1045228 Bijlage 3 Adviesrapport Syntraal (bijlage 2 van het Wijktransitieplan Angerlo; haalbaarheidsstudie en businesscase warmtenet met aquathermie
Tekst van het document
Angerlo aardgasvrij Haalbaarheidsstudie en businesscase warmtenet met aquathermie 22 juli 2021
Verantwoording Titel
Angerlo aardgasvrij
Opdrachtgever
Gemeente Zevenaar
Projectleider
Simon Bos
Auteur(s)
Joris van de Ven
Tweede lezer
Geert van Rens
Projectnummer
1322106
Aantal pagina’s
51
Datum
22 juli 2021
Handtekening
‘Ontbreekt in verband met digitale verwerking. Dit rapport is aantoonbaar vrijgegeven’
Colofon Syntraal Handelskade 37 Postbus 133 7400 AC Deventer T +31 88 02 44 300 E info@syntraal.nl
2/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Inhoud Begrippenlijst .................................................................................................................................... 6 1
Inleiding ..................................................................................................................................... 7 1.1
Aanleiding .......................................................................................................................... 7
1.2
Scope en doelstelling ......................................................................................................... 7
1.2.1 1.3 2
Leeswijzer .......................................................................................................................... 7
Warmte- en koudevraag ............................................................................................................ 8 2.1
Afbakening projectgebied ................................................................................................... 8
2.2
Wijkkarakteristiek Angerlo .................................................................................................. 8
2.2.1
Bebouwingsdichtheid .................................................................................................. 9
2.2.2
Investeringsbereidheid en kernwaarden bewoners..................................................... 9
2.3
Warmtevraag ...................................................................................................................... 9
2.3.1
Inventarisatie o.b.v. kengetallen per woningtype ........................................................ 9
2.3.2
Vergelijking met aardgasverbruik Liander ................................................................. 10
2.3.3
Besparing warmte- en vermogensvraag door isolatie ............................................... 11
2.3.4
Nieuwbouw................................................................................................................ 12
2.4 3
Programma Aardgasvrije Wijken (PAW) ..................................................................... 7
Koudevraag ...................................................................................................................... 13
Warmteaanbod ........................................................................................................................ 14 3.1
Algemeen ......................................................................................................................... 14
3.2
Technische potentie oppervlaktewateren ......................................................................... 14
3.3
Overige afwegingscriteria oppervlaktewateren ................................................................ 16
3.3.1
Ecologie .................................................................................................................... 16
3.3.2
Praktisch ................................................................................................................... 16
3.3.3
Waterkwaliteit ............................................................................................................ 16
3.3.4
Vergunningen ............................................................................................................ 17
3.3.5
Afwegingsmatrix ........................................................................................................ 17
3.4
Technische potentie WKO (open bodemenergie) ............................................................ 19
3.4.1
Principe seizoenbuffering WKO ................................................................................ 19
3.4.2
Bodemopbouw .......................................................................................................... 20
3.4.3
Grondwatersituatie .................................................................................................... 22
3/51
Kenmerk
4
Energiematch en systeemontwerp .......................................................................................... 23 4.1
Energiematch ................................................................................................................... 23
4.2
Systeemkeuze .................................................................................................................. 23
4.3
Systeemontwerp .............................................................................................................. 25
4.3.1
Oppervlaktewatersysteem......................................................................................... 25
4.3.2
Warmtenet tracé........................................................................................................ 25
4.3.3
WKO systemen ......................................................................................................... 27
4.3.4
Afstemming oppervlaktewater en WKO’s ................................................................. 30
4.3.5
Woningen .................................................................................................................. 31
4.3.6
Back-upvoorziening................................................................................................... 32
4.4 5
Mogelijkheden voor koeling .............................................................................................. 33
Aandachtspunten en vergunbaarheid...................................................................................... 34 5.1
TEO systeem ................................................................................................................... 34
5.1.1
Ecologische effecten ................................................................................................. 34
5.1.2
Infrastructurele aspecten........................................................................................... 35
5.2 6
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
WKO systeem .................................................................................................................. 36
Businesscase .......................................................................................................................... 37 6.1
Inleiding ............................................................................................................................ 37
6.1.1
Investeerders ............................................................................................................ 37
6.1.2
Total Cost of Ownership (TCO)................................................................................. 37
6.1.3
Netto Contante Waarde (NCW) ................................................................................ 37
6.2
Investeringskosten ........................................................................................................... 38
6.3
Total Cost of Ownership ................................................................................................... 40
6.4
Netto Contante Waarde ................................................................................................... 42
6.5
Onrendabele top .............................................................................................................. 45
6.5.1 6.6 7
Isolatie ....................................................................................................................... 46
Overwegingen .................................................................................................................. 47
Conclusie en aanbevelingen ................................................................................................... 48 7.1
Conclusie ......................................................................................................................... 48
7.1.1
Technisch .................................................................................................................. 48
7.1.2
Financieel .................................................................................................................. 49
7.2
Aanbevelingen ................................................................................................................. 49
4/51
Kenmerk
8
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Referenties .............................................................................................................................. 51
Bijlage 1
Warmtenet tracé
Bijlage 2
Bodemopbouw
Bijlage 3
Specificatie kostencomponenten warmtenet
5/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Begrippenlijst AB
Aansluitbijdrage (eenmalig), gereguleerd deel van de BAK gemaximeerd volgens tarieven van de ACM
ACM
Autoriteit Consument & Markt
Afgiftesysteem
Systeem wat de warmte in huis afgeeft, bijvoorbeeld radiatoren, vloerverwarming, convectoren of luchtverwarming
Afleverset
Centrale verwarmingsinstallatie in huis, bijvoorbeeld cv-ketel, warmtepomp of warmtewisselaar
Aquathermie
Warmte uit water, bijvoorbeeld oppervlaktewater, afvalwater of drinkwater
BAK
Bijdrage aansluitkosten, eenmalige bijdrage voor aansluiten op warmtenet
Bronnet
Warmtenet op brontemperatuur, vaak 12/7 °C
COP
Coëfficiënt Of Performance, een maat voor het rendement van warmtepompen
Distributienet
Gedeelte van het warmtenet tussen onderstation en de woningen, waarmee de warmte o.b.v. de warmtevraag naar de woningen wordt gebracht
GJ
Gigajoule
Huisaansluiting
De aftakking van het warmtenet tot aan de voordeur / de perceelsgrens
ISDE
Investeringssubsidie duurzame energie en energiebesparing, subsidieregeling voor woningeigenaren
KDB
Kostendekkingsbijdrage (eenmalig), ongereguleerd deel van de BAK
kW
Kilowatt
kWh
Kilowattuur
MT-net
Middentemperatuurnet, vaak 70/40 °C
NCW
Netto Contante Waarde
Onderstation
Regelstation / huisje waarin warmtestromen naar de woningen via het distributienet worden verdeeld en geregeld. Ook wel onderverdeelstation genoemd, of opwekstation als hier collectieve warmte-opwekking plaatsvindt bijv. met warmtepompen
PAW
Programma Aardgasvrije Wijken, een Rijksprogramma met als doel om praktijkervaringen op te doen met warmtenetten. Hiervoor worden enkele ‘proeftuinen’ opgezet, vaak deels gefinancierd met rijksbijdrage
SDE
Stimuleringsregeling Duurzame Energie, ministeriële regeling voor subsidie duurzame projecten
TCO
Total Cost of Ownership, de totale kosten van een systeem over de gehele levensduur
TEO
Thermische energie uit oppervlaktewater
Transportnet
Gedeelte van het warmtenet van de warmtebron naar de onderstations
Vermogensvraag
Maximaal vermogen benodigd om een woning of wijk te kunnen verwarmen, in kW
Warmtevraag
Totale jaarlijkse warmtevraag van een woning of wijk, in GJ
WKO
Warmte- en koudeopslag, veelal wordt bedoeld een open bodemenergiesysteem voor seizoenbuffering van warmte die in de zomer wordt gewonnen en in de winter wordt gebruikt
WRIJ
Waterschap Rijn en IJssel
WVP
Watervoerend pakket, een bepaald type bodemlaag (vaak zanderig)
6/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
1 Inleiding 1.1
Aanleiding
Angerlo is door de gemeente Zevenaar aangewezen als Wijk van de Toekomst met als doel om als eerste dorp van de gemeente Zevenaar aardgasvrij te worden. In dit kader is in februari 2019 de Regiegroep Angerlo Aardgasvrij opgericht. Twee jaar lang heeft de Regiegroep stappen gezet richting een aardgasvrij Angerlo, met onder andere het creëren van inzichten voor potentiële warmte alternatieven. Eind 2020 is door adviesbureau Qirion een vooronderzoek uitgevoerd waarin de meest kansrijke opties voor aardgasvrij wonen zijn verkend (1). De Regiegroep heeft Syntraal gevraagd om een verdiepingsonderzoek uit te voeren voor een van de collectieve warmteoplossingen, te weten een warmtenet gevoed met warmte uit oppervlaktewater (TEO).
1.2
Scope en doelstelling Het doel van dit onderzoek is om inzichtelijk te maken of de collectieve oplossing met TEO technisch en financieel haalbaar en betaalbaar is en of deze voldoet aan de toetsingscriteria van het Concept Transitieplan Angerlo (2). 1.2.1 Programma Aardgasvrije Wijken (PAW) Bij aanvang van dit onderzoek was een secundaire doelstelling om het onderzoek te gebruiken om een subsidieaanvraag Programma Aardgasvrije Wijken (PAW) in te dienen. Uiteraard wordt zo mogelijk aansluiting gezocht bij de PAW 3e ronde, wanneer dit voor Angerlo een geschikte oplossing biedt. Belangrijkst is echter dat de oplossing voor Angerlo passend is. Voor de 3e ronde van de PAW proeftuinen is isolatie een verplicht onderdeel van de aanpak en is er een lichte voorkeur voor lage temperatuur (< 55 °C) warmtenetten.
1.3
Leeswijzer Allereerst wordt in hoofdstuk 2 de warmte- (en eventueel koude-)vraag van Angerlo beschreven. Dit bepaalt hoeveel warmte (en koude) er nodig is uit het oppervlaktewater. In hoofdstuk 3 wordt vervolgens geïnventariseerd welke warmtebronnen er in de omgeving aanwezig zijn en welke het meest kansrijk zijn. In hoofdstuk 4 wordt vervolgens de beste match tussen vraag en aanbod verder uitgewerkt. Onderdelen hiervan zijn het tracé en dimensionering van het warmtenet, de TEO-installatie, WKO’s, regelsystemen, warmtepompen en de benodigde aanpassingen aan de woningen. In hoofdstuk 5 worden kort de aandachtspunten besproken die in een later stadium bij een vergunningaanvraag van belang zijn. In hoofdstuk 6 wordt de businesscase uitgewerkt. Hierbij worden de kosten en baten van het totale systeem berekend en wordt een inschatting gemaakt van de totale kosten van eigenaarschap (TCO). Ook worden de betrokken partijen en (financiële) investeringsrisico’s kort toegelicht. Tot slot worden in hoofdstuk 7 de belangrijkste conclusies samengevat en wordt een aantal aanbevelingen gedaan voor het vervolgtraject.
7/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
2 Warmte- en koudevraag In dit hoofdstuk wordt de warmte- en koudevraag van Angerlo bepaald. Om een goed beeld te hebben van de ruimteverwarmingsvraag en warm tapwatervraag wordt allereerst een typering gegeven van de soorten woningen die in Angerlo te vinden zijn.
2.1
Afbakening projectgebied
Angerlo telt ongeveer 1.400 inwoners en bestaat uit 550 woningen, te onderscheiden in 491 woningen in de dorpskern en circa 60 woningen in het buitengebied. Voor de woningen in het buitengebied is een warmtenet energetisch en financieel niet rendabel omdat de woningen te verspreid liggen en veel van deze woningen slecht geïsoleerd zijn. Hier is een individuele oplossing per woning een betere optie. Ook de bedrijven op en rondom het bedrijventerrein in noordoost-Angerlo zijn niet meegenomen in deze haalbaarheidsstudie, hiervan is onvoldoende bekend over het energieverbruik. Dit onderzoek richt zich daarom op de woningen en gebouwen in of vlakbij de dorpskern. Dit is hetzelfde focusgebied als eerder door Qirion gehanteerd (te zien in figuur 2.1).
2.2
Wijkkarakteristiek Angerlo
Het merendeel van het dorp bestaat uit woningen gebouwd in de jaren ’60 en ’70. Er zijn daarnaast 73 vooroorlogse woningen (bouwjaar < 1945), vooral geconcentreerd rondom de Dorpsstraat. In de noordwestelijke hoek staat een buurt met vooral jaren ’90 woningen. Ten oosten van de rotonde staan in totaal 65 woningen, veelal uit recente bouwjaren (na 2000), waarvan 20 (nieuwbouw)woningen al van het gas af zijn. Hier worden op korte termijn nog enkele woningen nieuw bijgebouwd. In onderstaande afbeelding is de geografische verdeling van bouwjaren goed terug te zien.
Figuur 2.1 Bouwjaren Angerlo projectgebied
8/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Ongeveer de helft van alle woningen (285 woningen) is vrijstaand of twee-onder-een-kap. Daarnaast zijn er in totaal 34 appartementen in Angerlo. De rest zijn geschakelde woningen. Naast de woningen zijn er 2 schoolgebouwen (basisschool De Trompetter), 2 winkels en een aantal gebouwen met bijeenkomstfunctie (kerken, buurtcentrum, etc.) in het dorp. 2.2.1 Bebouwingsdichtheid In de dorpskern van Angerlo is de bebouwingsdichtheid (en dus de warmtedichtheid) hoog genoeg dat een warmtenet interessant kan zijn. Ten oosten van de rotonde (verder: Angerlo-oost) is echter meer lintbebouwing aanwezig en is de bebouwingsdichtheid relatief laag. Ook zijn er al enkele woningen van het gas af met een eigen individuele warmte-oplossing. Hierdoor zal het aanleggen van een warmtenet relatief duur zijn per woning en is de vraag of dit rendabel is c.q. interessant is voor een investeerder. In het ontwerp van het warmtenet is rekening gehouden met de belangrijke kernwaarde van Angerlo (zie onderstaand): iedereen moet mee kunnen doen. Er is dus gezocht naar een ontwerp waarin een collectief warmtenet ook voor Angerlo-oost rendabel kan zijn. 2.2.2 Investeringsbereidheid en kernwaarden bewoners Angerlo is een hechte gemeenschap met veel gevoel voor sociale verbinding en saamhorigheid. Er lijkt een goede investeringsbereidheid te zijn onder de bewoners om aardgasvrij wonen te realiseren.
Tekenend hiervoor is de opkomst van dorpscoöperatie Angerlo Duurzaam sinds 2019 en de initiatieven die hieruit zijn voortgekomen, bijvoorbeeld collectieve inkoop van isolatie en gezamenlijke opwek van zonne- en windenergie. Belangrijke waarden voor aardgasvrij wonen in Angerlo zijn: • Collectief: iedereen moet mee kunnen doen •
Kostenneutraliteit: het moet voor iedereen betaalbaar zijn, liefst kostenneutraal ten opzichte van het huidige systeem (cv ketel)
2.3
Warmtevraag 2.3.1 Inventarisatie o.b.v. kengetallen per woningtype Om de warmtevraag te bepalen heeft Syntraal een warmte- en koudetool ontwikkeld. Hiermee kan eenvoudig de warmte- en vermogensvraag van een plangebied worden bepaald voor ruimteverwarming en tapwater. Deze tool maakt gebruik van de CBS gasverbruiken van 2018 en hanteert een methodiek gebaseerd op het Vesta MAIS model van het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL). De verbruiksdata van het CBS is uitgesplitst naar woningtype, bouwjaar en oppervlakte. De huidige warmtevraag is met deze tool berekend, de uitkomsten zijn samengevat in onderstaande tabel. In deze inventarisatie zijn meegenomen alle woningen binnen de scope behalve de 20 (nieuwbouw)woningen die al aardgasvrij zijn met eigen bodemlussen en warmtepomp. Dit resulteert in 471 woningen die kunnen worden aangesloten op het warmtenet.
9/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Tabel 2.1: Warmtevraag huidige situatie Angerlo Aantal woningen
471
Gemiddelde warmtevraag per woning, ruimteverwarming + tapwater (GJ/jaar)
58
Warmtevraag totaal (GJ/jaar)
27.314
Het benodigd vermogen voor ruimteverwarming in de huidige situatie varieert van 37 tot 70 W/m², afhankelijk van het type woning en het bouwjaar. Voor het tapwatervermogen is uitgegaan van tapwatercomfortklasse (CW) 4. Dit is gelijk aan 27 kW voor elke woning. In tabel 2.2 is de vermogensvraag weergeven voor een gemiddelde woning in Angerlo. Voor het ontwerpvermogen voor het warmtenet is er nog rekening gehouden met gelijktijdigheid en warmteverlies. Dit wordt verder toegelicht in hoofdstuk 4. Tabel 2.2: Vermogensvraag huidige situatie Angerlo Gemiddelde woning Vermogensvraag ruimteverwarming (kW)
8,9
Vermogensvraag tapwater (kW)
27
Totale vermogensvraag (kW)
35,9
2.3.2
Vergelijking met aardgasverbruik Liander
Ter verificatie is ook het huidige aardgasverbruik geanalyseerd op basis van openbare gebruiksgegevens van Liander. Voor de postcodegebieden binnen de scope van Angerlo is het aardgasverbruik van de afgelopen 5 jaar geanalyseerd. Voor de omrekening van m³ naar GJ is de onderste verbrandingswaarde van aardgas gebruikt: 31,65 MJ/m³. Het verbruik (in GJ/jaar) is te zien in onderstaande figuur.
Aardgasverbruik Angerlo 26.500 26.000 25.500
GJ/jr
25.000 24.500 24.000 23.500 23.000 22.500
2017
2018
2019
2020
2021
Figuur 2.2 Aardgasverbruik Angerlo. De paarse lijn geeft het gemiddelde over deze jaren weer.
10/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Het gemiddelde aardgasverbruik over de afgelopen 5 jaar is 25.344 GJ. Hiervan is per woning ongeveer 37 m³ aardgas per jaar voor koken, dus 24.610 GJ per jaar voor ruimteverwarming en tapwater. Dit ligt iets lager dan de warmtevraag die we met onze tool hebben berekend, maar komt ongeveer overeen. Opgemerkt wordt dat de data van Liander per postcodegebied wordt geregistreerd, waardoor dit niet altijd één-op-één overeenkomt met het projectgebied. Er is een licht dalende trend zichtbaar in het aardgasverbruik, maar als wordt gecorrigeerd voor het aantal graaddagen is te zien dat het gasverbruik nagenoeg constant is. 2.3.3 Besparing warmte- en vermogensvraag door isolatie Er zijn nog weinig definitieve energielabels bekend voor de woningen in Angerlo (ca. 1 op de 3 woningen). Het is dus moeilijk om iets te zeggen over de werkelijke isolatiegraad, mogelijk hebben bewoners na-isolatie aangebracht zonder dat deze is geregistreerd. Op basis van de voorlopige energielabels (gebaseerd op bouwjaar en woningtype) kan echter de volgende verdeling van energieverbruik worden afgeleid. Tabel 2.3 Verdeling voorlopige energielabels Angerlo Energielabel
Percentage van de woningen
A
13%
B
13%
C
28%
D
23%
E
0%
F
7%
G
14%
Kortweg is de verdeling 25% label A/B woningen, 50% label C/D en 25% label F/G. Met name de vooroorlogse woningen hebben waarschijnlijk een slechte isolatiegraad en daardoor een hoog energieverbruik. Voor deze woningen is tevens een relatief hoog vermogen nodig om op strenge winterdagen het huis warm te krijgen. Voor deze studie zijn we ervan uitgegaan dat de woningen met label D of hoger voldoende geïsoleerd zijn om op een warmtenet te worden aangesloten. Over het algemeen lenen deze zich prima voor een 70/40 °C net (zie verderop in paragraaf 4.3.5). Voor de label F/G woningen is het uitgangspunt dat deze geïsoleerd moeten worden omdat het warmtenet anders niet voldoende vermogen zal kunnen leveren. Van de label F/G woningen in bezit van wooncorporatie Plavei is bekend dat deze de komende jaren zullen worden gesloopt en hier nieuwbouw voor in de plaats komt. Over het algemeen stoken de label F/G woningen nu nog op 80 °C of hoger. Uitgegaan wordt van een benodigde vermogensvraagreductie van 30% voor ruimteverwarming om op het warmtenet te kunnen aansluiten (zie verderop in paragraaf 4.3.5). Dit komt overeen met isolatie tot label C, te
11/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
weten: dakisolatie, gevelisolatie, toepassen van HR++ glas en vloerisolatie. In onderstaande tabel is de besparing weergegeven, waarbij nog geen rekening is gehouden met gelijktijdigheid. Tabel 2.4: Besparing vermogensvraag door isolatie, label F/G woningen Gemiddelde woning
Gemiddelde woning
huidig
na isolatie
Vermogensvraag ruimteverwarming (kW)
10,9
7,6
Vermogensvraag tapwater (kW)
27
27
Totale vermogensvraag (kW)
37,9
34,6
Simpel gezegd zal dit ook leiden tot ongeveer 30% reductie van warmtevraag voor ruimteverwarming voor deze woningen. Tabel 2.5: Besparing warmtevraag door isolatie, label F/G woningen Gemiddelde woning
Gemiddelde woning
huidig
na isolatie
Aantal woningen label F/G
107
107
Oppervlakte (m²)
160
160
Warmtevraag ruimteverwarming (GJ/jaar)
58,3
40,8
Warmtevraag tapwater (GJ/jaar)
10,7
10,7
Totale warmtevraag per woning (GJ/jaar)
69,0
51,5
Totale warmtevraag alle woningen label F/G (GJ/jaar)
7.380
5.510
Het isoleren van alle label F/G woningen leidt dus in totaal tot een warmtevraagreductie van 1.870 GJ. De totale toekomstige warmtevraag voor Angerlo komt daarmee op 25.444 GJ. Tabel 2.6: Warmtevraag toekomstige situatie Angerlo Warmtevraag totaal huidig (GJ/jaar)
27.314
Besparing door 30% isolatie label F/G woningen (GJ/jaar)
1.870
Warmtevraag totaal na isolatie (GJ/jaar)
25.444
2.3.4 Nieuwbouw Woningcorporatie Plavei gaat in de komende jaren enkele woningen slopen en (her)bouwen, namelijk enkele woningen aan ’t Kruisveld en aan de Dorpsstraat. Dit zijn momenteel oude en slecht geïsoleerde woningen waar dus nieuwbouw voor in de plaats komt. Daarnaast zijn er 2 nieuwbouwprojecten door BPD waarvan voor 7 woningen het warmteconcept nog moet worden ingevuld; de overige woningen zijn reeds ontworpen met een individuele aardgasvrije oplossing (warmtepomp). Voor de woningen van Plavei geldt dat hier wordt gekeken naar individuele en/of collectieve bodemlussen voor de korte termijn, met een optie om op een natuurlijk moment (over circa 15 jaar) aan te kunnen sluiten op het warmtenet.
12/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
De warmtevraag van deze woningen is niet meegenomen in deze businesscase. Met de geïnventariseerde warmtevraag wordt verondersteld dat er nog voldoende capaciteit is om deze woningen nog aan te sluiten. De woningen zijn namelijk allemaal nieuwbouw en voldoen aan de nieuwste isolatiestandaard conform het Bouwbesluit, waardoor het energieverbruik erg laag zal liggen. Bovendien kan het (hogere) verbruik van de gesloopte woningen dan ook weer in mindering worden gebracht op de totale warmtevraag. De netto toename door de nieuwbouw ligt naar schatting zo rond 500 GJ. Dit is nog prima aan te sluiten binnen de bandbreedte van het huidige ontwerp.
2.4
Koudevraag
Voor de woningen is op dit moment geen koudevraag bekend. Waarschijnlijk hebben enkele woningen een airco, maar hoeveel is niet bekend. Dit zou eventueel in een verdiepend onderzoek kunnen worden onderzocht. Om koude in de bestaande woningen te kunnen afgeven moet een nieuw koude-afgiftesysteem worden geïnstalleerd, bijvoorbeeld vloerverwarming of geblazen convectoren, omdat bestaande radiatoren hier niet geschikt voor zijn. Omdat deze systemen nu doorgaans niet aanwezig zijn gaan we ervan uit de koeling vooralsnog niet nodig is. Er is dus voor gekozen om koeling niet mee te nemen in de businesscase. Overigens zou dit per definitie tot ‘extra’ kosten leiden ten opzichte van de referentiesituatie, omdat er in de huidige situatie nog geen koelsysteem aanwezig is.
13/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
3 Warmteaanbod 3.1
Algemeen
Er zijn diverse potentiële warmtebronnen. Qirion heeft reeds een inventarisatie gemaakt van de mogelijkheden. Syntraal is gevraagd om specifiek de potentie van thermische energie uit oppervlaktewateren (TEO) in combinatie met warmte-koudeopslag (WKO) verder uit te werken. Syntraal heeft onlangs in samenwerking met Deltares rekenregels ontwikkeld voor de potentie van oppervlaktewater. Daarmee kan de potentie met meer zekerheid worden berekend dan in het verkennende onderzoek van Qirion. De berekeningen en gehanteerde aannames voor dit project zijn afgestemd met het Waterschap Rijn en IJssel (WRIJ).
3.2
Technische potentie oppervlaktewateren Er is alleen gekeken naar oppervlaktewateren binnen een afstand van 2 km vanaf de dorpskern van Angerlo. Voor onderstaande wateren is de potentie nader onderzocht.
Figuur 3.1 Kansrijke oppervlaktewateren rondom Angerlo. Bron: Omgevingswarmtekaart Nederland.
Bepalend voor de potentie van warmte-onttrekking uit oppervlaktewater zijn drie factoren: • • •
Temperatuurverschil ΔT (°C) Onttrekkingsdebiet (m³/s) Vollasturen of onttrekkingsperiode
Voor deze studie is uitgegaan van een temperatuuronttrekking van 3 °C. Uitgangspunt is dat warmte uit oppervlaktewater tussen het voorjaar en najaar niet onder de 12 °C mag dalen. Dit betekent dat warmte kan worden onttrokken in de periode wanneer het oppervlaktewater warmer is dan 15 °C. Dit is geïllustreerd in figuur 3.2. Omdat voor niet alle oppervlaktewateren in de buurt temperatuurmetingen beschikbaar zijn, wordt aangenomen dat in de maanden april tot en met september warmte mag worden onttrokken.
14/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Figuur 3.2 Temperatuuronttrekking hoofdwateren in de zomer
Op basis van de open meetdata van het Waterschap Rijn en IJssel is de potentie van de geselecteerde wateren nader onderzocht. Er is uitgegaan van een maximaal onttrekkingsdebiet van 1 m³/s, wat lang niet altijd gehaald wordt in de zomer. De resulterende potentie van de geselecteerde wateren is weergegeven in tabel 3.1. Omdat gebruik wordt gemaakt van WKO’s in combinatie met TEO hoeft de balancering van warmtevraag en aanbod niet op jaarbasis bereikt te worden, maar wordt uitgegaan van de gemiddelde potentie over de laatste 5 jaar. Tabel 3.1 Potentie uit oppervlaktewateren Oppervlaktewater
Theoretische potentie (GJ/jaar)
Bandbreedte o.b.v. volledige dataset WRIJ (GJ/jaar)
Eldrikse Kwelsloot
14.491
10.500 – 35.100
Didamse Wetering
12.413
1.770 – 39.200
Bevermeergemaal
26.904
12.300 – 74.400
Hoge Leiding
3.743
0 – 3.090
Broekhuizerwater
34.225
32.300 – 44.800
Oude IJssel
1.275.000
-
23.780.000
-
IJssel1) 1)
1)
De potentie van de IJssel en Oude IJssel is bepaald uit de STOWA Aquathermieviewer. Deze is niet verder
onderzocht omdat deze ruim voldoende is voor de warmtevraag van Angerlo.
15/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Veel van de kleine wateren staan nagenoeg stil in de zomerperiode. Zeker in de laatste 2 jaar (2019 en 2020) is er nagenoeg geen stroming door de Hoge Leiding, Didamse Wetering en Eldrikse Kwelsloot waardoor de potentie hier nihil is. Bij extreme droogte wordt het gemaal zelfs dichtgezet om water in het achterland vast te houden. Kortom, dit zijn geen stabiele bronnen waaruit elk jaar voldoende thermische energie kan worden gegarandeerd. Uit de analyse blijkt dat er net voldoende potentie is bij het Bevermeergemaal en ruim voldoende in het Broekhuizerwater, de Oude IJssel en de IJssel. De genoemde potenties zijn echter de technisch maximale potentie en zeggen nog niks over het systeemontwerp, waarbij het samenspel tussen bronnen én oppervlaktewater nog een rol speelt. Het zou kunnen dat in de praktijk minder warmte kan worden gewonnen. De potentie in het Broekhuizerwater is hoger dan bij het Bevermeergemaal omdat hier het hele jaar door kwelwater vanuit de Oude IJssel in terecht komt. De Oude IJssel ligt bij Angerlo verhoogd ten opzichte van de omgeving, deze ligt over het gehele verloop op +10 meter NAP en wordt op peil gehouden met de stuwen in Doesburg en Doetinchem. Dit zorgt voor een behoorlijke kwel richting Broekhuizerwater, die vervolgens via de duiker bij de N338 weer wordt afgevoerd naar de IJssel bij Doesburg.
3.3
Overige afwegingscriteria oppervlaktewateren Naast de technische potentie voor TEO zijn ook ecologische, praktische en vergunningtechnische aspecten van belang. Deze worden onderstaand kort toegelicht. 3.3.1 Ecologie Omdat warmte vooral in het voorjaar en in de zomer wordt gewonnen is de kans groot dat dit samenvalt met het broedseizoen. Mocht warmtewinning in een (beschermd) broedgebied plaatsvinden dan is een aandachtspunt dat de vogels niet verstoord worden. De uiterwaarden bij de IJssel zijn Natura 2000 gebied; het Broekhuizerwater is onderdeel van het Gelders Natuurnetwerk en is aangewezen als natte verbindingszone voor o.a. de rietzanger en winde. 3.3.2
Praktisch
Uit praktisch oogpunt is warmtewinning in rivieren vaak moeilijk vanwege wisselende waterstand. Hierdoor moet een warmtewisselaar vaak in de vaargeul worden geplaatst om ook in de zomer warmte te kunnen winnen bij lage waterstand. Rivieren met veel scheepvaart en een fluctuerende waterstand, zoals de IJssel, zijn daardoor minder geschikt voor warmtewinning. De Oude IJssel heeft jaarrond een constant waterpeil waardoor warmtewinning beter te realiseren is. 3.3.3 Waterkwaliteit Uit de analyse van de meetgegevens blijkt dat de (natuurlijke) doorstroming in het gehele watersysteem rondom het Bevermeer in de zomerperiode erg laag is. Dat zou kunnen leiden tot matige waterkwaliteit. In hoeverre dit een reëel probleem is dient verder te worden onderzocht. Door een beweging in deze wateren te creëren door gerichte aquathermie kunnen deze oppervlaktewateren doorstroomd blijven en belangrijker, beneden de kritische temperaturen voor
16/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
algenbloei gehouden worden. De aquathermie oplossing profiteert hiervan, omdat er meer warm water opgeslagen kan worden in de WKO. Overigens zal aquathermie sowieso een positief effect hebben op waterkwaliteit en hittestress, omdat de temperatuur van het oppervlaktewater aan het begin van het “stilstandseizoen” al lager zal liggen dan voorheen. 3.3.4 Vergunningen Voor buitendijkse locaties zal een warmteleiding door of over een dijk moeten voeren. Belangrijk is dat dit niet ten koste gaat van de integriteit van de dijken en de waterveiligheid geborgd blijft. Uit overleg met WRIJ kwam naar voren dat dit geen direct issue vormt. Een dijkdoorvoer dient weliswaar goed te worden ontworpen en het belang ervan moet goed worden onderbouwd, maar het is op voorhand niet per definitie een no-go. Verder heeft het waterschap aangegeven dat warmtewinning voor Angerlo uit de Oude IJssel wel een optie is, maar niet de eerste voorkeur krijgt. Dit omdat voor de Doesburgse wijk De Ooi ook verderop warmte zal worden onttrokken uit de Oude IJssel. Anderzijds kan dit ook juist een kans zijn: omdat de Oude IJssel veel warmtepotentie heeft, kan voor Angerlo wellicht worden aangehaakt op een gezamenlijk TEO warmtewinningssysteem samen met Doesburg. Deze mogelijkheid zou in een vervolgstudie nader verkend moeten worden, in overleg met het Waterschap en de gemeente Doesburg.
Aandachtspunten voor de vergunbaarheid worden in hoofdstuk 5 nader toegelicht. 3.3.5 Afwegingsmatrix Op basis van de kwalitatieve en kwantitatieve criteria is een afwegingsmatrix gemaakt om de geschiktheid van de verschillende oppervlaktewateren te vergelijken, te zien in tabel 3.2.
17/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Tabel 3.2 Afwegingsmatrix oppervlaktewateren rondom Angerlo Eldrikse
Didamse
Bevermeer-
Kwelsloot
Wetering
gemaal
Hoge Leiding
Broekhuizerwater
Oude IJssel
IJssel
Beschrijving
Duiker naar
Stuw
locatie
Bevermeer
Eldrikseweg
Net ten oosten
Stuw bij
Duiker onder N338
Vaargeul
Vaargeul
van het gemaal
Bevermeer-
Potentie (GJ)
14.491
12.413
(stroomopwaarts)
gemaal
26.904
3.743
34.225
1.275.000
23.780.000
Risico droogte
Hoog
Hoog
Hoog
Zeer hoog
Matig
Laag
Laag
Afstand tot
1,5 km
1,6 km
1,5 km
1,5 km
1,1 km
1,6 km
1,6 km
Binnendijks
Binnendijks
Binnendijks
Buitendijks
Buitendijks
Buitendijks
Buitendijks
-
-
-
-
(licht) wisselend
warmtewinning dichtbij
warmtewinning in de
waterpeil
maar niet direct in de
vaargeul,
dorpskern Positie t.o.v. waterkeringen Knelpunten bereikbaarheid
vaargeul
(sterk) wisselend waterpeil
Aandachtspunten
Ecologische
Ecologische
Ecologische
Ecologische
Ecologische impact,
Ecologische impact,
Ecologische impact, leiding
vergunningen
impact
impact
impact
impact,
leiding door
leiding door dijklichaam
door dijklichaam
leiding door
dijklichaam -
Natura 2000
-
-
Grens met gemeente
(Mogelijk) interferentie
-
Doesburg
of juist synergie
dijklichaam Ecologie (land)
-
-
Natuur-
-
monumenten
Gelders Natuurnetwerk
Kansen
Langzaam
Langzaam
Langzaam
Langzaam
Langzaam stromend
waterkwaliteit
stromend of
stromend of
stromend of
stromend of
of stilstaand water
stilstaand water
stilstaand water
stilstaand water
stilstaand water
Overig
warmtewinning De Ooi
18/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
3.4
Technische potentie WKO (open bodemenergie) Warmte uit oppervlaktewater wordt vooral in de zomermaanden gewonnen, terwijl de warmtevraag vanuit de gebouwen met name in de winter aanwezig is. Er is dus een seizoensopslag nodig om de warmte in de tussentijd te kunnen opslaan. Syntraal heeft een quickscan uitgevoerd om de mogelijkheden voor WKO in de omgeving van Angerlo in kaart te brengen. 3.4.1 Principe seizoenbuffering WKO Bij warmte- en koudeopslag (WKO) wordt warmte en koude opgeslagen in een watervoerende zandlaag (aquifer) in de bodem (zie figuur 3.3). In deze aquifer wordt minimaal één ‘doublet met ieder een koude en een warme bron aangelegd. Het betreft dus een zogeheten ‘open’ bodemenergiesysteem waarbij water wordt onttrokken uit en teruggebracht in de bodem. Wanneer er vraag naar warmte is, wordt grondwater opgepompt uit de warme bron (13 – 17 °C). De warmte uit dit grondwater wordt met een warmtewisselaar afgestaan aan een warmtepomp. Door het onttrekken van warmte koelt het opgepompte water af, waarna het wordt geïnfiltreerd in de koude bron. Is er vraag naar koude, dan wordt uit de koude bron (6 – 10 °C) grondwater opgepompt. De koude uit dit grondwater wordt met een warmtewisselaar afgestaan aan een warmtepomp in koelbedrijf en vervolgens wordt het warme grondwater geïnfiltreerd in de warme bron.
Figuur 3.3 Principe seizoensbuffering warmte via WKO: warmte wordt in de zomer gewonnen en opgeslagen in het grondwater in een watervoerendpakket (links). In de winter wordt het relatief warme water onttrokken waarbij de warmte aan de woningen wordt afgegeven (rechts).
Een goed werkend WKO systeem heeft de volgende (technische) eisen: • •
Er is een watervoerend pakket (zandlaag) nodig met een hoge hydraulische doorlaatbaarheid Boven en onder het gekozen watervoerend pakket moet er een isolerende/afsluitende laag aanwezig zijn (vaak een kleilaag)
• • •
De grondwaterstroming moet laag zijn (maximaal 60 meter per jaar) De chemische eigenschappen van het water moeten geschikt zijn De warme en koude bron moeten ver genoeg uit elkaar liggen (minimaal 3 keer de thermische
•
straal) om inmenging te voorkomen Het systeem moet op de lange termijn in balans zijn, dus (ongeveer) evenveel warmteonttrekking als koude-onttrekking
19/51
Kenmerk
3.4.2
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Bodemopbouw
Voor de haalbaarheidsstudie is gekeken naar de technische potentie van WKO’s in de omgeving van Angerlo op basis van bovengenoemde criteria. In het plangebied zijn geen restricties aan WKO’s opgelegd, zie figuur 3.4. Wel zijn rondom het plangebied enkele aandachtsgebieden met betrekking tot natuur en aardkundige waarden, vooral rondom de rivieren en wateren. In het plangebied zijn geen bestaande WKO’s of open bodemenergiesystemen bekend, wel zijn er enkele kleine gesloten bodemenergiesystemen (bodemlussen) aanwezig, met een vermogen < 70 kW. De nieuwe WKO’s mogen deze bestaande systemen niet negatief beïnvloeden. Dit zal bij de vergunningverlening ook bewezen moeten worden. Deze installaties zijn echter klein waardoor wij dit niet als een risico zien.
Figuur 3.4 Vergunningtechnische beperkingen aan WKO (bron: WKOtool.nl van RVO)
De grondwateronttrekkingen (groene stippen in bovenstaande figuur) betreffen waarschijnlijk veelal tijdelijke bemalingen of onttrekkingen t.b.v. het beregenen van agrarische percelen. Afhankelijk van de omvang en diepte van deze onttrekkingen (onbekend) kunnen ze een open bodemenergiesysteem negatief beïnvloeden. Op basis van gegevens van de provincie Gelderland bevinden zich geen drinkwaterwinningen, beschermingszones of boringsvrije zones in de nabije omgeving van het zoekgebied. Deze vormen daarmee dus geen belemmeringen voor het toepassen van WKO. Op basis van BRO REGIS II, v2.2 (TNO, 2021) is de bodemopbouw vastgesteld. In figuur 3.5 is een dwarsprofiel weergegeven. In bijlage 2 is de bodemopbouw gedetailleerd weergegeven inclusief relevante eigenschappen.
20/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Zoekgebied
Figuur 3.5 Bodemopbouw in zoekgebied Angerlo (bron: DINOloket, BRO REGIS II v2.2)
Op veel plekken in het zoekgebied bestaat de deklaag uit klei in de eerste 2 à 3 meter beneden het maaiveldniveau. Lokaal is de kleilaag afwezig (mogelijk afgegraven) en is zand op de kleilaag aanwezig. Daaronder bestaat de bodem uit verschillende zandpakketten, gescheiden door kleilagen. Op basis van de analyse zijn het onderste deel van het 1e WVP 1 (formatie van Kreftenheye) of het bovenste deel van het 3e WVP (formatie van Oosterhout) het meest geschikt. Deze paketten bevinden zich op respectievelijk circa -13 tot -35 meter en -80 tot -130 meter onder maaiveldniveau (m-mv). Ze hebben een doorlaatcapaciteit van respectievelijk circa 660 m²/dag en 330 m²/dag. Voordelen van het 1e WVP zijn de hoge doorlaatcapaciteit en de lagere realisatiekosten (relatief ondiepe boringen). Een cruciaal nadeel van dit pakket is het risico op redoxreacties. Wanneer grondwater uit de verschillende bodemlagen met elkaar mengen, kan dit tot chemische reacties leiden wat uiteindelijk voor putverstopping kan zorgen. Dit risico kan eventueel met een proefboring verder worden onderzocht. Verder ligt de laag erg ondiep, met slechts een (erg) dunne storende laag aan de bovenzijde, waardoor de effecten van onttrekking in deze laag kunnen doorwerken naar de bovenlaag. Het 3e WVP is weliswaar dieper (en dus kostbaarder om te realiseren) maar hier worden naar verwachting geen redoxproblemen verwacht.
Door de grote dikte (circa 45 m) is de doorlaatcapaciteit nog acceptabel. Geadviseerd wordt om de WKO bronnen dus in het 3e WVP tussen -80 en -130 m-mv te slaan. Afhankelijk van de benodigde filterlengte en de waargenomen bodemopbouw kan de meest optimale filterstelling worden bepaald.
1
WVP = watervoerend pakket
21/51
Kenmerk
3.4.3
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Grondwatersituatie
In het DINOloket zijn nabij de onderzoeklocatie geen recente en langdurig gemeten peilbuizen beschikbaar van diepere watervoerende pakketten. De stijghoogte en stromingsrichting is daarom afgeleid van de isohypsen uit de REGIS-I kartering (TNO, 28 april 1995). Op basis van de isohypsen blijkt dat het grondwater in (west-)noordwestelijke richting stroomt, richting de IJssel. In de formatie van Kreftenheye (4e eenheid) is een stroomsnelheid berekend van 10 à 15 m/jaar. In de minder goed doorlatende formatie van Oosterhout is de stroomsnelheid circa 5 m/jaar. Deze stroomsnelheden zijn relatief laag en een WKO is daarom goed toepasbaar in de beoogde zandlagen.
22/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
4 Energiematch en systeemontwerp 4.1
Energiematch
De totale warmtevraag voor Angerlo is 27.314 GJ per jaar vóór isolatie en 25.444 GJ per jaar na isolatie van de energielabel F/G woningen (zie hoofdstuk 2). Er is voldoende TEO potentie aanwezig om de WKO’s te laden met lagetemperatuur (LT) warmte en Angerlo in haar energievraag te kunnen voorzien. De voorkeur gaat uit naar het Broekhuizerwater, deze heeft een potentie van ruim 34.000 GJ per jaar. Hierbij moet de kanttekening geplaatst worden dat de potentie van het Broekhuizerwater in de praktijk hoger of lager kan uitvallen afhankelijk van hoeveel warmte mag worden onttrokken. Dit zal afhangen van de randvoorwaarden bij vergunningverlening, zie ook hoofdstuk 5. Qua locatie is het Broekhuizerwater echter het meest geschikt en aquathermie zou ook nog een positief effect zou kunnen hebben op de waterkwaliteit. Om meer inzicht te verkrijgen in de vergunningtechnische (on)mogelijkheden zou nog een verdiepende analyse kunnen worden gedaan op de beschikbare temperatuurmetingen van het Broekhuizerwater. Een alternatief is warmtewinning uit de Oude IJssel, waar zeker voldoende potentieel is. Men kan dit zien als een fallback-optie ten opzichte van het voorkeursscenario.
4.2
Systeemkeuze
Er wordt gebruik gemaakt van warmtewinning uit oppervlaktewater in combinatie met seizoensopslag in open bodemenergiesystemen (WKO). Vanaf de WKO wordt via een collectief warmtenet warmte (en mogelijk ook koude) geleverd aan de gebouwen in Angerlo. Dit is principe in figuur 4.1 schematisch weergegeven.
Figuur 4.1 Schematische weergave TEO systeem met WKO
23/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
De vraag bij een warmtenet is welke aanvoer- en retourtemperatuur het meest gunstig is. Er zijn voor Angerlo 3 opties: • Middentemperatuurnet (MT) | het gehele warmtenet uitgelegd op 70-75 °C aanvoertemperatuur en 40-45 °C retour, zonder individuele voorzieningen benodigd in de •
woningen Bronnet ofwel zeer lage temperatuurnet (ZLT) | het gehele warmtenet uitgelegd op 1215 °C aanvoertemperatuur en 7-10 °C retour, met in iedere woning een eigen warmtepomp
•
om de warmte op te waarderen tot bruikbare temperatuur MT-net met bronnet transportleiding | een transportnet van de bron naar de dorpskern op brontemperatuur 12/7 °C, met centrale opwekvoorzieningen die de warmte verder verdelen via lokale distributienetten op 70/40 °C
In samenspraak met de regiegroep, de gemeente Zevenaar en woningcorporatie Plavei is gekozen voor de derde variant. De meeste woningen in Angerlo zijn reeds geschikt zijn om met 70/40 °C te verwarmen. Omdat de afstand naar de bron (Broekhuizerwater) fors is, is gekozen voor een ZLT transportleiding in plaats van MT, zodat warmteverliezen worden beperkt. Doordat gebruik wordt gemaakt van collectieve opwekstations zijn in principe geen individuele voorzieningen nodig in de woning. Er is gesproken over de eerste variant, het hele warmtenet op MT-temperatuur. Hier zitten echter twee belangrijke nadelen aan. Ten eerste is de verwachting dat het aanleggen van een MTdistributienet inclusief opwekstation niet rendabel zal zijn in Angerlo-oost, gezien de lage bebouwingsdichtheid en een aantal woningen die al van het gas af zijn. Dit biedt dus geen goed perspectief voor een collectief warmtenet waarbij het hele dorp mee kan doen. Ten tweede zou bij deze configuratie de centrale opwekking van brontemperatuur naar MT-temperatuur moeten plaatsvinden tussen de bron en het begin van Angerlo (de Koppel). Om de aanlegkosten van de WKO’s en leidingwerk betaalbaar te houden zouden dan ook de WKO’s dichtbij de bron geplaatst moeten worden. Dit zou echter betekenen dat de WKO’s grotendeels op privaat grondgebied zouden moeten worden geslagen, wat een groot risico is voor de businesscase.
Minder risicovol is om de WKO’s zoveel mogelijk in de openbare ruimte te plaatsen. Er is ook overwogen om het gehele warmtenet op brontemperatuur aan te leggen. Een voordeel is dat hiermee naast warmte ook passief en actief kan worden gekoeld. Bovendien maakt elke woning gebruik van een eigen warmtepomp, waarmee het warmteniveau (en daarmee de energieefficiëntie) per woning kan worden geregeld. Het kan dan ook voor individuele huishoudens lonen om de verwarmingstemperatuur te verlagen, dit geeft een extra prikkel om te investeren in verbetering van de energieprestatie van de woning. De keerzijde is dat elke woning dan een individuele warmtepomp nodig heeft, wat relatief duur is in realisatiekosten.
24/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
4.3
Systeemontwerp 4.3.1 Oppervlaktewatersysteem Een systeem voor het winnen van warmte uit oppervlakte water bestaat uit de volgende hoofdcomponenten: • Oppervlaktewater innamepunt voorzien van grof filter • Frequentiegeregelde pompen dicht bij het innamepunt • Filtering • Warmtewisselaars • Uitstroompunt • Besturingssysteem en elektrische voeding Een oppervlaktewatersysteem wordt zo dicht mogelijk bij het water geplaatst. Bij warmtewinning uit het Broekhuizerwater dus op een locatie nabij de duiker onder de N338. Deze ruimte wordt bij voorkeur (deels) ondergronds geplaatst. Zo is er een hogere voordruk voor de pompen. We stellen voor om een behoorlijke afstand aan te houden tussen het instroom- en uitstroompunt van het oppervlaktewatersysteem (bijvoorbeeld 100 meter). Bij voorkeur wordt de uitstroming met de stromingsrichting van het oppervlaktewater mee geloosd, hierdoor wordt de kans op terugstroming (en dus de kans op inmenging van warme en koude stromen) geminimaliseerd. Verder is het aan te raden om het te onttrekken debiet uit het oppervlaktewater te koppelen aan de debietmeting bij de duiker (eventueel in combinatie met de temperatuur op het onttrekkingspunt), zodat het onttrokken debiet altijd kleiner of gelijk is aan het debiet wat door het Broekhuizerwater stroomt.
Hierdoor is er geen terugstroming, of alleen terugstroming als de oppervlaktewatertemperatuur zelf dat toelaat. 4.3.2 Warmtenet tracé Het warmtenet wordt uitgelegd op middentemperatuur (70/40 °C) met een brontemperatuur transportleiding (12/7 °C). Met behulp van rekenprogramma Comsof Heat is het meest gunstige tracé vastgesteld, te zien in figuur 4.2. Deze figuur is tevens in bijlage 1 opgenomen.
25/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Figuur 4.2 Warmtenet tracé Angerlo
Naast de warmteleidingen zelf, bestaat het net ook uit enkele onderverdeelstations. In deze ‘huisjes’ staan de warmtepompen die de aangevoerde warmte (12 °C) opwerken tot ca. 70 °C. Verder staan hier de pompen en regelinstrumentatie waarmee de warmtestromen worden geregeld en naargelang de warmtevraag naar de verschillende woningen worden gestuurd. In de vaststelling van het tracé is uitgegaan van een maximale capaciteit van 2 MW per onderstation. De onderstations zijn vanuit technisch oogpunt zo optimaal mogelijk geplaatst. Er zal wel nog moeten worden gekeken of er op deze plaatsen voldoende ruimte is voor de onderstations. 4.3.2.1 Strategie Angerlo-oost Opgemerkt dient te worden dat het niet rendabel is om een MT-distributienet aan te leggen in Angerlo-oost, gezien de lage warmtedichtheid. De reden dat dit niet rendabel is, is dat er dan relatief lange leidingtrajecten zouden moeten worden aangelegd voor relatief weinig woningen. Dit betekent hoge kosten en lage potentiële opbrengsten voor een investeerder. Kortom: een hoog investeringsrisico, zeker wanneer geen garantie kan worden gegeven hoeveel van deze woningen zullen aansluiten. Omdat dit gedeelte van Angerlo zich bevindt op het pad tussen het Broekhuizerwater en de dichter bebouwde dorpskern, komt de transportleiding vanaf de TEO-bron sowieso vlak langs de huizen aan de Dorpsstraat en De Koppel.
Een betere optie is daarom om de woningen ten oosten van de rotonde direct aan te sluiten op het transportnet. Het betreft 45 woningen. Met een kleine extra investering kunnen dan nog kleine aftakkingen en huisaansluitingen worden gemaakt zodat
26/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
ook de overige woningen in Angerlo-oost, bijvoorbeeld aan de Meester Waaijerstraat, Waterlelie en Gele Lis, kunnen worden aangesloten. De woningen in Angerlo-oost maken dan ieder gebruik van een eigen warmtepomp om de warmte op te waarderen van 12 °C naar 70 °C. Het voordeel van deze strategie is dat de aan te leggen stukken leiding een bronnet betreffen, dit is goedkoper in aanleg dan een MT-net. Bovendien hoeven hoeft hiervoor geen apart opwekstation te worden gerealiseerd, omdat gebruik wordt gemaakt van individuele warmtepompen bij elke woning. Woningeigenaren in dit gebied kunnen aansluiten op een natuurlijk moment, zonder dat dit een grote negatieve impact heeft op de businesscase. In tegenstelling tot het aanleggen van een duurder net, waarbij de exploitant meer gebaat is bij zo snel mogelijk zo veel mogelijk aansluitingen realiseren. De woningen in Angerlo-oost die willen aansluiten, hebben als bijkomend voordeel dat de energierekening voordeliger kan uitvallen (omdat men zelf de eigen warmtepomp kan regelen) en er is een optie om ook in koeling te voorzien. De investering van de bewoner ligt echter wel hoger, omdat een warmtepomp moet worden aangeschaft. 4.3.2.2 Vermogensvraag en gelijktijdigheid Over het gevraagde vermogen in het warmtenet mag een gelijktijdigheid worden aangenomen.
Hiermee wordt bedoeld dat niet alle woningen op hetzelfde moment warmte zullen vragen voor ruimteverwarming of warm tapwater. Hoe hoger het aantal woningen wat aangesloten wordt, hoe hoger de gelijktijdigheidsfactor is. Op basis van bovenstaand tracé en rekening houdend met verliezen, is de gelijktijdige vermogensvraag voor het totale systeem bepaald op 3.043 kW. De warmtevraag inclusief verliezen bedraagt circa 30.000 GJ. Het net is opgedeeld in twee clusters met elk een eigen opwekstation: • Cluster A – totale vermogensvraag 921 kW • Cluster B – totale vermogensvraag 1.685 kW Daarnaast hebben de woningen in Angerlo-oost een gezamenlijke vermogensvraag van 439 kW. 4.3.3 WKO systemen Voor het totale systeem is een vermogensvraag van 3.043 kW en een bronenergievraag van 30.000 GJ opgegeven. Omdat de warmte echter wordt opgewerkt met warmtepompen (zij het centraal in de opwekstations of individueel in Angerlo-oost) is het vermogen wat de WKO’s moeten kunnen leveren lager. Rekening houdend met een opgegeven COP-waarde van 3,0 van de warmtepompen resulteert dit in de volgende bodemzijdige vraag: • •
Energievraag: Piekvermogen:
20.000 GJ (= 5.550 MWh) 2.028 kW
Om er zeker van te zijn dat de WKO’s voldoende vermogen en energie kunnen leveren is uitgegaan van de volgende ontwerpcriteria: • Situatie diep (Oosterhout; van -73 tot -120 m NAP)
27/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
•
Energievraag:
20.000 GJ (= 5.550 MWh)
• •
Piekvermogen: Temperatuurverschil (∆T):
2.175 kW 6,0 °C
Koudelevering is niet meegenomen in de WKO berekeningen, maar is wel mogelijk voor de woningen in Angerlo-oost die zijn aangesloten op het bronnet. De koudelevering vanuit de WKO’s zou nader kunnen worden onderzocht. Bij een aanvoertemperatuur van 65 - 70 °C hoort een COP van ongeveer 3 voor een dergelijk systeem. De COP (Coëfficiënt Of Performance) geeft de verhouding weer tussen de hoeveelheid warmte die de warmtepomp afgeeft en het energiegebruik van de warmtepomp. De COP van de warmtepomp is direct afhankelijk van de temperatuur van bron en de temperatuur na temperatuurverhoging (afzettemperatuur). Hoe groter het verschil tussen de bron- en afzettemperatuur, hoe lager de COP. Het systeem is zodanig bedacht dat het in de zomer warmte uit oppervlaktewater haalt en in de warme bronnen laadt. Gemiddeld wordt een warme bel van ongeveer 17 à 18 °C gerealiseerd. Vervolgens wordt in de winterperiode de warmte onttrokken en aan de afnemende bebouwing geleverd. Het afgekoelde water wordt met ongeveer de achtergrondtemperatuur van de bodem (circa 11 °C) weer terug in de bodem gebracht (in de ‘koude’ bronnen). Dit levert een ∆T van 6 °C op. Op basis van het piekvermogen en ΔT is vanuit de bronnen een maximaal debiet vereist van circa 310 m3/uur. De bodemopbouw bij Angerlo is echter niet geschikt om uit één bron 310 m³/uur te onttrekken.
Op basis van een horizontale k-waarde van 6 m/dag, 40 m filterlengte en 500 mm filterdiameter zouden 6 doubletten moeten worden geslagen om het benodigde debiet en vermogen te kunnen leveren. De boorgatdiameter is dan 800 mm. Deze 6 doubletten zouden elk een vermogen kunnen leveren van circa 350 - 380 kW met een onttrekkingsdebiet van 50-55 m3/uur. Alternatief kan worden gekozen voor 5 doubletten met een debiet van 60-65 m³/uur, dit past echter minder goed met de verdeling van de warmtevraag over de clusters waardoor de WKO’s minder gunstig kunnen worden geplaatst. Dit is weliswaar goedkoper qua aanleg voor de WKO’s maar resulteert wel weer in een kostenverhoging van het leidingwerk. Dit is een kostenafweging die nader zou kunnen worden onderzocht. 4.3.3.1 Positionering WKO’s Voor deze dimensionering is een thermische straal berekend van circa 42 m per bron. Op basis van de richtlijn dienen de warmen en koude bronnen circa 130 meter uit elkaar te staan (3x de thermische straal). De afzonderlijke warmtebronnen of koudebronnen kunnen onderling wel dichter bij elkaar gepositioneerd worden, omdat dit niet leidt tot verstoring maar juist tot een energetisch hoger rendement (de bronnen van dezelfde soort versterken elkaar). Belangrijk is dat
28/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
de warme en koude bronnen haaks georiënteerd liggen op de (west-)noordwestelijke richting van de grondwaterstroming. De WKO’s worden bij voorkeur zoveel mogelijk in de openbare ruimte geplaatst. Denk aan straten, groenstroken, binnenplaatsen of pleintjes waaronder een bron kan worden geslagen. Daarnaast worden de WKO’s het best zo dicht mogelijk bij een opwekstation geplaatst, hierbij kan ruwweg de volgende verdeling worden aangehouden: • • •
Cluster A – 2 WKO’s Cluster B – 3 WKO’s Angerlo oost – 1 WKO
Dit komt goed overeen met het gevraagde vermogen voor deze drie clusters. Onderstaand is een globale suggestie gedaan van de mogelijke positionering van de WKO’s. Een nadere optimalisatie van de positionering van de WKO’s kan in een later stadium worden gemaakt.
Figuur 4.3 Indicatie positie WKO’s, warme (rode) en koude (blauwe) bronnen, o.b.v. afstand 130 meter.
4.3.3.2
Fasering WKO’s en warmtenet
Qua fasering ligt het meest voor de hand om van oost naar west te werken, zowel voor de aanleg van de WKO’s als voor het warmtenet. Zo kan eerst het transportnet (grotendeels) worden gerealiseerd en kan de eerste WKO in Angerlo oost worden geslagen. Mogelijk zijn er koppelkansen met de warmtesystemen van de nieuwbouw van Plavei en BPD. Deze
29/51
Kenmerk
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
nieuwbouwwoningen lenen zich ervoor om direct te worden aangesloten op het transportnet (bronnet) en mogelijk kan dit nog worden meegenomen in het ontwerp en de aanbesteding. Hiermee wordt al een gedeeltelijke afnamegarantie van warmte gecreëerd waardoor het vollooprisico lager wordt. Dit kan interessant voor een investeerder om zo al op korte termijn een start te maken met het warmtenet. 4.3.4
Afstemming oppervlaktewater en WKO’s
Voor de regeneratie van de WKO’s in de zomermaanden dient de warmte-onttrekking uit het Broekhuizerwater te worden afgestemd op de capaciteit van de WKO’s. De totale te regenereren warmtevraag bedraagt 5.550 MWh. Uitgaande van het maximale laadvermogen van de 6 doubletten samen dient er dus een TEO warmtewisselaar geïnstalleerd te worden van circa 2.175 kW. In dit geval zouden ongeveer 2.550 vollasturen nodig zijn om de bronnen te regenereren, dit is zeker haalbaar (normaliter wordt gerekend met 2.600 vollasturen voor TEO). Bij een temperatuuronttrekking van 3 °C is het onttrekkingsdebiet dan gelijk aan circa 623 m³/uur. De uiteindelijke dimensionering van het systeem zal een afweging zijn tussen het onttrekkingsdebiet en de temperatuuronttrekking (∆T). Hoe groter het debiet dat onttrokken wordt, hoe kleiner de ∆T, maar hoe groter (en duurder) het systeem. Daarnaast dient rekening te worden gehouden met de ecologische effecten. De temperatuurdaling van het water (gevolg van de koudelozing bij de uitlaat van de warmtewisselaar) is hierbij van belang voor de vergunningverlening. Voor het opstellen van de pompen voor de warmteonttrekking moet rekening worden gehouden met een kelder van circa 50-100 m². Er kan ook gekozen worden voor een huisje met een deel ondergronds (de pompen) en een deel bovengronds. Aandachtspunt is wat er dient te gebeuren met het filtraat uit de filtering.
Mag dit teruggevoerd worden naar het oppervlaktewater (als aparte stroom of opgemixt in de stroom die de warmtewisselaar verlaat) of moet dit geloosd worden in het riool? Het is in principe oppervlaktewater eigen materiaal (er wordt verder ook niets aan toegevoegd), maar het is verstandig dit met het waterschap af te stemmen, omdat het afvoeren een kostenpost zou kunnen zijn. Vooralsnog gaan we ervan uit dat dit weer teruggevoerd mag worden op het oppervlaktewater. Tabel 4.1: Onderdelen bronnet systeem Angerlo Vermogensvraag TEO systeem (kW)
2.175
Onttrekkingsdebiet TEO systeem (m /uur)
623
Vollasturen laden WKO april – september
2.550
Capaciteit WKO systeem totaal (m /uur)
300 - 325
Capaciteit WKO systeem per doublet (m³/uur)
50 - 55
Warmte te onttrekken uit oppervlaktewater (GJ/jaar)
20.000
Bronvermogen WKO en input bronnet (kW)
2.175
Totaal geleverde warmte (GJ/jaar)
30.000
3
3
30/51
Kenmerk
4.3.5
R001-1322106JVN-V01-ygl-NL
Woningen
Om aan te sluiten op een warmtenet dienen de juiste afleversets in de woning te worden geïnstalleerd. Bij de woningen in Angerlo oost is dit een individuele warmtepomp per woning; voor de overige woningen bestaat dit uit een MT-afleverset. Ook de warmtemeter wordt natuurlijk vervangen. Soms zijn ook inpandige aanpassingen nodig om het nieuwe leidingwerk te kunnen aanbrengen (bijvoorbeeld wanneer de warmteleiding van de kelder naar de cv-installatie op zolder moet worden gevoerd). Een warmteleiding is immers groter dan een gasleiding. Verder moet voor aardgasvrij wonen een inductiekookplaat worden geïnstalleerd. Vaak moet een Perilex stopcontact worden aangelegd en moet de groepenkast worden aangepast. Voor een warmtepomp is sowieso een 3-fase (3x 25 Ampère) aansluiting nodig. 4.3.5.1
Radiatoren
De meeste woningen in Angerlo zijn qua energieprofiel en isolatiegraad al geschikt voor een warmtenet op middentemperatuur (70/40 °C). Voor sommige (met name slechter geïsoleerde, oudere en grotere) woningen is deze temperatuur echter nog te laag. De bepalende factor hierbij is het vermogen wat kan worden geleverd bij een bepaalde aanvoer- en retourtemperatuur van het warmte-afgiftesysteem. Radiatoren werden in de jaren 70 een populaire optie voor verwarming en werden veelal ontworpen op hoge aanvoertemperaturen. Bij lagere aanvoertemperaturen daalt het afgegeven vermogen significant. De invloed van de aanvoer- en retourtemperatuur op het geleverde vermogen van een radiator is weergegeven in tabel 4.2, waarbij het vermogen is gegeven als percentage van het vermogen bij een aanvoertemperatuur van 80 °C en een retourtemperatuur van 60 °C. Te zien is dat wanneer een radiator wordt aangesloten op een middentemperatuurnet van 70/40 °C, er nog steeds 58% van het vermogen kan worden afgegeven ten opzichte van een 80/60 °C cv-systeem. Bij gebruik van een eigen warmtepomp (ongeveer 65/45 °C) kan zelfs 61% van het vermogen worden afgegeven, vanwege de lagere ∆T. Wanneer het technisch mogelijk is om een woning met een aansluiting op een 70/40 net te verwarmen, is het dus ook zeker mogelijk aan te sluiten op een bronnet in combinatie met een eigen warmtepomp.