De warmtepotentiekaart van de gemeente Arnhem Een studie naar de ruimtelijke verdeling van kansen voor de toepassing van warmtetechnieken
Oktober 2014
Eindversie
GREENSPREAD
1
Managementsamenvatting Wat is onderzocht en waarom? De ruimtelijke verdeling van kansen voor duurzame warmtetechnieken zijn onderzocht. Wat kan waar in Arnhem als het gaat om WKO, geothermie, riothermie, biomassa en restwarmtebenutting, en waarom? Arnhem wil namelijk werk maken van beleid op het gebied van duurzame warmteopwekking en -afname. Hiervoor is inzicht benodigd in de lokale (on)mogelijkheden: wat zijn de technieken die wel en niet goed passen bij de gemeente en op welke plekken ligt toepassing voor de hand, bekeken vanuit technische, economische en organisatorische perspectieven? Het antwoord op die vraag blijkt uit de warmtepotentiekaart van Arnhem. Wat zijn de uitkomsten?
WKO is zeer kansrijk in Arnhem, onder meer op alle ontwikkellocaties die zich niet in de grondwaterbeschermingsgebieden of beschermingszones voor leemlagen bevinden. Geothermie kan wel een oplossing voor de bestaande bouw zijn, maar blijkt niet goed bij Arnhem te passen: de ondergrond lijkt alleen in het uiterste noordoosten kansen te bieden en dat is nu net de plek waar de warmtevraag gering is. Riothermie is een interessante optie die kan bijdragen aan de optimale functionering van WKO-installaties. Kansen zijn er onder meer bij rioolgemalen en op diverse plekken waar de riooldiameter groot en genoeg is en op korte termijn onderhoud gepland staat. Er zijn diverse biomassastromen in omloop die in energie kunnen worden geconverteerd. Voor rioolslib en snipperhout zijn rendabele lokale oplossingen denkbaar, terwijl ook biomassateelt kan bijdragen aan een duurzaam Arnhem, zij het niet op een warmtegerelateerde wijze. Voor GFT en mest zijn regionale oplossingen zinvoller. Met restwarmtebenutting is Arnhem al jarenlang bekend en ook nieuwe kansen worden spoedig uitgenut. De uitbreidingsopties van het tracé zijn bovendien al goed in kaart gebracht, zodat eigenlijk alleen een zoektocht naar nieuwe bronnen resteert. Afvang van restwarmte bij nieuwe, grote ketels (mogelijk die van Burgers’ Zoo) is goed denkbaar.
Wat heeft de gemeente Arnhem hieraan? De warmtepotentiekaart kan aan de basis staan van een breed gedragen visie op de toekomstige warmtevoorziening van Arnhem en als toetssteen worden gebruikt om de samenhang tussen (project)initiatieven te waarborgen. De gemeente kan bovendien gericht de discussie aangaan met inwoners en bedrijven over (locaties) voor de opwekking en/of afname van duurzame warmte; de kaart is daarbij de objectieve ruimtelijke onderlegger die als praatplaat kan fungeren. Wat is het vervolg? De kaart kan worden uitgedragen als de ruggengraat van het nader te bepalen beleid op het gebied van (duurzame) warmte, via een gemeentelijke warmtevisie. De kansrijke projecten die zijn geduid, kunnen stap voor stap richting ontwikkeling worden gebracht. Hierbij dient benadrukt te worden dat de kaart de scope heeft van energie opwekking. Beleid en initiatieven omtrent besparing worden buiten beschouwing gelaten, maar zijn evenzeer van groot belang op weg naar een lokale, schone, betaalbare en betrouwbare warmtevoorziening. De Trias Energetica (eerst besparen, dan duurzaam opwekken) vormt daarbij een zinvolle leidraad.
GREENSPREAD
2
Inhoudsopgave Managementsamenvatting
2
Wat is onderzocht en waarom? Wat zijn de uitkomsten? Wat heeft de gemeente Arnhem hieraan? Wat is het vervolg?
2 2 2 2
1
4
Aanleiding
1.1 Doelstelling warmtepotentiekaart 1.2 De warmtepotentiekaart als beleidsinstrument 1.3 Opbouw rapportage
4 4 4
2
5
Lokaal beschikbare bronnen
2.1 Stadsverwarming 2.2 Geothermie 2.3 Warmte- en koudeopslag (WKO) 2.4 Riothermie 2.5 Biomassa 2.6 Restwarmtebenutting 2.7 Overzichtstabel
5 6 6 8 8 10 10
3
11
De lokale warmtebehoefte in Arnhem
3.1 Gekwantificeerde behoefte 3.2 Ruimtelijke spreiding van de warmtebehoefte 3.3 Reeds ingepaste duurzame oplossingen 3.4 De warmtewet: bescherming van consumenten
11 11 15 15
4
16
De inpassing van duurzame oplossingen
4.1 Stadsverwarming 4.2 Geothermie 4.3 WKO 4.4 Riothermie 4.5 Biomassa 4.5 Restwarmtebenutting
16 18 22 26 30 34
5
De warmtepotentiekaart van Arnhem
36
6
Conclusies en aanbevelingen
39
GREENSPREAD
3
1 Aanleiding 1.1 Doelstelling warmtepotentiekaart Arnhem maakt momenteel werk van gemeentelijk beleid op het gebied van warmte. Hiervoor is inzicht benodigd in de lokale (on)mogelijkheden: wat zijn de technieken die goed passen bij de gemeente en op welke plekken ligt toepassing ervan voor de hand? De antwoorden op deze vragen komen in deze rapportage aan bod. Daarbij worden technische, financiële, juridische en organisatorische perspectieven belicht. De warmtepotentiekaart brengt alle warmtetechnieken samen en brengt in kaart waar welke techniek toegepast kan worden. De warmtepotentiekaart is dus een beleidsinstrument dat de vraag ‘wat kan waar’? beantwoordt, waarbij het gaat om stadsverwarming en vijf warmte-productie-technieken: geothermie, warmteen-koude-opslag (hierna: WKO), riothermie, biomassa en restwarmtebenutting. De kaart kan aan de basis staan van een breed gedragen visie op de toekomstige warmtehuishouding van Arnhem. Tegelijkertijd kan de kaart als toetssteen worden gebruikt om de samenhang te waarborgen tussen alle projecten die op het operationele niveau worden ontplooid. 1.2 De warmtepotentiekaart als beleidsinstrument Met de warmtepotentiekaart heeft de gemeente Arnhem een beleidsinstrument in handen waarmee zij gericht de discussie kan aangaan als het gaat om warmte-opwekking en -distributie. De gemeente beschikt vanaf nu over een objectieve en gefundeerde ruimtelijke afweging, over een maatwerkoplossing voor warmte die op het ambtelijke en bestuurlijke niveau richting geeft aan het maken van keuzes en het leggen van prioriteiten, met het oog op projectontwikkeling. Wanneer de gemeente zich committeert aan een strategische doelstelling op het gebied van warmte-opwekking en -distributie, dan kan de kennis uit de kaart tevens als input fungeren voor het monitoren van de voortgang, onderweg naar het behalen van de doelstellingen. Het is ten slotte ook belangrijk om duidelijk te maken waar de warmtepotentiekaart niet toe dient. De kaart vertegenwoordigt bijvoorbeeld niet de standpunten van de provinciale overheid en/of het Rijk: er wordt puur gekeken naar de lokale werkelijkheid in Arnhem en de (theoretische) aanknopingspunten die hier zijn voor warmtetechnieken. De kaart biedt een afweging tussen zowel technieken als locaties en vormt slechts de opmaat tot concrete projecten. 1.3 Opbouw rapportage In het volgende hoofdstuk (H2) worden de generieke kenmerken van de genoemde warmtetechnieken onder de loep genomen. De uitkomst hiervan is een overzicht aan criteria die van invloed zijn op de ruimtelijke toepassingsmogelijkheden van de technieken in kwestie. In hoofdstuk 3 wordt vervolgens de lokale behoefte aan warmte in Arnhem bepaald. Dit is van belang omdat de toepassingsmogelijkheden van bepaalde energietechnieken afhankelijk blijken te zijn van de ruimtelijke verdeling van de bovengrondse energiebehoefte. In hoofdstuk 4 wordt op basis van de verworven kennis en vastgestelde criteria bepaald wat de kansen en onmogelijkheden zijn van de technieken. Per techniek wordt een kaartbeeld gemaakt waaruit blijkt op welke plekken toepassing voor de hand ligt. In hoofdstuk 5 worden de kaartlagen gestapeld en wordt de totale warmtepotentiekaart van de gemeente Arnhem gepresenteerd. Uiteraard wordt hier tekst en uitleg bij gegeven. Ten slotte volgen in hoofdstuk 6 de conclusies en aanbevelingen.
GREENSPREAD
4
2 Lokaal beschikbare bronnen Deze studie is gericht op het duiden van de ruimtelijke spreiding van kansen voor de toepassing van meerdere duurzame warmtetechnieken.. In dit hoofdstuk volgt een generieke toelichting op deze oplossingen. De warmtevraag in Arnhem kan ook op andere manieren duurzaam ingevuld worden: denk aan besparing, HR+(+)-ketels, brandstofcellen et cetera. In deze studie staan echter alleen oplossingen centraal waarvan de toepassing direct afhangt van ruimtelijke criteria. 2.1 Stadsverwarming Stadsverwarming verwijst niet naar een warmtebron, maar is een infrastructureel middel om opgewekte warmte van producent naar afnemer te transporteren. In veel gevallen wordt restwarmte van elektriciteitscentrales gebruikt als warmtebron, maar ook geothermische installaties en afvalverbrandingsinstallaties met restwarmte zijn denkbare bronnen. Via het stadsverwarmingsnet vloeit warm water door een ondergronds leidingnet van de producent naar een verdeelstation in een wijk of op een industrieterrein. Van het verdeelstation wordt de warmte geleverd aan de afnemers. Elke afnemer heeft hiervoor een afleverset, die registreert hoeveel warmte op de locatie wordt afgenomen. Vanaf de afleverset wordt de warmte naar de radiatoren of vloerverwarming gestuurd. Nadat het pand is opgewarmd, stroomt het afgekoelde water terug naar het verdeelstation, waar het opnieuw wordt verwarmd (zie figuur 1).
Figuur 1: Het concept van een stadswarmtenet. De aanwezigheid van een stadsverwarmingsnet verruimt in sterke mate de haalbaarheid voor rendabele exploitatie van duurzame warmteproductie-technieken. Omdat reeds een warmtenet aanwezig is hoeft voor de levering van warmte uit deze bronnen geen transport- en/of distributienet te worden aangelegd. Dit heeft lagere kosten tot gevolg, waardoor een project sneller rendabel is te realiseren. Dit voordeel geldt alleen voor warmtetechnieken waarbij warmte op hoge temperatuur wordt geproduceerd, aangezien de meeste stadswarmtetransportnetten op 70 tot 90 graden Celsius opereren (in de distributienetten is de aanvoertemperatuur doorgaans 70 graden Celsius en de retourtemperatuur 40 graden Celsius). Dit betekent dat de aanwezigheid van een stadsverwarmingsnet voor bijvoorbeeld warmte- en koudeopslag en riothermie geen voordelen biedt, omdat deze technieken werken met relatief lage temperaturen tot 50 graden Celsius. Voor de toepassing van geothermie, de inzet van biomassa en restwarmtebenutting biedt de aanwezigheid van een stadsverwarmingsnet wel kansen. GREENSPREAD
5
2.2 Geothermie Met geothermie wordt de winning van energie bedoeld uit diepe bodemlagen die deel uitmaken van de aardkorst; zie figuur 2. Het water uit deze bodemlagen - die zich doorgaans op enkele kilometers diepte bevinden - is zo warm dat hieraan voldoende warmte kan worden onttrokken om in de bovengrondse vraag naar warmte te voorzien. Het afgekoelde water vloeit vervolgens terug in de bodem via een injectieput. Een geothermische bron kan ook elektriciteit opleveren als het water een temperatuur van ruim boven de 100 graden Celsius heeft; het hete water zorgt dan voor stoom, waarmee een generator kan worden aangedreven die stroom opwekt. Geothermie is een duurzame energiebron, aangezien er geen CO₂ vrijkomt bij het genereren van warmte en/of elektriciteit. De betrouwbaarheid van het warmteaanbod, ongeacht de weersomstandigheden of het seizoen, is een ander groot voordeel van geothermie als duurzameenergie-techniek. Daarnaast heeft geothermie een zeer geringe visuele impact en de techniek levert, op de boormomenten na, ook geen geluidsoverlast op.
Figuur 2: Een geothermische installatie maakt gebruik van warm water uit de diepe ondergrond. 2.3 Warmte- en koudeopslag (WKO) WKO is een duurzame-energietechniek waarbij energie in de bodem wordt opgeslagen, op een diepte tot enkele honderden meters; zie figuur 3. Met deze energie kunnen ruimtes zowel worden verwarmd als gekoeld. Omdat koeling normaal gesproken veel energie kost en de vraag hiernaar almaar toeneemt, onder meer doordat huizen steeds beter worden geïsoleerd, zal voor WKO een voorname rol zijn weggelegd in de transitie naar een duurzame energievoorziening. Er zijn twee WKO-varianten: open en gesloten systemen. In het geval van open systemen worden twee bronnen geboord in een grondwaterlaag. In de regel gebeurt dit op een diepte tussen de twintig en tweehonderd meter, waar de watervoerende zandlagen (aquifers) zich bevinden. In de zomer, als er vraag naar koeling is, wordt grondwater uit een koude bron opgepompt. Met behulp van een warmtewisselaar wordt warmte uit het gebouw opgenomen en het opgewarmde water vloeit terug in de warme bron. In de winter, als er juist een warmtevraag is, verloopt dit proces omgekeerd. Het afgekoelde grondwater wordt in de koude bron geïnfiltreerd. Het bodemwater heeft in eerste instantie een temperatuur van circa 12 graden Celsius. Door het onttrekken en injecteren wordt een temperatuursverschil van ongeveer 6 graden gecreëerd. Gesloten WKO’s kennen hetzelfde seizoensgebonden systeem, maar hierbij is geen rol voor grondwater weggelegd; water met een antivriesmiddel wordt door een buizenstelsel in de bodem gepompt, waarbij koude of warmte aan de bodem wordt onttrokken via een warmtewisselaar. Het
GREENSPREAD
6
energetisch rendement van gesloten systemen, die op hun beurt nog weer horizontale en verticale varianten kennen, is doorgaans lager dan dat van open systemen.
Figuur 3: Het principe van een open WKO-systeem in de zomer (links) en de winter (rechts). De toepassing van open en gesloten WKO-systemen leidt al met al tot een aanzienlijke energiebesparing en vermindering van de CO₂-uitstoot, waarbij een duurzaam antwoord op de vraag naar koeling het “unique selling point” is. WKO is bovendien een marktrijpe, rendabele en op brede schaal toegepaste techniek die reeds aan het begin van de jaren negentig tot wasdom is gekomen. WKO kan niet overal worden toegepast. Dat komt doordat diverse ongewenste gevolgen kunnen optreden, zoals schade aan bodemlagen, veranderingen in grondwaterstromen of de grondwaterstand en wijzigingen in het chemisch evenwicht op een plek. In het geval van gesloten systemen kunnen bovendien milieuvreemde stoffen in de bodem terechtkomen. Om die redenen geldt voor de meeste WKO-systemen in Nederland een vergunningsplicht. De toepassingsmogelijkheden van WKO zijn dus enigszins beperkt. Omdat de vrijkomende temperaturen relatief laag zijn, is de toepassing voorbehouden aan systemen die geen hoge temperaturen vereisen, zoals vloer- en wandverwarming. De meeste woningen hebben echter andere verwarmingssystemen en een beperkte koudevraag. Daarom wordt WKO vooral toegepast in de utiliteitsbouw. Open systemen passen het beste bij grote kantoren, industrieterreinen en de glastuinbouw, terwijl woningbouw kansrijk is vanaf dertig tot vijftig huizen, mits de genoemde koudevraag en systemen voor lagetemperatuurverwarming voorhanden zijn. Gesloten systemen worden in de regel per huis aangelegd, hoewel een collectieve oplossing voor een appartementencomplex of soortgelijke woningclusters ook tot de mogelijkheden behoort. Ook de ondergrondse werkelijkheid is relevant bij het vaststellen van de toepassingsmogelijkheden van WKO: de bodemgeschiktheid, archeologische waarden en de aanwezigheid van grondwaterwingebieden en grondwaterbeschermingsgebieden bepalen of WKO ergens überhaupt een optie is. Ook de locaties van andere WKO-systemen zijn in dat kader relevant, aangezien geclusterde systemen elkaar negatief kunnen beïnvloeden. Ten slotte kan specifiek gemeentelijk beleid van invloed zijn op de haalbaarheid van WKO-toepassingen. Zo dient in Arnhem rekening te worden gehouden met beïnvloedingsgebieden van beken (zie paragraaf 4.3).
GREENSPREAD
7
2.4 Riothermie Riothermie is een techniek waarmee warmte uit de riolering kan worden teruggewonnen. Het warme water van bad, douche, wasmachine et cetera wordt op het riool geloosd en kan dienen als bron van warmte. Om de warmte uit het riool te winnen wordt een warmtewisselaar in de riolering geplaatst; zie figuur 4. De gemiddelde temperatuur in het riool schommelt tussen de 10 en 25 graden Celsius. Om de temperatuur naar een hoger niveau te brengen dat gebruikt kan worden voor verwarming wordt een warmtepomp ingezet. Riothermie is zeer geschikt om gecombineerd te worden met andere warmtetechnieken zoals warmte-en-koude-opslag. Riothermie en warmte-en-koude-opslag vullen elkaar uitstekend aan doordat energie die in de zomer middels riothermie wordt gewonnen kan worden opgeslagen in de bodem voor gebruik in de winter.
Figuur 4: Doorsnede van een rioolbuis met mogelijkheid om warmte terug te winnen. Riothermie kan vanzelfsprekend alleen worden toegepast op locaties waar een riool aanwezig is. Dit betekent dat toepassing van riothermie met name in stedelijke gebieden mogelijkheden biedt. Voor riothermie geldt: hoe groter de diameter en het debiet, des te meer kansen er liggen op de ontwikkeling van een rendabel riothermiesysteem. Riothermie is daarom het meest kansrijk in situaties waar relatief veel warm water op het riool wordt geloosd, zoals bij woningen, zorginstellingen of horeca. 2.5 Biomassa Warmteproductie is tevens mogelijk door de verbranding, vergisting of vergassing van biologisch afbreekbare producten uit de natuur: biomassa. Uit tabel 1 is te lezen welke biomassastromen kunnen worden ingezet voor warmtegeneratie. Niet zelden komen bij conversie van biomassa in energie restproducten vrij die ook nuttig kunnen worden toegepast (zoals digestaten). Hoofdgroep
Subcategorie
Indeling
1. Houtige
1.1 Vers resthout
1. Vers resthout 2. Energieteelt 3. Schoon resthout uit industrie 4. Gescheiden ingezameld hout, A-kwaliteit 5. Gescheiden ingezameld hout, B-kwaliteit 6. Gescheiden ingezameld hout, C-kwaliteit
stromen
GREENSPREAD
1.2 Houtverwerkende industrie 1.3 Gebruikt hout
8
2. Niet-houtige stromen
2.1 Graangewassen 2.2 Grassen
2.3 Oliezaden
3. Overige
3.1 Voeding/genotmiddelenindustrie 3.2 Keukens 3.3 Groente-, fruit- en tuinafval 3.4 Afval 3.5 Oud papier en karton 3.6 Textiel 3.7 Shredderafval 3.8 Reinigingsdienstenafval 3.9 Mest 3.10 Slib RWZI
4. Recovered fuels
7. Granen 8. Stro van granen 9. Bermgras 10. Hooi van gras 11. Hennep, vlas 12. Energieteelt 13. Olie 14. Stro 15. Schillen en schroot 16. VGI-bijproducten (frituurvet, vetzuren, diermeel etc.) 17. Swill 18. GFT 19. Afval 20. Oud papier en karton 21. Textiel 22. Shredder-afval 23. Reinigingsdienstenafval 24. Kippenmest 25. Runder- en varkensmest 26. Slib RWZI 27. Composteeroverloop 28. Afgescheiden houtafval uit bouw- en sloopafval 29. Papierslib 30. Papier / plastic pellets
Tabel 1: Diverse biomassastromen. Biomassa heeft het voordeel dat het aanbod oneindig is, terwijl geen extra CO₂ wordt uitgestoten bij de conversie ervan. Het woord “extra” verwijst naar het feit dat planten en bomen tijdens hun leven CO₂ opnemen; bij het verbranden, vergisten of vergassen ervan komt weliswaar CO₂ vrij, maar nooit meer dan de hoeveelheid die in de atmosfeer terecht zou komen wanneer de bomen of planten op natuurlijke wijze zouden vergaan. Biomassa onderscheidt zich van andere warmtebronnen door de mobiliteit ervan. De biomassastromen uit tabel 1 kunnen over de weg, op het water of anderszins worden vervoerd naar een geschikte plek voor de conversie in energie en warmte, zonder direct aan kwaliteit in te boeten. Verkeersstromen moeten evenwel zoveel mogelijk worden beperkt om de duurzaamheid van de gang van zaken te verzekeren. Het benutten van biomassa als warmtebron is mogelijk als er voldoende aanbod van hoge kwaliteit voorhanden is, maar kan ook nadelen hebben: geur- en geluidsoverlast zijn bekende voorbeelden die de toepassing ervan in bewoonde gebieden kunnen verhinderen. Daarnaast is het zo dat de kosten en het rendement van de conversietechnieken, die nog sterk in ontwikkeling zijn, vaak (nog) in de weg staan van rendabele vergistings-, vergassings- of verbrandingsinstallaties. Biomassateelt op agrarische gronden (bijvoorbeeld: de teelt van vezelhennep, vlas, koolzaad, wilgen of miscanthus) voorziet ten slotte in een directe en meer hoogwaardige toepassing van de organische stof. Deze typen biomassa kunnen fungeren als grondstof voor bouwmaterialen of in andere industrieën. Dit is onder meer mogelijk op locaties die de gemeente heeft aangekocht, maar waar voorziene ontwikkelingen qua woningbouw of bedrijvigheid uitblijven.
GREENSPREAD
9
2.6 Restwarmtebenutting Restwarmtebenutting is een andere energietechniek die stoelt op het inzicht dat afval positieve waarde kan hebben. Restwarmte is de warmte die vrijkomt of geloosd wordt op het moment dat die warmte voor de producent ervan geen waarde meer heeft. Deze warmte kan worden benut voor de verwarming van de eigen of nabijgelegen ruimtes. In de regel verzorgen afvalverwerkingsinstallaties, elektriciteitscentrales en industrieën het aanbod van restwarmte. Bij het benutten van restwarmte moeten vraag en aanbod vanzelfsprekend met elkaar worden verenigd. In de praktijk is sowieso een warmtedistributienet nodig voor het transport van de warmte. In Arnhem is dit distributienet voorhanden tussen Presikhaaf en Schuytgraaf. In 2014 wordt een aantakking op de afvalverwerker in Duiven (als bron in plaats van de gasgestookte centrale bij Kleefse Waard) gerealiseerd. De geografische nabijheid van de bron en de gebruiker van de warmte is gezien warmteverliezen een zeer relevant criterium: het duiden van kansen voor restwarmte is dus in de kern een ruimtelijk vraagstuk. De betrouwbaarheid van het warmteaanbod is evenzeer van belang voor restwarmtebenutting: bij gebrek aan een voorspelbaar, regelmatig en tot in lengte van jaren aanwezig aanbod van warmte is een rendabele business case op het gebied van restwarmte niet realistisch. Drie mogelijke toepassingen zijn levering binnen de eigen bedrijfsvoering, levering aan een ander bedrijf of aan de gebouwde (woon)omgeving. 2.7 Overzichtstabel Op basis van de in dit hoofdstuk geboden inzichten in de diverse warmtetechnieken kan een overzichtstabel worden gemaakt waarin de belangrijkste ruimtelijke indicatoren die de toepassing van de diverse technieken beïnvloeden, op een rij staan. Stadswarmte is in dit overzicht, als infrastructurele oplossing, buiten beschouwing gelaten. Warmtetechniek Geothermie
WKO
Riothermie
Biomassa Restwarmte
Ruimtelijke indicatoren/randvoorwaarden
Geologische condities (lithologie, porositeit/permeabiliteit aquifers) Aanwezigheid zoutwinning, gasvelden, boringsvrije zones Interferentie met andere boorputten Aanwezigheid warmtevraag van voldoende omvang met hoge-temperatuur-afgiftesystemen Aanwezigheid compacte warmtevraag (stedelijke zones, glastuinbouw) en distributienet Aanwezigheid afnemers met warmte- en koudebehoefte Aanwezigheid afgiftesystemen voor lage-temperatuur-verwarming (of planning tot realisatie hiervan) Interferentie met andere systemen Bodemgesteldheid (o.a. grondwaterbeschermingsgebieden, verbodszone diepe boringen) Aanwezigheid riolering/gemaal Omvang debiet en diameter riolering Aanwezigheid afgiftesystemen voor lage-temperatuur-verwarming (of planning tot realisatie hiervan) Nabijheid bronnen warmwaterlozing Aanwezigheid voldoende (hoogwaardig) aanbod van biomassa Toevoermogelijkheden biomassa (bereikbaarheid) Aanwezigheid distributienet en beschikbaarheid afnemers in de nabijheid Vergunningsmogelijkheden ter plekke conversie (i.v.m. geluid/geur) Aanwezigheid en betrouwbaarheid bron (korte en lange termijn) Kwaliteit aanbod warmte (hoeveelheid en temperatuurniveau) Aanwezigheid distributienet voor koppeling met afnemers Beschikbaarheid afnemers met afgifte systemen van gelijk temperatuurniveau in de nabijheid
Tabel 2: Overzichtstabel van de ruimtelijke indicatoren per warmtetechniek.
GREENSPREAD
10
3 De lokale warmtebehoefte in Arnhem 3.1 Gekwantificeerde behoefte In Arnhem voorzien warmtevragers in hun behoefte via een aansluiting op het stadswarmtenet of het landelijke gasnet. Incidenteel worden ruimtes op andere wijze verwarmd, bijvoorbeeld via WKO’s of hout(pellet)kachels. De warmtevraag is afkomstig van huishoudens en bedrijven/ organisaties. Uit figuur 5 blijkt hoe de jaarlijkse gasvraag is verdeeld over zakelijke en nietzakelijke partijen qua gas en hoeveel GJ warmte via het stadswarmtenet bij eindverbruikers wordt afgezet. In totaal blijkt de jaarlijkse warmtebehoefte in de gemeente ruim 5,3 miljoen GJ te zijn. Het overgrote merendeel (94%) van alle GJ’s voor warmtelevering wordt via het gasleidingnet ter beschikking van de afnemers gesteld; in de praktijk gaat dit om ruim 158 miljoen m³ gas (situatie 2013). De zakelijke warmtevraag blijkt significant groter dan die van particuliere huishoudens. 6.000.000 5.000.000
GJ/jr
4.000.000
Via stadswarmte (2013)
3.000.000
Zakelijk gas (2013)
2.000.000
Particulier gas (2013)
1.000.000 0
Figuur 5: De verdeling van de warmtevraag over zakelijke en particuliere afnemers met een gasaansluiting en afnemers van stadswarmte. 3.2 Ruimtelijke spreiding van de warmtebehoefte Met het oog op de doelstelling van de warmtepotentiekaart is (naast een verdeling per doelgroep of soort warmte) de ruimtelijke spreiding van de warmtevraag over de gemeente interessant, om straks in hoofdstuk 4 een realistische koppeling te kunnen maken tussen het potentiële aanbod van duurzame warmte en de vraag. De actuele ruimtelijke verdeling van de vraag blijkt uit de figuren 6 (op buurtniveau) en 7 (op postcode-5-niveau) op de volgende pagina’s. Het gaat hier om de netto gasvraag en niet om de afgezette stadswarmte. In de figuren zijn ook de locaties van het huidige stadswarmtenet en de uitbreidingsopties hiervan weergegeven (bron: Grontmij, 2014, Duurzame warmte voor Arnhem). Te zien is dat de gasvraag redelijk uniform verdeeld is over het grondgebied van de gemeente, hoewel er logischerwijs enkele uitschieters zijn. De gasvraag op postcode-6-niveau is vanwege privacy slechts voor een beperkt aantal gebieden beschikbaar; om die reden wordt de postcode-5verdeling in het vervolg van deze rapportage als leidend aangehouden. GREENSPREAD
11
Figuur 6: De actuele ruimtelijke verdeling van de gasvraag in Arnhem op buurtniveau.
GREENSPREAD
12
Figuur 7: De ruimtelijke verdeling van de gasvraag in Arnhem op postcode-5-niveau.
GREENSPREAD
13
GJ/jr op basis van gasvraag
Globaler gezien kan de spreiding van de warmtebehoefte worden weergegeven per wijk; waarvan er in Arnhem 24 worden onderscheiden; zie figuur 8. Te zien is dat de warmtevraag met name in de wijken “Malburgen Oost (Zuid)”, “Schaarsbergen en omgeving” en “Velperweg en omgeving” groot is, absoluut gezien. Relatief gezien blijkt echter, kijkend naar de particuliere gasbehoefte per vierkante meter woonoppervlak, dat wijken als Geitenkamp, Klarendal en Arnhemse Broek een hoge warmtevraag kennen (zie figuur 10). De hoge warmtebehoefte per vierkante meter woonoppervlak kan duiden op een, wederom relatief gesproken, grote energiebesparingspotentie in de woningen, bijvoorbeeld via wand-, vloer-, of dakisolatie en/of dubbele beglazing. 500.000 450.000 400.000 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0
MJ/m² woonoppervlak
Figuur 8: De spreiding van de warmtebehoefte (excl. stadswarmte) per wijk. 400 350 300 250 200 150 100 50 0
Figuur 9: De warmtebehoefte (excl. stadswarmte) per vierkante meter woonoppervlak per wijk.
GREENSPREAD
14
3.3 Reeds ingepaste duurzame oplossingen Voordat in hoofdstuk 4 de ruimtelijke spreiding van kansen voor duurzame warmtetechnieken wordt beargumenteerd, kan al worden aangegeven dat de vraag naar warmte in Arnhem reeds ten dele duurzaam wordt ingevuld, vooral doordat het stadswarmtenet wordt gevoed met restwarmte van de warmtekrachtkoppeling op industrieterrein Kleefse Waard. Op 1 januari 2015 wordt een aantakking van het net op de AVR in buurgemeente Duiven in gebruik genomen, wat betekent dat vanaf die datum de warmte die vrijkomt bij het verbranden van het afval benut wordt om in de Arnhemse warmtevraag te voorzien. Verder geldt dat via meerdere WKO-installaties (bekend zijn 13 vergunde open systemen verspreid over de gemeente), zonthermische systemen en anderszins reeds werk wordt gemaakt van een duurzame warmtevoorziening in de gemeente Arnhem. 3.4 De warmtewet: bescherming van consumenten De context van Arnhem is heel anders dan die van steden zonder warmtenet. Immers: veel afnemers van warmte hebben geen keuzevrijheid als het gaat om de leverancier; zij zijn volledig afhankelijk en gebonden aan de partij die de warmte levert en het net beheert. Naar aanleiding van deze monopoliepositie van warmteleveranciers is een Warmtewet opgesteld. De Warmtewet biedt bescherming aan consumenten en bedrijven die gebonden zijn aan een lokaal warmtenet. Deze bescherming is om twee redenen nodig:
Warmte is een basisbehoefte. Een gebruiker moet erop kunnen vertrouwen dat warmte daadwerkelijk geleverd wordt, net als bij elektriciteit, water en gas. Afnemers van warmte zijn gebonden aan hun leverancier en kunnen niet overstappen naar een andere warmteleverancier, waardoor zij volledig afhankelijk zijn.
De Warmtewet moet er ook voor zorgen dat consumenten en kleinzakelijke afnemers niet meer betalen voor hun warmte dan wanneer zij hun ruimte met een individuele gasgestookte ketel zouden verwarmen. Dit heet het ‘Niet-Meer-Dan-Anders-principe’ (NMDA) en werd voor de inwerkingtreding van de Warmtewet al door de meeste warmteleveranciers gehanteerd. De formule om het ‘NMDA-tarief’ te berekenen, werd jaarlijks vastgesteld door brancheorganisatie EnergieNed. Afnemers van een warmtenet zijn vaak van mening dat zij meer betalen dan wanneer zij een CV-ketel zouden hebben. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de kosten voor het onderhoud aan en vervangen van de CV-ketel doorberekend zijn in het vastrecht voor Warmte. Wat wél nieuw is sinds de komst van de Warmtewet, is dat de Autoriteit Consument & Markt (ACM) elk jaar vóór 1 januari de tarieven vaststelt; meestal in december. Voorheen werd dus alleen de formule vastgesteld door EnergieNed, maar nu stelt de ACM de (maximum)tarieven vast. Warmteleveranciers dienen zich vanzelfsprekend te houden aan de maximale tarieven. Zij mogen wel een lagere prijs hanteren. Alle partijen die warmte leveren aan consumenten en kleinzakelijke verbruikers hebben zich per 1 januari 2014 moeten melden bij de ACM. Zij moeten onder meer aangeven wat de hoeveel energie is die zij leveren en aan hoeveel verbruikers zij die energie wordt geleverd. Daarnaast moet de leverancier uiteraard informatie verstrekken over het warmtenet zelf en de eigen organisatie.
GREENSPREAD
15
4 De inpassing van duurzame oplossingen In hoofdstuk 2 zijn de ruimtelijke criteria benoemd die de toepassingsmogelijkheden van warmtetechnieken beïnvloeden. Hoofdstuk 3 heeft inzicht geboden in de ruimtelijke verdeling van de warmtebehoefte in Arnhem. De kennis die deze hoofdstukken heeft opgeleverd, wordt nu benut voor het maken van de ruimtelijke afweging per techniek: wat kan waar in Arnhem als het gaat om riothermie, WKO, geothermie, biomassa en restwarmtebenutting en hoe kan de warmte worden getransporteerd van de bron naar de afnemers? Het technische potentieel vormt het vertrekpunt van de analyses, maar al snel wordt de vertaalslag gemaakt naar de economische, juridische en organisatorische haalbaarheid van warmteproductie, -distributie en -afname. 4.1 Stadsverwarming Stadsverwarming verzorgt de distributie van warmte van bron naar afnemers en is dus geen techniek voor de productie van warmte. De aanwezigheid van een stadsverwarmingsnet kan, zoals aangegeven in hoofdstuk 2, zeer waardevol zijn in het verbinden van vraag en aanbod van warmte. Op dit moment wordt de warmte voor het stadsverwarmingsnet geproduceerd in de WKC (warmtekrachtcentrale) Kleefse Waard en de HWC (hulpwarmtekrachtcentrale) Schuytgraaf. Laatstgenoemde centrale wordt op biodiesel gestookt. In 2015 is een koppeling op het warmtenet van Duiven en Westervoort gerealiseerd. Daarna zal de warmte worden geproduceerd door de AVR in Duiven, waar afval wordt verbrand. Er is dan voldoende warmte beschikbaar om méér afnemers via de infrastructuur van het stadsverwarmingsnet te bedienen. De “potentie” van stadsverwaming wordt dan ook met name gedefinieerd door uitbreidingsopties van het net te duiden; zie tabel 3 en de figuren 8 en 9 op de volgende pagina’s. Overigens is het uiteindelijk de bedoeling een aantakking op het stadswarmtenet uit Nijmegen te realiseren. Locatie Reeds aangesloten Kosteneffectief aan te sluiten door Nuon Uitbreiding rond bestaand net Schuytgraaf In onderzoek of in ontwikkeling (Her)ontwikkelingen (Fluvium/Groot Rijnwijk, Rijnboog, Presikhaaf oost) Aftakking Arnhem-Noord Rijnstate, Burgers Zoo, NOM IJsseloord II IJsseloord I/Middachtensingel Richting Velp Velperweg Stationsgebied Verdere mogelijkheden Arnhem Noord Aftakking Arnhem-Zuid Groningensingel/Vredenburg De Laar/Bergerden Totaal
Woningequivalenten 8.537
Warmtelevering (GJ) 298.161
1.530 3.000
49.000 60.000
1.000
25.000
2.755 1.242 864 820 2.613 838 274
125.550 56.584 35.728 37.351 119.110 38.174 12.478
2.407 6.858 32.738
92.607 312.579 1.262.322
Tabel 3: Uitbreidingsopties van het warmtenet (Bron: Grontmij, 2014).
GREENSPREAD
16
Tabel 3 laat zien dat via de uitbreidingsopties van het stadsverwarmingstracé nog eens het drievoudige aantal GJ´s afgezet zou kunnen worden, ten opzichte van de huidige warmtelevering via het stadsverwarmingsnet. Figuur 10 geeft weer hoe de potentiële aftakkingen van het huidige tracé kunnen lopen. Figuur 11 laat evenwel zien dat zelfs bij maximale benutting van alle uitbreidingsopties nog een significante behoefte aan duurzaam warmteopwekvermogen resteert. De stadswarmte die in de zomerperiode onbenut blijft, wanneer er geen warmtevraag is, kan overigens nuttig worden benut door de stadswarmte bij de afnemers om te zetten in koeling, via via absorptiekoeling-units. Ook op die wijze kan stadsverwarming bijdragen aan verduurzaming. Absorptiekoelmachines zijn geheel (H)CFK- of HFK-vrij, waardoor ze niet onder de Regeling lekdichtheid koelinstallaties (RLK) vallen.
Figuur 10: Uitbreidingsopties van het stadswarmtetracé.
GREENSPREAD
17
6.000.000 5.000.000
GJ/jr
4.000.000 3.000.000 2.000.000
Warmtevraag in GJ Potentie levering via stadswarmtenet
1.000.000 0
Figuur 11: De potentie van het stadswarmtenet in Arnhem ten opzichte van de warmtevraag. 4.2 Geothermie Om vast te stellen wat in Arnhem de potentie van geothermie is, dient zowel de onder- als bovengrondse werkelijkheid bestudeerd te worden, zoals in hoofdstuk 2 reeds naar voren kwam. Ondergrond De temperatuur van het grondwater op een diepte van 2.000 meter is in Arnhem circa 85 tot 90 °C. De in theorie geschikte watervoerende laag waarover informatie bekend is (uit de geologiosche formatie Rotliegend), bevindt zich in Arnhem op een diepte van tussen de 1.000 (zuidzijde) en 2.600 meter (noordzijde). Dit impliceert dat het water uit de Rotliegend-formatie in het zuiden van de gemeente aanmerkelijk kouder is dan 85-90 °C en in het uiterste noorden de genoemde temperatuur enigszins ontstijgt. De Rotliegend-formatie in het noorden van de gemeente ligt niet alleen dieper, maar is hier ook dikker, en biedt dus ook vanuit dit perspectief betere aanknopingspunten dan iedere andere plek in de gemeente Arnhem. Figuur 12 geeft dit weer.
Figuur 12: De Rotliegend-laag ligt in het noordoosten van Arnhem het diepst en is hier het dikst.
GREENSPREAD
18
Bovengrond Een business case op het gebied van geothermie is kansrijk op het moment dat bovengronds sprake is van een grote, geclusterde warmtevraag waar de koppeling te maken is met hogetemperatuur-warmteafgiftesystemen (HTV, zoals radiatoren) via het stadswarmtenet. De bestaande bouw tot en met de jaren negentig zou op basis van dit criterium in aanmerking komen, in tegenstelling tot de nieuwbouw of ontwikkellocaties, waar in de regel van energieefficiëntere lage-temperatuur-warmteafgiftesystemen gebruik wordt gemaakt. De locatie van hoogbouw (ten minste tien etages of een hoogte van meer dan 35 meter) en panden in corporatiebezit is tevens relevant, respectievelijk voor het vinden van een geclusterde warmtevraag en de eenvoud om de noodzakelijke warmteafgifte te kunnen contracteren. Belangrijk is ten slotte de locatie van het huidige warmtenet, evenals de onderzochte uitbreidingsopties. De genoemde variabelen zijn voor zover mogelijk in figuur 13 opgenomen.
Figuur 13: Bovengrondse aanknopingspunten voor het gebruik van geothermische warmte.
GREENSPREAD
19
In Arnhem blijkt dat het merendeel van de hoogbouw (39 panden, met 2.317 adressen) zich langs het huidige of mogelijk toekomstige stadswarmtetracé bevindt. De hoogbouw in Immerlo II en ’t Duifje vormt de uitzondering. Dit geldt tevens voor de meeste corporatiewoningen, met uitzondering van die in Geitenkamp en Monnikenhuizen. Matching ondergrond en bovengrond Op basis van de onder- en bovengrondse realiteit kan de ruimtelijke verdeling van kansen voor geothermie worden geduid. De moraal is: de ondergrond is niet of nauwelijks geschikt, terwijl het bovengrondse energievraagprofiel ook niet overal kansen biedt. Geothermie en Arnhem vormen daardoor geen goede combinatie, ook gezien de grote (financiële) risico’s. Een doublet (twee boringen, waarbij via het ene boorgat warm water wordt opgepompt en via het andere boorgat afgekoeld water wordt teruggevoerd) realiseren in het noordoosten van de gemeente lijkt de enige optie die nader onderzoek waard is, in combinatie met warmteafzet in Geitenkamp/ Monnikenhuizen en bij enkele grote warmtevragers in de omgeving, zoals Rijnstate en Burgers’ Zoo. Aan kosten voor (uitbreiding van) het warmtenet kan in dat geval niet worden ontkomen. WIJKNAAM
TEMPERATUUR BRON BIJ DOUBLET (OP BASIS VAN DIEPTE ROTLIEGEND)
DIKTE ROTLIEGENDFORMATIE VOOR BRON DOUBLET
WARMTEVRAAG
CONNECTIE BESTAAND WARMTENET OF MOGELIJKE UITBREIDING
Alteveer en Cranevelt
-
+/-
+
+
Arnhemse Broek
--
-
++
Burgemeesterswijk en Hoogkamp
-
-
+
Centrum
--
-
De Laar
--
--
Elden
-
Elderveld
AANTAL WONINGEN IN CORPORATIEBEZIT
HTV
+
++
+
+
++
-
--
++
++
+
+/-
+
+
+
+
++
-
--
+/-
-
++
-
-
+/-
+/-
++
++
+/-
-
--
+
++
++
Heijenoord en Lombok
-
-
-
+
+/-
++
Klarendal
-
-
+/-
+
++
++
Klingelbeek
-
-
-
+
--
-
Malburgen Oost (Noord)
--
-
-
+/-
++
++
Malburgen Oost (Zuid)
--
-
++
+/-
++
++
Malburgen West
-
-
--
+/-
+
+/-
Monnikenhuizen
+/-
-
-
+
+/-
++
Presikhaaf Oost
+/-
-
+/-
+
++
++
Presikhaaf West
-
-
+/-
+
++
++
Rijkerswoerd
--
--
+
+/-
+
++
Schaarsbergen en omgeving
+
+/-
++
-
--
++
+/-
-
--
+
--
+/-
Sint Marten en Sonsbeek-Zuid
-
-
-
+
+
++
Spijkerkwartier
-
-
+/-
+
+
++
Velperweg en omgeving
+/-
-
++
+
--
++
Vredenburg en Kronenburg
--
--
+
+
+
++
Geitenkamp
Schuytgraaf
Tabel 4: Aanknopingspunten voor een geothermische warmtevoorziening per wijk. Uit figuur 14, de geothermiepotentiekaart, blijkt de ruimtelijke verdeling van (on)mogelijkheden.
GREENSPREAD
20
Figuur 14: De geothermiepotentiekaart van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
21
4.3 WKO Om de potentie van WKO in Arnhem te bepalen, is eveneens een analyse van de ondergrondse én bovengrondse realiteit noodzakelijk. Immers: in de ondergrond moet de opslag van energie technisch mogelijk zijn, terwijl bovengronds zowel een koude- als warmtevraag moet bestaan. Ook de aanwezigheid van lage-temperatuur-verwarmingssystemen (vloer- en muurverwarming) is nodig, om de afgifte van de laagwaardige warmte mogelijk te maken. In deze paragraaf worden in dat kader de toepassingskansen van WKO geduid. Uit hoofdstuk 2 is reeds gebleken dat WKO met name in de utiliteit, in de gezondheidszorg en op ontwikkel- of herstuctureringslocaties met een koudevraag een rendabele duurzame uitkomst kan betekenen. Ondergrond In Arnhem bestaan drie ondergrondse watervoerende lagen/pakketten waarin open WKObronnen gerealiseerd kunnen worden. De eerste laag bevindt zich op een diepte van 0-35 meter, de tweede op een diepte van 45-95 meter en de derde op een diepte van 130-160 meter. Uit figuur 15 blijkt de ruimtelijke verdeling van de geschiktheid van deze watervoerende pakketten voor WKO-toepassing, los van enige andere mogelijke belemmeringen.
Figuur 15: De geothermiepotentiekaart van de gemeente Arnhem. In Arnhem is sprake van een aantal inperkingen met betrekking tot de ondergrondse toepasbaarheid van WKO. In de eerste plaats gaat het om de grondwaterbeschermingsgebieden in de gemeente, waarin zich de grondwaterwingebieden bevinden. Het gaat om een zone rondom Vredenburg en Kronenburg (1) en een zone in Schaarsbergen en omgeving (2). De tweede factor die de (ondergrondse) haalbaarheid van WKO beïnvloedt, betreft de aanwezigheid van leemlagen. De gemeente is voornemens boringen door deze leemlagen uit te sluiten om te voorkomen dat beken (uiteindelijk) droogvallen door gebrek aan grondwatertoevoer. In Arnhem betekent dit dat er geen WKO-kansen bestaan in twee gebieden: een zone rond Klingelbeek, Schaarsbergen en omgeving en de Burgemeesterswijk/Hoogkamp (1) en een zone rond Monnikenhuizen/Geitenkamp/Velperweg en omgeving (2). De boringsvrije zone in de gemeente geldt ten slotte een melding- of ontheffingsplicht voor het realiseren van een WKO-systeem. Het gaat hier concreet om een strook van slechts 2,8 hectare in het uiterste zuidwesten van de gemeente en de wijk Schuytgraaf.
GREENSPREAD
22
Figuur 16 laat op basis van het voorgaande zien wat de ondergrondse (on)mogelijkheden zijn voor de toepassing van WKO in de gemeente Arnhem.
Figuur 16: De ruimtelijke verdeling van ondergrondse (on)mogelijkheden voor WKO in Arnhem.
GREENSPREAD
23
Bovengrond Net als voor geothermie geldt dat naast de ondergrondse realiteit ook de bovengrondse werkelijkheid van invloed is op de kansen voor WKO in Arnhem. Uit hoofdstuk 2 is gebleken dat WKO kansrijk is op plekken waar lage-temperatuur-warmteafgiftesystemen aanwezig zijn, of mogelijk via een herstructureringsopgave of ontwikkeling gerealiseerd kunnen worden. Daarnaast is het van belang dat een significante koudevraag aanwezig is op de locaties in kwestie, ten behoeve van de balancering van de warme en koude bron. In de praktijk passen om die reden met name panden met een gezondheidszorg- of utiliteitsfunctie bij WKO als techniek. Ten slotte is de aanwezigheid van bestaande WKO’s van belang, om te voorkomen dat nabijgelegen bronnen elkaar negatief beïnvloeden. In figuur 17 zijn op basis hiervan bovengrondse WKO-kansen in Arnhem af te leiden.
Figuur 17: De ruimtelijke verdeling van bovengrondse kansen voor WKO in Arnhem. GREENSPREAD
24
Matching ondergrond en bovengrond Op basis van de onder- en bovengrondse werkelijkheid kan de kansrijkheid van WKO in Arnhem in kaart worden gebracht. Verspreid over de gemeente blijken veel kansen voor WKO te liggen. De ondergrondse situatie verhindert op sommige plekken de toepassing van WKO, maar desondanks resteren veel mogelijkheden om via WKO werk te maken van een duurzame energiehuishouding in Arnhem. Op plekken waar naast een warmte- ook een koudebehoefte is en lage-temperatuurverwarmingssystemen voorhanden zijn of gerealiseerd kunnen worden, kan WKO zich bewijzen als een technisch bewezen, marktrijpe en voor de exploitatie gunstige duurzame oplossing.
Figuur 18: De WKO-potentiekaart van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
25
4.4 Riothermie Het gebruik van riothermie is vanzelfsprekend alleen mogelijk in de omgeving van riolen, zoals reeds uit hoofdstuk 2 is gebleken. De temperatuur van het rioolwater bedraagt circa 10 tot 25 graden, wat met een warmtepomp kan worden opgewaardeerd naar circa 40 graden. Daarmee past riothermie voornamelijk bij lage-temperatuur-verwarmingssystemem, wat weer betekent dat toepassing van riothermie voornamelijk bij nieuwbouw- of (grootschalige) renovatieprojecten kan worden ingezet. In deze paragraaf worden toepassingskansen van riothermie in kaart gebracht. Aanbodzijde Het belangrijkste criterium voor de geschiktheid van een riool voor de toepassing van riothermie is de hoeveelheid rioolwater die door de leiding stroomt. Hoe groter de stroom, hoe efficiënter de exploitatie plaats kan vinden. Grote waterstromen gaan doorgaans door een riool met een grote diameter. In de meeste gevallen is een afmeting van minimaal 800x800 milimeter nodig om riothermie efficiënt te kunnen toepassen. Vanuit het rioolbeheer van de gemeente Arnhem ligt de focus op geïntegreerde wisselaars, waarbij de warmtetransportleidingen in de wand van de rioolbuis zijn verwerkt. Een systeem waarbij een warmtewisselaar aan de binnenzijde van een bestaande rioolbuis wordt geplaatst, heeft niet de voorkeur. Dit betekent dat toepassing van riothermie voornamelijk interessant is als bestaande rioolbuizen worden vervangen, omdat daarmee de kosten worden gedrukt. De grootste kansen voor toepassing van riothermie liggen daarom op locaties waar de riolering de aankomende jaren vervangen gaan worden. Het gemeentelijk rioleringsplan (GRP) geeft inzicht in de locaties waar het riool binnen 5 jaar en waar het riool binnen 10 jaar zal worden vervangen. In verband met het minimaliseren van warmteverliezen in het transport van de warmte dient de afzet van warmte binnen circa 200 meter plaats te vinden van het riool. Op basis van het voorgaande kan de ondergrondse potentie van riothermie in Arnhem worden weergegeven; zie figuur 19. Te zien is dat een aantal rioolstrengen de benodigde randvoorwaarde qua afmetingen bezit en dat meerdere strengen uit deze categorie voor 2023 worden vervangen. In totaal geldt, anno 2014, voor vijftien strengen dat de afmeting minimaal 800x800 milimeter bedraagt én dat de vervanging voor 2023 gepland staat. Het gaat met name om locaties nabij het centrum van Arnhem. Het is in aanvulling hierop mogelijk riothermie toe te passen bij persleidingen. Daarvoor zijn in eerste instantie zeven mogelijkheden geïdentificeerd; drie in Arnhem-Noord en vier in ArnhemZuid 4. Hierbij geldt wel dat het grootste gemaal en de bijbehorende persleiding niet van de gemeente Arnhem is, maar van het waterschap Rijn en IJssel. Het spreekt voor zich dat die partij betrokken zal moeten worden bij het nader onderzoeken van een riothermieproject ter plaatse.
GREENSPREAD
26
Figuur 19: De ondergrondse kansen voor toepassing van riothermie in Arnhem.
GREENSPREAD
27
Bovengrondse potentie Kansen voor riothermie bevinden zich op locaties waar lage-temperatuur-verwarmingssystemen (LTV) (kunnen) worden toegepast. Dat betekent dat de toepassing van riothermie de meeste kans van slagen heeft op nieuwbouwlocaties en bij grootschalige renovatie. Figuur 20 geeft de nieuwbouw- en renovatielocaties binnen de gemeente Arnhem weer.
Figuur 20: De bovengrondse kansen voor toepassing van riothermie in Arnhem.
GREENSPREAD
28
Matching ondergrond en bovengrond Door de kaartbeelden van de onder- en bovengrondse potentie te combineren, ontstaat de riothermiepotentiekaart van de gemeente Arnhem; zie figuur 21.
Figuur 21: De riothermiepotentiekaart van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
29
4.5 Biomassa Arnhem lijkt als stedelijke gemeente op voorhand niet over grote toepassingsmogelijkheden van biomassa als warmtebron te beschikken. Een stad als Arnhem produceert echter ook aanzienlijke hoeveelheden afval, waarvan een deel bestaat uit biomassa. In dit hoofdstuk wordt de potentie ruimtelijk en kwantitatief geduid. Bij het bepalen van de potentie van biomassa is het onderscheid tussen de diverse biomassastromen van belang. De verschillende stromen zijn in hoofdstuk 2 benoemd en worden hieronder nader geanalyseerd. Aanbod Niet alle van de in paragraaf 2.5 onderscheiden biomassastromen zijn relevant bij het vaststellen van de lokale potentie van biomassa voor warmte-opwekking. Soms komt dit doordat de stroom beter gerecycled kan worden (zoals oud papier en karton), of doordat een marktrijpe conversietechniek voor warmte-doeleinden ontbreekt (oliën). In tabel 5 staat het aanbod van de relevante biomassastromen weergegeven, inclusief de potentie ervan. Biomassastroom
Hoeveelheid
Energieinhoud per ton1 9,0 GJ
Potentie
Huidige bestemming
1. Houtige stromen uit bos
2.548 ton2 (praktisch potentieel)
22,9 TJ
Toepassing in bedrijvigheid.
2. Bouw- en sloophout (cat. A+B)
13.330 ton
13,3 GJ
177,3 TJ
3. Berm- en slootmaaisel
5.227 ton3
6,3 GJ
32,9 TJ
4. GFT-afval
8.807 ton4
7,2 GJ
63,4 TJ
Toepassing in bedrijvigheid, SITA zamelt in, looptijd circa 5 jaar Compostering, biobrandstof Bruins en Kwast, Duiven (tot eind 2014) Vergisting en compostering bij Attero Wilp (vanaf 2015)
5. (Dunne) mest 6. Restafval
34.000 ton5
0,4 GJ
13,6 TJ
74.856 ton6 (waarvan 48% duurzaam)
15,4 J
553,3 TJ
7. Rioolslib
17.000 ton7
4,0 GJ
68,0 TJ
8. Energieteelt
Onbekend
-
-
Verbranding/ opslag bij verwerker (niet in Duiven)
-
Conversietechniek voor warmte Verbranding voor directe warmtebenutting Verbranding voor directe warmtebenutting
Rendement
Opbrengst
90%
20,64 TJ
90%
159,56 TJ
Vergisting of vergassing voor groen gas/ WKK
15%
4,94 TJ
Vergisting voor groen gas/ WKK
15%
9,51 TJ
Vergisting voor groen gas/ WKK Vergisting of vergassing voor groen gas/ WKK, Verbranding Vergisting voor groen gas/ WKK Vergisting, hoogwaardige toepassingen
15%
2,04 TJ
90%
499,4 TJ
30%
20,4 TJ
15% / -
-
Totaal
716,49 TJ
Tabel 5: De energetische potentie van de biomassastromen die in omloop zijn in Arnhem (1 TJ = 1.000 GJ).
1
Op basis van 18 GJ per ton droge stof biomassa en verschillende vochtgehaltes KEMA (2009), Energiekaart en -strategie, op weg naar implementatie 3 KEMA (2009), Energiekaart en -strategie, op weg naar implementatie 4 CBS Statline (2014) 5 CBS Statline (2014) 6 KEMA (2009), Energiekaart en -strategie, op weg naar implementatie 7 Schatting op basis van aantal i.e. van RWZI Arnhem Zuid, de gemiddelde hoeveelheid slib per i.e. en het gemiddelde percentage droge stof. STOWA (2013), Vraag en Aanbod; Thermische energie op de RWZI 2
GREENSPREAD
30
Energieteelt vormt een bijzondere categorie in het overzicht uit tabel 4. Bij energieteelt hoeft niet noodzakelijkerwijs een laagwaardige toepassing (verbranding, vergisting, vergassing) van de droge stof plaats te vinden; in plaats daarvan kan de biomassa direct zijn (hoogwaardige) toepassing vinden, bijvoorbeeld als grondstof voor bouwmaterialen. Qua soorten gewassen kan onder meer worden gedacht aan vezelhennep en miscanthus. De toepassing van energieteelt heeft in het verleden vaak discussies opgeworpen; tegenstanders beweren dat beschikbare gronden voor voedselproductie dienen te worden aangewend. Tijdelijk beschikbare locaties lijken evenwel ook vanuit het ethische perspectief goede aanknopingspunten te bieden voor de toepassing van energieteelt. De gedefinieerde biomassastromen hebben tezamen een technische potentie van 716,49 TJ (716.490 GJ), zoals tabel 5 bewijst. Daarmee zou maximaal 22,6 miljoen m³ aardgas kunnen worden bespaard, uitgaande van een energiewaarde van 31,65 MJ per m³ aardgas (0,03165 GJ). De mogelijke elektriciteitsproductie middels WKK’en wordt hier verder buiten beschouwing gelaten. De theoretische hoeveelheid groen gas komt overeen met 13,5% van de in paragraaf 3.2 vastgestelde gemeentelijke warmtevraag. In de praktijk zal deze potentie minder voorstellen, doordat lang niet alle biomassastromen anno 2014 rendabel in duurzame energie kunnen worden omgezet. Conversie Niet alle mogelijke biomassastromen in Arnhem kunnen in de praktijk (rendabel) worden omgezet in duurzame energie. Voor iedere toepassing dient bovendien politiek en maatschappelijk draagvlak te bestaan, terwijl ook juridisch-ruimtelijke variabelen een rol spelen; denk aan geluid- en geurcontouren rondom biomassacentrales. Kortom: tabel 5 geeft eerder een inschatting van de theoretische mogelijkheden en fungeert slechts als opmaat naar een overzicht van logische, rendabele projectvoorstellen. Om die reden volgt hieronder per geïdentificeerde stroom een indicatie van de haalbaarheid van conversie, inclusief eventuele locaties daarvoor.
Hout - deze biomassastroom is in beheer van de verschillende eigenaren van bospercelen. Op dit moment wordt het geproduceerde hout reeds afgezet. Op ontwikkellocaties kunnen mogelijkheden zijn om op hout te stoken. Ook wanneer bijvoorbeeld een zwembad en sporthal worden gerenoveerd, ontstaan kansen voor het inzetten van houtkachels. Voorwaarde hiervoor is dat een constante hoeveelheid hout van voldoende omvang voorhanden is.
Berm- en slootmaaisel - de techniek voor het vergisten of vergassen van deze biomassastroom staat nog in de kinderschoenen. Anno 2014 is het benutten van bermmaaisel voor duurzame-energie-doeleinden dan ook zeker nog geen expliciete praktische kans en dus meer een theoretische mogelijkheid.
GFT - als alternatief voor het composteren vindt deze biomassastroom vanaf 1 januari 2015 haar weg naar de GFT-vergister van Attero in Wilp, waar met het geproduceerde groene gas elektriciteit wordt opgewekt. Het contract met Attero loopt tot en met 2023;
Mest - als stadse gemeente stelt de omvang van de mestaanbod in Arnhem absoluut en relatief gezien weinig voor (0,3% van alle mogelijke energiewinning uit biomassa is mogelijk via mestvergisting). De kans dat lokale conversie rendabel plaats kan vinden, is daarom zeer beperkt. De gemeente heeft sowieso weinig grip op deze stroom, aangezien veeteeltbedrijven de bestemming ervan bepalen. Het afzetten van het Arnhemse dierlijke
GREENSPREAD
31
mest bij een regionale monovergister (in Apeldoorn verrijst er bijvoorbeeld één) lijkt organisatorisch en economisch gezien de meest praktische duurzame oplossing.
Restafval - de GFT-component uit deze biomassastroom gaat met het overige afval de verbrander in. Hier komt warmte vrij en die warmte wordt omgezet in stoom. Via de WKK wordt op die wijze bij AVR in Duiven grote hoeveelheden elektriciteit geproduceerd (naar schatting 262 TJ oftewel 262.000 GJ in 2009). Naar rato van de hoeveelheid GFT die wordt meeverbrand, wordt deze stroom deels als duurzaam aangemerkt (48%);
Rioolslib - vergisting van rioolslib kan rendabel plaatsvinden op het terrein van de RWZI Arnhem-Zuid;
Energieteelt - voor de teelt van biomassa voor hoogwaardige directe toepassing (dus geen verbranding, vergisting, vergasssing et cetera) geldt dat business cases soms reeds uitkunnen als een terrein voor ongeveer vijf jaar beschikbaar wordt gesteld. Vaak komen locaties waar voorziene ontwikkelingen qua woningbouw of bedrijvigheid uitblijven in aanmerking voor (al dan niet) tijdelijke benutting voor biomassateelt. Arnhem heeft in het kader van het provinciale project “Tijdelijk Anders Bestemmen” (2013-2014) Schuytgraaf en Koningspley als concrete locaties voor het voetlicht gebracht.
Biomassapotentiekaart Nu zowel het aanbod als de mogelijke conversietechnieken en locaties hiervoor zijn geïdentificeerd, kan de biomassapotentiekaart van Arnhem worden samengesteld; zie figuur 22 op de volgende pagina. Te zien is dat lokale rendabele biomassaconversie kan plaatsvinden bij de RWZI (slibvegisting) of via de houtige stromen uit het bos, voor de verwarming van publieke locaties (zoals zwembaden en sporthallen). Afzet van energie kan plaatsvinden dankzij het stadswarmtenet (via het bestaande tracé en/of de uitbreidingsopties), of in de nabijheid hiervan (< 200 meter). Qua concrete mogelijkheden voor de conversie of teelt van biomassa in Arnhem geldt dat energetisch gezien de grootste kansen liggen in het benutten van restafval en bouw- en sloophout. Anno 2014 worden GFT-afval, restafval en bouw- en sloophout reeds ingezet voor het opwekken van warmte. Dit geschiedt echter buiten de gemeente Arnhem. Het restafval wordt momenteel niet in de nabijheid van Duiven verwerkt, maar in het Drentse Coevorden. Wanneer het afval wel in Duiven zou worden verwerkt, dan kan de vrijkomende warmte worden gebruikt voor het stadsverwarmingsnet ter plaatse, dat binnenkort gekoppeld is aan het Arnhemse net. In die situatie zouden Arnhemse huishoudens en bedrijven dankzij het eigen (rest)afval in hun warmtebehoefte kunnen voorzien. Dit is echter pas denkbaar vanaf 2020, aangezien het contract met Attero in Coevorden dat jaar pas afloopt. Aavullend liggen op tijdelijk beschikbare locaties kansen voor biomassateelt, waarbij Schuytgraaf en Koningspley concreet benoemde kansen zijn. Mogelijkheden voor rendabele conversie van bermgras of slootslib doen zich vermoedelijk pas op de middellange termijn voor via vergistingstechnieken die momenteel niet rendabel ingezet kunnen worden. Voor het beperkte mestaanbod ligt ten slotte een regionale oplossing voor conversie in energie meer voor de hand dan een lokale.
GREENSPREAD
32
Figuur 22: De biomassapotentiekaart van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
33
4.5 Restwarmtebenutting Restwarmtebenutting vindt in Arnhem al jaren plaats, via de koppeling van de warmtekrachtcentrale op industrieterrein Kleefse Waard aan het stadswarmtenet dat NUON exploiteert. Zoals aangegeven neemt de AVR in Duiven de functie van restwarmtebron snel over. Qua restwarmtebronnen heeft Arnhem verder weinig te bieden. De ketels van AKZO nabij de Velperweg zorgden in het verleden voor restwarmteaanbod, maar doen dat momenteel niet meer. Wel zouden de nieuwe ketels die voorzien zijn bij Burgers’ Zoo als bron van restwarmte kunnen fungeren. Voor Burgers’ Zoo geldt overigens dat de eventuele komst van nieuwe ketels niet het meest gewenste scenario is: liever ziet zij dat een aantakking op het stadswarmtenet gerealiseerd wordt, zodat zij ook van lokaal geproduceerde en duurzame (rest)warmte gebruik kan maken. Uit figuur 23 op de volgende pagina blijkt op basis van het bovenstaande hoe het in Arnhem zit met de ruimtelijke verdeling van de drie cruciale factoren voor een restwarmteproject: het aanbod (de warmtebron), de infastructuur (het warmtenet met uitbreidingsopties) en de vraag (van huishoudens/bedrijven met een warmtebehoefte).
GREENSPREAD
34
Figuur 23: De restwarmtepotentiekaart van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
35
5 De warmtepotentiekaart van Arnhem Nu de ruimtelijke (on)mogelijkheden van duurzame warmteopties in kaart zijn gebracht, kunnen de warmtepotentiekaart en -stapel van de gemeente Arnhem worden vervaardigd. De warmtepotentiestapel (figuur 24) laat zien dat de belangrijkste kennis uit de indivuele kaartlagen gecombineerd wordt om tot de eindkaart te komen: de warmtepotentiekaart van de gemeente Arnhem (figuur 25), waarvan de legenda op pagina 38 is weergegeven.
Figuur 24: De warmtepotentiestapel van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
36
Figuur 25: De warmtepotentiekaart van de gemeente Arnhem.
GREENSPREAD
37
GREENSPREAD
38
6 Conclusies en aanbevelingen De warmtepotentiekaart van Arnhem laat zien hoe de kansen voor de toepassing van diverse warmtetechnieken (dus geen zon-PV, wind of andere technieken die elektriciteit opleveren) ruimtelijk verdeeld zijn over het grondgebied van de gemeente: wat kan waar? Het gaat hier om oplossingen waarvan de toepassing afhangt van ruimtelijke factoren, die kunnen worden benut naast duurzame maatregelen waarvan de toepassing niet op ruimtelijke criteria is terug te leiden (zoals energiebesparing, individuele houtpelletketels et cetera). Conclusies In Arnhem is jaarlijks behoefte aan circa 5,3 miljoen Gigajoule aan energie om in de warmtevraag te kunnen voorzien. Dat gebeurt reeds voor een deel op duurzame wijze, onder meer door diverse WKO’s en de afname van stadswarmte, waarvan het aanbod binnenkort verder wordt verduurzaamd door de aantakking op de AVR uit Duiven, die restwarmte zal leveren. Er resteert evenwel een significante behoefte aan opties op het gebied van duurzame warmte, gezien alle lokale, regionale en (inter)nationale duurzaamheidsdoelstellingen en het feit dat het stadswarmtenet niet aan alle warmtevragers in Arnhem kan leveren.
WKO is zeer kansrijk in Arnhem, onder meer op alle ontwikkellocaties die zich niet in de grondwaterbeschermingsgebieden of beschermingszones voor leemlagen bevinden. Ook in de utiliteit en zorgsector kan WKO prima uitkomst bieden. In de bestaande bouw ligt de toepassing van WKO minder voor de hand, doordat het gebrek aan infrastuctuur voor lage-temperatuur-verwarming (LTV).
Geothermie kan wel een (op hoge-temperatuurverwarming-gebaseerde) oplossing voor de bestaande bouw zijn, maar blijkt niet goed bij Arnhem te passen: de ondergrond lijkt alleen in het uiterste noordoosten kansen te bieden en dat is nu net de plek waar de warmtevraag gering is. Mogelijk is in het noordoosten alsnog een case denkbaar wanneer grote warmtevragers zoals Burgers’ Zoo bediend worden, in combinatie met huishoudens uit Geitenkamp en Monnikenhuizen: nabijgelegen wijken met een grote warmtevraag en voorname rol voor woningcorporaties.
Riothermie is een interessante optie die kan bijdragen aan de optimale functionering van WKO-installaties. Kansen liggen bij zeven rioolgemalen en op diverse plekken waar de rioolafmeting groot en genoeg is en op relatief korte termijn onderhoud gepland staat. Op ontwikkellocaties is riothermie tevens kansrijk, aangezien de techniek daar in de nieuwe rioolstrengen verwerkt kan worden.
Er zijn diverse biomassastromen in omloop die in energie kunnen worden geconverteerd. Alle biomassa benutten, betekent dat voor 13,5% in de warmtebehoefte kan worden voorzien. Voor rioolslib en snipperhout zijn rendabele lokale oplossingen denkbaar, terwijl ook biomassateelt kan bijdragen aan een duurzaam Arnhem, zij het niet op een warmtegerelateerde wijze. Voor GFT en mest geldt dat regionale oplossingen zinvoller zijn. Restafval omzetten in energie gebeurt tot en met 2020 in Coevorden. Het zou logisch zijn dit nadien in Duiven te doen, aangezien de AVR dan is aangetakt op het warmtenet en Arnhemmers dan warmte uit hun eigen afval geleverd kunnen krijgen.
GREENSPREAD
39
Met restwarmtebenutting is Arnhem al jaren bekend en ook nieuwe kansen worden gauw uitgenut. De uitbreidingsopties van het tracé zijn bovendien al goed in kaart gebracht, zodat eigenlijk alleen een zoektocht naar nieuwe bronnen resteert. Afvang van restwarmte bij nieuwe, grote ketels (mogelijk die van Burgers’ Zoo) is goed denkbaar.
Aanbevelingen en overwegingen: onderweg naar een warmtevisie Kortom: in Arnhem zijn diverse duurzame opties denkbaar met betrekking tot de warmtevoorziening. Zeker op nieuwbouwlocaties liggen de duurzame opties feitelijk voor het oprapen. De grootste uitdaging ligt echter in de bestaande bouw: wat doe je met de huidige woningvoorraad, waar HTV-infrastructuur (hoge-temperatuur-verwarming) financieel en organisatorisch in de weg staat van WKO-toepassingen en de andere besproken technieken ook niet zomaar uitkomst kunnen bieden? Energiebesparing is ten dele de oplossing voor deze kwestie. Via isolatie van vloeren, muren en daken, dubbel glas et cetera kan de warmtebehoefte van Arnhem aanmerkelijk gereduceerd worden. Dit geldt zeker voor de wijken waar de energievraag per vierkante meter woonoppervlakte bovengemiddeld groot is. Deze studie heeft aangetoond waar dit het geval is. Het is in dat kader raadzaam de focus niet alleen op de (woon)wijken te leggen, maar evenzeer op de zakelijke warmtevragers. Deze studie heeft immers ook geleerd dat het merendeel van de warmtebehoefte in Arnhem afkomstig is van zakelijke consumenten. De kansrijke combinaties van warmtetechnieken en locaties in Arnhem kunnen op projectniveau nader worden onderzocht. In het verlengde hiervan geldt dat deze warmtepotentiekaart als opmaat kan fungeren naar een integrale visie op de toekomstige warmtevoorziening van Arnhem. Deze warmtevisie kan in de toekomst de ruggengraat van het gemeentelijke beleid vormen als het gaat om duurzame warmte in Arnhem: waar zet je op in en welke doelen wil je zodoende bereiken? In deze warmtevisie van Arnhem kan dus worden toegewerkt naar een realistische strategische warmtedoelstelling, rekening houdend met lokale (on)mogelijkheden voor duurzame oplossingen. De in deze rapportage toegelichte kansen voor warmtetechnieken kunnen daarbij in kwantitatieve zin verder worden uitgewerkt. In deze rapportage is ten slotte ook naar voren gekomen dat het vervaardigen van duurzame koeling vanuit (stads)warmte tot de mogelijkheden behoort, via absorptiekoeling, zodat restwarmte ook in de zomermaanden doelmatig benut kan worden. Dit gaat weliswaar niet om het duurzaam beantwoorden van de warmtevraag in Arnhem, maar kan een zeer grote slag in de verduurzaming van Arnhem opleveren en is om die reden het nader onderzoeken zeker waard. Ook dit onderwerp kan in de toekomstige warmtevisie van de gemeente Arnhem nader worden uitgediept.
GREENSPREAD
40
Utrechtseweg 310 / H02 6812 AR Arnhem (085) 40 13 470
[email protected] greenspread.nl
realising sustainable connections
