Moderne warmtenetten

5G-leidingen

Inleiding
Uiteindelijk moet de Nederlandse gebouwde omgeving van het aardgas af. Voor een deel van die gebouwde omgeving kan een warmtenet de oplossing zijn.

Warmtenetten worden wisselend gewaardeerd.
Op microniveau wisselt de kwaliteit en de prijsstelling van net tot net, en daarmee de waardering.
Op macroniveau zijn de reëel bestaande warmtenetten in praktijk meestal door de Authoriteit Consument en Markt gecontroleerde monopolies, wat vragen oproept en individualistische kritiek. Warmtenetten kunnen fors de uitstoot van broeikasgassen terugdringen, maar in hoeverre dat werkelijk gebeurt, is van net tot net verschillend.

Anderzijds zijn warmtenetten, met name in dichtbebouwde wijken, een belangrijk hulpmiddel. Zaken als geothermie, aquathermie, restwarmtebenutting en seizoenopslag van warmte zijn alleen in combinatie met een warmtenet mogelijk.

Binnen Nederland wordt veel onderzoek naar betere warmtenetten gedaan in wisselwerking met TKI Urban Energy. TKI Urban Energy is een aparte afdeling binnen de grotere eenheid Topsector Energie ( https://www.topsectorenergie.nl/ ), en dat is weer een samenwerkingsverband van overheden, kennisinstituten (bijv. universiteiten en TNO en NWO) en bedrijven. Zeg maar ‘toegepast onderzoek in de polder’. Het is een publieke rechtspersoon.

Ik heb er al eens eerder over geschreven, bijvoorbeeld op https://www.bjmgerard.nl/handleiding-warmtenetten-ontrafeld-van-tki-urban-energy/ .

Afbeelding uit Lund, H., Werner, S., Wiltshire, R., et al. (2014) 4th Generation District Heating (4GDH): Integrating Smart Thermal Grids into Future Sustainable Energy Systems. Energy, 68, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.089

Eerdere generaties warmtenetten
Wie op zichzelf interessante deelterreinen als bij voorbeeld restwarmte, aquathermie en dergelijke achter zich laat en naar de architectuur van het grotere geheel abstraheert, kan de ruim een eeuw oude geschiedenis van de warmtenetten indelen in generaties. Zie bovenstaande afbeelding die erg kleine lettertjes heeft, dus enige uitleg.

  • De 1ste generatie draaide op kolenafval en stuurde hete stoom via betonnen pijpen uit  en nam heet water terug. De warmteopslag is voor korte periodes.
  • De 2de generatie stookte kolen of olie, al dan niet via Combined Heat and Power (CHP). De P staat voor stroom en de Heat gaat als water onder druk (>100°C) naar buiten en als heet water terug. De warmteopslag is voor korte periodes.
  • De 3de generatie bouwt voort op de 2de en voegt biomassa, restwarmte en zonthermie (systemen die zonnewarmte oogsten) toe. Het water gaat onder de 100°C naar buiten en hoeft dus niet meer onder druk. Het komt met een middentemperatuur terug. De warmteopslag is voor korte periodes.
    De meeste Nederlandse netten zijn ongeveer generatie-3.
    Een standaard CV-installatie in een huis is een tot op het bot uitgeklede generatie-3 inrichting die op gas draait en een district ter grootte van één huis heeft.
  • De 4de generatie voegt aan de derde weer meer toe: invoer van overtollige stroom (via  het waterkokersysteem), restwarmte van datacenters, geothermie, een begin van tweerichtingverkeer (warmte de supermarkt in voor de ruimteverwarming, en warmte de supermarkt uit uit de koelvakken – uitgaande warmte heet het aanbieding van koeling).
    Uitgaande warmte is ca 50 a 60°C en retourwarmte rond de 25°C
    Naast een warmteopslag voor korte periodes is er een seizoenopslag.

Nederlandse warmtenetten zijn als regel nog niet aan generatie-4 toe. Daarom bespreek ik dat nu  niet in detail, omdat dit verhaal over de opvolger gaat (generatie 5) en daar toch hetzelfde moet worden uitgelegd. De meeste bestaande Nederlandse warmtenetten gaan van 3 naar 5 springen (is de bedoeling).

Generatie-5 – netten
De research van TKI Urban Energy gaat over deze 5G-netten. In het Engels heet ‘stadsverwarming’ ‘District Heating’ en daarom wordt in het volgende als jargon de afkorting 5GDH gebruikt. Als er een C bij staat (dus 5GDHC) staat die voor ‘Cooling’. Dat is eigenlijk dubbelop, want een 5G-netwerk gaat per definitie al over koeling.

Thermodynamisch kun je overigens geen koeling leveren (dat is speektaal), maar alleen warmte onttrekken. Een losse airco levert dus geen koeling aan de woning, maar onttrekt warmte uit de woning en dumpt die in de lucht in de straat waardoor alle mensen die geen airco hebben het warmer krijgen.  Airco’s in de zomer versterken het Heat Island-effect.
Ongereguleerde plaatsing van airco’s is anti-sociaal, maar dat is een ander verhaal.

Een blauwe pijl de ene kant op is dus eigenlijk een rode pijl de andere kant op.

TKI Urban Energy heeft webinars gegeven over 5G-warmtenetten, en wel op 11 november 2020 en op 05 oktober 2021.
Het webinar van 11 nov 2020, met downloadbaar de daar gegeven presentaties, is te vinden op https://www.topsectorenergie.nl/tki-urban-energy/kennisbank/kennis-duurzame-warmte-en-koude/seminar-vijfde-generatie-warmtenetten .
Het webinar van 05 oktober 2021, met downloadbaar de daar gegeven presentaties, is te vinden op https://www.topsectorenergie.nl/tki-urban-energy/kennisbank/kennis-duurzame-warmte-en-koude/bestaande-warmtenetten-de-vijfde

De afbeeldingen in deze tekst zijn uit deze presentaties, tenzij anders vermeld (die  van Lund is door-geciteerd).
De afbeeldingen zijn geschematiseerd, bijvoorbeeld bovenstaande. Je kunt niet onder een douche met lage T-warmte (bijvoorbeeld 25°C) en je hebt ook nog zoiets als Legionella. In alle pijlen horen machines als centrale of decentrale warmtepompen.
Het voordeel van lage T-warmte is dat die warmtepompen op een hogere begin-T kunnen starten en daardoor efficiënter werken.

Een deel van de research kreeg concreet vorm in het project D2Grids (Demand Driven Grids). Dat project loopt van 2018 – 2023 en wordt gefinancierd met Europese Interreg-gelden. Er zijn vijf demonstratielocaties, waarvan Brunssum/Heerlen er een is (i.s.m. de Open Universiteit). Limburg heeft de leiding over het project.
De eigen website van D2Grids (met een onpraktisch lange link) schakelt door naar de website https://5gdhc.eu/ van het onderwerp op Interreg, en binnen die site is de doorkliklink https://5gdhc.eu/5gdhc-in-short/ de meest praktische.

De ‘in short’ link geeft de vijf principes uit bovenstaand schema met meer uitleg en achtergrond weer. Ik plaats als voorbeeld wat de vertaalmachine van de tekst van principe 4 maakt op de ‘in short’ – website.

Een geïntegreerde aanpak van energiestromen
Veel energiesystemen bevatten gesplitste stimulansen, wat betekent dat ze niet optimaliseren op de integrale behoefte over systemen en sectoren heen. Integratie is niet alleen belangrijk om energie te besparen, maar ook om minder te investeren in capaciteiten, zoals het beheer van piekbelastingen. Het doel van dit principe is een 5GDHC-systeem te ontwikkelen dat geïntegreerd is met alle andere energiestromen in een bepaald gebied (elektriciteitsnet, vervoer, industrie, landbouw, enz.) om de optimale efficiëntie van energielevering en -gebruik te maximaliseren.

De volledige, uitgebreidere tekst van de vijf principes is  hieronder te vinden.

Wetten en praktische bezwaren
5GDHC is een ingewikkeld onderwerp dat op veel beleidsterreinen dingen overhoop haalt. Vragen of het juridisch kan en of het financieel uit kan en of bijvoorbeeld gemeenten de taak aankunnen en of je het personeel ervoor wel kunt vinden zijn terecht. Dat soort onderwerpen  kwam uitvoerig in de webinars aan de orde.

 Prof. Dr. Saskia Lavrijssen, professor Economic Regulation and Market Governance, Tilburg had in 2020 een bestuurlijk en juridisch verhaal. O.a. over de ontwikkelingen in de Warmtewet. Ik voeg haar presentatie hieronder toe.

Ook in 2020 een presentatie van een medewerker van financieel adviesbureau Asper, dat liet zien dat een 5GDHC-netwerk tot een meer gespreide financiering leidt dan een conventioneel warmtenetwerk, dat zijn investeringen vooral vooraan heeft zitten.
Per saldo scheelt het bij bij hem niet veel met de traditionele netwerken, en dan moeten de schaal- en leereffecten nog komen.

De stippellijn is het aantal deelnemers in een niet-aangeduide maat. De blokjes zijn investeringen in een bepaald jaar. De kaatr is slechte indicatief.
Energyhub Aalsmeer

Het webinar van 2020 geeft een presentatie over de Energyhub Aalsmeer. Di beginnende systeem voldoet aan de meeste 5G-principes met een datacenter als hoofdwarmtebron. Men kreeg het betaalbaar met een terugverdientijd van 7 – 11 jaar, afhankelijk van de deelnemer.  De financiele overzichten ogen niet dramatisch en het geheel bespaart 380 tonCO2 per jaar.

Afsluitend
Het is een veelbelovende researchrichting die tot projecten leidt die niet bij voorbaat onuitvoerbaar en onbetaalbaar lijken, maar waar goede, en sterk situatiegebonden, busines-plannen voor gemaakt moeten worden.

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.