Warmte- en koudenetten voor een CO2-vrije gebouwde omgeving

Lage temperatuurnetten

Uit onze meetcampagne in 2022 uit het WarmingUP-project 'How low can you go', blijkt dat je in bestaande woningen veel minder hoge temperaturen nodig hebt dan tot nog toe werd aangenomen: 70 graden of lager in plaats van 90 blijkt haalbaar voor praktisch alle woningen. En 60% van de bestaande woningen heeft zelfs aan 55 graden voldoende. Dat komt steeds dichter in de buurt van de gewenste 50 graden voor naoorlogse woningen. Lagere temperaturen betekenen dat een heel aantal bestaande woningen op een warmtepomp aangesloten kan worden. Zo’n warmtepomp kan een warmte-koudenet, een bodemlus of de buitenlucht gebruiken als bron.

Dat is meer dan verwacht en noodzakelijk om de doelstellingen van het klimaatakkoord te bereiken. Daarvoor is de verwachting in Nederland dat minimaal 40 tot 50% van de bestaande woning aan warmte(koude)netten moeten worden gekoppeld. In 2022 was dat aantal slechts 7%, dat moet dus zes à zeven keer zoveel worden.

In de WarmingUP-projecten hebben we laten zien dat we veel meer lage temperatuurnetten kunnen aanleggen en bestaande netten transformeren naar middentemperatuur. Die kunnen gemakkelijker gevoed worden met duurzame warmte want hoe lager de temperatuur, des te meer bronnen zijn er beschikbaar. En des te kleiner zijn de verliezen in de warmtenetten.

Eén van de uitdagingen bij het uitrollen van warmtenetten is de aanleg van warmtenetten in bestaande wijken. Hiervoor ontwikkelen wij in nauwe samenwerking met marktpartijen slimme aanlegmethodes, die minder overlast veroorzaken.

Zonnewarmtenetten: vernieuwend concept voor woonwijken met veel daken

Met de aanleg van een zonnewarmtenet in de Haarlemse wijk Ramplaankwartier, zetten we in op een CO2-vrije gebouwde omgeving. We hebben daarvoor – als onderdeel van een consortium – een subsidie gekregen. In 2024 starten we met de aanleg van een zonnewarmtenet voor 600 woningen, de helft van het totale aantal. Dit is wereldwijd de eerste wijk waar zo’n warmtenet wordt aangelegd. Het is een compleet nieuw concept voor bestaande woonwijken die geen makkelijk toegankelijke duurzame bronnen in de buurt hebben, zoals geothermie of veel water. Maar, als ze voldoende dakoppervlak hebben, zoals het geval is bij veel rijtjeswoningen, dan is de wijk wel geschikt.

Want ons nieuw ontwikkelde warmteconcept neemt nauwelijks nieuwe ruimte in beslag, wat het efficiënt maakt. De werkwijze is als volgt: er komen PVT-panelen op daken te liggen die warmte en elektriciteit opwekken. De gasketel wordt vervangen door een warmtepomp, een tapwaterbuffer en een slimme afleverset. In de straten komt een laagtemperatuurdistributienet om het warmte-overschot in de zomer naar een seizoensopslag te transporteren en in de winter weer terug te halen.

Warmtekoudenetten: samenbrengen van hydraulica en ontwerpkennis

In regelconcept van warmtekoudenetten komen hydraulica, warmtetransport en ontwerpkennis samen. Onze inbreng in dit concept is dat we de warmte uit de panelen in de zomer opslaan in een warmtekoudeopslagsysteem in de bodem, omdat die niet direct gebruikt hoeft te worden. In de winter gaat die warmte naar de warmtepomp die de woning verwarmt. De innovatiekracht zit in het ontwerp van het warmtekoudenet en op het ontwerp van de afleverset: daarin zit onze jarenlange en diepgaande kennis over regelconcepten. Hydraulica en ontwerpkennis van allerlei soorten leidingnetwerken komen hierin samen.

Met onze simulatietool WANDA kan dit zonnenetwerk betrouwbaar ontworpen worden. WANDA is in-huis ontwikkelde software die uitgebreid gevalideerd is en al 25 jaar wereldwijd wordt gebruikt in de water- en energiesector.

In de loop der jaren voegen we steeds nieuwe functionaliteiten toe aan de software. De ontwikkeling van warmtekoudenetten is dynamisch en er komen steeds nieuwe toepassingsmogelijkheden. Denk bijvoorbeeld aan de regelingen voor zonnewarmtenetten. Die zijn ingewikkelder dan een conventioneel warmtenet.

Meer focus op systeemintegratie, sectorkoppelingen en data-gedreven sturing en beheer

Met lagere temperatuurniveaus van duurzame bronnen is de onderlinge afstemming tussen warmteproductie, warmteverdeling, opslag en levering van groot belang voor het goed functioneren van duurzame warmtenetten. Deze integratie binnen de warmteketen stelt hogere eisen aan het ontwerp, afnametesten en regelingen van warmtenetten. De toenemende operationele data van slimme meters biedt steeds meer mogelijkheden om de sturing van warmtenetten te optimaliseren en thermisch comfort als een service aan te bieden. Met onze tools, zoals WANDA en RTC-Tools, kunnen we deze activiteiten ondersteunen.

Met de toenemende inzet van centrale en decentrale warmtepompen ontstaan er ook mogelijkheden om variaties in het elektrische aanbod van zon- en windenergie in warmtesystemen op te vangen. Opslag in warmte kost namelijk slechts een fractie van batterij-opslag. We ondersteunen graag alle stakeholders die deze sectorkoppelingen willen benutten, zodat we kunnen toewerken naar een intelligent en geïntegreerd en betaalbaar energiesysteem.

Voor het beheer van bestaande warmtenetten en andere ondergrondse leidingen-infra, zoals water- en gasnetwerken, ontwikkelen wij risico-gebaseerde methodes om de restlevensduur te schatten. Ook worden methodes ontwikkeld voor lekdetectie en prestatiemonitoring, waarbij in toenemende mate verschillende publieke en bedrijfsspecifieke databronnen worden gecombineerd.

Internationale uitdagingen: seizoensopslag warmte, koude en aquathermie is soms verboden

Ook in het landen buiten Nederland moeten meer warmtenetten komen om bestaande gebouwen van het gas af te krijgen en te verduurzamen. De uitdaging is dus hetzelfde als in Nederland. De oplossingen zullen soms een beetje anders zijn, maar we verwachten dat de lage en ultralage warmtenetten in een toenemend aantal landen op de lange termijn waarschijnlijke de goedkoopste oplossingen zijn.

Anders echter dan in Nederland, waar seizoensopslag in de ondergrond ver ontwikkeld is en vooral geschikt voor aansluiting op een warmtenet met lage temperaturen, is dat in veel landen verboden. Daarmee worden verduurzamingsroutes afgesneden. Bovendien neemt met de klimaatverandering de koudevraag sterk toe. Opslag van aquathermie en warmte-overschotten in de bodem zijn noodzakelijk voor een efficiënte levering van warmte en koude.

Feiten en wetenswaardigheden

• Deltares heeft al 20 jaar ervaring met real-time voorspellende systemen en regelingen voor het waterbeheer, zoals Delft-FEWS en RTC-Tools, waarin pieken in de waterafvoer afgevlakt moeten worden. Onze expertise van hydrodynamica in leidingsystmemen , energiezuinige en veilige regeling van leidingsystemen en software tools vormen de solide basis om pieken in klimaatsystemen af te vlakken en warmtenetten intelligent te maken.
• We helpen om conventionele warmtenetten om te zetten naar slimme duurzame warmtenetten die gebruik maken van real-timedata en voorspellingen, zoals het weer en de warmte die in de gebouwen wordt geproduceerd. Het gaat om zo goed mogelijk anticiperen op de toekomstige warmtevraag door pieken in de warmtevraag af te vlakken. Daarmee kan de inzet van duurzame bronnen geoptimaliseerd worden.
• Met de toenemende druk op het klimaat zal de vraag naar slimme regelingen met warmte-(koude)netten voor bestaande bouw wereldwijd toenemen. Dat brengt ook uitdagingen met zich mee omdat er in sommige landen een verbod is op seizoensopslag in de bodem, er door grote vraag een tekort ontstaat aan warmtepompen en door een tekort aan geschoold personeel.

Deze vragen helpen wij beantwoorden

We ondersteunen opdrachtgevers met:

• Strategisch advies over het verduurzamen van de energiemix waarvan hernieuwbare warmtenetten bij een lage of midden temperatuur deel uitmaken.
• De ontwikkeling van modelgebaseerde regelstrategieën voor een optimale werking van warmte- koudenetten met meerdere bronnen en opslaglocaties.
• Slimme aanlegmethodes met minder overlast.
• Het hydraulische netwerkontwerp en het leveren van kostenbesparende ontwerpmaatregelen om drukstoten te beheersen.
• De ontwikkeling van innovatieve tools voor data-gedreven asset management van warmtenetten, drinkwater- en gasnetten, waaronder restlevensduur, lekdetectie en prestatiemonitoring.
• In kaart brengen van de opslag en het genereren van thermische energie door middel van modellering van grondwaterbuffers/aquifers, meren en oppervlaktewateren.