4 20230309 RIB Haalbaarheidsonderzoek Gulden Energie Bijlage.pdf

Haalbaarheidsonderzoek Gulden Energie De RWZI als warmtebron voor Aarle-Rixtel en De Eeuwsels

Waterschap Aa en Maas Gemeente Helmond Gemeente Laarbeek 1 december 2022

Project Opdrachtgever

Document Status Datum Referentie

Projectcode Projectleider Projectdirecteur

Auteur(s) Gecontroleerd door Goedgekeurd door

Haalbaarheidsonderzoek Gulden Energie Waterschap Aa en Maas Gemeente Helmond Gemeente Laarbeek

De RWZI als warmtebron voor Aarle-Rixtel en De Eeuwsels Definitief 1 december 2022 130784/22-017.381

130784 ir. M.F.B. van der Werf ir. M.J.T. Scheres

ir. C.G.J. Hügel, ir. I.J. Kil ir. A.H.J. van Kuijk ir. M.F.B. van der Werf (b/a ir. A.H.J. van Kuijk)

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 toest emming 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

SAMENVATTING

5

1

INLEIDING

9

1.1

Projectgebied Gulden Energie en onderzoeksvragen

9

1.2

Opzet onderzoek en leeswijzer

10

1.3

Begrippenlijst

11

2

WARMTEBRONNEN EN WARMTEOPSLAG

12

2.1

Voorselectie bronnen en opslag

12

2.2

Verdieping potentiële bronnen en warmteopslag

15

2.2.1 2.2.2 2.2.3

16 21 26

Basislast-bronnen Middenlast-bronnen Pieklast-bronnen

2.3

Warmteopslag

27

2.4

Overzicht kansrijke bronnen en opslag

30

3

WARMTE-AFZETGEBIEDEN

32

4

WARMTEBRON COMBINATIES

35

5

SCENARIO-ANALYSE

37

5.1

Warmtenetkosten per warmte-afzetgebied

37

5.2

Bronkosten per scenario

39

5.3

Basis businesscase per scenario

41

6

EVALUATIE VAN SCENARIO’S

45

7

VOORKEURSVARIANT: SCHETSONTWERP, BUSINESSCASE EN MKBA

48

7.1

Schetsontwerp

48

7.2

Businesscase

51

7.3

Maatschappelijke kosten baten analyse van een collectief warmte systeem

58

8

JURIDISCHE EN ORGANISATORISCHE OVERWEGINGEN

60

8.1

Inleiding

60

8.2

Situatie onder huidig recht

60

8.3

Situatie onder toekomstig recht

64

8.4

Evaluatie

65

9

CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

66

9.1

Conclusies

66

9.2

Aanbevelingen

68

Laatste pagina

69

Bijlage(n)

Aantal pagina's

I

Uitgangspunten warmte en vermogensvraag

3

II

Uitgangspunten systeemvarianten

2

III

Kostenraming en businesscase

5

IV

Toelichting restwarmte potentie Artex b.v

1

V

MKBA

6

SAMENVATTING Het initiatief Gulden Energie beoogt een duurzame, warmtevoorziening te ontwikkelen voor de dorpskern Aarle-Rixtel (Gemeente Laarbeek) en de buurt De Eeuwsels (Gemeente Helmond). Het projectteam Gulden Energie, bestaande uit het waterschap Aa en Maas, Gemeente Laarbeek en Gemeente Helmond, heeft aan Witteveen+Bos Raadgevende ingenieurs gevraagd om nader te onderzoeken of een collectieve warmtevoorziening op basis van warmte uit effluent van de rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) Aarle-Rixtel hiervoor een kansrijke optie is.

Afbeelding 1 Projectlocatie Gulden Energie: Aarle-Rixtel, De Eeuwsels en de RWZI van Waterschap Aa en Maas

De hoofdvraag is: ‘Hoe kan een collectieve warmteoplossing, met RWZI Aarle-Rixtel als startmotor, een haalbaar én gedragen scenario zijn voor lokale, duurzame warmte in Aarle-Rixtel en/of De Eeuwsels?’. Uit deze hoofdvraag is voor het onderzoek een aantal onderzoeksvragen vastgesteld, die hierna worden behandeld. De antwoorden zijn met name richtinggevend van aard, waarbij de volgende uitgangspunten gelden: - het onderzoek is bedoeld om inzicht te geven, waarop keuzes gemaakt kunnen worden; - de onderzoekers bepalen niet wat er verder moet gebeuren, dat is aan de gemeentes; - als besloten wordt dat er een warmtenet komt, is er vooralsnog geen verplichting om aan te sluiten. Is één collectief warmtesysteem voor beide gebieden (economisch) voordeliger, dan dat iedere gemeente apart een oplossing voor duurzame warmte ontwikkelt? Eén collectief warmtesysteem voor zowel De Eeuwsels als Aarle-Rixtel is economisch voordeliger. Dubbelingen in installaties, warmtetransportnet en grondbeslag kunnen worden voorkomen wanneer beide gebieden gebruik maken van een gezamenlijk collectief warmtesysteem. Tevens kan een deel van het warmtetransportnet worden gebruikt om beide gebieden van warmte te voorzien.

5 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Is een schaalbare warmtefabriek in dit gebied haalbaar? Een verdere opschaling van de warmtefabriek is mogelijk: 1 er kan meer warmte uit het effluent gewonnen worden dan noodzakelijk is voor de warmtevoorziening van Aarle-Rixtel en De Eeuwsels; 2 verdere opschaling kan mogelijk worden gemaakt door effluentwarmte ook in de zomer te winnen en tijdelijk op te slaan met seizoensopslag (zoals een WKO). Hierdoor kan in de winter meer warmte worden geleverd met een warmtepomp; 3 verdere opschaling van de warmtefabriek kan mogelijk worden gemaakt door ook andere duurzame warmtebronnen te benutten, zoals luchtwarmtepompen of Thermische energie uit Oppervlaktewater (TEO) in combinatie met seizoensopslag (zoals een WKO). Het is zonder meer haalbaar om de eerste optie te benutten geven, zolang rekening wordt gehouden met de (specifieke) richtlijnen van het waterschap/RWS voor warmtewinning uit effluent. De tweede en derde optie zijn technisch en economisch haalbaar, maar vereisen nader onderzoek naar de mogelijkheden van seizoensopslagfaciliteiten.

Afbeelding 2 Omlijning van het beoogde afzetgebied in De Eeuwsels (boven) en Aarle-Rixtel (onder)

Waar kan het beste gestart worden? Als duurzaamheidsoverwegingen de doorslag geven, vormt het starten in zowel De Eeuwsels als Aarle-Rixtel de beste keuze. Als technische en economische overwegingen de doorslag geven, vormt De Eeuwsels de beste startbuurt.

6 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Welk warmtesysteem heeft de voorkeur? In alle gevallen is een warmtepomp op basis van effluent in combinatie met een piekvoorziening de beste optie. Voor de piekvoorziening kan worden ingezet op een gasketel of e-boiler. Als duurzaamheid en onafhankelijkheid van aardgas zwaarwegende argumenten zijn, dan heeft de e-boiler de voorkeur. Vanuit economisch perspectief heeft een gasketel de voorkeur.

Afbeelding 3 Werking van een warmtenet

Welke mogelijke rollen kunnen de diverse stakeholders in de warmteketen vervullen? Onder het huidig recht bestaan er vier organisatievormen die bepalend zijn voor de rol die partijen (het waterschap en de beide gemeenten) kunnen nemen: 1 via vergunning verlening; 2 via concessieverlening; 3 via de oprichting van een gemeentelijk warmtebedrijf; 4 via een publiek-private samenwerkingsvorm. De Minister voor Klimaat en Energie werkt momenteel aan de Wet collectieve warmtevoorziening (WCW), waarin publiek eigendom van warmtenetten mogelijk verplicht wordt gesteld. Het wetsvoorstel wordt in mei 2023 behandeld door de Tweede Kamer. Als dit wetsvoorstel doorgang vindt, komt een accent te liggen op organisatievorm 3: een gemeentelijk warmtebedrijf. In dat geval richt de gemeente een rechtspersoon op die verantwoordelijk is voor de aanleg, beheer en exploitatie van het warmtenet. Het waterschap kan participeren in het gemeentelijk warmtebedrijf (bijvoorbeeld als producent van warmte). Met deze constructie heeft de gemeente de regie over het warmtenet en kan zij bijvoorbeeld zelf de tarieven bepalen, maar is zij ook zelf verantwoordelijk voor alle risico’s. Ook dient te worden gewaarborgd dat er binnen de gemeente voldoende kennis en expertise in huis is om deze regierol ook succesvol te vervullen.

Als de WCW in werking treedt (dit is nu voorzien op 1 juli 2024), mag de gemeente een warmtekavel aanwijzen en een warmtebedrijf aanwijzen dat het exclusieve recht (en de plicht) heeft om een collectief warmtesysteem te realiseren in de warmtekavel. Dit warmtebedrijf (bijvoorbeeld het gemeentelijke warmtebedrijf) is dan integraal verantwoordelijk voor de gehele warmteketen.

7 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Wat zijn de vervolgstappen? De processtappen die de drie initiatiefnemers voor ogen hebben, zijn als volgt:

Afbeelding 4 De processtappen

feb’22

Fa sen

Verkenning

Dec’22

Ha a lba a rheid

go/no-go

eind’23

Ontwikkeling

eind’25

Contract

go/no-go

Realisatie

go/no-go

De uitkomsten van het onderzoek en het advies van het projectteam Gulden Energie worden bestuurlijk aan de drie betrokken organisaties voorgelegd. Dit vormt het GO/NO-GO moment voor de eventuele ontwikkeling van het voorkeursscenario.

8 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

1 INLEIDING Het initiatief Gulden Energie heeft de wens om een duurzame, warmtevoorziening te ontwikkelen voor de dorpskern Aarle-Rixtel (Gemeente Laarbeek) en de buurt De Eeuwsels (Gemeente Helmond). Een verkennend onderzoek1 heeft aangetoond dat een collectieve warmtevoorziening op basis van warmte uit effluent van RWZI Aarle-Rixtel lagere maatschappelijke kosten kent voor zowel Aarle-Rixtel als De Eeuwsels dan andere alternatieven. Het onderzoek liet ook zien dat de RWZI Aarle-Rixtel niet voldoende warmte kan leveren voor beide gebieden. Het projectteam Gulden Energie2 heeft Witteveen+Bos Raadgevende ingenieurs gevraagd om hier nader onderzoek naar te doen.

Dit rapport heeft als doel de hoofdvraag te beantwoorden: ‘Hoe kan een collectieve warmteoplossing, met RWZI Aarle-Rixtel als startmotor, een haalbaar én gedragen scenario zijn voor lokale, duurzame warmte in Aarle-Rixtel en/of De Eeuwsels?’ Het rapport gaat onder andere in op de volgende gestelde onderzoeksvragen, afgeleid van de hoofdvraag: 1 is één collectief warmtesysteem voor beide gebieden (economisch) voordeliger, dan dat iedere gemeente apart een oplossing voor duurzame warmte ontwikkelt? 2 is een schaalbare warmtefabriek in dit gebied haalbaar? Zo ja, wat is het beste start- en toekomstscenario (technisch, economisch, ruimtelijk, juridisch, governance); 3 welke mogelijke rollen kunnen de diverse stakeholders in de warmteketen vervullen?

1.1

Projectgebied Gulden Energie en onderzoeksvragen

In afbeelding 1.1 is het projectgebied oranje en groen omlijst, bestaande uit respectievelijk de wijken/dorpskernen Aarle-Rixtel en De Eeuwsels. In blauw omlijnd bevindt zich de RWZI van Aa en Maas.

1

DNV-GL Verduurzaming omgeving rondom RWZI, in opdracht van Waterschap Aa en Maas, gemeente Laarbeek en gemeente Helmond, 08-07-2022

2

het projectteam Gulden Energie bestaande uit het Waterschap Aa en Maas, gemeente Laarbeek en gemeente Helmond

9 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 1.1 Projectlocatie Gulden Energie: Aarle-Rixtel, De Eeuwsels en de RWZI van Waterschap Aa en Maas

1.2

Opzet onderzoek en leeswijzer

Hieronder vindt u een beschrijving van onderzoeksopzet die tevens dient als leeswijzer. Hoofdstuk 2 Voorselectie potentiële bronnen Dit hoofdstuk maakt een voorselectie van alle mogelijke warmtebronnen binnen of in de nabijheid van het projectgebied. Kansrijke bronnen en opslagtechnieken zijn in meer detail beschreven als basislast-bronnen, middenlast-bronnen, pieklast-bronnen en warmteopslag. Daarnaast worden bronnen en opslagtechnieken gekarakteriseerd op duurzaamheid, ruimtelijke impact en kosten. Hoofdstuk 3 Afzetgebieden In dit hoofdstuk worden de mogelijke afzetgebieden voor de warmte gedefinieerd. Er wordt onderscheid gemaakt tussen drie gebieden; Aarle-Rixtel, De Eeuwsels en de combinatie van deze twee. Het hoofdstuk bevat een toelichting en advies voor de keuze van woningen en utiliteitsgebouwen in de verschillende wijken. Hoofdstuk 4 Warmtebroncombinaties Op basis van de warmtebronnen die zijn vastgesteld in de verdiepingsfase (zie hoofdstuk 2), zijn zes combinaties van warmtebronnen opgesteld, die in dit hoofdstuk nader toegelicht. Hoofstuk 5 Scenario-analyse In dit hoofdstuk wordt een scenarioanalyse uitgevoerd. Daarbij zijn 18 scenario’s (3 afzetgebieden en 6 warmtebroncombinaties) vergeleken op basis van warmtenetkosten, bronkosten (EUR/GJ), Bijdrage Aansluitkosten (BAK), CO2- en NOx-emissie.

Voor het bepalen van de bijdrage aansluitkosten is per scenario een basis businesscase opgesteld. De kosten en inkomsten, die dienen als input voor de businesscase, zijn nog niet tot in detail uit te werken en berusten nog op verscheidene aannames. Hoofstuk 6 Scenario evaluatie In dit hoofdstuk worden uitkomsten uit de scenarioanalyse van hoofdstuk 5 geanalyseerd. Daarnaast wordt een antwoord gegeven op 2 van de 3 gestelde onderzoeksvragen: 1 is één collectief warmtesysteem voor beide gebieden (economisch) voordeliger dan dat iedere gemeente apart een oplossing voor duurzame warmte ontwikkelt? 2 is een schaalbare warmtefabriek in dit gebied haalbaar? Zo ja, wat is het beste start- en toekomstscenario (technisch, economisch, ruimtelijk, juridisch, governance).

10 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Hoofdstuk 7 Voorkeursvariant: schetsontwerp, businesscase en MKBA In dit hoofdstuk wordt de voorkeursvariant uit de scenario analyse verder uitgediept. Het schetsontwerp wordt herzien en de kosten van het warmtenet wordt op detail niveau in kaart gebracht. De businesscase voor een mogelijke exploitant geeft inzicht in de onrendabele top en het effect van de ontwikkelsnelheid en het type piekboiler hierop. De MKBA vergelijkt de maatschappelijke kosten en baten van een collectief warmtenet met individuele warmteoplossingen. Hoofstuk 8 Juridische en organisatorische overwegingen In dit hoofdstuk wordt antwoord gegeven op de derde gestelde onderzoeksvraag: welke mogelijke rollen kunnen de diverse stakeholders in de warmteketen vervullen? Om antwoord te geven op deze vraag worden de verschillende manieren om een warmtenet te regelen onder de huidige Warmtewet toegelicht en de veranderingen onder de WCW geschetst. Hoofstuk 9 Conclusies over onderzoeksvragen In dit hoofdstuk worden de conclusies getrokken over de gestelde onderzoeksvragen

1.3

Begrippenlijst

Tabel 1.1 Toelichting begrippen Begrip

Definitie

basislast-bron

Vult grootste deel van de warmtevraag in en staat continue aan. Investeringskosten zijn normaliter hoog maar energiekosten laag

middenlast-bron

Vult basislastbron aan indien nodig en is idealiter regelbaar

pieklastbron

Springt enkel bij tijdens een hoge warmtevraag. Investeringskosten zijn laag waardoor er grote vermogens geplaatst kunnen worden. Energiekosten zijn relatief hoog. Bron moet goed regelbaar zijn

WKO

In een warmte-koudeopslag (WKO)-installatie wordt bodemenergie gebruikt voor het verwarmen en koelen van gebouwen

regeneratiebron

Vaak is de warmtevraag hoger dan de koudevraag waardoor er een koudeoverschot ontstaat in een WKO. Dit kan een negatief effect hebben op de werking en het rendement van een WKO installatie. Daarom is er een warmtebron nodig om de WKO te regenereren

lagetemperatuur verwarming

circa 50 °C aanvoertemperatuur

middentemperatuur verwarming

circa 70 °C aanvoertemperatuur

hogetemperatuur verwarming

circa 90 °C aanvoertemperatuur

afzetgebied

Gebied waarin de huizen een aansluiting tot het warmtenet krijgen

BAK/onrendabele top

Bijdrage aansluitkosten. De BAK wordt bepaald door de onrendabele top te verdelen over het aantal aansluitingen. De onrendabele top moet gedekt worden, door bijvoorbeeld subsidies of de gemeente, om de businesscase voor een exploitant rendabel te maken

TEA

Thermische energie uit afvalwater. Hierbij wordt een warmtepomp gebruikt om afvalwater op een hogere temperatuur te krijgen. De warmte uit het water zorgt voor een efficiëntere omzetting dan gebruik van buitenlucht. Bij Gulden Energie wordt gekeken naar gebruik van het gezuiverde afvalwater, effluent.

TEO

Thermische energie uit oppervlaktewater. Hierbij wordt een warmtepomp gebruikt om oppervlaktewater op een hogere temperatuur te krijgen. De warmte uit het water zorgt voor een efficiëntere omzetting dan gebruik van buitenlucht.

WCW

Wet Collectieve Warmtevoorziening

11 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

2 WARMTEBRONNEN EN WARMTEOPSLAG Een inventarisatie van warmtebronnen in (de nabijheid van) het projectgebied leverde een lijst op van dertien warmtebronnen en drie grootschalige warmteopslag technieken. Tabel 2.1 geeft een samenvatting van de voorselectie van warmtebronnen. Tabel 2.2 geeft een samenvatting van de beschouwde warmteopslagtechnieken.

2.1

Voorselectie bronnen en opslag

Warmtebronnen Van de dertien onderzochte warmtebronnen gaan er zes mee naar de verdiepingsfase: 1 thermische energie uit afvalwater (TEA) van de RWZI (startmotor van de warmteoplossing); 2 thermische energie uit oppervlaktewater (TEO); 3 lucht warmtepomp; 4 zonthermie; 5 piekketel op aardgas of groengas; 6 piekketel op stroom. De overige zeven warmtebronnen zijn afgevallen voor de verdiepingsfase. Tabel 2.1 geeft een korte toelichting waarom deze warmtebronnen niet verder worden onderzocht.

Tabel 2.1 Voorselectie potentiële warmtebronnen Onderzochte bronnen

Type bron

Realistisch vermogen (MWth)

Door naar verdiepingsfase? (ja/nee)

warmte uit effluent RWZI (TEA)

basislast

8 MWth (mogelijk nog schaalbaar)

ja, is de hoofdbron voor het warmtenet. Kan afhankelijk van geïnstalleerd vermogen naast basislast ook als middenlast dienen

TEO

regeneratiebron van een WKO in de zomer

2-6 MWth

ja, net als voor TEA hangt het potentiële vermogen af van de toegestane uitkoeling van het oppervlaktewater

lucht warmtepomp

middenlast/ regeneratiebron in de zomer

schaalbaar

ja, kan als basis of middenlast dienen als alternatief voor TEO

biomassa

basis-/middenlast

niet van toepassing

nee, biomassa wordt door de gemeente Laarbeek en gemeente Helmond niet gezien als een wenselijke/ duurzame warmtebron en is daarom niet meegenomen in deze studie

12 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Onderzochte bronnen

Type bron

Realistisch vermogen (MWth)

Door naar verdiepingsfase? (ja/nee)

geothermie

basislast

niet van toepassing

nee, voor dit project niet haalbaar. Gemeentes zijn wel bezig met potentie in kaart brengen voor toekomst, maar de verwachting is dat er op de korte tot middellange termijn geen geothermiebron ontwikkeld zal (kunnen) worden

zonthermie

regeneratiebron in de zomer

70 MWth (op basis van 14,5 ha)

ja, mits gronden kunnen worden aangekocht van lokale agrariërs

restwarmte Bavaria (Lieshout)

basislast

niet van toepassing

nee, op korte termijn is geen restwarmte beschikbaar1. Het restwarmte potentieel is beperkt omdat de meest restwarmte door Bavaria al lokaal wordt gebruikt en opgewaardeerd met een warmtepomp. Op lange termijn verdient een koppeling met de nabije Lieshout de voorkeur

restwarmte Artex

basislast

0,5-1,0 MWth

nee, te kleine warmtepotentie en geen continue productie. Mogelijke kans voor aanvulling of optimalisatie van het warmtesysteem om later mee te nemen. Zie bijlage IV voor toelichting

biogas-WKK’s RWZI

midden of basislast

niet van toepassing

nee, bij de RWZI zijn geen WKK’s aanwezig. Doordat er lokaal geen biogas wordt geproduceerd is er ook geen potentie om deze te plaatsen

piekketel op aardgas

pieklast

0-24 MWth , schaalbaar

ja, aardgas kan dienen als brandstof voor een piekketel

piekketel op groengas

pieklast

niet van toepassing

nee, want er is geen zicht op directe afname van groengas uit de omgeving/de RWZI. Slib afkomstig uit het zuiveringsproces wordt getransporteerd naar RWZI Den Bosch (‘de energiefabriek’), waar het slib wordt vergist tot biogas. Het merendeel van het biogas wordt geleverd aan Heineken en afvalstoffendienst Den Bosch

piekketel op stroom

pieklast

0-24 MWth - schaalbaar

ja, maar mogelijk alleen als back-up voorziening voor een piekketel op aardgas

warmtenet Helmond

basislast

niet van toepassing

nee, een uitbreiding van of connectie met het warmtenet van Ennatuurlijk valt buiten de scope van dit onderzoek

Warmteopslag Van de vier onderzochte warmteopslag technieken gaan er twee door naar de verdiepingsfase: 1 warmtebuffer in tank; 2 warmte-koudeopslag (WKO). Hoge temperatuur opslag (HTO) en Pit Thermal Energy Storage (PTES) zijn afgevallen voor de verdiepingsfase. Hieronder een toelichting daarop. Tabel 2.2 geeft een samenvatting van de beschouwde warmteopslagtechnieken.

1

Transitievisie Warmte gemeente Laarbeek

13 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

PTES Grootschalige Pit Thermal Energy Storage (PTES) is vaker succesvol toegepast in Denemarken en is aantrekkelijk vanwege de relatief lage kosten. Een belangrijke barrière voor aanleg van PTES systemen op de projectlocatie is de hoge grondwaterstand, die de afgelopen 10 jaar tussen 0,5 en 1,5 m-mv (meter beneden maaiveld)1. De hoge grondwaterstand is om de volgende redenen problematisch: - constructie van een pit met een gebruikelijke diepte van 5-15 m-mv is uitdagend in een gebied met een hoge grondwaterstand; - de zijkanten en onderkant van een PTES systeem zijn niet geïsoleerd. Door de hoge grondwaterstand zullen de warmteverliezen daardoor oplopen; - de warmte-uitstraling naar de grondlaag heeft een negatief ecologisch effect, wat in de context van de natuurgebieden (EHS) waarschijnlijk niet wenselijk/ toegestaan is. PTES is vooralsnog enkel toegepast op plekken met een lage grondwaterstand. Het Deense ontwerp/ concept kan niet één op één worden gekopieerd naar Nederland, omdat in het ontwerp en constructie expliciet rekening moet worden gehouden met de hoge grondwaterstanden. De techniek is daarom nog niet geschikt voor grootschalige toepassing in Nederland. HTO Een HTO is een open bodemenergiesysteem waarbij warmte op een temperatuur hoger dan 25 °C wordt opgeslagen.

Een dergelijke temperatuur is momenteel niet toegestaan in het kader van de Waterwet en Wijzigingsbesluit Bodemenergiesystemen. Het is mogelijk hiervan af te wijken, zolang het belang van de bescherming van de bodem zich daartegen niet verzet. Dit laatste is voor de provincie Noord-Brabant een belangrijk aandachtspunt. Zo geldt momenteel voor heel de provincie dat voor bodemenergiesystemen dieper dan 80 m-mv geen vergunningen worden verleend, vanwege de vermeende risico’s voor de bodemen grondwaterkwaliteit. Dit maakt toepassing van een HTO in diepere grondlagen vooralsnog niet mogelijk. De toepassing van een HTO in ondiepere grondlagen (0-80 m-mv) is niet wenselijk, omdat er een (groot) risico bestaat op uitstraling van warmte naar bovenliggende lagen en het oppervlak, wat kan zorgen voor negatieve ecologische gevolgen.

Tabel 2.2 Voorselectie potentiële warmteopslagtechnieken Onderzochte opslagtechnieken

Type opslagtechniek

Realistisch vermogen (MWth)

Door naar verdiepingsfase (ja/nee)

warmtebuffer in tank

kleinschalig

schaalbaar

ja

WKO

grootschalig

0,7-1 MWth per doublet

ja, kan seizoen afhankelijkheid van TEO en eventueel TEA overbruggen

HTO

grootschalig

niet van toepassing

nee, HTO is niet mogelijk. Inpassing van een HTO is in strijd met grondwaterbeschermingsbeleid

PTES

grootschalig

niet van toepassing

nee, grootschalige warmteopslag met een PTES is in Nederland slecht toepasbaar door de hoge grondwaterstand wat leidt tot hoge warmteverliezen

1

DINOloket, Grondwatermonitoringput BRO, Bro-ID: GMW000000022693. Locatie ter hoogte van de RWZI

14 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

2.2

Verdieping potentiële bronnen en warmteopslag

In deze paragraaf vindt een verdieping plaats op de warmtebronnen en warmteopslagtechnieken die in de vorige paragraaf zijn geselecteerd. In deze verdiepingsfase worden de bronnen naast de technische karakteristieken ook beoordeeld op criteria, onderverdeeld in de categorieën duurzaamheid, ruimtelijke impact, omgeving en kosten. Warmtevraag In deze analyse wordt gekeken naar de warmtevraag van het dorp Aarle-Rixtel (Gemeente Laarbeek) en van de wijk De Eeuwsels (Gemeente Helmond), alsook naar de gecombineerde warmtevraag. De warmtevraag voor de woningen is gebaseerd op het temperatuurgecorrigeerde aardgasverbruik voor het jaar 2020 1. Het gasverbruik per woning is uitgesplitst in verbruik voor ruimteverwarming, tapwater en koken. Hierdoor kan er gecorrigeerd worden voor het opwekrendement van de ruimteverwarming en warm tapwater rendement, waarmee een functionele warmtevraag voor het warmtenet is bepaald. Daar komt nog een functionele warmtevraag van de utiliteiten bij. Deze is bepaald gebaseerd op het aantal m 2 dat per utiliteittype aanwezig is in Aarle-Rixtel en De Eeuwsels en kentallen van de verwachtte gemiddelde warmtevraag, voor ruimteverwarming en tapwater, per type utiliteit2. De warmteverliezen van een MT-warmtenet3 worden aangenomen op 30 %.

Daarnaast is aangenomen dat 80 % van de warmtevraag van het warmtenet wordt geleverd door één of meerdere midden- of basislastbronnen en 20 % door een piekketel. Bij de meeste type warmtebronnen is de temperatuur van de bron te laag, waardoor enkel in combinatie met een warmtepomp warmte kan worden geleverd. Tabel 2.3 geeft aan hoe groot de totale warmtevraag is die aan de warmtepomp geleverd moet worden door de bron/bronnen, uitgaande van een warmtepomprendement (SCOP) van 3,9, gebaseerd op een gemiddelde brontemperatuur van 16 °C en een MT-warmtenet dat bedreven wordt op 70 °C aanvoer en 40 °C retour.

Tabel 2.3 Warmtevraag van warmtepomp aan warmtebron Warmtevraag

Aarle-Rixtel

De Eeuwsels

Beide

25.000

14.000

39.000

91

50

141

MWh/jaar TJ/jaar

Toelichting keuze MT-warmtenet In de warmtevraag analyse wordt uitgegaan van een MT-warmtenet met een aanvoer van 70 °C en een retour van 40 °C. Bij een aanvoer temperatuur van 70 °C zijn huidige radiatoren nog steeds bruikbaar en het systeem vraagt om minder vergaande isolatie. Dit maakt de instapdrempels voor bewoners lager omdat kosten en huisaanpassingen beperkter zijn dan voor lagere temperaturen warmtenetten. De besparingen op systeemkosten bij gebruik van lagere temperaturen zijn naar verwachting kleiner dan de extra isolatiekosten. Het gebruik van MT-warmtenet is vrij standaard en wordt ook gebruikt bij andere projecten waarbij effluent als warmtebron wordt gebruikt, zoals Zandweerd (Deventer), Kerschoten (Apeldoorn) en Gildenwijk (Gorinchem). Warmtevraagprofiel In afbeelding 2.1 is het geschatte warmtevraagprofiel gegeven voor de projectlocatie. Het profiel is een eerste benadering en is gebaseerd op een model warmtevraag profiel van het jaar 2019. Daarnaast is ook een Jaarbelastingduurkromme weergeven. Deze geeft het gevraagde vermogen van de warmtepomp en piekketel waarbij aangenomen is dat de warmtepomp 40 % van het piekvermogen levert. Dit geeft een dekkingsgraad van de warmtepomp van de energievraag van 84 %. Deze waardes zijn flexibel.

1

Klimaatmonitor

2

kentallen energievraag utiliteit Vesta

3

MT staat voor middentemperatuur

15 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 2.1 Warmtevraagprofiel Aarle-Rixtel en De Eeuwsels (links) en Jaarbelastingduurkromme (rechts)

Thermische vermogensvraag De maximale vermogensvraag van het warmtenet aan de warmtebronnen is naar verwachting 24,5 MW th. Dit is een sommatie van de gelijktijdige vermogensvraag van de woningen en utiliteit en 5 % vermogensverlies aan het warmtenet. Voor de woningen is de gelijktijdigheid vastgesteld op 55 % van de vermogensvraag voor ruimteverwarming1. Voor de utiliteit is de gelijktijdigheid vastgesteld op 70 %1. De gelijktijdigheid voor utiliteitsgebouwen is groter omdat het warmtesysteem beter geschaald is op de warmtebehoefte van het totale gebouw. De vermogensvraag voor warm tapwater is van ondergeschikt belang voor de piekbelasting van het systeem, mede door lage gelijktijdigheid en voorkeurschakeling in het afleverset. Een piekvraag van 24,5 MWth is iets hoger dan de piekvraag in het warmteprofiel in afbeelding 2.1. Dit komt mede doordat het warmteprofiel een gemiddelde warmtevraag per uur laat zien en kortstondige pieken uitvlakt. Daarnaast zijn zowel de piekvraag als het warmteprofiel een benadering en geen meetgegevens van de projectlocatie. De jaarbelastingduurkromme uit afbeelding 2.1 laat zien dat de warmtepomp ongeveer 8,2 MWth moet leveren, dit kan geleverd worden door alleen een basislast-bron of een combinatie met een middenlast-bron. Uitgaande van een SCOP van 3,9 moeten deze bron(en) 6,1 MWth vermogen kunnen leveren.

De piekvraag kan worden opgevangen door een pieklast-bron.

2.2.1

Basislast-bronnen

Een basislast-bron heeft een relatief klein vermogen, maar levert wel het aanbod voor de bulk van de verwarmingsvraag en doet dit zodoende tot wel 7.000 vollasturen. Een basislast-bron wordt op gebied van kosten gekenmerkt door hoge investeringskosten, maar lage marginale2 kosten voor de energieproductie. De voorziene basislast-bron voor Gulden Energie is warmte uit het effluent van de RWZI. Warmte uit effluent RWZI (TEA) Effluent betreft gezuiverd afvalwater dat voldoet aan de lozingsnormen op oppervlaktewater. Afbeelding 2.2 toont een meting van het debiet in 2021 en de temperatuur over meerdere jaren van het effluentwater. Daaruit valt op te maken dat op dagen zonder regen het daggemiddelde debiet 2.000-2.500 m3/h bedraagt. De effluenttemperatuur van 20-25 °C (zomer) en 10-15 °C (winter) is voldoende om warmte uit te onttrekken met een warmtepomp.

1

ISSO-publicatie 7 Grondleidingen voor warmte- en koudetransport

2

de kosten per extra kWhth

16 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 2.2 Effluenttemperatuur 2019-2021 (links); Effluent daggemiddelde debiet 2021 (rechts)

Afbeelding 2.3 toont de meting van het daggemiddelde debiet over meerdere jaren, gesorteerd van hoog naar laag en een geschatte dagelijkse fluctuatie van het effluentdebiet. De geschatte dagelijkse fluctuatie is gebaseerd op het gemeten effluentdebiet-profiel van de RWZI Deventer in de jaren 2016-2017, geschaald naar de debieten op de RWZI Aarle-Rixtel. Het minimale daggemiddelde in de jaren 2019-2021 was 1.400 m3/uur. De dagelijkse fluctuatie van het effluentdebiet wordt geschat tussen 3.500 m3/uur (overdag) en 1.700 m3/uur (nacht). Veiligheidshalve wordt de warmtepotentie van het effluent bepaald met een ontwerpdebiet van 1.400 m3/uur. Bij gebruik van een buffertank kan het dagprofiel van het debiet uitgevlakt worden. Er is echter geen buffertank aanwezig op de RWZI en ruimte voor plaatsing lijkt beperkt.

Afbeelding 2.3 Verwachtte dagelijkse fluctuatie per uur (links); Daggemiddelde effluentdebiet gemeten tussen 2019-2021 (rechts)

Het maximaal realiseerbaar thermisch vermogen van warmte uit effluent ligt bij een effluentdebiet van 1.400 m3/h en een warmteonttrekking (∆T) van 5 °C op 8,2 MWth. Dit geeft een warmtepotentie van 258 TJ per jaar. Dit kan voldoende zijn om te voorzien in de vermogensvraag van de warmtepomp van 6,1 MW th. Warmte uit effluent kan dan zowel aan de basis en de middellast vraag voldoen. Verantwoording verschil met onderzoek DNVGL Het rapport van DNVGL concludeert dat de potentie van TEA bij de RWZI niet dekkend is voor de warmtevraag van Aarle-Rixtel en De Eeuwsels gecombineerd. Dit wijkt af van de conclusie uit dit rapport, waarin er wordt geconcludeerd dat de potentie van TEA wel toereikend is. De analyse van DNVGL wijkt op vier punten af: 1 DNVGL kiest voor een dekkingsgraad van de warmtevraag met de warmtepomp van 90 %. Dat is hoger dan de 84 % die in dit rapport is vastgesteld; 2 DNVGL neemt in hun analyse een piekvraag aan van 33 MWth in plaats van de 25 MWth die in dit rapport is vastgesteld; 3 DNVGL neemt in hun analyse een totale warmtevraag aan van 69 GWhth in plaats van de 63 GWhth die in dit rapport is vastgesteld; 4 DNVGL gaat uit van een ∆T van 3 °C uit het effluentwater in plaats van 5 °C die in dit rapport is vastgesteld.

17 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Doordat DNVGL kiest voor een hogere dekkingsgraad met de warmtepomp en een hogere piekvraag en totale warmtevraag aanneemt, komen zij uit op een benodigd warmtepomp vermogen van 12 MWth. Dit verschilt significant van het hier bepaalde benodigd warmtepomp vermogen van 8,2 MWth. Aan de andere kant onttrekken zij ook minder warmte uit het effluentwater door lagere uitkoeling en is dus het vermogen dat de warmtepomp kan leveren op basis van effluent als warmtebron juist lager: 8 MW in plaats van 11 MW (bepaald door effluent-potentie van 8,2 MWth met SCOP 3,9). De combinatie van een hoger benodigd vermogen en een lagere potentie van het effluentvermogen verklaart waarom DNVGL heeft geconcludeerd dat de potentie van TEA niet toereikend is voor de warmtevraag van Aarle-Rixtel en De Eeuwsels. In de volgende twee secties wordt de keuze van de analyse in dit rapport voor respectievelijk de dekkingsgraad en de warmteonttrekking verantwoord. Verantwoording dekkingsgraad warmtepomp De keuze voor de dekkingsgraad van de warmtepomp is een bestuurlijke keuze en is een afweging tussen bronkosten enerzijds en CO2-emissies anderzijds. Afbeelding 2.4 laat zien hoe bij een hogere dekkingsgraad de bronkosten omhoog gaan en de CO2-emissies omlaag.

De hogeren bronkosten worden veroorzaakt door de relatief grote warmtepomp benodigd om de hoge dekkingsgraad te halen, terwijl deze warmtepomp maar enkele uren per jaar op vollast zal draaien. Daarentegen dalen de CO 2-emissies omdat de (gas) piekketel minder vollasturen hoeft te draaien.

9,8

31,0

9,6

30,0

9,4

29,0

9,2

28,0

9,0

27,0

8,8

26,0

8,6

25,0

8,4

24,0

8,2

CO2 emissies [kG/GJ]

Bronksoten [EUR/GJ]

Afbeelding 2.4 Relatie tussen dekkingsgraad van warmtepomp, de bronkosten en de CO 2-emissies

Bronkosten (EUR/GJ) CO2 uitstoot 2020 (kg/GJ)

23,0 80%

84%

90%

Dekkingsgraad warmtepomp van totale warmtevraag

In referentieprojecten1 met effluent als warmtebron worden vaak dekkingsgraden gekozen tussen 80 en 85 %. Daarmee is 84 % een haalbaar uitgangspunt en een goede balans tussen bronkosten en CO2-emissies. Verantwoording warmteonttrekking Een ∆T van 5 °C2 is gebaseerd op de verwachte richtlijnen voor koude lozing van het effluent in oppervlaktewater3. 1 de temperatuur in het watersysteem na volledige menging mag niet lager worden als gevolg van koude lozingen dan een dagwaarde van 12 °C; 2 het temperatuurverschil tussen de achtergrondtemperatuur en de temperatuur na volledige menging mag niet hoger zijn dan 5 °C.

1

Warmtebedrijf HVC, Startanalyse, Project Witteveen+Bos RWZI Apeldoorn

2

Rijkswaterstaat heeft bevestigd dat het effluent kan worden afgekoeld met een ∆T van 5 °C

3

Stowa: Leeswijzer bij de studie naar kansen ‘Thermische Energie uit Afvalwater’

18 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

De minimale koude lozingstemperatuur (12 °C) is een vaak gebruikte richtlijn, maar ligt niet wettelijk vast. Het is een veilige aanname: er is potentie dat het lager mag zijn op de Zuid-Willemsvaart. Daarnaast gaat het om de temperatuur van het watersysteem na volledige inmenging en niet om de directe temperatuur van de koude lozing, dus hier ligt nog ruimte. Met een ∆T van 5 °C blijft het afgekoelde effluent water boven 12 °C gedurende de periodes dat het oppervlaktewater zelf boven 12 °C is (zomer). Dit is relevant, omdat bij een temperatuur van 10-12 °C de voortplanting bij veel soorten op gang komt. Onderschrijding van de temperatuur van 10-12 °C zou de ontwikkeling en biologie van soorten kunnen remmen wat tot ongewenste effecten zou kunnen leiden. In de winter blijft het afgekoelde effluent boven de oppervlaktetemperatuur en vormt daardoor geen gevaar voor afkoeling van het oppervlaktewater. Dit is geïllustreerd in afbeelding 2.5, die de maandgemiddelde watertemperatuur in de Zuid-Willemsvaart (lichtblauw) weergeeft. Daarnaast is temperatuur van het effluent in 2019 weergegeven na onttrekken van 5 °C warmte. De oranje lijn geeft de periode dat de effluenttemperatuur hoger is dan de watertemperatuur. De groene lijn geeft de periode waarvoor de watertemperatuur hoger is dan de effluenttemperatuur.

Uit afbeelding 2.5 volgt dat temperatuurverschil tussen het oppervlaktewater en het afgekoelde effluentwater in de zomerperiode soms groter kan worden dan 5 °C (richtlijn 2). Gedurende deze dagen is er dus een kans dat de ∆T uit het effluent lager dan 5 °C moet zijn. In 2019 was dit maar voor 10 dagen het geval. Bovendien is dit een periode dat de warmtevraag laag is, waardoor de warmtepotentie niet volledig aangesproken hoeft te worden. Daarentegen kan er in de winter mogelijk meer warmte worden onttrokken uit het effluent omdat met een ∆T van 5 °C het afgekoelde effluentwater nog steeds boven de temperatuur van het oppervlaktewater blijft.

Planvorming lozingspunt RWZI Aarle-Rixtel Het huidige lozingspunt van de RWZI Aarle-Rixtel is op het riviertje de Aa. Onderdeel van de planvorming van het waterschap Aa en Maas is de toevoeging van een tweede lozingspunt op de Zuid-Willemsvaart. Deze analyse gaat daarom uit van koudelozing van het effluent op de Zuid-Willemsvaart. Het is echter nog niet 100% definitief dat dit tweede lozingspunt op de Zuid-Willemsvaart er komt.

19 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 2.5 Temperatuur van effluent op basis van data voor 2019 bij 5 °C uitkoeling ten opzichte van de gemiddelde temperatuur van het oppervlaktewater in de Zuid-Willemsvaart

Temperatuur effluent (Teffluent) bij 5 graden uitkoeling v.s. de gemiddelde maand temperatuur van de Zuid-Willemsvaart (Twater)

Temperatuur (graden celsius)

25

20 Teffluent-dT(5) >Twater 15 Teffluent-dT(5) <Twater 10 Gemiddelde temperatuur oppervlaktwater Zuid-Willemsvaart (Twater)

5

0 1

51

101

151

201

251

301

351

Dagen

Duurzaamheid en impact effluentwarmte Door de hoge SCOP van 3,9 van de warmtepomp is relatief weinig elektriciteit nodig om de effluentwarmte op te waarderen naar 70 °C. Zodoende is warmte uit effluent van de RWZI een duurzame bron, met naar schatting 21 kg/GJ CO2-emissie in 2020 en 6 kg/GJ in 20301. Hierbij is uitgegaan van de CO2-emissie bij ingekochte elektriciteit, indien volledig gebruik wordt gemaakt van eigen duurzame opwek is dit 0 kg/GJ. De warmtewisselaar en warmtepomp betreffen compacte installaties die op of bij het terrein van de het waterschap gerealiseerd kunnen worden. Omdat geen droogkoelers of andere ventilatoren in de buitenlucht hoeven worden geïnstalleerd, is er geen overlast of risico op het gebied van geur en geluid. De compressoren van de warmtepomp produceren wel geluid, maar dit kan goed gemitigeerd worden, aangezien de warmtepompen inpandig zullen worden opgesteld. Effluent dat wordt gebufferd is reeds gezuiverd en zal dan ook geen geuroverlast veroorzaken. Afbeelding 2.6 toont de COP als functie van de temperatuur in het warmtenet. In dit voorbeeld is ter illustratie de COP berekend met een effluenttemperatuur van 16 °C en een Carnot-rendement van 65 %. Hoe lager de afgiftetemperatuur in het net is, hoe hoger de COP van de warmtepomp, wat resulteert in een lager elektriciteitsgebruik en CO2-emissie per geleverde GJ-warmte.

1

Hierbij is uitgegaan van een gemiddelde elektriciteitsmix 2020 met 300 kg/MWh CO2-emissie en 90 kg/MWh in 2030 op basis van de Klimaat en Energie Verkenning (KEV) 2019.

20 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 2.6 COP van de warmtepomp als functie van de temperatuur in het warmtenet uitgaande van brontemperatuur (16 °C)

COP 9 8

COP

7 6 5 4 3 70

68

66

64

62

60

58

56

54

52

50

48

46

44

42

40

Temperatuur warmtenet

Definitie van COP en SCOP - COP: De Coefficient Of Performance (COP) geeft een indicatie voor het rendement van een warmtepomp. De COP geeft de verhouding tussen de hoeveelheid afgegeven warmte en de hoeveelheid geleverde energie op een bepaald moment in de tijd. De COP is tijdsafhankelijk, omdat het rendemente van een warmtepomp onder andere afhangt van de brontemperatuur en benodigde uitvoertemperatuur; - SCOP: de Seasonal Coefficient Of Performance (SCOP) geeft het gemiddelde rendement van een warmtepomp over een bepaalde periode weer (in dit geval een jaar). Kosten effluentwarmte De investeringskosten voor het uitkoppelen van effluentwarmte bedragen circa 170 EUR/kW th, de operationele kosten zijn circa 2,5 % van de investeringskosten. De investeringskosten voor de warmtepomp installatie inclusief effluentwarmte en energiecentrale bedragen circa 1.400 EUR/kWth.

2.2.2

Middenlast-bronnen

Een middenlast-bron kan warmte leveren tot 2.500 vollasturen. Een middenlast-bron wordt op gebied van kosten gekenmerkt door gemiddelde investeringskosten en gemiddelde marginale kosten voor de energieproductie. Dat komt vaak doordat de brontechniek minder efficiënt (COP) is dan de basislast-bron. Er is reeds aangetoond dat effluentwarmte qua potentie naast basislast ook als middenlast kan dienen. De vraag is het nog voordelen heeft om een aparte middenlast-bron in te zetten. Middenlast-bronnen voor Gulden Energie zijn zonthermie, TEO en een luchtwarmtepomp. Zonthermische collectoren Zonthermische collectoren kunnen, met name wanneer in de zomer de zon goed schijnt, relatief hoge temperaturen maken, geschikt voor directe invoeding op het warmtenet. Echter is in de zomer ook de laagste warmtevraag en zal deze warmtebron dus altijd moeten worden gecombineerd met een vorm van warmteopslag. In combinatie met een vorm van HTO is in de winter directe invoeding nog steeds een optie. Indien WKO’s worden toegepast en de warmte dus op lagere temperatuur wordt opgeslagen, kan de infiltratiestroom die door het effluent wordt verwarmd, naverwarmd worden tot 25 °C. Hierdoor is ook in de winter een relatief hoge basistemperatuur beschikbaar, wat de COP van de warmtepomp ten goede komt.

Realistisch vermogen zonnecollector Er is gekeken naar de potentie van zonnecollectoren in de buurt van het RWZI Aarle-Rixtel. Boven de RWZI zijn velden waar mogelijk zonnecollectoren geplaatst mogen worden. In afbeelding 2.7 is schematische weergegeven om welke velden dit gaat.

21 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 2.7 Zoekgebied zonthermie

De oppervlakte van het veld direct naast de RWZI is circa 145.000 m2. Dit veld heeft een warmtepotentie met zonnecollectoren van 208 TJ/jaar bij een gemiddelde collector temperatuur van 25 °C. Dit is gebaseerd op een referentieproject waarbij rekening is gehouden met een rijafstand tussen de panelen van 1,1 m, een hellingsgraad van 15° en 6,5 % opbrengst verlies door schaduw tussen de rijen. Het thermisch vermogen van zonnecollectoren zal sterk variëren gedurende het jaar. Met een maximale zoninstraling van 1.000 W/m2 is er een maximaal thermisch vermogen van 70 MWth. Aangezien het zonneveld met een WKO gecombineerd moet worden, is het vermogen zeer relevant. De uitdaging bij zonthermie is dat de energieproductie in een betrekkelijk kort tijdsbestek plaatsvindt en dus een hoog vermogen levert, terwijl het maximale laadvermogen van een WKO doublet beperkt is. De verhouding in laadcapaciteit en opslagcapaciteit pakt daardoor slecht uit. Duurzaamheid en ruimtelijke impact zonnecollector Bij de warmteproductie middels een zonnecollector is geen CO2-emissie gemoeid. De ruimtelijke impact daarentegen kan wel ongewenst zijn, omdat het zonneveld komt te liggen in het natuur- en recreatiegebied ’t Gulden Land. Het veld dat nu wordt beschouwd voor zonthermie is in eigendom van een agrariër. Een voorwaarde is dat deze bereid zou zijn land te verkopen.

Daarnaast is in de visie van ’t Gulden Land de mogelijkheid opgenomen om hier een waterharmonica te plaatsen. De waterharmonica zou daarmee ook met het zonneveld kunnen concurreren om ruimte. Kosten zonnecollector: - de totale investeringskosten voor zonnecollectoren worden geraamd op 420 EUR/kWth1 met een afschrijvingstermijn van 30 jaar; - de operationele kosten bedragen 2 % van de investeringskosten. Thermische Energie uit Oppervlaktewater (TEO) De aanwezigheid van de Zuid-Willemsvaart in de nabijheid van het RWZI biedt de mogelijkheid tot TEO. TEO is echter sterk seizoenafhankelijk omdat de temperatuur van het oppervlaktewater fluctueert en daardoor in de winter weinig uitkoelingspotentie heeft. Deze bron heeft dus alleen potentie als regeneratiebron van een WKO in de zomer.

1

Eindadvies SDE++ 2022, PBL 2022

22 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Realistisch vermogen TEO De potentie van TEO is net als voor TEA sterk afhankelijk van de toegestane minimale lozingstemperatuur. Voor TEO is de norm 10 °C1, al is dit niet wettelijk vastgesteld en hanteert het waterschap Aa en Maas een norm van 12 °C. Bij een norm van 10 °C geldt dat de lengte van de mengzone minder dan 500 m bedraagt en minder dan 50 % van de natte doorsnede van de watergang bestrijkt. De mengzone is het gebied waarin de temperatuur meer dan 4 °C is afgekoeld ten opzichte van de achtergrondtemperatuur. De mengzone is nog niet vastgesteld voor de projectlocatie. Afbeelding 2.8 geeft een eerste indruk van de mogelijke wateroppervlakte op de Zuid-Willemsvaart dat benut kan worden voor TEO. Als voorlopig uitgangspunt is een wateroppervlakte van 40.000 m 2 genomen. Dit uitgangspunt kan worden herzien als de potentie van TEO in meer detail wordt onderzocht.

Afbeelding 2.8 Mogelijk benut wateroppervlakte Zuid-Willemsvaart

De mogelijke warmteonttrekking uit het oppervlaktewater is 5 tot 7 °C. De periode waarin deze warmte onttrokken kan worden uit het oppervlaktewater is 3,5 maand (2.500 uur/jaar). Dit is de periode waarin de temperatuur van het oppervlaktewater na een uitkoeling van 7 °C nog steeds boven 10 °C blijft. Voor de energie die uit het water onttrokken wordt uitgegaan van 10-24 W/(m2·K). Hierbij is 10 W/(m2·K) een conservatieve benadering en wordt 24 W/(m2·K) alleen verwacht in de zomer. Dit geeft een minimale vermogenspotentie met uitkoeling van 5 °C en energie-uitwisseling van 10 W/(m2·K) van 2,0 MWth. Over een periode van 2.500 uur levert dit 18 TJ aan warmte. Dit geeft een maximale vermogenspotentie met uitkoeling van 7 °C en energie-uitwisseling van 20 W/(m2·K) van 5,6 MWth. Over een periode van 2.500 uur levert dit 50 TJ aan warmte. Hierbij schaalt het thermische vermogen en thermische energie evenredig met de benutte wateroppervlakte. Duurzaamheid en ruimtelijke impact TEO De ruimtelijke impact van de TEO installatie bestaat uit het plaatsen van een pomphuisje voor onttrekking van het water en een WKO-installatie. Deze is derhalve vrij beperkt, zeker in vergelijking met de middenlastbron zonthermie.

1

Stowa kader voor koudelozingen

23 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

De SCOP van de waterpompen van de TEO-installatie is circa 20, wat inhoudt dat voor elke eenheid warmte die wordt rondgepompt 1/20e eenheid elektriciteit nodig is. Zodoende is de CO 2-emissie door het elektriciteitsverbruik voor de WKO-installatie naar schatting 4 kg/GJ bij de elektriciteitsmix van 2020 en 1,3 kg/GJ in 2030. Kosten TEO - de totale investeringskosten voor de TEO installatie worden geraamd op 170 EUR/kWth1 met een afschrijvingstermijn van 15 jaar; - de operationele kosten bedragen 4 % van de investeringskosten. Ennatuurlijk - TEO systeem en WKO voor warmtenet Helmond: - de warmtekrachtcentrale Helmond (Achterdijk 42) wordt momenteel gebruikt als warmtebron voor het warmtenet van Ennatuurlijk in de wijken Rijpelberg en Brouwhuis. Door PFAS vervuiling in de omgeving van de WKC, is Ennatuurlijk verder naar het zuiden uitgeweken voor een mogelijk TEO-systeem met WKO. De TEO locatie, gelegen aan de Zuid-Willemsvaart, is ter hoogte van het bedrijf Legro,; - Ennatuurlijk verwacht 12 MW aan warmte te onttrekken uit het oppervlaktewater, alleen in de zomerperiode. De potentie van de Zuid-Willemsvaart is hoger maar de limitatie ligt bij het WKO-systeem om de onttrokken warmte op te slaan; - de uitkoeling tussen de inlaat en de uitlaat van het TEO-systeem zal variëren tussen 3 en 10 °C.

Gemiddeld zal de uitkoeling over de gehele periode - dit is ongeveer 3,5 maand - rond 6 °C zijn. Vergunningen hiervoor zijn al uitgevraagd bij Rijkswaterstaat en de verwachting is dat dit wordt goedgekeurd; - de WKO ’s zullen geplaatst worden in de aardlaag van 60-80 m-mv (het eerste watervoerende pakket). Luchtwarmtepompen Realistisch vermogen luchtwarmtepompen Luchtwarmtepompen zijn goed modulair schaalbaar met losse units van 0,3 tot 1 MW th. Het uitgangspunt is dat een aantal van deze units bij elkaar wordt gezet om voldoende warmte te kunnen leveren om de basislast aan te vullen. Indien de effluentwarmte alleen in de basislast van 4 MWth zou voorzien, kunnen de luchtwarmtepompen de overige 4 MWth aanvullen. De units moeten wel ver genoeg uit elkaar staan om te voorkomen dat een unit de afgekoelde lucht van een andere unit aanzuigt. Duurzaamheid en ruimtelijke impact luchtwarmtepompen Omdat de buitenlucht met uitzondering van enkele warme zomerdagen kouder is dan het effluent, ligt de SCOP 3,5 lager (in tegenstelling tot 3,9). Afbeelding 2.9 laat een simulatie zien van hoe de COP van de luchtwarmtepomp zich verhoudt tot de COP van de effluentwarmtepomp voor temperaturen uit het jaar 2019. De CO2-emissie is iets hoger dan die van effluentwarmte: 23 kg/GJ bij de elektriciteitsmix 2020, afnemende naar 7 kg/GJ in 2030.

1

WarmingUp programma 3C, TEO systemen, 2022

24 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Afbeelding 2.9 COP van luchtwarmtepomp versus effluentwarmtepomp

Kosten luchtwarmtepompen Ondanks de overeenkomsten tussen de warmtepomp voor het winnen van effluentwarmte (water-water warmtepomp) en de warmtepomp voor het winnen van warmte uit de buitenlucht, zijn er verschillen in de investeringskosten. Een centraal opgestelde luchtwarmtepomp is een installatie bestaande uit koeltorens die buiten worden geplaatst, vergelijkbaar met centrale airconditioning zoals op grote gebouwen. Dit is anders bij de effluentwarmtepomp, die praktisch in zijn geheel in een gebouw wordt gehuisvest. Daarnaast is voor het winnen van effluentwarmte een warmtewisselaar nodig met bijbehorende pompen en filterwerk die bestand zijn tegen de vervuilingsgraad van effluent als vloeistof: - de totale investeringskosten voor een luchtwarmtepomp worden geraamd op 940 EUR/MWth met een afschrijvingstermijn van 15 jaar; - de jaarlijkse operationele kosten bedragen 4 % van de investeringskosten van de warmtepomp; - de energiekosten voor een luchtwarmtepomp zijn hoger dan die van een effluentwarmtepomp; dit komt door de lagere COP, die een gevolg is van de in de winter lage buitenluchttemperatuur. De lage COP resulteert in een hoog elektriciteitsgebruik per eenheid geleverde warmte. Ruimtebeslag luchtwarmtepomp Een water-water warmtewisselaar, zoals toegepast bij effluentwarmtewinning, vraagt minder ruimte dan een lucht-water warmtewisselaar, zoals bij een luchtwarmtepomp.

Het ruimtebeslag van de luchtwarmtepomp is daarom een aandachtspunt.

Afbeelding 2.10 Voorbeeld van luchtwarmtepomp voor een MT-warmtenet, goed voor 150-250 woningen in combinatie met een gasketel als piekvoorziening. (bron: buurtenergiesysteem Alliander)

25 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

2.2.3

Pieklast-bronnen

Een pieklast-bron levert traditioneel 400 vollasturen, heeft een relatief groot vermogen en wordt enkel benut als het echt koud is. Een pieklast-bron wordt op het gebied van kosten gekenmerkt door lage investeringskosten, maar hoge marginale kosten voor de energieproductie vanwege de hoge brandstofkosten. Pieklast-bronnen voor Gulden Energie zijn gasboilers en e-boilers. Piekbron 1: Gasketel Een piekketel op aardgas is relatief eenvoudig te realiseren vanwege het aanwezige aardgasnet. Daarbij wordt opgemerkt dat er plannen zijn om de RWZI aardgasvrij te maken. Dit betekent dat het duidelijk geregeld moet zijn dat de piekketels niet behoren tot de installaties van de RWZI, maar alleen gebruik maken van de locatie. Realistisch vermogen gasketel Aardgasboilers zijn zeer goed schaalbaar. Afgaande op de benodigde piekvraag (24 MWth) en basislast (8 MWth) vanuit de warmtepomp is sprake van een aardgasketel van maximaal 16 MWth. Over het algemeen worden hiervoor meerdere gasketels gecombineerd om gezamenlijk het benodigde vermogen te leveren. De gasketel kan ook als back-up voorziening dienen. In dat geval is het gebruikelijk om de back-up ketel te dimensioneren op basis van installatie met het grootste vermogen. Duurzaamheid en ruimtelijke impact gasketel Aardgas is geen duurzame bron met een CO2-emissie van 66 kg/GJ. Dit getal is zowel als uitgangpunt voor 2020 als 2030 gebruikt.

Kosten warmtebron gasketel De investeringskosten van een piekketel op aardgas bedragen circa 110 EUR per kWth, uitgaande van een geïnstalleerd vermogen van 16 MW th. De operationele kosten bedragen circa 2 % van de investeringskosten. De afschrijvingstermijn is 15 jaar. Piekbron 2: e-boiler Een elektrische boiler is goedkoop in aanschaf en kan aan de bronnenmix toegevoegd worden om gebruik te maken van momenten dat elektriciteit goedkoop en duurzaam is. Afbeelding 2.11 laat zien dat het aantal uren met negatieve prijzen toeneemt. Voor de komende jaren is het aannemelijk dat de volatiliteit op de elektriciteitsmarkt toeneemt, omdat er sneller variabele bronnen bij komen dan flexibele assets die hierop inspelen. In deze analyse is de day-ahead elektriciteitsprijs van Duitsland in 2019 genomen als voorspeller van de Nederlandse markt over enkele jaren. Duitsland had in 2019 iets meer dan 200 uren met negatieve elektriciteitsprijzen.

Afbeelding 2.11 Relatie elektriciteitsprijs en CO2-emissie (links) en elektriciteitsprijs en % duurzame energie (rechts)

Bron: Entrance

26 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Realistisch vermogen elektrische boiler (e-boiler) E-boilers zijn goed schaalbaar. Afgaande op de benodigde piekvoorziening is sprake van een ketel van maximaal 16 MWth. Duurzaamheid en impact elektrische boiler De e-boiler heeft een COP van 1, wat deze techniek op gebied van duurzaamheid een achterstand geeft ten opzichte van de warmtepomp. De duurzaamheid van een e-boiler hangt af van de duurzaamheid van de elektriciteit waarmee deze gemaakt wordt. Vanuit kosten- en duurzaamheidsoverwegingen is het waarschijnlijk dat de e-boiler alleen draait wanneer elektriciteit goedkoop en duurzaam is. Als je echter alleen de e-boiler wilt gebruiken om de pieklast te dekken kan je niet alleen gebruik maken van goedkope en duurzame stroom en moet je kijken naar de CO2-uistoot voor een gemiddelde elektriciteitsmix. Dit komt overeen met een elektriciteitsmix van 300 kg/MWh in 2020 en 90 kg/MWh in 2030. Deze waarden leiden tot een CO2-emissie van 83 kg/GJ in 2020, die afneemt naar 25 kg/GJ in 2030. In 2020 lijkt het niet verstandig om de e-boiler bij gemiddelde elektriciteitsprijzen en gemiddelde elektriciteitsmix te laten draaien, want dan komen de kosten en de CO2-emissie hoger uit dan aardgas. De elektriciteitsmix wordt echter zo snel schoner dat de e-boiler bij gemiddelde elektriciteitsmix in 2030 een stuk schoner is dan.

Naar mate de elektriciteitsmix met de jaren schoner wordt kan e-boiler ook verantwoord draaiuren overnemen van de piekketel en op termijn zelfs de rol van pieklast overnemen. Kosten elektrische boiler De investeringskosten gemoeid met een e-boiler worden geraamd op 130 kEUR per kWth, uitgaande van een geïnstalleerd vermogen van 16 MWth. De operationele kosten bedragen 2 % per jaar van de investeringskosten. De afschrijvingstermijn is 15 jaar. Netcapaciteit Een aandachtspunt is de netaansluiting die behoorlijk zwaar moet zijn en waarvoor bij de netbeheerder ruimte moet zijn op het middenspanningstation. Dit vormt waarschijnlijk geen probleem, omdat de RWZI dicht bij een groot onderstation van Enexis is gelegen en voor dit onderstation geen congestieproblemen voor levering spelen1.

2.3

Warmteopslag

Warmteopslag 1: Tank opslag De techniek is een geïsoleerd (eventueel ondergronds) opslagvat waarmee warmte voornamelijk voor korte duur opgeslagen kan worden in water. Ondergrondse opslag heeft voordelen in warmteverlies en ruimtelijke inpassing maar is Capex-intensief. Typisch is de duur van opslag tussen een paar uur en twee weken bij een maximale temperatuur van 90 °C. Realistisch vermogen tankopslag Een warmtebuffer wordt ontworpen met een verhouding tussen 1:1 en 2:1 (breedte x hoogte). Door te kiezen voor een brede buffer wordt de bouwhoogte beperkt en stijgt het vermogen. Het maximale vermogen is sterk afhankelijk van het ontwerp, maar kan oplopen tot 30 MW th. Warmteverliezen zijn redelijk verwaarloosbaar en liggen in de ordegrootte van 1-2 % per week bij de maximale opslag temperatuur van 90 °C. Deze verliezen zijn dus ook miniem bij een opslag rond de benodigde temperatuur van 70 °C bij aansluiting op een MT-warmtenet.

1

Onderzoek naar de toepassing van congestiemanagement op HS/MS station Aarle-Rixtel, Enexis, oktober 2021

27 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Duurzaamheid en ruimtelijke impact tankopslag De ruimtelijke impact van warmteopslag hangt samen met de opslagcapaciteit. De opslagcapaciteit varieert van 50 tot maximaal 10.000 m3. Tot 10.000 m3 is tot nu toe in de praktijk gebleken dat buffervaten kosteneffectiever zijn dan alternatieven als Pit Thermal Energy Storage. Het ruimtebeslag loopt daarmee op van circa 10 tot 400 m2, uitgaande van een verhouding van 1:1. Dus zolang het ruimtebeslag geen bezwaar vormt, is bovengrondse opslag financieel aantrekkelijk. Bij de buffering vindt nauwelijks CO 2-emissie plaats. De SCOP van de pomp ligt naar verwachting tussen 20 en 50, waardoor de benodigde pompenergie verwaarloosbaar klein is. Kosten tankopslag De kosten van tank opslag hangen sterk samen met het volume. Voor een klein volume van 0-1.000 m3 bedragen de investeringskosten 700-300 EUR/m3, terwijl bij een opslagcapaciteit van 10.000 m3 de kosten op 100 EUR/m3 liggen. De operationele kosten bedragen 1 % van de investeringskosten. Warmteopslag 2: WKO Een WKO kan ingezet worden om zomerse warmte (uit effluent, oppervlaktewater of zonthermie) op te slaan en in de winter met een warmtepomp op te werken naar een bruikbare aflevertemperatuur. Uit de analyse van effluentwarmte is gebleken dat er voldoende effluent is om zowel in de zomer als in de winter de basislast te leveren.

Was dit niet het geval geweest, dan had een WKO een goede aanvulling kunnen zijn om een zomerse effluentwarmte in de winter te kunnen benutten. Bodemopbouw en potentie Voor de hele provincie Noord-Brabant geldt dat geen vergunningen worden verleend voor open bodemenergiesystemen dieper dan 80 m-mv, vanwege de vermeende risico’s voor de bodem- en grondwaterkwaliteit. Om die reden is een WKO alleen mogelijk in de bovenste 80 m onder maaiveld. In afbeelding 2.12 is de bodemopbouw weergegeven ter hoogte van de Bakelseweg en De Eeuwsels. De bodemopbouw is vrijwel hetzelfde voor de richting van oost naar west. In tabel 2.4 is de geschiktheid van de grondlagen verder beschreven.

Afbeelding 2.12 Bodemopbouw ter hoogte van de RWZI van Waterschap Aa en Maas

28 | 69

Witteveen+Bos | 130784/22-017.381 | Definitief

Tabel 2.4 Bodemopbouw en geschiktheid voor WKO Diepte (ten opzichte van maaiveld)

Naam van formatie

Horizontale waterdoorlatendheid (kd)

Geschikt voor WKO

0 tot 3 m

holocene afzetting

0,0 m/d

nee

3 tot 15 m

1e tot en met 4e zandige

2,5-5,0 m/d

nee

eenheid van Boxtel 15 tot 41 m

1e tot en met 3e zandige eenheid van Beegden

50-100 m/d

ja

40 tot 63 m

1e en 2e zandige eenheid van Sterksel

25-50 m/d

ja

63 tot 67 m

1e kleiïge eenheid van Stramproy

0,0 m/d

nee

Uit tabel 2.4 volgt dat zich tussen 15 en 63 m-mv meerdere zandige grondlagen bevinden die geschikt zijn voor een WKO. Bovendien staan deze grondlagen ook onderling met elkaar in verbinding, wat positief is voor de potentie van een WKO. Verder geldt dat de waterdoorlatendheid betrekkelijk hoog is. Zowel boven als onder dit pakket bevinden zich waterkerende lagen, waardoor water ook besloten blijft binnen deze pakketten.

Realistisch vermogen en opslagcapaciteit per doublet Uitgaande dat de zandige eenheden van Beegden en Sterksel zijn verbonden, betreft de dikte van het watervoerend pakket 44 m. Hiervan is 40 m geschikt voor een WKO-filter. Gegeven deze filterlengte en een waterdoorlatendheid van gemiddeld 50 m/d is het vermogen van de WKO doublet bepaald op 500700 kWth. Uitgaande van een TEO installatie die 2.500 uur per jaar warmte kan leveren aan de WKO, bedraagt de opslagcapaciteit van 1 WKO doublet circa 7 TJ. Ter vergelijk: 80 % van de warmtevraag van de warmtepomp (112TJ) wordt geleverd tussen september tot en met april. Als TEO in combinatie met een WKO volledig zou dienen als warmtebron voor de warmtepomp dan zouden er 16 doubletten nodig zijn. Duurzaamheid en ruimtelijke impact WKO Er is niet veel elektriciteit nodig aan pompenergie. De SCOP van de waterpompen van de WKO-installatie is circa 20. Zodoende is de CO2-emissie door het elektriciteitsverbruik naar schatting 4 kg/GJ bij de elektriciteitsmix 2020, die afneemt naar 1,3 kg/GJ in 2030. Kosten warmteopslag WKO De kosten van een WKO bestaan uit het boren van doubletten in de bodem. Daarnaast wordt er bovengronds een warmtewisselaar met bijbehorende filters en pompen geplaatst, zodat het water uit de bodem warmte kan uitwisselen met het systeem bovengronds.