Warmte uit het Afwateringskanaal en de Piushaven

TEO en de Green Deal Aquathermie
Bij Thermische Energie uit Oppervlaktewater (TEO) neemt men relatief warm oppervlaktewater in en brengt dat (in de  hier beschreven voorbeelden) 6°C koeler terug. Ecologisch kan die afkoeling in principe voordelig zijn (bijvoorbeeld tegen de blauwalg), maar het is nog niet helemaal duidelijk hoe het waterleven op de koudeterugvoer reageert vlak bij de buis.

Die ingenomen warmte dient als eerste stap om woningen te verwarmen. De tweede stap is een warmtepomp die of centraal kan zijn (dus één warmtepomp voor alle woningen samen) of decentraal (één warmtepomp per woning). Voor een warmtepomp is stroom nodig, maar dat kost veel minder energie dan wanneer je de warmte uit gas gehaald had. Het geheel resulteert dus in een flinke energiebesparing.
Als de woningen er op ingericht zijn, kan het systeem ook koelen.

TEO is een van de technieken waar naar gekeken wordt als alternatief voor het aardgas.
Ik heb eerder over deze techniek geschreven, zie Aquathermie – mogelijkheden .

Omdat je alleen ’s zomers warmte kunt oogsten, terwijl je die ’s winters nodig hebt, wordt de warmte onder de grond bewaard, in een poreuze waterlaag. Er gaat een buis (die aan de onderkant open is) de grond in voor het warme water en idem voor het koude water. Dat heet een WKO-systeem (Warmte-Koude opslag).
Dit systeem is alleen uitvoerbaar als stadsverwarming.

Van linksboven met de klok mee lente, zomer, herfst en winter. met zomer en winter als de uiterste situaties. De ondiepe put links is het oppervlaktewater, de ondergrondse waterlaag de WKO.

Het is een techniek die nog niet lang wordt toegepast. Op papier kan er veel, maar hoe het in de praktijk gaat moet nog blijken.
Om de techniek wat op te schalen is zijn er afspraken gemaakt met de regering in de ‘Green Deal Aquathermie’. Zie www.greendeals.nl/green-deals/green-deal-aquathermie , daar staat ook wie er allemaal aan de afspraken mee doet.

Een van de deelnemers is de STOWA, de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (zeg maar het wetenschappelijk bureau van de waterschappen).  Zie www.stowa.nl .
De STOWA heeft een portfolio samengesteld met 13 voorbeeldprojecten, verdeeld over heel Nederland. Bij elk project hoort een ‘fact sheet’ met de belangrijkste feiten en cijfers. Het document is te vinden op https://www.stowa.nl/sites/default/files/assets/PROJECTEN/Projecten%202016/project449.003%20thermische%20energie/Portfolio%20TEO%20met%20beschrijving%20van%2013%20voorbeeldprojecten.pdf . Het document is ongedateerd, maar stamt waarschijnlijk uit 2018.

Twee van de dertien voorbeelden liggen in Noord-Brabant en omdat deze site zich vooral op deze provincie richt, heb ik die twee eruit gelicht. Het gaat om het Genderdal in Eindhoven en de Piushaven in Tilburg. Deze zijn hier als file te vinden:

Afwateringskanaal Eindhoven

Genderdal en het Eindhovense afwateringskanaal
Dat kanaal (dat begint in de Dommel) is in de crisisjaren van de vorige eeuw aangelegd om wateroverlast in dit laaggelegen rivierdal te verminderen, tegelijk met het Beatrixkanaal waarin het eindigt. Het kanaal is 16m breed en 2m diep. ’s Zomers is het water gemiddeld 19°C. Er zit weinig of geen stroming in.

De wijk Genderdal ligt op de oostoever van het kanaal. Het is de eerste naoorlogse uitbreidingswijk van Eindhoven. Er staan 1.572 woningen en dat zijn voor driekwart huurwoningen en voor een kwart normaal geprijsde koopwoningen. Het gros van de woningen is van rond eind jaren ‘50. Het is een mengsel van ongeveer ex aequo grondgebonden woningen en flats. Het gemiddelde inkomen in de wijk is ca €21000 per jaar.
In de woningen zit nog een verwarmingssysteem zoals dat in die tijd gebruikelijk was, dus midden- of hoge temperatuur – CV. Er is geen voorziening in de woningen om via het verwarmingssysteem te koelen.

Voor het TEO-gedachtenexperiment (dat in Eindhoven vooralsnog alleen op papier bestaat) zijn 90  grondgebonden woningen en 138 appartementen (in zeven flats) uitgezocht. Deze woningen vragen samen 5,6TJ per jaar (Tera is miljoen maal miljoen). Dat is dus 25GJ/woning .
Er wordt per jaar 4,0TJ uit het kanaal gehaald. In het verschil van 1,6TJ wordt voorzien door de warmtepomp die het water opfokt tot het met ergens rond de 70 a 80°C de leiding in gaat.

Leidingen (op papier) stadsverwarming in rekenmodel, en detailkaart Genderdal en Afwateringskanaal.

STOWA berekent dat de aanleg van TEO, WKO, het distributienet en de warmtepomp €2,1 miljoen kost, en de exploitatie €85000 per jaar.
Daarmee is, volgens STOWA, het systeem in alle opzichten haalbaar.
Als met het vergelijkt met een scenario dat alle 228 woningen anders een nieuwe gasgestookte ketel hadden gekregen, is de terugverdientijd 11 jaar.

OM de 4TJ per jaar een beetje in perspectief te plaatsen: de totale Eindhovense warmtevraag was in 2018 ongeveer 7800TJ.
STOWA heeft niet doorgerekend hoeveel het Afwateringskanaal maximaal zou kunnen leveren. Als men er van uit gaat dat inlaat- en terugvoerpunten paarsgewijze een eind uit elkaar moeten liggen omdat ze elkaar anders storen, zou men zich kunnen voorstellen (maar dat heeft STOWA dus niet gedaan) dat er nog een systeem kan zijn ter hoogte van De Hanevoet, en een systeem op Industrieterrein De Hurk. Het kanaal zou dan goed zijn voor ergens tussen de 10 en de 15TJ.

Er is niet zo heel veel oppervlaktewater in Eindhoven, De stad moet het niet van TEO hebben voor de grote getallen.

Piushaven in Tilburg dd 2020
Door Gijs Franken – Eigen werk, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=94074130

De Piushaven in Tilburg
Daar wordt van 2019-2023 een nieuwbouwproject gerealiseerd met 297 woningen en 7950m2 aan kantoren (Gebruiksoppervlak). Omdat het nieuwe gebouwen betreft, kan er ook een voorziening voor koeling ingebouwd worden.

Het STOWA-document noemt TEO voor het Piushavenproject “een interessante optie” die doorgerekend wordt. Het is mij op dit moment niet bekend of voor deze optie gekozen is of gaat worden.
Het Piushavenproject (officiële naam Fabriekskwartier) is dd okt 2020 nog niet gestart. Het ontmoet problemen die in dit soort binnenstedelijke ontwikkelingslocaties niet ongewoon zijn (en die niet met de warmtevoorziening te maken hebben).

In het rekenscenario schat STOWA in dat de warmtevraag 3,67TJ per jaar zal zijn (ca 10GJ per woning per jaar, goede isolatie) en de koudevraag 0,86TJ/jaar.
De Piushaven gaat van die warmtevraag 1,76TJ per jaar leveren.

De aanleg van TEO, WKO, het distributienet en de warmtepomp gaat €2,8 miljoen kosten, en de exploitatie €110.000 per jaar. Volgens STOWA is het project in alle opzichten haalbaar.

Bijkomend voordeel is dat de Piushaven ‘s zomers iets afkoelt. STOWA noemt een gemiddelde zomertemperatuur van 26 graad C en zegt dat het water 6 graad C kouder teruggevoerd wordt. De mengtemperatuur zal dus wel ergens halverwege zitten.
De temperatuurdaling kan een licht gunstig effect hebben bij hittegolven en vanwege blauwalg. Of de temperatuursprong ter hoogte van de retourleiding schadelijk is voor het waterleven, is nog niet goed uitgezocht. Men komt hierover tot nu toe geen paniekverhalen tegen.

Aquathermie – mogelijkheden

Wat is aquathermie en wat zijn de voorwaarden?
Er is een Green Deal Aquathermie gesloten. Dat is een beleidsdocument, dat gebaseerd is op een technisch document van CE Delft en Deltares. Dat is te vinden op www.ce.nl/publicaties/2171/nationaal-potentieel-van-aquathermie .
Hierna wordt in het kort de techniek beschreven op basis van CE Delft/Deltares (ook de afbeeldingen). De opdrachtgever van deze studie was STOWA, zoiets als het wetenschappelijk bureau van de waterleidingbedrijven.

Men kan warmte aan water onttrekken om elders te verwarmen.
Als dat water oppervlaktewater is, heet dat TEO (Thermische Energie Oppervlaktewater). Als het afvalwater is TEA. Daarnaast kan warmte onttrokken worden aan drinkwater of rioolwater, maar dat levert veel minder op en blijft hier buiten beschouwing.

Schematische weergave van een Thermische Energie uitOppervlaktewater – installatie

TEO haalt ’s zomers warmte uit het water en stopt dat in een warmte-koudeopslag (WKO) in een watervoerende laag in de grond. Dat kan met open vormen van WKO, een bestaande techniek waarvoor de provincie bevoegd gezag is.
’s Winters wordt het water opgepompt en of centraal met een warmtepomp verwarmd tot 70°C, waarna het geschikt is voor bestaande woningen. Het alternatief is dat het onder 25°C verwarmd wordt, waarna individuele warmtepompen het per woning op de gewenste temperatuur brengen – wat kan in nieuwbouw met aangepaste verwarmingssystemen.
Je kunt met TEO ook koelen, maar daar is veel minder vraag naar.

Voor afvalwater (TEA) bestaan vergelijkbare schema’s op woningniveau (maar dat laat CE Delft on-onderzocht) en bij persleidingen, rioolgemalen en uitstroomkanalen van rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI). Omdat hier minder een seizoensinvloed is, is geen tussentijdse opslag nodig.

Schema hoe in de zomer de temperatuur afgeroomd wordt

Voor aquathermie is een stadsverwarmingsinstallatie een vereiste.
De exploitatiemogelijkheden van een warmtenet zijn dan ook de eerste beperkende factor op de inzet van TEO. De warmtevraag in een buurt moet > 2000GJ/jaar zijn en de dichtheid > 600 GJ/ha*jaar (RVO, Afwegingskader Locaties 2013).
Verder beperkt CE Delft zich tot een transportafstand van 5km tussen bron en wijk.
Die watergangen zijn meegenomen, die in het Nationaal Watermodel zitten ( www.helpdeskwater.nl/onderwerpen/applicaties-modellen/applicaties-per/watermanagement/watermanagement/nationaal-water/ , zie onder ‘Zoetwaterverdeling). Dit is een voorbeeldplaatje van wat er in dat model meegenomen wordt:

Schematisatie van het Dommel-watersysteem zoals gebruikt in het LSM-model

Uiteraard kan een oppervlaktewater maar eindig leveren en binnen 5 km kunnen meer buurten liggen. Daarvoor moet gerekend worden.

De opbrengst
TEO kan verrassend veel opbrengen.
Op dit moment is de landelijke warmtevraag van de gehele gebouwde omgeving (woningen, scholen, utiliteit etc) ongeveer 500PJ, waarvan 334PJ bediend zou kunnen worden met een warmtenet. Van die 334PJ kan ongeveer 200PJ geleverd worden met TEO.
In 2050 is de geschatte landelijke warmtevraag van idem 350PJ, waarvan 234PJ geschikt voor warmtenetten. Daarvan kan ca 152PJ geleverd worden door TEO.

Met TEA zou ongeveer momenteel technisch ongeveer 70PJ mogelijk zijn, en economisch 56PJ.

Brabant



Geografische weergave van het potentieel van TEO: warmteleverende waterlichamen en waterontvangende stadsdelen (in % van de vraag)

Er is alleen een geografische onderverdeling beschikbaar voor TEO. Voor TEA bestaat er alleen nog een landelijk totaal.

Toch wel merkwaardige uitkomsten.
Een waterrijke stad als Den Bosch zou dus voor meer dan de warmtebehoefte van de gebouwde omgeving verwarmd kunnen worden met warmte uit het oppervlaktewater (mits WKO en mits een stadsverwarming enz).
En ook in Helmond zou veel mogelijk moeten zijn. Hieraan heeft stadsverwarmingsexploitant Ennatuurlijk zelfs gerekend bij het verkennen van de toekomst van de Helmondse stadsverwarming (met de Zuid-Willemsvaart als bron – je ziet hem op de tekening liggen). Zie https://www.bjmgerard.nl/?p=8645  .Men vond het toch te duur en wil nu een van de twee ketels met hout gaan stoken.

Kosten
Het financiele bureau Rebel Group heeft van negen projecten de kasstromen doorgerekend om een indruk te krijgen van de economische mogelijkheden. Ze bevatten allemaal een WKO (de TEO + WKO in Houten bestaat al). Krijg je dit plaatje, met twee Brabantse projecten:

(IRR = Internal Rate of Return, het netto rendement van de investeringen)

Kritische kanttekeningen

  • De studie van CE Delft bevat geen milieuparagraaf. Het verlagen van de oppervlaktewatertemperatuur in de zomer zou gevolgen kunnen hebben, ook al zou je als leek inschatten dat het een verbetering is.
  • Al die TEO-installaties en WKO-inrichtingen vormen samen een giga-programma
  • Er zullen ook nog heel wat politieke stappen gezet moeten worden om de verplichte aansluiting van hele wijken op de stadsverwarming aanvaardbaar te maken
  • De totale warmtevraag van de hele gebouwde omgeving zit op dit moment ergens rond de 500PJ, waarvan TEO er ca 200PJ leveren kan, maar de totale primaire energievraag in Nederland was in 2018 3147PJ (zie www.ebn.nl/wp-content/uploads/2018/01/EBN-Infographic-2018-pdf.pdf ). Het nut is groot, maar lang niet groot genoeg.

De Green Deal
Op de bevindingen van CE Delft en Deltares is de Green Deal Aquathermie gebaseerd (C-229). Zie www.greendeals.nl/green-deals/green-deal-aquathermie .De tekst is een soort maatschappelijk contract tussen twintig partijen, enerzijds drie ministers, anderzijds een groot aantal lagere overheden, de Erasmusuniversiteit en enkele ondernemingen. Uit Brabant doen mee Brabant Water en Waterschap Brabantse Delta en Aa en Maas.
De twintig Partijen specificeren in de overeenkomst wat hun inbreng is.
Op een wat grotere afstand hebben zich daarnaast ook twintig Partners aangemeld, een heel divers gezelschap waaronder niemand herkenbaar uit Brabant.
Het budget is 1,25 miljoen, waarvan een miljoen van het Rijk.

De Green Deal loopt t/m 2021.