Bijlage 12 - Bodemenergie

Achtergronddocument | 11-03-2022

Verdieping Haalbaarheid WKO Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle

In opdracht van:

Gemeente Zwolle

Gemeente Zwolle

HASKONINGDHV NEDERLAND B.V. Laan 1914 no.35 3818 EX AMERSFOORT Industry & Buildings Trade register number: 56515154 T +31 88 348 20 00 F +31 33 463 36 52 info@rhdhv.com royalhaskoningdhv.com

Titel document:

Achtergrond Document Verdieping Haalbaarheid WKO Spoorzone Zwolle

Referentie Status:

Definitief

Datum:

| 11-03-2022

Projectnaam:

Verdieping haalbaarheid WKO Spoorzone Zwolle

Projectnummer:

BH8689

Auteur(s):

Laurens Roetert Steenbruggen, Mark van Oostende, Gerard Dijkhuis, Klaas Bootsma, Thijs Boxum en Chiel de Wit

Opgesteld door:

Laurens Roetert Steenbruggen, Mark van Oostende, Gerard Dijkhuis, Klaas Bootsma, Thijs Boxum en Chiel de Wit

Gecontroleerd door:

Klaas Bootsma

Datum:

11-03-2022

Disclaimer: Aan deze rapportage kunnen geen rechten worden ontleend. Royal HaskoningDHV aanvaard geen aansprakelijkheid als gevolg van beslissingen of schade als gevolg van eventuele onjuistheden of verkeerde interpretatie van dit rapport. Dit rapport geeft een eerste indruk en is louter bedoeld om de discussie aan te scherpen. De gebruikte berekeningen zijn een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. Dit kan resulteren in foutieve interpretatie van de resultaten. In bijlage 1 staan voorstellen om de nauwkeurigheid van de quickscan verder te detailleren richting een ‘bankable businessmodel’ Behoudens andersluidende afspraken met de Opdrachtgever, mag niets uit dit document worden verveelvoudigd of openbaar gemaakt of worden gebruikt voor een ander doel dan waarvoor het document is vervaardigd. HaskoningDHV Nederland B.V. aanvaardt geen enkele verantwoordelijkheid of aansprakelijkheid voor dit document, anders dan jegens de Opdrachtgever. Let op: dit document bevat persoonsgegevens van medewerkers van HaskoningDHV Nederland B.V. en dient voor publicatie of anderszins openbaar maken te worden geanonimiseerd.

1 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Inhoudsopgave 1

Introductie

4

4.7

Bronnen configuratie

20

1.1

Achtergrond

4

5

1.2

Doelstelling

4

5.1

Introductie

23

1.3

Terugblik eerdere onderzoeken

5

5.2

Systeemintegratie

23

1.4

Kaders Energie Spoorzone

5

5.3

Bronnet ontwerp

23

6

5.3.1

Hydraulische berekening

24

Resultaten netwerkconfiguratie

24

Onbalans warmte & koudevraag

27

2

Ontwikkelplannen - Spoorzone Zwolle

Bronnetontwerp en systeemintegratie

23

2.1

Introductie

6

5.3.2

2.2

Ontwikkelplannen

6

6

2.2.1

Willemskwartier

7

6.1

Introductie

27

2.2.2

Werkplaatsen, District-Z & Lurelui

8

6.2

Onbalans

27

2.2.3

Hanzekwartier

13

6.3

Regeneratie methodes

27

2.2.4

Hanze – Oost

14

6.3.1

Koppeling lokaal warmtenet Ennatuurlijk

27

15

6.3.2

Regeneratie per gebouw

28

3

Warmte- en koudevraag

3.1

Introductie

15

6.3.3

Levering van koude aan bestaande kantoren

28

3.2

BENG

15

6.3.4

Centrale regeneratie met drycoolers

28

3.3

Warmte en koudevraag

15

6.3.5

Aquathermie

28

17

7 Referentiescenario warmtepomp

4

WKO-potentie en ruimtelijke inpassing

–

Individuele

lucht/water 29

4.1

Introductie

17

4.2

WKO potentie

17

4.3

Hydrologische en hydrochemische condities

17

4.4

Grondwaterafhankelijke belangen

18

8

Financiele analyse

30

4.5

Karakteristieken bronnen

19

8.1

Introductie

30

4.6

Energievraag en aantal WKO-doubletten

19

8.2

CAPEX

31

2 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

7.1

Introductie

29

7.2

Lucht/water warmtepomp

29

8.2.1

WKO bronnet per cluster

31

8.2.2

Individuele lucht/water warmtepomp per gebouw

33

8.3

OPEX

33

8.4

Eindgebruikerskosten

34

8.4.1

Inkomsten business case

34

8.4.2

Bijdrage Aansluitkosten

35

8.5

Tariefstelling woningen

38

9

Organisatie & ontwikkeling WKO bronnet

46

9.1

Regievarianten

46

9.2

Belangrijke aanname/ woord vooraf

46

9.3

Leidende belangen gemeente in de Spoorzone

47

9.4

Publieksrechtelijke (regulerend)

47

9.5

Concessieverlening (regie)

48

9.6

Gemeentelijke deelname (invloed)

49

9.7

Regie bij de Gebiedscoalities

49

9.8

Financiering door de gemeente (subsidie)

50

9.9

Samenvatting en conclusie

50

Bijlage 1: Bodemprofielen booronderzoek

51

Bijlage 2: Thermische straal en onderlinge bronafstand

53

Bijlage 3: CAPEX per deelgebied

57

Bijlage 4: OPEX per deelgebied

58

3 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

1

Introductie

1.1

Achtergrond

In de Spoorzone in Zwolle is een grote (woning)bouwontwikkeling gaande, binnen deze ontwikkeling is een duurzaam energiesysteem benodigd. In eerdere studies is een collectief warmtesysteem met gebruik van van warmte en koudeopslag als voorkeursvariant gekozen. In deze studie is een verdiepend onderzoek uitgevoerd naar de technische en financiele haalbaarheid van een collectief WKO-systeem met vernieuwde uitgangspunten op gebied van nieuwbouwprojecten en ruimtelijke ordening. Het spoorzone Zwolle project bestaat uit een veelvoud van deelprojecten verdeeld over verschillende deelgebieden met verschillende stakeholders zoals projectontwikkelaars en woningbouwcooperaties. De gemeente Zwolle heeft een centrale rol genomen in de ontwikkeling van een collectief energiesysteem in de gehele spoorzone. Deelneming in een toekomstig te ontwikkelen warmte-entiteit behoort tot de mogelijkheden. Naast de toetsing van de technische en financiele haalbaarheid van een collectief WKOsysteem is een vergelijking gemaakt met een individuele variant op gebouwniveau. Naast de financiele vergelijking zijn de gestelde kaders op het gebied van energie binnen de spoorzone getoetst. In eerder uitgevoerde onderzoeken, verder toegelicht in sectie 1.3, is zowel bestaande bouw als nieuwbouw meegenomen in het onderzoek. In dit onderzoek is alleen gefocust op nieuwbouw en transformatie projecten.

Deze projecten vormen de energievraag van het te ontwikkelen energiesysteem. In Hoofdstuk 2 is een achtergrond gegeven van deze projecten aan de hand van de ontwikkelplannen in de spoorzone.

4 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

1.2

Doelstelling

Het doel van dit onderzoek is aantonen of de scope van deze studie kansrijk is voor realisatie of dat nader onderzoek zinvol blijkt. Het doel van dit onderzoek wordt sluitend samengevat in onderstaande hoofdvraag: “Is het realiseren van een collectief warmtesysteem met warmte en koudeopslag als warmtebron technisch en financieel haalbaar voor de nieuwbouw in spoorzone?” Geografische-scope: Spoorzone Zwolle (zie hoofdstuk 3) Warmtebron(nen): Warmte en koudeopslag i.c.m. regeneratiebronnen, drycoolers, aquathermie en/of lucht/water warmtepompen. Om dit aan te tonen is onder andere antwoord gegeven op de volgende deelvragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Welke bouwplannen vormen de vraag voor het energiesysteem? Wat is de warmte- en koudevraag van het beoogde gebied? Kan het beoogde systeem in de warmtebehoefte voorzien? Is dit systeem duurzaam? Wat zijn globaal de investeringskosten? Is het systeem financieel haalbaar? Is het systeem betaalbaar voor de eindgebruikers?

1.3

Terugblik eerdere onderzoeken

Ten grondslag van dit onderzoek is reeds al een tweetal onderzoeken (2020) uitgevoerd door Royal HaskoningDHV;

1.4

Kaders Energie Spoorzone

In de afgelopen jaren is tussen verschillende stakeholders een ontwikkelkader opgesteld waarin verschillende onderwerpen zoals mobiliteit, klimaatadaptie en ook energie. De volgende kaders zijn gesteld op het gebied van energie;

Energieverkenning Spoorzone Zwolle Het project ‘Energieverkenning Spoorzone Zwolle’ is de start geweest naar de toekomstige invulling van de energievraag in de gebiedsontwikkeling Spoorzone Zwolle. In deze verkenningsstudie is een breed onderzoek gedaan naar een toekomstig duurzaam energiesysteem in de Spoorzone. Bestaande bouw en nieuwbouw vormden in deze studie de energievraag, uit deze studie is een voorkeursscenerio bepaalt a.d.h.v. technische en financiele analyse voor verschillende warmtesystemen. Een collectief WKO bronnet is hieruit als meest gunstig beoordeeld. Een verdere uitwerking is benodigd om de haalbaarheid te toetsen op een hoger detailniveau.

Haalbaarheid WKO Spoorzone Zwolle Uit de energieverkenning is gebleken dat gebruik van bodemenergie een goede kans heeft voor invulling van de toekomstige duurzame energievraag binnen de spoorzone. Daarnaast is ook ondiepe geothermie als optie kansrijk geacht. Voor deze twee warmtebronnen is een analyse benodigd van de ondergrond. Dit onderzoek is uitgevoerd in het project ‘Haalbaarheid WKO Spoorzone Zwolle’. In deze studie zijn de (on)mogelijkheden voor bodemenergie en ondiepe geothermie bepaalt, waarbij de maximale WKO capaciteit en inpassingsregels (interferentiezones en afstanden) de belangrijkste informatie geven voor een verdere ontwikkeling van het energiesysteem. Gebruik van bodemenergie in een (toekomstig) dichtbebouwde omgeving vraagt regulering voor uitgave van vergunningen in de ondergrond. In de WKO studie zijn hiervoor de randvoorwaarden bepaalt. Een vastlegging in beleid is mogelijk door het opstellen van een bodemenergieplan welke door de gemeenteraad aangenomen dient te worden. Deze aanbeveling geldt nog steeds bij afronding van deze nieuwe studie.

5 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Kaders Energie Spoorzone ✓

Een gemengd netwerk van warmte en elektriciteit

✓

Fossielvrij in 2030

✓

Energieneutraal in 2050 (BENG 3=100%)

✓

Energievraag terugdringen door energie neutrale (of energiepositieve) nieuwbouw en duurzame transformaties

✓

Spoorzone is dé aansprekende proeftuin voor het testen van energie(mix) systemen (technisch, financieel en organisatorisch)

✓

Stimuleren van gebruik van hernieuwbare bronnen in het gebied

✓

Energie en mobiliteit zijn thema’s die nauw met elkaar in verbinding (blijven) staan

✓

Aanleg of aanpassing van het warmtenet gekoppeld aan een duurzame bron

✓

Aanleg van een smart grid met hubs, gekoppeld aan de mobiliteitshubs waar elektrische oplaadvraag groot is

Deze kaders dienen door de ontwikkelende partijen zo goed mogelijk ingewillegd te worden.

2

Ontwikkelplannen - Spoorzone Zwolle

2.1

Introductie

In dit hoofdstuk is een toelichting beschreven op de relevante aspecten uit de ontwikkelplannen in de spoorzone. Relevante aspecten zoals de ruimtelijke opzet, functie, oppervlaktes en aantal woningen is geinventariseerd voor het bepalen van de toekomstige energievraag (hoofdstuk 0).

2.2

◼

Functie

◼

Fasering

◼

Oppervlakte woningen

In de Sectie 2.2.1 tot en met 2.2.4 is een beschrijving gegeven van de plannen per deelcluster.

Ontwikkelplannen

Binnen de spoorzone is een veelvoud aan ontwikkelingen gaande, bestaande bebouwing wordt onder andere omgeturnd naar nieuwe functies daarnaast zijn veel nieuwe (woon)gebouwen gepland. De energievraag van het toekomstige energiesysteem bestaat uit deze nieuwbouw en transformatieprojecten binnen de spoorzone. In eerdere onderzoeken is de complete spoorzone als een geheel geanalyseerd voor ontwikkeling van een collectief energiesysteem, waarbij ook de bestaande woningen en kantoren zijn meegenomen in de totale energievraag. In dit onderzoek is besloten de ontwikkeling van een collectief energiesysteem op de deelgebied niveau te analyseren. De bestaande deelgebieden zijn hiervoor als uitgangspunt genomen, zie hiervoor Figuur 1 en Tabel 1. In deze verdiepende studie is de keus gemaakt om per deelgebied het energiesysteem af te bakanen. Voor toepassing van een WKO bronnet is een geclusterde aanpak effectiever in te passen doordat een noodzaak tot verbinden van de deelgebieden ontbreekt. Deze keuze is op technisch valke in Hoofdstuk 4 verder toegelicht. Op organisatorisch vlak zijn hiermee de deelgebieden minder van elkaar afhankelijk voor ontwikkeling van een energiesysteem. Per deelgebied is een inventarisatie gedaan van de relevante nieuwbouwprojecten. Het detailniveau per deelgebied is enigszins verschillend.

Voor een aantal deelgebieden is een Nota van Uitgangspunten opgesteld door de projectpartners. De (globale) plannen in deze documenten vormen het startpunt van het berekenen van de energievraag. De belangrijkse informatie welke is gebruikt voor het bepalen van de energievraag is alsvolgt; ◼

Ruimtelijke ligging

◼

Aantal gebouwen

◼

Oppervlaktes

6 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 1: Spoorzone Zwolle met deelgebieden

Tabel 1: Relevante deelgebieden Spoorzone Zwolle Nr.

Deelcluster

Nr.

Deelcluster

1

Willemskwartier

2.3

Lurelui

2.1

Werkplaatsen

3

Hanzekwartier

2.2

District Z

4

Hanze – Oost

2.2.1 Willemskwartier Willemskwartier, voormalig Lurelui-West, is het deelgebied begrenst door de Nieuwe Veerallee, de spoorbaan richting Amersfoort/Kampen en de IJsselallee. Binnen dit deelgebied is een langlopende nieuwbouwontwikkeling gepland waarbij vooral woningen worden toegevoegd en bestaande bedrijvingheid verdwijnd. In Figuur 2 is de huidige situatie weergegeven. In Figuur 3 is conceptueel de toekomstige situatie weergegeven. De nieuwbouwplannen kenmerken zich door hoogte langs het spoor en lager bebouwing richting de willemsvaart. In de plannen zijn ongeveer 1100 woningen voorzien in verschillende segmenten, sociale huur tot dure koopappartementen. Daarnaast is 24.000 m2 aan voorzieningen gepland. De plannen bevinden zich momenteel in een zeer conceptuele status, een exacte opdeling in bouwblokken is momenteel nog niet beschikbaar. Daarnaast is een doorlooptijd voor realisatie tot en met 2035 voorzien. Als uitgangspunt voor de energievraag is daarnaast het bestaande kantoor van Van Wonen (523 m2) en de Veeralleeflat (VVE appartementen, 4800 m2) meegenomen. Zie Tabel 2 voor de aantallen opgedeeld in de drie functies; wonen, werken en voorzieningen.

Figuur 3: Stedenbouwkundig schetsontwerp - Willemskwartier

Tabel 2: Verdeling oppervlakte/functie deelgebied Willemskwartier

Figuur 2: Huidige situatie - Willemskwartier

7 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Functie

Oppervlakte

Wonen

94.090 m2 (1.173 woningen)

Werken

523 m2

Voorzieningen

24.000 m2

2.2.2 Werkplaatsen, District-Z & Lurelui De gebieden Werkplaatsen, District-Z en Lurelui kenmerken zich door een gemeenschappelijk eigendom van de gronden (NS vastgoed). De NS heeft samen met de gemeente een nota van uitgangspunten opgesteld voor de ontwikkeling van het gebied. Per deelgebied is in deze sectie een beschrijving gegeven, zie voor een uitgebreidere toelichting van de ontwikkeling de Nota van Uitgangspunten 1.

Werkplaatsen Het deelgebied Werktplaatsen bestaan uit de voormalige Stork-Wartsila locatie. In de hallen en op de naastgelegen terreinen worden nieuwe functies ontwikkeld waarbij deels de bestaande gebouwen worden herontwikkeld en deels nieuwbouw is voorzien. In Figuur 4 is de huidige situatie weergegeven en in Figuur 5 de toekomstige situatie. De ‘witte’ gebouwen zijn nieuw te bouwen objecten. De NS heeft aangegeven niet de alle gebouwen aan te willen aansluiten op een mogelijk toekomstig collectief energiesysteem, in Figuur 10 is hier de selectie voor weergegeven. Tabel 3 geeft overzicht met de te ontwikkelen oppervlaktes opgedeeld in de drie functies; wonen, werken en voorzieningen. Het aantal woningen is bepaalt aan de hand van een gemiddelde oppervlakte van 75 m2 per appartement.

1

Nota van Uitgangspunten Werkplaatsen/DistrictZ/Lurelui (NS/Gemeente Zwolle)

8 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 4: Huidige situatie - Werkplaatsen

District-Z Aan de oostkant van de Werktplaatsen locatie is het deelgebied District-Z gepositioneerd. Dit deelgebied vormt de toekomstige zuidelijke entrée van station Zwolle. In Figuur 6 is de huidige situatie weergegeven en in Figuur 7 de toekomstige situatie waarbij de witte objecten weer de nieuwbouw weergeven. De nieuwbouw bestaat uit kantoren, voorzieningen en woningen. Tabel 4 geeft overzicht met de te ontwikkelen oppervlaktes opgedeeld in de drie functies; wonen, werken en voorzieningen. Het aantal woningen is bepaald aan de hand van een gemiddelde oppervlakte van 75 m2 per appartement.

Figuur 5: Stedenbouwkundig schetsontwerp - Werkplaatsen

Tabel 3: Verdeling oppervlakte/functie deelgebied – Werkplaatsen (75 m2 per woning)

Functie

Oppervlakte

Wonen

22.870 m2 (305 woningen)

Werken

10.720 m2

Voorzieningen

1.787 m2

9 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 6: Huidige situatie - District-Z

Lurelui Aan de westkant van de Werkplaatsen, grenzend aan het spoor is het deelgebied Lurelui gepositioneerd. In dit deelgebied is grote hoeveelheid woningen met daarbij voorzieningen gepland. In Figuur 8 is de huidige situatie weergeven en in Figuur 9 de toekomstige situatie. Tabel 5 geeft overzicht met de te ontwikkelen oppervlaktes opgedeeld in de drie functies; wonen, werken en voorzieningen. Het aantal woningen is bepaald aan de hand van een gemiddelde oppervlakte van 75 m2 per appartement.

Figuur 7: Stedenbouwkundig schetsontwerp - District Z

Tabel 4: Verdeling oppervlakte/functie deelgebied District-Z (75 m2 per woning)

Functie

Oppervlakte

Wonen

18.955 m2 (253 woningen)

Werken

39.315 m2

Voorzieningen

11.935 m2

Figuur 8: Huidige situatie - Lurelui

10 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 9: Stedenbouwkundig schetsontwerp - Lurelui

Tabel 5: Verdeling oppervlakte/functie deelgebied Lurelui (75 m2 per woning)

Functie

Oppervlakte

Wonen

51.480 m2 (686 woningen)

Werken

3.178 m2

Voorzieningen

8.898 m2

11 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Revelante bebouwing In Figuur 10 zijn de projecten/gebouwen weergegeven welke relevant zijn in de volgende stappen van het onderzoek. Het gebouw Pas de Deux ten oosten van de zuidelijke stations entrée is toegevoegd op verzoek van het Rijksvastgoedbedrijf. Het rijksvastgoedbedrijf heeft de ambitie dit gebouw op korte termijn te renoveren en hierbij gasloos te maken. Voor aansluiting van dit gebouw is koppeling met het deelcluster Werktplaatsen/District-Z.

Figuur 10: Relevante gebouwen - Werkplaatsen, District-Z en Lurelui

12 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

2.2.3 Hanzekwartier Aan de zuidkant van de deelgebieden Lurelui en Werkplaasten bevindt zich het deelgebied Hanzekwartier. Dit gebied bestaat momenteel volledig uit kantoren en een scholencomplex. In Figuur 11 is de huidige situatie weergegeven en Figuur 12 een overzicht van mogelijk nieuwbouwobjecten in het gebied. Opvallend is de hoge bebouwinddichtheid in de reeds al bijna volledig gebruikte ruimte in het gebied. In Tabel 6 is een overzicht gegevens van de nieuw toe te voegen oppervlaktes verdeeld over de functies.

Figuur 12: Stedenbouwkundig schetsontwerp - Hanzekwartier Tabel 6: Verdeling oppervlakte/functie deelgebied Hanzekwartier

Figuur 11: Huidige situatie - Hanzekwartier

13 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Functie

Oppervlakte

Wonen

97.601 m2 (1100 woningen)

Werken

26.376 m2

Voorzieningen

38.105 m2

2.2.4 Hanze – Oost Het gebieds Hanze-Oost ligt in de meeste oostelijke punt van de spoorzone. Op dit momenteel grotendeels braakliggende terrain moeten in de toekomst vooral woningen worden toegevoegd. Het bestaande kantorengebouw van het rijksvastgoedbedrijf is ook onderdeel van de uitgangspunten. In Figuur 13 is de huidige situatie weergegeven en in Figuur 14 een conceptuele schets van de toekomstige situatie. In Tabel 7 is een overzicht gegevens van de oppervlaktes verdeeld over de verschillende functies.

Figuur 14: Stedenbouwkundig schetsontwerp - Hanze-oost Tabel 7: Verdeling oppervlakte/functie deelgebied Hanze - Oost

Figuur 13: Huidige situatie - Hanze-Oost

14 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Functie

Oppervlakte

Wonen

18.750 m2 (250 woningen)

Werken

13.000 m2

Voorzieningen

2.000 m2

3

Warmte- en koudevraag

3.1

Introductie

De ontwikkelplannen in Hoofdstuk 2 vormen de basis voor het bepalen van de energievraag van het te ontwikkelen warmtesysteem voor de verschillende deelgebieden. De energievraag is te bepalen aan de hand van de energieregelgeving BENG. De methode is verder toegelicht in dit hoofdstuk.

3.3

Warmte en koudevraag

De absolute waarden welke gebruikt zijn voor het bepalen van de warmte en koudevraag zijn weergegeven in Tabel 8. Deze getallen zijn gebruikt voor het bepalen van de totale warmte en koudevraag in Tabel 9. Warmtevraag is inclusief levering warm tapwater. Tabel 8: Uitgangspunten warmte en koudevraag per functie

3.2

BENG

Voor het bepale van de energievraag is gebruik gemaakt van de BENG methodiek. BENG staat voor Bijna Energie Neutral Gebouw. In deze regelgeving is de maximale energievraag per m2 gebouwoppervlak bepaald. De BENG-eisen vormen de huidige wetgeving voor (thermische) energievraag in nieuwbouw. De warmte- en koudevraag voor de projecten in de spoorzone is berekend aan de hand van de BENG 1-eis. De BENG 1 geeft de maximale energiebehoefte in kWh per m2 voor een gebouw. In Figuur 15 is een visualisatie weergegeven van de samenhang tussen de BENG indicatoren.

Figuur 15: BENG – visualisatie

15 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Functie

Warmtevraag (kWh/m2)

Koudevraag (kWh/m2)

Wonen

50

10

Werken

45

30

Voorzieningen

28

19

Tabel 9: Overzicht warmte en koudevraag per deelgebied en functie Deelcluster

Naam

Functie

Oppervlakte

Warmtevraag per functie

1

Willemskwartier

Wonen

94.090 m2

4.283.589 kWh

1

Willemskwartier

Werken

523 m2

23.810 kWh

1

Willemskwartier

Voorzieningen

24.000 m2

1.092.636 kWh

285.822 kWh

2.1

Werkplaatsen

Wonen

22.870 m2

1.072.592 kWh

373.921 kWh

2.1

Werkplaatsen

Werken

10.720 m2

502.777 kWh

2.1

Werkplaatsen

Voorzieningen

1.787 m2

83.796 kWh

29.213 kWh

2.2

District Z

Wonen

18.955 m2

827.371 kWh

443.078 kWh

2.2

District Z

Werken

39.315 m2

1.716.029 kWh

2.2

District Z

Voorzieningen

11.935 m2

520.937 kWh

278.975 kWh

2.3

Lurelui

Wonen

51.480 m2

2.402.551 kWh

631.139 kWh

2.3

Lurelui

Werken

3.178 m2

148.306 kWh

2.3

Lurelui

Voorzieningen

8.898 m2

415.256 kWh

109.086 kWh

3

Hanzekwartier

Wonen

97.601 m2

4.295.830 kWh

1.500.178 kWh

3

Hanzekwartier

Werken

26.376 m2

1.160.919 kWh

3

Hanzekwartier

Voorzieningen

38.105 m2

1.677.161 kWh

585.694 kWh

4

Hanze - Oost

Wonen

18.750 m2

876.944 kWh

341.944 kWh

4

Hanze - Oost

Werken

13.000 m2

608.015 kWh

4

Hanze - Oost

Voorzieningen

2.000 m2

93.541 kWh

16 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Warmtevraag totaal

Koudevraag per functie

Koudevraag totaal

1.120.540 kWh 5.400.035 kWh

1.659.165 kWh

3.064.338 kWh

2.966.112 kWh

7.133.910 kWh

1.578.500 kWh

6.229 kWh

175.275 kWh

918.976 kWh

38.959 kWh

405.413 kWh

237.081 kWh 36.474 kWh

1.412.590 kWh

578.408 kWh

1.641.029 kWh

779.184 kWh

2.491.285 kWh

615.500 kWh

4

WKO-potentie en ruimtelijke inpassing

4.1

Introductie

In dit hoofdstuk is de warmtebron/opslag van het energiesysteem verder toegelicht. Op basis van de warmte en koudevraag in Hoofdstuk 0 is bepaald hoeveel WKO-bronnen benodigd zijn. Per deelcluster is bepaald aan de hand van de ordeningsregels uit de reeds uitgevoerde WKO-studie hoe deze bronnen ingepast kunnen worden.

4.2

WKO potentie

Met betrekking tot de toepassing van WKO is gebleken dat de bestaande grondwaterafhankelijke belangen, de grondwaterverontreinigingen en de beperkte ruimte in de ondergrond een grote invloed kunnen hebben op de haalbaarheid van bodemenergieopslag. Ten einde meer inzicht te krijgen in de potentie van open WKO systemen ter plaatse van de spoorzone is in 2020 een haalbaarheidsstudie verricht.

twee bronnen (of meervoud), die in hetzelfde watervoerende pakket worden geplaatst. ’s Winters wordt grondwater uit de warme bron onttrokken, waarna het de warmte afgeeft aan de warmtewisselaar waarmee het gebouw wordt verwarmd. Het afgekoelde grondwater wordt vervolgens in de bodem teruggebracht middels de koude bron. ’s Zomers draait dit proces en de stromingsrichting om.

4.3

Hydrologische en hydrochemische condities

Uit de haalbaarheidsstudie is gebleken dat de grondwatersamenstelling en bodembodembouw (zie ook bijlage 1) een grote invloed hebben op de bodempotentie. Nadere bestudering van de gegevens heeft uitgewezen dat er drie watervierende pakketten kunnen worden onderscheiden.

Bij de bepaling van de WKO potentie is er vanuit gegaan dat de bodemenergie in de vorm van doubletten wordt toegepast. Recirculatiebronnen en en monobronnen hebben een lager rendement en worden in dit kader niet verder beschouwd.

Figuur 16: Principeschets WKO doublet

Met een WKO doublet wordt winterkoude opgeslagen in de bodem voor gebruik in de zomer, en zomerwarmte voor gebruik in de winter. Een WKO doublet maakt gebruik van

17 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 17: Geologisch profiel Spoorzone Zwolle

In de praktijk is alleen het onderste deel van het eerste watervoerende pakket en het tweede watervoerende pakket geschikt voor grootschalige WKO systemen. Er mag, met het oog op de dinkwaterwinning Engelse Werk niet dieper geboord worden dan de scheidende laag van de formatie van Peize (ca. 90 m-mv.). Daarnaast wordt aangeraden om in verband met de ligging van de redox-grens de bovenkant van de filters op een minimale diepte van 40 m-mv. af te stellen.

Scheefgestelde kleilagen In de ondergrond van Zwolle is een uitloper van de stuwwal van de Veluwe aanwezig met een dikte die lokaal kan oplopen tot meer dan 60 m. Deze gestuwde afzettingen bestaan uit een zeer heterogene samenstelling van zand, grind, maar ook klei. Een deel van deze klei is in schubben opgestuwd en vormt daarmee scheefgestelde kleilagen. Deze scheefgestelde kleilagen kunnen in principe overal binnen de gestuwde afzettingen voorkomen maar worden met name aangetroffen rondom de winning Engelse Werk en een deel van de spoorzone. Op basis van de beschikbare boringen kunnen twee kleischotten worden onderscheiden. De kleischotten bevinden zich als vrijwel verticale barrières in de bodem van -25 tot -100 m NAP. Middels de rode en

Aangezien de kleilagen, in potentie, de lengte van filters en daarmee de capaciteit van de bronnen aanzienlijk kunnen beinvloeden wordt aangeraden om in het gebied een aantal boringen of sonderingen uit te voeren waarmee meer inzicht wordt verkregen in de dikte en verbreiding van de kleischotten.

4.4

De WKO bronnen kunnen, afgezien van de infrastructurele voorzieningen, niet overal worden geplaatst. De bronnen mogen de bestaande grondwaterafhankelijke belangen niet schaden en er zijn diverse gebieden aangewezen waar geen WKO bronnen mogen worden gerealiseerd: de verbodsgebieden. Er mogen geen WKO systemen worden gerealiseerd in het grondwaterbeschermingsgebied. Aanvullende verbodsgebieden, regels en belangen die in dit kader een rol spelen: ◼

Minimaal 1 keer de hydraulische straal buiten het grondwaterbeschermingsgebied kan niet gebruikt worden voor het plaatsen van de bron vanwege ontoelaatbare verplaatsing van de verontreinigingen buiten de kritische gebiedsgrenzen (zie figuur 19).

◼

Het plaatsen van de bronnen mag niet leiden tot ontoelaatbare interferentie met het bestaande bodemenergiesysteem nabij het spoor.

◼

Een zone rondom de ligging van het spoor kan niet worden gebruikt voor het plaatsen van bronnen vanwege het risico op ontoelaatbare zettingen en knelpunten bij de uitvoering (in deze studie is een zone van minimaal 15 m (i.p.v 11 meter) aangehouden.

◼

De WKO bronnen kunnen niet in de veiliheidszones van kabels en leidingen worden geplaatst.

◼

De WKO bronnen mogen de VOCL beheersing niet negatief beinvoeden.

◼

Het is onwenselijk dat de omgeving opwarmt. Daarom moeten de koude bronnen zoveel mogelijk stroomafwaarts geplaatst worden van de warme bronnen.

blauwe lijnen is de (indicatieve) verbreiding van de kleischotten weergegeven. De rechterzijde van de schotten is het diepste punt op NAP -100 m.

Figuur 18: Indicatieve verbreiding kleischotten.

18 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Grondwaterafhankelijke belangen

De restrictiegebieden zijn weergegeven in figuur 19. Naast de weergegeven restrictiegebieden dient ook rekening gehouden te worden met de overige belangen zoals kabels, leidingen en grondverontreinigingen. In figuur 19 is tevens de interventie waarde contour van de vinylchloride verontreiniging opgenomen. Onder invloed van waterwinning Engelse Werk heeft zich vanaf de Werkplaatsen een VOCL pluim in

zuidelijke richting kunnen ontwikkelen. Naast de Werkplaatsen is ook het oostelijke gedeelte van deelcluster Lurelui en westelijke gedeelte van het Hanzekwartier verontreinigd geraakt met VOCL cmponenten. In de spoorzone is Gebiedsgericht Grondwaterbeheer (GGb) van toepassing waardoor soepeler kan worden omgegaan met de verspreiding van verontreinigingen. De grondwaterverontreiniging vormt dus geen beletsel voor de toepassing van WKO, wel vormen de concentraties een aandachtspunt mb.t. de toe te passen materialen. In het gebied waarin het grondwater verontreinigd is met VOCL componenten wordt geadviseerd om HD-PE leidingen voor de bronnen te gebruiken in plaats van PVC. Daarnaast dient rekening gehouden te worden met een interceptiebron die in de nabijheid van de Oostzeelaan is gerealiseerd. Deze bron onttrekt grondwater uit het tweede watervoerende pakket tussen 50 en 90 mmv. Middels de bron wordt grondwater ontrokken dat met vinylchloride is verontreinigd (capaciteit bron: 8 m3/u). dit gebeurt om de drinkwaterwinning het Engelse Werk ook voor de langere termijn te beschermen tegen grondwaterverontreiniging afkomstig uit het stedelijk gebied.

De overige grondwaterafhankelijke belangen vormen een aandachtspunt in het vervolgtraject maar vormen vooralsnog geen beletsel voor het aanleggen van de WKO bronnen en de leidingen.

4.5

Karakteristieken bronnen

Tabel 8 geeft een overzicht van de karakteristieken van de WKO bronnen. De karakteristieken van de bronnen zijn ontleend aan de Haalbaarheidsstudie WKO Spoorzone (Royal HaskoningDHV, 2020). Bij de berekeningen is in dit kader uitgegaan van 1500 equivalente vollasturen en een deltaT van 8 graden. De WKO bronnen zijn, met het oog op de redoxovergang, geprojecteerd in het tweede watervoerende pakket. Het is niet uit te sluiten dat de filterlengte en daarmee de capaciteit van de bronnen lokaal hoger kunnen uitvallen, tevens is toepassing van WKO in het eerste watervoerende pakket ook nog niet geheel uit te sluiten. Tabel 8: Karakteristieken bronnen

Diameter [m]

Lengte filter [m]

Debiet [m3/u]

0.7 - 0.8

30

100

4.6

Verplaatste hoeveelheid grondwater per seizoen [m3]

Thermische straal [m]

150.000

49

Energievraag en aantal WKO-doubletten

Tabel 9 geeft een overzicht van het gevraagde vermogen (warmtevraag) per deelcluster en het aantal benodigde doubletten. Tabel 9: benodigd vermogen en aantal doubletten

Figuur 19: Restrictiegebieden en vinylchloridepluim

19 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Deelcluster

Benodigd vermogen (warmte) [kW]

Vermogen per bron met WP [kW]

Aantal doubletten [kW]

1 Willemskwartier

3.668

1.241

3

2.1 Werkplaatsen

1.127

1.241

1

2.2 District Z

2.082

1.241

2

2.3 Lurelui

2.015

1.241

2

3 Hanzekwarier

4.846

1.241

4

4 Hanze-Oost

1.072

1.241

1

4.7

Bronnen configuratie

Bij het vaststellen van een bronnenconfiguratie moet rekening gehouden worden met de karakteristieken van de bronnen, de bestaande infrastructuur (bereikbaarheid en inpassing van de bronnen) en de bestaande grondwaterafhankelijke belangen. Daarnaast dient er gestreefd te worden naar een optimale ondergrondse inpassing van open bodemenergiesystemen waarbij thermisch interferentie wordt voorkomen.

negatieve invloed heeft op de levensduur van het filtermateriaal. Zeker als de aangebrachte WKO-leidingen zak- en/of drijflagen doorkruisen (Handleiding Boeg, 2010). Voordat tot boren wordt overgegaan dient de fysieke inpasbaarheid en utvoerbaarheid nagegaan te worden. Er moet voldoende werkruimte beschikbaar zijn voor de boorstelling inclusief bezink- en suppletiebakken en de opslagruimte voor materialen. In de praktijk is al snel een areaal van 10 bij 15 meter vereist voor alle benodigde voorzieningen. De beschikbaarheid van bouwstroom, werkwater, het vaststellen van de lozingspunten, opslag en de afvoer van overtollige grond vormen ook aandachtspunten.

Uitgangspunten positionering Voor het plaatsen van de bronnen zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: ◼

De bereikbaarheid van de locaties: bij het installeren van de bronnen en bij beheer en onderhoud dienen de locaties goed bereikbaar te zijn. De bestaande en nieuw te realiseren wegen worden daarom aangehouden als leidraad waarlangs de bronnen gerealiseerd kunnen worden.

Aandachtspunten bronnenconfiguratie en realisatie bronnen

◼

De bronnen kunnen dienen buiten de restrictiegebieden worden geplaatst.

Bij het bepalen van de bronlocaties dient rekening gehouden te worden met het huidige en toekomstig gebruik van het terrein. Er moet beoordeeld worden of belangen van derden niet in het gedrang komen en er moet inzicht worden verkregen in de fundering van nabijgelegen gebouwen en de ondergrondse infrastructuur. De bronnen mogen niet in de directe omgeving van funderingspalen geplaatst worden, de minimaal te hanteren afstand bedraagt 10 maal het boorgat diameter. Daarnaast wordt aanbevolen de bronnen op een minimale afstand van 15 meter van reeds bestaande bronnen te plaatsen.

◼

De thermische straal bedraagt 49 m (zie ook bijlage 2).

◼

De bronnen van hetzelfde type (warm-warm) staan 1 keer de thermische straal uit elkaar = 49 m.

◼

De bronnen van verschillende type (warm-koud) staan 3 keer de thermische straal uit elkaar = 147 m.

In geval van verontreinigingen dienen maatregelen getroffen te worden om verspreiding te voorkomen en dienen de booractiviteiten te worden uitgevoerd onder begeleiding van een in het kader van de BRL 2000 gecertificeerde veldwerker. Ook aan het scheiden, opslaan en afvoeren van grond worden additionele eisen gesteld. Het filtermateriaal voor de onttrekkingsbronnen en infiltratiebronnen van reguliere WKO’s (waar geen verontreiniging aanwezig is) bestaat in de regel uit PVC. Veelgebruikte materialen voor de terreinleidingen zijn PVC en PE. PVC is minder goed bestand tegen oplosmiddelen zoals VOCl. Ook zijn PE en in mindere mate PVC gevoelig voor minerale oliën als benzine en diesel. Als een WKO-systeem fysiek in aanraking komt met een bodemverontreiniging bestaat het risico dat de verontreiniging een

20 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Voor een nadere toelichting van de thermische straal en de gehanteerde bronafstanden wordt verwezen naar het Onderzoek haalbaarheid WKO in de Spoorzone. geeft de bronnenconfiguratie weer die voor het bronnet is uitgewerkt. De bronnenconfiguraties van alle deelclusters zijn tevens opgenomen in Figuur 20. De bronnenconfiguraties van de individuele deelclusters zijn opgenomen in bijlage 3.

Deelcluster 1: Willemkwartier Het zuidelijke gedeelte van het Willemskwartier is gesitueerd in het grondwaterbeschermingsgebied van waterwinning Engelse Werk en in dit gebied mogen geen WKO-bronnen worden geplaatst. Het noordelijke gedeelte van het Willemskwartier staat onder invloed van een bestaande koude WKO-bron en in dit gebied mogen geen

warme bronnen worden geplaatst. Aangezien de koude bronnen stroomafwaarts van de warme bronnen geplaatst moeten is het dus ook niet mogelijk om in het noordelijke gedeelte koude WKO-bronnen te realiseren. De warmtevraag kan gedekt worden middels drie doubletten. De koude en warme bronnen zijn 150 meter uit elkaar geplaatst, dit om thermische intereferentie te voorkomen.

Deelcluster 2a: Lurelui De warmtevraag van deelcluster Lurelui kan gedekt worden middels twee doubletten. Gelijk aan het Willemskwartier is het cluster relatief smal en en is er relatief weinig ruimte beschikbaar. De twee koude bronnen zijn in het zuidelijke gedeelte van Lurelui geplaatst op een afstand van 150 meter van de warme bronnen. Ten einde de verspreiding van VOCl componenten zoveel mogelijk tegen te gaan zijn alle bronnen in de VOCLverontreiniging gesitueerd. De interceptiebron (zie par. 5.2) is gesitueerd in deelcluster Lurelui. De noordelijke warme bron is geprojecteerd op een kleine 20 meter afstand van de interceptiebron. Alhoewel de de capaciteit van de interceptiebron naar verwachting niet noemenswaardig wordt beinvloedt is een negatieve wederzijdse beinvloeding op dit moment niet uit te sluiten. Mogelijk dienen de bronnen enigszins in zuidelijke richting verplaatst te worden. De effectberekeningen, die in het kader van het op te stellen bodemenergieplan moeten worden uitgevoerd, kunnen hier uitsluitsel over geven.

Deelclusters 2b en 2c: Werkplaatsen en District Z De totale warmtevraag van deelclusters Werkplaatsen en District Z kan gedekt worden met vier doubletten. De koude bronnen en de warme bronnen zijn gecombineerd in één warme en één koude cluster. Met het oog op de uitvoering, en ten einde overlast tijdens de realisatie zoveel mogelijk te beperken, worden geen bronnen in de directe omgeving van het stationsgebouw geplaatst.

21 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Deelcluster 3: Hanzekwartier De warmtevraag in het hanzekwartier kan gedekt worden middels vier doubletten. Zowel het koude cluster alsmede het warme cluster is oost-west georienteerd met een onderlinge afstand van 150 meter. De bronnen zijn geprojecteerd in het oostelijke gedeelte van het Hanzekwartier zodat geen verontreinigd grondwater door de bronnen wordt onttrokken en de bedrijfsvoering niet tot een additionele verspreiding van de verontreinigingen gaat leiden.

Deelcluster 4: Hanze-Oost De warmtevraag in Hanze-Oost kan gedekt worden middels één doublet. Het doublet is centraal in het deelcluster geplaatst. Afhankelijk van de bouwplannen kan de exact positie verder bepaald worden.

Figuur 20: Conceptuele situering WKO-bronnen

22 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

5

Bronnetontwerp en systeemintegratie

5.1

Introductie

De WKO-bronnen in Hoofdstuk 4 moeten verbonden worden met de warmtevragers bepaald in Hoofdstuk 2 en 3, hiervoor is een warmteinfrastructuur benodigd welke in dit hoofdstuk is berekend. Voor de integrale samenwerking tussen energievraag en aanbod is systeemintegratie benodigd. De samensmelting tussen energievraag en aanbod is hiervoor eerst beschreven.

5.2

Systeemintegratie

Het warmte en koude aanbod uit de WKO-bronnen en de warmtevraag in de gebouwen moet samengebracht worden in een warmtesysteem. Hiervoor is een systeemconcept benodigd. In Figuur 21 is een visual weergave gegeven van de energiestromen in het warmtesysteem. De warmte en koude wordt hoofdzakelijk uit de WKO-bronnen geleverd op een lage temperatuur. Voor verwarming is een temperatuurstijging benodigd welke met een centraal opgestelde warmtepomp per gebouw in het deelgebied opgewerkt zal worden naar een temperatuur van 40 °C voor ruimteverwarming en 65 °C voor tapwaterlevering. De warmte en koudevraag moet voor een WKO-bronnenpaar enigszins in balans zijn. Binnen de spoorzone is de een grotere warmtevraag dan koudevraag, hierdoor is een regeneratiebehoefte, in Hoofdstuk 6 is regeneratie verder toegelicht. De positonering van de WKO bronnne en de gebouwen is in dit hoofdstuk gebruikt voor het ontwerp van een bronnet. Het bronnet distribueert de warmte en koude op een lage temperatuur door de deelgebieden. Per gebouw is een aansluiting voorzien waarna de warmte in een warmtepomp een genoemde temperaturen worden gebracht. In dit hoofdstuk is een conceptueel ontwerp gemaakt, verdere detailering is benodigd van onder andere de gebouwinstallaties voor een gedetailleerder ontwerp van het warmtesysteem.

Een belangrijk aspect voor efficientie van het warmtesysteem is de Coeffcient of Performance van de warmtepomp. Door gebruik te maken van energie uit bodem is een relatief hoge COP te behalen. In de verdere berekening is uitgegaan van een COP voor verwarmen van 5 en voor koelen van 25.

23 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 21: Systeemconcept WKO bronnet

5.3

Bronnet ontwerp

Voor het ontwerp van het bronnet is voor de structuur een vertakt-net aangehouden. Per cluster is een opzichzelfstaand bronnet uitgewerkt. Hierbij zijn de clusters aangehouden zoals ook de verschillende gebieden worden ontwikkeld worden voor Spoorzone Zwolle, alleen geldt voor Werkplaatsen en districtZ dat deze twee clusters zijn samengevoegd tot één. Onderstaand figuur geeft de clusters weer die zijn gehanteerd voor het ontwerp van het bronnet. Tussen de warme en koude WKO-bronnen binnen hetzelfde cluster is een leiding met dezelfde diameter aangehouden, zodat de capaciteit van de leiding groot genoeg is om onderling warmte uit te kunnen wisselen. Bij een vertakt net verjongen de leidingen naar een steeds kleinere diameter naarmate meer gebouwen warmte uit het net hebben afgenomen. Het streven is leidingen in te passen in de toekomstige ruimtelijke indeling van de Spoorzone. Aan de hand van de op dit moment beschikbare schetsen van de toekomstige inrichting zijn de leidingen ingepast.

DN65

1,9

DN150

2,8

Als leiding materiaal is nog de keuze om PVC of PE toe te passen voor het bronnet. Deze keuze kan nog in een latere fase van het project worden gekozen, zolang de binnendiamter maar groot genoef is. Voor de aanvoertemperatuur in de winter is 18 graden aangehouden en voor de retourtemperatuur 10 graden. Door de lage aanvoertemperatuur hoeft geen isolatie rondom de leiding toegepast te worden om warmteverliezen te voorkomen.

5.3.2 Resultaten netwerkconfiguratie De netwerkconfiguratie en hydraulische berekening van het bronnet is uitgewerkt met het een simulatieprogramma. Figuur 23 geeft de configuratie van de hoofdopzet van het bronnet weer. Met de lijndikte is goed de vertakte structuur van het bronnet zichtbaar, voor hoe dikkere lijn geldt hoe grotere leidingdiameter. In Figuur 25 is overzicht van het bronnet opgenomen waaruit de diameter per leidingdeel zijn op te maken.

Figuur 22: Indeling van clusters voor het bronnet

5.3.1 Hydraulische berekening De hydraulische berekening voor het bepalen van de benodigde leidingdiameter van het bronnet is uitgevoerd op basis van de maximale piekvraag bij een buitentemperatuur van -10 ºC. Voor de piekvraag is een gelijktijdigheidsfactor toegepast waarmee de piekvraag is gereduceerd. Voor de hydraulische berekening van het bronnet zijn per diameter de maximale stroomsnelheden aangehouden. Tabel 10 geeft de maximale stroomsnelheden per diameter weer. De stroomsnelheid is gemaximaliseerd tot 3,0 m/s om ongewenste inwendige corrosie ter plaatse van bochten te voorkomen. Tabel 10: Stroomsnelheden per diameter Diameter

Stroomsnelheid [m/s]

Diameter

Stroomsnelheid [m/s]

Diameter

Stroomsnelheid [m/s]

DN32

1,3

DN80

2,2

DN200

3,0 Figuur 23 Vertakte structuur bronnet

DN40

1,5

DN100

2,4

DN50

1,7

DN125

2,6

DN250

24 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

3,0

Tabel 11: Leidinglengtes en investeringskosten bronnet per cluster

Figuur 24: Bronnet diameters

Voor de inpassing van de leidingen voor het bronnet in de ondergrond dient te worden uitgegaan van een aanvoer- en retourleiding, twee leidingen parallel aan elkaar. Als tussenruimte zal een afstand van ca 0,4 m gehanteerd moeten worden om de leidingen aan te kunnen brengen en dat ze bij eventueel onderhoud bereikbaar zijn. De maximale sleufbreedte komt hiermee uit op circa (0,25 + 0,4 + 0,25) 0,9 m. De diepteligging zal minimaal 0,8 m moeten zijn om het risico op bevriezing van het water in de winter te verkleinen. Tabel 11 geeft de leidinglengtes per deelcluster weer. Figuur 25 geeft de visualisatie van het bronnet in de Spoorzone weer.

25 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Cluster

Lengte [m]

1. Willemskwartier

882

2. Werkplaatsen en districtZ

1.705

4. Luirelui

1.008

5. Hanzekwartier

1.371

6. Hanzebad

464

Totaal

5.537

Figuur 25: Inpassing van netwerkconfiguratie bronnet in huidige situatie

26 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

6

Onbalans warmte & koudevraag

6.1

Introductie

Hanzekwartier

2.859.148 kWh

40%

Ja

Hanze-Oost

568.375 kWh

36%

Ja

Gebruik van een warmte en koudeopslag vraagt een balans tussen warmte en koudevraag van de warmteafnemer. Binnen de spoorzone is een grotere warmtevraag dan koudevraag, doordat veel woningen worden toegevoegd. De verhouding tussen warmte en koudevraag is voor woningen minder in balans dan bij andere functies. In het hoofdstuk is een analyse beschreven van de onbalans en de regeneratie mogelijkheden.

6.3

6.2

De onbalans in de WKO bronnen is met verschillende methodes in te vullen of te voorkomen. In de volgende secties zijn hiervoor technieken beschreven.

Onbalans

Op basis van de warmte en koude vraag is analyse gedaan van de mate van onbalans per deelgebied. De onbalans bestaat uit de warmte en koude welke uit de ondergrond wordt gehaald op lage temperatuur. Voor levering van warmte wordt deze hoeveelheid warmte vergroot door toevoeging van elektriciteit. De onbalans is dus niet gelijk aan de directe warmte en koudevraag van de afnemers maar van de bronenergie voor de warmtepomp voor levering van warmte en de koudevraag van de afnemers. In Tabel 12 is een overzicht gegevens van de absolute onbalans per deelcluster. De noodzaak tot regeneratie is niet in deelclusters benodigd. Bij een lagere onbalans dan 30% is regeneratie in mindere mate noodzakelijk. In de sectie 6.3 zijn verschillende regeneratie methodes toegelicht. Tabel 12: Regeneratiebehoefte per deelcluster

Deelcluster

Onbalans (kWh)

% van warmtevraag

Regeneratie benodigd?

Willemskwartier

2.637.436 kWh

49%

Ja

Werkplaatsen/District Z

1.323.190 kWh

28%

Nee

Lurelui

1.445.400 kWh

49%

Ja

27 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Regeneratie methodes

6.3.1 Koppeling lokaal warmtenet Ennatuurlijk In de Spoorzone is een ‘traditioneel’ gasgestookt warmtenet aanwezig, zie Figuur 26. Ten zuiden van de werkplaatsen bevindt zich een gasgestookte warmtecentrale vanaf waar warmteleiding richting verschillende afnemers (voornamelijk kantoren) binnen de spoorzone aftakken. Dit warmtenet zou een rol kunnen spelen in de ontwikkeling van een duurzaam WKO bronnet. Hierbij zou een warmte uit het Ennatuurlijk warmtenet geleverd kunnen worden welke zorgt voor regeneratie in de ondergrond. De duurzaamheid van het systeem neemt hierdoor wel af doordat de warmte op dit moment met aardgas geproduceerd wordt. Mogelijk zou in de toekomst een duurzamer alternatief in dit warmtenet voor een hogere CO2 besparing kunnen zorgen, echter zijn hiervoor nog plannen voorzien.

Figuur 26: Warmtenet Ennatuurlijk

6.3.2 Regeneratie per gebouw

6.3.5 Aquathermie

Een optie voor voorkomen van onbalans in de WKO bronnen is een balans in afname op gebouwaansluitingniveua. In dit scenario heeft elke aansluiting de verantwoordelijkheid evenveel (bron)warmte als koude af te nemen. De gebouwinstallaties kunnen hiervoor zorgen. Een hybride scenario met een deel lucht/water warmtepomp wermogen kan zorgen voor een gelijk afname voor (bron)warmte en koude. Hierdoor is ook een lager WKO bronvermogen benodigd wat een betekent dat meer ruimte beschikbaar blijft in de ondergrond voor bijvoorbeeld aansluiting van de bestaande bouw. In Figuur 27 is dit principe visueel weergegeven.

Een andere meer duurzame regeneratie optie is aquathermie. Aquathermie kan geproduceerd worden uit afvalwater, oppervlaktewater en drinkwater. De aanwezigheid van een van deze media is benodigd om als regeneratiebron te fungeren. In van de deelcluster, Willemskwartier, is mogelijk geschikt voor gebruik van aquathermie door de aanwezigheid van een drinkwater productiestation ten zuiden van het projectgebied. Echter is de inpassing mogelijk lasting te realiseren door de aanwezigheid van een regionale weg.

Figuur 27: Hybride scenario warmtepompen

6.3.3 Levering van koude aan bestaande kantoren In de spoorzone is momenteel veel kantoorruimte aanwezig. Veel van deze kantoren zijn voorzien van individuele koelsystemen voor levering van koude doordat warmte vanuit het Ennatuurlijk warmtenet wordt geleverd. Door deze kantoren koeling vanuit een deelcluster met een grote onbalans in de WKO bronnen te leveren is een win-win situatie te creeren. Echter vraagt dit wel veel organisatie.

6.3.4 Centrale regeneratie met drycoolers Een andere optie voor regeneratie is het gebruik van drycoolers per deelcluster. Deze apparaten kunnen warmte uit de buitenlucht halen welke vervolgens aan het bronnet geleverd kan worden voor het in balans brengen van de warmte en koude opname uit de ondergrond. Deze optie vraagt wel extra elektriciteit voor aandrijving van deze drycoolers.

28 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

7

Referentiescenario – Individuele lucht/water warmtepomp

7.1

Introductie

Vanuit de gemeente en stakeholders is de wens uitgesproken om het beoogde systeem te vergelijken met een referentie warmtesysteem. Een individuele warmtepomp met de buitenlucht als bron is hierbij als voorkeursoptie kenbaar gemaakt. In dit hoofdstuk is de inpassing van een lucht/water warmtepomp als alternatief voor een collectief WKO bronnet beschreven. Hierbij is ook een toetsing gedaan van de gestelde kaders voor energie in het overkoepelende ontwikkelkader voor de Spoorzone Zwolle, zie hiervoor nogmaals sectie 1.4.

7.2

bronnen en bronnet infrastructuur mogelijk. Echter is nog steeds ruimte benodigd op de daken van de gebouwen en is de opwek potentie verlaagd. Een belangrijk aspect voor efficientie van het warmtesysteem is de Coeffcient of Performance van de warmtepomp. Door gebruik te maken van energie uit buitenlucht is een lager COP van toepassing dan bij gebruik van energie uit de bodem. In de verdere berekening is uitgegaan van een COP voor verwarmen van 3,5 en voor koelen van 2,5.

Lucht/water warmtepomp

Een lucht/water warmtepomp is gekozen als referentie technologie naast het WKO bronnet. Een groot voordeel van deze technologie is de implementatie mogelijkheid op gebouwniveau waarbij geen afhankelijkheid ontstaat tijdens de realisatie van de verschillende projecten. Daarnaast kan de warmte exploitatie op gebouwnivea georganiseerd worden. Echter heeft deze technologie ook grote nadelen, zoals een hogere elektraverbruik, geluidsoverlast en hittestress door koeling in de zomer. Daarnaast is door de positionering op de daken minder ruimte beschikbaar voor duurzame opwek van elektriciteit. In Figuur 28 is een conceptuele visualisatie weergegeven van de inpassing van een lucht/water warmtepomp. De installatie zal grotendeels op het dak van de te bouwen gebouwen geplaatst worden. Vanuit de centrale installaties op het dak is een distributienet in de gebouwen benodigd waarbij per aansluiting een warmteafleverset geplaatst zal moeten worden. Op gebouwniveau is de installatie grotendeels gelijk aan de installatie voor een collectief WKO bronnet. In beide technologieen is warmteaflevering op gebruikstemperatuur voorzien; ruimtevervarming 40 °C en tapwater 65 °C. De organsitie op gebouwniveau is hierdoor gelijk aan een colllectief WKO bronnet met een warmtepomp per gebouw.

De tariefstelling voor de eindgebruikerskosten is dan ook vergelijkbaar, de financiele vergelijking is verder toegelicht in Hoofdstuk 8. Zoals in sectie 6.3 is beschrevan kan deze technologie mogelijk een rol spelen in combinatie met een WKO bronnet. Door een deel van de warmte te leveren met een individuele lucht/water warmtepomp kan de onbalans in de ondergrond voorkomen of ingevuld worden. Daarnaast is hiervoor een kleinere dimensionering van de WKO

29 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Figuur 28: Systeemconcept lucht/water warmtepomp

8

Financiele analyse

8.1

Introductie

In dit hoofdstuk is de financiele analyse beschreven aan de hand van de technische analyse beschreven in voorgaande hoofdstukken. De technische parameters uit de vorige hoofdstukken zijn verwerkt in een financiële analyse. Voor het toetsen van de financiële haalbaarheid is een business case analyse uitgevoerd, hierin is de CAPEX, OPEX en Revenue uitgezet over de tijd in een cashflow analyse. Zoals in Hoofdstuk 7 is beschreven is ook een financiele analyse ter referentie uitgevoerd. Een belangrijk onderdeel van deze financiele analyse zijn de eindgebruikerskosten, hiervoor is een analyse gedaan voor woningen van verschillende afmetingen.

Fasering De investering voor aanleg van het warmtesysteem zal afhankelijk zijn van de bouwfasering van de verschillende projecten. Deze tijdsgebonden factor is meegenomen in de financiele analyse. Voor de financiele analyse is gekozen om de bouwfasering op de te delen in blokken van 20% per twee jaar, dit betekent dat de projecten/warmte- en koudevraag iedere twee jaar met 20% toeneemt. Voor aanleg van het collectieve WKO bronnet is uitgegaan van een vervroegde investering zodat nieuw te bouwen gebouwen in de tijd kunnen aansluiten op een reeds uitgebreid WKO systeem. Voor het individuele scenario is deze vervroegde investering niet van toepassing doordat de warmtesysteem in zijn geheel onderdeel zijn van de individuele bouwprojecten.

Figuur 29: Visualistie fasering CAPEX

30 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

8.2

Bronnet infrastructuur

CAPEX

Allereerst is de Capital Expenditure (investeringskosten) voor realistie van twee warmtescenario’s. Hiervoor is per techniek een overzicht en beschrijving gegeven van de hoofdcomponenten. In bijlage 3 is een uitgebreider overzicht gegeven van van de investeringskosten per techniek.

Voor de bronnet infrastructuur is ook een kostenraming gedaan aan de hand van de bronnet infrastructuur analyse in sectie 5.3. Met behulp van kostenkentallen per leidingdiameter is een raming gemaakt per deelcluster. De investeringskosten zijn in deze fase slechts globaal bepaald worden doordat er nog geen exacte ligging van de leidingen ontworpen kan worden.

8.2.1 WKO bronnet per cluster

Tabel 14: CAPEX overzicht - Bronnet infrastructuur

Het WKO bronnet bestaat uit een aantal hoofdcomponenten; WKO bronparen, bronnet infrastructuur en de gebouwaansluitingen en installaties. Per gedeelte is een beschrijving gegevan van de CAPEX onderdelen. Als onderdeel van de CAPEX is een DEVEX (Development Expenditure) meegenomen van 5%.

Cluster

Lengte

Kosten

1. Willemskwartier

882 m

€ 391.000

2. Werkplaatsen en District-Z

1.705 m

€ 385.200

3. Luirelui

1.008 m

€ 212.000

4. Hanzekwartier

1.371 m

€ 477.000

5. Hanze-Oost

464 m

€ 119.000

Totaal

5.537 m

€ 1.840.000

WKO bronnen De installatie van de WKO bronnen vraagt een investering voor het boren en aansluiten op het bronnet, hiervoor is een investeringskental genomen van 3000 euro/m3/h. In Tabel 13 is een overzicht gegevens van de CAPEX voor de WKO bronnen per deelcluster. Tabel 13: CAPEX overzicht – WKO bronnen Cluster

Aantal bronnen

Kosten

1. Willemskwartier

3

€ 900.000

2. Werkplaatsen en districtZ

3

€ 900.000

3. Lurelui

2

€ 600.000

4. Hanzekwartier

4

€ 1.200.000

De WKO bronnen en bronnet-infrastructuur leiden de warmte en koude richting de gebouwen. Per gebouw is een bronnet aansluiting benodigd. Hiervoor is een investeringsraming genomen van € 50.000 euro per hoofdaansluiting. Vanuit deze gebouwaansluiting is een aansluiting op de warmtepomp in het gebouw benodigd welke is geraamd op basis van € 900.000 euro/MW opgesteld vermogen.

5. Hanzebad

1

€ 300.000

Tabel 15: CAPEX overzicht - Gebouwaansluiting

Totaal

13

€ 3.900.000

Gebouwaansluiting

31 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Cluster

Aantal aansluitingen

Kosten

Warmtepomp vermogen

Kosten

1. Willemskwartier

8

€ 400.000

3,67 MW

€ 3.303.000

2. Werkplaatsen en districtZ

13

€ 650.000

3,21 MW

€ 2.889.000

3. Lurelui

15

€ 750.000

2,01 MW

€ 1.809.000

4. Hanzekwartier

17

€ 850.000

4,84 MW

€ 4.356.000

5. Hanze-Oost

3

€ 150.000

1,07 MW

€ 936.000

Totaal

56

€ 2.800.000

14,8 MW

€ 13.293.000

Regeneratie Zoals in de technische analyse is beschreven is regeneratie van de onbalans in de WKO bronnen benodigd. In de financiele analyse is uitgegaan van installaties van drycoolers, hiervoor is een investeringskental van 90.000 euro/MW opgesteld vermogen toegepast, zie Tabel 17 voor een overzicht. Tabel 17: CAPEX overzicht - Regeneratie

Voor aansluiting van de eindgebruikers is een investering benodigd voor het aanleggen van een distributienet en installatie van een afleverset per woning of andere functie, in Tabel 16 is een overzicht gegeven van de verwachte CAPEX voor dit onderdeel. Tabel 16:CAPEX overzicht - Eindaansluitingen Cluster

Aantal aansluitingen

Kosten

1. Willemskwartier

1.181

€ 3.543.523

2. Werkplaatsen en districtZ

579

€ 1.737.000

3. Lurelui

690

€ 2.070.000

4. Hanzekwartier

1.121

€ 3.364.481

5. Hanzebad

255

€ 765.000

Totaal

3.827

€ 11.480.004

32 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

Cluster

Regeneratievermogen

Kosten

1. Willemskwartier

3,67 MW

€ 330.300

2. Werkplaatsen en District-Z

2,6 MW

€ 234.000

3. Lurelui

1,6 MW

€ 144.000

4. Hanzekwartier

3,9 MW

€ 351.000

5. Hanzebad

0,9 MW

€ 81.000

Totaal

12,67 MW

€ 1.140.300

8.2.2 Individuele lucht/water warmtepomp per gebouw In het referentiescenario is een andere CAPEX van toepassing door een andere techniek inzet. In deze sectie is een overzicht gegevens van de belangrijkste componenten en verschillen in deze warmtescenario’s. Zie bijlage 3 voor een uitgebreider overzicht van de CAPEX per deelcluster.

Lucht/water warmtepomp Toepassing van lucht/water warmtepomp vraagt investering van vergelijkbaar met een warmtepomp aangesloten op een WKO bronnet. Daarom is een zelfde investeringskental gebruikt van € 900.000 euro/MW, zie Tabel 18 voor een overzicht. Naast de lucht/water warmtepomp is geen bronnet infrastructuur en WKO bronparen benodigd. De investerting voor een distributie en aansluiting van de eindgebruikers is gelijk aan het andere scenario. Tabel 18: CAPEX overzicht - Individuele lucht/water warmtepomp Cluster

Warmtepomp vermogen

Kosten

1. Willemskwartier

3,67 MW

€ 3.303.000

2. Werkplaatsen en District-Z

3,21 MW

€ 2.889.000

3. Lurelui

2,01 MW

€ 1.809.000

4. Hanzekwartier

4,84 MW

€ 4.356.000

5. Hanzebad

1,07 MW

€ 936.000

Totaal

14,8 MW

€ 13.293.000

33 | Warmtevoorziening in de Spoorzone Zwolle | Achtergrond document

8.3

OPEX

De operationele kosten ofwel OPEX bestaan uit de jaarlijkse kosten om het warmtesysteem te kunnen exploiteren inclusief aanvullende energiekosten. Naast de bronwarmte is elektrische energie nodig om de warmtepompen en overige elektrische componenten in het systeem te voeden. Verder bestaan de OPEX uit onderhoud, beheer, verzekering en inkoop van gas voor de piekvoorziening. In bijlage 4 is een uitgebreider overzicht gegeven van de OPEX per deelcluster. In deze sectie is een overzicht gegeven van het belangrijkste OPEX-onderdeel; elektravraag. Voor berekening van de elektrakosten is uitgegaan van een verhoogd elektratarief in vergelijking met de nominale waarde begin 2021. Een verhoofd tarief van 0.11 euro/kWh is gebruikt voor de gehele looptijd van de financiele analyse (30 jaar). Daarnaast zijn energiebelasting tarieven geldend voor 2022 doorgevoerd.

Elektravraag Een groot verschil tussen de twee systemen is de elektravraag, doordat een warmtepomp met bodemenergie een hogere COP heeft is een lagere elektravraag van toepassing. In Tabel 19 is een overzicht gegevens van de elektravraag per techniek en deelcluster. Tabel 19: OPEX overzicht - elektravraag Cluster

Elektravraag WKO

Elektravraag WP

1. Willemskwartier

1.594.000 kWh

2.107.000 kWh

2. Werkplaatsen en District-Z

1.394.000 kWh

2.237.000 kWh

3. Lurelui

876.000 kWh

1.159.000 kWh

4. Hanzekwartier

2.106.000 kWh

3.034.000 kWh

5. Hanzebad

466.000 kWh

697.000 kWh

Totaal

6.436.000 kWh

9.234.000 kWh

8.4

Eindgebruikerskosten

8.4.1 Inkomsten business case De laatste hoofdcomponent van de business case bestaat uit de inkomsten ofwel revenue van het systeem. De initiële investering (CAPEX) en jaarlijkse kosten (OPEX) dienen terugverdient te worden door de afnemers van het systeem. Per aansluiting wordt een vastrecht en variabel tarief betaald. Naast deze jaarlijkse kosten voor de gebruikers is een bijdrage aansluitkosten (BAK) meegenomen worden om de business case rendabel te krijgen. Deze BAK dient bij installatie van het systeem betaalt te worden door de projectontwikkelaar van de nieuwbouw. Om tot een sluitende Business case te komen is een BAK en tariefstelling benodigd welke de CAPEX en OPEX over de gehele looptijd kan dekken. Een investeerder heeft een bepaalde rendementseis nodig op zijn investering, echter is deze rendementseis een belangrijke parameter om te varieren in een financiele model om de benodigde inkomsten in de business case voor een warmtesysteem betaalbaar te maken voor eindgebruikers. Daarnaast is vanuit de Autoriteit Consument en Markt een jaarlijkse tariefmaximum gesteld waaraan warmteleveranciers zich moeten houden. Deze regulering beschermd afnemers tegen te hoge kosten voor warmte en koude. Door recente prijsstijging van energiegrondstoffen is de tariefstelling voor warmte vanuit de ACM ook aangepast.

Momenteel zijn hogere warmtekosten per aansluiting te vragen, echter is in dit Onderzoek uitgegaan van de ACM tarieven voor 2021 als referentieniveau. De hogere tarieven geldend voor 2022 zijn niet nodig voor een dekkende business case. Naast de jaarlijkse warmtetarieven is ook een maximale bijdrage aansluitkosten van toepassing. In Tabel 20 is een overzicht gegevens van de geldende maximale tarieven voor 2021 en 2022 (tarieven zijn excl. BTW). Deze tarieven zijn in volgende sectie gebruikt als referentie niveau. Tabel 20: Warmtetarief referentie overzicht