Wijkenergieplannen: maximaal lokaal duurzaam

Vogelvlucht foto van de Wijk Ramplaankwartier in Haarlem (foto: Stichting DE Ramplaan)

De energietransitie vraagt om duurzame alternatieven voor de huidige, grotendeels op aardgas gebaseerde warmtevoorziening. Binnen het Europese onderzoeksproject Smart Urban Isle is een stappenplan ontwikkeld voor het ontwerpen van een collectief energieconcept voor een stedelijk gebied: een ‘urban isle’ waarbij de energie lokaal wordt opgewekt, opgeslagen, uitgewisseld en gebruikt. Dit artikel beschrijft dit stappenplan en past het toe op de ontwikkeling van een duurzame warmtevoorziening van een bestaande woonwijk in Nederland.

Om in al onze energiebehoeften te voorzien met duurzame bronnen, is duurzaam opwekken niet genoeg; ook de vermindering van de benodigde energie is een belangrijk onderdeel van de oplossing. Zonder ons energieverbruik te verminderen, zullen we niet in staat zijn om al onze behoeften met hernieuwbare bronnen (Singer e.a. 2011) te vervullen, noch op tijd voldoende CO₂ reductie realiseren om de klimaatdoelstellingen te bereiken (Rogelj e.a. 2018). Het Europese onderzoeksproject ‘Smart Urban Isle’ (SUI) had daarom als doel de ontwikkeling van collectieve (wijk) energiesystemen met maximaal lokale energiebalans (www.smarturbanisle.eu). Uiteindelijk leidt dit tot een gebied waarbij geen of minimale energie van buiten het gebied nodig is, of dat zelfs energiepositief is. Dit vermindert de impact van ons energiegebruik op het milieu, omdat minder materiaal en minder ruimte nodig is voor de opwekking.

Bij de SUI-aanpak wordt zowel naar energiebesparing en energie-efficiëntie gekeken als naar duurzame opwekking. Hierbij wordt een optimale combinatie van gebouwmaatregelen en collectieve oplossingen ontwikkeld. Het isoleren van gebouwen leidt bijvoorbeeld niet alleen tot een vermindering van de energievraag, maar ook tot de mogelijkheid met lagere temperaturen te verwarmen. Hierdoor worden veel duurzame energieconcepten op basis van lage-temperatuurbronnen mogelijk. De aanpak bestaat uit vijf stappen; 1) een inventarisatie van het gebied en 2) het huidige energiesysteem, 3) een energiepotentie-analyse, 4) het ontwikkelen van mogelijke alternatieve energieoplossingen en 5) een beoordeling van de systemen op vooraf vastgestelde criteria (Key Process Indicators).

Deze aanpak is generiek en kan voor elk type wijk worden toegepast. Afhankelijk van het type gefbouw en de beschikbare bronnen zullen verschillende mogelijkheden ontwikkeld worden. In vergelijking met andere energiestudies voor gemeentes liggen deze mogelijkheden dus niet van tevoren vast, maar worden deze ontwikkeld op basis van de lokale bronnen en het besparingspotentieel.

Casus Ramplaankwartier Haarlem

In het Ramplaankwartier aan de westkant van Haarlem, is sinds meerdere jaren een grote groep mensen actief bezig met verduurzaming: in 2014 werd de Stichting DE (Duurzame Energie) Ramplaan opgericht met als doel de bewoners van de wijk te informeren over het verduurzamen van de woningen en het onderzoeken en aanleggen van een collectieve zonnestroomcentrale. Vanuit de Stichting werd in 2011 het initiatief genomen voor een collectief zonnedak op de daken van een tennishal aan de rand van de wijk. In 2015 was dit zonnedak, met in totaal 1347 zonnepanelen van circa 200 eigenaren, geopend als eerste ‘postcoderoos’-project in Nederland. Het zonnedak wordt beheerd door de daarvoor opgerichte coöperatie DE Ramplaan.

In 2016 kwam vanuit de Stichting een tweede ambitieus initiatief: SpaarGas, met het doel om de verwarming van de wijk te verduurzamen en uiteindelijk aardgasvrij te maken. Voor dit project werd samengewerkt met de gemeente Haarlem en de TU Delft, die vanuit het Europese project Smart Urban Isle het onderzoek voor de wijk kon uitvoeren. De intensieve samenwerking tussen deze partijen en het project SpaarGas werd op 17 maart 2017 geopend door de toenmalige wethouder duurzaamheid van Haarlem. Sinds die tijd wordt gewerkt aan de uitwerking van het plan en de realiseerbaarheid, en op 28 januari 2020 is het definitieve voorstel gepresenteerd aan 270 wijkgenoten.

De SUI-aanpak is toegepast op de woonwijk Ramplaankwartier dat een oppervlakte heeft van ongeveer éénderde vierkante kilometer. Het gebied bestaat uit 1127 woningen (voornamelijk eengezinswoningen) en 47 kleine utiliteitsgebouwen. Bijna alle gebouwen zijn gebouwd tussen 1920 en 1981, waarvan het merendeel tussen 1930 en 1940. De huidige energielabels zijn voornamelijk F en G.

PVT-panelen: combinatiepanelen die zowel warmte als elektriciteit opleveren (foto: Triple Solar)

Energiepotenties

Zoals in de meeste wijken in Nederland, zijn de gebouwen in het Ramplaankwartier aangesloten op een aardgasnet en een elektriciteitsnet. In de huidige situatie is er geen warmtenet aanwezig en is er geen collectief energiesysteem zoals een WKO (warmte-koudeopslag). De huidige duurzame energievoorziening in de buurt bestaat uit individuele PV-panelen op het dak en het grote collectieve zonnedak. In totaal wordt hiermee negen procent van het totale huidige elektriciteitsverbruik opgewekt.

Het huidige energieverbruik is bepaald met behulp van gegevens van ‘Energie in beeld’, (www.energieinbeeld.nl – was beschikbaar tot eind 2018) per 6-cijferige postcode. Het gasverbruik is opgedeeld in verbruik voor ruimteverwarming, warm water en koken. Vervolgens is de nettowarmtevraag ingeschat op basis van een gemiddelde boilerefficiëntie. De nettowarmtevraag is de warmte die uiteindelijk in een woning nodig is; deze vormt de basis voor het berekenen van de energiebesparing en de alternatieve warmtesystemen. Het gemiddelde gasverbruik per woning is 1811 m³/jaar en de ingeschatte nettowarmtevraag per gemiddelde woning is 11.000 kWh/jaar voor ruimteverwarming en 2.500 kWh/jaar voor warm tapwater.

Voor drie renovatieniveaus is de gereduceerde nettowarmtevraag bepaald: een business as usual renovatie (dubbel glas plus een andere maatregel zoals spouwmuur, dak of vloer); een LT-ready renovatie (basisisolatie van glas, gevel, vloer en dak zodat verwarmen met een radiator temperatuur van maximaal 55⁰C mogelijk is) en een ambitieuze renovatie die in combinatie met een verbouwing zou kunnen worden uitgevoerd. Voor deze scenario’s is ook de totale warmtevraag van de hele wijk bepaald.
Daarna is voor de wijk bepaald hoeveel energie lokaal kan worden opgewekt uit de primaire bronnen zon, wind, afval (riool en tuin en keukenafval), water en lucht. Voor elke bron is voor één of meer technieken bepaald wat de mogelijke jaarlijkse energieopbrengst in de vorm van elektriciteit, warmte of gas is. Voor de winbare energie uit zonnestraling zijn dat zonnecollectoren (warmte), zonnepanelen (elektriciteit) of PVT-panelen. PVT-panelen zijn combinatiepanelen waarmee zowel elektriciteit als warmte wordt opgewekt. Voor het opwekken van warmte is nog een onderscheid gemaakt tussen hoge temperatuur en lage temperatuur.

De analyse van de potentiële lokale duurzame energieopwekking laat zien dat er in de wijk met name lage temperatuurwarmte beschikbaar is, en een redelijke hoeveelheid elektriciteit. Er kan dus in principe voldoende warmte worden opgewekt in de wijk om de vraag te leveren, maar wel op een lagere temperatuur dan benodigd, en in een ander seizoen.

Duurzame warmte oplossingen

Op basis van de beschikbare energiebronnen in de wijk is een aantal energieconcepten ontwikkeld en vergeleken. Het eerste is een individuele lucht/waterwarmtepomp in elk gebouw. De overige energieconcepten hebben allemaal een lokaal warmtenet, maar elk op een ander temperatuurniveau: zeer lage temperatuur (ZLT), lage tot middentemperatuur (LT/MT) en hoge temperatuur (HT). Een verschil tussen de varianten zit in de plek waar de warmte op het gewenste temperatuur wordt gebracht. Bij het ZLT-warmtenet wordt alle warmte in de woning nog geproduceerd met individuele warmtepompen; het LT/MT- en het HT-warmtenet maken gebruik van enkele grote collectieve warmtepompen voor de wijk. De benodigde warmtebron voor de warmtepompen is ofwel PVT op de individuele woningen, ofwel winning van warmte uit omgevingslucht.

Deze opties zijn berekend voor verschillende renovatiescenario’s. Niet alle varianten zijn toepasbaar bij alle renovaties; de eerste drie varianten hebben een lage temperatuurafgifte nodig, waarvoor een redelijke mate van isolatie nodig is. Bij goed geïsoleerde woningen is een HT- warmtenet zonde omdat dit distributieverliezen geeft en de hoge temperatuur niet nodig is voor de woning. Op deze wijze zijn combinaties van energie-optie en isolatieniveau geanalyseerd (figuur1).

Figuur 1. Combinaties van energie-optie en isolatieniveau die zijn meegenomen in de analyse (bron: Smart Urban Isle)

Evaluatie en selectie

Bij de evaluatie is vooral gekeken naar de energieprestatie, op basis van de fractie lokale hernieuwbare energie en de CO₂-uitstoot van de extern betrokken energie. Voor elke haalbare combinatie van woningrenovatieniveau en wijkenergieconcept is vervolgens de energieprestatie bepaald.

Uit de berekeningen blijkt dat het LT/MT-net met een collectieve warmtepomp (optie 3) de beste energieprestatie heeft, op de voet gevolgd door het ZLT-warmtenet met individuele warmtepompen per woning (optie 2). Vanwege meerdere voordelen is optie 2 als voorkeursconcept geselecteerd. Ook deze oplossing gebruikt zeer weinig elektriciteit, waardoor deze voor de warmtevraag energieneutraal is. Het grootste voordeel is dat veel minder PVT-panelen nodig zijn om voldoende warmte op te wekken (omdat een lagere temperatuur benodigd is). Voordelen ten opzichte van optie 1 zijn verder het verminderde elektriciteitsgebruik, de afwezigheid van een zogenaamde ‘buitenunit’, en de mogelijkheid warmte uit te wisselen tussen gebouwen of daken of extra warmtebronnen (bijvoorbeeld een groot collectief dak) aan te koppelen aan het warmtenet. Hierdoor kunnen de meest geschikte daken benut worden en kunnen ook woningen zonder geschikt dak meedoen met een zeer efficiënt systeem. Ook het piekvermogen is bij optie 2 en 3 veel lager dan bij optie 1, met als gevolg een minder zware belasting op het elektriciteitsnet. Optie 4 vraagt de meeste elektriciteit en brengt de noodzaak voor een additionele techniek voor het regenereren van de warmte-koudeopslag, die in de wijk moet worden geïnstalleerd. Dit is daarom een minder aantrekkelijke optie.

Bewonersavond op 28 januari 2020 (foto: Jurriaan Hoefsmit)

Een plan voor de wijk

Het resulterende energieconcept voor het Ramplaankwartier bestaat uit een lokaal ZLT-warmtenet, waarvoor de warmte wordt geleverd door PVT-panelen op gebouwniveau. De woningen zijn dus niet alleen consument van warmte, maar ook producent. In lente en herfst wordt de warmte uit de eigen PVT-panelen gehaald; in de zomer wordt het overschot van de warmte teruggeleverd aan het net en opgeslagen in een ondergrondse opslag (WKO); in de winter wordt de warmte weer uit het net gehaald. Dit ‘ZonneWarmteNet’-concept is veelbelovend voor vergelijkbare woonwijken: woonwijken met een dominante warmtevraag en weinig (rest) warmtebronnen. Door de combinatie van PVT-panelen met een warmtenet en WKO is een maximale energieprestatie haalbaar, met minimale behoefte aan elektriciteit. Zo blijft de groei van de behoefte aan (duurzame) elektriciteit beperkt, waardoor de behoefte makkelijker volledig duurzaam opgewekt kan worden.

Het ZonneWarmteNet wordt momenteel verder onderzocht met behulp van een TKI Urban Energy-subsidie om de technische optimalisatie en de businesscase verder uit te werken. De bewoners zijn namelijk niet alleen leverancier van elektriciteit, maar ook van warmte voor het collectieve systeem.

Naast de innovatie in het systeem speelt de isolatie van de woningen een grote rol, omdat dit de warmtevraag bepaalt én de temperatuur waarop de warmte geleverd moet worden. Die heeft weer een grote invloed op de totale efficiëntie van het systeem. De woningen uit de casuswijk hebben verschillende bouwjaren, waardoor het niet makkelijk is om een algemeen isolatiescenario uit te werken. Er wordt daarom ook onderzoek gedaan naar de benodigde maatregelen om elk woningtype geschikt te maken om met relatief lage temperaturen te verwarmen.

Het voorkeursplan is op 28 januari 2020 gepresenteerd aan 270 wijkbewoners, waarvan er 265 hun groene kaart in de lucht staken bij de vraag: is het wat jullie betreft akkoord als team SpaarGas de plannen verder gaat uitwerken?. Wordt dus vervolgd.

De toepassing van de SUI-aanpak voor het ontwikkelen van een wijk-energieconcept heeft laten zien dat dit kan leiden tot een innovatief systeem dat maximaal gebruik maakt van lokale bronnen. De aanpak kan daarom leiden tot een ander resultaat dan wanneer vooraf vastgestelde energieconcepten worden vergeleken. De aanpak kan voor alle typen wijken worden toegepast, en zal bij andere energiebronnen en vraagprofielen tot een andere oplossing leiden. Echter, altijd met als doel maximaal lokaal duurzaam en minimale noodzaak voor energie van buitenaf.

Dit artikel verscheen eerder in Rooilijn, jaargang 53, nummer 2, pp 138-143.

Author profile
Sabine is universitair docent bij de faculteit Bouwkunde van de TU Delft en onderzoekt duurzame energiesystemen voor gebouwen en wijken.

At the department of Architectural Engineering and Technology, section Climate Design, my research focusses on innovative, sustainable and future proof energy concepts for buildings and neighbourhoods. This includes the development and evaluation of sustainable heating solutions for the built environment, in relation to the required heat transition in the Netherlands.

My current focus is on developing neighbourhood energy systems that make as much use of the local energy potential as possible, in order to minimize the energy needed from outside the project area. For this aim I also use the exergy aproach, to make optimal use of the potential of (energy) resources. Furthermore, I aim at including circularity in the energy focused projects as well. With these assumptions, low temperature heating systems are very promising and must be further developed, since many renewable sources are available at relatively low temperatures (typically below 35 degrees). The projects projects I am involved in, my (educational) lectures and the master theses I supervise are focussed on these topics.

Author profile
Saleh werkt als postdoctoraal onderzoeker voor het Smart Urban Isle project bij de faculteit Bouwkunde van de TU Delft
Author profile
Eelco is projectleider van het project SpaarGas Ramplaankwartier en is betrokken bij het gelijknamige wijkinitiatief

Literatuur

Rogelj, J., D. Shindell, K. Jiang, e.a. (2018) ‘Mitigation Pathways Compatible with 1.5°C in the Context of Sustainable Development’. Chapter 2 of Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report

Singer, S. (red.) (2011),The energy report: 100% renewable energy by 2050. WWF International, ECOFYS and OMA, Zwitserland

Author profile
Sabine is universitair docent bij de faculteit Bouwkunde van de TU Delft en onderzoekt duurzame energiesystemen voor gebouwen en wijken.

At the department of Architectural Engineering and Technology, section Climate Design, my research focusses on innovative, sustainable and future proof energy concepts for buildings and neighbourhoods. This includes the development and evaluation of sustainable heating solutions for the built environment, in relation to the required heat transition in the Netherlands.

My current focus is on developing neighbourhood energy systems that make as much use of the local energy potential as possible, in order to minimize the energy needed from outside the project area. For this aim I also use the exergy aproach, to make optimal use of the potential of (energy) resources. Furthermore, I aim at including circularity in the energy focused projects as well. With these assumptions, low temperature heating systems are very promising and must be further developed, since many renewable sources are available at relatively low temperatures (typically below 35 degrees). The projects projects I am involved in, my (educational) lectures and the master theses I supervise are focussed on these topics.

Author profile
Saleh werkt als postdoctoraal onderzoeker voor het Smart Urban Isle project bij de faculteit Bouwkunde van de TU Delft
Author profile
Eelco is projectleider van het project SpaarGas Ramplaankwartier en is betrokken bij het gelijknamige wijkinitiatief
Whatsapp

Reageer op dit artikel

3 Reacties

  1. Arjan Busch

    Het SUI-concept voor het Ramplaankwartier ziet goed doordacht uit.

    Ben heel benieuwd:
    1) welk % huishoudens in een wijk of buurt minimaal nodig is om een lokaal energie/warmtesysteem, zoals dat is voorzien voor het Ramplaankwartier, rendabel te maken en betaalbaar is (en blijft) voor alle deelnemers (investering weegt op tegen de besparing op energiekosten?

    2) wat de geleerde lessen zijn van de uitgevoerde SUI-projecten in Europa en of het SUI-concept continu wordt aangepast aan de hand van deze lessen?

    3) wat de doorlooptijd is waar rekening mee gehouden moet worden bij de ontwikkeling van een SUI-concept van A tot Z – en per fase – volgens de SUI-richtlijnen voor een willekeurige buurt/wijk?

    4) of de EU de tijdsinvestering van een projectteam om tot een SUI-concept voor een wijk/buurt te komen subsidieert en zo ja in welke mate?

    Bedankt bij voorbaat voor uw reactie.

    Antwoord
  2. Peter Dost

    Hallo,
    Met veel interesse lees ik jullie onderzoeksresultaten.
    Ik ben zeer nieuwsgierig naar de uitrol mogelijkheden van jullie methode.
    Ik ben bezig om een concept toe te passen voor een woonwijk.
    Het wiel opnieuw uitvinden is nutteloos.
    Daarom zou ik graag in contact met jullie komen om te kijken naar de toepassing bij mijn project.
    Het klinkt veel beloved.
    Ik ga contact met jullie opnemen om vragen beantwoord te krijgen.
    Graag tot horens
    Peter Dost
    06 19332938

    Antwoord
  3. Sabine Jansen

    Beste Arjan Busch,
    1) De businescase valt of staat met de belangrijkste parameters: o.a. kosten aanleg warmtenet, gehanteerde rentevoet, participatiegraad. In oktober is de eindrapportage klaar; die wordt beschikbaar gesteld via de website van het Urban Energy Insitute van de TU Delft https://www.tudelft.nl/en/2019/tu-delft/new-design-for-making-city-districts-free-of-natural-gas-also-delivers-considerable-co2-savings/ . Uit berekeningen tot nu toe blijkt dat met een laag rentepercentage (< 2%) een participatiegraad van 75% voldoende is. Het gaat om een kapitaal-intensieve oplossing die daarna echter netto geen energie meer nodig heeft. Daardoor is vooral het rentepercentage cruciaal.
    2) op de website http://smarturbanisle.eu/ staat nog andere informatie over het project; de verschillende case studies staan er echter niet op. Voor NL is deze casus wel de meest toepasselijke; er zijn elders in Europa ook gebieden met veel beschikbare lokale biomassa of met alleen een elektriciteits- en koelvraag, wat tot een totaal andere oplossing leidt.
    3) Dat hangt er van af hoe hard je doorwerkt :-). In 8 weken zou je een eind kunnen komen als je alle beschikbare informatie kunt vinden.
    4) Nee, helaas.

    Antwoord

Een reactie versturen

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *