[26.10159] Bijlage 2 Schetsontwerp innovatief energiesysteem Stokkelsche Akker
Tekst van het document
A\
I I I
\
Schetsontwerp Energiesysteem Stokkelsche Akker Gemeente Eersel
Managementsamenvatting
Managementsamenvatting energiesysteem Stokkelsche Akker Haalbaar voorkeursconcept: lokale opwekking, beperkte netbelasting Aanleiding en doel: Nieuwe woonwijk Stokkelsche Akker, Eersel: ca. 620 woningen. Gemeente onderzoekt energiesysteem voor warmte, elektriciteit, mobiliteit, opslag; ambitie: 70% lokale opwekking, max. 30% netbelasting vs. regulier all-electric scenario. Voorgesteld energieconcept: Voorkeursconcept: collectief middentemperatuurnet, centrale warmtepomp, WKO voor warmte/koeling, zonnepanelen, centrale batterij en grote thermische buffer. Slimme sturing beperkt pieken en vergroot lokaal gebruik. Belangrijkste uitkomsten: Concept technisch haalbaar. Jaarlijkse warmtebehoefte: 12.920 GJ; koudebehoefte: 3.124 GJ. Lokale opwekking: 3.915 kWp, 8.700 zonnepanelen. Netaansluiting: 340 kWe; piekvraag basisscenario: 1.138 kWe. Hoofdconclusie: Financiële haalbaarheid is nog twijfelachtig. Hoge investeringskosten. Subsidies zijn benodigd. Op dit moment is ook nog grote onzekerheid omtrent de medewerking van de netbeheerder en de toezegging van een juiste netwerkaansluiting. Vervolg: Aanbevolen vervolgstap is een gerichte verdiepings- en optimalisatieslag naar voorkeursvariant, onderzoek thermische seizoensopslag en nadere onderbouwing van business case, afstemming over netaansluiting en contractvorming, risico's en uitvoerbaarheid.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 3
Colofon Datum 18-5-2026 Projectnummer 23066 Status Definitief Opdrachtgever Gemeente Eersel Uitgevoerd door DWA B.V Postbus 2073 2800 BE Gouda E-mailadres gino.lambert@dwa.nl Telefoonnummer 06 - 2041 4049
Auteurs Namen: Miquel Soek, Pim van Dijk en Gino Lambert
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 4
Inhoudsopgave Managementsamenvatting 1.
Aanleiding, doel en besluitkader
2.
Projectafbakening en uitgangspuntenEnergiebehoefte
3.
Samenvatting uitgevoerde werkzaamheden
4.
Energiebehoefte en systeemrandvoorwaarden
5.
Technische uitwerking
6.
Ruimtelijke en planologische inpasbaarheid
7.
Business case & eindgebruikerskosten
8.
Kansen en risico's
9.
Conclusies en advies
Bijlage
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 5
1 | Aanleiding, doel en
/
besluitkader
Aanleiding Nieuwbouwwijk Stokkelsche Akker Aan de zuidzijde van de kern Eersel wordt een nieuwe woonwijk ontwikkeld: Stokkelsche Akker, met circa 600 woningen, maatschappelijke voorzieningen (waaronder een basisschool en mogelijk zorgvoorzieningen) en een groen dorps karakter. Hiermee wordt de ambitie ingevuld om betaalbare woningen aan de gemeente toe te voegen. Medio 2024 heeft de gemeenteraad het ruimtelijk kader voor deze gebiedsontwikkeling vastgesteld. Er wordt gestreefd naar een duurzame wijk met een hoge leefkwaliteit, passend bij de landschappelijke omgeving en de identiteit van de Kempen.
Doel Het integrale energiesysteem van de toekomst De gemeente Eersel heeft besloten de haalbaarheid van een toekomstbestendig, duurzaam en netbewuste gebiedsontwikkeling voor Stokkelsche Akker te onderzoeken, waarin warmte, elektriciteit, mobiliteit en opslag in samenhang worden ontworpen. Het doel is om een wijk te realiseren die: ^
70% van alle benodigde elektriciteit voor warmte, elektriciteitsvraag en (elektrische) mobiliteit zelf kan opwekken;
^
een piekbelasting op het elektriciteitsnet heeft van maximaal 30% van een regulier all-electric scenario;
^
inzet op lokale opwekking, slimme sturing en collectieve energie-infrastructuur om netcongestie te voorkomen en de woonwijk überhaupt mogelijk te maken.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 8
Besluitkader Het opstellen van een schetsontwerp Uit dit schetsontwerp waarbij wordt uitgegaan van een voorkeursconcept komt input voor een politiek bestuurlijk beslismoment. Dit schetsontwerp levert een business case en geeft input voor het op te stellen gebiedsconcept en ontwerp-omgevingsplan, als wordt besloten het innovatieve energiesysteem aan de scope van de gebiedsontwikkeling toe te voegen. Het schetsontwerp zal inzicht geven in: ^
De energiebehoefte van de woningen en gebouwen, een leidingtrace en de ruimtebehoefte van de voorzieningen zodat dit kan worden verwerkt in het gebiedsconcept en het ontwerpomgevingsplan.
^
Daarnaast wordt middels een business case voor het collectieve energiesysteem in kaart gebracht wat de verwachte eindgebruikerskosten voor de toekomstige bewoners van Stokkelsche Akker zijn.
7
2 | Projectafbakening en uitgangspunten
Projectgebied Bebouwing en kaart
Uitgangspunten Uitgangspunten vanuit eerste verkenning en huidige uitgangspunten Doel: een gedeeld en helder vertrekpunt creëren voor het schetsontwerp:
Bebouwing/warmte/koude
Innoforte
DWA
uitgangspunten vastleggen, databehoeften bepalen en afstemmen met
Gebouwen
[m2]
43.500
56.149
parallelle sporen, zodat het proces interactief, iteratief en transparant
Warmtevraag totaal
[GJ]
7.380
12.920
verloopt.
Koudevraag totaal
[GJ]
2.436
3.124
Vermogen ruimteverwarming
[kW]
1.260
1.504
Voorafgaand aan dit onderzoek heeft adviesbureau Innoforte een
Vermogen warmtapwater
[kW]
509
652
variantenstudie uitgevoerd: Stokkelsche Akker - Integraal Warmte- en
Vermogen warmteverlies
[kW]
0
118
Elektriciteitssysteem, 22 dec 2025. Hieruit kwam een voorkeursvariant naar
Vermogen verwarming
[kW]
1.769
2.275
[kW]
840
1.190
Innoforte
DWA
voren op basis van energieprestatie, zelfvoorzienendheid, CO2-uitstoot en Vermogen koeling kosten. De uitgangspunten van deze studie zijn eerst vergeleken met dit onderzoek, waarna de voorkeursvariant nader is onderzocht.
n
Elektriciteitsvraag Elektriciteitsverbruik per woning
[kWh]
2.500
2.500
optimalisatie van het plangebied. Dat heeft ervoor gezorgd dat in het
Elektriciteitsverbruik elektrische auto's gemiddeld per woning*
[kWh]
1.260
620
schetsontwerp de uitgangspunten van Innoforte opnieuw zijn berekend,
Elektriciteitsvraag utiliteit
[kWh]
0
279.600
waarbij is uitgegaan van ca. 600 woningen. Dit resulteert in verschillen in
Elektriciteitsvraag
[kWh]
1.692.000
2.210.722
energiebehoefte op diverse vlakken.
Tabel 1: uitgangspunten gespecificeerd
* DWA gaat uit van een 29% elektrisch wagenpark in 2030
Conclusie: Vanuit de gebiedsontwikkeling is bekeken naar een
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 12
Voorkeursconcept Werking gekozen energieconcept vanuit eerste verkenning In januari 2026 is door het college van B&W, op basis van de variantenstudie van Innoforte, een voorkeursconcept gekozen. Dit nader uit te werken concept kenmerkt zich door een middentemperatuurnet met een centrale warmtepomp,
Concept 3 MT
een grote seizoensbuffer, WKO voor koude en PV op daken en eventueel nog in een veld. De warmte wordt centraal opgewekt met grote warmtepompen die een temperatuur van ongeveer 70T leveren. Deze warmte wordt opgeslagen in een grote buffer van 15.000 m3, die bedoeld is om verschillen in warmtevraag tussen de seizoenen op te vangen. Voor koeling wordt gebruikgemaakt van een WKO-systeem. De woningen hebben geen eigen boostervoorziening, omdat de aanvoertemperatuur voldoende is voor verwarming en tapwater. De elektriciteitsvoorziening bestaat uit PV op de daken van de gebouwen aangevuld met een centraal PV-veld om de warmtepomp en de wijk zo veel mogelijk te voorzien van elektriciteit. De wijk beschikt daarnaast over een centrale accu om de momenten van hoge en lage elektricteitsopwek te balanceren. Door deze combinatie kan een groot deel van de elektrische
innoförtē-
energie lokaal worden benut. Het concept kenmerkt zich door stabiele warmtelevering op middentemperatuur, geen woninggebonden warmtepompen, weinig geluid en een eenvouidge installatie per woning Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 13
7
3 | Samenvatting uitgevoerde werkzaamheden
Uitgevoerde werkzaamheden ^
Gegevensverzameling en analyse: onderbouwing voorkeursconcept op basis van verzamelde uitgangspunten en analyse van de beschikbare informatie.
^
Netcongestieanalyse en mogelijke contractvorming.
^
Energiebehoefte: herziene bepaling van de warmtevraag en benodigde systeemcapaciteit.
^
Voorkeursconcept: bijstelling op basis van analyse en aanscherping van de hoofdkeuzes in het systeemconcept.
^
Seizoensbuffering: onderzoek naar mogelijkheden binnen het gebied voor opslag en inzet over de seizoenen heen.
^
Ontwerp en ruimte: opzet en dimensionering van installaties en benodigde ruimte.
^
Business case: financiële en functionele uitwerking van investeringen, prestaties en uitvoerbaarheid.
^
Rapportage: vastlegging van bevindingen en voorstel in een compacte en navolgbare eindrapportage.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 15
/
A | Energiebehoefte en systeemrandvoorwaarden
Jaarbelastingduurkromme Warmte 2000
Warmte- en koudebehoefte Warmte bebouwing ^
Samenstelling van de behoefte: De totale warmtebehoefte (12.920
1800 1600 ^ 1400 ţ 1200 g, 1000
E 800 | 600 400 200
0
GJ) is opgebouwd uit ruimteverwarming (5.620 GJ) en warmtapwater
^■NOro^oifMLncũT-^NOfntûCJifNJincoT-^NorotûOiryjin OOi-ţ-T-T-fNfMfMrOrtim^t'Ĩ^LfìL/ILntÛtÛtÛNNSNCOCO roiDOirMLncOT-^NOmkDOifML/icò^-^NOro^GifMLncOT-t
(3.567 GJ). Daarnaast is er het hele jaar door sprake van een constant
ţ-T-!-fMfMfMroromro^ttLnuiLn^to^û^)NNScooò
thermisch verlies (3.732 GJ) via het leidingnet tussen de ^
Uren
warmtepompcentrale en de afnemers.
JBK ruimteverwarming [kWhJh]
JBK tapwater [kWhJh]
Seizoenpatroon: In het jaarpatroon warmtebehoefte is een duidelijk
JBK warmteverlies [kWhJh]
JBK totaal verwarming [kWhJh]
onderscheid zichtbaar: de zomerlast bestaat uitsluitend uit de vraag
Jaarpatroon Warmte
naar warmtapwater en de netverliezen. In de winterperiode komt hier de omvangrijke vraag voor ruimteverwarming bij. ^
Jaarbelastingduurkromme: De vermogensverdeling laat zien dat de piekbehoefte van circa 2 MW slechts gedurende een zeer klein aantal uren per jaar optreedt. Het grootste deel van de tijd is het benodigde vermogen aanzienlijk lager, wat de basislast van het systeem vormt.
2000
1800 1600 ^ 1400 “ 1200 Si 1000
E |
800 600 400 200
0 Uren
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 17
Warmte- en koudebehoefte Koudebehoefte bebouwing ^
Samenstelling van de vraag: De koudebehoefte (3.124 GJ) bestaat uit de vraag naar ruimtekoeling. In tegenstelling tot het warmtenet zijn de thermische verliezen in het distributienet hierbij verwaarloosbaar klein vanwege verwaarloosbare temperatuurverschillen tussen grond- en gekoeld water.
^
Seizoenpatroon: De koudevraag is bijna uitsluitend aanwezig in de zomermaanden.
^
Jaarbelastingduurkromme: De vermogensverdeling laat een scherpe piek zien die slechts gedurende een zeer beperkt aantal zomerse uren optreedt. Het overgrote deel van het jaar is het benodigde koelvermogen afwezig of zeer beperkt.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 18
Elektriciteitsverbruik Elektriciteitsverbruik woningen ^
Het elektriciteitsverbruik van woningen en utiliteitsbouw volgt een karakteristiek dagprofiel met twee duidelijke piekmomenten: in de vroege ochtend stijgt de vraag, waarna er in de middag een licht dal ontstaat waarna in de avond de vraag weer stijgt om vervolgens richting de nacht weer te dalen.
^
De hoogste belasting vindt plaats tijdens de avondpiek, wanneer de mensen thuis komen en het huishoudelijk verbruik fors stijgt als het gevolg van kookapparatuur, witgoed apparatuur en bijvoorbeeld verlichting en televisies.
^
Gedurende de nacht daalt de vraag naar een minimaal niveau, het zogeheten nachtdal, waarbij enkel nog sprake is van sluimerverbruik en continue processen.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 19
Laden elektrische auto's per uur
Elektriciteitsverbruik Elektriciteitsverbruik elektrische auto's ^ ^
25.000 20.000
Het verbruik is gebaseerd op woningtype-specifieke autoverhoudingen en een aandeel van 29% elektrische auto's in 2030 (conform E-laad).
15.000
Voor twee-onder-een-kapwoningen en vrijstaande woningen is uitgegaan
10.000
van een eigen oprit met privé laadpaal. Bewoners van appartementen en tussenwoningen laden bij publieke laadpunten, waarbij een ratio van één
ju
5.000
LU
0
laadpunt per vijf EV's is gehanteerd. ^
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Uren
De berekening maakt gebruik van profielen gebaseerd op het gemiddelde verbruik van een publieke laadpaal en een privé laadpaal. Om netcongestie in de avonduren te voorkomen, is voor publieke palen 'smart charging' (slim laden) verondersteld.
^
In het laadprofiel is te zien dat desondanks het gros van de auto's in de avonduren laadt.
^
De sterke stijging van het aantal EV's en het bijbehorende elektriciteitsverbruik is een kritisch aandachtspunt. Dit heeft directe impact op de doelstellingen voor de reductie van elektriciteitsaansluitingen en de algehele belasting van het elektriciteitsnet.
^
V2G (vehicle to grid) kan piekbelasting verlagen door autoaccu's tijdelijk
Aantal woningen
Aantal auto's
Aantal EV's in 2030
Aantal Publieke laadpalen
Aantal Privé laadpalen
Appartementen
294
359
104
21
0
Tussenwoning
217
360
104
21
0
Twee-onder-een kapwoning
81
162
47
0
47
Vrijstaande woning
27
54
16
0
16
Totaal
619
935
271
42
63
Bebouwing
terug te laten leveren aan het net/woning. Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 20
Opties in relatie tot netcongestie ^ Stokkelsche Akker ligt in een gebied met netcongestie op zowel het midden- als hoogspanningsnet; dit kan ook woningbouw (in)direct vertragen, ondanks aansluiting op laagspanning, doordat realisatie mede afhankelijk kan zijn van netuitbreidingen, transformatorcapaciteit, gebiedsontwikkeling en planning van de netbeheerder op hogere netniveaus. ^ Aanvragen op midden/hoogspanning komen op wachtlijsten. ^ Vanaf 1 juli 2026 vallen ook woning- en kleinverbruikaansluitingen onder het prioriterings- en wachtlijstsysteem; aanvragen vóór 1 juli (met omgevingsvergunning én huisnummerbesluit) worden nog regulier toegekend. Het is nog onduidelijk of bestaande projecten (zoals Stokkelsche Akker) die niet voor 1 juli een huisnummerbesluit kunnen overleggen, nog in aanmerking kunnen komen voor de gereserveerde of anderszins resterende capaciteit. ^ Veel 'energiehub'-instrumenten (groepstransportovereenkomst, cable pooling, gesloten distributiesysteem) zijn juridisch niet rechtstreeks toepasbaar voor woningen; uitzonderingen waren vooral experimenteel/indirect. ^ De energiegemeenschap is wél toegestaan voor woningen: gezamenlijk opwekken, opslaan en (onder voorwaarden) delen; dit levert geen extra gegarandeerde transportcapaciteit op, maar kan pieken verminderen en flexibiliteit vergroten.
Aanbevolen: tijdig aanvragen indienen, landelijke ontwikkelingen actief volgen en een energiegemeenschap verkennen. ^ Daarnaast moet er geanticipeerd worden op mogelijke deelname in pilot-trajecten van netbeheerders.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 21
Technische uitwerking
Structuurschema energiesysteem - Ontwerp DWA Verbinding tussen energienetwerken, producenten en afnemers cooler Zonnepanelen
Accu
"Gewone" laadpalen
Trafo Afleverset
Vehicle-to-Grid (V2G) laadpalen
kwvmeter
Warm te net 70Z40ņC Koudenet 20/12ŪC
Warmte- en koudeopslag (WKO) 15-35 meter 25-6 C
Elektriciteitsnet
Gasnet
Middelhoge Temperatuur opslag (MTO) 50 - 65 meter 55-25 C
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 23
Structuur energiesysteem Elementen warmte- en koudesysteem ^ Warmtepomp: het opwekken van warmte en gelijktijdig leveren van koude aan de woningen. ^ WKO: leveren van bronwarmte aan de warmtepomp en koude aan de gebouwen. ^
Gasketel C+ rookgasafvoer): leveren back-up/noodoplossing voor warmtepompen/seizoensopslag/buffer en absolute pieklast warmte.
^
Droge koeler: leveren van bronwarmte aan de warmtepomp met warmte uit de buitenlucht en regenereren van WKO indien onbalans tussen warmte en koude.
^
Seizoensopslag met MTO: gebruik van het elektriciteitsoverschot in de zomer om warmte te genereren en op te slaan voor de winter.
^
Dag/nacht opslag met buffervat (TTES): Een dag/nacht-warmtebuffer vangt korte termijn schommelingen in de vraag op. Het helpt de warmtepiekvraag tijdens netcongestie-uren op te vangen. Het slaat warmte op tijdens periodes met een lagere vraag en geeft deze af tijdens ochtend- en avondpieken.
^ Afleverset: thermische energie uitwisselen tussen binneninstallatie in gebouwen en warmte-en koudenet. ^ Warmte- en koudenet: leveren van warmte (70Z400Q en koude (20Z120Q aan de woningen en utiliteit. Gedurende het hele jaar dient er warmte geleverd te worden van circa 70 oc in verband met de levering van warmtapwater. ^
Gasnet: leveren van gas aan de gasketel vanuit het netwerk van Enexis.
^
E-ruimtes: voorzieningen voor omzetten en sturen elektriciteit van elektriciteitsnet.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 24
Zonnepanelen
'Gewone" laadpalen
Structuur energiesysteem
Vehicle-to-Grid (V2G) laadpalen
kWh-meter
Warmte- en koudeopslag (WKO) 15-35 meter
Elementen elektriciteitsnetwerk en -afnemers Middelhoge Temperatuur opslag (MTO) LJ 50 - 65 meter 55-250C
^ Zonnepanelen: opwekking van elektriciteit door middel van zonne-energie. ^ Transformatorhuisje: omzetten van spanning, verdeelpunt, netbeveiliging en spanningsbeheer. Verdeling tussen hoofdaansluiting vanuit netbeheerder naar het net voor Stokkelsche Akker. ^ Accu: opslaan van elektriciteit om pieken in de elektriciteitsvraag, periodes met weinig elektriciteitsopwekking en periodes met overproductie door zonnepanelen op te vangen. ^
KWh-meter: elektriciteitsmeter om het elektriciteitsverbruik van woningen, utiliteit, laadpalen en warmtecentrale te meten en de kosten te verrekenen.
^
Gewone laadpaal: laadpaal die enkel elektriciteit levert aan elektrische auto's.
^ V2G laadpaal: laadpaal die zowel elektriciteit levert aan elektrische auto's als elektriciteit uit accu's van auto's aan het net kan leveren. ^
Elektriciteitsnet: elektriciteitskabels die producentzijde en afnemerzijde met elkaar verbindt.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 25
Principeschema warmtepompcentrale Werking van warmtepompcentrale Lucht Regeneratie
WW: warmtewisselaar WAWA: water-waterwarmtepomp (bronwarmte van warmtepomp zit in het water en warmte wordt opgewaardeerd en overgedragen aan water)
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 26
Principeschema warmtepompcentrale Werking van warmtepompcentrale ^
Het principeschema geeft weer hoe de hoofdcomponenten met elkaar verbonden zijn en hoe de energiestromen kunnen lopen.
^
Er zijn verschillende bedrijfssituaties waarin de loop van de energiestromen verschillen. Aan de hand van de verschillende bedrijfssituaties word de werking toegelicht: ^
Zomer: periode met hogere buitentemperatuur, veel zonneenergie, lagere warmtevraag en hogere koudevraag.
^
Tussenseizoen: periode met gemiddelde buitentemperaturen, gemiddelde hoeveelheid zonne-energie, beperkte warmtevraag en lage koudevraag.
^
Winter: periode met lage buitentemperaturen, weinig zonneenergie, hoge warmtevraag met daarin het maximale verwarmingsvermogen en een zeer beperkte koudevraag.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 27
Principeschema warmtepompcentrale Bedrijfssituatie: zomer Zomer: periode met hogere buitentemperatuur, veel zonne-energie, lagere warmtevraag en hogere koudevraag.
^
In de zomer is er ruimte om de seizoensopslag te laden met de warmtepomp. Bij het laden wordt er veel zonne-energie gebruikt. In de zomer wordt de bebouwing gekoeld, hierbij komt warmte vrij die door de warmtepomp gebruikt kan worden voor het produceren van warmte voor het laden van de seizoensopslag. De warmtepomp levert dus hoofdzakelijk de koude. Indien dit onvoldoende is, kan de WKO aanvullend koude leveren door de koudebron te ontladen. Met de droge koeler kan er warmte worden geladen in de WKO, indien de warmte niet direct gebruikt kan worden door de warmtepomp.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 28
Principe warmtepompcentrale Bedrijfssituatie zomer In de grafiek is een voorbeeld te zien van het gedrag van de warmtepompcentrale op een zomerdag. De warmtepomp produceert nog steeds hoge temperatuur warmte (70oC) ten behoeve van de (veilige) tapwaterbehoefte. De MTO wordt geladen, ook met hoge temperatuur.
1500
In de nacht wordt de warmtepomp ingezet met als bron de droge koeler. In dagbedrijf wordt de warmtepomp ingezet met een combinatie van bronwarmte uit de droge koeler en warmte uit de woningen (waarbij de woningen worden gekoeld). De dagopslag wordt ontladen in netcongestie-uren en piekvraaguren van warmte. In de ochtend wordt deze niet ontladen omdat er genoeg zonne-energie beschikbaar is. De dagopslag wordt geladen op momenten dat er verwarmings- en elektrische capaciteit is. De donkere lijn door het staafdiagram is de warmtebehoefte
-1000
-1500 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Uren van de dag Som van Dagopslag ontladen [kWhth]
Som van Ontladen seizoensopslag [kWhth]
Som van Dagopslag laden [kWhJh]
Som van Seizoensopslag laden [kWhJh]
Som van Inzet warmtepomp - MTO, WKO, RK [kWhJh]
Som van Inzet warmtepomp - droge koeler [kWhJh]
Som van Totaal Verwarming [kWh th]
van de eindgebruikers.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 29
Principeschema warmtepompcentrale Bedrijfssituatie: tussenseizoen Tussenseizoen: periode met gemiddelde buitentemperaturen, gemiddelde hoeveelheid zonne-energie, beperkte warmtevraag en lage koudevraag.
Lucht
Tussenseizoen
^
In het tussenseizoen vind de switch plaats tussen laden en ontladen van de
O WW
seizoensopslag. Hierbij kunnen er ook periodes zijn waarbij de seizoensopslag niet wordt gebruikt, afhankelijk van vraag en aanbod van elektriciteit. ^
De warmtepomp krijgt zijn bronwarmte voor het grootste deel uit ruimtekoeling en de droge koeler. Indien dit niet afdoende is of de buitentemperatuur nog te laag is voor de inzet van de droge koeler, dan wordt de WKO ingezet.
^
De bronwarmte uit de droge koeler wordt voor het grootste deel direct gebruikt door de warmtepompen. Het voordeel hiervan is dat de droge koeler al bij lagere buitentemperaturen ingezet kan worden, omdat het laden van de WKO bij lage temperaturen niet efficiënt is. Doordat de droge koeler eerder wordt ingezet, wordt er minder warmte aan de WKO onttrokken, en hoeft de WKO minder geladen te worden met warmte. Omdat de warmte vanuit de droge koeler bovendien direct naar de warmtepomp gaat in plaats van via de WKO, kan de WKO uiteindelijk kleiner worden gedimensioneerd. Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 30
Principe warmtepompcentrale Bedrijfssituatie tussenseizoen 1500
In de grafiek is een voorbeeld te zien van het gedrag van de warmtepompcentrale op een dag in het tussenseizoen.
UļļU-TT lllllll
De MTO wordt geladen. In de nacht bij lagere buitentemperaturen wordt de warmtepomp ingezet met als bron de WKO. In de middag bij hogere buitentemperaturen wordt
■ II
de warmtepomp ingezet met als bron de droge koeler. De dagopslag wordt ontladen in netcongestie-uren en piekvraaguren van warmte. In de ochtend wordt
-1500 0
1
2
3
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
beschikbaar is.
Som van Dagopslag ontladen [kWhth]
Som van Ontladen seizoensopslag [kWhth]
De dagopslag wordt geladen op momenten dat er
Som van Dagopslag laden [kWhJh]
Som van Seizoensopslag laden [kWhJh]
verwarmings- en elektrischecapaciteit is.
21
22
23
Uren van de dag
deze niet ontladen omdat er genoeg zonne-energie t
8
h Som van Inzet warmtepomp - MTO, WKO, RK [kWh th]
Som van Inzet warmtepomp - droge koeler [kWhth]
Som van Totaal Verwarming [kWhJh]
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 31
Principeschema warmtepompcentrale Bedrijfssituatie: winter Winter: periode met lage buitentemperaturen, weinig zonne-energie, hoge warmtevraag met daarin het maximale verwarmingsvermogen en een zeer beperkte koudevraag. ^
In de winter wordt de seizoensopslag ontladen. De seizoensopslag is geladen tot 55 T. Dit betekent dat maximaal 50% van het verwarmingsvermogen door de seizoensopslag kan worden geleverd. Gedurende het ontlaadseizoen daalt de temperatuur in de warme bron tot 42 T. Hierdoor neemt het aandeel van het verwarmingsvermogen dat door de seizoensopslag kan worden geleverd af naarmate het winterseizoen vordert.
^
Als het water uit de MTO is afgekoeld tot ongeveer 42 °C (retourtemperatuur + verlies over de warmtewisselaar), kan het verder worden afgekoeld door de warmtepomp, waarbij het dient als bronwarmte. Dit resulteert in een hoge COP van de warmtepomp, waardoor het benodigde elektrische vermogen van de warmtepomp beperkt blijft.
^
Als noodoplossing kan de gasketel worden ingezet om de warmtelevering te garanderen. Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 32
Principe warmtepompcentrale Bedrijfssituatie winter In de grafiek is een voorbeeld te zien van het
1000
gedrag van de warmtepompcentrale op een winterdag. Aan het begin van de nacht, bij lage elektriciteitsvraag, wordt de dagopslag geladen zodat de ochtendpiek kan worden gedekt. De MTO wordt ontladen om de elektriciteitsvraag te verminderen. De warmtepomp wordt ingezet met als bron de MTO wat zorgt voor een hoge COP.
10
De dagopslag wordt ontladen in netcongestie-
Uren van de dag
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
uren en piekvraaguren van warmte.
Dagopslag ontladen [kWhth]
Ontladen seizoensopslag [kWh th]
De dagopslag wordt geladen op momenten dat er
Dagopslag laden [kWhJh]
Seizoensopslag laden [kWhJh]
voldoende verwarmings- en elektrische capaciteit
Inzet warmtepomp - MTO, WKO, RK [kWhth]
Inzet warmtepomp - droge koeler [kWh th]
is zodat de belasting in de piekmomenten wordt
Totaal Verwarming [kWh th]
21
22
beperkt.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 33
23
Dimensionering hoofdcomponenten warmtepompcentrale Warmteconfiguratie ^
Warmtepompen: Gedimensioneerd op de verwarmingslast (minimalisatie gasketelinzet) en het laden van de seizoensopslag. Een grotere capaciteit is
Hoofdcomponenten
Eenheid
Waarde
Warmtepomp
kWth
1.200 3 WP x 400 kWth
Gasketel
kWth
1.075 3 GK x 360 kW
WKO
mVh
60 3 doubletten
MTO
mVh
25 1 doublet
Dag/nacht buffer (tank)
m3
50 5 x 10
Droge koeler
kW
825
Distributiepompen warmte
mVh
60
Distributiepompen Koude
mVh
130
economisch niet rendabel vanwege de hogere investeringskosten t.o.v. de beperkte extra elektriciteitsbenutting in de zomer. De voorkeur gaat uit naar het plaatsen van meerdere warmtepompen (of bv in serie of parallel) vanwege de bedrijfszekerheid en het efficiënte functioneren van warmtepompen bij deellast. De warmtepompen komen naast elkaar in de ruimte voor de energiecentrale. ^
Gasketel: Functioneert als back-up en pieklastvoorziening (piekvraag minus warmtepompvermogen). Hiermee is de levering geborgd bij calamiteiten of onderhoud aan de MTO, buffers of warmtepomp.
^
WKO: gedimensioneerd op warmte ontladen, levering van bronwarmte aan de warmtepomp. In de zomer levert de warmtepomp door het gebruik van de bronwarmte vanuit ruimtekoeling een aanzienlijk deel van de ruimtekoeling. Warmte wordt dan op 'lage' temperatuur opgeslagen. ^
Specificaties: Bij 70 aC bedraagt de COP ±3,1. Een warmtepomp van 1.200 kWth vraagt dan 800 kW bronwarmte. De WKO levert hiervan 400 kW (bij 60 m37h), de rest wordt aangevuld door de MTO (winter) of droge koeler (zomer). De warmtepompen kunnen schakelen tussen het circuit van de MTO en WKO's.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 34
Dimensionering hoofdcomponenten warmtepompcentrale Warmteconfiguratie ^
Dag/nacht buffer (tank): Geïsoleerde opslagvaten, die bovengronds worden opgesteld, waarin warm CV-water wordt opgeslagen om binnen 24 uur te gebruiken. Deze voorziening wordt toegepast om schakelingen van het MTO de beperken en bij pieklast het elektriciteitsnet te ontzien.
^
MTO: Geoptimaliseerd voor laden warmteopslag in de zomer en reductie van het elektrisch piekvermogen en verbruik in de winter.
^
Droge koeler: Voorziet de warmtepomp van bronwarmte en laadt, indien de buitentemperatuur dit toelaat, de WKO bij.
^
Distributiepompen: Gedimensioneerd op de piekvraag van warmte en koude.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 35
Warmteopslag Van PTES naar ander opslag techniek Waar Innoforte van uitging ^
Voorkeursconcept met een middentemperatuurnet en centrale warmtepomp mét seizoensopslag als "grote buffer"-oplossing (PTES-achtige gedachte: centraal, groot volume).
^
WKO vooral als oplossing voor koeling/bron, niet als hoofdroute voor seizoensopslag.
Welke opslagtechnieken DWA heeft onderzocht: brede verkenning ^
Aquifer-opslag: WKO Z MTO Z (HTO als variant).
^
PTES (pit/opengraving met water), TTES (tankopslag), BTES (boorgatenveld).
^
Modulaire waterbuffers (zoals Hocosto) en innovatieve materialen (PCM/TCM). ^
Allen minder passend op schaal/efficiëntie/kosten/volwassenheid/ruimtelijke/visuele impact t.o.v. watergedragen aquifer-opslag.
Hoe dit convergeerde naar WKO/MTO ^
Aanvankelijk was een open bodemenergiesysteem niet in scope vanwege strenge grondwater- en vergunningskaders in Noord-Brabant.
^
Verdiepend onderzoek laat zien dat een WKO/MTO-oplossing in deze context toch haalbaar kan zijn, mits goed onderbouwd en vergund.
^
Daardoor verschuift de voorkeursrichting naar ondergrondse opslag in aquifers: MTO voor seizoenswarmteopslag gecombineerd met WKO voor koeling en flexibiliteit.
^
Onderzoek naar warmteopslag-technieken voor het energiesysteem Stokkelsche Akker is als separate notitie opgeleverd.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 36
Aanvullend onderzoek naar seizoensgebonden warmteopslag - reikwijdte en aanpak Context, onderzochte technologieën en de wijze waarop deze werden beoordeeld ^ Het conceptontwerp voor Stokkelsche Akker combineert WKO, een centrale warmtepomp en een middentemperatuurwarmtenet. In deze opzet speelt seizoensgebonden warmtebuffering een doorslaggevende rol. ^ Een seizoensgebonden buffer heeft aanzienlijke gevolgen voor het ruimtelijk plan (voetafdruk, locatiekeuze, boven- versus ondergronds), de systeemarchitectuur (warmtepomp, elektriciteitsbehoefte) en de business case. ^ De gemeente Eersel heeft behoefte aan een gestructureerde vergelijking van de opties om weloverwogen ontwerpbeslissingen te kunnen nemen voordat het schetsontwerp wordt afgerond.
Overwogen technologieën ^
^ ^ ^ ^ ^
ATES in drie temperatuurbereiken — WKO ^25 °C), MTO (25-60 °Q, HTO ^60 °C) PTES — beklede waterput TTES — bovengrondse geïsoleerde tank BTES — boorgatveld in grond/gesteente Hocosto — ondergrondse modulaire waterbuffers In het kort: PCM's (faseverandering) en TCM's (thermochemisch)
Vergelijkingspunten Technische geschiktheid voor de locatie in Eersel - invloed van de ondergrondse geologie, grondwaterdruk en -stroomsnelheid (40-120 m/jaar), continuïteit van de kleilaag, beschikbare diepte Temperatuur & prestaties - bruikbaar temperatuurbereik, max. AT, seizoensgebonden rendement, energiedichtheid Maturiteit (TRL) - trackrecord en beschikbaarheid van Nederlandse/EU-precedenten Systeemintegratie - interactie tussen centrale warmtepomp en elektriciteitsvraag; methode om te leveren op het niveau van ~65 0C dat nodig is voor ruimteverwarming en warm water Ruimtelijke gevolgen - benodigde oppervlakte (m2), boven- versus ondergronds, potentieel voor dubbel gebruik, visuele impact Kosten - indicatieve CAPEX (f of f/m3) en LCOH (levelized cost of heat) (f/MWh). LCOH drukt de gemiddelde kosten per MWh geleverde warmte uit over de levensduur van het systeem, waarbij CAPEX, OPEX en efficiëntieverliezen worden gecombineerd tot één vergelijkbaar cijfer. Subsidie - aanvraag (WIS, SDE++, DEI+)
Samenvatting — Vergelijking van technologieën Technologie
Opslagmedium
Max. temp. (0C)
Max. AT (0C)
TRL Z volwassenheid
Investering
Seizoensgeb onden rendement
Ruimtelijke vereisten
Geschiktheid voor Eersel
ATES — WKO (lage temperatuur)
Grondwater in watervoerende laag
c 25
~ 5-10
Volwassen (9)
Laag ^10/m3
70-90 0/
Alleen putten + technisch gebouw
Haalbaar
ATES — MTO (mid-T)
Grondwater in watervoerende laag
25-60
~ 20-40
Opkomend (7-8)
Laag-Gemiddeld
60-85 0/
Alleen putten + technisch gebouw
Haalbaar in afwachting van verder onderzoek
ATES — HTO (hoge temperatuur)
Grondwater in watervoerende laag
60
~ 40-60
Demonstratie (7)
Gemiddeld
60-80 0/
Alleen Wells + tech. gebouw
Waarschijnlijk niet haalbaar in de beschikbare ondergrond
PTES
Water (beklede put)
80-85
~ 60-75
Volwassen in de EU (8-9)
i 60-90/m3
70-90 0/
Groot (1.900-2.800 m2)
TTES
Water (stalen/betonnen tank)
~ 95
~ 60-85
Volwassen (8-9)
i 110-140 /m3
90-95 0/
900-1100 m2 oppervlakte, 20-25 m hoog
BTES
Grond Z gesteente (boorgaten)
~ 60-80
~ 20-40
Volwassen (9)
Laag-Gemiddeld i 30-50/m3
40-90 0/
Ondergronds; oppervlak bruikbaar
Hocosto (modulair)
Water (ondergrondse modules)
~ 85
~ 70
Commercieel (8)
i 350-375 /m3
Matig
~ 500 m2 Z eenheid, 8 eenheden (ondergronds)
PCM's
Faseveranderingsmateriaa l
~ 30-90
Smal (nabij Tm)
Laag (3-5)
Zeer hoog
Niet bewezen
Compact (hoge dichtheid)
Niet aanbevolen
TCM's
Zouthydraten Z sorptiemiddelen
80-150
Hoog (chemisch)
Laag (3-5)
Zeer hoog
Bijna 0 / verlies*
Compact (hoge dichtheid)
Niet aanbevolen
Technologie
CAPEX
LCOH (C/MWh)
Problemen met grondwater Sterke kandidaat, relatief duur Suboptimaal vs ATES Haalbaar tegen hoge kosten
OPEX (C/jaar)
Conclusie Laag
Hoog
Laag
Hoog
Laag
Hoog
PTES
e 3.122.000
e 4.683.000
e 344
e 511
e 31.200
e 46.800
TTES
3.679.000 euro
e 4.682.000
e 371
e 571
e 18.400
e 93.600
BTES
e 2.625.000
e 4.375.000
e 334
e 672
e 52.500
e 175.000
HOCOSTO
e 8.400.000
e 9.000.000
e 903
e 1.096
e 84.000
e 180.000
HTO
e 1.239.000
e 1.239.000
e 97
e 114
e 77.500
e 77.500
WKO
e 336.000
e 672.000
e 24
e 44
e 3.360
e 20.200
MTO
e 575.000
e 975.000
e 48
e 67
e 35.800
e 59.300
Gestapelde WKO/MTO ATES- en TTES-systemen komen naar voren als de twee haalbare opties. Gezien de aanzienlijk hogere CAPEX- en LCOH-kosten van TTES, in combinatie met de visuele impact van een tank van 20-25 m op de omwonenden, bevelen wij een gestapelde WKO/MTO ATES-configuratie aan — onder voorbehoud van gericht hydrogeologisch onderzoek om de continuïteit van de kleilaag en de grondwateromstandigheden te bevestigen.
Het volledige rapport is te vinden in de bijlage
Warmteopslag ATES WKO/MTO (Aquifer thermal energy storage) ^
^
^
WKO — Low temperature
ATES is een open systeem dat grondwater uit watervoerende lagen gebruikt als seizoensgebonden warmte- en koude-opslag. Drie bedrijfsmodi - die zich onderscheiden op basis van temperatuur - stellen verschillende eisen aan de geologie ter plaatse, de wettelijke procedures en technische installaties.
< 25 0C Mature in the Netherlands (3,000t systems). Cooling delivered directly; heating typically via
ATES is een systeem met doubletten (warme- en koudebron). De systemen staan in open verbinding met watervoerende lagen en maken gebruik van grondwater dat via gedeeltelijk geperforeerde buizen wordt onttrokken en geïnfiltreerd. Het koude of warme grondwater wordt door een warmtewisselaar geleid voordat het weer in de bodem wordt geïnfiltreerd.
a heat pump.
MTO — Medium temperature
Vanwege regelgeving ter bescherming van de grondwaterkwaliteit in Noord-Brabant gelden er beperkingen voor het boren in de ondergrond. Open systemen kunnen tot een diepte van 80 m reiken, of tot aan de afsluitende kleilaag ^80m).
^
In Eersel wordt seizoensgebonden thermische opslag gerealiseerd via een gecombineerde ATES-opstelling waarin zowel WKO als MTO zijn geïntegreerd. WKO is in Nederland volwassen; MTO is in opkomst.
^
Een MTO-systeem op ware grootte wordt momenteel ontwikkeld in Andel (Noord-Brabant), onder dezelfde grondwaterautoriteit (ODZOB), in de tweede watervoerende laag op 67-85 m en begrensd door kleilagen boven en onder. Het opslagvolume bedraagt 1.370.000 m3 met 4 warme en 6 koude putten en een gecombineerde doorstroming van 390 n^/u. Het project krijgt vergunning ondanks aangescherpte grondwaterregels, wat een nuttig precedent schept.
^
Niettemin zal een omvangrijk onderzoeks- en monitoringprogramma nodig zijn om een vergunning te verkrijgen. Daarnaast is gericht hydro-geologisch onderzoek noodzakelijk.
~ 25-60 °C Emerging. Andel MTO under same authority Omgevingsdienst Zuidoost-Brabant (ODZOB) — strong precedent.
HTO — High temperature
> 60 °C Demonstration stage. Requires a deeper aquifer (100-400 m), saline groundwater and a reliable caprock — unlikely at Eersel.
ATES (WKO Z MTO) — Stokkelsche Akker |
1
ATES-configuratie voor Stokkelsche Akker Geologie van het watervoerende pakket en terreinomstandigheden *
Seizoensgebonden warmteopslag wordt gerealiseerd via een gecombineerde ATES-opstelling waarin zowel WKO als MTO zijn geïntegreerd. WKO is in Nederland een beproefde technologie; MTO in aquifers is nog in opkomst, maar het MTO-systeem in Andel, dat onder dezelfde grondwaterbeheerder (ODZOB) valt, vormt een regionaal precedent.
*
De voorgestelde MTO-aquifer ligt hemelsbreed op ongeveer 800 m van de locatie en bestaat uit ideaal grof tot middelgrof zand, met een dikte van 15-18 m, begrensd door:
*
*
*
*
een bovenste kleilaag (7-15 m dik) boven een diepte van ongeveer 48 m
*
een onderste kleilaag op een diepte van ongeveer 63-66 m
De belangrijkste beperking voor het potentieel van de watervoerende laag is het haalbare debiet. Op basis van de beperkte beschikbare gegevens wordt dit geschat op ongeveer 15-20 mVu. Over een periode van ongeveer 3.000 bedrijfsuren komt dit neer op een totaal overdraagbaar volume van ongeveer 60.000 m3. Gezien de ruimtelijke omvang van de geïdentificeerde watervoerende laag is er meer dan voldoende ruimte beschikbaar om aan deze opslagbehoefte te voldoen. Een tweede, dikkere aquifer in fijner zand bevindt zich op 10-35 m, gescheiden van de diepere formatie door een circa 13 m dikke kleilaag. Deze heeft ook een bovenste afsluitende kleilaag van circa 7 m dik. Om de watervoerende laag te bereiken is een sleuf met vier leidingen (WKO + MTO aanvoer/retour) van ongeveer 800 m nodig. Moderne thermisch geïsoleerde leidingen maken warmteverliezen verwaarloosbaar, maar het aanleggen van de leidingen brengt aanzienlijke investeringskosten met zich mee. Er zijn drie paar WKO-bronputten nodig om aan de verwachte koelvraag te voldoen en bronwarmte te leveren.
Het gemarkeerde gebied vormt het meest veelbelovende stuk grond rondom de locatie Stokkelsche Akker, op basis van de beschikbare boorgatgegevens op Dinoloket.nl
Configuratie van de locatie en de put
Waarde
Afstand tot de locatie
~ 800 m
MTO diepte/dikte van de watervoerende laag
~ 48-66 mZ15-18 m
Watervoerend materiaal
Grof/middelgrof zand
WKO diepte/dikte van de watervoerende laag
10-35 m / 25m
Watervoerend materiaal
Fijn zand
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 40
Gebruik en flexibiliteit Het potentieel van gestapelde watervoerende lagen en de rol van de dag-nachtbuffer ^ ^
MTO is relatief inflexibel in het gebruik, het omschakelen tussen opladen en ontladen is doorgaans beperkt tot één overgang per seizoen. WKO is dynamischer en biedt flexibiliteit op korte termijn, het kan binnen een seizoen meerdere keren schakelen tussen koeling en verwarming.
^
Een gestapelde aquiferconfiguratie wordt haalbaar geacht: de ondiepere fijnzandige aquifer voor WKO en de diepere aquifer voor MTO. Precedent: WarmteStad Groningen heeft een ATES met gestapelde aquifers voor ongeveer 10.000 woningen ontwikkeld.
^
Eén gezamenlijke boorlocatie voor WKO en MTO kan de mobilisatiekosten verlagen, maar het boren door de tussenliggende kleilaag is het grootste risico, dit kan thermische vermenging tussen de aquifers en verlies van de scheidingsfunctie veroorzaken.
^
Een gestapelde aquiferconfiguratie helpt om de impact van het warmteverlies van de MTO te verkleinen. De verloren warmte vanuit de MTO wordt namelijk voor een deel opgevangen door de bovenliggende WKO.
WKO-DOUBLET
WARMTEPOMP
[KOUDE AQUIFER]
MTO-DOUBLET
(WARMERE AQUIFER)
ZAND (0-3m) KLEI (3-10m)
om
Eigenschap
WKO
MTO
Temperatuur
< 25 T
~ 25-60 DC
Levensduur in NL
Volwassen
Opkomend
Flexibiliteit
Dynamisch
Seizoengebonden
Omschakelingsfrequentie
Meerdere per dag
1 x per seizoen
Functie in de opstelling
Koeling + bron
Warmteopslag
Aantal eenheden
3 doubletten
1 doublet
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 41
Elektriciteitsopslag Soort en inzet van elektriciteitsopslag Doel ^ Zorgt ervoor dat kortetermijnverschillen (van uur tot dag) tussen lokale opwekking en vraag worden opgevangen, waardoor de piekimport uit het net ^
tot 30% van het referentiescenario wordt beperkt Verhoogt het eigen verbruik van zonnepanelen door overschotten overdag op te slaan in plaats van ze naar het net te sturen
^ ^
Compenseert het stroomverbruik van huishoudens, het opladen van elektrische auto's en warmtepompen Kortetermijnbalansregeling voor elektriciteit (per uur tot per dag)
Zomer ^ ^ ^
De opbrengst van zonne-energie overtreft regelmatig de elektriciteitsvraag overdag. De accu slaat overtollige zonne-energie op die anders zou worden afgeschakeld of geëxporteerd Ontladingen tijdens avondpieken, wanneer de zonne-energieproductie afneemt maar de vraag van huishoudens hoog blijft. Winter ^ ^ ^
De opbrengst van zonne-energie is lager dan de elektriciteitsvraag. De accu vlakt pieken in de elektriciteitsvraag af. De accu wordt geladen op momenten dat er overcapaciteit ten opzichte van de elektriciteitsaansluiting beschikbaar is, oftewel wanneer elektriciteit niet direct wordt gebruikt door huishoudens, het verwarmingssysteem of andere verbruikers. Op deze manier wordt de beschikbare elektriciteitsaansluiting zo efficiënt mogelijk benut. Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 42
Lokale elektriciteitsopwekking Uitgangspunt elektriciteitsopwekking met PV-panelen ^
Totale capaciteit van zonnepanelen (eindsituatie): ca. 3.915 kWp.
^
Dit komt neer op in totaal 8.700 zonnepanelen van 450 Wp met afmeting van ca. 1,8x1,1 m. Bij het oppervlak voor zonnepanelen wordt rekening gehouden met het aantal woningen
Vermogen zonnepanelen [kWe]
per dak, of het dak hellend of vlak is, en een standaardfactor om het dakoppervlak om te 2000
rekenen naar het zonnepanelenoppervlak.
1800
Het uitgangspunt is dat appartementen/utiliteit platte daken hebben en
1600
rijtjeshuizen/vrijstaande woningen hellende daken hebben.
1400
Op platte daken kunnen panelen in elke richting worden geplaatst. Het uitgangspunt is: 1/3 zuid, 1/3 oost, 1/3 west. De hoek is 35 graden, wat optimaal is voor de opbrengst. Op hellende daken wordt het volledige potentiële oppervlak benut. Daarom wordt aangenomen dat de panelen voor Va naar het zuiden, noorden, oosten en westen zijn gericht. Zuidgerichte systemen maximaliseren de jaarlijkse opbrengst, terwijl oost- en west-gerichte systemen de piekproductie rond het middaguur verminderen en de opbrengst verschuiven Uren van de dag
naar respectievelijk de ochtend- en avonduren. Noordgerichte panelen leveren met name op basis van diffuus licht. Om zo veel mogelijk dakoppervlak te benutten zijn deze ook
-Winter
------ Zomer
— Lente
------- Herfst
meegenomen in de berekeningen. ^
Door de verschillende hoeken van de geplaatste panelen is het vermogen gedurende de dag verschillend in de verschillende seizoenen. Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 43
Elektriciteitsaansluiting Enexis Uitgangspunt beschikbare aansluiting vanuit het net voor (terug)levering: 340 kWe
STAP 1 - INVOERPROFIELEN (uurresolutie, volledig jaar) ^ ^ ^
Elektriciteit: Som per huishoudtype: I (n x jaarlijkse vraag) Ruimtevermarming: Individuele lucht-water warmtepomp per woning COP ^ 3,5 Ruimtekoeling: Elektrische koeling per woning COP ^ 4,4 EV-laden: Identiek aantal EV's in basis- en ontworpen configuratie
STAP 2 — BEREKENINGSMETHODE: COMBINATIE VAN UURPROFIELEN Procedure: van individuele profielen 1. 2. 3.
4.
gelijktijdige netbelasting
jaarmaximum
Profielen: Er zijn verbruiksprofielen opgesteld voor elektriciteit, ruimteverwarming, ruimtekoeling en het opladen van elektrische voertuigen voor een volledig jaar (8.760 uur) (dezelfde profielen als in de simulatie worden gebruikt, om een eerlijke vergelijking mogelijk te maken). Synchroniseren profielen: Profielen zijn op dezelfde tijdsas gezet, zodat verbruik tussen componenten en woningen correct optelt. Optellen per uur: Per uur zijn alle componenten gesommeerd. Er wordt aangenomen dat alle woningen zijn uitgerust met individuele warmtepompen die zowel voor verwarming als voor koeling zorgen. Het benodigde verwarmings- en koelvermogen wordt met behulp van de COP-waarden omgerekend naar KWe. Jaarlijkse maximum vaststellen: De jaarreeks van de totale wijkvraag (rekening houdend met gelijktijdigheid) wordt geanalyseerd; het hoogste uur is de piekbelasting van het basisscenario. Piekvraag basisscenario Maximum gelijktijdige netafname over een volledig jaar
30o7o
1.138kWe
^
340 kWe
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 44
Dimensionering hoofdcomponenten elektriciteitsnet Totstandkoming van de dimensionering ^
De dimensionering is gericht op het realiseren van de gestelde doelen voor de netaansluiting en het maximale elektriciteitsnetgebruik.
^
Bij het vaststellen van de benodigde PV-capaciteit en batterijopslag bleek de gewenste energetische autonomie van 70% de kritische factor, in plaats van de omvang van de elektriciteitsaansluiting.
^
Het uitgangspunt is dat alle zonnepanelen op de beschikbare dakoppervlakken worden geplaatst. Indien dit onvoldoende ruimte biedt, kunnen parkeerplaatsen of
Hoofdcomponenten
DWA
Elektriciteitsaansluiting
[kWe]
340
Zonnepanelen woningen
[Wpiek]
16.500 m2 zonnepanelen
Zonnepanelen utiliteit
[Wpiek]
1.429 m2 zonnepanelen
[kWh/kW]
8.000/4.000
3.600.000
gevels als alternatieve locaties worden benut. Het uitgangspunt is dat één zonnepaneel 450 Wpiek is en een oppervlakte heeft van circa 2 m2. Er zullen dus ongeveer 8.700 PV-panelen moeten worden geplaatst. ^
Accu
315.000
Het bereiken van een autonomie van 65% is relatief eenvoudig, de resterende 5% om tot de doelstelling van 70% te komen, vereist echter een forse investering in extra panelen of opslag. Er is gekozen voor een grotere accucapaciteit. Dit biedt meer zekerheid tijdens de wintermaanden, omdat er een grotere reserve beschikbaar is om periodes met weinig zonne-energie te overbruggen. Daarbij heeft dit minder impact qua ruimtebeslag ten opzichte van het plaatsen van meer panelen.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 45
Principe elektriciteitsnet Bedrijfssituatie zomer ^
In de zomer wordt bijna geen elektriciteit van het elektriciteitsnet gebruikt en bijna alleen maar energie van de zon. Een deel van de geproduceerde-energie kan niet worden gebruikt omdat de accu's vol zitten en niet meer dan de aansluitingscapaciteit teruggeleverd kan worden (curtailen).
^
Met V2G worden de elektriciteitspieken in de avond voor het grootste deel opgevangen. In de zomer en het tussenseizoen wordt de accu vaker ingezet, zodat er 's middags ruimte is om de accu te laden met zonne-energie. Veelal zijn er namelijk minder auto's beschikbaar in de middag, en kan er dus minder geladen worden.
^
In de nacht wordt de accu ontladen zodat deze in de middag geladen kan worden met zonne-energie.
PS: de oranjebruine en licht blauwe lijn zijn percentages en dienen van de verticale rechteras afgelezen te worden. Som van (beschikbare) capaciteit elektriciteitsaansluiting [kWe] : dit is de elektriciteitsaansluiting van 340 kWe die continu beschikbaar is. Zolang de staven binnen het groene vlak (duurzame opwekking) blijven wordt het elektriciteitsnet niet gebruikt.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 46
Principe elektriciteitsnet Bedrijfssituatie tussenseizoen ^
In het tussenseizoen wordt (bijna) al de zonneenergie gebruikt en op de momenten dat het noodzakelijk is het elektriciteitsnet.
^
Met V2G worden de elektriciteitspieken in de avond voor het grootste deel opgevangen. Er wordt dan ca 180 kWe vanuit de V2G accu's ontladen.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 47
Principe elektriciteitsnet Bedrijfssituatie winter ^
In de winter wordt al de zonne-energie gebruikt en vaak continu de maximale capaciteit van het elektriciteitsnet.
^
Met V2G worden de elektriciteitspieken in de avond voor het grootste deel opgevangen.
Som van Capaciteit elektriciteitsaansluiting [kWe] Som van Duurzame opwekking [kWh] Som van Ontladen V2G accu effectief bruikbaar negatieve weergave [kWh] Som van Laden accu inclusief verlies [kWh] Som van Ontladen accu effectief bruikbaar negatieve waarde [kWh] Som van Laden V2G accu inclusief verlies [kWh] Som van Elektriciteitsverbruik EV 2030 kWh] Som van Elektriciteitsverbruik woningen + utiliteit [kWh] Som van Elektriciteitverbruik koeling [kWh] Som van Elektriciteitverbruik warmte [kWh] Som van SOC V2G Accu [96]
Som van SOC accu [96]
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 48
Scores op de prestatie-indicatoren ^
^
Bij het ontwerpen van het energiesysteem is gestuurd op het behalen van de doelen: ^
70X van elektriciteit zelf opwekken gedurende hetjaar;
^
een piekbelasting op het elektriciteitsnet heeft van maximaal 30X van een regulier all-electric scenario.
De warmtepompcentrale verliest relatief veel warmte in de seizoensoplag (rendement
Elektriciteitsaansluiting
[kW]
340
75%, dus 25% verlies) en het warmtenet (6 GJ per woning). Desondanks zijn de
Elektriciteitsverbruik
[MWh]
3.850 (a)
duurzaamheidsprestaties goed. Dit komt doordat het merendeel van de gebruikte
Elektriciteitsverbruik van elektriciteitsnet
[MWh]
1.590 (b)
Het warmteverlies van 6 GJ per woning is gebaseerd op andere warmtenetten met een
Elektriciteitsverbruik van zonnepanelen
[MWh]
2.260
vergelijkbaar temperatuurregime en een vergelijkbare leidinglengte per woning. Het
Elektriciteit teruggeleverd
[MWh]
430 (c)
warmteverlies is lastig verder te verlagen. De belangrijkste aandachtspunten hierbij zijn
Elektriciteit vernietigd
[MWh]
690
ra
30%=(b -cj/a
elektriciteit afkomstig is van de zonnepanelen, en dus 100% hernieuwbaar is. ^
Prestaties
een efficiënt leidingtracé en goede isolatie. ^
De primaire energiefactor (PEF) is vooral relevant voor BENG2. Deze factor geeft aan hoeveel primaire energie nodig is voor de productie en levering van warmte en koude.
^
Elektriciteit van elektriciteitsnet
De PEF staat gelijk aan 1 gedeeld door het equivalent opwekrendement (EOR). Een
Duurzaamheidprestaties warmtepompcentrale
lagere PEF betekent een beter EOR en dus een betere score voor BENG2.
EOR
De primaire hernieuwbare energiefactor (HEF) is belangrijk voor BENG3. Deze factor geeft aan welk aandeel van de benodigde energie afkomstig is uit hernieuwbare
3007,
Warmte
Koeling
ra
27107,
10.50007,
HEF
ra
7307o
9907,
PEF
ra
3707o
107o
bronnen, zoals buitenlucht en bodemenergie (WKO). Primaire energie betreft het fossiele energieverbruik dat nodig is om energie, in dit geval enkel elektriciteit, te produceren en te leveren, zoals aardgasverbruik. Voor elektriciteit wordt gerekend met een opwekkingsrendement van 69% (NTA-8800). Een deel van de elektriciteit wordt nog opgewekt met gas.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 49
7
6 | Ruimtelijke en planologische inpasbaarheid
Leidingtracé Route van het leidingtracé In de kaart is het leidingtracé weergegeven die alle afnemers en producenten met elkaar kan verbinden. Het is niet precies bekend waar gebouwen komen en welk type gebouwen er komen dus het leidingtracé geeft enkel een indicatie. Op hoofdlijnen is het leidingtracé van het warmte-, koude- en elektriciteitsnet hetzelfde. Het leidingtracé heeft een lengte van ca. 3.200 meter, voor iedere afnemer is nog wel een aftakking, de aansluitleiding, nodig. Een inschatting is dat dit ongeveer 3.750 meter in totaal is. De totale lengte per woning komt hiermee uit op ongeveer 11 meter.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 51
Leidingtracé Route van het leidingtracé ^
Bij met name het warmte- en koudenet verschilt de benodigde ruimte in de ondrgrond afhankelijk van het aantal afnemers dat achter het net zitten. De sleufbreedte loopt van maximaal 2,35 meter tot minimaal 1,3 meter zoals in de afbeeldingen is weergegeven. ^
De warmtenetleidingen zijn geïsoleerd om het warmteverlies te beperken. Een aanzienlijk deel van de diameter van een warmtenetleiding bestaat uit isolatie. Uitgangspunt zijn staal-pur-PE leidingen.
^
De koudenetleidingen zijn niet geïsoleerd. Het debiet is echter wel hoger, vooral door een lager temperatuurverschil tussen aanvoer en retour, waardoor het verschil in diameter beperkt blijft. Uitgegaan wordt van kunststof leidingen (HDPE).
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 52
Technische benodigde ruimte Ruimteclaim ŭ randvoorwaarden (planologische borging) De ruimtebehoefte bestaat uit drie delen: 1.
Energiecentrale-gebouw-footprint.
2.
Buitenopstellingen componenten/onderdelen (koeler/buffers/accu).
3.
Logistiek ŭ veiligheidszones (toegang, onderhoud, brandweerroute).
Locatie-eisen hoofdcomponenten: ^
dichtbij het hoofdleidingtracé (warmte/koude) om leidinglengtes en verliezen te beperken;
^
voldoende afstand tot gevoelige functies i.v.m. geluid en veiligheid;
^
goede bereikbaarheid voor aanleg en onderhoud (vrachtverkeer/kranen).
Planologische aanpak: ^
borg in het gebiedsconcept een reserveringszone (met bandbreedte), zodat de exacte uitwerking later technisch kan worden geoptimaliseerd zonder herziening van het plan.
Financieel: ^
bouwkundige kosten voor de techniekruimte zijn onderdeel van de raming; uiteindelijke kosten hangen mede af van architectuur en inpassing.
Voorstel: ruimteclaim-overzicht (zones en m2) verwerken in gebiedsconcept/omgevingsplan zodra definitief afgestemd.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 53
/
I | Business case Ä
eindgebruikerskosten
Investeringskosten De investeringskosten geven een eerste indicatie van de orde van grootte van de benodigde investering voor het collectieve energiesysteem in Stokkelsche Akker. De raming is opgesteld op schetsontwerpniveau en omvat de belangrijkste onderdelen van het systeem, zoals opwekking, distributie, elektrische installaties, energieopslag, PV, laadinfra en bouwkundige voorzieningen. Daarnaast is rekening gehouden met toeslagen voor onvoorzien, vergunningen, onderzoeken en ontwerp- en advieskosten. Waar relevant zijn ook herinvesteringen en mogelijke subsidiebijdragen inzichtelijk gemaakt. Herinvesteringskosten zijn kosten die gedurende de looptijd (30 jaar) gemaakt moeten worden om voorzieningen als warmtepompen, pompen en dergelijke te vervangen. De herinvesteringskosten zijn bepaald aan de hand van een percentage van de investeringskosten. Tevens is voor de referentievariant een raming opgesteld.
Investeringskosten, herinvesteringskosten en onderhoudskosten
Centraal systeem Componenten
Investeringskosten
% Herinvesteringskosten
Herinvestering
Onderhoudskosten [C /jaar]
Onderhoud
Opwekking
C 3.258.055
~21,50Zo
C 699.000
-
-
Distributiesysteem
C 15.940.500
~15,7%
C 2.497.350
-
-
Luchtbehandeling
C 98.000
0o7o
C0
-
-
Meet- en regelinstallatie en IBS
C 436.650
0o7o
C0
-
-
Elektrische installatie
C 7.234.600
~35,307o
C 3.137.850
-
-
Bouwkundige kosten
C 1.470.000
0o7o
C0
-
-
Subtotaal Onvoorzien (30%) Toeslag vergunningen Z bodemonderzoek (^) Projectbegeleidingskosten (15%)
C 28.437.805
C 6.334.200
van invest.
C 284.378
C 8.531.342
-
-
-
-
C 284.378
-
-
-
-
C 4.265.671
-
-
-
-
Totaal jaar 0 (zonder herinvestering)
C 41.519.195
Totaal 30 jaar (incl. herinvestering)
C 47.853.395
Excl. BTW C 6.334.200
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 56
Investeringskosten, herinvesteringskosten en onderhoudskosten
Referentie scenario: individueel per woning (voor alle woningen) Componenten
Investeringskosten
% Herinvesteringskosten
Herinvestering
Onderhoud
Onderhoudskosten [C /jaar]
Opwekking (warmtepompen woningen)
C 7.737.500
~1000Zo
C 7.737.500
-
-
Opwekking (warmtepompen utiliteit)
C 255.000
~10007o
C 255.000
-
-
C 4.023.500
C 1.392.750
-
-
C 315.000
C 47.250
-
-
-
-
C 9.432.500
~2,0%
C246.620
Elektrische installatie (PV-panelen woningen en laadpalen) Elektrische installatie (PV-panelen utiliteit)
Subtotaal Onvoorzien (15%) Projectbegeleidingskosten (7,5%)
C 12.331.000 C 1.849.650
-
-
-
-
C 924.825
-
-
-
-
-
-
-
-
Totaal jaar 0 (zonder herinvestering)
C 15.105.475
Totaal 30 jaar (incl. herinvestering)
C 24.537.975
Excl. BTW C 9.432.500
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 57
Exploitatie en kosten eindgebruikers UITGANGSPUNTEN Voor de bepaling van de exploitatiekosten zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: 1. Omvang van het systeem Als basis voor de berekening is gerekend met 675 woningequivalenten (WEQ). Dit aantal is gebruikt om collectieve kosten om te rekenen naar een bedrag per woningequivalent per jaar. In de investeringsraming is uitgegaan van circa 620woningaansluitingen en 3 utilitaire aansluitingen wat in totaal 675 WEQ is. Het gebruik van WEQ maakt het mogelijk om kosten van een collectief systeem op een consistente manier te relateren aan de schaal van het gebied, inclusief een vertaling naar woonlasten of jaarlasten per aansluiting. 2. Energievraag en energiestromen De energiebehoeften zijn in eerdere hoofdstukken weergegeven. Deze waarden vormen de basis voor de energiekostenberekening. De warmte- en koudevraag representeren de gevraagde levering vanuit het systeem; de elektriciteitsstromen zijn uitgesplitst in: ^
extern ingekochte elektriciteit, tegen markt- en netgerelateerde tarieven;
^
intern gebruikte elektriciteit, waarvoor een lagere prijs is gehanteerd;
^
teruggeleverde elektriciteit, waarvoor een beperkte opbrengstwaarde is aangenomen.
Deze benadering is gekozen omdat een collectief energiesysteem niet alleen eindverbruik kent, maar ook een interne energiebalans tussen opwek, opslag, direct gebruik en eventuele teruglevering.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 58
Exploitatie en kosten eindgebruikers UITGANGSPUNTEN 3. Tarieven voor warmte en koude Er wordt een gemiddelde energieprijs per woning (WEQ) gehanteerd. Deze keuze past bij een vroege ontwerpfase, waarin nog niet altijd een definitieve commerciële productstructuur is vastgesteld, maar wel een realistische waardering van geleverde energie nodig is. 4. Elektriciteitsprijs centraal systeem Voor het centrale systeem is de elektriciteitsprijs opgesplitst in meerdere componenten. Daarbij zijn onder meer gehanteerd: ^
commodityprijs (2030) externe inkoop: circa ē 0,088/kWh
^
energiebelasting (2030, 3e schijf): circa ē 0,034/kWh
^
transportcomponent: circa ē 0,042/kWh ^ vastrecht en aansluit gerelateerde kosten op basis van een grote aansluiting met een capaciteit op basis van 340 kW gecontracteerd/maximaal vermogen
Uitganspunt zijn tarieven van Enexis 2026 voor grootverbruikaansluitingen en op een elektriciteitsprijsniveau dat richting 2030 is verondersteld. Daarmee is getracht een prijsniveau te hanteren dat enerzijds herkenbaar is uit actuele tarieven, maar anderzijds beter aansluit bij het verwachte exploitatiemoment van het systeem dan uitsluitend een prijspeil van vandaag. In het centrale systeem wordt gerekend met een BAK van ē10.000 per aansluiting, als uitgangspunt voor de investeringsraming en doorwerking in de businesscase. Dit ligt boven de wettelijke aansluitbijdrage zoals gehanteerd door de ACM, vanwege het innovatieve en nieuwe karakter van het systeem. Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 59
Exploitatie en kosten eindgebruikers UITGANGSPUNTEN 5. Elektriciteitsprijs individuele warmtepompvariant (referentie) Voor de referentievariant met individuele warmtepompen is gerekend met een all-in elektriciteitsprijs voor de woning. Hiervoor is een niveau van ongeveer ē 0,19/kWh aangehouden (excl. btw; prijspeil conform gekozen uitgangspunten). In dit tarief zijn leveringskosten (vast en variabel), netkosten (transport en vastrecht) en energiebelasting opgenomen. De referentievariant is benaderd vanuit het perspectief van de individuele kleinverbruiker: huishoudens opereren als afzonderlijke aansluitingen en niet als collectieve grootverbruiker. Voor een zuivere vergelijking is de vermindering energiebelasting Z heffingskorting (indicatief ~ē 630 per aansluiting per jaar) in beide varianten buiten beschouwing gelaten. In een collectief energiesysteem kan deze korting op meerdere manieren doorwerken (bijv. via individuele aansluitingen of via een organisatorisch/contractueel model). Om interpretatieverschillen te voorkomen is ervoor gekozen deze post niet mee te nemen in de kernberekening. 6. Waardering van intern gebruikte en teruggeleverde elektriciteit Voor elektriciteit die binnen het systeem zelf wordt benut of via batterijopslag beschikbaar is, is een lagere kostprijs aangehouden dan voor externe levering (inkoop).
De gedachte hierachter is dat zelf opgewekte of intern verschoven elektriciteit niet dezelfde marktwaarde heeft als volledig van het net ingekochte stroom, maar wel een relevante economische waarde vertegenwoordigt doordat zij externe inkoop voorkomt.
Schetsontwerp energiesysteem Stokkelsche Akker 60
Exploitatie en kosten eindgebruikers UITGANGSPUNTEN Vervolg: Voor teruggeleverde elektriciteit is een zeer beperkte opbrengst aangehouden van circa ē 0,01/kWh. Deze aanname sluit aan bij het uitgangspunt dat op momenten van veel gelijktijdige zonproductie de marktwaarde van teruglevering laag kan zijn. In een verkennende berekening is dit een voorzichtig uitgangspunt, omdat daarmee wordt voorkomen dat de business case te sterk leunt op onzekere of volatiele terugleveropbrengsten. 7. Vastrecht, heffingskorting en vergelijkbaarheid In de berekening zijn vastrechtcomponenten opgenomen voor de elektriciteitsaansluiting. De vermindering energiebelasting Z heffingskorting is (voor beide varianten) buiten beschouwing gelaten om de vergelijking zuiver te houden. 8. Onderhoud en beheer Voor het centrale systeem is een jaarlijkse post voor onderhoud en beheer opgenomen overeenkomende met een percentage (1*^) van de investeringskosten. Voor de individuele warmtepompvariant is gerekend met een kengetal van circa ē 380 per jaar. Dit is realistisch aangezien naast preventief onderhoud ook storingsafhandeling en schoonmaak PV-panelen zijn inbegrepen.