Bij stadsverwarming worden gebouwenindirect verwarmd, met warmte diebuiten de wijk is opgewekt. De warmte-bron is vaak een elektriciteitscentrale en somseen afvalverbrandingscentrale. Deze wordendoor middel van een warmtenet gekoppeldaan het gebouw. In Nederland wordt 5% vanalle woningen op deze manier verwarmd. Bijstadsverwarming is de afstand van de woon-wijk tot de warmtebron groot, waardoor velekilometers leiding nodig zijn. Omdat ge?so-leerde leidingen duur zijn, wordt gekozen voorHoe duurzaamis stadsverwarming?Stadsverwarming wordt vaak voorgesteld als de oplossing voor verduurza-ming van de warmtevoorziening van de gebouwde omgeving. De CO2-reduc-tie van stadsverwarming wordt op 50% tot 70% gesteld. Er zijn echter geenonafhankelijke onderzoeken die deze claims kunnen bevestigen. Dit artikellevert een kritische bijdrage aan de discussie over CO2-reductieclaims vanstadsverwarming. Op basis van kentallen is een analyse gemaakt voor deCO2-reductie in de toekomst over een periode van 30 jaar. Verschillendevormen van grootschalige stadsverwarming zijn vergeleken met individuelesystemen, afhankelijk van de te realiseren energiebesparing.Afvalverbrandingscentrale levert warmte in Rotterdam.Tekst Toon Buiting, Radboud UniversiteitFotoEneco12 Energie+ nr 1 maart 2017kleine leidingdiameters. Om voldoendewarmte te kunnen transporteren moet de tem-peratuur in eerste instantie naar 100 tot 120?C,terwijl voor ruimteverwarming en tapwater-verwarming 60?C al voldoende is. Restwarmteheeft een temperatuur van 45?C. Deze warmteblijft over bij elektriciteitcentrales en afvalver-brandingsinstallaties en is in principe vol-doende om een woning mee te verwarmen.Het stadsverwarmingssysteem vraagt echter100-120?C, dat kan geen restwarmte genoemdworden. Opwaardering van 45 naar 100 tot120?C kost energie en die moet verrekend wor-den met het voordeel van warmtebenutting.Vaak gebeurt dat niet, waardoor het voor-gehouden energetisch rendement vanbestaande stadsverwarmingsprojecten inNederland mooier lijkt dan het feitelijk is. Ditartikel gaat in op de grootschalige toepassingvan stadsverwarming (met een temperatuurvan 100 - 120?C) en niet over kleinschalige,decentrale projecten met een lagere uitwisse-lingstemperatuur zoals een collectieve warm-tepomp in een woonwijk, die warmte levertaan woningen met een temperatuur tot 70?C.Industri?lerestwarmtekenteengrootpotenti-eel,maarwordtinstadsverwarmingsprojectennognietveeltoegepast,omdateenregievoer-derontbreekteninvesteringenonzekerzijn.Voordezerestwarmtegeldthetzelfdealsvoorrestwarmtevanelektriciteitscentrales.Dezeisinhetalgemeenbeschikbaaropongeveer45?Cendaaromindezevergelijkingnietmeegeno-men.Ookalsrestwarmtemeteenhogeretem-peratuurbeschikbaaris,isdevraagoftransportvaneenbedrijvenclusternaareenwoonwijkenergetischwelzinvolis.Detriasenergeticavraagteersttekijkennaardemogelijkhedenvanopwaarderingenhergebruikbinnenhetbedrijfofcluster.Erzijndaarnaastmarktrijpeontwikkelingendiedeenergie-effici?ntievanprocessenkunnenverbeteren.Voorbeeldenhiervanzijnstoomrecompressieenhogetempe-ratuurwarmtepompen.Deenergie-intensieveindustrieinNederlandneemtalsuitgangspuntdaterin2050geenrestwarmtemeeris.Doorkoppelingvanrestwarmteuitindustri?leprocessenopeenstadsverwarmingssysteemzoueenlock-ingegenereerdkunnenworden.RestwarmteBij het bepalen van de CO2-reductie van stads-verwarming zijn de volgende componentenbelangrijk:1. Netverliezen: Het enige bekende onderzoekkomt op een verlies van 15 tot 40 procentvoor Nederlandse warmtenetten. In dit arti-kel wordt gerekend met het kengetal van 8 GJgemiddeld per woning uit de Uniforme Maat-lat. Dit komt met het gemiddelde gasverbruikin Nederland neer op 15 procent. Al lijkt ditalleen in de optimale situatie met goede lei-dingisolatie en een hoge woningdichtheidhaalbaar.2. Pompverliezen: Voor het transport vanwarmte door het warmtenet worden pompeningezet. Voor dit artikel is een kengetal uit deNEN 7125 gebruikt. Het pompverlies ingebouwen wordt niet meegenomen, want diezijn er ook in de referentiesituatie (cv-ketel).3.Bijstook:Bijstadsverwarmingwordtnietallewarmtebehoefteingevuldmetrestwarmte.Wanneergeenelektriciteitgemaaktwordt,oppiekmomentenenbijstoringen,wordtwarmtegemaaktmethulpwarmteketelsdieopaardgasgestooktworden.Inhetalgemeenwordtdebijstookfactorinwarmteprojectenop20%gesteld,zoookvoorditartikel.4.Derving van elektriciteit: Omdat voor stads-verwarming geen echte restwarmte (45 oC)gebruikt wordt, maar warmte van 100-120?C,moet stoom uit het proces gebruikt wordenom elektriciteit te maken. Hierdoor kan decentrale minder elektriciteit maken. Dezeelektriciteit moet elders worden opgewekten in de berekening worden verwerkt. Bijgebrek aan onafhankelijk onderzoek wordtvoor dit artikel de dervingsfactor van de Uni-forme Maatlat gebruikt, zijnde 0,18 GJelektri-citeit/GJwarmte. Deze dervingsfactor wordtvaak niet gebruikt in vergelijkingen voorstadsverwarming, terwijl het een groot effectheeft op de daadwerkelijke CO2-reductie.Toekomst elektriciteitsmarktDe elektriciteitsmarkt verandert. Door inputvan meer duurzame elektriciteit en de ontwik-keling van de elektriciteitsprijs worden Neder-landse elektriciteitscentrales minder ingezet.Enkele belangrijke gascentrales leveren ookstadsverwarming. Doordat deze centrales min-der worden ingezet, wordt minder restwarmtegeproduceerd. Om aan de warmtevraag te kun-nen voldoen wordt meer bijgestookt met dehulpwarmteketels. Dit verlaagt de CO2-reductienog meer. Door de ontwikkeling van de elektri-citeitsmarkt wordt een lock-in van stadsverwar-ming zichtbaar: hulpwarmteketels moetenonbedoeld worden ingezet om aan de warmte-vraag te voldoen. De verwachting is dat dezeontwikkeling in de elektriciteitsmarkt zichverder door zal zetten.Toekomst afvalverbrandingMomenteelisverbrandingvanafvalonvermij-delijkeneenbetereaanpakdanstorten.BijNederlandseafvalverbrandingsinstallaties(AVI's)wordtzoeffici?ntmogelijkelektriciteitgewonnenuithetverbrandingsproceswaardoordatmomenteelalsdebesteoplossinggeldt.Deontwikkelingenrondrecyclinggaandelaatstejarenechtersnel.ErisnualeenovercapaciteitbijNederlandseAVI'sdietercompensatieenintoenemendemateafvaluithetbuitenlandver-branden.DatisopEU-niveauduurzaam,omdatveelafvalandersgestortzoumoetenworden.DiebuitenlandsevolumeskunnendeNeder-landserestcapaciteitdekomendezesjaaropvullen.Maarhoegaathetdaarna?Met de doelstelling die de EU in 2015 heeftgeformuleerd voor de circulaire economie kaneen prognose gemaakt worden voor de dalingvan de benodigde afvalverbrandingscapaciteit.De benuttingsgraad van Nederlandse AVI'svoor al het afval zal over tien jaar afnemen,waardoor de overcapaciteit zal toenemen.Anders gezegd, het wordt over tien jaar wense-lijk om te stoppen met afvalverbranding, omdatanders waardevolle grondstoffen vernietigdworden ?n onnodig CO2-emissies plaatsvindenEmissiefactor voor elektriciteitDe CO2-emissie van elektriciteit is afhankelijk van de inzet van elektriciteitscentrales in Neder-land. De berekening gebeurt op basis van de referentieparkmethode. In de toekomst wordt hetaandeel duurzaam hoger in de elektriciteitsproductie. Volgens de Nationale Energie Verkenning(NEV) is de emissie in 2025 0,5 kg CO2/kWh. Hiermee is gerekend om een vergelijking te kunnenmaken van effecten in de toekomst (ongeveer 30 jaar). De energievoorziening kent naast dedirecte CO2-emissies ook indirecte emissies die resulteren uit de winning en het transport van deenergiedragers. In relatieve zin vallen ze bij vergelijking van stadsverwarming voornamelijk tegenelkaar weg. Het effect van het meenemen van indirecte emissies bedraagt ongeveer 2%. Omdatde indirecte emissies bij biomassa wel aanzienlijk zijn, is voor dit artikel gerekend met directe enindirecte emissies.Emissiefactor voor elektriciteitnr 1 maart 2017 Energie+ 13omdat grondstoffen niet hergebruikt worden.Daarnaast is niet te voorspellen hoe de afval-verbrandingsmarkt zich zal ontwikkelen. Moge-lijk wordt verbranden in Nederland vanwege deprijs niet meer aantrekkelijk. Ook hier wordteen lock-in van stadsverwarming zichtbaar.Over ongeveer 20 jaar worden mogelijk waar-devolle grondstoffen onnodig verbrand of moetextra gas worden bijgestookt om aan de warm-tebehoefte te voldoen. Genoemde onzeker-heden zijn niet verwerkt in de berekening. Datbetekent dat de CO2-reductie van stadsverwar-ming van elektriciteits- en afvalverbrandings-centrales in de praktijk nog lager zal zijn.Alternatief BiomassaVoor stadsverwarming kan ook biomassa alsenergiebron ingezet worden. Bij de verbrandingvan biomassa treedt per definitie (per saldo)geen directe CO2-emissie op. Voorwaarde voor0-emissie is dat de biomassa duurzaam gepro-duceerd wordt. Dus niet meer biomassa oog-sten dan de bijgroei en geen uitputting vannutri?nten. En compensatie op ander land alseen andere functie wordt vervangen. Dit geeftgrote onzekerheid rondom emissies doorbio-energie. Daarom moet de biomassa gecer-tificeerd worden. Snoeihout is in Nederlandbeperkt beschikbaar en onvoldoende voor allestadsverwarmingsprojecten. Daarom is ookeen vergelijking gemaakt met Canadese hout-pellets. Een nadeel van biomassaverbrandingzijn de luchtemissies. Daarnaast bestaan voorhout steeds meer hoogwaardigere toepassin-gen als grondstof in plaats van verbranding,waardoor hier ook weer een grote kans op eenlock-in ontstaat.Alternatief GeothermieDe misschien wel ultieme warmtebron voorstadsverwarming is diepe geothermie. Hierbijwordt water van 2 tot 5 kilometer diepte opge-pompt, dat zodanig warm is dat het voor ver-warming en tapwaterverwarming gebruikt kanworden. Hoe dieper de bron, hoe heter hetwater. Op 2 kilometer diepte kan water van70?C beschikbaar zijn dat voldoende is voor detoepassing. Dan zou dit kleinschalig toegepastmoeten worden (beperking netverliezen) zodathet warmtenet geen hogere temperatuurvraagt. Bestaande stadsverwarmingssyste-men vragen echter een temperatuurniveau van100-120?C, waardoor dieper geboord moet wor-den (vanaf 4 kilometer). Met woongebieden isnog weinig ervaring opgedaan. Of geothermieop de plaatsen waar stadsverwarming verduur-zaamd moet worden in voldoende matebeschikbaar is, wordt pas echt duidelijk na eenboring. Dat maakt projecten onzeker, ingewik-keld en duur omdat dieper geboord moet wor-den dan eigenlijk nodig is. Het is ook belangrijkdat geothermie zonder problemen, bijvoor-beeld zonder fracking, gewonnen kan worden.Voor geothermie is gerekend met een rende-ment (COP) van 10 .Resultaat bestaande bouwHet gemiddelde verbruik voor verwarming entapwater is 1500 m3 gas per woning per jaar. Infiguur 1 is een overzicht gegeven van de CO2-emissie per woning van de verschillende vor-men van (stads)verwarming, afhankelijk van deenergiebesparing die voor de woning gereali-seerd kan worden.Voordetoekomstigesituatie(ongeveer30jaar)isdeCO2-reductievanstadsverwarmingmetelektriciteits-enafvalverbrandingscentrales26%.Datisaanzienlijklagerdanvaakwordtvoorgespiegeld.DeCO2-reductievanbiomassa-stadsverwarmingis41?52%tenopzichtevanaardgas. Metgeothermiealsbronishet56%.We kunnen ook een vergelijking maken met eenhybride warmtepomp. Deze energievoorzie-ning maakt een snelle opmars door en bestaatuit een combinatie van elektrische warmte-pomp, gasketel en warmtebuffer. De warmte-pomp levert de basisverwarming en in koudeperioden springt de gasketel bij. Er is dus nogwel een gasnet nodig. De CO2-reductie van eenhybride warmtepomp is 30 procent. Maar wemoeten ook naar energiebesparing kijken.Opvallend is dat stadsverwarming met elektri-citeits- of afvalverbrandingscentrales dezelfdeCO2-reductie geeft als een gasketel met 30%energiebesparing (ongeveer 2 energielabel-stappen). Ten opzichte van een hybride warm-tepomp scoren alleen geothermie en biomassabeter onder bepaalde omstandigheden.NieuwbouwWanneer we alleen naar nieuwbouw kijken, ver-andert de warmtevraag, die is sinds 2015 onge-veer 20 GJ. De warmteverliezen blijven gemid-deld 8 GJ per woning. Dit betekent dus dat er40% verlies optreedt. De CO2-emissie pernieuwbouwwoning is in figuur 2 weergegeven.Wanneer we een vergelijking maken van stad-verwarming met elektriciteits- en afvalverbran-dingscentrales met individuele gasketels is detoekomstige CO2-reductie slechts 5%. De CO2-reductie van biomassastadsverwarming is24 - 39%. Met geothermie als bron is het 44%.Nieuwbouw kan all electric. In de warmtevraag(en tapwaterverwarming) kan dan geheel wor-den voorzien door een elektrische warmte-pomp. Er is dan geen gasnet meer nodig. DeCO2-reductie van een all electric warmtepompis 30%: aanzienlijk hoger dan stadverwarmingFiguur 1. Directe en indirecte CO2-emissie bestaande bouw afhankelijk van energiebesparing.0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%zondervraagreductie+25%vraagreductie+50%vraagreductie+75%vraagreductie+100%vraagreductieCO2- emissie bestaande bouwelek/afvalcentrale biomassa NL snoei biomassa Can pelletsgeothermie gasketel warmtepomp14 Energie+ nr 1 maart 20170%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%110%120%130%140%150%160%getrapte eisEPC 0,532norm = EPC0,4+25%vraagreductie+50%vraagreductie+75%vraagreductie+100%vraagreductieelek/afvalcentrale biomassa NL snoei biomassa Can pelletsgeothermie gasketel warmtepompCO -emissie nieuwbouw2Figuur 2. Directe en indirecte CO2-emissie nieuwbouw afhankelijk van energiebesparing.met elektriciteits- en afvalverbrandingscentra-les. Opvallend is dat reeds bij 40% vraagreduc-tie (onder de EPC-norm) geen enkele vormvan stadsverwarming beter scoort dan de all-electric warmtepomp. Dat roept de vraag opwaarom nieuwbouwwoningen op stads-verwarming moeten worden aangesloten.Minder energiezuinigMet stadsverwarming hoeft een woning minderenergiebesparende maatregelen te krijgen alseenzelfde woning op gas. Dat werkt als volgt.Bij toepassing van maatregelen buiten gebou-wen mag het rendement van de warmtevoorzie-ning worden bepaald met NEN 7125. Het rende-ment van stadsverwarming kan hiermeeoplopen tot wel 200%. Met dit hogere rende-ment mag opnieuw de EPC worden uitgere-kend. Deze daalt daardoor. Hierdoor ontstaatruimte om minder energiebesparende maat-regelen in het gebouw te treffen. Deze methodeheet de getrapte eis en is in het Bouwbesluitopgenomen. Het staat toe dat de EPC van eenwarmtewoning 0,532 mag zijn ten opzichte van0,4 voor een woning met een ketel of warmte-pomp. Dat betekent dat het energieverbruikvan een woning op stadsverwarming 33%hoger mag zijn (figuur 2). Hoe discutabel detoepassing van de getrapte eis is, blijkt inUtrecht, waar vergunning is verleend voorwarmtewoningen op basis van een achter-haalde gelijkwaardigheidsverklaring. Doormarktontwikkelingen wordt in de elektriciteits-centrale minder elektriciteit gemaakt en daar-mee meer aardgas bijgestookt voor de stads-verwarming. Dit is vooraf ook niet vast teleggen. De consequentie is dat voor honderdenwoningen achteraf de nodige energiemaat-regelen moeten worden aangebracht. Omdattoepassing van de getrapte eis tot extra CO2-emissie leidt, zou het in het belang van verduur-zaming van de warmtevoorziening zo snelmogelijk afgeschaft moeten worden.Conclusies en aanbevelingenDematewaarindeenergievraaggereduceerdwordtindegebouwdeomgevingisbelangrijkervoordeCO2-reductiedandekeuzevoordeinstallatieofdeinfrastructuur.Stadsverwar-ming(meteentransporttemperatuurvan100-120?C)draagtslechtsinbepaaldesituatiesbijaanverduurzamingvanbestaandewoningen.Datisalleenwanneerergeenisolatiemogelijk-hedenzijnenbiomassaofgeothermiedebronis.Voornieuwbouwzijnernualbeterealterna-tievendanstadsverwarming,zelfsalsgeother-miedebronis.Energetischegegevensvanstadsverwarmingsprojecten(verliezen,bijstookendervingvanelektriciteit)dienenopenbaartegemaakttewordenomCO2-reductieclaimstekunnenverifi?ren.Voorkeuzesdienugemaaktwordenvoordewarmtevoorzieningvanwijken,ishetnodigonafhankelijkeenergieverkennin-genenmaatschappelijkekostenbatenanalysestedoen.Belangrijkdaarbijiseengoedeonder-bouwingvandeCO2-reductievanprojectalter-natieven.IndeEnergieagendavandecember2016wordenderollenbeschrevenvanverschil-lendepartijenbijdeverduurzamingvandewarmtevoorzieningvandegebouwdeomge-ving.Derolvandeconsumentishierbijonder-belicht.Alsgebruikervandewoningendeafne-mervanenergiemoethijcentraalstaan.Datvoorkomtdatmaatregelenwordengetroffendienietrobuustzijn(onvoldoendeCO2-reductietegenonnodighogekosten)enhetbevordertdesocialekantvanverduurzaming(verantwoor-ding,doelmatiggebruikenacceptatie).nr 1 maart 2017 Energie+ 15