Waarom Warmte en Koude Netwerken een goede oplossing zijn (Deel 3)

Het succes van een warmte netwerk en daarmee het succes van de energie transitie hangt voor een groot deel af van een goede combinatie van de juiste energiebron en een efficiënt netwerk met mogelijke opslag. Wat betreft de bronnen zijn er vele mogelijkheden variërend van grote centrale bronnen (biomassa, geothermie) tot en met decentrale bronnen door gebruik te maken van bijvoorbeeld zonnecollectoren of warmtepompen. Elke gekozen oplossing heeft natuurlijk zijn eigen specifieke voor- en nadelen[1].

Het is duidelijk dat de huidige grote en traditionele energiebronnen voor de stadsverwarming (gas of nog erger kolen) niet passen binnen de energie transitie doelstellingen.  Het is echter ook twijfelachtig of het gebruik van biomassa op grote schaal een ideale oplossing is, zeker als deze oplossing is gebaseerd op het gebruik van houtpellets komende van Noorwegen of Canada. Zelfs als deze oplossing op dit ogenblik misschien nog economisch interessant is, helpt ze weinig in het verbeteren van bijvoorbeeld de totale CO₂ balans als ook het transport wordt meegenomen in het vergelijk.

Geothermie (diep of ondiep)[2] kan een ideale oplossing zijn, maar er zijn nog vele onzekerheden en vaak vele duurdere studies nodig om vast te stellen dat de bron de gewenste capaciteit kan leveren. En zelfs dan blijft er altijd een groot rest risico wat betreft vergunningen, de daadwerkelijk capaciteit en de gerelateerde bouw kosten.

Met uitzondering van het gebruik van de bodem middels aquifers zijn de kosten van de centraal opgezette (grootschalige) ondiepe en diepe geothermie warmtebronnen dusdanig dat hun realisatie alleen haalbaar is als er een groot aantal aansluitingen kunnen worden gerealiseerd. Zodra dit aantal is gehaald is, is uitbreiding van het aantal aansluitingen meestal onmogelijk zonder grote nieuwe investeringen in de warmtebronnen om hun capaciteit verder op te voeren.  Hetzelfde geldt min or meer wat betreft de aanleg van het netwerk omdat alles vanuit een centraal punt wordt geleverd. Een geplande uitbreiding van het systeem op een later tijdstip vraagt in zekere mate om een over dimensionering van de buizen of een nieuwe substantiële investering in grotere buizen op dat moment.  Deze investeringen zijn in het bijzonder groot in het geval van netwerken gebaseerd op een hoge water temperatuur in verband met de noodzaak om adequate isolering aan te brengen.

Industriële restwarmte  is een ideale bron zolang de geleverde warmte in termen van hoeveelheid past bij de vraag naar warmte en de noodzakelijke investeringen om deze bron aan te sluiten op het lokale warmtenet binnen een acceptabel tarief kunnen worden terugbetaald.  Aangenomen dat het warmtenetwerkproject de nodige investeringen maakt om de warmte uit te koppelen zou deze warmte gratis of voor een laag tarief moeten kunnen worden geleverd. Restwarmte is een bijproduct dat anders verloren gaat en dus de omgevingstemperatuur ongewenst verhoogt. Behalve de bekende industriële restwarmte, genereren datacenters en andere gebouwen waar koeling een noodzakelijkheid is (kantoren, winkels, restaurants/bars, theater, sportcomplexen, ziekenhuizen, etc.) ook de nodige “restwarmte” of “koelingswarmte”. Ook hier geldt dat het beter is deze warmte te leveren aan een warmte netwerk om daarmee niet de omgevingstemperatuur te verhogen.

Naast bronnen zoals oppervlaktewater, rioolthermie, transport/metro, conversiewarmte (zie Re-UseHeat handboek[3]) kunnen zonnewarmte (via zonnecollectoren) en luchtwarmte (via  op lucht gebaseerde warmtepompen) een belangrijke bijdrage leveren als decentrale en lokale bronnen omdat zij op een individuele (per gebouw) or beperkte collectieve wijze worden gerealiseerd.  Terwijl de efficiëntie van zonnecollectoren sterk afhankelijk van de hoeveelheid “zonnelicht”, die van de warmtepompen is afhankelijk van de buitenlucht temperatuur. Behalve dat beide elektriciteit nodig hebben om te functioneren aansluiting, zijn de lucht warmtepompen  niet geluidloos, en als ze zomers voor koeling worden gebruikt, verwarmen ze ook de omgevingstemperatuur.

Op water gebaseerde warmtepompen in combinatie met aquifers of oppervlakte water zijn over het algemeen efficiënter en veroorzaken bijna geen geluid voor de omgeving, maar zijn echter afhankelijk van water met een geven minimum of maximum temperatuur voor het leveren van respectievelijk warmte of koeling. Voor individuele gebouwen of klein collectief kan een warmtepomp ook aangesloten worden op een horizontale of verticale bodemwisselaar. Horizontale bodemwisselaars zijn een leidingnetwerken op circa 1 m diepte met een relatief groot oppervlak en worden bijvoorbeeld vaker toegepast in sportvelden met als bijkomend voordeel dat deze winters ijsvrij gehouden kunnen worden en in combinatie met aquifers kunnen ze dien als seizoensopslag van de energie. Verticale bodemwisselaars betreft gesloten sondes meestal tot ca 20 m diep, ook voor individuele woningen[4]. Het ontwerp en kosten van gesloten bodemwisselaars voor individuele woningen kan worden bepaald met de WKO-tool[5]. 

Geen van deze energie bronnen (WKO, restwarmte, oppervlakte water, zonnecollectoren) vragen om grote investeringen die alleen met in achtneming van grote aantallen aansluitingen kunnen worden afgeschreven. In feite kunnen al deze voorzieningen “opschaalbaar” worden gerealiseerd. Door ze als een warmte en koude netwerk op te zetten en ze te combineren met geïsoleerde buffers voor warmte of koude opslag[6] en lokale geproduceerde elektriciteit kunnen ze in bepaalde ideale gevallen geheel autonoom functioneren.  Verder kan door samenvoeging van verschillende van zulke kleine projecten de leveringszekerheid voor al deze projecten in het overkoepelende project worden verhoogd.

In het kort, kleinschalige projecten die gebruikmaken van de diverse bestaande bronnen in de nabije omgeving vormen vaak een attractief alternatief in vergelijking met de relatief kapitaal intensieve grootschalige warmtenetwerken, waarbij voornamelijk het zogenaamde vollooprisico wordt verkleind.