leefomgeving

Back to the Future? Simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu.

saxion.nl/leefomgeving

Lectorale rede ir. Jan B. de Wit


Back to the Future?

Wat het verleden ons leert over de energievoorziening van de toekomst: simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu.

Lectorale rede Duurzame energievoorziening ir. Jan B. de Wit Kenniscentrum Leefomgeving

In verkorte vorm uitgesproken te Enschede op dinsdag 20 mei 2014

But I was so much older then, I’m younger than that now. Bob Dylan

Voorwoord

De machtige natuur

De machtige mens

De mens is altijd gericht geweest op overleven. In dat opzicht verschilt de mens niet van een dier: ook de mens was volledig afhankelijk van de machtige natuur. Middelen waren schaars, althans de mogelijkheden om de grote rijkdom van de natuur te exploiteren.

Rond 1800 ontdekte men de stoommachine en ontstond er een grote vraag naar energiegrondstoffen. Vele uitvindingen (dieselmotor, elektromotor, voertuigen, treinen, vliegtuigen, elektrische verlichting, centrale verwarming, koelmachines ) vroegen om aandrijvingsenergie in de vorm van brandstof of elektriciteit. Uit fossiele brandstoffen werden zeer veel nieuwe producten gemaakt. Onmiskenbaar heeft deze ontwikkeling de mens veel kennis gebracht en andersom: de ontwikkelde kennis heeft deze ontwikkelingen mogelijk gemaakt.

Het verschil van de mens van pakweg 1000 jaar geleden en de mens van nu is vooral: kennis. De mens leefde (noodgedwongen) duurzaam en was voor zijn energievoorziening aangewezen op spierkracht, windkracht, paardenkracht en vooral: biomassa. Door gebrek aan transportmiddelen en infrastructuur waren alle voorzieningen decentraal, ‘biobased’ en zoveel mogelijk circulair. De materiële impact van de mens was zeer gering, en verstoorde de natuur en de bodemschatten nauwelijks. Het leven van de mens werd bedreigd door ziekten en natuurrampen, meer dan nu. Ziekten ten gevolge van ondervoeding en gebrekkige hygiëne (uiteindelijk het gevolg van gebrek aan kennis) eisten tot het begin van de 20e eeuw meer slachtoffers dan oorlogen. Door kennis en slimheid was de mens steeds meer in staat om de natuur te exploiteren, zijn gezondheid te verbeteren en langer te leven.

4

Zoals bekend loopt de mens tegen de grenzen aan van de groei van het gebruik van fossiele brandstoffen. De eerste grens is ontoelaatbare klimaatverandering, de tweede grens is het schaarser worden van energiegrondstoffen en de toename van de milieu-impact van de winning van energiegrondstoffen. Meestal gaat dit laatste gepaard met een lagere winningsefficiency: meer kosten en energiegebruik per eenheid gewonnen energie. Tot slot kunnen er door de ongelijke geografische spreiding van winning geopolitieke spanningen ontstaan. Verduurzaming, hier vooral het verminderen van fossiele grondstoffen, is dus noodzakelijk om te overleven. Nota

bene: de stijging van het (fossiel) energiegebruik wereldwijd wordt per 2014 in de verste verte niet gecompenseerd door de winning van duurzame energie.

Terug naar ‘vroeger’? Verduurzaming verloopt via dematerialisatie1, decentralisatie en door inzet van hernieuwbare grondstoffen en energie. En door het ontwikkelen van kennis. Dat lijkt op ‘back to the future’ en dat is het tot op zekere hoogte ook. Echter, het kennisniveau dat de mens heeft opgebouwd tijdens de periode 1800 - 2014 is hard nodig om de huidige leefwijze grosso modo te handhaven door decentralisatie, dematerialisatie en inzet van hernieuwbare grondstoffen en energie.

De rol van technologie De materiële impact van ontwikkelde kennis wordt bepaald door technologie. Technologie maakt het mogelijk hernieuwbare bronnen om te zetten in energie en grondstoffen, en hier vervolgens producten van te maken. Daarnaast heeft de ontwikkeling van de (informatie)technologie een steeds grotere impact op de informatievoorziening en dus op de verspreiding en ontwikkeling van kennis. Op zich is dit laatste een mooie vorm van dematerialisatie: men hoeft steeds minder op reis om kennis op te doen en men kan lokaal steeds meer kennis opdoen zonder zich te verplaatsen. Dit laatste maakt decentrale ontwikkeling 1

ematerialisatie betekent hier: vermindeD ring van de materiële impact en de resource impact van producten en diensten in de gehele levenscyclus, bij gelijkblijvende functionaliteit.

mogelijk. Omdat hernieuwbare energie en grondstoffen ruimte-extensief zijn (dat wil zeggen: er is relatief veel ruimte nodig om een zekere hoeveelheid energie of biogrondstof te winnen), leidt toepassing vanzelf tot een decentrale energievoorziening en een decentrale grondstoffenvoorziening. Verduurzaming is dus ‘back to the future’, echter , het hoge kennisniveau en de wereldwijde kennisdeling en -ontwikkeling maakt het mogelijk om de lokale hernieuwbare energie en hernieuwbare grondstoffen optimaal in te zetten en een gezonder en welvarender leven te leiden dan onze voorouders bij een gelijke of mogelijk zelfs kleinere materiële impact.

De rol van Saxion Het leidende thema van Saxion is: Living Technology. Ik interpreteer dit vrij als ‘technologie die het mogelijk maakt dat de mens (prettig) voortleeft’. Vanwege de grote impact van energie op de duurzame maatschappij, zijn de eisen die aan de toekomstige energievoorziening worden gesteld extra hoog. Kennisoverdracht, kennisdeling en kennisontwikkeling gericht op duurzame (energie) ontwikkeling zijn noodzakelijk. Mijn lectoraat Duurzame energievoorziening wil hieraan bijdragen.

ir. Jan B. de Wit Kenniscentrum Leefomgeving

5

Over de auteur Ir. Jan B. de Wit (1951) studeerde werktuigbouwkunde aan de TU Delft (1979) en chemische technologie (1989) aan de Universiteit Twente. Vanaf 1979 (tot medio 2013) is hij werkzaam als senior scientist bij TNO, met als hoofdwerkgebieden: industriële energietechnologie en procesmodellering. Hij heeft bij TNO energieprojecten uitgevoerd in vrijwel iedere industriële sector, zowel in Nederland als daarbuiten. In de periode 2006 - 2013 heeft hij zich in toenemende mate gericht op de (duurzame) energievoorziening van gebouwen, wijken en regio’s. Jan B. de Wit was in de periode 2006 - 2010 lector Energietoepassingen bij het Energie Kenniscentrum van de Hanzehogeschool te Groningen. Vanaf september 2010 is hij lector Duurzame energievoorziening bij het Kenniscentrum Leefomgeving van Saxion.

De kenniskring Van links naar rechts: Joop Ouwehand, Willem Brus, Jan de Wit, Richard van Leeuwen, Ralph Lindeboom, Annemarie Weersink, Marjoleine Kepel en Wouter Voortman (inzet). (Niet op de foto: Trynke Papa).

6

Inhoudsopgave

1

Wat leert het verleden ons over de energievoorziening van de toekomst?

8

2 Trends in energie: schets van de toekomstige energievoorziening

13

3

Waarom zouden we duurzame energie opwekken?

21

4

Duurzame energie per segment

24

5

De onderzoekslijnen

30

6

Duurzame energievoorziening van Futureproof Cities

39

7

Marktkansen voor het lectoraat

44

8

Verbinding onderwijs en onderzoek binnen Saxion

46

9 Stellingen

51

Literatuur 53 Bijlage 1 Projecten onderzoekslijn 1: Bio-energie en Biobased Economy

54

Bijlage 2 Projecten onderzoekslijn 2: Comfort en energie

59

Bijlage 3 Projecten Onderzoekslijn 3: Energieneutrale gebiedsontwikkeling 64 Bijlage 4 Trias Exergetica

68

Bijlage 5 Belangrijke netwerkpartners

69

7

1. Wat leert het verleden ons over de energievoorziening van de toekomst? De energievoorziening tot ca. 1840 In het verleden was een duurzame energievoorziening vanzelfsprekend. In de eerste plaats omdat er heel weinig energie werd verbruikt door de mens. In de tweede plaats omdat fossiele brandstoffen nauwelijks beschikbaar waren. Men leefde noodgedwongen duurzaam. Langzaamaan ging men duurzame energiebronnen steeds beter benutten. In 1700 stonden er 10.000 windmolens in Nederland om graan te malen, olie te persen en niet te vergeten: te pompen voor een goede waterhuis-

houding en landwinning. Wind maakte het mogelijk om verre reizen te maken en handel te drijven. Wind was de mechanische energiebron bij uitstek. Biomassa werd energetisch vooral gebruikt om paarden te voeden, om zo paardenkracht mogelijk te maken. Ook bracht het belangrijke mechanische energie voor transport, ambachtelijke industrie en het bewerken van het land. Daarnaast werd biomassa gebruikt voor verwarming van de huizen en voor allerlei soorten voedsel en producten. ‘Biobased’ materialen waren gangbaarder dan nu.

Gezicht op Alkmaar vanaf het Zeglis (anoniem, omstreeks 1700). De welvaart van Nederland was in hoge mate gebaseerd op wind.

8

De samenleving was decentraal georganiseerd, in hoge mate gedematerialiseerd en circulair van karakter: afval bestond daadwerkelijk niet. Door het gebruik van hernieuwbare (energie) grondstoffen werd het milieu en de leefomgeving (noodgedwongen) ontzien. Decentraal, gedematerialiseerd, circulair en voorzien van hernieuwbare grondstoffen en energie: zo was het leven en zo willen we het weer, mits comfortabel. Om te kunnen overleven en misschien ook om het moment van uitsterven wat te rekken. Want we hebben voorlopig immers geen extra wereldbol ter beschikking.

Materialisatie Vanaf de eerste industriële revolutie is de wereld sterk gematerialiseerd: welvaart betekende dat ‘de schoorsteen ging roken’. Door massaproductie konden brede lagen van de bevolking ‘materialisereren’. Ook de energievoorziening materialiseerde: in plaats van wind werd steenkool aangewend. Noodgedwongen ging men ook de efficiency van stoommachines opvoeren, want de stoommachines op de eerste stoomschepen hadden zo’n slecht rendement, dat ze ondanks hun grote kolenladingen nauwelijks de gewenste afstanden konden afleggen. De Britse marine, veruit de grootste zeemacht in de negentiende eeuw, aarzelde daarom lang (ca. 30 jaar!) om gebruik te gaan maken van stoomschepen.

In de twintigste eeuw kwam de materialisatie pas goed op gang, vooral na de tweede wereldoorlog. Het fossiele energiegebruik explodeerde, en dus ook de massa’s brandstof (steenkool, olie) die vervoerd moest worden. De Very Large Crude Carrier (VLCC) deed zijn intree om aan de oliehonger tegemoet te komen.

Recente Dematerialisatie Door dematerialisatie zal de impact van producten en diensten op grondstoffen, ook hernieuwbare, sterk afnemen. Dat proces is al enigszins op gang gekomen, dat wil zeggen dat de economische groei in de westerse landen thans hoger is dan de materiele groei. Voorbeelden: • Door ICT neemt de behoefte aan transport van personen en goederen relatief af. • Energiebesparing vermindert brandstofbehoefte, en draagt daarmee bij aan dematerialisatie. • Door het gebruik van duurzame elektriciteit neemt de behoefte aan brandstoftransport af • Ultralichte voertuigen. In de laatste decennia zijn auto’s steeds zwaarder geworden vanwege veiligheidseisen en comfort. Door slimme software en nieuwe materialen kan het gewicht sterk afnemen en daarmee ook het brandstof- of elektrische energieverbruik. • Door procesinnovatie en productinnovatie kunnen energie- en materiaalgebruik verminderen. Ook dit zijn vormen van dematerialisatie.

9

Kennis is bij uitstek een middel om dematerialisatie van de economie te bevorderen: kennis wordt als productiefactor steeds belangrijker, het is niet-materieel en zeer makkelijk uitwisselbaar (internet).

Centralisatie tijdens en na de industriële revolutie Door de grote behoefte aan menskracht en stoomkracht in de fabrieken concentreerde zich daar ook de energievoorziening. De eerste - private! - elektriciteitsnetten concentreerden zich rond de industrie. Pas na de ontwikkeling van rioolstelsels en waterleiding in de vorm van nutsbedrijven, kwam de publieke energie-infrastructuur van de grond. Die groeide dus van decentraal (bedrijventerreinen) naar centraal (steden, regio’s). Dit gold ook voor de gasvoorziening: stedelijke gasfabrieken maakten van kolen stadsgas voor de ‘eigen’ stad. Pas na de vondst van aardgas in Slochteren ontwikkelde zich een landelijk gasnet. Op zich is dit goed verklaarbaar: elektriciteitscentrales werden steeds groter, en dus werd het afzetgebied van deze elektriciteit steeds groter. De netten werden gekoppeld via het hoogspanningsnet, waardoor de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening sterk toenam. Aardgas werd aanvankelijk op één plaats gewonnen, wat leidde tot een gecentraliseerde aardgasvoorziening.

Grenzen aan centralisatie? Er zijn in Nederland recent grote kolencentrales gebouwd (met een grote materiële impact) met oog op 10

het destijds verwachte stijgende elektriciteitsverbruik. Nu deze stijging van elektriciteitsverbruik uitblijft - op zich gunstig voor verduurzaming - en de prijs van kolen laag blijft, ontstaat de situatie dat deze centrales in bedrijf blijven ten koste van decentrale duurzame en gedematerialiseerde opwekking met zon en wind. Om de energie-efficiency te verhogen kunnen deze grote kolencentrales als warmte kracht centrales worden ingezet, maar dan wordt het erg moeilijk deze grote hoeveelheid warmte nuttig te gebruiken door het grote gebied waarbinnen deze hoeveelheid warmte afgezet moet worden. Door deze grote afstanden stijgen de kosten en de warmteverliezen. Bovendien daalt de warmtevraag per aansluiting sterk door de toegenomen isolatiegraad, wat de relatieve warmteverliezen verder doet toenemen. De mogelijkheden om lokaal elektriciteit op te wekken en de warmtevraag sterk te beperken maken van deze kolencentrales - nu al - de mastodonten uit een recent verleden.

Recente decentralisatie Door dematerialisatie hoeven minder energie en minder grondstoffen getransporteerd te worden. Hierdoor wordt de behoefte aan transportsystemen en infrastructuur verminderd. Duurzame energie en hernieuwbare materialen zijn ruimte-extensief en dit zal leiden tot een decentralisatie van de energiehuishouding. Doordat kennis (niet materieel) makkelijk uitgewisseld kan worden, wordt de kennis-infrastructuur juist intensiever benut.

Het is logisch het lokale energie aanbod en de lokale behoefte aan energie te koppelen. Hiermee kan de afhankelijkheid van regio’s van fossiele brandstoffen sterk worden verminderd. Op een iets grotere schaal kan hiermee voorkomen worden dat geopolitieke spanningen ontstaan door een te sterke afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Anderzijds kan een goede koppeling van lokale netten zorgen voor een goede spreiding van duurzaam opgewekte energie over een groot gebied, waardoor de inzetbaarheid van duurzame energie wordt vergroot. Zo wordt door het versterken van de cross border connecties in het elektriciteitsnet in Noordwest Europa de inzetbaarheid van Nederlandse wind-

energie vergroot. Voor hoog-exergetische2, niet- materiële (elektriciteit) of beperkt materiële (gas) energiestromen met beperkte transportverliezen geldt dus, dat netkoppelingen over een groot gebied de inzetbaarheid van deze duurzame energie verhoogt. Dit geldt met name voor zon en wind, die in hoge mate complementair zijn. De effecten van decentralisering zijn gunstig voor kostbare, laag exergetische energie infrastructuur zoals warmtenetten. Voor hoog-exergetische energiedragers als elektriciteit en aardgas geldt juist, dat met spreiding over een groter gebied vraag en aanbod beter op elkaar afgestemd kunnen worden, hoewel ook hier vraag en aanbod bij voorkeur zo ‘kort’ mogelijk bij elkaar dienen te liggen.

De circulaire, op biomassa gebaseerde grondstoffen-/productencyclus (bioBased Economy)

2 Exergie is het aandeel van een energiestroom dat omgezet kan worden in arbeid. Voor elektriciteit is dit aandeel 100%, voor omgevingswarmte 0%.

11

In Nederland zijn vele energiecoöperaties opgericht of in oprichting die decentrale opwekking en decentraal gebruik als uitgangspunt hanteren. Het zelf opwekken van energie rond of op woningen en gebouwen (elektriciteit en warmte uit zonlicht, gebruik omgevingswarmte met warmtepompen), zijn recente vormen van decentralisatie van de energiehuishouding.

Circulaire economie Het terugwinnen van materialen is een uiterst belangrijk aspect van duurzaamheid en hier moet in de ontwerpfase van producten en processen al rekening mee worden gehouden. Door terugwinnen van materialen en energie wordt extra bijgedragen aan de dematerialisatie. Biobased materialen lenen zich over het algemeen goed voor recirculatie en vermijden het gebruik van fossiele brandstoffen. De kennisontwikkeling om nieuwe producten en bestaande producten duurzaam en circulair te (her)ontwerpen dient veel aandacht te krijgen.

Duurzame bronnen Naast biomassa maakt de stormachtige ontwikkeling van elektriciteit uit zon en wind, alsmede de ontwikkeling van Warmte/Koude Opslag (WKOgeaccumuleerde zonnewarmte en winterkoude) en warmtepompen, het tegenwoordig mogelijk om duurzame bronnen beter te benutten dan vroeger. Zoals aangegeven dragen deze bronnen bij aan de decentralisatie van de energievoorziening. Winning van elektriciteit en warmte uit geothermi-

12

sche bronnen staat nog in de kinderschoenen, maar geothermie lijkt grote mogelijkheden te gaan bieden. Kennis om decentraal geproduceerde duurzame energie uit te wisselen met belendende gebieden door middel van ‘Smart Grids’ en vooral het opslaan van duurzame energie dient veel aandacht te krijgen. Opslag en conversie (o.a. power-to-gas) van duurzame energie kan echter ook een zekere schaal vereisen, waardoor centrale conversie weer aantrekkelijk wordt. In hoeverre duurzame technologie decentraal toegepast kan worden hangt af van een groot aantal factoren. Uitgangspunt is in ieder geval dat decentraal in beginsel de voorkeur heeft boven centraal, tenzij centrale ontwikkeling voor alle betrokken partijen, dus niet alleen voor de aanbiedende producent, aantrekkelijker is dan centraal en/of centrale ontwikkeling aantoonbaar bijdraagt aan de verduurzaming.

2. Trends in energie: schets van een toekomstige energievoorziening De klassieke energieketen Om de impact van maatregelen om de energievoorziening te verduurzamen is het van belang dat men de hele energieketen in ogenschouw neemt. De klassieke energieketen bestaat uit :

De klassieke energieketen

• Een upstream gedeelte: energie wordt gewonnen. • Een midstream gedeelte: energie wordt geconverteerd en getransporteerd. • Een downstream gedeelte: energie wordt lokaal geconverteerd en geconsumeerd.

13

In toenemende mate wordt energie decentraal, in het downstream deel van de keten, opgewekt. De energieconsument wordt hiermee ‘prosumer’; hij consumeert én produceert energie. Daarmee wordt hij enerzijds minder afhankelijk van de toevoer van energie, anderzijds kan hij eventuele overschotten verkopen, liefst tegen de hoogste prijs. In veel gevallen zal zijn klant om deze reden zo dicht mogelijk in zijn buurt zitten. De recente regeling dat de afnemer een korting op zijn energiebelasting krijgt, mits de duurzame producent gehuisvest is in de buurt (in dezelfde ‘postcoderoos’), zal hier ongetwijfeld aan bijdragen. Transport van energie kost geld en leidt tot transportverliezen. Anderzijds kan centraal opgewekte energie goedkoper zijn door grootschalige conversie en kan de opgewekte energie gespreid worden over veel afnemers, waardoor de totale capaciteit van opwekking kleiner kan zijn dan de som van de capaciteit die nodig is om iedere individuele consument te bedienen. In het verleden heeft dit geleid tot schaalvergroting. Vooral in de eerste zestig jaar van de twintigste eeuw was deze schaalvergroting spectaculair. Het is moeilijk uit te maken of dit uitsluitend te wijten is aan kostenvoordelen door de ‘economy of scale’. Het kan ook zijn ontstaan doordat met deze aanpak de belangen van de aanbiedende partij het meest werden gediend en/of dat de kennis van ener-

14

gie opwektechnieken aan het einde van de keten (vrijwel) ontbrak. Feit is wel dat met name het gebruik van elektriciteit in de provincie in aanvang achterbleef. Om de consumptie op gang te brengen teneinde de investeringen in het elektriciteitsnet terug te verdienen, werden op sommige plaatsen gloeilampen en zelfs elektrische waterkokers (die toen ook al bestonden) gratis verstrekt. Er was derhalve sprake van een sterk aanbodgerichte aanpak. Ik zal verderop ingaan op het dilemma van centrale opwekking en distributie versus decentrale opwekking en lokale distributie, voor de energiedragers warmte, elektriciteit en gas.

Trias Energetica Uitgangspunt voor het ontwerp van energiesystemen dient altijd de eindvraag naar energie te zijn. De eerste vraag die gesteld moet worden is: hoe kan deze eindvraag zoveel mogelijk worden gereduceerd? Vervolgens dient de gereduceerde eindvraag zoveel mogelijk ingevuld te worden met lokaal opgewekte duurzame energie. De resterende vraag moet gedekt worden uit de klassieke energieketen. Dit uitgangspunt wordt Trias Energetica genoemd. Energie heeft echter niet uitsluitend kwantiteit. Niet iedere vorm van energie is gelijkwaardig. Zo kan men met 1 kWh elektriciteit meer doen dan met 1 kWh warmte van ca. 60 °C. Om hiermee rekening te houden hanteert men de Trias Exergetica. (zie bijlage 4).

(Schoon) fossiel

Zet duurzame

Beperk verliezen Kern

Energie in

met maximaal rendement

De Trias Energetica: verminder in stap 1 het energieverbruik door isolatie en warmteterugwinning. Dan hoeft er in stap 2 minder duurzame energie worden opgewekt en daardoor – stap 3 – wellicht geen externe energie meer worden ingekocht.

De energieketen van de toekomst: Smart energy systems

lokaal opgewekte energie, te delen. Dit is de essentie van ‘Smart Grids’.

Die aanbodgerichte aanpak is ook in de huidige tijd herkenbaar: door de bouw van enkele grote kolencentrales is het aanbod van elektriciteit zo overvloedig (april 2014) dat gascentrales (met hogere brandstofkosten dan kolencentrales) worden stilgezet. Er wordt geadviseerd [1, CPB 2013] om de bouw van windmolenparken uit te stellen, omdat deze op dit moment slechts bijdragen aan overcapaciteit. Een van de oorzaken van deze gang van zaken is dat men vanuit de opwekkant (upstream/midstream) onvoldoende zicht heeft op de oorzaken van energieverbruik en energieverbruikspatronen, en hoe deze voor het totale systeem in gunstige zin beïnvloed kunnen worden. Informatietechnologie maakt het mogelijk informatie over de ‘eigen’ systeemgrens te delen en daarmee vraag en aanbod, ook van

Lokaal duurzaam opgewekte energie, dé kern van de toekomstige duurzame energievoorziening, is onberekenbaar doordat zon en wind niet continu aangeboden worden en beperkt voorspelbaar zijn. Dit probleem is op verschillende manieren te verminderen: 1. Het verminderen van energieverbruik vermindert ook (meestal) de pieken in verbruik, en daarmee de vraag. In meer gevallen kan dan worden volstaan met een beperkter aanbod. 2. Het inzetten van alternatieve duurzame bronnen die continu inzetbaar zijn (biomassa, geothermie, aardwarmte). 3. Het spreiden van het gebruik door energiegebruik in de tijd (‘wassen als het waait’, ‘auto laden als de zon schijnt’), eventueel met prijsprikkel.

15

De duurzame decentrale energieketen

4. Het koppelen van het net over een groter gebied, waardoor vraag en aanbod meer op elkaar kunnen aansluiten. Bijvoorbeeld: het koppelen van de elektriciteitsnetten in noordwest Europa vergroot de inzetbaarheid van windenergie [2, DNV Kema, 2010]. 5. Directe buffering van energie, bijvoorbeeld in lege gasvelden (groen gas) , in de vorm van warmte in de bodem (Warmte/Koude Opslag WKO ) of opslagvat of in de vorm van batterijen. 6. Conversie en buffering naar een andere energiedrager, bv in de vorm van waterhoogte in stuwmeren (hydropower) of in de vorm van methaan uit elektriciteit (‘power to gas’) Er moet voorkomen worden dat zeer veel, op fossiele energie draaiende, energiecentrales (Elektriciteitscentrales, Warmte Kracht Koppeling (WKK)

16

centrales) standby gehouden moeten worden, zodra veel energie uit wind en zon wordt gewonnen. Dit is economisch niet aantrekkelijk, maar kan ook leiden tot een lager systeemrendement dan mogelijk. Het is echter de vraag of men dit probleem op het bord van de duurzame- energieopwekker mag leggen. Het argument dat de windmolen er ‘later’ bij is gekomen en ‘dus’ de (net)problemen veroorzaakt lijkt niet houdbaar.

De rol van informatietechnologie in Smart Grids Smart Grids zijn slimme netten (meestal elektriciteit, maar gas en warmte kan ook) die vraag en aanbod op ieder niveau overzien en de vraag-aanbod verhouding ook binnen zekere grenzen van waarschijnlijkheid kunnen voorspellen. Deze Smart Grids hebben gegevens nodig uit de gehele (lokale) keten om de beschikbare opwekcapaciteit en netcapaciteit optimaal in te

Schets van een Smart Grid in een woonwijk

zetten. Om deze grote hoeveelheden gegevens te kunnen verwerken en aan Model Based Grid Control te kunnen doen, is de verdere ontwikkeling van informatietechnologie (software) onontbeerlijk, zowel voor een intelligente interpretatie van de gegevens als voor de fysieke sturing van het net. Daarnaast kan vraag en aanbod worden gestuurd door het beïnvloeden van de tarieven, waardoor bepaalde vraag (met lage toegevoegde waarde) wordt verminderd. Andersom kan het aanbod worden vergroot via prijsprikkels (zoals met WKK in de tuinbouw gebeurt). Soms zijn hardware ingrepen zoals structuurwijzigingen, regelmogelijkheden en verzwaringen (trafo’s, leidingen) echter onvermijdelijk.

De rol van energiebuffering Buffering van energie wordt op grote schaal toegepast. Hoewel elektriciteit in het net zelf niet kan worden gebufferd - bij gas kan dat wel enigszins gebruiken velen het elektriciteitsnet

als virtuele buffer, denk aan het salderen van elektriciteit uit zonnepanelen. Er zijn echter grenzen aan de mogelijkheden hiertoe. De voorbeelden uit Duitsland zijn bekend, waar het afschakelen van zonnepanelen en windmolens soms noodzakelijk is. In Nederland wordt met succes gebruik gemaakt van de NORNED kabel, waarmee elektriciteitsoverschotten naar Noorwegen worden getransporteerd om daar het waterpeil in stuwmeren te verhogen en op die manier energie op te slaan. Er wordt op dit moment intensief gezocht naar mogelijkheden om elektriciteitsoverschotten om te zetten in waterstof of methaan. Op die manier zou de Sahara in de wereldvraag naar aardgas kunnen voorzien: een zonnestroom gevoede ‘power to gas’ fabriek van 1000 bij 1000 km zou daar - bij realistische conversierendementen - de hele wereld van energie (wereld-

17

vraag 2012: 500 EJ/jaar = 14 * 1012 Nm3/jaar aardgas van Groningen kwaliteit) in gasvorm kunnen voorzien. Dit lijkt een groot oppervlak, doch het door olievervuiling onbruikbare landbouwgrond is van eenzelfde orde van grootte (o.a. Nigeria). Buffering van elektriciteit in de vorm van batterijen sluit goed aan bij lokale autonomie. Ook is batterijopslag interessant voor voertuigen. De materiaalimpact op de kostprijs bij grootschalig gebruik (Lithium) is een probleem. Hier ga ik later in dit hoofdstuk op in.

Kosten en ‘economy of scale’ Een zeer belangrijke vraag bij iedere technologische ontwikkeling, en dus ook de ontwikkeling van smart energy systems, is de vraag in hoeverre de uiteindelijke prijs van het systeem wordt beïnvloed door de schaal van het systeem (ook geografisch) en door de prijs van de toe te passen componenten.

Infrastructuur en schaal Zo is de distributie van warmte afhankelijk van het aantal aansluitingen en vooral de dichtheid van de aansluitingen. Bij aardgas en elektriciteit is dit veel minder het geval, omdat transport van aardgas en elektriciteit goedkoper is per eenheid energie. Bovendien zijn de verliezen van warmtedistributie groot ten opzichte van aardgas en elektriciteit.

De keuze van de energie infrastructuur voor warmte is afhankelijk van bouwdichtheid en specifiek energieverbruik

18

Componenten Als goud grootschalig wordt (op)gekocht, dan stijgt de prijs. Als een product als HR ketels, met weinig dure materialen, grootschalig in de markt wordt gezet, dan daalt de prijs omdat de productiekosten per eenheid dalen (minder initiële kosten, minder overhead, minder arbeid). Dit geeft aan dat de beschikbaarheid van grondstoffen cruciaal is om technologie in grote aantallen (dus decentraal) in te kunnen zetten. Soms kan dit bereikt worden door het vinden van alternatieve materialen, soms door de hoeveelheid materiaal per component drastisch te verminderen. Voorbeelden van materiaalvermindering door hoogwaardige technologie zijn katalysatoren in auto’s en het verminderen van de hoeveelheid zuiver silicium dat nodig is voor zonnepanelen. Vaak is dit het geval als het gaat om een oppervlak effect (zonnepanelen, katalysatoren) in plaats van een volume effect. De goudprijs (staat hier model voor zeldzame metalen) stijgt bij toene-

Goud

Prijs

Bijgaande afbeelding laat zien welk type energie-infrastructuur (een belangrijke schakel in de energieketen en dus ook in het smart energy system) past bij welke schaal. Ook de consumptie per aansluiting (verticale as) speelt een belangrijke rol. Grote zuinigheid (passiefhuizen) leidt tot een ‘all electric’ energievoorziening, zeker bij nieuwbouw. Warmtenetten zijn alleen dan verantwoord als sprake is van hoge dichtheden én van duurzaam opgewekte warmte.

HR CV ketels

Vraag De goudprijs stijgt bij stijgende vraag, de prijs van HR ketels daalt

mende vraag. De prijs van HR ketels daalt bij toenemende vraag. Om technologie succesvol en met veel impact te kunnen toepassen, zijn grote aantallen nodig. Dan moet de prijs dus dalen bij deze toegenomen vraag. Daarnaast kan technologieontwikkeling op zich invloed hebben op de prijs, omdat er minder materiaal noodzakelijk is om een zekere prestatie te behalen. Dit dubbele effect (dematerialisatie + ‘economy of scale’) treedt zowel op bij halfgeleiders (wet van Moore ) als bij zonnepanelen. Een voorbeeld waarbij deze ontwikkeling van ‘economy of scale’ gevolgd door prijsdaling maar niet op gang komt zijn brandstofcellen, een technologie die al heel lang ‘veelbelovend’ is…… De vraag hoe bestaande energiesystemen verduurzaamd kunnen worden hangt ook sterk af van de keuzes die reeds gemaakt zijn. Zo ligt het voor de hand dat daar waar in het verleden voor de aanleg van een warmtenet is gekozen, dit warmtenet wordt voorzien van een duurzame warmtebron.

19

Dit omdat downstream weinig aangepast hoeft te worden en de kosten voor de aanleg al gemaakt zijn. Bovendien zijn dit meestal gebieden met een zekere warmtevraag en een zekere dichtheid.

schalige nieuwbouw in Nederland niet erg waarschijnlijk meer [3, De Architect, september 2013] en lijkt de burger minder gecharmeerd van collectieve warmtesystemen. Als de dichtheid echter hoog is en er lokaal een goede en goedkope biomassabron voorhanden is, dan worden er ook nu nog warmtenetten aangelegd [4 Zwolle, muziekwijk] [5 Zwolle Begreen]. In toenemende mate kiest men echter voor ‘all electric’ met warmtepompen [6, Etten Leur]

Voor nieuwbouwgebieden geldt, dat de aanleg van een warmtenet niet voor de hand ligt omdat de warmtevraag laag is. Hierdoor kan weinig warmte verkocht worden en zijn de verliezen relatief hoog. Bovendien is echt groot-

Prijs per Wp Zonnepanelen (Incl. Installatie): 2007 - 2022 8.0

USD (CleanEdge Research)

7.5 7.0

EUR (CompareMySolar NL)

6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

22

21

20

20

20

19

20

18

20

17

20

16

20

15

20

14

20

13

20

12

20

11

20

10

20

09

20

08

20

20

20

07

-

Ontwikkeling van de prijs voor zonnepanelen. Inmiddels zit de prijs op ca. € 1,5 per Watt piek (Wp) , dus iets lager dan de prognose uit 2012.

20

3. Waarom zouden we duurzame energie opwekken ? De analogie van de golden circle en de trias energetica Simon Sinek [7, Simon Sinek] heeft met zijn ‘golden circle’ aangetoond dat voor het bereiken van resultaten het vooral belangrijk is dat we weten ‘waarom’ we iets doen. Daarna komt pas ‘hoe’ we dat doen, en vervolgens ‘wat’ we gaan doen.

WAT HOE

WAAROM

De ‘golden circle’ van Simon Sinek: Motivatie - sterk besef van het ‘waarom’komt van binnenuit.

Wanneer we dat eerste punt bekijken, dan blijkt het ‘waarom’ vooral te bestaan uit het feit dat we graag willen dat de mensheid (prettig) kan blijven voortleven en niet vroegtijdig uitsterft. Dat betekent dus dat we de bestaande voorraden niet te ver willen uitputten, rekening houden met de nadelige mi3

lieu effecten van fossiele energiewinning en vooral van CO2 uitstoot. Hier zal niet verder worden ingegaan op de mondiale effecten van het gebruik van fossiele brandstoffen, maar vrij breed wordt aangenomen dat de mens het klimaat onomkeerbaar beïnvloedt. Het ‘waarom’ wordt ook gevoed door de wens om niet al te veel afhankelijk te zijn van minder stabiele regio’s (geopolitiek). Voor veel energiecorporaties - die nu massaal in oprichting zijn geldt, dat men gemotiveerd wordt om gezamenlijk lokale duurzame energie op te wekken om daarmee ook een zekere onafhankelijkheid te creëren. Vanuit dit ‘waarom’ is het logisch om allereerst het probleem in de kern aan te pakken, namelijk de vraag te stellen ‘waarom’ energieverbruik nodig is. Daarmee kan vaak de oorzaak van energieverbruik weggenomen worden. Zoals aangegeven kan dit worden bereikt door besparingen en vermindering van stof- en massastromen (dematerialisatie). Oorzaken van energiegebruik, het ‘waarom’ van energieverbruik van onze maatschappij: • Het weglekken van warmte uit woningen en gebouwen3.

Dit betekent meestal NIET dat deze processen ook veel warmte nodig hebben!

21

• Het binnendringen van warmte in woningen en gebouwen (wereldwijd belangrijker dan warmteverliezen!). • Het verwarmen en koelen van stofstromen (bv warm tapwater). • Productieprocessen die op hoge temperatuur uitgevoerd moeten worden : het weglekken van warmte. • Verdampen van vloeistoffen, vooral bij thermische scheidingsprocessen (destillatie, indamping, drogen). • Het genereren van kracht voor de voortstuwing van voertuigen, compressie van gassen, verpompen van gassen en vloeistoffen , etc. Op alle punten wordt energie bespaard door verminderen van de energiebehoefte. Dit uit zich door minder massa aan (fossiele) brandstof. Dematerialisatie van processen is dus van groot belang. Een huis van lichte materialen (liefst biobased) zal dus in de bouwfase en in de sloopfase minder energie gebruiken door lagere transport energie. Dit wordt relatief belangrijk voor woningen die weinig of geen energie gebruiken in de gebruiksfase.

(Schoon) fossiel

Zet duurzame Beperk Verliezen Kern Energie in met maximaal rendement

De Trias energetica als ‘golden circle’. Ook hier begint alles - met motivatie - vanuit de kern. 4

Moderne auto’s worden nog steeds zwaarder!

22

Meestal wordt energie, en dus ook massa als het gaat om fossiele energie, bespaard door vermindering van verliezen, bijvoorbeeld door het weglekken van warmte. Tot slot kan veel energie bespaard worden door het terugwinnen van warmte. Een mooi voorbeeld is het Douche Warmteterugwinning systeem (Douche WTW),

Douche WTW

waarmee warmte uit het rioolwater wordt gebruikt om vers douchewater voor te verwarmen. Deze warmteterugwinning kan ook tegen de temperatuurgradiënt in plaatsvinden met behulp van een warmtepomp. Een ander voorbeeld is het terugwinnen van warmte uit afgewerkte ventilatielucht. Om deze besparingstechnieken goed toe te passen, is soms hoogwaardige technologie nodig en uitgebreide kennis hoe deze technieken toegepast moeten worden. Een voorbeeld waar hoogwaardige technologie nodig is om te dematerialiseren: door voertuigen van actieve veiligheidssystemen te voorzien kan de massa van het voertuig sterk worden beperkt4 en kan veel energie en materiaal worden bespaard. Het zal duidelijk zijn dat deze actieve veiligheidssystemen niet ‘zomaar’ geaccepteerd zullen worden. Om die reden moeten deze systemen aantoonbaar zeer betrouwbaar zijn.

Pas wanneer dit ‘waarom’ van energieverbruik goed in beeld is en de oorzaken van energieverbruik zoveel mogelijk zijn weggenomen, komt het vraagstuk van de energievoorziening aan bod. Dus het ‘hóe voorzien we in onze energievraag’. In een aantal gevallen zal dat leiden tot een situatie waarbij de volledige voorziening van energie uit duurzame bronnen kan plaatsvinden, zoals bij autarkische passiefwoningen.

De autarkische woning, EVA Lanxmeer, Culemborg.

Nadat zoveel mogelijk duurzame energie is ingezet (liefst lokaal gewonnen), dan doet zich het probleem voor dat het aanbod van duurzame energie vaak grillig is. Als op jaarbasis voldoende energie kan worden gewonnen - voor woningen kan dit zeker, zowel wat betreft warmte als elektriciteit - dan zal op zeker moment energie geïmporteerd moeten worden

(midwinter).Terwijl op andere momenten overschotten ontstaan (midzomer). Dit is deels oplosbaar via buffering dé achilleshiel voor duurzame energie - maar zowel thermische opslag als elektrische energieopslag is relatief kostbaar en gaat meestal met aanzienlijke verliezen gepaard5. Het elektriciteitsnet vlakt vraag en aanbod uit, maar er zijn grenzen aan dit uitvlakvermogen. Hoe meer vraag en aanbod geografisch gespreid kan worden, hoe meer duurzame energie ingezet kan worden. Zo vergroot de crossborder capaciteit van het Noordwest Europese elektriciteitsnet de mogelijkheden van de inzet van Nederlandse windenergie [2, DNV Kema]. Voorlopig zal de derde stap van de Trias nog onmisbaar zijn, namelijk de energievoorziening vanuit (schone) fossiele bronnen. Deze bronnen zijn kwalitatief zeer hoogstaand, zeer goed gedefinieerd en zuiver, en (veel te) goedkoop. Dit maakt een fossiele brandstof als aardgas zeer geschikt voor heel hoogwaardige toepassingen, zoals warmte van 1000 graden Celsius in direct gestookte ovens met een zeer delicate gasatmosfeer6. Deze derde stap vertegenwoordigt het ‘wat’ in energie, voorlopig nog in termen van heel veel fossiele (Giga) ‘Watt’….

5

De (klein)verbruiker van elektriciteit verkeert overigens in de riante omstandigheid dat hij het elektriciteitsnet als een gratis en verliesloze buffer mag gebruiken met een onbeperkte capaciteit, mits hij netto importeur van energie blijft (salderingsregeling).

6

Gesprek met een keramisch bedrijf dat hele mooie designproducten maakt, maar in oude en zeer lekke ovens. ‘Weet u, wij verdienen gewoon veel meer geld met productinnovatie dan met procesinnovatie’ (met als doel het energieverbruik van de ovens te verminderen). Dit wordt mede veroorzaakt door de lage energieprijzen, die overigens in de rest van de wereld nóg lager zijn….

23

4. Duurzame energie toepassing per segment Te onderscheiden segmenten Ik maak onderscheid tussen de volgende segmenten: 1. gebouwde omgeving; 2. transport personen; 3. transport goederen; 4. procesindustrie, inclusief voedings middelen; 5. maakindustrie; 6. agrarische sector, inclusief tuinbouw; 7. energie conversie industrie. Krachtvraag De energievraag van het transport van personen en goederen is mechanisch. Verduurzaming via elektrische tractie - en uiteraard dematerialisatie - ligt hier voor de hand. Ook in alle overige segmenten is er sprake van een aanzienlijke krachtvraag. Vrijwel altijd wordt elektriciteit gebruikt om in deze krachtvraag te voorzien. Bij een niet al te grote elektriciteitsvraag per m2 bedrijfs(dak)oppervlak is het vaak mogelijk voldoende elektriciteit uit zonlicht te winnen. Ook hier is dematerialisatie de aangewezen weg om de eerste stap van de Trias Energetica te zetten, inclusief het dematerialiseren van brandstofstromen, direct of indirect. Warmtevraag Op de procesindustrie, de energieconversie industrie en kleine delen van

24

de voedingsmiddelenindustrie na, is er in deze segmenten sprake van een warmtevraag op lage temperatuur. Dit maakt terugwinning van warmte en winning van warmte uit de omgeving met warmtepompen mogelijk. Voor warmte op een hoog temperatuurniveau (>100 °C) is inzet van fossiele brandstoffen of biomassa onontbeerlijk. Koudevraag Vooral in de voedingsmiddelenindustrie en delen van de procesindustrie is er vraag naar koude op een temperatuurniveau waarbij inzet van koelmachines onvermijdelijk is. Koude voor de gebouwde omgeving (airconditioning) kan meestal uit WKO worden gewonnen.

Gebouwde omgeving Gebouwde omgeving omvat woningen en gebouwen. Tenzij bedrijven bij maakindustrie en procesindustrie ingedeeld kunnen worden én een energieverbruik hebben van enige importantie (met name procesindustrie en sommige delen van de maakindustrie), kunnen bedrijven (kantoren, softwarebedrijven, lichte assemblage, opslag etc.) vaak energetisch worden ingedeeld bij gebouwde omgeving. In de nieuwbouw kan verregaande verduurzaming plaatsvinden door een

Voorbeeld van een zeer goed geïsoleerd en luchtdicht huis met eigen, jaarrond dekkende energievoorziening op het dak.

integraal ontwerp, zeer goede isolatie, warmte terugwinning uit water en lucht en uitgekiende installaties (verlichting, klimatisering). In de meeste gevallen is energieneutraliteit mogelijk. Dit is vaak ook economisch aantrekkelijk. De economie van energieneutraliteit is bij bestaande bouw minder eenvoudig, omdat schilrenovaties kostbaar zijn als er al isolatie is toegepast. In

die situatie is het soms aantrekkelijker om meer stroomopwaarts in de keten te verduurzamen, zoals het aanleveren van duurzame warmte en elektriciteit. Als men gaat optimaliseren over een langere termijn, dan is sloop en nieuwbouw vaak aantrekkelijker dan renovatie. In de sociale woningbouw is sloop/nieuwbouw echter vaak ongewenst vanwege sociale aspecten en het verlies van status quo van de bewoners.

25

Transport personen Uiteindelijk zal het energieverbruik door transport van mensen moeilijk vermijdbaar zijn, anders dan door het verminderen van de vervoersbehoefte. Echter, voertuigen kunnen lichter worden gemaakt, met duurzame energie worden aangedreven (elektriciteit, biobrandstoffen) en mechanische energie kan worden teruggewonnen bij het remmen. Door slimme software kan de ‘zware’ passieve veiligheid die auto’s de inzittenden bieden (niet aan de fietsers en voetgangers!), worden vervangen door gewichtloze actieve veiligheid via software. Naast energiebesparing vergroot dit de actieradius van de elektrische auto, die zoals gezegd, eenvoudig duurzaam is op te laden. Daarmee wordt deze bottleneck - de beperkte actieradius van elektrische voertuigen - grotendeels weggenomen. Ook de aantrekkelijkheid van het vervoer zal toenemen door het ‘zelf rijden’ van het voertuig. De auto wordt daarmee een echt automobiel. Deze radicale gewichtsvermindering is een vorm van dematerialisatie evenals ‘car sharing’. Car sharing wordt makkelijker bij autonoom rijdende voertuigen, men kan een auto zonder bestuurder laten 'voorrijden'..

Auto met een brandstofverbruik van 1,5 liter diesel per 100 km (LOREMO)

26

De zware Tesla en de lichte Renault Twizy

Het ziet er (voorlopig) naar uit dat accu’s kostbaar zijn en relatief veel gewicht hebben per kWh. Dat laat zich slecht rijmen met dematerialisatie. Omdat meer dan 90% van de ritten met een auto korter zijn dan 80 km, zou een accucapaciteit van ca. 8 kWh voldoende moeten zijn bij een licht voertuig. Een combinatie van deze accu met een range extender op biodiesel (ca. 10 kW) is waarschijnlijk optimaal uit oogpunt van fossiel energiegebruik, kosten en het gebruik van schaarse grondstoffen. Daarnaast zal de toenemende verstedelijking leiden tot meer openbaar vervoer, dat via elektrische tractie goed te verduurzamen is (trein/tram trolley bus).

Elektrisch personenvervoer per trolleybus (Arnhem).

Transport per binnenvaart kost relatief weinig energie (per ton/kilometer).

Goederenvervoer Het goederenvervoer over zee heeft geen belemmeringen als het gaat om emissievoorschriften. Ook het stoken van accijnsloze inferieure brandstoffen is eerder regel dan uitzondering. Dat maakt verduurzaming van de zeevaart problematisch. Een van de belangrijkste middelen om hier toch te verduurzamen is dematerialisatie, dus minder transport. Dat geldt uiteraard voor alle goederenvervoersmodaliteiten. Toename van het aandeel binnenscheepvaart zal het energieverbruik per ton/kilometer doen dalen. Verduurzaming is mogelijk door het toepassen van biobrandstoffen.

door biogene materialen (biobased economy). Dat reduceert het gebruik van energiegrondstoffen enorm. Voorlopig is het vooral van belang de fossiele brandstoffen te weren uit laagwaardige toepassingen. Op die manier stijgt de toegevoegde waarde van de schaarse fossiele brandstoffen. Zo blijft bijvoorbeeld aardgas beschikbaar voor ovenprocessen op hoge temperatuur, waarbij de brandstofsamenstelling kritisch is voor de productkwaliteit, zoals in de keramische industrie.

Procesindustrie, inclusief voedingsmiddelenindustrie De procesindustrie gebruikt zeer veel fossiele brandstoffen. Het grootste deel van deze brandstoffen wordt niet-energetisch gebruikt, namelijk als feed stock. Dat wil zeggen dat er producten van worden gemaakt. Naast hergebruik en recycling, is het mogelijk deze grondstoffen te vervangen

Tunneloven in de bouwkeramische industrie: de productkwaliteit is in hoge mate afhankelijk van de brandstofkwaliteit.

27

Dit overgaan op biobased grondstoffen is de belangrijkste manier waarop de procesindustrie kan verduurzamen. Daarnaast is het mogelijk door het verhogen van de energie efficiency, door procesinnovatie, procesintensivering en procesintegratie het energetische energieverbruik te reduceren. In Nederland wordt in de procesindustrie zeer veel elektriciteit opgewekt met Warmte Kracht Koppeling (WKK). Het is echter zeer problematisch om alle biobased grondstoffen die de procesindustrie op basis van de huidige productie nodig heeft op Nederlandse bodem te telen. Dit betekent dat dit niet zonder dematerialisatie en hergebruik/recycling kan. Waarschijnlijk zullen biobased grondstoffen in het zuiverings-/opwerkingsproces van deze grondstoffen een behoorlijke hoeveelheid (voorlopig) onbruikbare bioreststoffen opleveren. Deze brandstoffen kunnen worden gebruikt voor het energetisch gebruik van de productieprocessen (o.a. bio-WKK). De voedingsmiddelenindustrie werkt qualitate qua met biobased grondstoffen. Besparingen zijn hier vooral te bereiken met energie efficiency en het gebruiken van biobased reststromen als biobrandstof. Door de energie-intensiteit van de procesindustrie, de vaak hoge temperaturen en het grote aandeel van energiekosten in de totale toegevoegde waarde, is verduurzaming van de energiebehoefte hier overigens niet eenvoudig.

28

Maakindustrie De grens tussen maakindustrie en procesindustrie is niet altijd even makkelijk te trekken. Kenmerk van maakindustrie is dat het accent ligt op (eind) producten. De procesindustrie levert meestal continue (bulk)stromen. Maakindustrie is algemeen gesproken minder energie-intensief en het energiegebruik van de processen is vaak veel minder dan het energieverbruik van de gebouwen. Bij procesindustrie is dit andersom. Om deze reden worden grote delen van de maakindustrie energetisch ingedeeld bij gebouwde omgeving.

Agrarische sector en tuinbouw Van oudsher is de (glas)tuinbouw een grote energieverbruiker. Dit kan sterk worden verminderd door het toepassen van (semi)gesloten kassen en het aanwenden van ‘eigen’ biomassa voor energie doeleinden. Een en ander wordt mogelijk gemaakt door WKO en warmtepompen, waarbij de warmtepompen worden aangedreven met elektriciteit uit zonnecellen en deels door bio WKK. In Nederland is de toepassing van geothermie (diepte: ca. 2 kilometer) gestart bij glastuinbouwbedrijven. In veeteeltbedrijven kan energie worden gewonnen uit (mest)vergisting, waarmee deze sector in combinatie met zonnepanelen en windenergie energieneutraal kan worden. Bij boerenbedrijven is hier over het algemeen voldoende ruimte voor. Bottleneck voor verduurzaming zijn de grote

In de gesloten tuinbouwkas wordt via een WKO systeem /warmtepomp combinatie zomerwarmte in de winter gebruikt en winterkoude in de zomer (Zonneterp).

arealen die nodig zijn voor de veevoederproductie. De akkerbouw is weinig energie-intensief. Duurzame energie kan hier gewonnen worden uit zon, wind en biomassa. Akkerbouwbedrijven kunnen hiermee makkelijk energieleverend worden.

verduurzamen, omdat deze bedrijven een behoorlijk ‘begrazings-’ gebied hebben door de noodzakelijke winning van duurzame energie. Idealiter krimpt deze sector qua materiële omzet. De raffinage en processing van biobrandstoffen en biogrondstoffen zal echter in belang en omvang moeten toenemen.

De energie(conversie) industrie Deze sector heeft energie en energiegrondstoffen als (eind)product. Voorbeelden: raffinaderijen, cokesfabrieken, elektriciteitscentrales, WKK centrales, warmtecentrales, maar ook wind- en zonneparken. Juist voor deze sectoren geldt dat de fossiele input (zeker per eenheid eindproduct) zal moeten dalen. Ook is het noodzakelijk om de bedrijven in deze sector te decentraliseren als ze

29

5. De onderzoekslijnen

Het lectoraat Duurzame energievoorziening maakt deel uit van het Kenniscentrum Leefomgeving (KCL) van Saxion. Het KCL doet onderzoek naar leefomgevingsvraagstukken. Duurzame energievoorziening is naar zijn aard extensief, in de zin dat er veel oppervlak nodig is om duurzame energie te winnen. Denk hierbij aan zonne-energie, windenergie en biomassa7. Juist om deze reden zijn duurzame energievoorzieningsvraagstukken ook ruimtelijke vraagstukken en daarmee leefomgevingsvraagstukken. Echter, niet alle vraagstukken op het gebied van duurzame energie zijn leefomgevingsvraagstukken. Het lectoraat houdt zich ook uitdrukkelijk bezig met de technologie van duurzame energieopwekking en de daaraan voorafgaande trias energetica, en kansen-creërende technologie die zich richt op energiebesparing en energieterugwinning.

Het lectoraat Duurzame energievoorziening heeft gekozen voor drie onderzoekslijnen: 1. Bio-energie en biobased economy 2. Comfort en energiebesparing in Smart Buildings 3. Energieneutrale gebiedsontwik keling Bij alle drie de onderzoekslijnen is een relatie met ruimtelijke vraagstukken en alle drie hebben hun eigen technologiebehoefte. Bij bio-energie en biobased economy is de kennis van bioprocestechnologie en biologische processen in het algemeen onmisbaar. Bij comfort en energiebesparing is bouwfysische kennis onmisbaar, evenals kennis van installatietechniek en thermodynamica. Bij het realiseren van smart buildings is voor een goede vraagarticulatie van de gebruikers een zekere mate van Ambient Intelligence onmisbaar. Bij energieneutrale gebiedsontwikkeling speelt kennis van smart energy systems (inclusief Smart Grids) een belangrijke rol. Dat is niet mogelijk zonder kennis van elektrotechniek,

De ruimtelijke impact van warmte /koude opslag en geothermie is daarentegen is gering. Winning van duurzame energie op zee (windenergie, getijdenenergie, stromingsenergie) heeft ook weinig impact.

7

30

natuurkunde en technische informatica. Tot slot is bij het ontwerpen van componenten en producten, waaronder de reeds genoemde zeer lichte voertuigen, kennis en vaardigheden van industrieel ontwerpen onmisbaar.

Samenwerking met andere lectoraten De interactie tussen energiebesparing, verbetering van het binnenklimaat en opwekking van duurzame energie heeft veel samenhang met de eigenschappen van gebouwen en woningen. Nauwe samenwerking met het lectoraat Innovatieve technologie in de bouw ligt derhalve zeer voor de hand. Met het lectoraat Risicobeheersing ligt samenwerking op het gebied van een veilige en duurzame energievoorziening voor de hand. Immers, decentralisatie brengt ook risico’s met zich mee die in een grootschalige, professionele omgeving wellicht eenvoudiger beheerst kunnen worden dan bij kleine installaties die vaak door non-professionals of vrijwilligers worden bediend. Smart buildings zijn vooral ook smart omdat ze veiliger zijn dan traditionele gebouwen. Met het lectoraat Governance wordt intensief samengewerkt. Ook omdat de mogelijkheden van duurzame energie in de praktijk in hoge mate worden bepaald door de overheid: de overheid heeft het primaat als het gaat om bestemmingsplannen, Urban Planning, fiscale maatregelen en subsidies. Zoals aangegeven hebben deze grote invloed op de mogelijkhe-

den van duurzame energie. Ditzelfde geldt mutatis mutandis ook voor het lectoraat Gebiedsontwikkeling en Recht. Met het lectoraat Duurzame leefomgeving wordt samengewerkt op het gebied van de milieu-effecten van duurzame energie, denk hierbij aan Life Cycle Analyses (LCA) die noodzakelijk zijn om de duurzaamheid, ook van duurzame energie, vooraf te toetsen. Als voorbeeld kan asbestsanering genoemd worden: door het vervangen van asbestdaken gaat ‘het dak eraf’. Dat is een mooie kans om een energiedak (integrale energiewinning met zonnepanelen) te plaatsen. Dat kan verrassende uitkomsten bieden. Het lectoraat Regionale ontwikkeling houdt zich bezig met sociaal economische ontwikkelingen van regio’s, in het bijzonder met de ‘eigen’ regio Twente. In het Cleantech project van dit lectoraat werd nauw samengewerkt en nieuwe initiatieven in de regio Stedendriehoek (Cleantech Stedendriehoek) zullen gezamenlijk worden opgepakt. Daarnaast wordt intensief samengewerkt met het Kenniscentrum Design en Technologie (KCDT) van Saxion, met name met het lectoraat Ambient Intelligence. In de toekomst zal ook worden samengewerkt met het lectoraat Lichtgewicht Construeren vanwege de dematerialiserende effecten van deze discipline.

31

Verduurzaming heeft ook grote invloed op het landschap: in het verleden werd het landschap bepaald door energiewinning (windmolens, biomassa). Voor de voedsel van paarden, de bron van mechanische energie vóór de stoommachine, waren grote arealen landbouw nodig. (De dorpsstraat, Jan Brueghel de Oude, 1603)

Hoewel de accenten in de onderzoekslijnen van het lectoraat Duurzame energievoorziening verschillen, zijn ze allen gericht op dematerialisatie, decentralisatie en op het gebruik van hernieuwbare energie en grondstoffen. Zoals aangegeven is technologie buiten het werkterrein van duurzame energieopwekking belangrijk voor duurzaamheid, wanneer deze technologie bijdraagt aan dematerialisatie en decentralisatie, maar niet direct energie-gerelateerd is. Informatietechnologie is onmisbaar om decentralisatie effectief te maken en is ook onmisbaar bij dematerialisatie van de economie: een verminderde reisbehoefte of ver-

32

minderde energie-impact van reizen (energiegrondstoffen) en een verminderde behoefte aan materiële informatiedragers (papier) zijn vormen van dematerialisatie. De drie genoemde onderzoekslijnen passen in het leitmotiv van KCL: Toekomstbestendige Stad / Futureproof Cities. Hierin werken alle lectoraten van KCL samen. ‘Futureproof’ houdt in: duurzaam, ook wat betreft de energievoorziening. Het lectoraat levert een bijdrage aan Futureproof Cities, vooral door verduurzaming van de energievoorziening en verduurzaming van grondstoffen.

De ruimtelijke impact: bij uitstek een KCL onderwerp

Positie van de onderzoekslijnen in de energieketen

Winning van fossiele brandstoffen hebben weinig ruimtelijke impact. Dit is onmiskenbaar een voordeel van fossiele brandstoffen en een nadeel van duurzame energie. Echter, de ruimtelijke gevolgen van duurzame energiewinning en -gebruik kunnen beperkt worden door: • dubbel grondgebruik (PV panelen op daken, parkeerplaatsen, wegen, spoorwegen); • gebruik van bronnen op zee of zeer dun bevolkte gebieden (Sahara); • gebruik van thermische opslag van warmte en koude in de bodem; • gebruik van geothermie.

Onderzoekslijn 1: Bio-energie en Biobased Economy - richt zich vooral op de upstream kant van de energieketen: winning van energie en grondstoffen om de fossiele brandstoffen te verdringen.

Winning van energie uit zon, wind en biomassa op land hebben grote impact op het landschap, zeker in dichtbevolkte gebieden. Het is maar de vraag of men dat accepteert. Bovendien concurreert deze winning op land met voedselproductie op datzelfde land. De zee en ontvolkte gebieden als de Sahara zijn in dit opzicht aantrekkelijk als wingebied. Als nadeel kan genoemd worden, dat ze tot centralisatie en grootschalige opwekking leiden en daardoor een kostbare infrastructuur nodig hebben om de grote hoeveelheden duurzame energie te transporteren. Waarschijnlijk zijn de onderhoudskosten erg hoog ten opzichte van kleinschalige installaties door afgelegen ligging en corrosie/slijtage (zandstormen).

Onderzoekslijn 2: Comfort en Energiebesparing - richt zich typisch op de downstream kant van de energieketen: hier is vooral sprake van energiebesparing en het benutten van lokaal opgewekte duurzame energie . Onderzoekslijn 3: Energieneutrale gebiedsontwikkeling - omvat de totale energieketen, van upstream via midstream (Smart Grids) naar downstream.

Zie de afbeelding van De energieketen: upstream, midstream en downstream, op pagina 13

33

Onderzoekslijn 1: Bio-energie en Biobased Economy Energie uit biomassa is na zonne-energie en spierkracht waarschijnlijk de oudste vorm van energie. Daarbij kan onderscheid gemaakt worden in energie uit de spijsvertering (basis voor de mechanische energie uit spierkracht) en energie die vrijkomt door verbranding en vrijgemaakt werd sinds de mens het vuur heeft uitgevonden.

dan nodig is om in de warmte voor koken te voorzien. Het gebruik van deze warmte op hoog temperatuurniveau, bijvoorbeeld om keramiek te bakken of elektriciteit op te wekken is overigens al weer hoogwaardiger dan genoemde laag temperatuur-toepassingen (koken en ruimteverwarming). Zie ook bijlage 4 - Trias Exergetica. De waarde van de inzet van biomassa wordt meestal weergegeven in bijgaande piramide.

Het verbranden van biomassa is echter laagwaardig, zeker als deze warmte wordt gebruikt voor lage temperatuur warmte en/of met grote verliezen wordt opgewekt. Denk daarbij bijvoorbeeld aan het koken op houtvuur in ontwikkelingslanden, waarbij veel warmte verloren gaat en waardoor ontbossing veel sneller verloopt

Bovenin de piramide bevinden zich de voedingsmiddelen en de medicijntoepassingen. Sommige delen van de plant - meestal de vruchten - worden hoger in de piramide gebruikt. Andere delen (bv brandhout) starten hun levenscyclus meer onderin de piramide. Zoals gezegd is de betekenis van deze piramide vooral symbolisch. Voor

Fharma

Health and

Fine chemicals

lifestyle

Food

Added

performance materials Fermentation commodity chemicals

chemicals

Fertilizer, bulk chemicals

Fuel, transportfuels Fire, electricity and heat

De piramide van de Biobased Economy.

34

Food

Energy

Volume

value

Feed

land

Feed back & Capital

experience

Labour

Agricultural

knowledge

Production Climate

Industrial waste Agricultural Products

Food processing

Food products

Non food

Non food

processing

products

Consumer recycle

Bio Waste processing

Energy

Feed stock & Minerals

De positie van (waste) processing in de keten ‘van gewas naar product’.

energie is overigens een aparte piramide op te stellen, van laagwaardige brandstoffen tot hoogwaardige transportbrandstoffen.

gericht zijn op de winning van hoogwaardige grondstoffen (aardappelen, mais, vlas) zoals bouwmaterialen staan in de belangstelling.

Het lectoraat Duurzame energievoorziening richt zich met deze onderzoekslijn primair op processing, gericht op het verwerken van natte biomassastromen uit de landbouw en rioolwaterzuiveringen en met name op mestvergisting. Bovenstaand schema geeft de plaats van (waste)processing weer, in de totale biomassa keten.

Onderzoekslijn 2: Comfort en energiebesparing in Smart Buildings

Via waste processing van afvalstromen uit de voedingsmiddelenindustrie, de landen tuinbouw (akkerbouw, veeteelt en tuinbouw) en landschapsonderhoud (bermgras) kunnen energie en groene grondstoffen worden (terug)gewonnen. Ook projecten die

Deze onderzoekslijn richt zich op comfort in samenhang met energieverbruik. Het doel (of ‘product’) is hier comfort. De productkwaliteit is hier vooral de kwaliteit van het binnenklimaat. Uiteraard rekening houdend met energieverbruik en kosten. In samenwerking met het lectoraat Innovatieve technologie in de bouw richt het lectoraat Duurzame energievoorziening zich vooral op het systeem waarmee de gewenste klimatisering wordt bereikt en op de duurzame lokale opwekking op (bijvoorbeeld

35

zonnepanelen, PV(T) en thermisch) en rond het gebouw (bijvoorbeeld WKO/ warmtepomp systemen). Het lectoraat beschikt over een klimaatkamer en over laboratoriumvoorzieningen om installaties en installatiecomponenten te kunnen ontwikkelen. Hiervoor zijn uitgebreide meetfaciliteiten beschikbaar. Daarnaast wordt onderzoek gedaan naar nieuwe installatiecomponenten en hun energieprestatie. Monitoringsprojecten worden uitgevoerd om de kwaliteit van het binnenklimaat en het (primaire) energieverbruik vast te stellen.

Warmte terugwin unit (WTW) voor ventilatielucht met geïntegreerde warmtepomp.

Onderzoekslijn 3: Energieneutrale gebiedsontwikkeling Bij onderzoekslijn 3 komt de hele energieketen in beeld: zowel het upstream deel (genereren van duurzame energie), het midstream deel (grootschalige conversie, transport, opslag en distributie) als het downstream deel (consumptie en decentrale opwekking). Inzicht in deze keten is essentieel om bestaande en nieuw te ontwikkelen gebieden energieneutraal te maken. Daarbij zijn de kansen voor nieuwe gebieden om energieneutraal te maken beter dan voor bestaande

36

gebieden. Zoals eerder gesteld, is duurzame energie aan de bron ruimtelijk gezien extensief, dat wil zeggen dat er veel grondoppervlak beschikbaar moet zijn voor de opwekking. Dit geldt vooral voor zonne-energie, windenergie en biomassa.

Een kwantitatief voorbeeld van duurzame energievoorziening uit zon en wind Ook wanneer de duurzame energievoorziening (‘all electric’) in een gebied op jaarbasis dekkend is uit zon en wind (dat wil zeggen dat er gedurende een jaar evenveel duurzame energie uit zon en wind wordt opgewekt als wordt verbruikt), dan bestaat er op zeker moment externe vraag naar energie (midwinter) en op andere momenten een overschot (midzomer). Deze tekorten respectievelijk overschotten zijn op jaarbasis uiteraard aan elkaar gelijk, want de jaarlijkse opgewekte hoeveelheid energie is gelijk aan de geconsumeerde hoeveelheid energie. Bij uitsluitend opwekking van zonne-energie is dit tekort respectievelijk overschot meer dan 60%, terwijl een optimale mix van wind en zon (ca. 60% wind) een tekort respectievelijk overschot oplevert dat minder is dan 40%, zie bijgaande figuur. Wil een gebied geheel zelfvoorzienend zijn, dan zal in deze 40% op een andere manier duurzaam opgewekt moeten worden, bijvoorbeeld met biomassa WKK. Doordat de externe vraag naar elektriciteit en warmte ‘s winters vaak gelijktijdig is, kan op de capaciteit van warmtepompen worden

bespaard- en daarmee daalt de externe elektriciteitsvraag enigszins, juist op de momenten waarop deze geïmporteerd zou moeten worden zonder Bio-WKK.

wijkniveau. In termen van dit dashboard gebeurt dit op micro- (gebouw), macro- (wijk) of op regioniveau. De effecten op regioniveau zijn meestal wat minder gebiedspecifiek dan de effecten op wijkniveau. Door aan de ‘knoppen’ te draaien kan men de impact van een zekere duurzame energieoptie kwantificeren en analyseren.

Dit voorbeeld toont aan dat een ‘energieneutrale’ energievoorziening voor een gebied altijd van verschillende duurzame bronnen gebruik moet maken om óók zelfvoorzienend (autarkisch) te kunnen zijn.

In deze onderzoekslijn komt het KCL onderzoeksprogramma Futureproof Cities ofwel Toekomstbestendige Stad aan de orde. Saxion kan als University of Applied Sciences een belangrijke bijdrage leveren aan de oplossing van stedelijke vraagstukken en het benutten van kansen om de stad als leefomgeving aantrekkelijk te maken en te houden.

Dashboard energieketen Het lectoraat Duurzame energievoorziening gebruikt het dashboard op de volgende pagina om de invloed van gebouwen gebiedsmaatregelen integraal te kunnen wegen, tenminste op 70%

Aandeel import

60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Aandeel windenergie in energievoorziening Omdat de zon niet altijd schijnt en omdat het niet altijd waait, is import en export van energie nodig, ook al wordt er op jaarbasis voldoende energie opgewekt om in de energiebehoefte te voorzien. Import (en dus ook export ) kunnen verminderd worden door een betere afstemming van vraag en aanbod, en door buffering. Het aandeel import in de totale energievoorziening van een gebied. Wind en zon wekken samen 100% van de jaarlijks benodigde energie (kWh) op, dus 60% windenergie betekent 40% energie uit zon. Jaarlijkse dekking betekent: export (kWh) = import (kWh))

37

Dashboard energieketen Winning Zon-windbiomassa-geothermie

Infrastructuur

Gebouw/woning

GAS

W

E

WKO

Bouwkundig

Schil

Installatie WK

Regio

Macro

E

tap

vent

Micro

Opslag Warmte-koude-elektriciteit

Het ‘Dashboard’ van de energieketen op regionaal niveau.

Een stad is toekomstbestendig wanneer ook volgende generaties graag in die stad willen leven, wonen en werken. Wanneer die generaties de ruimte en kansen zien om zich met die stad te verbinden. Waarom? Omdat zij in die stad een interessante en goed betaalde baan kunnen vinden, carrière kunnen maken, veilig, duurzaam en comfortabel kunnen wonen en kunnen genieten van een afwisselend en hoogstaand aanbod aan onderwijs, cultuur, sport en winkelvoorzieningen. Omdat zij in die stad unieke kansen zien die zij elders niet aantreffen. Kortom, een stad waarin mensen bereid zijn financieel en sociaal te investeren. Het spreekt voor zich dat de energievoor-

38

ziening van deze stad duurzaam is, en dat er sprake is van een duurzame energieketen. Het lectoraat Duurzame energievoorziening levert de kennis om deze toekomstbestendige stad van duurzame energie te voorzien. Hierop wordt in het volgende hoofdstuk uitgebreid ingegaan.

6. Duurzame energievoorziening van ‘Futureproof Cities’ Saxion kan als University of Applied Sciences een belangrijke bijdrage leveren aan de oplossing van stedelijke vraagstukken en het benutten van kansen om de stad als leefomgeving aantrekkelijk te maken en te houden.

De geschiedenis van de stad in vogelvlucht De stad is oorspronkelijk vooral een burcht, waar mensen elkaars nabijheid opzochten uit oogpunt van veiligheid.

Een klein gebied was immers eenvoudiger te verdedigen dan een groot gebied, vooral om een gezamenlijke verdedigingswal (wallen, standsmuur) te realiseren. De concentratie aan arbeidskrachten en kennis deed handel en ambacht bloeien, er ontstond een zekere welvaart. Vooral steden die deelnamen aan de internationale handel floreerden, denk aan Venetië, Genua en Amsterdam. Velen trokken naar de stad om hun geluk te beproeven.

De toren van Babel. Het groeien van de stad ‘tot in de hemel’ heeft risico’s . Schilderij van Tobias Verhaecht (1561-1631).

39

In wezen is dit tegenwoordig niet anders. De verstedelijking in de wereld zet steeds verder door. Ook vanwege de overal toegepaste mechanisatie van de landbouw, waardoor op het platteland weinig werk is. Die verstedelijking roept ook allerlei problemen op, denk aan slechte woon- en hygiënische omstandigheden in de industriesteden van de negentiende eeuw. Futureproof Cities zijn steden die voorbereid zijn op een duurzame en welvarende toekomst. Een stad is toekomstbestendig wanneer ook volgende generaties graag in die stad willen leven, wonen en werken. Wanneer die generaties de ruimte en kansen zien om zich met die stad te verbinden.

Trends in de stedelijke ontwikkeling van (Oost) Nederland Demografische verandering: Die slaat in Oost-Nederland sterker toe dan in de Randstad. Ontgroening, vergrijzing, selectieve migratie naar de steden - ze veranderen het sociaal-economische landschap van Oost-Nederland, en brengen voor onze partners allerlei praktische vragen met zich mee. Van organisatie van de zorg, strategische arbeidsmarkt en innovatiebeleid tot waterzuivering. Migratie: De migratie naar de stad vlakt niet af en neemt nog steeds toe. Die migratie houdt zich niet aan landsgrenzen, zelfs niet aan die van het Fort Europa. Dat leidt tot allerlei opgaven voor stadsbesturen en maatschappelijke partners die om moeten gaan met de

40

vestiging (en soms ook weer het plotselinge vertrek) van allerlei individuen en groepen van buiten de stad. Informatisering en individualisering: Toenemend gebruik van Smartphonetechnologie, domotica en social media in het economisch en sociaal verkeer heeft ingrijpende fysieke consequenties voor de stad. Denk aan mobiliteit, winkelen, ontmoetingsplaatsen/evenementen, cultuur, zorg, wonen, werken. Maar ook de toenemende leegstand van winkelruimten en kantoren. Mondialisering van het financieel verkeer: Geld wordt steeds minder makkelijk grijpbaar. Het verplaatst zich steeds makkelijker, fysiek, maar ook tussen de virtuele en fysieke sfeer. Dat heeft allerlei consequenties, bijvoorbeeld voor de financiering van publieke taken. Decentralisatie en verduurzaming van de energievoorziening: Door isolatie van woningen en warmteterugwinning van warmte uit ventilatielucht en douchewater, alsmede door nieuwe sanitatieconcepten neemt de vraag naar energie per woning en gebouw af. Tegelijkertijd wordt (geaccumuleerde) warmte uit de omgeving via warmtepompen opgewerkt tot bruikbare warmte, die wordt ingezet om woningen en gebouwen van warmte te voorzien. Elektriciteit wordt opgewekt met zonne-(PV)-panelen, voldoende om de elektriciteitsvraag op jaarbasis te dekken.

Opbouw van een duurzaam energiesysteem voor een woonwijk.

Decentralisatie en verduurzaming van de waterhuishouding: Uit het rioolwater wordt zoveel mogelijk energie en nutriënten teruggewonnen. Grijs water wordt gebruikt voor laagwaardige toepassingen. Het lectoraat Duurzame energievoorziening richt zich vooral op de ondersteuning van de laatste twee trends, via de onderzoekslijn Energieneutrale gebiedsontwikkeling. Als gebruik wordt gemaakt van windenergie, biomassa, WKK of open WKO systemen kan de benadering van de stad als energiesysteem het best plaatsvinden op het niveau van wijk van enkele honderden tot 1000 woningen. Deze schaal is gekozen omdat dan de ontwikkeling van een duurzaam energiesysteem enerzijds voldoende schaal heeft om economisch verantwoord duurzame energie op te wekken en

anderzijds voldoende gespreid kan worden over de wijk. Zo heeft men voldoende schaal om de energie infrastructuur aan te passen en de risico’s en de energieverliezen kan men beperken. Dit doet niets af aan het feit dat besparing op woningniveau in principe altijd voorrang heeft volgens de Trias Energetica. Lokale winning van energie uit zon (PV, thermisch) is vaak mogelijk op de kleinste schaal. Soms geldt dit ook voor -gesloten -WKO.

Het Stadslab Futureproof Cities zijn vooral ook ‘smart cities’ [8, Werkplan De Toekomstbestendige stad, Saxion]. Dit geldt zeker voor bestaande steden die maar beperkt transformeerbaar zijn. Op korte termijn is het slim maken van gebouwen en infrastructuren aantrekkelijker en eerder haalbaar dan grootschalige renovaties en sloop/

41

herbouw dan wel het realiseren van grootschalige duurzame opwekking. Om deze processen te kunnen bestuderen heeft KCL het Stadslab ingericht. Het Stadslab is de hoeksteen en fysieke uitdrukking van het onderzoeksprogramma Toekomstbestendige Stad. Hier werken studenten met professionals van betrokken instellingen en bedrijven en onderzoekers aan concrete innovaties. Het concept van een laboratorium om met toegepast onderzoek stedelijke ontwikkeling en innovaties daarin te bestuderen is niet uniek. ‘Smart Cities’ staat voor een benadering van innovatie waarin op basis van het creëren van een grote mate van variëteit en diversiteit (niet hiërarchisch of bureaucratisch maar ecologisch) innovatieve producten en benaderingen worden ontwikkeld in een parallelle fysieke virtuele setting. In het Stadslab brengen de partners van KCL in praktijk een aantal activiteiten onder: Haalbaarheidsstudies: Een partner heeft een conceptueel idee en vraagt zich af of dit haalbaar is. Het lab is dan een plek om dit idee verder uit te werken door het te toetsen in de (brede!) context waar het idee uiteindelijk terecht moet komen. Het lab biedt daarvoor werkruimte, (kaart)gegevens (van vergelijkbare vraagstukken of organisaties), kengetallen, software en hardware,

42

onderzoeks- en opleidingsexpertise van onderzoekers (van verschillende kenniscentra), en studenten van een breed scala aan opleidingen en achtergronden. Virtuele experimenten/simulaties: Een partner is benieuwd naar de beleving van een idee of maatregel in een zekere ruimte. Met behulp van een virtuele omgeving kunnen we experimenteel de effecten in kaart brengen, bijvoorbeeld de effecten van verlichting. Denk hierbij aan de effecten van maatregelen op het veiligheidsgevoel van gebruikers of bewoners van een plek, crisissituaties simuleren, etc. Het lab biedt hiervoor de apparatuur, software, onderzoekers en studenten. Grafische presentatie: Een partner heeft een idee en zoekt naar manieren om dit beeldend te maken om mensen mee te kunnen nemen. Het lab biedt daarvoor werkruimte, (kaart)gegevens, software en hardware, onderzoekers en studenten. Procesbegeleiding: Een partner heeft een idee en zoekt naar een werkwijze om mensen mee te nemen in een ideevormings-, ontwerpen/of besluitvormingsproces. Het lab biedt daarvoor de inspirerende multimediale werkruimte, (kaart) gegevens, kengetallen, onderzoekers en studenten. Omdenken: Een partner doet iets op een bepaalde manier en is benieuwd of het

ook op een andere manier kan. Het lab biedt de inspirerende werkruimte, onderzoekers en studenten met frisse ideeën. raining en toerusting: T Een partner brengt zijn toerustingstrajecten onder in het Stadslab. Daarmee wordt de synergie voor de betrokken deelnemers via onder meer Short Degree programs, cursussen en maatwerktrajecten zo groot mogelijk. Instrumentontwikkeling. De partners hebben behoefte nieuwe instrumenten en zoeken open source ruimte waarin die meerdere partners ontwikkeld worden.

aan een met kan

De redenen om deel te nemen aan het Stadslab variëren voor de verschillende stakeholders en partners: • Toegang tot de laatste ideeën en tot een internationale ‘community of practice’. • De koppeling tussen technologische innovatie (apparatuur en applicaties), sociale innovatie (opleiding, organisaties, processen), oplossingen en methodiekontwikkeling. • Partijen hoeven niet direct zelf te investeren in alle laatste generaties technologie (ruimte, apparatuur en software) inclusief onderhoud. • Partijen krijgen niet alleen een oplossing voor een probleem, maar leren ook zelf in het lab. Technische en so-

ciale innovatie gaan hand in hand. • Partijen hebben de mogelijkheid om partners te betrekken in het innovatie proces, wat de toepasbaarheid en kans op succesvolle implementatie vergroot. • Het lab biedt een alternatieve, open source methode van ontwikkeling die het mogelijk maakt producten te ontwikkelen en die elders toe te passen. • Open source standaarden leiden tot een snellere en kwalitatief betere beschikbaarheid van gegevens (open data). • Stadslabs vormen door hun inbedding in regionale, nationale en internationale netwerken een vindplaats van informatie over vergelijkbare (best practice) cases. • Stadslabs maken het mogelijk de professionals van vandaag (werknemers, interimkrachten, adviseurs, ZZP-ers) en morgen (studenten) met elkaar aan innovaties te laten werken. Dat leidt tot een integratie van de werelden van leren en werken. Vrijwel iedere benadering heeft raakvlakken met de (duurzame) energiehuishouding van steden. Omdat de technologie van duurzame energie vrijwel nooit losstaat van de ruimtelijke ontwikkeling van de (stads)omgeving, inclusief infrastructuur, is het lectoraat Duurzame energievoorziening intensief betrokken bij de ontwikkeling van het Stadslab.

43

7. Marktkansen voor het lectoraat

De markt voor duurzame energie ontwikkelt zich stormachtig. Dit geldt ook voor (technische) professionals die duurzame en slimme energiesystemen gaan realiseren. Er is derhalve een markt voor het lectoraat Duurzame energievoorziening. Deze markt blijkt ook uit de inhoud van de bijlagen 1 t/m 5, waarin de projecten en het bedrijvennetwerk van het lectoraat worden besproken.

De markt kan ruwweg in twee segmenten worden gesplitst: ublieke partijen die graag duurzaP me energie toepassen in ‘hun’ energieketen of dat door anderen willen laten arrangeren. Bijvoorbeeld gemeenten en provincies, maar ook energie netwerkbedrijven en waterschappen, en stichtingen die de toepassing van duurzame energie willen bevorderen. Daarin zijn ook begrepen: energie coöperaties. Soms moet de duurzame energievraag nog gearticuleerd worden, dat wil zeggen: men wil verduurzamen, maar ziet daarin de rol van duurzame energie (nog) niet. Private marktpartijen - bedrijven die duurzame componenten en systemen willen ontwikkelen, produceren en verkopen.

44

Omdat duurzame energie vaak nog moeilijk kan concurreren met fossiele energie - de prijs van fossiele energie is uit oogpunt van de gewenste verduurzaming aan de lage kant - moet duurzame energie vaak gesubsidieerd worden. Dat leidt ertoe dat publieke partijen vaak een belangrijke invloed hebben op de manier waarop duurzame energieprojecten worden vormgegeven. Er is een complex systeem van duurzame energiesubsidies [9, energiesubsidiewijzer]. Om daadwerkelijk alle financiële ondersteuning te krijgen, is het ook van belang alle fiscale middelen in te zetten (zie ook energiesubsidiewijzer, investeringsaftrek, regelingen voor kleine ondernemers, versneld afschrijven van duurzame energie investeringen, etc.). Omdat duurzame energie vaak extensief is (wind, zon, biomassa) zijn er ruimtelijke consequenties en dus heeft men te maken met bestemmingsplannen - soms ook MER procedures - en acceptatie van de omwonenden. Ook dit maakt dat de realisatie van duurzame energieprojecten vaak een publiek karakter heeft. Dit betekent in de praktijk dat bij het realiseren van duurzame energieprojecten het zeker niet alleen om technologie gaat. Meestal zijn andere factoren bepalender dan de technologie. Daarom neemt het lectoraat Duurza-

me energievoorziening deel aan het Kenniscentrum Leefomgeving. In de drie onderzoekslijnen zijn voldoende marktpartijen die interesse hebben om projecten samen met Saxion/lectoraat Duurzame energievoorziening uit te voeren. Zie ook bijlagen 1 t/m 3 Echter, in de praktijk formuleert het lectoraat Duurzame energievoorziening zijn opdrachten vooral uit lopende onderzoekprogramma’s zoals Interreg IV en V, EFRO, RAAK en TKI.

nology project of hun afstudeerproject uitvoeren bij een van de projectpartners, waardoor de studenttrajecten voor Saxion goed in het zicht zijn, het niveau goed bewaakt kan worden. Op deze manier kan een structurele kennisopbouw plaatsvinden door de inzet van een reeks student/ onderzoekers - student B gaat verder waar A zijn project heeft beëindigd - etc. In de bijlagen 1 t/m 3 worden de lopende projecten behandeld, in bijlage 5 het (bedrijven)netwerk van het lectoraat.

In deze programma’s participeren opleidingsinstituten (Fachhochschule Münster/Steinfurt, Universiteit Twente), onderzoekinstituten (TNO, ECN) en bedrijven. De meeste opdrachten voert het lectoraat dus uit in een samenwerkingsverband van verschillende partijen. Daarnaast worden opdrachten uitgevoerd in directe opdracht van één partij, maar deze projecten vormen een minderheid, zowel in omzet als in aantal. Groot voordeel van projectrealisatie in consortiumverband (soms ook wel Community Of Practice (COP) genoemd) is kenniscirculatie. De bedrijven kennen de praktijk in al zijn details (know how), maar het ontbreekt aan kennis waardoor (geheel) nieuwe en superieure processen niet kunnen worden ontwikkeld. Saxion en UT bezitten de kennis van nieuwe processen, maar missen soms de relevante informatie uit de praktijk. Studenten van Saxion kunnen vaak hun stage, Living Tech-

45

8. Verbinding onderwijs en onderzoek binnen Saxion Wat is de essentie van een studie die opleidt tot duurzaam energietechnoloog? Op een site van een van de hogescholen wordt het verschil tussen een (technische) mbo-studie en een hbo-studie kernachtig geduid: Bij mbo gaat het vooral om het Hoe, bij de hbo-studie meer om het Waarom. Dus ‘know how’ versus ‘know why’. Dit sluit goed aan bij de ‘golden circle’. Vanuit het kennen van het ‘waarom’ zal het ‘hoe’ en ‘wat’ meer gemotiveerd en onderbouwd zijn. Bovendien zal men door het ‘know why’ beter bestand zijn tegen de grote veranderingen van de kenniseconomie dan door het ‘know how’.

Voorbeeld: een 27-jarige professional die inmiddels vijf jaar private vorming heeft gehad in het (eigen) bedrijf. Hij heeft daar veel ‘know how’ opgedaan, een proces wat des te beter verloopt als hij goed getraind is in ‘know why’ processen. Vanuit dit perspectief kan hij nog veertig jaar mee in de kenniseconomie (wat ook wel moet met de huidige pensioenvoorzieningen). Vanuit deze positie is de kernvraag: Wat heeft hij moeten leren in de vier jaar publieke vorming bij een hboinstelling zoals Saxion?

WAT HOE

WAAROM

Inzicht in het waarom, vanuit de kern, leidt tot meer inzicht om het hoe en wat vorm te geven. Dit is van groot belang voor de toekomstbestendige professional.

46

Perspectief van een 27 jarige professional

Private vorming

Publieke vorming Havo VWO MBO

HBO

40 jaar werken in de kenniseconomie

tijd (eigen) bedrijf

Nu 27 jaar

Wat had de student moeten leren in de vier jaar publieke vorming bij Saxion, vanuit het perspectief van een 27 jarige professional?

Terwijl ‘’know how’ nog in hoge mate te ‘leren’ valt, is het ‘know why’ iets wat vaak meer tijd, talent en toewijding kost: het ‘begrijpen’. Daar staat tegenover dat het begrijpen vaak interpretatie van geheel nieuwe situaties mogelijk maakt en op die manier ook beter aansluit bij het uitvoeren van onderzoek. Met de basiskennis van wis- en natuurkunde - en met name modelvorming van fysische processen - worden analytische vaardigheden bijgebracht die het mogelijk maken 'meer' te begrijpen, en daardoor 'minder' te hoeven weten. Om een technische studie af te ronden hoeft men daarom ook verrassend weinig te weten, maar moet men wel goed kunnen analyseren. Daarnaast is creativiteit van belang om te kunnen ontwerpen, waarbij overigens iedere ontwerpstap (weer) geanalyseerd moet worden. Dit raakt aan de kerncompetentie van (technische) studenten: ontwerp en analyse.

De kerncompetenties voor de (energie)technoloog: ontwerpen en analyseren Een mooi voorbeeld hiervan is wiskundige modelvorming: De fysische werkelijkheid wordt vertaald in wiskundige vergelijkingen. Er is een zekere creativiteit nodig om onderscheid te maken in transport en behoudsvergelijkingen en hierin de dynamica van het te modelleren systeem te herkennen. Dit kan resulteren in een stelsel differentiaalvergelijkingen. Vervolgens dient geanalyseerd te worden of het model consistent, juist en bruikbaar is. Hiervoor moet men het stelsel differentiaalvergelijkingen kunnen oplossen. Terwijl vroeger het vooral van belang was dit stelsel te kunnen oplossen, is het tegenwoordig van belang, ook vanwege de beschikbare software, dat men vaardig is in het opstellen van de vergelijkingen (ontwerpvaardigheid) en de resultaten die de solver van het stelsel levert, te controleren en te interpreteren.

47

Een ontwerp komt tot stand door intuïtie (weg heen) en analyse (weg terug). Door dit proces in kleine stappen en veelvuldig te doorlopen wordt inzicht opgebouwd waarom bepaalde ontwerpparameters grote invloed hebben, en andere minder.

Op deze wijze voorkomt men dat een programma van eisen (PVA) tot ongewenste resultaten leidt. Meestal overziet de opdrachtgever de gevolgen van dit PVA overigens niet in het prille ontwerpproces. Daarom is het van belang deze opdrachtgever op de gevolgen van 'zijn' PVA te wijzen. Er komen steeds meer (3D) ontwerp software tools beschikbaar. Deze tools maken het mogelijk resultaten veel sneller en in delen te analyseren, waardoor ook gewaagde ontwerpen een kans maken. De ontwerper die deze middelen niet ter beschikking heeft zal risicomijdend ontwerpen, waardoor veel ontwerpen hooguit modificaties zijn van eerdere ontwerpen. Dit heeft ook tot gevolg dat ontwerpculturen vaak verouderd en taai zijn, omdat onvoldoende gebruik gemaakt wordt van nieuwe inzichten en technieken. Het is voor een softwaretool heel moeilijk om te 'ontwerpen', terwijl het wel eenvoudig is om te analyseren. Hoewel de mens nog steeds de resultaten van de analyse moet kunnen contro-

48

leren en interpreteren. Dus moet de mens eerst begrijpen hoe de analyse van de softwaretool plaatsvindt. De verbinding tussen ontwerpen en analyseren wordt hiermee veel inniger en interactiever dan in de traditionele seriële ontwerpgang PVA - voorlopig ontwerp - definitief ontwerp - bestek. De ontwerper van de toekomst kan met veel meer factoren rekening houden en komt veel meer te weten over zijn ontwerp, en zal daardoor meer ‘durven’. Dit laatste sluit goed aan bij het motto van Saxion: Durf, Kies, Doe!

Onze rol in het onderwijs In de afgelopen jaren hebben studenten uit een groot aantal studierichtingen geparticipeerd in ons onderzoek: werktuigbouwkunde, technische natuurkunde, bouwkunde, chemie, bedrijfskunde, planologie, milieukunde. Deels gebeurt dit in het kader van minoren (Engineering of Energy Systems en Regie Stedelijke Vernieuwing) en deels als studieopdrachten en afstudeerprojecten in een major. Daarnaast zal het lectoraat Duurzame energievoorziening een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van het Saxion thema Living Technology: Saxion ontwikkelt zich de komende periode duidelijk en herkenbaar als University of Applied Sciences, met ‘Living Technology’ als zwaartepunt. Technologie staat voor een nieuwe wereld vol bijna onbegrensde mogelijkheden. Met ongekende oplossingen voor alledaagse vraagstukken als vergrijzing, duurzaamheid of veiligheid.

Jonge professionals komen hier in het dagelijks leven en in het beroepenveld continu mee in aanraking. Innovatieve technologie willen we dan ook integreren in al onze opleidingen en in onze onderzoeksprojecten. Echt succesvolle technologie ontstaat vaak op het snijvlak van verschillende disciplines. Vanuit de durf om over traditionele grenzen heen te kijken. Multidisciplinair samenwerken in bijvoorbeeld toegepaste onderzoeksprojecten krijgt daarom veel aandacht bij Saxion de komende jaren. Uitvoering van Living Technology projecten wordt opgenomen in alle curricula, om te beginnen in de curricula van de opleidingen van de Saxion academie Life Sciences, Engineering & Design (LED), maar vanaf de periode 2014-2017 in alle curricula van Saxion. Het lectoraat Duurzame energievoorziening formuleert op dit moment (april 2014) Living Technology projecten met het bedrijfsleven. We hebben heel wat opdrachten ‘op de plank’ liggen. Voorbeelden zijn: Opdrachten Biomassa, Bio-energie en Bio grondstoffen (onderzoekslijn 1): 1. Experimentele validatie menging in bioreactor met Laser Doppler Velocimetry; 2. Bio-liver; 3. Duurzame “Kunst” mest; 4. Verwijderen en verwaarding van terpenen; 5. Re Design Slibwarmtewisselaar RWZI - Reest en Wieden; 6. Full-scale Viscositeitsmeetopstelling inhomogene biomassa slurries.

Opdrachten Comfort en Energie (onderzoekslijn 2): 1. Sensor-ontwikkeling voor het tellen van personen in en uit een vertrek; 2. Comsol modellering inversie ventilatie in leslokalen; 3. Vooruitdenkend ventilatie regelsysteem in leslokalen; 4. Comfortverbetering en energie besparing via een smart grid in gebouwen; 5. Regeling ijskwaliteit de scheg Deventer. Opdrachten energieneutrale gebieden (onderzoekslijn 3): 1. Smart Grid MeppelEnergie: Slim energie regelen in een duurzame woonwijk. 2. Smart Grid MeppelEnergie: Varianten van duurzame woningen. De lector heeft zitting in diverse onderwijscommissies, waaronder de curriculum commissie engineering. In 2014 zal de inbreng in de curricula, naast de activiteiten met betrekking tot Living Technology projecten, verder versterkt worden om het aantal bij het onderzoek betrokken studenten uit te breiden. Activiteiten die daartoe worden ondernomen: - Energy Supply Engineering. Deze lijn is sterk gericht op de klassieke grootschalige energieopwekking, met name warmte/kracht, met focus op thermodynamica en turbomachinery (compressoren, gasturbines) en warmtewisselaars - Apparaatontwikkeling, gericht op het ontwerpen van (duurzame) ener-

49

gie omzetters zoals zonne-energie systemen (PV, T, en PVT), warmtepompen, ventilatiesystemen Deze lijnen zijn gericht op deelname van studenten Technische Natuurkunde, Elektrotechniek en Werktuigbouwkunde van LED. Deze lijnen zijn in de curricula van de betreffende LED opleidingen geïntegreerd: • Binnen LED wordt structureel over curricula en studenteninzet overlegd in de “overkoepelende” curriculumcommissies voor Engineering en Life Science. Primair is ingezet op deelname in de curriculumcommissie van Engineering. Uitbreiding van studenteninzet is met name gewenst bij Elektrotechniek en Chemie/Chemische Technologie. • Buiten LED wordt de samenwerking uitgebreid met opleidingen binnen de Academies Bestuur Recht & Ruimte (ABR&R) en Business, Building & Technology (BBT), met name waar het gaat om inzet van studenten in onderzoeksprojecten. Het in 2013 opgestarte overleg met teamleiders is voortgezet en zal in 2014 en volgende jaren verder worden uitgebouwd. • Het aantal uit te voeren stages en afstudeerprojecten op het thema Energie zal worden uitgebreid. Dit geldt zowel interne projecten als projecten bij bedrijven en instellingen waarmee een onderzoek relatie bestaat. • Vanuit afstudeerprojecten worden soms nieuwe interessante werkterreinen ontwikkeld. Dit geldt onder

50

andere voor het concept voor een energieneutrale waterzuivering (via project Sneek Noorderhoek) en voor de toepassing van Pinch Technology.

9. Stellingen

Informatietechnologie is cruciaal voor verduurzaming Economisch aantrekkelijke verduurzaming wordt mede bepaald door gedrag. Bij zuinige systemen wordt gedrag zelfs steeds belangrijker. Door observatie en sturing ‘achter de schermen’ kan veel energie worden bespaard en dus een grote bijdrage worden geleverd aan de verduurzaming van de samenleving. ICT heeft een grote invloed op dematerialisatie. De energiebalans van de wereld wordt in Exa joules (1 EJ= 1018 J = 1.000.000.000.000.000.000 Joule) gemeten en bedraagt ruwweg 500 EJ. Op dit moment rekent men bij grote rekencentra in Peta Byte (PB, 1 PB= 1015 = 1.000.000.000.000.000 byte). Hopelijk zal de dematerialisatie van de economie ertoe leiden dat de ICT ‘groter’ wordt dan energie. Energie gaat makkelijk verloren Bruikbare energie gaat makkelijk verloren Energie lijkt duur noch schaars Maar een betrouwbare energievoorziening is heel veel waard. Ontwerpconcepten - ook in de energieketen - zijn vaak veel ouder en taaier dan de toegepaste technologie Nieuwe ziekenhuizen worden vaak nog voorzien van ketelhuizen en centrale energiedistributie, en veel nieuwe woningen van aardgas. Omdat we dat ‘altijd al’ deden, niet omdat het nodig is. De energieketen is nog een steeds een zaak van aanbieders Vaak komt het ontwerp van een (duurzame) energieketen voort uit de belangen van de aanbiedende/producerende partij. De prosumers aan het eind van de keten hebben nog steeds weinig invloed. Dit geldt ook en vooral voor de infrastructuur. Besparing is vrijwel altijd duurzamer dan duurzame energie Maar aan besparing lijkt geen eer te behalen te zijn. Er is ook meestal niets van te zien. Besparing is echter dé ultieme dematerialisatie. Pas na rigoureuze besparing komt duurzaam opgewekte energie aan bod, die dan uiteraard veel meer impact - per € - krijgt. Bovendien is de omvang van de eenvoudig

51

beschikbare bronnen en de noodzakelijke voorzieningen van buffering (voorlopig) te gering om verduurzaming met impact te bereiken zonder rigoureuze besparingen. Normale prijsmechanismen werken in de huidige maatschappelijke context niet of nauwelijks om verduurzaming van de energiehuishouding te bereiken. Pas wanneer energiegrondstoffen op hun juiste waarde worden geschat kan de markt voor duurzame energie zich ontwikkelen. In de prijzen van producten lijkt duurzaamheid niet gewogen te worden. Het omgekeerde lijkt meer het geval: hoe duurzamer hoe duurder. Hier lijkt een rol voor de (Europese) overheid - algemeen belang duurzaamheid - weggelegd. Door fiscale verschuivingen -die stabieler en effectiever zijn dan subsidies - wordt bereikt dat fossiele brandstoffen relatief duur worden ten opzichte van arbeid (net als vroeger!). Het is van belang dat er een ‘level playing field’ ontstaat tussen fossiele energie en duurzame energie Fossiele brandstoffen hebben een groot concurrentievoordeel ten opzichte van duurzame energie en duurzame brandstoffen doordat winning van fossiele brandstof een veel grotere economy of scale heeft dan duurzame energiebronnen. Bovendien worden fossiele brandstoffen wereldwijd gesubsidieerd op een schaal die veel groter is dan de subsidie op duurzame energie, vooral in relatief arme landen met eigen fossiele brandstofvoorraden (Indonesië, Venezuela ). De schoorsteen moet roken! Het lijkt er helaas op dat deze uitspraak nog steeds opgeld doet. Vermindering van energiegebruik wordt - ten onrechte - onvoldoende als innoverend en noodzakelijk gezien. Bij gelijke CO2 reductie wordt de toepassing van duurzame energie superieur geacht ten opzichte van besparingen, ondanks het feit dat de economie van besparingen vaak (veel) beter is. Vraagsturing? Alles komt voort uit aanbod - en vooral uit de respons op aanbod. Dit geldt met name voor energiebesparende maatregelen. Doordat energiebesparing voor niemand - behalve de eindgebruiker van energie - aantrekkelijk is, heeft zich aan de aanbodzijde geen verdienmodel ontwikkeld. In de perceptie voor de eindgebruiker is energie vaak een kostenpost waar hij weinig greep op heeft. De overheid houdt jaarlijks ongeveer 22 miljard euro over aan winning van energie en energiebelastingen Laten we dat niet vergeten.

52

Literatuur

[1] KBA structuurvisie 6000 MW Windenergie op land, CPB, juni 2013

Literatuur Bijlagen [A] www.passiefhuisberekening.nl [B] www.passivhaus-euregio.eu

[2] Integratie van windenergie in het Nederlandse Elektriciteitssysteem in de context van de Noordwest Europese elektriciteitsmarkt, KEMA, september 2010.

[C] Frisse schoolvoorbeelden, Concepten voor gezonde ventilatie in scholen, GGD Groningen, 2008

[3] Niet meer bouwen, OK Frits, maar wat dan wel? De Architect, september 2013 [4] www.muziekwijkzwolle.nl [5] www.begreenenergy.nl [6] Ervaringen uit de Warmtepomphoofdstad Etten Leur, VV+, februari 2013 [7] www.startwithwhy.com [8] Werkplan De Toekomstbestendige Stad, kennis Centrum Leefomgeving, september 2013 [9] www.energiewijzer.nl

53

Bijlage 1 Projecten onderzoekslijn 1: Bio-energie en Biobased Economy Nieuwe reactortechnologie voor vergistingsprocessen Dit project wordt uitgevoerd met Ingenieursbureau HoSt, de Universiteit Twente en de Fachhochschule Münster/ Steinfurt. Dit onderzoek heeft als doel: 1 Ontwikkeling van een nieuw type vergistingsinstallatie met een hogere biogasopbrengst bij een kortere ver blijftijd. 2 Vaststelling van de relatie tussen conversiegraad en conversietempera tuur. 3 Bacteriologisch onderzoek. 4 Vaststelling van de invloed van verschillende voorbehandelingsme thoden op de biogasopbrengst. 5 Betere benutting van mest en organische reststoffen.

Vergistingsreactor (Covergisting Landbouw)

54

Het resultaat van dit project is een nieuwe generatie, beter presterende vergistingsinstallaties door de ontwikkeling van kennis over de conversiegraad en -snelheid van vergisting en de parameters, die deze grootheden beïnvloeden: • voorbehandeling van inputmateriaal (mest en restproducten), zowel thermisch, enzymatisch en chemisch; • homogeniteit van het vergistingvolume, de invloed van meerfase stromingen in fysisch-chemische reacties; • thermische, enzymatische of chemische nabewerking van het digestaat voor eventuele terugvoer van onvergist materiaal uit het digestaat; • technieken voor het voorkomen van het uitspoelen van bacteriën bij de gewenste snelle doorvoer door de vergistingstank. Dit leidt tot: een technisch ontwerp van nieuwe generatie vergistingsinstallatie met een: • beschikbaarheid van minimaal 8000 uur per jaar; • eenvoud in ontwerp voor onderhoud van kritische delen en minimale operationeel onderhoud (op afstand te besturen) met een verhoogde conversiegraad van het inputmateriaal;

• economisch haalbaar door een verhoogde conversiesnelheid; • maximale energieopbrengst in termen van elektriciteit & warmte; • breed inzetbaar in termen van uiteenlopende biomassa bijproducten; • missies van de installatie voldoen minimaal aan de gestelde wettelijke eisen. Het stromingsgedrag van de te vergisten massa speelt een hoofdrol in dit onderzoek. Onderstaande figuur geeft een CFD (Computational Fluid Dynamics) simulatie weer van de stromingssnelheid. Duidelijk is te zien dat de snelheidsverdeling allesbehalve uniform is.

0.60 0.53

Groen gas winning uit rioolwater Alle waterschappen streven naar een verhoogde energieproductie vanuit de rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI). Meerdere waterschappen hebben onderzoek gedaan naar mogelijkheden om de biogasproductie bij de RWZI te vergroten door verbeterde vergisting, slibvoorbehandeling, de inzet van toegevoegde substraten. Daarnaast is onderzocht wat de effecten zijn van nieuwe sanitatie, waarbij in de huizen al scheiding plaats vindt van het grijze en het zwarte water en het zwarte water bovendien in geconcentreerde vorm apart wordt afgevoerd via een speciaal aan te leggen rioolleidingsysteem. Ook is het mogelijk het GF-afval via het riool toe te voegen aan het geconcentreerde zwart water. Onderzoek van Tauw en Saxion samen met de STOA, Groot Salland en de gemeente Deventer heeft duidelijk gemaakt dat de energieopbrengst ten gevolge van het benutten van nieuwe sanitatie groter wordt. Interessanter is echter de besparing van het energieverbruik van de RWZI zelf, door anaerobe zuivering die mogelijk wordt gemaakt door nieuwe sanitatie.

0.47 0.40 0.33 0.27 0.20 0.13 0.07 0 Velocity [m/s]

Stromingsprofiel in een vergistingsreactor

Wanneer de RWZI’s gezien worden als een onderdeel van een Groen Gas infrastructuur ontstaan veel mogelijkheden voor synergie. Dit betreft o.a. het gecombineerd opwerken en invoeden van het geproduceerde gas in het aardgasnet, wellicht in collectief verband - de groen gas hub. Ook lijken de RWZI’s aantrekkelijke locaties voor vergisting van mogelijk verschillende vergistbare reststromen. Er is infra-

55

structuur voor het transport van het te vergisten substraat (o.a. mest) en het af te voeren digestaat. Het is wellicht zelfs mogelijk biomassastromen en mest samen met het rioolslib te vergisten. Ook is het wellicht mogelijk digestaatverwerking van de boeren te combineren met dat van de RWZI. Uiteraard is het van belang dat deze groen gas optie wordt vergeleken met ‘concurrerende’ opties die duurzaamheid beogen en de opwekking van (extra) biogas en opwerking in een breder kader te plaatsen. Gedacht kan worden aan nuttig gebruik van warmte uit de WKK voor warmtedistributie doeleinden en bijvoorbeeld de opties om (rest)stoffen zoals fosfor op te werken tot nieuwe grondstoffen. Criteria zijn hierbij: kosten en opbrengsten, milieu in brede zin en (zuivering/ leverings)zekerheid.

Concrete doelen van het project zijn: 1. Het ontwikkelen van een integraal concept voor de RWZI als producent van groen gas. Hierbij wordt de verminderde elektriciteitsbehoefte van de RWZI ten gevolge van de anaerobe zuivering zo mogelijk ingevuld met lokale duurzame energiebronnen (zon, wind en waterkracht). 2. Het optimaliseren van de energieproductie door het realiseren van synergie met andere producenten van biogas en door het inpassen van de RWZI in de Groen Gas hub. 3. Het ontwikkelen (en verspreiden) van (Europese) kennis op het gebied groen gas en de rioolzuivering. 4. Het bijdragen aan de ontwikkeling van kansen voor nieuwe ondernemingen op het gebied van groen gas/biogas/rioolslibverwerking en digestaatverwerking. 5. Het ondersteunen van ontwikkelingen gericht op het tot stand brengen van regionale energiebedrijven.

Processchema Waterzuivering (Reest en Wieden)

56

en een thermisch rendement van 56%. Door de inzet van keukenafval zouden deze waarden ongeveer kunnen verdubbelen.

Vergister RWZI (Reest en Wieden)

Nieuwe decentrale sanitatie in woonwijken Door de relatief lage temperaturen en verdunning van het municipaal afvalwater met hemelwater, is anaerobe afvalwaterzuivering via een centraal sanitatiesysteem in Nederland niet effectief. Als gevolg hiervan gebruiken de municipale afvalwaterzuiveringen veel energie om het afvalwater te beluchten om zo de chemische energie uit het organisch afval om te zetten in CO2. In Nederland verdwijnt er voor circa 500 kton organisch afval/ jaar in het riool. Als er echter gebruik gemaakt wordt van anaerobe afvalwaterzuiveringstechnieken, dan zou er circa 50% via het zwartwater (inclusief urine) omgezet kunnen worden in biogas. Omzetting van dit biogas naar elektriciteit en warmte met een WKK is op dit moment gebruikelijk. Met de huidige efficiëntie gaat dit om circa 1,6 PJ elektriciteit en 2.8 PJ warmte bij een elektrisch rendement van 33%

In dit project wordt, voor een concrete locatie te Sneek, gekeken naar de massa- en energiebalans van een decentraal waterzuiveringssysteem, waarbij de geïntegreerde warmte- en kracht huishouding van de decentrale zuivering wordt vergeleken met de conventionele centrale zuivering en een warmtevoorziening met gasgestookte HR ketels. De ‘winst’ van decentrale rioolwaterzuivering wordt op voorhand vooral bepaald door besparingen in de rioolwaterinfrastructuur, de mogelijkheid om zonder een inzamelingssysteem het groente en fruitafval (GF) mee te vergisten, warmte terug te winnen die ook in de buurt afgezet kan worden, en een mogelijk hogere gasproductie door zwart water apart te vergisten en uiteraard het extra vergisten van het genoemde GF afval. Aangevuld met GF zou deze hoeveelheid gas met 50-75% toe kunnen nemen. Met keukenafval en zwartwater samen kan men rekenen op circa 200230 g CZV per persoon per jaar. Daarnaast moet het water en ook het GFT over significante afstanden getransporteerd worden, wat wederom extra energie vraagt. Resultaten van deze studie: • De warmteverliezen en warmte verbruiken zijn zeer hoog en dit stelt

57

10% Biosgasaandeel in warmtapwater met leidingverliezen

9%

Biosgas aandeel van totaal zonder leidingverliezen

8%

Biosgasaandeel van totaal energieproduktie 7%

Biosgas aandeel in warmtapwater

6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Aandeel biogas in warmte voorziening appartementen en zorgcomplex

duurzame gasproductie uit rioolwater volledig in de schaduw. • Na opschaling levert het decentrale zuiveringssysteem bij het gebruik van grijze elektriciteit een beter resultaat dan het centrale systeem. Als de inzet van GF-wordt meegewogen presteert de conventionele zuivering echter beter dan het opgeschaalde decentrale systeem. • De centrale zuivering presteert per i.e. vanuit elektrisch oogpunt significant beter, maar daardoor verbetert de primaire energieprestatie van het decentrale systeem veel sterker indien er groene elektriciteit ingezet wordt. • Alhoewel er op de centrale zuivering geen mogelijkheden zijn om de warmte lokaal kwijt te kunnen, zijn er natuurlijk wel mogelijkheden om bijvoorbeeld via een decentrale douche-WTW in combinatie met een warmtepomp de warmteprestatie van

58

het centrale systeem te verbeteren. • Omdat de meeropbrengst van biogasproductie in het decentrale systeem ten opzichte van het centrale systeem en ten opzichte van de extra elektriciteitsinput beperkt is - ook ten opzichte van de opgewekte warmte via de warmtepomp - is uitsluitend de besparing op primaire energie onvoldoende basis om voor een volledig decentraal systeem te kiezen. In onderzoekslijn 1 wordt samengewerkt met: • Universiteit Twente • Fachhochschule Münster/Steinfurt • INFA • DLV • Bio energie cluster Oost Nederland • HoSt • BTG • ROVA

Bijlage 2 Projecten onderzoekslijn 2: Comfort en energie Zukunft Passivhaus

Het energieverbruik van een zekere bestaande woning wordt grosso modo bepaald door de volgende factoren: 1. De staat van de bouwkundige schil (isolatie, luchtdichtheid). 2. De aanwezige installaties voor ruimteverwarming, - koeling, ventilatie, verlichting en warm tapwater. 3. Het bewonersgedrag, de huishoudelijke apparaten en overige apparatuur (audio/video, PC’s, etc.).

Uiteraard heeft de interne warmtelast door personen en apparaten grote invloed op deze mogelijke oververhitting. Hiermee moet goed rekening gehouden worden bij het ontwerp van de passief woning en zijn installaties. Om te bepalen of een woning een passiefhuis is, wordt de Duitse rekenmethodiek PHPP (Passive House Planning Package) gebruikt [A]. Deze rekenmethodiek heeft een aantal ijkpunten. De energetische eisen waaraan een passiefhuis moet voldoen zijn: Maximaal 15 kWh/jaar vloeropper• vlak voor ruimteverwarming/ koeling per jaar bij nieuwbouw of maximaal 25 kWh/jaar vloeroppervlak bij renovatiebouw en. • Maximaal 120 kWh primaire energie/m2 vloeroppervlak voor de gehele nieuw te bouwen woning (incl. huishoudelijke apparaten) per jaar of maximaal 130 kWh primaire energie/m2 bij renovatie bouw.

Doordat een passiefhuis een zeer goede luchtdichtheid heeft en slechts weinig energie gebruikt voor ruimteverwarming, ligt de nadruk op a) goede ventilatietechniek en b) het voorkomen van oververhitting in de zomermaanden bij een hoge zonbelasting.

Disseminatie van kennis over het ontwerp van passiefhuizen, in het bijzonder van installaties van passief huizen, was een belangrijk onderwerp in dit project. Zo zijn er diverse workshops en seminars georganiseerd, waarin de grensoverschrijden-

In dit project werd aandacht besteed aan het concept Passiefhuis, een woningconcept dat in Duitsland is ontwikkeld en als doel heeft om actieve verwarming (bijna) overbodig te maken, vandaar de term passiefhuis. Het lectoraat heeft zich hierbij vooral gericht op de voor passief huizen noodzakelijke installatietechniek, die nogal afwijkt van de installatietechniek van gangbare huizen.

59

Passief woningen wijk Velve Lindenhof, Enschede

Lucht wordt gebruikt als bron voor de warmtepomp van passiefhuizen die in Ulft gebouwd zijn. De koude buitenlucht wordt duurzaam voorverwarmd met de bodem (jaarrrond ca.+10 °C).

de samenwerking Nederland - Duitsland op het gebied van Near Zero Energy Buildings (NZEB) centraal stond. Daarnaast zijn er vijf brochures ontwikkeld: • Het Concept Passiefhuis [B] • ABC voor opdrachtgevers[B] • Kwaliteitsbewaking bij passief huizen[B] • Passief renovatie[B] • Installatietechniek voor passief huizen[B]

Monitoring woningen Kneedweg

Het project werd uitgevoerd in samenwerking met De Handwerkskammer Münster (Handwerkskammer Bildungs Zentrum - HBZ) en de Fachhochschule Münster/Steinfurt.

60

In opdracht van woningcorporatie De Woonplaats te Enschede zijn 16 energiezuinige zorgwoningen aan de Kneedweg in Enschede gerealiseerd. Dit project was een pilotproject van De Woonplaats om een gebouw te realiseren dat voldoet aan de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC) van 0,4. Een eis die twee keer zo streng is als het bouwbesluit op dat moment (EPC=0,8). Ook is het gebouw luchtdicht gebouwd volgens de eisen van een Passiefhuis. Het gebouw heeft dus - als de bouw inderdaad conform de Passief huis voorwaarden is gerealiseerd - een zeer hoge isolatiewaarde en is luchtdicht waardoor een volledig controleerbaar en zeer aangenaam binnenklimaat is gerealiseerd. De stookkosten voor primaire verwarming worden bovendien tot een minimum beperkt (ca. 15 kWh/ m²/jaar).

Naast de zeer zuinige bouw (passief niveau) werd een groot deel van de resterende energie duurzaam opgewekt: • Elektriciteit en tapwater voorverwarming met PVT panelen. • Tapwater naverwarming met behulp van zonnecollectoren • Warmte voor ruimteverwarming met een lucht/waterwarmtepomp. De warmte wordt afgegeven via (LT) vloerverwarming.

Aanzicht appartementencomplex Kneedweg: zichtbaar zijn de PVT elementen en de zonnecollectoren

Het installatieschema van Appartementencomplex Kneedweg

61

Gedurende een jaar heeft het lectoraat de energiestromen gemeten in dit appartementencomplex. Hiermee werd een goed beeld verkregen van het functioneren van het energieverbruik, en vooral van de oorzaken van het (te hoge) energieverbruik ten opzichte van de (EPC) prognose. De belangrijkste conclusies van dit onderzoek zijn: • Het primaire energieverbruik voor het bereiden van warm tapwater en voor ruimteverwarming is aanmerkelijk hoger dan de berekende energieverbruiken volgens de EPC berekeningen. • Uit de metingen blijkt dat de (lucht/ water) warmtepomp naar behoren functioneert en vrijwel de gehele warmtevraag ( > 95%) voor zijn rekening neemt. • De warmtevraag vanuit de appartementen bleek echter aanzienlijk hoger (primair: 211 GJ/jaar) dan die in de EPC berekeningen werd gevonden (primair: 43,6 GJ/jaar). • Gebleken is, dat het verbruik aan warm tapwater zeer hoog is. Meer dan 90% van de warmte die aan het tapwatersysteem wordt toegevoerd is afkomstig van de CV ketel. • Gebleken is, dat de totale warmte die netto gebruikt is bij de uitstroom van de tappunten slechts 10% bedraagt van de warmte die aan het tapwatersysteem wordt toegevoerd via de zonneboiler, het PVT systeem en de HR CV ketel. • De verliezen van het toegepaste tapwatersysteem zorgen ervoor, dat de som van het primair energie-

62

gebruik voor ruimteverwarming en warm tapwater hoger is dan in het geval geen duurzame energievoorziening via de warmtepomp, de PVT elementen en de zonneboiler was gerealiseerd en alle appartementen zouden zijn voorzien van een individuele CV HR combi ketel voor ruimteverwarming en warm tapwater.

Duurzame intelligente gebouwen Het binnenklimaat van bestaande gebouwen is vrijwel altijd vatbaar voor (rendabele) verbetering. Doordat installaties veelal centraal en aanbodgericht werden ontworpen en aangestuurd, en vaak niet meer passen bij de huidige gebouwfunctie, is het binnenklimaat vaak niet conform de eisen van de gebruikers en is het energiegebruik hoger dan noodzakelijk. Werkelijk decentrale sturing op basis van het actuele, lokale binnenklimaat levert energiebesparing en verbetering van het comfort. Een van de manieren om dit te verbeteren is a) het articuleren van de lokale comfortvraag en b) op basis hiervan de (lokale) installaties van. Dit laatste vraagt meestal om een herontwerp van de installaties. De hieruit resulterende energievraag kan c) vervolgens duurzaam worden opgewekt, waarbij rekening gehouden dient te worden met de lokale energie opwek - en infrastructuur. Doelen van deze verbeteringen zijn rigoureuze energiebesparing en een verbetering van het binnenklimaat. Speciale aandacht verdient de verbe-

tering van de ventilatie, waardoor de leerprestaties kunnen toenemen, relevant voor de Saxion gebouwen [C]. Ca. 40% van het nationaal energiegebruik komt voor rekening van de gebouwde omgeving. Het terugdringen van energiegebruik in bestaande gebouwen, zoals bekend wordt er weinig nieuw gebouwd zeker in de utiliteitsector, is derhalve van groot belang. Ook om de Europese doelstellingen met betrekking tot reductie van CO2 uitstoot, energiebesparing en duurzame energie te realiseren. Dit voorstel richt zich vooral op het onderzoek dat nodig is om vraagarticulatie en de daaruit resulterende installatie aansturing in praktijksituaties te kunnen realiseren. Bij deze vraagarticulatie moet rekening gehouden worden met de uiteenlopende eisen van meerdere gebruikers in meerdere ruimten met verschillende functies (laboratoria, collegezalen, sportruimten, kantoren, toiletten, etc.) en de dynamiek van het gebruik van deze ruimten.

In veel gevallen zal hiervoor een herontwerp van de comfortinstallaties (verwarmen, koelen, be-/ontvochtigen, ventileren, verlichten) nodig zijn. De methodiek om tot een verantwoorde vraagarticulatie te komen en een methodiek om de bestaande installaties te herontwerpen (bv installatiesplitsing) zijn belangrijke resultaten van onderzoek. Om te onderzoeken hoe dit concept in de praktijk ontwikkeld moest worden, is een voorstel ingediend bij Tech For Future (TFF), een samenwerkingsverband tussen Saxion en Hogeschool Windesheim. Dit voorstel is gehonoreerd. De belangrijkste partners zijn: het lectoraat Ambient Intelligence (kenniscentrum voor Design en Technologie, KCDT), Cofely Energy Solutions en Saxion Facilitair Bedrijf (FB).

Klimaatboom om het thermisch comfort vast te stellen

63

Bijlage 3 Projecten Onderzoekslijn 3: Energieneutrale gebiedsontwikkeling Meppel energie In de loop van de komende twintig jaar zal de Gemeente Meppel een unieke woonwijk met 3.400 woningen ontwikkelen, genaamd Nieuwveense Landen. Een belangrijk uitgangspunt bij de ontwikkeling van deze wijk is dat de toekomstige bewoners optimaal wooncomfort dienen te krijgen tegen lage kosten en minimale belasting voor het milieu.

Om dit te bereiken hebben de gemeente Meppel en RENDO een energie-exploitatiemaatschappij opgericht, genaamd MeppelEnergie. Op basis van een aantal studies is bepaald dat een systeem met hybride warmtevoorziening op basis van biogas het beste aansluit op bovengenoemde ambitie. Hierbij wordt een biogas-WKK gebruikt om stroom en warmte te produceren. De warmte wordt gebruikt om een deel van de woningen via een warmtenet van verwarming en warm tapwater te voorzien. De elektriciteit wordt gebruikt

64

om met behulp van warmtepompen warmte en koude te leveren aan een ander deel van de (grondgebonden) huizen. Met restwarmte uit gezuiverd rioolwater wordt de warmtebalans in de bodem gehandhaafd. In de eerste fase van 444 woningen wordt een Smart Grid gedemonstreerd om deze warmtevoorziening zo efficiënt mogelijk te verzorgen. Daarnaast zal door middel van bewonersmonitoring, participatie en gaming geïnventariseerd worden op welke manier bewoners zijn aan te sporen tot besparen. In het project werken een aantal partners samen aan de realisatie en leereffecten rondom dit innovatieve Smart Grid. Deze partners zijn MeppelEnergie, RENDO Duurzaam, de Gemeente Meppel, iNRG, de TU Delft, de Universiteit Twente en Saxion. Een belangrijk onderdeel van het demonstratieproject is het optimaal aansturen van de verschillende apparaten (WKK, warmtepompen, intelligente witgoed-apparaten). De Universiteit Twente doet al jaren onderzoek naar het optimaal aansturen van een diverse groep apparaten. Bij deze aan-

sturing wordt gekeken naar meerdere energievormen en dus niet alleen elektriciteit. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een besturingsmethode, genaamd Triana. Hiermee is het mogelijk om verbruiken te voorspellen, plannen en aansturen. De modellering- en optimaliseringstechnieken, zoals onderzocht aan de Universiteit Twente, kunnen worden ondergebracht in een energiemanagementsysteem. Meer onderzoek is nodig om de ontwikkelde modellen te verifiëren en verbeteren, zodat een betrouwbaar energiemanagementsysteem, zoals bruikbaar binnen MeppelEnergie, ontwikkeld kan worden. Met behulp van het energiemanagementsysteem is het mogelijk om de energievraag van de woningen in de wijk te verlagen. Onderzoek van de afgelopen jaren heeft aangetoond dat een managementsysteem voor gebouwen een besparingspotentieel heeft tussen de 0% en 30%, waarbij een gemiddelde besparing tussen de 5% en 15% verwacht wordt. Probleemstelling van het TKI-project Meppelenergie is als volgt: Hoe kan een geïntegreerd intelligent energiesysteem dat gedeeltelijk gebruik maakt van hernieuwbare bronnen worden gebouwd dat gebruikers in de nieuwbouwwijk Nieuwveense Landen kan voorzien van een duurzame, betaalbare, comfortabele en toekomst vaste warmte- en koude voorziening?

Ondanks de gedegen onderzoeken die ten grondslag liggen aan de realisatiestrategie voor het Smart Grid Nieuwveense Landen, zijn er nog een aantal technische, economische en maatschappelijke uitdagingen: • De verschillende technologieën om via een multi-utility Smart Grid warmte te leveren aan bewoners zijn op dit moment voorhanden, maar er zijn geen werkende praktijkvoorbeelden. • Er is geen open platform voor multiutility Smart Grids. • De optimale configuratie en aansturing van het hybride warmtenet is niet bekend, hoogstens in modelvorm. • Het is onduidelijk in hoeverre een dergelijk concept invloed heeft op comfort en bewonersparticipatie. • De optimale manier om bewoners te activeren is onbekend. De opgedane kennis in het project zal gebruikt worden bij de nadere ontwikkeling van het vervolgplan (2956 woningen), maar is zeker toepasbaar in alle nieuwbouwontwikkelingen in Nederland en daarbuiten. Deze opschaalbaarheid is dan ook de reden dat de partijen bereid zijn hierin te investeren.

Bothoven - energie autonome wijk De wijk Bothoven Noord, gelegen in Enschede, bestaat uit twee deelwijken, namelijk Transburg en Tattersall. Deze wijken zijn in het bezit van twee woningcorporaties, de wijk Transburg is van Domijn en Tattersall van De Woonplaats. De wijken zijn gegroe-

65

Overzicht Bothoven Noord met het Polaroid terrein

peerd rond het Polaroid terrein, een in herbestemming zijnd industrieterrein. Het gaat om totaal 700 woningen. De verwachting op langere termijn is, dat de energielasten flink gaan groeien en het grootste deel van de maandelijkse uitgaven van de bewoners gaan vormen. De woningcorporaties willen graag weten hoe ze dit tegen kunnen

Infrarood opnamen Tattersall

66

gaan en wat de mogelijkheden zijn om van de wijk Bothoven Noord een energieneutrale wijk en op termijn een energie-autonome wijk te maken. De vraagstelling die daarbij hoort is: Hoe kan er van de wijk Bothoven Noord een energieneutrale wijk gemaakt worden? Studenten van Saxion hebben een vooronderzoek gedaan.

Het uitgangspunt voor de scenario’s is dat er geen fossiele energie wordt verbruikt. Per woning worden verregaande isolatiemaatregelen, de Ventilatie WTW en de Douche WTW toegepast. Daarna worden er op wijkniveau de volgende maatregelen toegepast: • De wijk Tattersall is al voorzien van een warmtedistributienet, dat gevoed wordt met een aardgasgestookte WKK-installatie. Deze WKKinstallatie wordt óf vervangen door een aansluiting op het stadsverwarmingsnet Enschede dat vanuit de AVI van Twence wordt gevoed met duurzame warmte, óf met een houtsnipper gestookte biomassa warmtecentrale. • Beide wijkdelen worden voorzien van een zodanige hoeveelheid PV panelen dat de wijk hiermee wat betreft elektriciteit energieneutraal wordt: per woning wordt op jaarbasis evenveel elektriciteit geproduceerd als per woning nodig is. Op basis van de huidige verbruiken is 20 m2 PV per woning nodig. Dit dakoppervlak is (gemiddeld) beschikbaar als ook de daken van de gebouwen op het omsloten Polaroid terrein worden ingezet. • Voor het bereiken van energieneutraliteit is voorts één van de volgende maatregelen noodzakelijk: 1 De wijk Transburg wordt voorzien van elektrische warmtepompen, die voor ruimteverwarming en warm tapwater zorgen. Hiervoor is ca. 2500 kWh extra nodig, ofwel 20 m2 PV per woning, ofwel 14.000 m2 op wijkniveau. Dit kan bereikt worden

door de parkeerplaatsen te overdekken. 2 De wijk Transburg wordt aangesloten op het bestaande stadsverwarmingsnet van Tattersall. Door de toepassing van een Smart Heat Grid worden de warmteverliezen beperkt. Met dit maatregelenpakket en een keuze voor optie 2 worden de laagste kosten bereikt om de wijk energieneutraal te maken. Het gaat om een investering van ca. 10 miljoen euro. Deze investering wordt in ruim 15 jaar terugverdiend.

Woningen in Transburg

67

Bijlage 4 Trias Exergetica Energie heeft niet alleen kwantiteit maar ook kwaliteit. Deze kwaliteit komt tot uitdrukking in de mate waarin een zekere hoeveelheid energie omgezet kan worden in arbeid. Zo kan elektriciteit voor 100% omgezet worden in kracht en in warmte, evenals mechanische energie. Het deel van een energiestroom dat omgezet kan worden in arbeid is een maat voor het exergiegehalte van deze energiestroom. Een deel van het energiepotentieel van warmte van een zeker temperatuurniveau bestaat uit exergie. Omgevingswarmte (T0) bevat geen exergie, warmte van 1000 °C (T1) heeft een exergie aandeel van 78%.

kern. Naar analogie van de trias Energetica kan men een Trias Exergetica gebruiken om het exergieverlies en (lokale) energieketens te verminderen, en daarmee het (fossiele) energieverbruik van de keten.

Minimale exergieverliezen Haal exergie

Minimaliseer temperatuur verschillen kern Uit omgeving

(T1-T0) T1 = Exergie aandeel Warmte van 1000°C kan makkelijk worden omgezet in warmte van 80 °C, omgekeerd lukt dat niet. Warmte van 1000 °C is dus hoogwaardiger dan warmte van 80 °C en dit komt tot uitdrukking in het hogere exergiegehalte. Het is zaak de kwaliteit van energie zo min mogelijk verloren te laten gaan. Ook hier begint dit besef in de kern van processen. Onnodig exergieverliezen in de kern leidt tot extra energiegebruik in de (utility) schillen rond deze

68

Bij conversie van (schoon) fossiel

Trias Exergetica

Bijlage 5 Belangrijke netwerkpartners Overheden: • Rijksniveau: AgentschapNL • Provinciaal: Provincie Overijssel, Gelderland • Regionaal: Regio Twente • Lokaal: Gemeenten Enschede, Hardenberg Ennigerloh (D), Horstmar(D), Winterswijk Kennisinstellingen: • Universiteit Twente • Hogeschool Arnhem Nijmegen HAN) • Fachhochschule Münster • Handwerkskammer Bildungszentrum Münster • TNO • KEMA Netwerkorganisaties: • Bio-energie cluster Oost-Nederland • D-NL • Stowa • Syntens/KVK • Euregio • Stichting Kiemt • Stichting Pioneering • Stichting SETS • KDGOO Bedrijven: • Alfen • Bouwfund BV • BTG

• Cofely Energy Solutions • Cogas • Creemers BV • Cypress Technologies • Domijn • Enexis • E-kwadraat • Exendis • Havi Travel BV • HME • HOMA Software • HoSt • IBM • InFa Techniek • Klein Poelhuis Installatietechniek • Lammertink BV • Landmark projecten • Liander • Loohuis Installatiegroep • Nedap • Nefit • Nijhuis Bouw BV • Roosdom Tijhuis B.V. • Rova • Schuitemaker BV • Solar Quattro B.V. • Tauw • Tripleco • Twence Afval en energie • Waterschap Reest en Wieden • Waterschap Regge en Dinkel • Zuna advies BV

69

Colofon Titel: Back to the Future? Wat het verleden ons leert over de energie voorziening van de toekomst: simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu Auteur: ir. Jan B. de Wit ISBN: 978-94-6213-011-1 Tekstredactie: Marjoleine Kepel Eindredactie: Kim Pol Vormgeving: Factor12 Drukwerk: Printservice Saxion Kenniscentrum Leefomgeving van Saxion, mei 2014

70

Back to the Future? Simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu.


Lectorale rede ir. Jan B. de Wit


leefomgeving

Recommend Documents