Op weg naar de vijfde generatie warmtenetten

Vijf  pilotprojecten onder de loep

Stroomversneller Jeroen Roos was vorige maand in Glasgow aanwezig bij het midterm-event van D2GRIDS, een project gefinancierd vanuit Interreg. Het ging om één van de vele side-events tijdens de klimaatonderhandelingen van COP26. Jeroen modereerde een gesprek met vijf D2GRIDS deelnemers over de stand van zaken bij hun 5G warmtenet-pilot. Belangrijkste boodschap van de bijeenkomst: je kunt vandaag al aan de slag gaan met een 5G-ready warmtenet op de schaal die in jouw geval mogelijk is.

Het D2GRIDS project draait om de introductie en opschaling van vijfde generatie warmte- en koude netten, oftewel 5^th Generation District Heating and Cooling (5GDHC). Allereerst een opmerking over deze terminologie: ‘5G warmtenet’ of 5GDHC werkt verwarrend. Ten eerste heeft het helemaal niks te maken met 5G mobiel internet. En na 5G komt er niet ook nog eens een 6G of 7G warmtenet. De zogenaamde vijfde generatie is namelijk een volgroeid concept. Alle basisprincipes van vijfde generatie warmtenetten zullen tot in lengte van dagen overeind blijven. Maar in de praktijk blijkt het vaak niet haalbaar om in één keer aan alle principes te voldoen. Daarom zien we veel 5G-projecten die ‘5G-ready’ zijn: ze voldoen nog niet aan alle principes maar ze zijn erop voorbereid om er in een later stadium wél aan te voldoen. Dit bleek ook heel duidelijk tijdens de discussie die Jeroen Roos modereerde.

On the road to 5GDHC

Hoe kijk je terug op het event in Glasgow?
Jeroen Roos: “We zitten nu halverwege het D2GRIDS-programma. Het mid-term event was vooral bedoeld om aan het publiek te laten zien wat de tussenstand is: waar staan we, wat zijn de plannen voor de komende twee jaar en waar lopen we tegenaan. De dag begon met een uitleg van de 5G basisprincipes en een stukje geschiedenis van het D2GRIDS programma, met daarin een speciale rol voor het Mijnwater project in Heerlen, dat een belangrijke aanjager is geweest. Daarna maakten we een ronde langs alle Europese pilots die meedoen. Wat ik zelf een interessant onderdeel vond in de rest van het programma was de presentatie van Jack Corscadden (Euroheat) over de ontwikkeling van warmtenetten in Europa. Opvallend is dat de koudere gebieden in Europa de meeste warmtenetten hebben, dus vooral in het Noorden van Europa. De potentie van warmtenetten blijkt groot.”

De 5G principes in een notendop
1. Energiekringlopen sluiten (om energieverspilling te voorkomen).
2. Gebruik van laagwaardige bronnen voor laagwaardige vraag.
3. Warmte op de gewenste temperatuur brengen op precies de juiste plek op het juiste tijdstip.
4. Geïntegreerde aanpak van verschillende energiestromen.
5. Bij voorkeur lokale bronnen gebruiken.

“Ik mocht zelf helpen om de vijf pilot projecten toe te lichten. Dat deden we ook weer aan de hand van de vijf basisprincipes, onder andere door bij iedere pilot te vragen met welk principe men de meeste moeite heeft. Want als je achter ieder 5G-principe een vinkje kunt zetten, dan heb je heel veel potentie gerealiseerd en heb je bij wijze van spreken een perfect project. Maar de praktijk blijkt nog best taai. Vandaar dat we ook over ‘5G-ready’ spreken, een voorstadium waarin je bijvoorbeeld begint met het implementeren van 3 van de 5 principes, en waarbij je ook aangeeft hoe je in de toekomst de overige twee gaat implementeren. Er is op dit moment nog geen enkele D2GRIDS-pilot die al 5 vinkjes krijgt. Ze hebben allemaal hun eigen uitdagingen, maar in principe zou het bij alle vijf uiteindelijk wél moeten kunnen.”

“Er is op dit moment nog geen enkele D2GRIDS-pilot die al 5 vinkjes krijgt.”

Pilot 1: Brunssum
“De belangrijkste karakteristiek van de D2GRIDS Mijnwater-pilot in Brunssum is dat het er een WKO-systeem wordt toegepast, dat nog niet op de Heerlense Mijnwater backbone is aangesloten. In een later stadium kan die koppeling tussen Brunssum en Heerlen worden gemaakt, als het tenminste mogelijk is om tussen de twee locaties ook nieuwe aansluitingen te maken, waardoor de verbinding economisch rendabel wordt. Het eerste 5G-principe, het sluiten van kringlopen door directe uitwisseling van koude en warmte tussen verschillende afnemers, is daarmee nog niet optimaal verwezenlijkt in deze pilot. Die uitwisseling kan nu alleen tussen de aangesloten Brunssumse woningen en gebouwen onderling en daar is de gelijkloop van de warmtevraag en de koudevraag heel beperkt.”

Pilot 2: Glasgow
In Glasgow werd niet alleen overlegd door wereldleiders tijdens COP26, er komt ook een D2GRIDS-pilot.

Jeroen Roos: “Waar Brunssum een geïsoleerde pilot is, wordt er in Glasgow voor de warmte- en koudevoorziening van nieuwe gebouwen een 5G-tak gekoppeld aan een bestaand warmtenet. De bestaande warmtebron is vooralsnog een gasgestookte warmte-krachtkoppeling. Dat heeft natuurlijk weinig te maken met duurzame energie, maar door gebruik te maken van een bestaande infrastructuur wordt wél de economische rentabiliteit verhoogd. De nieuwe 5G-tak gaat ook koude leveren en daarbij vindt, via elektrische warmtepompen om de temperaturen goed te krijgen, uitwisseling van warmte en koude plaats. Op termijn zal er steeds meer duurzame warmte-opwek in de plaats moeten komen van stoken op gas, maar deze aanpak maakt het makkelijker om nu al te beginnen. Dat was ook één van de kernboodschappen van de bijeenkomst: je kunt vandaag al aan de slag gaan op de schaal die in jouw geval mogelijk is.”

“In Glasgow is de grootste uitdaging het vierde principe: de integratie van verschillende energiestromen. De warmte-krachtkoppeling was er al. Men maakt ook een nieuwe koppeling met een rioolwaterzuiveringsinstallatie als warmtebron voor de warmtepompen, maar hoe je die verschillende elementen op elkaar afstemt en inregelt is een flinke uitdaging. Hoe zorg je ervoor dat elke bron op het juiste moment wordt ingezet, inclusief het vullen van de buffers? Die vraag speelt bij alle projecten waar je een mengvorm van oude en nieuwe warmtenetten creëert. Als je 3G of 4G gaat combineren met 5G moet dat heel goed geregeld zijn, wil je de comfortwensen van de klanten niet in gevaar brengen.”

Pilot 3: Bochum
In Bochum in Duitsland werd vroeger steenkool gedolven en ook deze D2GRIDS-pilot kan daardoor gebruik maken van volgelopen mijngangen, net zoals dat in Heerlen gebeurt.

Jeroen Roos: “In Bochum wordt een nieuw gebied ontwikkeld op een plek waar eerst een autofabriek stond. Net als in Glasgow is hier sprake van een combinatie van een conventioneel warmtenet en een 5G-warmtenet. De nieuwbouw startte al voordat de pilot kon beginnen, waardoor er eerst een tijdelijke warmte- en koudevoorziening moest worden getroffen. De reden hiervoor is herkenbaar: omdat er risico’s aan de boringen zaten, zoals misboringen en lekkende gangen, moest er langdurig onderhandeld worden met de Duitse mijnbouwautoriteit en helaas duurde de vergunningverlening langer dan verwacht. De reden waarom men in Bochum toch koos voor deze moeilijke route heeft te maken met toepassing van het vijfde principe: ze wilden de beschikbare lokale energiebron in hun project benutten.”

Pilot 4: Parijs-Saclay
Het meest high-tech D2GRIDS project bevindt zich in Parijs. Het betreft een universiteitscampus, waar de studentenwoningen onder de pilot vallen.

Jeroen Roos: “Ook in Parijs is al een conventioneel warmtedistributiesysteem aanwezig, waarop een 5G-tak wordt aangesloten. Het doel is om uit te vinden hoe je zo goed mogelijk warmte en koude kunt uitwisselen tussen die twee systemen, onder andere door te experimenteren met ‘slimme lokale buffers’. Je hebt immers te maken met een bepaalde vraag en aanbod van warmte en koude, die niet altijd gelijktijdig op elkaar aansluiten. Door een goede voorspelling te maken van de vraag, in combinatie met slimme opslagsystemen, kun je het gebruik van de beschikbare warmte en koude optimaliseren. Daar horen ook technieken als zelflerende systemen bij.”

“Tussentijds is er in Parijs een element aan het project toegevoegd dat gebaseerd is op het vierde principe. De warmtepompen bij de eindgebruikers kunnen de watertemperatuur boosten (voor ruimteverwarming en vooral voor warm tapwater) of omlaag brengen voor koeling. Dat is één van de grote voordelen van 5G. Doordat je werkt op een lage temperatuur in het verbindende net zit je al vrij dicht bij de temperatuur die je nodig hebt voor verwarming én voor koeling. Maar dit proces moet je slim aansturen. Op de daken van de studentenwoningen worden zonnepanelen geplaatst , om onder andere de warmtepompen van het 5G-net mee te voeden op zo’n manier dat de impact op het elektriciteitsnet minimaal is. Je ziet hier dus een integratie van het thermische en het elektrische systeem. Dit valt onder het vierde principe van 5G.”

“De grootste uitdaging in Parijs was implementatie van het tweede principe. Het gaat hoofdzakelijk om ruimteverwarming en -koeling, dus uiteindelijk een ruimtetemperatuur van zo’n 20 graden in de zomer en de winter. Je streeft ernaar dat de bronnen die je daarvoor gebruikt qua temperatuur zoveel mogelijk in die buurt zitten. In Parijs gaat het om een aftakking betreft van een hoge temperatuur warmtenet. Feitelijk is zo’n hoge temperatuur niet nodig voor 5G. De nieuwe 5G-tak faciliteert echter alvast een temperatuurverlaging in het bestaande net. ”

“Fossiele energiebronnen hebben nog niet de prijs die ze eigenlijk zouden moeten hebben, waardoor het moeilijker is voor een 5G-systeem om te concurreren met het huidige aanbod.”

Pilot 5: Nottingham
Jeroen Roos: “De D2GRIDS pilot in Nottingham (UK) blijkt om economische redenen helaas nog niet mogelijk. Dit heeft ironisch genoeg alles te maken met hoge kosten voor elektriciteit en de kosten voor aardgas, die tot voor kort in Engeland erg laag waren. Je zou ook kunnen zeggen: fossiele brandstoffen hebben nog niet de prijs die ze eigenlijk zouden moeten hebben, waardoor het moeilijker is voor een 5G-systeem om te concurreren met het huidige aanbod. Ook in Nottingham was het de bedoeling om in oude mijngangen te gaan boren. Dit bleek uiteindelijk niet haalbaar vanwege de hoge elektriciteitstarieven. Elektriciteit kom je tegen in je 5G-business case omdat de warmtepompen erop draaien, en ook omdat je het water uit de mijngangen omhoog en weer terug moet pompen. Elektriciteit is daarmee een flinke post in de business case van een 5G-warmtenet. Tot voor kort hadden de beoogde besparingen op aardgas in Nottingham te weinig economische waarde vanwege de lage prijs. De hoge kapitaalsintensiteit van warmtenetten maakt het soms moeilijk om een project rond te rekenen. Dat geldt nog nét wat meer voor 5G-netten, omdat je daar ook opslagsystemen nodig hebt en relatief dure warmtepompen. Daar staat tegenover dat er geen aardgas meer nodig is zoals in veel 3/4G-netten nog wel het geval is.”

“Je kunt vandaag al aan de slag gaan op de schaal die in jouw geval mogelijk is.”

Tot zover jouw samenvatting van wat er momenteel speelt bij de vijf pilots. Wat was de boodschap waarmee de bezoekers van het D2GRIDS mid-term event in Glasgow naar huis werden gestuurd?
Jeroen Roos: “De belangrijkste oproep was dat je vandaag al op kleine schaal kunt beginnen met een 5G-ready warmtenet. Waarschijnlijk kun je niet aan alle 5G-principes tegelijk voldoen als je een haalbaar project wil optuigen. In de ontwerpfase zul je waarschijnlijk een aantal concessies moeten doen. Daarbij moet je jezelf vooral uitdagen om ervoor te zorgen je in de toekomst wél tot die vijf vinkjes kunt komen, omdat je dan optimaal gebruik maakt van lokaal beschikbare duurzame warmte- en koudebronnen.”

Dank voor je rondleiding langs de 5G-warmtenetten. Zou je ter afronding nog kort je gedachten willen laten gaan over de situatie in Nederland als het gaat om warmtenetten in het algemeen?
Jeroen Roos: “In Nederland zie je momenteel een spanning tussen enerzijds de hoge ambitie die is neergelegd voor nieuwe warmtenetaansluitingen en anderzijds het maatschappelijk draagvlak en de business case. Als je een nieuw warmtenet wil aanleggen moet je forse investeringen doen. De belangrijkste kwestie voor investeerders is hoeveel deelnemers je krijgt, want de rentabiliteit van een warmtenet is direct gerelateerd aan de dichtheid van de aansluitingen. Als je daar geen zekerheid over hebt, of als het te lang duurt voordat je het benodigde aantal aansluitingen kunt realiseren, dan krijg je de business case dus niet rond.”

“De vraag is dan: hoe krijg je voldoende draagvlak, en daarmee voldoende deelnemers die een warmtenet zien als iets positiefs voor de korte én de lange termijn. Dat is een hele puzzel. Eén ding waar vooral gemeenten nu naar kijken, is of de infrastructuur van een warmtenet publiek gemaakt kan worden – net als de netten voor gas en elektriciteit dus. Als gemeenten integraal willen sturen op de energietransitie in een bepaalde regio, dan moet je bijvoorbeeld de benodigde verzwaring van het elektriciteitsnet én de behoefte aan levering van koude en warmte tegelijkertijd kunnen overzien en sturen, en dat is nu niet zo. Gas, elektriciteit en warmte; al die netten moeten zichzelf bedruipen. Wat je eigenlijk wil is dat het op een of andere manier een enkelvoudig speelveld wordt – veel minder ingewikkeld dan het nu is. Dat vraagt uiteraard om stevige politieke keuzes, waaronder het optuigen van een integrale Energiewet waar de huidige sectorale Elektriciteitswet, Gaswet en Warmtewet in kunnen opgaan. Daarmee bevorder je optimale keuzes in het kader van de energietransitie.”