boilers niet/beperkt toe te passen. Overige systemen zullen voor dit moment afvallen vanwege slechte toepasselijkheid op het Streekbad (gesloten WKO, systeem 1), schaalgrootte (WKO’s, systeem 3 en 4) en hoge investeringskosten (PVT, systeem 5).
Subconclusie Er wordt gekozen om systeem 7 “Zonnecollectoren HR vlakke plaat” te gebruiken en verder door te rekenen omdat deze collectoren beter bestendig zijn tegen vandalisme dan systeem 6 “Vacuüm zonnecollectoren”. Overige systemen vallen, zoals hierboven aangegeven af vanwege hoge kosten en minder goede inpasbaarheid. Tevens worden ook systeem 2 en 8 naast systeem 7 doorgerekend.
Pagina 10
3. Energetische doorrekening energiesysteem Systemen 2, 7 en 8 die vanaf hier doorgerekend worden, maken allen gebruik van 7, de HR vlakke van zonne-energie om water te verwarmen en op te slaan in het zwembad, dan wel tijdelijk in een boilervat, voornamelijk wanneer elektriciteit goedkoop is, waardoor het een milieuvriendelijke en energiezuinige optie is. Het kan helpen de energiekosten te verlagen en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. In de systemen met zonnecollectoren (systeem 2 en 7) dan voorziet de lucht-water warmtepomp in warmte als er geen opbrengst vanuit het collectorveld is. Een nadere gedetailleerde toelichting van de energiesystemen is te vinden in de bijlage. De aangeleverde data vanuit het Streekbad te Hoogkarspel (oppervlaktes, verbruiken etc.) is gebruikt en staat centraal voor het doorrekenen van de energiesystemen. Hierbij is al meegenomen t.o.v. eerder uitgevoerd onderzoek door Rivusol Zonnewarmte en Installatiebureau Rutgers dat de afdekking van het zwembad aanwezig is. Een eventuele huidige overdimensionering van het systeem biedt een kans voor uitbreiding richting omgeving in de toekomst.
Figuur 2: Zwembad layout, bron: Qgis
Figuur 2 geeft de plattegrond van alle gebouwen en de zwembaden op het terrein van het Streekbad weer. Het groen gearceerde gedeelte is een logische locatie om zonnecollectoren te plaatsen, blijkt uit eerder uitgevoerd onderzoek en vanuit de gemeente Hoogkarspel.
Pagina 11
3.1.
Warmtevraag/gasvraag Streekbad
Het Streekbad had in 2022 voor toepassing van afdekzeilen een hoog gasverbruik. Dit leidde tot een hoge maandelijkse rekening voor de openingsmaanden maart tot en met september. Nadat het Streekbad de afdekking van de zwembaden doorgevoerd heeft, is het gasverbruik drastisch afgenomen. Beide gasverbruiken, voor en na afdekking, zijn in Figuur 3 zichtbaar.
Figuur 3 Streekbad gasverbruik voor en na afdekking, aanlevering data door Rob van Buiten.
Het huidige verbruik kan omgerekend worden naar totale warmtevraag. Dit leidt tot een totale warmtevraag van 121.165 kWh th. Er is in de technische ruimte een boilervat nodig om de warmte vanuit de zonnecollectoren op te kunnen slaan om zo te kunnen bufferen.
3.2.
Zonnecollectoren
In paragraaf 3.1 kwam naar voren dat de totale warmtevraag omgerekend 121.165 kWh thermisch is. Het is niet verstandig de totale warmtevraag solitair met lucht-water warmtepompen te voorzien vanwege het elektraverbruik in de opstartperiode. Hierdoor wordt geadviseerd een combinatie te maken met thermische zonnecollectoren. Zonnecollectoren creëren duurzame warmte en hebben een laag elektraverbruik (met name pompenergie) en zijn daarom nuttig als combinatie. De zonnecollectoren zullen circa 70% van de totale warmtevraag kunnen voorzien, wat betekent dat de overige 30% voorzien dient te worden middels lucht-water warmtepompen of water-water warmtepompen. Daarnaast wordt er een sensitiviteitsberekening gemaakt waar de zonnecollectoren zowel 60% als 80% voorzien van de gehele warmtevraag om te berekenen wat de totale elektravraag is van de lucht-water warmtepomp en de transportpompen voor de zonnecollectoren, zie Tabel 3.
Pagina 12
Tabel 3: Sensitiviteitsanalyse aandeel zonnecollectoren en LWWP
Omschrijving
Variabele 1
Variabele 2
Variabele 3
Eenheid
Aandeel zonnecollectoren Aandeel LWWP LWWP - thermische vraag pj Elektraverbruik LWWP pj (inclusief COP) Zonnecollector - thermische vraag pj Elektravraag transportpompen zonnecollector (inclusief COP)
80% 20% 24.233 5.385
70% 30% 36.349 8.078
60% 40% 48.466 10.770
% % kWh th kWh e
96.932
84.815
72.699
kWh th
3.877
3.393
2.908
kWh e
De tabel laat zien dat hoe meer er gebruik gemaakt wordt van aandeel lucht-water warmtepompen, des te meer de totale jaarlijkse elektravraag is. De zonnecollectoren worden geplaatst achter het zwembad tegen de voetbalclub aan, wat kan leiden tot de volgende (schematische) opstelling van de collectoren.
Figuur 4 Indicatieve opstelling zonnecollectoren, offerte HR Solar, (13m2 per zonnecollector)
Er zal circa 35 meter aan geïsoleerde leidingen met een diameter tussen de DN50 (50mm) en DN80 (80mm) in het veld neergelegd hoeven te worden om de technische ruimte te bereiken. Deze diameters zijn exclusief isolatie, met isolatie komen de diameters op ca 90 – 120 mm.
3.3.
Tapwater oplossing douches
Het tapwater kan zowel enerzijds vanuit het collectieve systeem voorzien worden, maar ook middels een standalone oplossing met een lucht-water warmtepomp. Indien aangesloten wordt op het collectieve systeem dient er een warmteleiding aangelegd worden vanaf de technische ruimte tot aan de kleedkamers. Deze afstand is ca 35 meter. Om in deze behoefte te kunnen voorzien, is minimaal 1 extra boilervat nodig. Dit systeem dient de gehele tapwatervraag van de douches te kunnen voorzien. Daarvoor is de volgende hypothese gesteld en doorgerekend: 1. Er zijn 5 douches aanwezig op het terrein van het Streekbad. Elke persoon doucht circa 5 minuten, circa 6 liter per minuut (ervan uitgaande dat er waterbesparende douchekoppen geplaatst worden) en er wordt dan ca 25 keer per dag gedoucht. Tabel 4: Tapwater voorziening Streekbad Locatie
Douches [#]
Douche liters 38 °C [l] 750
Boilervat 60 °C [l]
5
Douche tijd [min] 125
Streekbad – 25 douchebeurten Streekbad – 50 douchebeurten
Invulling boilervat
500
Benodigd boilervat [l] 500
5
250
1.500
1.000
1.000
1 x 1000 l vat
1 x 500 l vat
Pagina 13
Tapwater voorziening middels stand-alone lucht-water warmtepomp systeem Tabel 4 laat zien dat er minimaal een 500 liter boilervat nodig is om 25 douchebeurten te kunnen voorzien van warmte, hiervoor is circa een 8 kW lucht-water warmtepomp nodig. Deze zal 800 uren draaien met een COP van circa 2.5. Voor 50 douchebeurten per dag is er een 1000 liter boilervat nodig, wat een warmtepomp van zeker 14 kW nodig heeft (zie rechter zijde van Figuur 5.
Warmtevraag Tapwater 7.040 kWh th
2.816 kWh e
Input warmtepomp Hulpenergie
Warmtevraag Tapwater 12.320 kWh th
4.928 kWh e
Input warmtepomp Hulpenergie
Figuur 5: Totale tapwater elektra vraag
Figuur 5 geeft de totale warmtevraag voor tapwater weer inclusief 10% verliezen om de warmte te transporteren. Dit leidt ertoe dat er circa 2.816 kWh aan elektriciteit nodig is om een stand-alone tapwater systeem te maken indien er 25 douchebeurten per dag zijn, terwijl er 4.928 kWh nodig is om 50 douchebeurten mogelijk te maken. Tabel 5 laat zien dat PV op het dak van bijvoorbeeld de mannen kleedkamer, 4.020 kWh aan opbrengst, al genoeg potentie kan leveren om de 2.816 kWh elektravraag van de lucht water warmtepomp geheel duurzaam en zelfvoorzienend te zijn, echter indien de 4.928 kWh voorzien moet worden, is het dakoppervlakte van de vrouwen douches nodig. Er is dan ook nog plaats nodig om de buitenunit van de lucht-water warmtepomp op het dak te kunnen plaatsen. Voor het boilervat zal een locatie gezocht worden in de huidige technische ruimte zo dichtbij de uiteindelijke afname als mogelijk is. Dit zal een boilervat moeten worden met een elektrische spiraal, zodat op momenten dat er overschot aan zonne-energie is, dat de elektrische spiraal het boilervat aanvullend verwarmd (bijvoorbeeld naar 65 °C i.p.v. 58 °C) i.p.v. dat er geld betaald moet worden om de zonne-energie kwijt te kunnen op het elektriciteitsnet. Daarnaast is het van belang dat er thermostaatkranen geïnstalleerd worden na het boilervat, om de temperatuur richting de douches te kunnen reguleren.
Tapwater systeem middels collectief warmtesysteem en aparte boosterwarmtepomp. Indien er gekozen wordt om S.C. Spirit’30 aan te sluiten, dan wordt een tapwater systeem dat gekoppeld is aan het zwembad water systeem direct interessanter, omdat je dan i.p.v. 35 slechts 20 meter hoeft te overbruggen, aangezien een gedeelte van de leidingen al richting S.C. Spirit’30 aangelegd wordt. In dit geval kan er in plaats van een stand-alone lucht-water warmtepomp en binnenunit met boiler voor tapwater gekozen worden voor een collectief systeem met een boosterwarmtepomp ter hoogte van de douches om het tapwater op te waarderen. Indien de huidige aanlegkosten van €800/m leiding gehanteerd worden, is de overall investering in het systeem gelijk. De initiële investeringskosten zijn circa € 9000 duurder (minder subsidie en meer leidingwerk), terwijl de onderhouds-/elektrakosten weer circa € 9000 goedkoper zijn over 30 jaar. Daarom ontlopen deze systemen elkaar qua totale kosten weinig. Indien bijvoorbeeld de subsidie op de boosterwarmtepomp toeneemt, de leidingkosten afnemen of de overall subsidie toe zou nemen als je een systeem levert inclusief tapwater (douches) dan kan dit een doorslaggevende reden zijn om een collectief tapwater systeem te maken. Indien er geen gezamenlijk systeem voor S.C. Spirit’30 en het Streekbad gemaakt wordt, is een stand-alone systeem preferent.
Hoe dan ook is een boosterwarmtepomp nodig, want door de leidingen loopt het procestemperatuur van maximaal 35 - 40°C, wat nog naar circa 60 °C opgewaardeerd dient te worden. Pagina 14
3.4.
PV-opbrengst
De verschillende gebouwen op terrein van het Streekbad hebben allemaal hun eigen karakteristieken en dit betekent dan ook dat als al deze daken gebruikt worden er potentie aanwezig is. Vorige paragrafen hebben laten zien dat er veel vraag is naar elektriciteit door de stap om een huidige gasinstallatie aardgasvrij te worden. Deze elektriciteit kan op de eigen daken opgewekt worden middels PV panelen. De aangeleverde informatie vanuit HB advies en gemeente Hoogkarspel is gebruikt om de totale potentie aan PV op het dak en zonnecollectoren in het groen te bepalen. Er is een willekeurig dak gekozen, namelijk de kantine, om de PV-panelen op het dak te illustreren.
Figuur 6: Indicatieve opstelling PV voor één gebouw van het Streekbad, bron: Solar Edge.
Indien op alle verschillende daken uit Figuur 6 zonnepanelen geplaatst worden, leidt dit tot de volgende resultaten. Tabel 5: PV potentie daken Streekbad
Omschrijving
Kantine Kleedkamer vrouwen Kleedkamer mannen Douches vrouwen Douches mannen EHBO post Technische Ruimte Totaal
Totaal oppervlakte dak [m2] 125 (5 x 25) 20 (2 x 10) 24 (2 x 12) 72 (8.5 x 8.5) 35 (5x7) (2.5 x 3) (7 x 18) 410 m2
Panelen Dak [#] 38 6 7 22 11 2 38 123
Opbrengst dak [kWh]
PV panelen aan welk onderdeel van het Streekbad gekoppeld?
17.341 2.775 3.330 10.023 4.856 1.040 17.480 56.845
Zwembad systeem Zwembad systeem Zwembad systeem Zwembad systeem Stand-alone douches Zwembad systeem Zwembad systeem Totale Streekbad
Uit energetische doorrekeningen blijkt dat indien het dak bij de douches voor mannen maximaal benut wordt voor PV er al genoeg PV ligt om de gehele douchewater voorziening elektrisch te kunnen voorzien van ‘gratis zonnestroom’ voor het gehele Streekbad. Overige panelen zullen daarom gekoppeld moeten worden aan de elektravraag van het warmtesysteem voor het verwarmen van de zwembaden. Deze doorrekening is gedaan op basis van zonnepanelen met een vermogen van 450Wp en een totaaloppervlakte van circa 2 m2. Tevens is hierbij meegenomen dat slechts 70% van het totale dakoppervlakte gebruikt kan worden, aangezien er op het dak ook ruimte noodzakelijk is voor overige installaties (zoals ventilatie en lucht-water warmtepompen) en tevens voor veiligheid. Er zullen op enkele daken waar al installaties zijn frames moeten komen waarop de PV geplaatst dient te worden.
Pagina 15
Tabel 6: Overzicht elektra opwek PV en elektra gebruik Streekbad.
Locatie
Opbrengst daken [kWh] 56.845
Streekbad
Huidige elektraverbruik [kWh] 33.035
Gasverbruik [kWh] 121.165
Totaal elektraverbruik [kWh] 154.200
Tekort elektra [kWh] 97.355
In Tabel 6 is het huidige gasgebruik meegenomen en omgerekend naar toekomstig elektrisch verbruik voor het Streekbad. Hierbij is nog geen rekening gehouden met: 1. een gemiddelde COP van de lucht-water warmtepomp van circa 4.5 voor het gedeelte van de verwarming van het zwembad; 2. het additionele elektraverbruik van de warmtepompen; 3. het elektraverbruik van de transportpompen voor zonnecollectoren. Tabel 6 laat duidelijk zien dat er minder elektra opbrengst door PV gegenereerd kan worden als de daken allemaal voor 70% met PV-panelen vol liggen, dan de gehele benodigde toekomstige elektriciteitsvraag. Dit betekent dat er: 1. gebruik gemaakt zal worden van zonnecollectoren om een groot deel van de warmtebehoefte te voorzien en hiermee de elektravraag omlaag te brengen; 2. PV op delen van het groen gelegd zal moeten worden op het terrein van het Streekbad; 3. elektra ingekocht dient te worden van het landelijke netwerk. Optie 2 en 3 zijn minder wenselijk dan optie 1, vandaar zal er in rapport naast PV voor elektra ook gebruik gemaakt is van zonnecollectoren om warmte op te wekken ter verwarming van het zwembad.
3.5.
Overall warmte- en elektraberekening
De overall elektravraag leggen wij uit op het worst-case scenario, namelijk 40% van de warmte moet gemaakt worden vanuit de lucht-water warmtepomp (met een COP van 4.5). Als wij alle elektravragen bij elkaar optellen komen wij tot de totale vraag, zoals weergeven in Tabel 7. Tabel 7: Overall elektravraag
Omschrijving
Elektraverbruik LWWP (inclusief COP) zwembad Elektravraag transportpompen zonnecollector (inclusief COP) zwembad Algemene elektraverbruik Streekbad Elektraverbruik LWWP voor douches Totale elektraverbruik
Elektraverbruik [kWh] 8.078 3.393
Eenheid
33.035 4.928 52.126
kWh elektrisch kWh elektrisch kWh elektrisch
kWh elektrisch kWh elektrisch
Zoals Tabel 7 laat zien, is de totale elektravraag kleiner dan de totale elektraopbrengst middels PV op de daken indien 70% van de daken volgelegd kan worden middels PV. Het totale elektraverbruik is namelijk ca 52.126 kWh en de opbrengst is 56.845 kWh (zie Tabel 5), wat een overschot is van circa 4.719 kWh is. Indien er toch minder PV geplaatst kan worden en er een tekort aan PV stroom t.o.v. vraag is, dan kan dit opgelost worden op enkele manieren: De missende elektriciteitsvraag wordt van het landelijk elektriciteitsnetwerk ingekocht; Er wordt een gedeelte van de warmtevraag voorzien middels gas; Er wordt meer gebruik gemaakt van zonnecollectoren, namelijk 30% of nog meer, dan komt de totale elektravraag circa overeen; 4. Er wordt samengewerkt met S.C. Spirit’30 waar er op het dak van S.C. Spirit’30 extra PV geplaatst wordt en in ruil daarvoor warmte geleverd wordt een S.C. Spirit’30. 1. 2. 3.
Pagina 16
Optie 3 en 4 zijn het meest wenselijk en zullen dus verder doorgerekend worden. Op deze manier kan het Streekbad namelijk zowel aardgasvrij als zelfvoorzienend worden. Er dient wel een constructie berekening gemaakt worden van het dak van Spririt’30, mede omdat deel dak van lichtgewicht dakconstructie gemaakt is. Een oplossing hiervoor kan zijn dat met verhoogde horizontale draagprofielen (die afsteunen op draagmuren en kolommen) gewerkt wordt.
3.6.
Kansen
Er zijn natuurlijk nog kansen aanwezig bij het verduurzamen van het Streekbad. Deze kansen kijken om te beginnen naar de omgeving. De zonnecollectoren produceren ook buiten het openingsseizoen van het Streekbad warmte. Deze warmte zou gebruikt kunnen worden voor de omgeving, immers anders wordt deze potentie niet gebruikt. De omliggende kansen zijn in onderstaande afbeelding weergeven voor toekomstige uitbreiding. Er zal dan wel leidingwerk aangelegd moeten worden om de warmte van het Streekbad naar deze potentiële locatie te transporteren.
Figuur 7: Kansen Hoogkarspel inclusief tracé
Het overzicht van Figuur 7 is weergeven in Tabel 8. Tabel 8: Kansen en afstanden warmtesysteem Streekbad
Kans nr.
Omschrijving
Afstand [m]
1 2 3 4 5
Voetbalclub S.C. Spirit’30
45 m
Kinderopvang Partou In De Bloei
106 m
Hoogkarspel treinstation
190 m
Tennisvereniging HTC Santana
270 m
Woningen Dahliastraat circa 1970 (eengezinswoningen)
130 m
Van alle kansen is voetbalclub S.C. Spirit’30 het meest kansrijk. S.C. Spirit’30 ligt immers op een afstand van 45m direct tegen het zwembad aan. Daarnaast is het vraagprofiel naar warmte van S.C. Spirit’30 aanvullend aan die van het Streekbad aangezien er juist vanaf september meer vraag is naar gas, zie Figuur 8.
Pagina 17
3.7.
Koppeling Streekbad en S.C. Spirit’30
In deze paragraaf wordt het energiesysteem van het Streekbad gekoppeld aan S.C. Spirit’30. De warmte vanuit de zonnecollectoren en lucht-water warmtepompen wordt getransporteerd over 45m naar de voetbalclub.
Figuur 8: Gasverbruik S.C. Spirit'30 en Streekbad in 2022 in m3.
In Figuur 8 is het totale gasverbruik voor zowel het Streekbad als S.C. Spirit’30 te zien. Hieruit blijkt dat het totale gasverbruik voor het Streekbad vele malen hoger is dan voor S.C. Spirit’30. Het totale gasverbruik van S.C. Spirit’30 in 2022 is 3854 m3, wat omgerekend 29.821 kWh th is. Deze thermische energie eenheid is van belang, aangezien het dan makkelijk te vergelijken is met het warmtesysteem van het Streekbad. Indien: 1. de zonnecollectoren maximaal uitgelegd worden, namelijk 263 m2, zoals aangegeven door gemeente Hoogkarspel en uitgerekend door Rutgers en Rivusol; 2. en daarnaast 40% van de totale warmtevraag voorzien wordt middels lucht-water warmtepompen; 3. en 60% voorzien middels zonnecollectoren. Dan is er circa 18.757 kWh aan warmte aan overschot vanuit de zonnecollectoren. Hiervoor rekenden wij met een totaalopbrengst van 70% uit de zonnecollectoren, echter met het toevoegen van S.C. Spirit’30 aan dit vraagstuk zal er ook warmte gevraagd worden in de seizoenen waar de zonnecollectoren weinig / minder opbrengst hebben. Dit zorgt ervoor dat de luchtwater warmtepomp meer ingezet moet worden en dat de totale balans van 70% Zon - 30% LW naar 60% zon en 40% LW schuift. Figuur 9: Potentieel leidingtracé vanuit technische ruimte Streekbad naar S.C. Spirit’30
Daarmee zou het plaatsen van PV panelen op het dak uitgewisseld kunnen worden met het leveren van warmte aan S.C. Spirit’30. Aangezien ook nog 30% van de totale warmtevraag wordt voorzien door lucht-water warmtepompen is er genoeg potentie aanwezig om de totale 29.821 kWh (aan huidige gasverbruik) te voorzien middels warmte vanuit de zonnecollectoren en de lucht-water warmtepompen (aangezien er alleen al 18.757 kWh aan warmte vanuit de zonnecollectoren beschikbaar is, wat een totaal van circa 60% is). De leidingen om de technische ruimte van het Streekbad met S.C. Spirit’30 te verbinden, zullen in de berm gelegd moeten worden langs de haag in Figuur 9, wat circa 45meter is.
Pagina 18
4. Financiën Er is besloten om de volgende scenario’s financieel door te rekenen: 1. Scenario niets doen en huidige installaties behouden en onderhouden. 2. Scenario 0: Basisscenario. 50% totale warmtevraag geleverd door warmtepomp. Maximaal gebruik van PV, 50kW Warmtepomp (voor 40% warmtevraag); 3. Scenario 1: Zonnecollectoren (veld) met PV panelen (dak) en lucht-water warmtepomp (dak); 4. Scenario 2: Zonnecollectoren (veld) met bodemlussen (veld), PV panelen (dak) en water-water warmtepomp (technische ruimte); 5. Scenario 3: Volledig inzetten op PV panelen (dak) met lucht-water warmtepomp (dak).
4.1.
Financiële doorrekening
Er is besloten om PV panelen neer te leggen in alle scenario’s behalve het scenario niets doen om: 1. te kunnen voorzien in het algemene eigen elektraverbruik; 2. en ter compensatie van het oude gasverbruik; 3. plus het nieuwe verbruik van de lucht-water warmtepomp; 4. en transportpompen voor het zwembad; 5. en de tapwater voorziening. Additionele PV plaatsen op daken om stroom terug te leveren aan het net, levert te weinig geld op met de huidige vergoeding van 0,06 €/kWh en verslechtert daarmee de business case. Voor de elektraprijzen is gerekend met het huidige, 2023, geldende prijsplafond van 0,40 €/kWh. Indien gekozen wordt voor een koppeling met een batterij worden extra zonnepanelen wel direct gunstiger voor de businesscase. Dit kan later in de technische uitwerking als optie worden uitgewerkt. Tabel 9: Terugverdientijd PV puur voor huidige elektragebruik Streekbad
Locatie Streekbad
Terugverdientijd PV maximaal op dak [jaar] 4,2
Terugverdientijd PV op dak voor eigen elektragebruik [jaar] 2,7
Tabel 9 laat zien dat PV op eigen dak ter compensatie van het huidige algemene elektraverbruik een terugverdientijd van 2,7 (ca 3) jaar heeft voor het Streekbad, terwijl het maximaliseren van PV de terugverdientijd iets verslechtert door lage opbrengsten voor teruglevering aan het landelijk netwerk. De meerkosten qua investering zijn de opbrengsten momenteel niet waard met de afnemende salderingsregeling. Echter aangezien de totale elektravraag van het warmtesysteem, welke elektrificeert, meegenomen wordt, is het vol leggen van alle daken noodzakelijk. In de berekeningen zijn er uitgangspunten aangehouden, gebaseerd op huidig bekende cijfers of inschattingen op basis van eerdere ervaringen/ leveranciers, welke samengevat zijn in Tabel 10. Tabel 10: Uitgangspunten businesscase
Beschrijving
Waarde
Eenheid
Prijs PV panelen Elektrakosten Gaskosten Vergoeding salderen elektriciteit Totale leiding kosten inclusief aanleg Vermogen PV panelen
0,95 0,4 1,45 0,06 800 450
Euro/Wp Euro/kWh Euro/m3 Euro/kWh Euro/m Wp/paneel
Pagina 19
In aantal (b scenario’s) van onderstaande scenario’s moeten leidingen van en naar S.C. Spirit’30 aangelegd worden om de warmte vanuit de technische ruimte van het Streekbad naar S.C. Spirit’30 te transporteren op maximaal 35 °C om vanuit het schakelvat naar een boilervat in de technische ruimte van S.C. Spirit’30. Deze leidingen kosten inclusief aanleg circa €36.000. Inpandig zullen daar naast een boilervat nog een boosterwarmtepomp komen om de warmte voor tapwater op te waarderen naar 55-60 °C en eventueel wat aanpassing qua leidingwerk. Deze kosten zijn geraamd op circa €25.000. Deze kosten zijn in alle scenario’s hetzelfde en zijn bij elkaar opgeteld €61.000. De kosten voor de zonnecollectoren en alle warmtepompen zijn gebaseerd op de specifiek ontvangen offertes voor het Streekbad, welke in de bijlagen toegevoegd zijn. Bij alle energiesystemen is er bij de totale investeringskosten een post van 15% aan onvoorziene investeringskosten meegenomen. Dit zorgt in meerdere scenario’s voor een circa 2 jaar vertraagde terugverdientijd t.o.v. 0% onvoorziene kosten. Een overig belangrijk punt zijn de gas- en elektrakosten. Toekomstige prijsstijgingen zijn niet meegenomen, wat uiteraard geen gegeven is in deze onzekere markt, maar wel om rekening mee te houden.
Toekomstige kosten voor elektra- en gas zouden weleens flink kunnen toenemen (wat een risico is voor de exploitatie van de sportclubs), wat de noodzaak voor onafhankelijkheid van deze inkoopkosten alleen maar groter maakt. Advies is om meer toekomstbestendig te worden en minder afhankelijk van de fluctuerende energieprijzen.
Scenario Niets verduurzamen, maar wel ketelvervanging Het scenario niets doen is gebaseerd op het feit dat de huidige installaties gewoon door blijven draaien en vervangen moeten worden eenmaal in de totale doorrekentijd van 30 jaar. Tabel 11: Scenario niets doen Scenario
Investerings -kosten PV
Streekbad
€0
Investeringskosten gasinstallatie € 50.000
Investeringskosten Lucht water WP €0
Totale investerings -kosten € 57.500
Onderhoud & elektra-kosten (30 jaar) € 935.951
Totale kosten 30 jaar € 993.451
TCO 30 jaar inc. subsidie 31,8
Dit zorgt ervoor dat de investeringskosten relatief laag zijn over de 30 jaar. De kostenpost ligt in een gedeelte onderhoud, maar vooral in de gaskosten. Deze totale energierekening, gas- en elektra, is circa €32.000 per jaar. Dit zorgt ervoor dat deze kosten in de komende 30 jaar dusdanig hoog zullen worden. Tevens zal er geen subsidie verschaft worden t.o.v. duurzame energiesystemen.
Scenario 0. Verduurzamen van de huidige gas installatie, 50% nog met gas. In het basisscenario (scenario 0) worden de huidige installaties verduurzaamd alleen blijft gas nog wel noodzakelijk om het Streekbad te verwarmen. Tabel 12: Scenario 0 50% warmtevraag met Warmtepomp, maximaal PV panelen, maar aanhouden 50% gasvraag Scenario
Investerings -kosten PV
Streekbad
€ 61.367
Investeringskosten gasinstallatie € 35.000
Investeringskosten Lucht water WP € 96.750
Totale investerings -kosten € 222.084
Onderhoud & elektra-kosten (30 jaar) € 514.709
Totale kosten 30 jaar € 736.793
TCO 30 jaar inc. subsidie 23,3
Er wordt dan geïnvesteerd in de aanschaf van PV panelen en daarnaast worden de huidige gasinstallatie eenmalig vervangen. De douche voorziening wordt verduurzaamd middels een luchtwater warmtepomp (en boiler) en tot slot wordt 50% van de gehele warmtevraag van het zwembad voorzien middels een lucht-water warmtepomp, waar de overige 50% voorzien wordt door de huidige gasinstallatie. Zoals te zien zit het merendeel van de kosten in onderhoud en elektra/gaskosten. De jaarlijkse elektra/gas kosten nemen af met circa €10.000 euro t.o.v. het scenario niets doen, door enerzijds gebruik van lucht-water warmtepompen en de verduurzaming door toepassing PV. Ten
Pagina 20
opzichte van het scenario niets doen leidt dit scenario tot aanzienlijk lagere kosten over 30 jaar en is het dus een financiële verbetering.
Scenario 1 Zonnecollectoren met Lucht-water warmtepomp Scenario 1 geeft het voorkeursscenario weer, namelijk gebruik makend van zonnecollectoren en een lucht-water warmtepomp. Tabel 13: Scenario 1a en 1b Zonnecollectoren (veld) met PV panelen (dak) en Lucht-water warmtepomp (dak) Scenario
Investerings -kosten PV
Streekbad Streekbad & Spirit
€ 61.367 € 91.573
Investeringskosten zonnecollecto ren € 101.401 € 157.220
Investeringskosten Lucht water WP
Totale investerings -kosten
Onderhoud & elektra-kosten (30 jaar)
Totale kosten 30 jaar
TCO 30 jaar inc. subsidie
€ 179.250 € 179.250
€ 393.321 € 562.400
€ 112.952 € 142.045
€ 506.273 € 704.445
14,2 12,5
Zowel op het gedeelte zonnecollectoren als op de lucht-water warmtepomp is subsidie vanuit de overheid beschikbaar gesteld, middels de ISDE. Ook voor de lucht-water warmtepomp voor het leveren van tapwater is subsidie beschikbaar. Het koppelen van Spirit’30 en het Streekbad leidt tot een verbeterde business case, waarbij het randvoorwaardelijk is dat bij S.C. Spirit’30 de daken gemaximaliseerd worden voor PV panelen. Dit geldt voor alle scenario’s. De terugverdientijd inclusief de subsidie, die nader toegelicht wordt in Paragraaf 4.2 Subsidies, is hier totaal 13 jaar, inclusief de 15% onvoorziene investeringskosten. Deze besparing wordt gecreëerd door de gratis energie vanuit zowel PV (wat door de lucht-water warmtepomp gebruikt kan worden) als uit de gratis warmte vanuit de zonnecollectoren. Deze systemen zijn tevens onderhoudsvriendelijk.
Scenario 2 Zonnecollectoren met bodemlussen In scenario 2 worden er aanvullend bodemlussen met water-water warmtepompen toegevoegd ter vervanging van de lucht-water warmtepompen uit scenario 1. Tabel 14: Scenario 2a en 2b Zonnecollectoren (veld) met bodemlussen (veld), PV panelen (dak) en water-water warmtepomp Scenario
Investeringskosten PV
Streekbad Streekbad & Spirit
€ 61.367 € 91.573
Investerings -kosten zonnecollect oren € 101.401 € 157.220
Investeringskosten bodemlus en WW-WP € 203.189 € 203.189
Totale investerings -kosten
Onderhoud & elektra-kosten (30 jaar)
Totale kosten 30 jaar
TCO 30 jaar inc. subsidie
€ 420.851 € 589.930
€ 122.270 € 150.879
€ 543.121 € 740.809
15,6 13,4
Dit systeem leidt tot hogere initiële kosten en vergelijkbare onderhouds- en elektrakosten. Vanwege de hoge investering in bodemlussen (en het niet gebruik maken van de koelpotentie van bodemlussen) zorgt voor een slechtere terugverdientijd t.o.v. lucht-water warmtepompen. Het systeem heeft wel een lagere overall elektravraag door de hogere efficiëntie (COP) van de waterwater warmtepomp t.o.v. lucht-water.
Pagina 21
Scenario 3 Volledig lucht-water warmtepompen Het laatste scenario zet zich volledig in op PV panelen op het dak en alle warmte te voorzien middels lucht-water warmtepompen. Tabel 15: Scenario 3a en 3b Volledig inzetten op PV panelen (dak) met lucht-water warmtepomp (dak)
Locatie
Streekbad Streekbad & Spirit
Investering s-kosten PV
Investeringskosten LW-WP
Totale investeringskosten
Onderhoud & elektrakosten (30 jaar)
Totale kosten 30 jaar
TCO 30 jaar inc. subsidie
€ 61.367 € 99.367
€ 179.250 € 179.250
€ 276.709 € 390.559
€ 338.737 € 454.896
€ 615.446 € 845.455
19,3 17,1
Dit zorgt enerzijds voor een hoger elektraverbruik van de lucht-water warmtepompen (geen zonnecollectoren) en een slechtere overall COP t.o.v. overige energiesystemen waar de lucht-water warmtepompen niet het gehele jaar draaien, aangezien een gedeelte door de zonnecollectoren geleverd wordt. Ook voor dit scenario geldt dat koppelen tot schaalvoordelen leidt. Dit scenario leidt tot een slechtere terugverdientijd t.o.v. scenario’s waar zonnecollectoren gebruikt worden. Daarom wordt aangeraden om de combinatie met thermische zonnecollectoren toe te passen.
Pagina 22
4.2.
Subsidies
Bij het aardgasvrij maken van het zwembad worden er anno 2023 meerdere type subsidies beschikbaar gesteld voor de verschillende onderdelen van het systeem, namelijk Energie Investeringsaftrek (EIA) en Investeringssubsidie duurzame energie en energiebesparing (ISDE): 1. Zonnepanelen – EIA 2. Zonnecollectoren – ISDE 3. Lucht-water warmtepompen – ISDE a. Zowel voor zwembad verwarming; b. Tevens voor tapwater bereiding; 4. Water-water warmtepompen – ISDE In deze subsidie worden de 15% onvoorziene kosten niet meegenomen als potentiële subsidie. Tabel 16: Overzicht subsidie zonnecollectoren Zonnecollectoren
Streekbad Streekbad & Spirit
Totale oppervlakte zonnecollectoren [m2] 156 m2 260 m2
Zonnecollectoren Investering [€] € 157.220 € 101.401
Zonnecollectoren Subsidie [€] € 77.380 € 46.400
Netto investeringsprijs [€] € 79.840 € 55.001
Tabel 16 laat zien dat de subsidies toenemen bij een groter oppervlakte aan zonnecollectoren. De meer investering van 100 m2 aan zonnecollectoren leidt tot een meerprijs van circa € 25.000 netto investeringskosten. Hiermee is het voor het gehele systeem interessant om een gezamenlijk warmtesysteem te maken voor de combinatie Streekbad & S.C. Spirit’30. De Lucht water-warmtepompen voor het zwembad, bestaande uit lucht-water warmtepompen van 47 kW hebben volgens de ISDE subsidielijst van RVO een totale subsidie van € 6.825 per warmtepomp met de Meldcode KA23000. De lucht-water warmtepompen voor de levering van tapwater met een vermogen van circa 12kW leidt tot een subsidie bij RVO van circa € 3.000 per warmtepomp. Tabel 17 vat alle subsidies per onderdeel per scenario samen. Tabel 17: Totale subsidies per scenario Scenario’s
Scenario niets doen Scenario 0 Scenario 1a Streekbad collectoren - LW-WP Scenario 2a Streekbad Collectoren - bodemlus Scenario 3a Streekbad - volledig LWWP Scenario 1b Streekbad & S.C. Spirit’30 - collectoren - LW-WP Scenario 2b Streekbad & S.C. Spirit’30 - Streekbad - Collectoren – bodemlus Scenario 3b Streekbad & S.C. Spirit’30 - Streekbad - volledig LWWP
Subsidie zonnecollectoren [€] €0 €0 € 46.400
Subsidie LW-WP / WW-WP – zwembad [€] €0 € 6.825 € 13.650
Subsidie LWWP – tapwater [€]
Totale Subsidies [€]
€0 € 3.000 € 3.000
€0 € 9.825 € 63.050
€ 46.400
€ 8.000
€ 3.000
€ 57.400
€
€ 13.650
€0
€ 13.650
€ 77.830
€ 13.650
€ 3.000
€ 94.030
€ 77.830
€ 8.000
€ 3.000
€ 88.380
€
€ 13.650
€0
€ 13.650
Pagina 23
4.3.
Samenvattende tabel resultaten business case
Uit de doorrekening van de energiesystemen is de volgende samenvattende tabel vormgegeven. In Tabel 18 staan alle kosten inclusief TCO afgebeeld voor het Streekbad. Tabel 18: Samenvattende tabel resultaten scenario doorrekening Scenario’s
Investerin gs-kosten PV
Investerings -kosten zonnecollect oren/gas
Investerin gs-kosten WP
Totale investerin gskosten
Totale kosten 30 jaar
TCO 30 jaar inc. subsidie
€ 57.500 € 222.084 € 393.321
Onderhoud & gas / elektrakosten (30 jaar) € 935.951 € 514.709 € 112.952
Scenario niets doen Scenario 0 Scenario 1a Streekbad collectoren - LW-WP Scenario 2a Streekbad Collectoren - bodemlus Scenario 3a Streekbad volledig LWWP
€0 € 61.367 € 61.367
€ 50.000 € 35.000 € 101.401
€0 € 96.750 € 179.250
€ 993.451 € 736.793 € 506.273
31,8 23,3 14,2
€ 61.367
€ 101.401
€ 203.189
€ 420.851
€ 122.270
€ 543.121
15,6
€ 179.250
€ 276.709
€ 338.737
€ 615.446
19,3
Scenario 1b Streekbad & S.C. Spirit’30 collectoren - LW-WP Scenario 2b Streekbad & S.C. Spirit’30 Streekbad - Collectoren – bodemlus Scenario 3b Streekbad & S.C. Spirit’30 Streekbad - volledig LWWP
€ 91.573
€ 157.220
€ 179.250
€ 562.400
€ 142.045
€ 704.445
12,5
€ 91.573
€ 157.220
€ 203.189
€ 589.930
€ 150.879
€ 740.809
13,4
€ 179.250
€ 390.559
€ 454.896
€ 845.455
17,1
€ 61.367
€ 99.367
Tabel 18 leidt tot de volgende concrete resultaten: 1. Scenario ‘niets doen’ leidt tot het slechtste resultaat als er van het prijsplafond uitgegaan wordt voor zowel elektra- als gaskosten. 2. scenario 1a Lucht-water warmtepompen en zonnecollectoren heeft de kortste terugverdientijd t.o.v. andere scenario’s. 3. Het koppelen van Streekbad en S.C. Spirit’30 leidt tot een kortere terugverdientijd in alle doorgerekende scenario’s. 4. Het basisscenario met gas heeft lagere investeringskosten t.o.v. aardgasvrije scenario’s, echter zijn de onderhoudskosten en elektra/gaskosten dusdanig veel hoger, dan het basisscenario het slechtste uit de verf komt. Belangrijk om hierbij aan te geven dat eventuele toekomstige prijsstijgingen in gas en elektra variabele kosten hierin nog niet meegenomen zijn. 5. Scenario 3 heeft de laagste investeringskosten van de aardgasvrije alternatieven, maar de hoogste onderhoudskosten en daarmee de langste terugverdientijd. 6. In alle gevallen wordt er maximaal PV panelen geïnvesteerd en die investering is gelijk; des te meer PV er op de daken kan, des te goedkoper scenario’s worden die op elektra gebaseerd zijn. 7. Scenario 1 en 2 die gebruik maken van zonnecollectoren hebben de laagste onderhouds- en elektrakosten. 8. Tevens is het maken van een stand-alone systeem voor de douches van het Streekbad voordeliger dan een koppeling vanuit het centrale systeem.
Pagina 24
5. Conclusies en aanbevelingen De gemeente Hoogkarspel heeft in de afgelopen jaren stappen ondernomen ter verduurzaming van het Streekbad. Het aanschaffen van afdekzeilen heeft al tot een flinke besparing geleid maar er is meer verduurzaming mogelijk. Om de volgende stappen te ondernemen is dit onderzoek uitgevoerd, waar 4 opties zijn voorgesteld: 0. Niets verduurzamen maar wel ketelvervanging. 1. Het verduurzamen van de huidige gas installatie. Waarbij er nog deels gebruik wordt gemaakt van duurzame technieken en deels de huidige installatie (voor 50% van de totale vraag). 2. Het volledig verduurzamen van de huidige installatie + (100% van het gas af) a. Zonnecollectoren met lucht-water warmtepomp (scenario 1a); b. Zonnecollectoren met bodemlussen (scenario 2a); c. Volledig lucht-water warmtepompen (scenario 3a). 3. Het volledig verduurzamen van de huidige installatie + mee koppelen van S.C. Spirit’30. a. Zonnecollectoren met lucht-water warmtepomp (scenario 1b); b. Zonnecollectoren met bodemlussen (scenario 2b); c. Volledig lucht-water warmtepompen (scenario 3b).
5.1.
CONCLUSIES
Op basis van dit rapport kunnen de volgende conclusies worden getrokken: • • • • • • • •
Scenario ‘niets doen’ leidt tot het slechtste resultaat als er van het prijsplafond uitgegaan wordt voor zowel elektra- als gaskosten. Het basisscenario met gas komt het slechtste uit de verf. Belangrijk om hierbij aan te geven dat eventuele toekomstige prijsstijgingen in gas en elektra variabele kosten hierin nog niet meegenomen zijn, dus niets doen heeft een risico voor de toekomstige exploitatie. Scenario 1a: Lucht-water warmtepompen en zonnecollectoren heeft de kortste terugverdientijd t.o.v. andere scenario’s. Het koppelen van Streekbad en S.C. Spirit’30 leidt tot een kortere terugverdientijd in alle doorgerekende scenario’s. Scenario 3 volledig Lucht-waterwarmtepompen heeft de laagste investeringskosten van de aardgasvrije alternatieven, maar de hoogste onderhoudskosten en de langste terugverdientijd. In alle gevallen wordt er maximaal PV panelen geïnvesteerd: des te meer PV er op de daken kan, des te goedkoper de scenario’s worden die op elektra gebaseerd zijn. Scenario 1 en 2 die gebruik maken van zonnecollectoren hebben de laagste onderhouds- en elektrakosten. Tevens is het maken van een stand-alone systeem voor de douches van het Streekbad voordeliger dan een koppeling vanuit het centrale systeem. Dit wordt anders als S.C. Spirit’30 aansluit.
Pagina 25
5.2.
AANBEVELINGEN
Aan de hand van de uitgevoerde berekening en resultaten, wordt er geadviseerd om: • • • • •
• • • • • • •
De energievoorziening volledig te verduurzamen en elektrificeren; Maximaal gebruik te maken van PV panelen in alle scenario’s, aangezien PV panelen zich in minder dan 5 jaar terugbetalen en vervolgens 25 jaar lang groene stroom leveren; In te zetten op een energiesysteem die gebruikt maakt van Zonnecollectoren (veld) met PV panelen (dak) en lucht-water warmtepompen (dak of grond) waarbij de koppeling van S.C. Spirit’30 tot een gezamenlijk kostenvoordeel leidt en een snellere terugverdientijd. In te zetten op maximaal oppervlakte aan zonnecollectoren. De meerinvestering van 100 m2 aan zonnecollectoren leidt tot een meerprijs van circa € 25.000 netto investeringskosten, waardoor S.C. Spirit‘30 ruimschoots aangesloten kan worden; Investeringssubsidie duurzame energie en energiebesparing (ISDE) subsidie voor zowel de warmtepompen als het zonnecollector systeem tijdig aan te vragen (in 2023), voordat de opdracht gegund wordt aan een partij om dit uit te voeren. Deze subsidie kan immers meer dan 20% van de gehele investeringskosten dekken. Tevens kan de Energie Investeringsaftrek (EIA) gebruikt worden op aanschaf van overige installaties zoals zonnepanelen en warmteleidingen. Dit voordeel is nog niet meegenomen in de resultaten; Voor de lucht-water warmtepomp gebruik te maken van 2 cascade frequentiegeregelde warmtepompen om hiermee meer bedrijfszekerheid te kunnen garanderen t.o.v.
één grotere warmtepomp en deellast goed te kunnen opvangen; De elektra-aansluiting te vergroten. In plaats van een 3x125A dient minimaal een verzwaring naar 3x160A elektra aansluiting aangevraagd te worden; De gasaansluiting af te laten sluiten nadat de installaties in bedrijf gesteld zijn; S.C. Spirit’30 dient eigen inpandige leidingwerk gereed te maken voor lage temperatuur en boiler voor tapwater te plaatsen. Daarnaast waar mogelijk PV panelen te plaatsen om hiermee eigen elektriciteitsrekening te kunnen verlagen. De gehele installatie bij één partij te leggen die dit geheel oplevert. PV kan als losse installatie apart aanbesteed worden; De werkzaamheden buiten het zwemseizoen uit te voeren; Tijdig vergunningen aan te vragen voor de aanleg van het leidingwerk.
Daarnaast hebben de leveranciers van thermische zonnecollectoren aangegeven dat de opbrengst uit de collectoren in praktijk hoger uit kunnen vallen dan de huidige theoretische benadering. Er is echter door de leveranciers gekozen voor een stuk veiligheid. Dit houdt in dat de verwachting is dat de zonnecollectoren meer warmte op zullen wekken dan de huidige prognose. Dit neemt niet weg dat de combinatie met lucht-water warmtepompen nodig is. De verduurzaming van het Streekbad leidt tot de aanschaf van een robuust, aardgasvrij en toekomstbestendig duurzaam energiesysteem. Dit is in lijn met de ambitie van de gemeente Hoogkarspel. Tevens betaalt de keuze voor een duurzaam verwarmingssysteem zich in minder dan 15 jaar terug, wat betekent dat er in de overige (minimaal) 15 jaar ‘winst’ gemaakt wordt op het in stand houden van het huidig fossiel energiesysteem. De investering is hiermee een rendabel krediet. In huidige tijden van fluctuerende (hoge) energieprijzen, leidt de keuze voor een duurzame installatie tot meer energie onafhankelijkheid en een kostenvoordeel voor de exploitatie van het Streekblad, en daarmee voor de gemeente.