Ecopower onderzoekt warmtenet op lage temperatuur

Geen duurzame verwarming zonder warmtenetten

Warmtenetten zijn nodig om op een duurzame manier te kunnen voorzien in onze verwarmingsbehoefte. Zeker in stedelijke context, waar mensen dicht bij elkaar wonen, biedt een warmtenet een collectief alternatief voor aardgas. Voorwaarde? Dat er ook een geschikte warmtebron voorhanden is.

In Mortsel realiseerde Ecopower met het consortium Warmte Verzilverd een eerste warmtenet gevoed met restwarmte van de Agfa-Gevaert-fabriek. In Eeklo zet Ecopower in op realisatie van een warmtenet op restwarmte van de afvalenergiecentrale IVM (lees meer op www.warmteneteeklo.be). Beide warmtenetten worden gevoed met restwarmte op hoge temperaturen (>70° C aanvoertemperatuur). Dit type warmtenetten is ondertussen goed gekend.

Zijn ook warmtenetten op lage temperatuur haalbaar?

Maar wat met andere bronnen die wel warmte kunnen leveren, maar niet aan zulke hoge temperaturen? Kunnen we ook restwarmte van 30 à 35 °C benutten om gebouwen te verwarmen? Bij veel industriële processen is er restwarmte op lage temperatuur en dat betekent nu vooral een extra kost. De warmte wordt de lucht in geblazen. Kan die niet nuttiger besteed worden?

Ecopower onderzocht binnen het Europees project RegEnergy wat er nodig is om een warmtenet te realiseren met restwarmte op lage temperatuur. In de gemeente Asse (Zellik) komt een datacenter dat een nieuwe woonwijk van duurzame warmte zou kunnen voorzien. In het onderzoek vergeleken we een potentieel warmtenet op hoge temperatuur met eentje op lage temperatuur. Om het financiële plaatje te bekijken, vergeleken we de kost van een warmtenet met die van individuele warmtepompen of gasketels.

Het uitgangspunt van het warmtenet op lage temperatuur

De restwarmte is afkomstig van een spiksplinternieuw, nog te bouwen datacenter in het Green Energy Park in Zellik. Op minder dan een kilometer afstand ligt een woonwijk in ontwikkeling met nieuwbouwwoningen waarvoor de verwarmingsinstallatie nog niet gekozen is. Een restwarmtenet is een van de mogelijkheden. De warmte van het datacenter voedt meteen ook een lokaal warmtenet op het industrieterrein: het Researchpark. Dit klinkt als een mooi toekomstplan maar is het praktisch en financieel haalbaar? Factoren die daarbij van belang zijn: de mogelijkheden voor de warmtekoppeling, de manier waarop de warmte beschikbaar is en het verbruik van de warmte in de verschillende seizoenen. Het onderzoek werkte met verschillende aannames om scenario’s uit te werken.

Verschillende scenario’s

De studie startte met het bekijken van een breed spectrum aan mogelijkheden. Een BEO-veld (bodemenergie-opslag), haalde de selectie niet door de te hoge investeringskost. De optie warmtenet met biomassaketels viel weg omdat die hoge temperaturen produceren die eigenlijk niet nodig zijn. Biomassa wordt nuttiger ingezet voor het verwarmen van oudere gebouwen waar verwarming op lage temperatuur niet haalbaar is. Nieuwbouwwoningen zijn goed geïsoleerd, waardoor andere hernieuwbare-energietechnieken en verwarming op lagere temperatuur mogelijk zijn. Bovendien wordt in de huidige Vlaamse regelgeving biomassa als bron voor een warmtenet ontmoedigd. Enkel bij gebruik van restwarmte genieten de op een warmtenet aangesloten woonunits een betere EPB-score

Deze scenario’s bleven over voor verder onderzoek:

• Scenario 1: warmtenet op hoge temperatuur (60°C) bij een watergekoeld datacenter. Dat werkt met ‘ondergedompelde’ servers waarbij de elektronische componenten hun warmte rechtstreeks afgeven aan een vloeistof in plaats van lucht. Deze vloeistof draagt de warmte dan weer over aan water.
• Scenario 2: een bronnet. Dit is een zeer lagetemperatuurwarmtenet (15 à 35°C) in combinatie met warmtepomp(en) in de nieuwe wijk, al dan niet per gebouw of individueel.

Inzichten in de haalbaarheid

De financiële haalbaarheid werd onderzocht door scenario’s te maken met verschillende actoren en rollen en daarbij telkens te kijken naar de EPB-impact. EPB staat voor ‘Energieprestatie en Binnenklimaat’. We lichten de belangrijkste inzichten toe.

Een bronnet aanleggen is niet goedkoper

De kostprijs voor de aanleg van een warmtenet op hoge temperatuur (scenario 1) en een op lage temperatuur (scenario 2) verschilt veel minder dan gedacht, hoewel we vooraf veronderstelden dat dit een grote winst zou opleveren. Bij lage temperatuur wordt er gewerkt met niet-geïsoleerde leidingen. Die zijn goedkoper – isolatie is immers erg duur – en hebben een kleinere buitendiameter. De verwachting was dat hierdoor de kosten voor materiaal en plaatsing veel lager zouden uitvallen. Maar door het kleine temperatuurverschil tussen de warmte die heengaat en terugkeert, is er een groter debiet nodig en moeten de leidingen een grotere diameter hebben. De uiteindelijke buitendiameter van de leidingen verschilt uiteindelijk weinig met de leidingen mét dikke isolatiemantel, waardoor de nodige grondwerken – een serieuze kost in het project - gelijkaardig zijn.

Meer types warmtevragers kunnen rendabiliteit verhogen

Om een haalbaar bronnet te ontwikkelen, is er nood aan verschillende profielen van warmte-afnemers. De geplande woonwijk bestaat enkel uit woningen, die allemaal ongeveer dezelfde gelijktijdige warmtevraag hebben. Het aansluiten van andere soorten afnemers kan de rendabiliteit verhogen. Bijvoorbeeld een goed geïsoleerd kantoorgebouw dat al vroeger in het voorjaar de verwarming uitzet of, nog beter, een fabriek die ook in de zomer een constante afname heeft omdat de bedrijfsprocessen die warmte nodig hebben continu zijn.

Voor bestaande woningen, die vaak minder goed geïsoleerd zijn, is een bronnet geen realistische keuze. In zulke huizen moet de individuele warmtepomp die de warmte van het bronnet gebruikt, temperaturen boven de 40 à 50 °C leveren. Dat is niet efficiënt als de extern aangeleverde warmte een lage temperatuur heeft. Die combineert het efficiëntst met een lagetemperatuurverwarming binnenshuis, maar dat betekent voor oudere woningen een zeer ingrijpende, vaak onhaalbare renovatie.

Nieuwe warmtepomptechnologie kan opties creëren

Warmtepompen zijn vooral geschikt voor optimaal geïsoleerde gebouwen. De huidige generatie warmtepompen werkt doorgaans met lage brontemperatuur (0- 10 °C). Dat is veel minder dan het bronnet uit ons scenario, dat 15 tot 35 °C aanlevert. De temperatuur van het warmtenet mag ook niet te veel schommelen want dat is nadelig voor de efficiëntie van de warmtepompen die momenteel op de markt zijn.

Vergelijking op basis van EPB

De EPB-score bleek gelijkaardig voor alle uitgewerkte opties. Een kleine boiler voor sanitair warm water in de woning, waarvan het water deels verwarmd wordt met warm water vanuit het warmtenet en deels via een elektrische weerstand, scoort aanzienlijk slechter. Ook een centrale warmtepomp op hoge temperatuur (50-60°C) levert een iets lagere EPB-score op. Daarbij gaat er namelijk wat warmte verloren voor die de plek bereikt die verwarmd moet worden.

Verschil in aanpak bij grote en kleine appartementsgebouwen

Voor de verbinding tussen de warmtebron en de woonwijk bleek voor het bronnet bij lage temperatuur aangewezen een verschillende aanpak te hanteren voor grote en kleine appartementsgebouwen. In grote appartementsgebouwen (vanaf 75 wooneenheden) wordt best gewerkt met een centrale warmtepomp in de technische ruimte en een aftakking of etagestation in elke wooneenheid. Voor kleinere appartementsgebouwen is een combiwarmtepomp per wooneenheid, aangesloten op het warmtenet, een betere keuze.

Randvoorwaarden voor een rendabel bronnet

Een bronnet-warmtenet kan volgens de studie rendabel zijn, mits enkele aannames en voorwaarden. Afhankelijk van het scenario is bijvoorbeeld een subsidiëring tussen 30 en 50 % noodzakelijk. Enkele andere randvoorwaarden voor een haalbaar project:

• De aanleg van het warmtenet moet in synergie zijn met de aanleg van andere nutsinfrastructuur.
• Door de grote investering voor zowel de warmtepompen als het warmtenet, is er geen marge meer om het datacenter te betalen voor de geleverde warmte. Hoewel zij ook een investeringskost hebben om de warmte ‘uit te koppelen’, moet de warmte moet (bijna) gratis geleverd worden.
• Duidelijke garanties over de warmtelevering zijn noodzakelijk, zowel over de prijs – in dit geval een lage tot gratis verkoopprijs – als over de beschikbaarheid. Ook het evenwicht tussen warmte-inbreng en -afname moet goed bewaakt worden, net zoals de boven- en ondergrens van de temperatuurschommelingen.
• Een interestloze lening voor de voorinvestering en/of een tijdelijke warmtebron is nodig.
• De drie verschillende fases van de woonwijk moeten alle drie worden aangesloten op het warmtenet.
• De investeringskost voor de warmtepompen moet voldoende laag zijn dankzij subsidies of verdere marktontwikkelingen die de prijs doen dalen.
• De elektriciteit nodig voor de werking van de warmtepompen moet aan een voldoende lage prijs geleverd worden.

Wat is de CO₂-impact van een warmtenet?

Op vlak van CO₂-uitstoot scoren alle onderzochte scenario’s min of meer gelijk, omdat ze allemaal met warmtepomptechnologie werken. Een bronnet zorgt voor een CO₂-uitstoot van 126 ton/jaar wat niet zo veel verschilt van de 136 ton/jaar als er gekozen wordt voor individuele lucht-water warmtepompen. Ter vergelijking: dit is een derde van de CO₂ die de modernste gasketels zouden uitstoten voor dezelfde warmteproductie, namelijk 495 ton/jaar.

Conclusies van dit onderzoek

Het eerste scenario, het warmtenet op hoge temperatuur bij een watergekoeld datacenter, is op dit moment niet realistisch omdat deze technologie nog niet wijdverspreid is en niet gebruikt zal worden voor het datacenter in Asse.

Bij het bronnet-scenario wees de studie uit dat er heel wat randvoorwaarden zijn om tot een rendabel project te komen. De investeringskosten (transport via dure leidingen) en de operationele kosten (het op temperatuur brengen van de warmte via warmtepompen) zijn hoog.

De in de studie gebruikte prijsvergelijking met gas is een fictieve referentie omdat er in nieuwbouwwijken geen aardgasleidingen meer gelegd worden. Daarom is een vergelijking van de kosten (zowel voor de investering als het verbruik) met lucht-waterwarmtepompen relevanter. Uiteindelijk zullen de gebouwen in de nieuwbouwwijk uitgerust worden met zulke individuele lucht-waterwarmtepompen en blijken de andere twee scenario’s onhaalbaar om financiële of technische redenen.

Verder onderzoek naar collectieve, duurzame verwarmingsoplossingen blijft van groot belang, aangezien we zo snel mogelijk willen afstappen van fossiele brandstoffen en de meest gebruikte verwarming – aardgas – in de toekomst niet meer mag en zal gebruikt worden. Naast de technische en financiële aspecten speelt ook het maatschappelijke een rol: hoe zorgen we dat duurzaam verwarmen voor iedereen betaalbaar is én een evidente keuze wordt.