Bijlage 2. Onderzoeksrapport haalbaarheid warmtenet Gouderak, Witteveen en Bos, 2020
Tekst van het document
Beleidsdocument Warmtevisie
Bijlage 2
Aquathermie en MCA aardgasvrij Gouderak Technisch -financieel onderzoek
Gemeente Krimpenerwaard 24 juli 2020
Project Opdrachtgever
Document Status Datum Referentie
Projectcode Projectleider Projectdirecteur
Auteur(s) Gecontroleerd door Goedgekeurd door
Aquathermie en MCA aardgasvrij Gouderak Gemeente Krimpenerwaard
Technisch-financieel onderzoek Definitief 24 juli 2020 118568/20-011.534
118568 J.J.C.Janse MSc K.A.Haans MSc
E.J. van Druten MSc, J.A. van den Houten MSc, J.J.C. Janse MSc C.G.J. Hügel MSc, T.M. Postma MSc J.J.C. Janse MSc
Paraaf
Adres
Witteveen+Bos Raadgevende ingenieurs B.V. Leeuwenbrug 8 Postbus 233 7400 AE Deventer +31 (0)570 69 79 11 www.witteveenbos.com KvK 38020751
Het kwaliteitsmanagementsysteem van Witteveen+Bos is gecertificeerd op basis van ISO 9001. © Witteveen+Bos Niets uit dit document mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt in enige vorm zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Witteveen+Bos noch mag het zonder dergelijke toestemming worden gebruikt voor enig ander werk dan waarvoor het is vervaardigd, behoudens schriftelijk anders overeengekomen. Witteveen+Bos aanvaardt geen aansprakelijkheid voor enigerlei schade die voortvloeit uit of verband houdt met het wijzigen van de inhoud van het door Witteveen+Bos geleverde document.
INHOUDSOPGAVE
1
INLEIDING EN LEESWIJZER
5
1.1
Aanleiding
5
1.2
Doel van dit onderzoek
5
1.3
Leeswijzer
5
2
GEBIEDSANALYSE GOUDERAK
6
2.1
Algemeen
6
2.2
Eerder uitgevoerde onderzoeken
7
2.3
Woningkarakteristieken Gouderak
8
2.4
Warmtevraag en piekvermogen
9
2.5
Bestaande energie-infrastructuur
10
2.6
Benodigde woningverbeteringen en warmtevraag na isolatie
11
3
AQUATHERMIE
14
3.1
Warmteonttrekking bij gemaal Verdoold
14
3.1.1 3.1.2 3.1.3
14 15 16
3.2
3.3
Thermische energie uit oppervlaktewater (TEO) Warmteonttrekkingscapaciteit Gemaal Verdoold Inpassing warmtewisselaar
Warmte- en koudeopslag (WKO) in de bodem
16
3.2.1 3.2.2 3.2.3
17 18 19
Bodemopbouw Beleidskader Globale dimensionering systeem
Warmtedistributie via warmtenet: 4 varianten en 2 individuele referentie varianten
21
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6
21 22 23 23 24 25
Variant 1 collectieve warmte: TEO + WKO + LT-warmte- en koudenet Variant 2 collectieve warmte: TEO + WKO + MT-warmtenet; Variant 3 collectieve warmte: TEO + WKO + MT-warmte- en koudenet Variant 4 collectieve warmte: TEO + WKO + HT-warmtenet Variant 5 individuele warmte: Bodem-waterwarmtepomp Variant 6 individuele warmte: Lucht-waterwarmtepomp
3.4
Benodigde maatregelen en componenten per energiesysteem
26
3.5
Verdere aandachtspunten
27
3.5.1 3.5.2
27 28
Ecologisch effecten Juridisch en organisatorisch
4
MULTI-CRITERIA ANALYSE (MCA)
29
4.1
Toelichting op de gehanteerde criteria
29
4.2
Vergelijking van de scores van de energiesystemen
30
5
CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN
34
Laatste pagina
35
Bijlage(n)
Aantal pagina's
I
Vergelijking thermische onttrekkingscapaciteit en pompenergie
1
II
Kaarten warmte, koude en vermogensvraag
2
III
Bodemopbouw
3
IV
Afwegingstabellen
3
V
Uitwerking Criteria
18
VI
Uitgangspunten Business-case
3
1 INLEIDING EN LEESWIJZER 1.1
Aanleiding
De gemeente Krimpenerwaard wil in 2050 CO2-neutraal zijn. Voor 2050 schakelen alle woningen en gebouwen van het aardgas af en gaan over op alternatieve, duurzame warmtevoorzieningen. De gemeente beschrijft dit proces in de Transitievisie Warmte, waarvan de oplevering eind 2021 klaar moet zijn. In het kader van de Transitievisie Warmte (TVW) wil de gemeente ervaring opdoen door middel van een pilot rondom de warmtetransitie in één van haar dorpen. Uit eerder uitgevoerde onderzoeken van de Omgevingsdienst Midden-Holland, CE Delft en de gemeente Krimpenerwaard blijkt dat het dorp Gouderak interessant is voor het uitvoeren van een pilot (zie 2.1). Een warmtenet gevoed met lagetemperatuurwarmte door middel van aquathermie lijkt een kansrijke optie. De gemeente heeft Witteveen+Bos daarom gevraagd oplossingen met aquathermie voor het dorp Gouderak technisch en financieel uit te werken en dit te vergelijken met individuele warmteopties als referentiescenario.
1.2
Doel van dit onderzoek
Witteveen+Bos is gevraagd: - een technisch-financieel onderzoek uit te voeren naar de kansen die het gemaal Verdoold biedt voor thermische energieopwekking uit oppervlaktewater (TEO); - vier energiesystemen in Gouderak met elkaar te vergelijken door middel van een Multi-criteria analyse (MCA); - mee te denken over een mogelijke indiening van een proeftuinaanvraag binnen het BZK-programma Programma Aardgasvrije Wijken (PAW).
1.3
Leeswijzer
In hoofdstuk 2 wordt eerst het gebied (dorpskern Gouderak) geanalyseerd op basis van de eerder uitgevoerde onderzoeken, nieuwe gegevens en gegevens uit openbare databronnen. In hoofdstuk 3 worden de drie onderdelen (opwek, opslag, distributie) van de aquathermie oplossing verder uitgewerkt. In hoofdstuk 4 worden de verschillende alternatieven aan de hand van een Multi criteria-analyse met elkaar vergeleken. In hoofdstuk 5 volgen de conclusie en aanbevelingen.
5 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
2 GEBIEDSANALYSE GOUDERAK 2.1
Algemeen
Gouderak is een dorp in de gemeente Krimpenerwaard, gelegen langs de Hollandse IJssel en omgeven door agrarisch gebied. Gouderak is door gemeente Krimpenerwaard uitgekozen als pilotlocatie om ervaringen op te doen in de warmtetransitie. Een aantal kenmerken zijn daarbij voordelig: - de bebouwing in het dorp is redelijk homogeen, alleen de bebouwing in het centrum heeft andere karakteristieken; - het dorp kent relatief veel corporatiebezit; - de gemeente ziet meekoppelkansen met de renovaties van de woningcorporaties; - gemaal Verdoold biedt kansen voor een toepassing van Thermische Energie uit Oppervlaktewater (TEO).
Afbeelding 2.1 Projectgebied met woningtypen en locatie gemaal Verdoold
6 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
2.2
Eerder uitgevoerde onderzoeken
De volgende, al eerder uitgevoerde, onderzoeken bieden een goede basis voor dit onderzoek: 1 onderzoek Motivaction: Mensen in Gouderak zijn structuurzoekers: men is niet intrinsiek gemotiveerd om te verduurzamen. Wil men verduurzaming stimuleren, dan moet het persoonlijk voordeel benadrukt worden en alle verduurzamingsopties zo toegankelijk mogelijk gebracht worden; 2 warmteanalyse CE Delft en Merosch: Onderzoek naar de goedkoopste (duurzame)warmteoplossing per buurt op basis van CEGOIA model. In Gouderak is dat de elektrische warmtepomp (buitenlucht), maar het kostenverschil met de tweede optie, een LT-warmtenet, is marginaal (tussen 0 en 5 %) Uitgangspunten binnen het onderzoek zijn onder andere de CBS-buurtindeling en een verduurzaming tot NOM-woningen bij gebruik van warmtepompen; 3 warmte en wijkanalyse omgevingsdienst Midden-Holland: Omgevingsdienst Midden-Holland heeft voor de gemeente Krimpenerwaard aan hand de studie van CE Delft en Merosch gekeken welke buurten het meest geschikt zijn voor een warmtenet. Dat is gedaan op basis van verschillende indicatoren1: · status gasleidingen Stedin; · geregistreerde en voorlopige energie labels; · corporatiebezit woningen; · type woningen en panden; · woningdichtheid; · bouwjaar woningen en gebouwen; · onderhoudsplanning Openbare Ruimte (Zuidoosten gedeelte); · gemiddeld gas en elektraverbruik; · Motivaction-lagen.
Afbeelding 2.2 Voorbeeld van de wijkanalyse (de zwarte gebieden zijn corporatiebezit)
1 Zie ook de webapp: https://arcg.is/0ifDqi
7 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
2.3
Woningkarakteristieken Gouderak
De tabellen 2.1 en 2.2 geven een overzicht van de woningtypologie, het bouwjaar en de energie labels van de woningen in Gouderak:
Tabel 2.1 Woning-typologieën en bouwjaren Woningtype
voor 1946
19461964
19651974
19751991
19922005
20062019
Totaal
vrijstaande woning
23
4
0
9
2
2
40
twee-onder-één kap woning
14
4
6
6
2
2
34
rijwoning
17
75
251
114
97
49
603
gestapelde woning
0
1
13
13
7
4
38
totaal
54
83
270
142
108
57
715
Tabel 2.2 Energie labels woningen
Onbekend
G
F
E
D
C
B
A of beter
vrijstaande woning
2
19
2
0
3
8
2
4
twee-onderéén-kapwoning
2
11
4
1
5
7
2
2
rijwoning
3
0
15
11
29
368
129
48
gestapelde woningen
5
0
2
22
9
29
47
45
totaal
12
30
23
34
46
412
180
99
Woningtype
Afbeelding 2.3 Aantal verblijfsobjecten (woningen) in Gouderak per energielabel
0% 1%
4% 3% 4%
11%
6%
22%
49%
geen label
8 | 35
G
F
E
D
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
C
B
A
A+
Ongeveer een derde van de woningen in Gouderak heeft energielabel B of beter. Een groot deel van het resterende aantal huizen (49 %) heeft energielabel C. Een kleine minderheid van de woningen heeft label D of slechter. Voor een deel van de woningen in deze laatste categorie zal de toepassing van lage temperatuur alternatieven voor aardgas (zoals warmtepompen) kostbaar of zelfs onhaalbaar zijn als gevolg van de benodigde woningverbeteringen (zie paragraaf 2.6). Woningstichting Gouderak heeft aangegeven midden in een fusie te zitten met Mozaïek Wonen. Grootschalige renovatieplannen zijn op de lange termijn geschoven.
Tabel 2.3 Oppervlak (in m2) utiliteitsgebouwen Gouderak per type en bouwjaar voor 1920
19211975
19761990
19911995
19962019
totaal
0
0
1196
0
287
1483
gezondheidszorg
118
443
0
0
0
561
bijeenkomst
300
995
122
431
2340
4188
0
0
24
0
0
24
overige gebruiksfunctie
104
243
0
0
47
394
totaal
522
755
1318
431
2306
5332
Gebouwtype winkel
sport
2.4
Warmtevraag en piekvermogen
Op basis van de woning- en gebouwvoorraad, alsmede hun karakteristieken, zoals beschreven in 2.3, is de warmtevraag voor ruimteverwarming en tapwatergebruik met behulp van het VESTA-MAIS model te bepalen. Dit is gedaan voor de huidige situatie en voor de situatie indien alle woningen geïsoleerd worden tot label B. Ook is het piekvermogen bepaald voor beide situaties. In bijlage II is deze warmtevraag ook op kaarten uitgewerkt. Tabellen 2.4 en 2.5 tonen de gemodelleerde warmtevraag voor de kern Gouderak voor de huidige situatie en na isolatie naar minimaal energielabel B.
Tabel 2.4 Gemodelleerde energievraag gebouwvoorraad Gouderak (huidig). Bron: Vesta MAIS Categorie
Ruimteverwarming
Tapwater
Koude
Vermogen warmte
GWh/jr
Aandeel
GWh/jr
Aandeel
GWh/jr
Aandeel
MW
Aandeel
woningen
6,6
88 %
1,8
97 %
0,3
72 %
8,4
87 %
utiliteit
0.9
12 %
0,05
3%
0,1
28 %
1,2
13 %
totaal
7,5
100 %
1,8
100 %
0,4
100 %
9,7
100 %
Woningen vormen 88 % van de vraag naar ruimteverwarming en 97 % van de vraag naar warmtapwater in Gouderak. Eenzelfde verhouding (88 % aandeel woningen in het totaal) geldt voor het benodigde piekvermogen voor warmtelevering. Utiliteit heeft een groter aandeel in de vraag naar koude (28 %), maar de totale vraag naar koude (0,4 GWh/jr) in Gouderak is significant kleiner dan de totale warmtevraag (9,3 GWh/jr).
9 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Regeneratie van warmte- koudeopslag noodzakelijk De onbalans tussen warmtevraag en koudevraag in Gouderak heeft tot gevolg dat een systeem voor warmte- koudeopslag elk jaar geregenereerd zal moeten worden. Er is dus een extra warmtebron nodig. Dit is nodig om te voldoen aan vigerende wetgeving voor gebruik van de ondergrond voor energieopslag, en om de efficiëntie van het systeem te waarborgen. Het gemaal Verdoold is de beoogde bron voor (laag temperatuur) warmte. De benodigde hoeveelheid warmte voor regeneratie hangt onder meer af van de volgende drie aspecten: - de totale energievraag (warmte, koude) van de aangesloten panden; - het wel of niet leveren van koude aan de woningen; - het temperatuurniveau van de warmtelevering. De totale warmte- en koudevraag van de aangesloten panden is doorgaans in onbalans; er is meer warmte nodig dan koude. De grootte van deze onbalans kan worden beperkt door warmtevraag te verlagen en koudevraag te verhogen, bijvoorbeeld door isolatie. De (zomer-)warmte die de levering van koude aan aangesloten panden oplevert en wordt opgeslagen in de WKO draagt ook bij om de regeneratiebehoefte te beperken. Een hoger temperatuurniveau van warmtelevering ten slotte heeft tot gevolg dat warmtepompen minder efficiënt zijn. Daarmee wordt een groter aandeel van de geleverde warmte uit elektriciteit geleverd, en dus niet uit de ondergrond
2.5
Bestaande energie-infrastructuur
Elektriciteit In het gebied is beperkte netcapaciteit beschikbaar. Dit is een aandachtspunt bij een keuze voor systemen met een hoge elektriciteitsvraag, zoals luchtwarmtepompen. Het kan ook gevolgen hebben voor de realisatieduur van alternatieve energiesystemen, als deze afhankelijk worden van uitbreiding van het elektriciteitsnetwerk in Gouderak door de netbeheerder. Gas Op afbeelding 2.4 is de gasinfrastructuur weergegeven. Er is geen enkel gedeelte dat dient vervangen te worden voor 2028. Er is dus beperkte urgentie voor een alternatieve energievoorziening vanuit het perspectief van de netbeheerder.
Afbeelding 2.4 Leeftijd van de gasinfrastructuur (Bron: Stedin)
10 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Riolering De riolering in Gouderak is in het algemeen vrij nieuw, er zijn geen specifieke problemen ook geen concrete plannen voor (grootschalige) vervanging. Het combineren van de warmteopgave met een rioolvervanging is geen optie. Er is dus ook vanuit riolering geen urgentie voor het aanleggen van een warmtenetwerk, in de vorm van een meekoppelkans met lagere kosten tot gevolg.
2.6
Benodigde woningverbeteringen en warmtevraag na isolatie
In tegenstelling tot hoge temperatuur warmte uit een warmtenet of CV-ketel, bieden alternatieven voor aardgas zoals warmtepompen onvoldoende vermogen om woningen met een energielabel lager (minder goed) dan label B te verwarmen. Voor die woningen met een energielabel C of lager zijn dus woningverbeteringen in de vorm van isolatiemaatregelen noodzakelijk. De kosten hiervan kunnen aanzienlijk zijn, en wegen mee in de aanlegafweging voor de verschillende alternatieven. Energievraag na isolatie tot energielabel B Met behulp van het Vesta MAIS-model is isolatieopgave voor Gouderak in beeld gebracht. Zowel de energievraag na isolatie als de kosten voor woningverbeteringen zijn hiermee bepaald. Tabel 2.5 toont de energievraag van woningen en utiliteit na isolatie naar minimaal label B van gebouwen met een label slechter dan B.
Tabel 2.5 Gemodelleerde energievraag gebouwvoorraad Gouderak (na isolatie naar label B). Bron: Vesta MAIS Categorie
Ruimteverwarming
Tapwater
GWh/jr
GWh/jr
Aandeel
Koude Aandeel
GWh/jr
Vermogen warmte Aandeel
MW
Aandeel
woningen
5,9
88 %
1,8
97 %
0,3
72 %
8,4
87 %
utiliteit
0,8
12 %
0,05
3%
0,1
28 %
1,2
13 %
totaal
6,6
100 %
1,8
100 %
0,4
100 %
9,7
100 %
Ook na isolatie van gebouwen vormen woningen zo’n 88 % van de vraag naar ruimteverwarming. De totale vraag naar koude is ook na isolatie nog significant kleiner dan de warmtevraag. Isolatie heeft geen invloed op de vraag naar warm tapwater: dit hangt namelijk vooral af van het aantal inwoners van Gouderak, en minder van de energieprestaties van de gebouwen. Kosten van woningverbeteringen: aanpassingen aan isolatie, afgifte en ventilatie Hieronder gaan we in op de benodigde woningverbeteringen. Omdat de utiliteit beperkt is in Gouderak en variabel, laten we deze hier buiten beschouwing. Tabel 2.6 toont de gemiddelde gemodelleerde kosten voor woningverbeteringen in Gouderak per woningcategorie: grondgebonden en gestapeld. Deze kosten zijn gebaseerd op gemiddelde kosten voor labelstappen voor woningen in Nederland, onder andere voor benodigde dak- en vloerisolatie. Meer achtergrondinformatie is terug te lezen in de documentatie van het Vesta MAIS-model1. Ook inbegrepen zijn de kosten voor aanvullende ventilatie-installaties, aangezien die nodig zijn voor toepassingen met lage-temperatuurafgifte. .
1 Zie https://www.pbl.nl/sites/default/files/downloads/pbl-2019-ce-delft-functioneel-ontwerp-vesta-4.0_4085.pdf
11 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Tabel 2.6 Gemodelleerde kosten voor woning(schil)verbeteringen, isolatie naar label B. (Bron: Vesta MAIS) Categorie grondgebonden woningen gestapelde woningen totaal
Energielabel D of lager
Energielabel C
Energielabel B of hoger
Totaal
1.661 kEUR
2.731 kEUR
125 kEUR
4.516 kEUR
287 kEUR
143 kEUR
82 kEUR
512 kEUR
1.948 kEUR
2.874 kEUR
206 kEUR
5.029 kEUR
De totale cumulatieve kosten voor benodigde woningschilverbeteringen naar label B zijn circa EUR 5.000.000,--. De resterende kosten bij woningen met Energielabel B of hoger zijn gerelateerd aan woningen waarvan een (klein) deel van de verblijfsobjecten nog niet aan de labelvereiste voldoet. Afgiftesysteem: noodzaak en kosten van lage temperatuur verwarming Naast verbeteringen van de woningschil zijn ook veranderingen aan de warmte-afgiftesystemen noodzakelijk wanneer lage temperatuur-alternatieven worden toegepast in woningen. Te denken valt hierbij aan vloerverwarming of lage-temperatuur-radiatoren. Conventionele radiatoren behoeven een hoger temperatuurniveau om voldoende warmte aan de woning af te geven, die met warmtepompen niet (of alleen met extreem lage efficiëntie) behaald kan worden. In sommige gevallen kunnen de bestaande radiatoren ook bij lagere aanvoertemperaturen voldoende warmte afgeven. Ook kan de prestatie worden verbeterd met booster-ventilatoren. Per woning zal moeten worden beoordeeld of dit het geval is. De investering voor lage temperatuur afgiftesystemen (LTAS) kan per woning oplopen tot meer dan EUR 3.000,--.
Voor alle woningen in Gouderak opgeteld betekent dit nog een aanvullende investering van circa EUR 1.600.000,-Ventilatie: noodzaak en kosten van mechanische ventilatie Naast verbeteringen van de woningschil en aanpassingen aan de afgiftesystemen is toepassing van mechanische ventilatie noodzakelijk om voldoende frisse lucht in de woonruimtes te krijgen. Dit geldt met name voor oudere woningen van voor 1980-1990 die nog niet werden uitgerust met een mechanisch ventilatiesysteem. Mechanische ventilatie is noodzakelijk, omdat door isolatie van de schil, kieren in de schil worden gedicht, waardoor onvoldoende frisse lucht de woonruimtes op een natuurlijke manier kan binnendringen. De investering in mechanische ventilatie bedraagt per woning circa EUR 2.000-4.000,-inclusief installatie en omzetbelasting. Deze kosten zijn dus met name van toepassing op oudere woningen van voor 1980. Nieuwere woningen, zeker na 1990 beschikken vaak al over vormen van mechanische ventilatie. De kosten hiervoor zijn onderdeel van de bovenstaande berekende kosten voor woning(schil)verbeteringen. Afbeelding 2.5 toont de variatie in kosten voor woningschilverbeteringen en lage temperatuurverwarming, per labelgroep (woningen) in Gouderak. De kosten voor isolatie naar label B kan aanzienlijk verschillen per woning.
Voor woningen met energielabel B of hoger worden nog wel kosten gerekend voor het lage temperatuur afgiftesysteem, of wanneer een deel van de verblijfsobjecten in het pand nog geen label B heeft.
12 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Afbeelding 2.5 Verdeling in investeringskosten voor isolatie naar energielabel B en lage temperatuurverwarming Gouderak, per pandlabel. Bron: Vesta MAIS.
In totaal komen de investeringskosten voor het geschikt maken van woningen voor de lage-temperatuuralternatieven op zo’n EUR 6.600.000,--. Dat is nog exclusief de kosten voor warmtepompen, afleversets, eventuele bodemlussen, en elektrische kookplaten. Dit is in lijn met eerder onderzoek naar de kosten van verduurzaming van de kern Gouderak (Buurtanalyse Krimpenerwaard).
13 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
3 AQUATHERMIE In dit hoofdstuk worden de mogelijkheden voor aquathermie uitgewerkt. Het bestaat uit de volgende onderdelen: - warmteonttrekking bij gemaal Verdoold; - WKO als opslagmedium; - varianten warmtenet.
3.1
Warmteonttrekking bij gemaal Verdoold
3.1.1
Thermische energie uit oppervlaktewater (TEO)
Bij thermische energie uit oppervlaktewater (TEO) wordt warmte uit oppervlaktewater onttrokken, opgeslagen in de bodem en gebruikt om woningen duurzaam te verwarmen. De warmte wordt tijdens de zomerperiode uit een plas, een watergang of een rivier via een warmtewisselaar onttrokken. Deze warmte kan direct worden afgenomen, maar wordt bijna geheel opgeslagen in de bodem, in een Warmte en Koude Opslagsysteem (WKO). Dit proces wordt ook wel regeneratie genoemd. De warmte (≈ 20°C) wordt in de winter uit de WKO opgepompt en met behulp van een warmtepomp opgewaardeerd voor het verwarmen van woningen (≈ 50°C) en het tapwatergebruik in deze woningen (≈ 60°C). Door het opslaan van relatief warm water (≈ 20°C) kan een beter rendement worden behaald dan met traditionele bodemenergiesystemen.
Afbeelding 3.1 Werking van TEO: verwarming in de winter (links) en regeneratie in de zomer (rechts)
De pomp(en) van een poldergemaal kunnen worden gebruikt voor de onttrekking van warm oppervlaktewater. Door de aanwezigheid van een gemaal, hoeft er geen waterinnamepunt en pomp (inclusief leidingnetwerk) aangelegd te worden. Door een warmtewisselaar voor of achter de gemaalpomp te plaatsen, kan de warmte vervolgens worden getransporteerd naar de WKO. Doordat er - energetisch gezien
14 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
- per m3 water veel minder pompenergie nodig is dan dat er thermische energie uit onttrokken kan worden, kan het geen kwaad extra pompuren te maken ten behoeve van warmteonttrekking (zie bijlage I). Gemaal Verdoold, gelegen aan de rand van het dorp Gouderak, zorgt voor het op peil houden van het waterpeil in het achterliggende gebied van de Krimpenerwaard. Gemaal Verdoold in een interessant gemaal voor de toepassing van TEO omdat het gemaal relatief veel draaiuren in de zomer maakt, voor de doorstroming in het achterland ten behoeve van de waterkwaliteit. Juist die draaiuren in de zomer maakt het gemaal interessant, omdat dan de warmte uit de watergang onttrokken kan worden.
3.1.2
Warmteonttrekkingscapaciteit Gemaal Verdoold
Hoeveel warmte er gedurende een zomerperiode onttrokken kan worden bij gemaal Verdoold hangt af de watertemperatuur en het opgepompte water binnen het aantal draaiuren. Afbeelding 3.2 toont rechts de historische data van de watertemperatuur bij Verdoold. In mei/juni komt de temperatuur boven de 15 °C graden uit, de temperatuur piekt rond de 20 à 25 graden, en daalt rond september weer onder de 15 °C. De periode van warmteonttrekking is dus ongeveer juni tot en met september1. In 2017 werd er in die periode 2,3 miljoen m3 verpompt, in de droge zomer van 2018 maar liefst 10,4 miljoen m3 en 5,9 miljoen m3 in 2019.
Water heeft als eigenschap dat er veel thermische energie in opgeslagen, of aan onttrokken kan worden. De temperatuurdaling over warmtewisselaar (ΔT) is begrensd door de temperatuur van het oppervlaktewater en ligt tussen de -3 en -6 °C. De onttrekkingscapaciteit dat uit water bij een bepaald gemaaldebiet onttrokken kan worden is: 𝑃𝑡ℎ = 𝐶 [𝑘𝑊ℎ ⁄(𝑚 3 ∗ °C )] ∗ 𝑄 (𝑚 3⁄ℎ) ∗ ΔT [°C ] Met 𝐶 als de volumetrische warmtecapaciteit 𝐶 = 1.16 [𝑘𝑊ℎ𝑡ℎ ⁄(𝑚 3 ∗ °C )]. Dit is de thermische energie die uit één kubieke meter (m3) water kan worden gehaald door deze met één graad (°C) in temperatuur te verlagen is.
Temperatuur (°C)
30,0
8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 -
25,0 20,0 15,0 10,0
5,0 okt-19
jul-19
apr-19
jan-19
okt-18
jul-18
apr-18
jan-18
jul-17
okt-17
jan-17
apr-17
0,0
miljoen m3 of GWh per maand)
Afbeelding 3.2 Toelichting warmteonttrekking (links) en historische meetdata gemaal Verdoold (rechts)
temperatuur (°C)
debiet (miljoen m3/maand) regeneratiepotentie (GWh/maand)
In 2012-2014 is een renovatie van het gemaal uitgevoerd. Het gebouw is opnieuw gefundeerd, de elektrische aandrijving is vernieuwd en de capaciteit van het gemaal is uitgebreid van 319 naar 450 m 3/min en er is gebruik gemaakt van twee nieuwe, visvriendelijke pompen. De situatie dat beide pompen tegelijk draaien komt niet vaak voor, dus het licht voor de hand om de warmteonttrekking te dimensioneren op het debiet van één pomp. Afbeelding 3.4 laat zien dat het gemaal vaak rond de 175 m3/min of 10.000 m3/h 1 De temperatuur van 15 ° is nodig om de grondwatertemperatuur in de WKO niet af te laten koelen.
15 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
draait (tevens het gemiddelde debiet). Dit betekent dat de theoretische beschikbare warmteonttrekkingcapaciteit rond de 35 MWth ligt. De totale hoeveelheid onttrokken warmte per jaar volgt vervolgens uit het totaal aantal draaiuren van het gemaal in een jaar.
Afbeelding 3.3 doorsnede renovatieontwerp gemaal Verdoold (link) en visvriendelijke oppomplijn (rechts)
Afbeelding 3.4 Debiet gemaal Verdoold in de zomer van 2019 (resolutie 5 min)
debiet (m3/min )
400 300 200
2017
100
2018 2019
0 j
j
a
s
tijd gedurende de zomermaanden (jun, jul, aug, sep)
3.1.3
Inpassing warmtewisselaar
Er zijn drie mogelijke plekken waar een warmtewisselaar in de maalstroom1 gehangen zou kunnen worden: 1 in de pompkelder tussen het krooshek en de pomp; 2 in de persleiding; 3 in de maalkolk achter de persleiding. Om deze keuze te maken moet rekening gehouden worden met onder andere de efficiëntie van de warmteoverdracht, het onderhoud en vispasseerbaarheid. Deze keuze heeft weinig effect op andere delen van het systeem en kan in een later ontwerpstadium genomen worden.
3.2
Warmte- en koudeopslag (WKO) in de bodem
Bodemenergiesystemen zijn er in twee vormen, open en gesloten systemen. Gesloten systemen, ook wel bodemlussen genoemd, zijn meest geschikt voor één of enkele woningen. Een open systeem, ook wel warmte- en koudeopslag (WKO) genoemd, is geschikt wanneer enkele honderden woningen worden aangesloten. Vanwege de schaalgrootte van Gouderak, is een open WKO-systeem meest logisch. Tevens is
1
Het meest voor de hand liggende type warmtewisselaar is een buis die tot een spiraal is gebogen, en in de maalstroom gehangen is. Dit zorgt voor de minste weerstand in de stroming.
16 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
een WKO bij uitstek geschikt om in de zomerperiode warmte uit oppervlaktewater via gemaal Verdoold op te slaan voor gebruik in de winterperiode.
3.2.1
Bodemopbouw
Het maaiveld nabij het gemaal ligt net onder NAP. In tabel 3.1 is de bodemopbouw vanaf het maaiveld schematisch weergegeven. De bodemopbouw heeft een verloop naar alle richtingen. Nabij Gouderak lijkt zich een lokaal minimum te bevinden waarbij de dikte van de watervoerende pakketten dunner is dan in omliggend gebied. Voor meer informatie zie Afbeelding 3.5 en Bijlage III.
Tabel 3.1 geohydrologische schematisatie Traject (m-mv)
Materiaal
Geohydrologie
Afkortingen in afbeelding 3.5
maaiveld-13
klei, zand
freatisch watervoerende laag
HLc
13-43
zand, sporen van klei
1e WVP
KRz3
43-46
klei
scheidende laag
STz2
46-59
midden en grof zand
2e WVP
PZWEA1
59-69
klei
scheidende laag
WAk1
69-86
midden en grof zand
3e WVP
PZWEA2
86-89
klei
scheidende laag
WAk2
89-103
midden en grof zand
4e WVP
PZWEA3
103-110
klei
scheidende laag
WAk3
110-115
midden en grof zand
5e WVP
PZWEA2
Het 3e en 4e watervoerende pakket zijn meest geschikt om open bodemenergiesystemen te realiseren vanwege de dikte van het pakket, samenstelling en grootte van de zandkorrels. In het 3e en 4e watervoerende pakket kan een filter afgesteld worden van circa 10-15 m lang, waarmee de broncapaciteit voor beide pakketten uitkomt op circa 20 m3/h. In de praktijk zou kunnen blijken dat de dunne scheidingslaag tussen het 3 e en 4e watervoerende pakket verwaarloosbaar dun is waardoor een filter afgesteld kan worden in het gecombineerde pakket. In deze situatie wordt een brondebiet van circa 50 m3/h mogelijk geacht. Dit is voor Nederlandse begrippen aan de lage kant, want 100 m 3/h is vrij gebruikelijk. Ter vergelijking, aan de overkant van de Hollandse IJsel bij Westergouwe is een watervoerend pakket van 30 m dik, waarbij een debiet van 120-150 m3/h mogelijk is.
17 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Afbeelding 3.5 doorsnede bodemopbouw met lokaal minimum in dikte van watervoerende pakketten
Het grondwater stroom in een noordnoordwestelijke richting Westergouwe met een snelheid van circa 20 m per jaar in het 3e watervoerende pakket (afwijking plusminus 30 %). Voor Nederlandse begrippen is deze stroomsnelheid gemiddeld tot hoog. Dit betekent dat opgeslagen warmte relatief snel ‘wegspoelt’. Dit heeft een reductie van energetisch rendement tot gevolg. Impact Hollandse IJssel op grondwaterstroming en -samenstelling Een waterweg beïnvloed mogelijk de grondwaterstroming en samenstelling van het grondwater. Bovenstaande bevindingen ten aanzien van grondwatersamenstelling en -stroming zouden daarmee lokaal kunnen afwijken. Deze effecten zijn geen go/no-go voor de haalbaarheid van WKO in deze verkennende fase. Bij een vergunningaanvraag zal wel onderzocht moeten worden of, en zo ja hoe effecten van de waterweg een rol spelen.
3.2.2
Beleidskader
Uit het van toepassing zijnde beleidskader volgt: - er is vanuit provinciaal en gemeentelijk beleid geen bodembeperking ten aanzien van het realiseren van open en gesloten bodemenergiesystemen1; - er is geen sprake van aandachtspunten, beperkingen of verboden vanwege een vastgestelde boringvrije zone, ambitiegebied bodemenergie, interferentiegebied of bodemenergieplan. Voor zover bekend worden er geen wijzigingen op korte termijn verwacht; - een vergunning op basis van de Waterwet2 voor de aanleg en het gebruik van een open bodemenergiesysteem is noodzakelijk. De provincie (vertegenwoordigd door de ODMH) is bevoegd gezag.
1
Gouderak is geen ambitiegebied, gebruik van eerste watervoerende pakket is daarom toegestaan. Echter: vanwege nabijgelegen ambitiegebied en omdat Gouderak als veenweidegebied is aangemerkt, is het aan te raden om gebruik van eerste watervoerend pakket vooraf af te stemmen met de provincie en bevoegd gezag.
2
http://www.helpdeskwater.nl/onderwerpen/wetgeving-beleid/waterwet/
18 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Aandachtpunten ten aanzien van vergunbaarheid Met een effectenstudie zal in de vergunningaanvraag moeten worden aangetoond dat een nieuwe WKOinstallatie verantwoord kan worden gerealiseerd en gebruikt. Deze punten moeten in overleg met bevoegd gezag worden afgestemd. Naast gebruikelijke aspecten zijn specifieke aandachtspunten: - de gesaneerde bodemverontreiniging: wanneer er nog een restverontreiniging aanwezig is met monitoringsplicht, kan een open bodemenergiesysteem niet zonder meer in het onderliggende watervoerende pakket gerealiseerd worden; - invloed van Hollandse IJssel: de Hollandse IJssel kan grondwaterstroming en zoutgehalte van het grondwater lokaal beïnvloeden; - een nieuw te realiseren bodemenergiesysteem mag bestaande systemen niet negatief beïnvloeden. Een collectief bodemenergiesysteem voor Gouderak interfereert niet met bestaande energiesystemen behalve bij gemaal Verdoold. Hier zal in het ontwerp rekening mee gehouden moeten worden. De Omgevingsdienst Midden-Holland (ODMH) geeft aan dat er daarnaast nog twee andere bestaande bodemenergiesystemen bekend zijn: een gesloten systeem voor een enkele rijwoning aan het Elzenhof en een open systeem net ten noorden van Gouderak. NB: het bodemenergiesysteem bij gemaal Verdoold is bij de ODMH niet bekend.
Afbeelding 3.6 Schematische weergave bodemlussen bij gemaal Verdoold (rechts)
3.2.3
Globale dimensionering systeem
WKO alleen onder voorwaarden realistisch De gehele warmte- en koudevraag van Gouderak is reeds uiteengezet in paragraaf 2.3. Als dit vertaald wordt naar bodemcapaciteit moet de bodem een debiet kunnen opbrengen van circa 900 m3/h. Dat betekent een bodemenergiesysteem met bijna 45 doubletten. Deze monovalente systeemconfiguratie, wat wil zeggen een WKO zonder hulpverwarmingsinstallatie, is niet realistisch. Anders dan in een monovalente opstelling wordt met een bivalente configuratie, dus met hulpverwarmingsinstallatie, de benodigde bodemcapaciteit gereduceerd tot circa 30 % van de maximaal gevraagde capaciteit. Deze systeemconfiguratie is meest gebruikelijk. Daarmee is circa 85 % van de tijd warmte en koude te leveren. Voor de overige 15 % van de tijd (tijdens de meest koude en warme dagen van het jaar) schakelt de hulpverwarmingsinstallatie bij. Deze installatie kan een gasketel zijn (gestookt op
19 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
hernieuwbaar gas) of een warmtepomp die lucht of water uit de Hollandse IJssel gebruikt als warmtebron. In deze bivalente configuratie zijn nog steeds 14 doubletten nodig, ook deze omvang van een bodemenergiesysteem lijkt onrealistisch. Enkel wanneer het 3e en 4e watervoerende pakket gecombineerd kunnen worden, is er met de aangenomen bivalente configuratie een realistisch systeemontwerp denkbaar. Deze situatie betekent een bodemenergiesysteem bestaande uit zes doubletten met elk een capaciteit van 50 m3/h. Met een proefboring kan worden vastgesteld wat er mogelijk is. Bijkomend voordeel van een proefboring is dat ter plekke bodemtemperatuur, grondwatersamenstelling, zoutgehalte etc. gemeten kan worden. Daarmee wordt ontstaat zekerheid over de te verwachten prestaties van de WKO en zekerheid richting de omgevingsdienst wat betreft de onderbouwing van de vergunningsaanvraag. Samengevat: Een open bodemenergiesysteem voor de warmtevoorziening van Gouderak is alleen haalbaar in een bivalente configuratie en indien het derde en vierde watervoerende pakket gecombineerd kunnen worden. In andere gevallen zou het energiesysteem zou te groot uitgevoerd moeten om energetisch en financieel interessant te kunnen zijn. Een kleinschaliger bodemenergiesysteem is wel denkbaar. Daarmee kan nog een behoorlijk aandeel van Gouderak van hernieuwbare energie worden voorzien.
Bijkomend (technisch) voordeel is de mogelijkheid om een aan te sluiten gebouwcluster te selecteren waarvan de jaarlijkse warmte- en koudevraag enigszins in balans is. Benutting van gemaal Verdoold Zoals genoemd in paragraaf 3.1 zijn twee zaken belangrijk om de mogelijkheden van gemaal Verdoold in combinatie met een bodemenergiesysteem in te schatten: capaciteit en aantal draaiuren. Uit de analyse blijkt dat de opnamecapaciteit van de bodem de grootste beperkende factor is. Daarnaast is het aantal draaiuren beperkt, waardoor de regeneratiepotentie veel lager ligt dan de regeneratiebehoefte van de zes WKO doubletten: - de regeneratiebehoefte volgt uit de totale warmtevraag (9,3 GWh/jr) en ligt in de orde van 5-7 GWh/jr. De regeneratiebehoefte hangt af van ontwerpkeuzes in het warmtenet en isolatiegraad van de gebouwen; - de jaarlijkse regeneratiepotentie van het gemaal is berekend door het aantal draaiuren bij elkaar op te tellen waarvoor de minimale watertemperatuur 15°C of meer bedroeg.
Bij een WKO systeem met 6 bronnen met ieder een capaciteit van 50 m3/h zou de regeneratiepotentie van afgelopen jaren als volgt zijn geweest: 0,1 GWh (2017), 3,2 GWh (2018) en 2,9 GWh (2019); - kortom: Gegeven de regeneratiebehoefte (5-7 GWh/jr) en regeneratiepotentie (0,1 - 3,2 GWh/jr) is er dus onvoldoende potentie om de bodembalans te herstellen en voldoende warmte te laden voor de volgende winter. De capaciteit van het gemaal is, zoals eerder berekend,35 MWth. Bij een WKO systeem met zes bronnen met ieder een capaciteit van 50 m3/h en een oppervlaktewatertempartuur van 15 °C ligt de infiltraticapaciteit slecht op 2 MWhth en bij een oppervlaktewatertemperatuur van 25 °C op 5,5 MWhth. Slechts 6-16 % van de warmteonttrekkingcapaciteit zal daarom benut kunnen worden. Om voldoende warmte te regenereren zal het aantal zomerse draaiuren daarom verhoogd moeten worden, bij voorkeur in de warmste maanden. Dit kan eventueel door het gemaal meer uren op een lager debiet te laten draaien. Daarnaast kan tijdens deze uren ook warmte uit het verpompte water direct aan afnemers geleverd worden. Daarmee wordt de regeneratievraag beperkt, omdat per saldo minder warmte aan de bodem wordt onttrokken, waardoor de bodem ook minder hoeft te worden geregenereerd.
Verder zou er kunnen worden gewerkt met een dag/nacht buffer, die overdag surplus warmte opslaat, en ‘s nachts warmte afstaat aan de WKO’s. Tot slot zou in gesprek met de Provincie en omgevingsdienst kunnen worden bekeken of plaatselijk de temperatuur van de bodem kan worden verhoogd tot bijvoorbeeld 35 oC, waardoor per saldo meer warmte kan worden opgeslagen,
20 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Kortom: - een kleinschalig open bodemenergiesysteem voor een deel van Gouderak is mogelijk en meest realistisch geachte inzet van bodemenergie op deze plek; - een grootschalig open bodemenergiesysteem kan, onder voorwaarde dat twee watervoerende pakketten in de bodem gecombineerd kunnen worden waardoor voldoende capaciteit per bron behaald wordt; - gemaal Verdoold heeft een overcapaciteit wat betreft laden van warmte in de bodem of directe levering van warmte uit oppervlaktewater aan afnemers. Het gemaal kan hiervoor geschikt gemaakt worden. Op basis van de voorgaande beschouwing is geen schetsontwerp van een bodemenergiesysteem uitgewerkt. De omvang van het systeem hangt af van de bodemcapaciteit of gewenste gebouwgroep die op een kleinschalig systeem kan worden aangesloten. Wel is er een viertal energiesystemen uitgewerkt. Hiermee ontstaat inzicht in de consequenties en haalbaarheid van verschillende systeemconfiguraties wanneer een gemiddelde bodemcapaciteit als uitgangspunt gesteld wordt.
3.3
Warmtedistributie via warmtenet: 4 varianten en 2 individuele referentie varianten
Tot aan hier is het TEO-deel en het WKO-deel van het aquathermie concept beschreven. In deze paragraaf komt de warmtedistributie via een warmtenet aan bod. We onderscheiden vier varianten: 1 2 3 4
collectieve warmte: TEO +WKO + LT-warmte- en koudenet; collectieve warmte: TEO +WKO + MT-warmtenet; collectieve warmte: TEO +WKO + MT-warmte- en koudenet; collectieve warmte: TEO +WKO + HT-warmtenet.
Hiernaast zullen we in dit onderzoek als referentie nog twee varianten met individuele warmte beschouwen: 1 individuele warmte: Bodem-waterwarmtepomp; 2 individuele warmte: Lucht-waterwarmtepomp.
3.3.1
Variant 1 collectieve warmte: TEO + WKO + LT-warmte- en koudenet
Variant 1 is een traditionele WKO met regeneratie uit oppervlaktewater. Dit betekent dat de temperatuur uit de bodem via een warmtewisselaar direct wordt overgedragen aan een lage temperatuur (LT) warmtenet zonder dat de temperatuur op een centraal niveau wordt opgewaardeerd middels een warmtepomp. Dit betekent dat de temperatuur in het warmtenet in de winter ongeveer gelijk is aan de temperatuur van de warmtebron (15 tot 20 °C) en in de zomer gelijk is aan temperatuur in de koude bron (7 tot 12 °C). Op gebouwniveau wordt in de winter een warmtepomp gebruikt om de aflevertemperatuur (van de warmte uit het warmtenet) op te waarderen naar een temperatuur waarmee het gebouw verwarmd kan worden. Voor de Seasonal Performance Factors (SPF) van de energiesystemen in de verschillende varianten, zie tabel Tabel 3.3 Benodigde maatregelen en systeemcomponenten op woningniveau en gebiedsniveau bij de verschillende alternatieven. In de zomer is de temperatuur geschikt om direct gebouwen mee te koelen. De warmte die hierbij afgevangen wordt, kan weer in de bodem opgeslagen. Hierdoor hoeft enkel het verschil tussen de jaarlijkse warmtevraag en koudevraag geregenereerd te worden door het oppervlaktewater. Zowel voor het verwarmen als koelen in de gebouwen zijn LT-radiatoren of vloerverwarming nodig. De warmtepomp wordt zomers enkel ingezet voor de tapwatervraag.
Afhankelijk van de mate van isolatie en het afgiftesysteem zou in deze variant het temperatuurniveau per gebouw kunnen verschillen door de warmtepomp anders in te stellen.
21 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Tabel 3.2 Uitgangspunten bepaling elektriciteitsvraag energiesystemen (Seasonal Performance Factors, SPF) Collectieve systemen WKO +warmtenet + TEO Parameter
Eenheid
SPF ruimteverwarming
Individuele systemen Warmtepomp
LT warmte + koude
MT warmte
MT warmte + koude
HT warmte
energie uit bodem
energie uit lucht
-
4.5
3
3
2,5
5
3
SPF warm tapwater
-
3
3
3
2,5
4
2,5
SPF koude
-
20
20 (regeneratie)
20
20
54
3
Afbeelding 3.7 Variant 1 collectieve warmte: WKO + TEO + LT-warmte- en koudenet
3.3.2
Variant 2 collectieve warmte: TEO + WKO + MT-warmtenet;
In variant 2 is een collectieve warmtepomp opgesteld in de wijkcentrale die warmte onttrekt uit de WKO en op een midden temperatuur (MT), circa 50 °C, afgeeft aan het warmtenet. Deze temperatuur kan in de gebouwen benut worden voor ruimteverwarming zonder dat hier nog een additionele warmtepomp voor nodig is. Wel is er op gebouwniveau lokale naverwarming nodig (zoals een boosterwarmtepomp of elektrische boiler) om het tapwater naar circa 60 °C te brengen zodat legionella voorkomen kan worden. Door de keuze voor een hogere temperatuur in het warmtenet komt de optie van koeling in de zomer te vervallen.
22 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Afbeelding 3.8 Variant 2 collectieve warmte: WKO + TEO + MT-warmtenet
3.3.3
Variant 3 collectieve warmte: TEO + WKO + MT-warmte- en koudenet
Variant 3 lijkt sterk op variant 2, met de uitbreiding van een tweepijps naar en vierpijps warmtenet om zo ook koeling in de zomer mogelijk te maken. Een vierpijpssyteem neemt extra ruimte in de bodem in beslag en brengt ook extra kosten met zich mee. De extra twee buizen om koeling mogelijk te maken zijn waarschijnlijk niet voor heel Gouderak financieel aantrekkelijk. Een optie is om het koudenet enkel aan te leggen voor utiliteitsgebouwen in het gebied tussen het gemaal, het Dorpshuis en de COOP.
Afbeelding 3.9 Variant 3 collectieve warmte: WKO + TEO + MT-warmte- en koudenet
3.3.4
Variant 4 collectieve warmte: TEO + WKO + HT-warmtenet
Variant 4 lijkt sterk op variant twee, maar brengt door middel van een centrale warmtepomp de temperatuur in het warmtenet naar een hoge temperatuur (HT) van circa 70 °C. Hiermee kan ook het tapwater direct verwarmd worden zonder een boosterwarmtepomp. Ook zijn isolatie en aanpassingen aan het
23 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
afgiftesysteem (radiatoren) niet of nauwelijks noodzakelijk. Het aanbieden van koeling is in deze variant niet logisch, omdat het afgiftesysteem in de gebouwen daar ook niet voor geschikt gemaakt is. De minimale aanpassingen lijken aantrekkelijk, maar het nadeel van deze variant is de hoge energievraag. Ten eerste, door het uitblijven van isolatiemaatregelen, blijft de warmtevraag van gebouwen hoger. Ten tweede, omdat het rendement van de warmtepomp, (in vaktermen coefficiënt of performance (COP)), lager wordt als deze een hoger temperatuurniveau moet maken. Ten derde, een HT-warmtenet heeft ondanks de beter geïsoleerde leidingen, een hoger warmteverlies dan een MT of LT-warmtenet.
Afbeelding 3.10 Variant 4 collectieve warmte: WKO + TEO+ HT-warmtenet
3.3.5
Variant 5 individuele warmte: Bodem-waterwarmtepomp
Variant 5 is een referentie variant om voorgenoemde collectieve varianten mee te vergelijken. Elke woning/gebouw krijgt in deze variant een verticale gesloten bodemlus. Deze kan met een boorstelling aangelegd worden in de voortuin van elke woning, zoals in Afbeelding 3.11. weergegeven is. De benodigde aanpassingen aan de woning zijn met variant 1 vergelijkbaar. Ook hier is er warmtepomp nodig die lage temperatuur bodemwarmte opwaardeert naar een hoger niveau en een LT-afgiftesysteem om deze warmte af te kunnen geven in de woning.
24 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Afbeelding 3.11 Boorstelling voor aanleggen verticale gesloten bodemlus
Afbeelding 3.12 Variant 5 individuele warmte: Bodem-waterwarmtepomp
3.3.6
Variant 6 individuele warmte: Lucht-waterwarmtepomp
Variant 6, de tweede individuele referentie variant, is de luchtwarmtepomp. Hiervoor is een buitenunit nodig, die warmte uit de lucht onttrekt. De uitdaging bij deze warmtepomp is het netjes inpassen van de buitenunit en de geluidsaspecten. Door regelgeving over geluidsbelasting door luchtwarmtepompen zal in veel gevallen ook nog een geluiddempende ombouwkast nodig zijn. Verbeterde isolatie en een LT-afgiftesysteem zijn in deze variant belangrijk, omdat de lucht-waterwarmtepomp niet genoeg warmte kan leveren op een koude winterdag.
25 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Afbeelding 3.13 Variant 6 individuele warmte: Lucht-waterwarmtepomp
Afbeelding 3.14 Woning met een lucht-waterwarmtepomp
3.4
Benodigde maatregelen en componenten per energiesysteem
Zoals beschreven in de voorgaande paragrafen zijn niet voor alle alternatieven eenzelfde isolatiemaatregelen of infrastructuur noodzakelijk. Tabel 3.1 toont in een overzicht de maatregelen en systeemcomponenten die benodigd zijn per alternatief energiesysteem.
Tabel 3.3 Benodigde maatregelen en systeemcomponenten op woningniveau en gebiedsniveau bij de verschillende alternatieven Categorie
Item
Variant 1 LT-net (warmte+koude)
Variant 2 MT-net
Variant 3 MT-net (warmte+koude)
woningen
isolatie tot energielabel B
✔
✔
lage temperatuur afgiftesysteem
✔
afleverset decentrale warmtepompen
26 | 35
✔ water/water
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Variant 4 HT-net
Variant 5 Bodem WP
Variant 6 Lucht WP
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔ water/water (booster)
✔ water/water (booster)
✔ water/water
✔ lucht/water
✔
Categorie
Item
Variant 1 LT-net (warmte+koude)
Variant 2 MT-net
Variant 3 MT-net (warmte+koude)
Variant 4 HT-net
bodemlussen gebied
✔
warmtenet
✔
✔ (geïsoleerd)
✔ (geïsoleerd) 4pijps
✔ geïsoleerd
WKO-bronnen
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
centrale warmtepomp TEO-installatie
Variant 5 Bodem WP
✔
3.5
Verdere aandachtspunten
3.5.1
Ecologisch effecten
Het water wat via gemaal Verdoold wordt geloosd in de Hollandse IJssel heeft een lagere temperatuur door de onttrekking van warmte. In tegenstelling tot effecten van warmtelozing is er weinig bekend over het onttrekken van warmte uit oppervlaktewater, ofwel koudelozingen. De algemene denkrichting is dat waterkwaliteitsproblemen zomers versterkt worden door een hoge watertemperatuur. Het afkoelen van het water zou dus voordelen kunnen hebben voor de waterkwaliteit, maar mogelijk nadelige effect op de habitatgeschiktheid kunnen hebben. Dit moet nog nader onderzocht worden in een hiervoor gestart onderzoeksprogramma van STOWA en Rijkswaterstaat. Voor koudelozingen bestaat op dit moment alleen een concept beleidsregel, die gebaseerd is op de methodiek van de beoordeling van warmtelozingen. De beoordelingsstappen uit deze concept beleidsregel staan in Afbeelding 3.5 weergegeven. Deze beleidsregel wordt herzien op basis van de onderzoeksresultaten van het onderzoeksprogramma in 2022.
Afbeelding 3.15 Stappen uit concept beleidsregel beoordeling koudelozingen
Indien er voor het ontwerp bij Verdoold uitgegaan wordt van warmteonttrekking met een ΔT van 3 °C vanaf een oppervlaktewatertemperatuur van 15 °C, kunnen de eerste twee stappen van de concept beleidsregel succesvol met nee beantwoord worden. In de laatste stap tot vergunningverlening moet nog worden aangetoond dat de koudelozing niet tot achteruitgang van de toestand van een oppervlaktewaterlichaam binnen de Kaderrichtlijn water (krw) leidt. Aangezien de Hollandse IJssel een krw-oppervlaktewaterlichaam is, zal dit ten tijde van een vergunningaanvraag waarschijnlijk beoordeeld en onderbouwd moeten worden.
27 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Variant 6 Lucht WP
3.5.2
Juridisch en organisatorisch
Bij alternatieven met een warmtenet is een exploitant van dat warmtenet een noodzakelijke projectpartner. Deze exploitant heeft een belangrijke rol in de realisatie en exploitatie van het systeem: de investeringen die vooraf benodigd zijn voor realisatie van het systeem worden (idealiter) terugverdiend met inkomsten uit de levering van warmte aan afnemers die aangesloten zijn op het warmtenet. Op deze exploitatie van warmtenetten is wetgeving van toepassing die afnemers van warmte en koude moet beschermen tegen oneerlijke tarieven en aanverwante kosten voor warmtelevering: de warmtewet. De gereguleerde maximale tarieven voor warmtelevering zijn onder meer afhankelijk van de temperatuur van de geleverde warmte en het vermogen van de aansluiting. Voor de levering van lage temperatuur warmte gelden dus andere (lagere) tarieven dan voor hoge temperatuur warmte, die direct gebruikt kan worden voor verwarming van woningen. De maximale tarieven voor warmtelevering hebben invloed op de businesscase van een warmtenet, omdat het een limiet stelt aan hoeveel kan worden verdiend met de levering van warmte en koude. Als de kosten voor een warmtenet hoger zijn dan de maximale (verdisconteerde) inkomsten over de levensduur van het warmtenet, dan resteert een onrendabele top die vooraf bekostigd moet worden middels subsidies en/of een verplichte bijdrage aansluitkosten.
Deze bijdrage komt voor rekening van de toekomstige afnemers, en is een maat voor de financiële rendabiliteit van een warmtenet. De tarieven welke zijn gehanteerd voor de berekening van businesscases in deze analyse zijn opgenomen in Bijlage VI.
28 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
4 MULTI-CRITERIA ANALYSE (MCA) 4.1
Toelichting op de gehanteerde criteria
De consequenties van de alternatieve energiesystemen voor Gouderak zijn in beeld gebracht middels een multicriteria-analyse (MCA). Daarin worden verschillende prestaties en aspecten van de systemen op objectieve wijze vergeleken. Op basis van de MCA is bepaald welk energiesysteem het beste past bij de wensen van de gemeente Krimpenerwaard, en welk systeem het meest kansrijk is voor realisatie. De aardgasloze energiesystemen zijn vergeleken op basis van de volgende aspecten: - impact op de maatschappij; - technische haalbaarheid; - impact op de organisatie van het project; - impact op de organisatie van de gemeente; - impact op een eventuele exploitant; - impact op de bewoners van Gouderak, en - totale kosten van het systeem. De aspecten zijn verder specifiek gemaakt in een aantal criteria, weergegeven in tabel 4.1. Een uitgebreide beschrijving van de criteria en een onderbouwing van de resultaten is opgenomen in Bijlage V.
Tabel 4.1 Te hanteren criteria voor de MCA van warmtesysteem-varianten in Gouderak. Categorie
Criterium
Eenheid
Toelichting
impact op maatschappij
1. CO2-uitstoot
ton per jaar
wat is de jaarlijkse CO2-uitstoot van alle technische systemen binnen het energiesysteem?
2. aanvullende elektriciteitsvraag
MWh/jr
de benodigde aanvullende elektriciteitsvraag van de energieconcepten
3. geluid
dB(A)
aan hoeveel decibel zijn bewoners onderhevig als gevolg van een systeem binnen het energiesysteem?
4. projectrisico’s
kwalitatief
hoe groot is de kans en impact dat er problemen ontstaan bij de aanleg van een energiesysteem?
5. ruimtelijke impact
m2
hoeveel ruimte kost het systeem aan de oppervlakte?
6. impact op netwerkkosten
EUR
wat zijn de kosten van het netwerk gelet op de vermogensvraag van een energiesysteem?
7. inpassing ondergrond
kwalitatief
is er voldoende potentie in de ondergrond om het systeem zonder interferentie te realiseren?
8. inpassing regeneratie oppervlaktewater
% van potentie
is er voldoende potentie voor warmte uit oppervlaktewater voor het systeem?
impact op de organisatie
9. bouwtijd energiesysteem
maanden
hoeveel maanden duurt het om het energiesysteem te realiseren?
impact op organisatie gemeente
10. beschikken en handhaven interferentievoorwaarden
kwalitatief
hoe groot is de impact op de gemeente in het toetsen/handhaven/toezien op het interferentiegebied?
technische haalbaarheid
29 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Categorie
impact op de exploitant
impact op de bewoner
totale maatschappelijk kosten (per individu, netbeheerder en overheid)
4.2
Criterium
Eenheid
Toelichting
11. controle waterkerende laag
kwalitatief
controleerbaarheid en intensiteit controle op handhaving waterkerende laag
12. impact BAK door 10 % minder woningen
EUR
aansluitrisico: hoeveel euro stijgt de BAK door gederfde inkomsten bij 10% minder woningen?
13. impact BAK door vijf keer langere ontwikkeltermijn
EUR
vollooprisico: hoeveel euro stijgt de BAK door gederfde inkomsten, wanneer de ontwikkelingstermijn vijf keer zo lang duurt?
14. kosten woningaanpassing
EUR per woning
wat zijn de gemiddelde kosten voor aanpassingen aan de woning voor het systeem?
15. bijdrage aansluitkosten (BAK) exclusief subsidies
EUR
wat is de BAK exclusief subsidies?
16. impact energielasten
EUR per jaar
wat zijn de jaarlijkse kosten voor energie ten behoeve van de warmtevoorziening?
17. Total Cost of Ownership (TCO) bewoner
EUR
hoeveel euro bedraagt de som van direct en indirecte kosten voor de bewoner?
18. totale maatschappelijke kosten
EUR
totale maatschappelijke kosten van het energiesysteem over 30 jaar: investeringen en bijdragen in energiesysteem, woningaanpassingen, energielasten van bewoners, kosten netverzwaring, minus baten uit meekoppelkansen.
Vergelijking van de scores van de energiesystemen
Tabel 4.2 toont de scores van de verschillende energiesystemen op de toetsingsaspecten. De score op elk categorie is tot stand gekomen door de scores op de verschillende criteria (zie tabel 4.1) die vallen onder elke categorie bij elkaar op te tellen. Een overzicht van de complete afwegingstabellen van de verschillende criteria is te vinden in bijlage IV. Een toelichting op de scores is te vinden in bijlage V.
30 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Tabel 4.2 Gewogen scores van de energieconcepten op de aspecten uit de multicriteria-analyse
Individuele systemen
Collectieve systemen WKO + warmtenet + TEO
Warmtepomp
Weging
LT warmte + koude
MT warmte
MT warmte + koude
HT warmte
energie uit bodem
energie uit lucht
impact op de maatschappij
2
3,2
2,8
2,8
2,0
4,5
1,4
technische haalbaarheid
1
2,5
2,5
2,0
2,5
3,3
3,5
impact op de organisatie
1
0,0
0,0
0,0
0,0
1,0
1,0
impact op organisatie gemeente
1
1,0
1,0
1,0
1,0
0,0
2,0
impact op de exploitant
1
0,7
0,5
0,2
0,3
20
2,0
impact op de bewoner
2
1,5
0,9
0,0
3,6
5,5
5,1
totale maatschappelijke kosten
2
0,6
0,4
0,0
1,1
2,0
1,8
totale score
-
9,5
8,2
6,1
10,6
18,2
16,8
Categorie
Totaalbeeld: warmtenetten niet gunstiger dan individuele alternatieven Op basis van de scores op de criteria en de gekozen wegingen wordt duidelijk dat de alternatieven met warmtenetten niet gunstiger scoren dan individuele alternatieven (varianten 5 en 6). Dit is vooral het gevolg van de aanzienlijke meerinvestering die deze alternatieven vergen voor de aanleg van de WKO en warmtenet-infrastructuur, en de introductie van een exploitant die warmte en koude tegen tarieven kan afzetten aan afnemers. Individuele alternatieven scoren met name goed op kosten, zowel maatschappelijk als voor bewoners. Hoewel met het HT warmtenet een minder hoge investering voor isolatiemaatregelen gemoeid is, scoort het nauwelijks gunstiger dan andere warmtenetvarianten, omdat het gebrek aan isolatie hogere energielasten voor de bewoners laat bestaan. De LT-variant komt als minst gunstige optie uit de bus, omdat voor deze variant zowel isolatiekosten hoog zijn als de investeringskosten voor de infrastructuur. Vergelijking van de energieconcepten op belangrijke criteria Tabel 4.3 toont een vergelijking van de energieconcepten op de belangrijkste financiële aspecten.
Tabel 4.3 Vergelijking van de energieconcepten op belangrijke criteria Criterium
Eenheid
LT warmte + koude
MT warmte
MT warmte + koude
HT warmte
Bodem warmtepomp
Lucht warmtepomp
14. Kosten woningaanpas sing (isolatie, ventilatie, LTverwarming)
EUR
6,6 miljoen
6,6 miljoen
6,6 miljoen
0
6,6 miljoen
6,6 miljoen
15. BAK/investeri ng energiesystee
EUR/ woning
26.300
32.000
32.400
28.000
18.200
12.900
31 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Criterium
Eenheid
LT warmte + koude
MT warmte
MT warmte + koude
HT warmte
Bodem warmtepomp
Lucht warmtepomp
m (excl. Subsidies) Herinvestering na 15 jaar (Zie tabel V33)
EUR/ woning
-
-
-
-
10.300
8.300
16. Jaarlijkse energielasten bewoners (gemiddelde woning)
EUR /jaar
1.550
1.450
1.700
1.450
650
1.000
18. Totale maatschappeli jke kosten
EUR
67,1 miljoen
69,6 miljoen
75,8 miljoen
59,4 miljoen
46,6 miljoen
49,5 miljoen
Tabel 4.4 toont een vergelijking van de CO2- reductie ten opzichte van het aardgasverbruik in ton CO2 per jaar en in kosten. Verder worden er nog enkele samenvattend aandachtpunten opgesomd.
Tabel 4.4 CO2-reductie en andere aandachtpunten Criterium
Eenheid
LT warmte + koude
MT warmte
MT warmte + koude
HT warmte
Bodem warmtepomp
Lucht warmtepomp
CO2-reductie ten opzichte van aardgas (Gouderak)
ton CO2 /jr
1.424
1.411
1.411
1.319
1.476
1.373
%
88 %
87 %
87 %
81%
91%
85 %
kosteneffectiviteit CO2reductie (Gouderak)
EUR /kg CO2 redu ctie
1,57
1,65
1,79
1,50
1,05
1,20
belangrijkste kwalitatieve aandachtspunten
-
inpassing WKO, warmtenet ondergrond,
inpassing WKO, warmtenet ondergrond,
inpassing WKO, 4pijps warmte-net ondergrond,
inpassing WKO, warmtenet ondergrond,
regeneratie -capaciteit.
regeneratie - capaciteit
regeneratie - capaciteit
regeneratie -capaciteit
ruimtelijke impact openbare ruimte
ruimtelijke impact openbare ruimte
ruimtelijke impact openbare ruimte
ruimtelijke impact openbare ruimte
inpassing ondergrond (interferentie), beschikbaarheid boorbedrijven verzilting watervoerende laag, druk op gemeentelijke organisatie
Geluidsoverlast, inpassing in/rond woningen, prestatieverlies bij kwalitatief onvoldoende installatie en isolatie.
Individuele systemen: financieel interessant maar kwalitatieve tegenargumenten De bodemlussen zijn financieel gezien het meest interessant en bieden bovendien de meest kosteneffectieve reductie van CO2-uitstoot. Daar staan wel wat kwalitatieve argumenten tegenover. Zo is de inpassing van een groot aantal bodemlussen een aandachtspunt. Het risico bestaat dat de systemen elkaar nadelig gaan beïnvloeden, waardoor de efficiëntie van de systemen daalt, met hogere energielasten voor bewoners tot gevolg.
32 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
Daarnaast is er een mogelijk risico op verzilting van het watervoerende pakket door veelvuldige doorboring van waterkerende lagen en bij onzorgvuldige afdichting. Ook voor luchtwarmtepompen gelden enkele kwalitatieve bezwaren die dit relatief goedkope alternatief minder interessant maken. Het geluid dat buitenunits van luchtwarmtepompen produceren is een aandachtspunt, zeker waar het dorp een dichtbebouwd én landelijk karakter heeft. In meer stedelijke omgeving is het geluid van dergelijke compressors minder opvallend aanwezig. Laag- en hoog temperatuur warmtenet meest interessante collectieve opties Van de collectieve systemen zijn het laagtemperatuur (LT) en het hoog temperatuur (HT) warmtenet het meest gunstige alternatief voor Gouderak. Het LT-net heeft een lagere BAK, maar een hogere TCO en voor het HT-net geldt dit precies andersom. Dat betekent dat het HT-net qua maatschappelijke kosten voordeliger is. Het heeft echter wel de minste CO 2-reductie. Mogelijk kunnen woningen met minder ingrijpende isolatiemaatregelen en zonder grote investeringen in lage temperatuur afgiftesystemen al voldoende verwarmd worden. Daarmee zouden de totale maatschappelijke kosten en kosten voor bewoners afnemen. Een woningschouw van specifieke referentiewoningen in Gouderak zou inzicht in kunnen geven in hoeverre dit voor Gouderak geldt.
Zonder bekostiging van de energieconcepten zijn de alternatieve energieconcepten echter niet rendabel. Dat betekent dat de investeringen zich gemiddeld genomen niet binnen de beoogde levensduur (30 jaar) terugverdienen, uitgaande van de huidige prijzen voor energie.
Afbeelding 4.1 Total Cost of Ownership energiesystemen, inclusief investeringen in isolatie, ventilatie en LT-radiators (per gemiddelde woning) bij 3 % per jaar stijgende gas- en elektriciteitsprijs.
€100.000 €90.000
Cumulatieve kosten
€80.000 €70.000
LT warmte + koude
€60.000
MT warmte + koude
€50.000
MT warmte
€40.000
HT warmte Bodemlussen
€30.000
Lucht/water wp
€20.000
CV + aardgas
€10.000 €0
5
10
15
Tijd in jaren
33 | 35
Witteveen+Bos | 118568/20-011.534 | Definitief
20
25
30
5 CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN De gemeente Krimpenerwaard heeft gevraagd naar de technisch-financiële mogelijkheden voor Thermische Energie uit oppervlaktewater (TEO) middels warmteonttrekking uit gemaal Verdoold. De mogelijkheden zijn vergeleken met de individuele warmteopties. Uit het onderzoek volgen een aantal conclusies. Conclusies omtrent inzet van gemaal Verdoold met een WKO. Op basis van het uitgevoerde haalbaarheidsonderzoek wordt geconcludeerd dat dit systeem technisch haalbaar is, mits aan strikte voorwaarden wordt voldaan. Daarnaast moet worden geconstateerd dat de lokale bodemopbouw en grondwaterstroming toepassing van een WKO niet ideaal maken. Het energieconcept is alleen realiseerbaar (1) indien het energiesysteem wordt ontworpen als bivalent energiesysteem (2), indien het derde en vierde watervoerende pakket kunnen worden gecombineerd en (3) indien de regeneratievoorziening zo kan worden vormgeven dat de bodemenergiebalans behouden blijft. De volgende conclusies liggen hieraan ten grondslag: 1 hierdoor heeft elke WKO een beperkte capaciteit en een lager rendement (warmte stroomt weg door de hogere stroomsnelheid). Om het systeem haalbaar en betaalbaar te maken is het daarom noodzakelijk om de te werken met een bivalent systeem. Daarbij voorziet de WKO in de basislast en een gasketel in piekvoorziening.