VERWARMING
Install Magazine 971 – september 2020
Mogelijkheden van lage-temperatuur warmtenetten
Celsius Initiative bundelt ervaringen
Warmtenetten worden algemeen aanzien als een manier op de energietransitie in gebouwen te bevorderen. Behalve de schaalvoordelen die inherent zijn aan een warmtenet, bieden ze immers meer mogelijkheden om gebruik te maken van bronnen met een lage CO2-uitstoot zoals groene warmte (bijvoorbeeld thermische zonnecollectoren) of restwarmte. Daarbij wordt veel verwacht van warmtenetten op lage temperatuur, omdat daar veel meer warmtebronnen voor in aanmerking komen. Door middel van warmtepompen kan zo restwarmte op lage temperatuur toch nog gevaloriseerd worden. Zo kan men komen tot geïntegreerde systemen op wijkniveau, waarbij bepaalde partijen afnemer, producent of beide kunnen zijn. Celsius, een samenwerkingsverband tussen Europese steden rond warmtenetten, organiseerde hierover een webinar.
Kennisplatform voor warmtenetten
Het Celsius Initiative is een kennisplatform rond de toepassing van warmtenetten en stadsverwarming, dat wordt ondersteund door de Europese Unie. Het is gegroeid uit het eerdere Celsius Project, een samenwerkingsverband tussen diverse steden en wijken rond warmtenetten. Het Celsius Initiative heeft tot doel om de energietransitie te bevorderen door de toepassing van slimme warmtenetten in steden. De basisactiviteit bestaat uit het verspreiden van kennis. Er is namelijk al heel wat ervaring met verschillende technieken voorhanden. Het Celsius Initiative wil die kennis verzamelen zodat ze gemakkelijk beschikbaar is voor geïnteresseerde partijen. Het recente webinar paste in die opzet. Sprekers waren Steen Olesen (COWI), Christian Holm (Deens Technologisch Instituut) en Sara Kralmark (Kraftringen)
4G warmtenetten
Er wordt veel verwacht van de warmtenetten van de vierde generatie. Die worden gekenmerkt door een lager temperatuurregime: een vertrektemperatuur van 70°C en een retour van ongeveer 35-25°C. Het grote voordeel ervan is dat er een veel ruimere waaier aan warmtebronnen in aanmerking komt. Bij traditionele systemen met een temperatuur van 100°C of meer, is men beperkt tot industriële processen aan hoge temperaturen of verbrandingsovens. Dergelijke installaties zijn niet overal voorhanden. Daarentegen zijn er nog tal van andere bronnen van restwarmte op lagere temperaturen, zowel in de industrie als daarbuiten, zoals koelsystemen in supermarkten of datacenters. Lagere temperaturen verhogen ook de inzetbaarheid van groene warmte zoals zonnecollectoren of WKK. Dat alles maakt het toepassingsgebied van deze warmtenetten veel breder dan de traditionele.
Die grotere flexibiliteit qua warmtebronnen zorgt voor een grote bevoorradingszekerheid. In plaats van een klassiek net dat afhangt van één centrale stookplaats, kan men in een lage-temperatuur warmtenet met verschillende leveranciers werken. Dat neemt dan meteen ook een van de grootste bezwaren weg van gebruikers om in een warmtenetproject te stappen, namelijk de angst voor de onderbreking van de bevoorrading.
Op technisch vlak zijn er eveneens voordelen. De lagere temperaturen betekenen lagere warmteverliezen. Volgens de ervaringen van de consulting groep COWI in Scandinavië kan men door over te schakelen op een lage-temperatuur netwerk de verliezen reduceren van 35% tot 11%. Tevens kan men gebruik maken van kunststof leidingen (PE-RT). Bij deze temperatuurregimes hebben die een vergelijkbare levensduur als stalen buizen. Ze zijn echter veel gemakkelijker aan te leggen: ze zijn lichter, ze zijn beschikbaar in langere lengtes en kunnen eenvoudiger verbonden worden. Zo heeft men meer flexibiliteit in het ontwerp van het netwerk. Door de configuratie van het netwerk te optimaliseren kan men de transmissieverliezen eveneens beperken.
Welke producenten en afnemers?
De grotere flexibiliteit speelt ook op het vlak van de warmteleveranciers en -gebruikers. In het beste geval wordt er warmte geleverd aan een temperatuur die dicht tegen de vertrektemperatuur van het warmtenet ligt. Aan de verbruikerskant is het ideaal als alle gebouwen al voorzien zouden zijn van een installatie voor lage-temperatuurverwarming. Door gebruik te maken van warmtepompen kan het toepassingsgebied echter uitgebreid worden naar andere temperatuurregimes, zowel voor gebruikers als productie. Aan de gebruikerskant kan men een warmtepomp inzetten in gebouwen die een hoger stookregime nodig hebben. Zo wordt het gemakkelijk om wijken aan te sluiten waar er verschillende types afnemers zijn: zowel nieuwbouw, renovatie en niet-gerenoveerde gebouwen. Aan de productiekant kan men warmtepompen toepassen om eventuele temperatuurschommelingen in het aanbod van restwarmte op te vangen. Op die manier kunnen ook bronnen met een wisselende temperatuur in het netwerk opgenomen worden.
Technisch zijn dergelijke configuraties perfect realiseerbaar. Door een warmtepomp tussen te schakelen, zijn er echter ook bijkomende kosten voor installatie en elektriciteitsverbruik. Het komt er dan op aan om een commercieel interessante oplossing te bedenken om die kosten te dekken.
Een business case
Hier zijn we bij een van de cruciale punten van warmtenetten aanbeland: de rendabiliteit. Als er geen commercieel interessante formule voor alle betrokkenen gevonden kan worden, zal het project nooit een succes worden, los van de technische haalbaarheid. Een eerste stap is de inventarisatie van de mogelijke leveranciers. Welke industrieën zijn er en aan welke temperatuur kunnen ze warmte leveren? Dat laatste zal bepalen of men met directe dan indirecte injectie kan werken. Is de warmteproductie constant of zijn er schommelingen in de tijd, zowel qua vermogen als qua temperatuur. Ook de warmtehoeveelheid is van belang: een datacenter werkt continu en kan duizenden woningen van warmte voorzien. Hier is inschakeling in een grootschalig net aangewezen. Een lokale supermarkt, daarentegen, kan hooguit enkele tientallen woningen bevoorraden, en past dus ook in een lokale oplossing per wijk.
Een verdere afweging betreft de leveranciers zelf: in hoeverre is het interessanter om warmte te leveren aan een warmtenet, dan om bedrijfsintern aan warmterecuperatie te doen? Een firma zou bijvoorbeeld de restwarmte direct kunnen gebruiken om de eigen gebouwen op temperatuur te houden. Inschakeling in een warmtenet kan meespelen in investeringsbeslissingen, onder meer als een bedrijf keuzes moet maken welke vestigingen verder uitgebouwd zullen worden.
Wat tariefformules betreft, is de situatie ook complexer dan in de traditioneel systeem met een duidelijke opdeling tussen producenten en consumenten. Er zullen immers ook prosumenten zijn, die zowel warmte leveren als afnemen. Hoe zo een systeem eruit zou kunnen zien, werd geschetst aan de hand van een nieuwe wijk in de Zweedse stand Lund.
Voor de consumenten zou de prijs daar bestaan uit een deel vaste aansluitkosten. Die worden bepaald in functie van de verwarmde oppervlakte van het gebouw. Daarnaast wordt het gemeten verbruik gefactureerd. Voor dit deel worden de tarieven bepaald in functie van de retourtemperatuur. Is die lager dan 20°C, dan betaalt men de minimumprijs. Ligt die tussen 20°C en 35°C, dan betaalt men een zekere toeslag per graad dat de retourtemperatuur boven de 20°C stijgt. Voor elke graad dat de retourtemperatuur boven 35°C stijgt, betaalt men dan een hogere toeslag, met een maximale prijs bij een retour van 50°C. Een dergelijke prijsstructuur motiveert de gebruikers om hun binneninstallatie hydraulisch juist te dimensioneren en in te regelen. Het maakt het ook interessant om aan monitoring en optimalisatie te doen van de afleverstations in de gebouwen. Dat kan zowel door de consument gebeuren als door de netbeheerder.
Van de kant van de producenten kan men met vaste tarieven werken om de basislast af te dekken. Hiervoor komen in de eerste plaats producenten in aanmerking met een constante warmteproductie aan vaste kosten. Voor anderen kan men de vergoeding laten schommelen naargelang de behoefte. De eenvoudigste manier is om te werken met een dubbel tarief: een voor het stookseizoen en een voor daarbuiten. Men kan de vergoeding ook laten variëren met de buitentemperatuur. Naarmate de buitentemperatuur boven een bepaalde waarde stijgt, daalt de vergoeding, om overaanbod te beperken.
Kortom, warmtenetten van de vierde generatie zijn veel breder inzetbaar dan de traditionele. Net die flexibiliteit betekent echter dat er aangepaste beheersmodellen moeten uitgewerkt worden om die mogelijkheden ten volle te benutten.
Door Alex Baumans
Figuren: Celsius Initiative
