DUURZAME ENERGIETECHNIEKEN VOORBEELDEN VOOR HET OPWEKKEN, OPSLAAN EN BESPAREN VAN ENERGIE
Huis vol energie, SEV, 2011
Bijlage 3 Wij krijgen kippen, december 2011
INHOUDSOPGAVE Onderwerp
blz.
Technieken voor winning van energie • Warmte- Tapwater en LTV | Warmtepompen • Warmte- Tapwater en LTV | Zonneboilers • Warmte | HR Houtkachels en ketels • Warmte | Geothermie • Elektriciteit | Zonnepanelen • Elektriciteit | Windturbines • Elektriciteit | Mini- en Micro- windturbines • Warmte/Elektriciteit | Biogasinstallaties • Warmte/Elektriciteit | Warmte-Kracht Koppeling (WKK)
3 4 5 6 7 8 9 10 11
Technieken voor besparing van energie • Warmte | Warmteterugwinning • Koeling | Groene daken • Warmte/Koeling | Passief huis concept/passief zon
12 13 14
Technieken voor opslag van energie • Warmte | Warmte-Koude Opslag (WKO) • Warmte | Phase Change Materials (PCM) • Elektriciteit | Chemische batterijen • Elektriciteit | Regenereerbare brandstofcel
15 16 17 18
2
Technieken voor winning van energie Warm tapwater en verwarming (Lage Temperatuur Verwarming): Warmtepompen Een warmtepomp kan warmte en koude verplaatsen van de ene naar de andere omgeving. Er zijn meerdere soorten warmtepompen zoals water/water, lucht/water en lucht/lucht. De voornaamste is de water/water warmtepomp. Hierbij wordt warmte uitgewisseld met grondwater of oppervlaktewater. Grondwater heeft het hele jaar door een temperatuur van ongeveer 10 graden Celsius en kan hierdoor via een warmtepomp-installatie ook gebruikt worden voor koeling. Warmtepompen worden toegepast in open en gesloten systeem. Bij een open warmtepomp systeem wordt er grondwater opgepompt, de warmte wordt aan dit water onttrokken of toegevoegd. Het water wordt vervolgens teruggepompt. Een gesloten systeem heeft een stelsel buizen dat door een waterreservoir loopt. Door deze buizen wordt een vloeistof gepompt, de vloeistof krijgt zo de temperatuur van het waterreservoir. De warmtepomp wisselt warmte uit tussen de vloeistof en de klimaatbeheersing. Het verschil tussen een open en gesloten systeem is dat in een open systeem de warmtepomp de warmte direct uitwisselt met het water uit het reservoir, in een gesloten systeem wisselt de warmtepomp de warmte met een medium uit dat zijn warmte weer uitwisselt met het reservoir. Opbrengst/besparing: 25-50% minder energieverbruik in vergelijking met een gasgestookte HR-ketel. Terugverdientijden van 7 jaar zijn mogelijk. Kosten: • Een open systeem heeft lagere investeringskosten maar hogere onderhoudskosten. Een gesloten systeem kan namelijk niet verstoppen en een open systeem wel. • Kosten voor een warmtepomp zijn sterk afhankelijk van de gekozen techniek en de formaat van de installatie. Een lucht/lucht warmtepomp is te krijgen voor €7.000 een grondwatersysteem kost rond de €16.000. Toepasbaarheid: • Verhoogde efficiëntie in combinatie met een WKO en zonneboiler. • Rivier- of meerwater is zeer geschikt voor gebruik met een warmtepomp, bijvoorbeeld voor woonboten. • Een bodem met grondwater is vereist, maar op droge waterdoorlatende bodem (zoals zandgrond) kan men ook een reservoir creëren met behulp van speciale folies. • In woningen vooral toepasbaar bij nieuwbouw. Vuistregels: • Een nattere bodem is beter. Des te dieper de put, des te natter de bodem (en des te duurder de put). • Een gesloten systeem heeft een vermogen tussen de 10 en 25 W/m buis (benodigd: 45 W/ m2 woonoppervlak). Levensduur: • Een warmtepomp installatie heeft een levensduur van ongeveer 25-30 jaar. Voordelen: • Gasaansluiting kan achterwege gelaten worden. • Gesloten systeem is nagenoeg onderhoudsvrij. • Kan zowel verwarmen als ook koelen. Nadelen: • Hoge investeringskosten. • Lage Temperatuur Verwarming (LTV) vereist (grotere radiatoren of vloerverwarming). • Slecht toepasbaar op droge grond. • Voor grotere systemen is een vergunning nodig.
3
Technieken voor winning van energie Warm tapwater en verarming (Lage Temperatuur Verwarming): Zonneboilers Een zonneboiler zet de energie van de zon om in warmte. Je kunt het vergelijken met een tuinslang in de zon, na verloop van tijd wordt het water erg warm. Een zonneboiler verwarmt water volgens hetzelfde principe. De belangrijkste onderdelen van een zonneboiler zijn de zonnecollector en het opslagvat. De zonnecollector is een absorberende (mat zwarte) plaat, of serie buizen, waar een vloeistof door stroomt die de warmte opneemt. De warmte wordt met behulp van een warmtewisselaar overgebracht naar het opslagvat. Zo'n opslagvat kan sterk variëren in formaat, meestal is de inhoud tussen de 60 en 250 liter. De temperatuur in het opslagvat kan oplopen tot ongeveer 65 graden Celsius. De opgeslagen warmte wordt meestal gebruikt voor warm kraanwater. In sommige installaties wordt deze warmte ook gebruikt om water voor de CV-installatie voor te verwarmen. Opbrengst/besparing: 2 • Een standaardsysteem produceert jaarlijks tussen de 1.7 en 2.7 GJ per m aan zonnecollector 3 oppervlak. Dit bespaart tussen de 60 en 100 m op het jaarlijkse aardgasverbruik. 3 2 • 1 m aardgas kost op het moment 60 cent. Bij een gemiddelde installatie van 3 m oppervlak geeft dit een besparing van ongeveer €180 per jaar. • Gemiddeld huishouden kan ongeveer 50%. besparen op het gasverbruik voor het verwarmen van kraanwater, ongeacht je huidige verwarmingsmethode. • Terugverdientijd van circa 15 jaar. Kosten: Prijzen voor een standaard zonneboiler zijn inclusief installatie ongeveer €2.500-€3.500. Toepasbaarheid: • Op het zuiden richten onder een hellingshoek van 45 graden. • Goed toepasbaar voor warm kraanwater. • Bij reguliere ruimteverwarming: als voorverwarmer van het water voor de CVketel. • Bij LTV bruikbaar voor ruimteverwarming. • Goed te combineren met een warmtepomp systeem. Vuistregels: 2 • Per persoon minimaal 1 m zonnecollector oppervlakte. 2 • Per m zonnecollector oppervlakte 50 liter boiler inhoud. Levensduur: • De levensduur van een zonneboiler is ongeveer 25 jaar. Voordelen: • Minder gevoelig voor schaduw dan zonnestroom systemen. • Relatief eenvoudige technologie. • Kan efficiëntie van een gesloten warmtepomp systeem verhogen. Nadelen • In het algemeen niet geschikt voor stand-alone ruimteverwarming. • Warmtevraag het grootst op het moment dat de zon het minst schijnt (winter).
4
Technieken voor winning van energie Warm tapwater en verwarming (Lage Temperatuur Verwarming): HR-hout/pelletkachels en ketels Hout- en pelletkachels produceren warmte door de verbranding van hout. Een hr houtketel zet minimaal 75% van de in het hout aanwezige energie om in bruikbare warmte, een hr pelletketel circa 95%. Naast dat de kachel de directe omgevingsruimte verwarmt, wordt de warmte ook in een buffervat opgeslagen. HR hout ketels geven alle warmte af aan een buffervat en verwarmen niet de omgeving (itt de kachels). Het hout kan in blokken ingevoerd worden, maar de kachels met het hoogste rendement gebruiken geperste houtkorrels ‘pellets’ die automatisch in de vuurhaard worden gevoerd. Bij toepassing in de woning worden de pellets handmatig bijgevuld. Bij ketels op grotere schaal vult de pellet leverancier de opslagruimte bij. Opbrengst/besparing: Verwarmen met pellets kost €4.5 cent/kWh. Ter vergelijking: met gas is dat €7 cent/kWh. Dat is een besparing van 35% op de brandstofkosten voor verwarming. Kosten: • Een zak pellets kost €4 per 15 kilo. Per zak kan je circa 10 uur stoken. • Jaarlijks kost dat bij een gemiddeld gezin €600. • Afhankelijk van de kwaliteit (rendement) kosten de kachels en ketels tussen de €1.500 en €4.500. • Installatiekosten zijn afhankelijk van de woonomstandigheden, maar zit gemiddeld rond de €500. • Een buffervat voor 500 liter kost circa €2000. Toepasbaarheid: • De kachels en ketels zijn te plaatsen in vrijwel elke woning. • Pelletketels zijn ook toepasbaar op grotere schaal voor het verwarmen van bijvoorbeeld zwembaden of grote gebouwcomplexen. Vuistregels: • 1 kg pellets produceert 5 kWh aan warmte. • Een Nederlands gezin gebruikt gemiddeld 11200 kWh aan warmte. Bij totale verwarming van het huishouden zou 2240 kg hout nodig zijn. Levensduur: • Tussen de 20 en 30 jaar. Voordelen: • Altijd warmte productie wanneer het nodig is. • Schaalbaar, installatie mogelijk in elke woning maar ook voor grote gebouwencomplexen. • Gebruiksvriendelijk, geautomatiseerd. Nadelen: • Aanvoer van hout: handmatig of door leverancier. • Schoonmaken asla (wekelijks tot jaarlijks).
5
Technieken voor winning van energie Warmte: Geothermie Bij diepe geothermie wordt de van nature diep in de aardkorst voorkomende warmte gewonnen voor gebruik aan het oppervlak. Vanaf 2 kilometer diepte is de aarde onder Nederland warm genoeg om water van 70 graden Celsius of meer te produceren. Hier zit wel enige variatie in, op sommige locaties is het al vanaf 1500 meter warm genoeg, op sommige locaties moet dieper geboord worden. Wanneer de temperatuur hoog genoeg is kan er zelfs elektriciteit geproduceerd worden, dit is momenteel echter alleen economisch rendabel in landen met magma dicht bij het aardoppervlak, zoals IJsland en Italië. De weinige diepe geothermische installaties in Nederland winnen hoofdzakelijk warmte voor gebruik in de glastuinbouw. Opbrengst/besparing: In Nederland kan met 1 kW elektriciteit, voor het rondpompen van het water, 25 tot 35 kW warmte worden gewonnen. Kosten: • Investeringskosten van €0,8 tot 1,7 miljoen per MW thermisch vermogen. • De kosten van het boren zijn 70-80% van de investeringskosten. • Productiekosten zijn 70-80% kapitaal-lasten, rest is onderhoud en elektriciteit voor de pompen. • Goedkopere optie voor stadsverwarming dan gasgestookte ketels (ecofys 2011). Toepasbaarheid: • Warmtenet met afnemers in de buurt is vereist. 3 • Schaalgrootte: 2500 woningen warmtevraag > 2 miljoen m . • Elektriciteitsopwekking alleen rendabel op locaties met magma dicht bij het aardoppervlak. Vuistregels: • Per km diepte stijgt de temperatuur met 30 graden Celsius. • Het boren van een put kost circa €1 miljoen per km diepte. Een doublet al gauw enkele miljoenen. Een bruikbare bron is daarom pas rendabel bij circa 1.500 woningen of 3 hectare tuinbouwkas (agentschapNL 2011). Levensduur: • Meer dan 30 jaar. Voordelen: • Grote hoeveelheid duurzame warmte. • Kan indien nodig continu warmte produceren, ook ’s nachts en in de winter. Nadelen: • Hoge investeringskosten. • Risico op misboringen is in combinatie met de hoge kosten van een boring (70-80% van de investeringskosten) een erg zwaarwegend risico. • Afnemers moeten dicht bij de bron zitten i.v.m. transportverlies.
6
Technieken voor winning van energie Elektriciteit: Zonnepanelen Zonnepanelen zijn panelen waarin een groot aantal fotovoltaïsche cellen in serie zijn geschakeld. Deze cellen produceren elektriciteit uit licht. Moderne zonnepanelen zetten ongeveer 15% van de energie in het licht om in elektriciteit. Zonnepanelen produceren gelijkstroom, dit wordt met behulp van een omvormer (ook wel “inverter”) omgezet in wisselstroom welke op het net ingevoegd kan worden. Opbrengst/besparing: 1m2 aan zonnepaneel (35 graden hellingshoek, zuidwaarts) produceert ongeveer 130 kWh per jaar. Voor een gemiddeld huishouden is ongeveer 25m2 dak nodig om in de gehele elektriciteitsbehoefte te voorzien. Kosten: • 1 Wp geïnstalleerd vermogen kost ongeveer €1,80. • Het scheelt in installatiekosten om de plaatsing van zonnepanelen mee te nemen bij nieuwbouw, verbouwing of groot onderhoud aan het dak. • De prijs is sterk gedaald door schaalvergroting van de productie (zeker -40% in 1 jaar, verwachting is 20% voor komende jaren). • Een zonnesysteem met een vermogen van 1000 Wp (8 m2 panelen), levert jaarlijks circa 900 kWh op. Dit bespaart circa €200 per jaar aan elektriciteit. De kosten voor dit systeem, inclusief installatie bedraagt zo’n €1800 incl. BTW. Terugverdientijd 9 jaar. Toepasbaarheid: • Geen schaduw, schaduw op 20% van je panelen reduceert je totale output tot 0! • Op het zuiden gericht (maximale afwijking van 65 graden). • Plaatsing onder een hoek van 30 tot 60 graden, het optimum verschilt per paneel. • Op een plat dak rekening houden met afstand tussen de schuin opgestelde panelen i.v.m. schaduw. Vuistregels: 2 • 1m aan zonnepaneel (35 graden hellingshoek, zuidwaarts) produceert ongeveer 120 kWh per jaar. • De prijs van zonnepanelen wordt vaak uitgedrukt in kosten per Wp (Wattpiek) geïnstalleerd vermogen. • 1 Wp geïnstalleerd vermogen produceert in Nederland gemiddeld 0.9 kWh/jaar. Levensduur: Zonnepanelen verliezen rendement naarmate ze ouder worden. Fabrikanten geven garanties op dit vermogen, meestal op een maximaal verlies in vermogen van 20% na 25 jaar. Een zonnepaneel kan afhankelijk van de kwaliteit zo'n 30 tot 45 jaar mee. Een zonnepaneel produceert initieel 1 kWh per Wp per jaar en na 25 jaar is dit gedaald naar 0,8. Voordelen: • Gunstig productieprofiel (overdag wordt de meeste stroom verbruikt: “peak shaving”). • Weinig ruimte nodig. • Lage onderhoudskosten (nagenoeg onderhoudsvrij). • Door snelle prijsdaling is het financieel rendabel geworden. Nadelen: • 's Nachts geen stroomproductie → verbinding met net of opslag vereist.
7
Technieken voor winning van energie Elektriciteit: Windturbines Windturbines zetten windenergie om in elektriciteit. In de windturbine zit een generator die werkt volgens hetzelfde principe als een dynamo op een fiets. De kinetische energie van wind wordt omgezet naar elektriciteit. De elektriciteitsopbrengst hangt af van de grootte van de installatie, type turbine, gemiddelde windsnelheid op locatie en de plaats van de windturbine. Turbines verschillen in maximaal vermogen van 75 kW tot de huidige turbines van 7,5 MW. In Nederland worden er doorgaans 3 MW turbines geplaatst. Een turbine van een 3 MW heeft een rotordiameter van 80-100m en een as-hoogte van tussen de 80-140 m. Opbrengst/besparing: Een windturbine met een vermogen van 3 MW produceert circa 6 miljoen kWh per jaar bij een gemiddeld aantal vollasturen. Dat is voldoende voor 1800 huishoudens. Kosten: • De kosten van de bouw en turbine inclusief onderhoud is €1.4 miljoen per MW. • Voor wind op land kost productie per kWh € 6-7 cent (gas: €4-5 cent per kWh). Toepasbaarheid: Om turbines te kunnen plaatsen zijn twee dingen nodig: wind en ruimte. Wind verschilt per locatie. Aan de kust is er significant meer wind (zo’n 1000 uur) dan in het midden van het land. Voor ruimte moet rekening gehouden worden met: • Bebouwing 300-500 m rondom. • Wegen 30m (weg), 50 m (waterweg), halve rotordiameter +7.85m (spoorweg). • Kabels en leidingen. • Aanvliegroutes. Vuistregels: • Het aantal kW geïnstalleerd vermogen x 0.6 = het aantal huishoudens dat de turbine kan voorzien. • Kosten voor de bouw zijn €1,4 miljoen per MW. 2 • 800-100 kWh/m rotorblad/ per jaar. Levensduur: • Een turbine gaat gemiddeld 20 jaar mee. Voordelen: • Grote hoeveelheid opgewekte energie. • Kan bijna op prijs concurreren met fossiel. Nadelen: • Lastig vergunningstraject: Milieueffecten (vogels, kikkers, vleermuizen), geluid, slagschaduw. • Produceert alleen als het waait→ verbinding met net of opslag vereist. • Een windturbine vergt regelmatig onderhoud en snelle storingsopvolging. (Een turbine die stilstaat levert niks op).
8
Technieken voor winning van energie Elektriciteit: Mini- en Micro- windturbines Kleine windturbines zijn turbines die gebruikt kunnen worden in de bebouwde omgeving, naast of op huizen en kantoren. De turbines hebben een maximale tiphoogte van 15 meter. De windturbines zetten windkracht om in elektrische energie. Door het draaien van de rotorbladen word een kleine generator aangedreven in de turbine waardoor elektrische energie ontstaat. Opbrengst/besparing: Opbrengsten van kleine windturbines hangen af van de hoeveelheid wind, de locatie en verschillende factoren (gebouwvorm, gebouwhoogte, ruwheid omgeving) in de gebouwde omgeving. Middelgrote modellen zoals de Skystream en de Montana zijn vergelijkbaar in opbrengst en investeringskosten met zonnepanelen, de onderhoudskosten zijn hier echter niet mee gerekend. Die vallen doorgaans hoger uit. Energy Ball: 60 kWh /jaar Ampair: 250 kWh/j Passaat: 600 kWh/j Skystream: 2.100 kWh/j Montana: 2.700 kWh/j Turby: 250kWh/j Kosten: De kosten voor verschillende modellen inclusief installatie: Energy Ball: €4.300 Ampair: €8.900 Passaat: €9.200 Skystream: €10.700 Montana: € 18.500 Turby (verticale wieken): €21.300 Toepasbaarheid: Er moet een gemiddelde windsnelheid zijn van 5 m/s (windkracht 3). Turbines die op een dak geplaatst worden moeten op een plat dak geplaatst worden, bij voorkeur hoogbouw boven de 20 m. Vuistregels: 2 • 150-250 kWh/m rotorblad/ per jaar voor horizontal-as turbines (HAT) types. • Over het algemeen zijn er nog geen vuistregels voor kleine windturbines, omdat deze nog niet structureel zijn gemonitord. Levensduur: • 20 jaar (de meeste bestaan nog geen 20 jaar dus dit is een schatting). Voordelen: • De productie van de turbine kan achter de meter ingevoerd worden, saldering is dus mogelijk. Nadelen: • Hoge investeringskosten en lage opbrengst in kWh. • Elke gemeente heeft een andere welstandsnota. Het vergunningstraject voor kleine turbines is erg onoverzichtelijk. • De gemiddelde windsnelheid van 5 m/s op 15 m hoogte komt alleen voor in kustgebieden. • Produceert alleen als het waait→ verbinding met net of opslag vereist. • Er bestaan geen duidelijke richtlijnen voor bouwvergunningen op gebouwen. • Hogere onderhoudskosten dan zonnepanelen.
9
Technieken voor winning van energie Warmte & Elektriciteit: Biogasinstallaties Biogas wordt gewonnen uit nat organisch materiaal: organische reststoffen uit de agrarische sector (bijv. mest), reststoffen uit de voedings- en genotmiddelenindustrie of reststoffen uit afvalverwerking en waterzuivering. De biomassa wordt verzameld in een luchtdichte silo waar de massa wordt omgeroerd en vergist door bacteriën. Door het vergistingsproces ontstaat biogas. Biogas is op verschillende manieren te gebruiken. Allereerst kan ruw biogas gebruikt worden in warmtekrachtkoppelingen (WKK’s) voor de productie van elektriciteit (opbrengst ca. 35%) en warmte (opbrengst ca. 60%). Het biogas kan ook worden opgewerkt tot groengas (o.a. samenpersen CH4 en verwijderen CO2). Groengas is gas dat voldoet aan de aardgaskwaliteiten en is daardoor geschikt voor invoering in het gasnet. Ook kan biogas gebruikt worden voor mobiliteit. Biogas installaties staan niet alleen op boerderijen. Met een decentrale afvalwaterzuivering en een vacuüm-afvoer voor groente en fruitafval kan biomassa verkregen worden voor gebruik in een vergister binnen woonwijken. Opbrengst/besparing: • Een kleine installatie met geïntegreerde WKK (Microferm) produceert jaarlijks 415 MWh elektriciteit en 267 MWh warmte. De productie van elektriciteit is voldoende voor 150 huishoudens. • Met name voor bedrijven die zelf over vergistingsmateriaal beschikken zijn biogas installaties economisch aantrekkelijk. De totale opbrengsten voor een bedrijf (inclusief subsidies en EIA) met een vergister voor 3000 ton varkensmest komen op €45.000 per jaar. Kosten: • De kosten zijn zeer afhankelijk het soort installatie en de omvang van de installatie. • Gemiddeld liggen investeringen rond de €400.000. Toepasbaarheid: • Grote biomassa vergisting installaties kunnen het best toegepast worden daar waar biomassa voorhanden is. • De keuze voor het aantal en het soort vergisters hangt o.a. af van de hoeveelheid en de aard van de biomassa die moet worden vergist. Vuistregels: • 1 kg organisch materiaal geeft bij vergisting 350 liter methaangas. Levensduur: • Installatie’s worden ontworpen voor een levensduur van minimaal 15 jaar. Voordelen: • Efficiënt gebruik van afvalstoffen (snoeihout, mest, GFT, rioolslib). • Veelzijdige toepassingen: productie warmte, elektriciteit en gas. Nadelen: • Je hebt ruimte nodig voor de installatie en eventuele opslag van de biomassa. • Afzet van het digestaat. Digestaat is het restproduct uit de vergister. Dit kan soms als meststof voor de landbouw worden afgezet. Maar dat is niet altijd eenvoudig gezien de overbemesting in NL en de kwaliteitseisen die boeren aan meststoffen stellen.
10
Technieken voor winning van energie Warmte & Elektriciteit: Warmte-krachtkoppeling (WKK) Warmte-krachtkoppeling (WKK) is gecombineerde opwekking van elektriciteit en warmte uit een brandstof. Deze gezamenlijke opwekking leidt er toe dat er minder brandstof verbruikt wordt dan wanneer warmte en elektriciteit apart geproduceerd worden. In het algemeen gebruiken de meeste WKKs aardgas. Het formaat van WKKs kan sterk variëren. Er bestaan installaties van meerdere MW aan vermogen voor ziekenhuizen of campussen. Grote centrales werken vaak met gasturbines. Er bestaan ook micro-WKKs voor gebruik door individuele particulieren. Deze heten ook wel HRe ketels en kunnen gezien worden als verwarmingsketels die ook nog elektriciteit produceren. Deze werken vaak met een warmtemotor (Stirling motor), met een brandstofcel (produceert vooral elektriciteit en een beetje warmte, dus meest geschikt voor huizen met een laag warmteverbruik) en soms ook met een miniatuur gasturbine. Opbrengst/besparing: Een moderne gasgestookte elektriciteitscentrale heeft een efficiency van ongeveer 60%. De rest van de vrijgekomen energie gaat verloren in de koeling. Bij een WKK wordt deze energie opgevangen en gebruikt voor verwarming. Hierdoor kan het totale rendement omhoog gaan tot boven de 90%. De productie van een WKK wordt hoofdzakelijk gedreven door de warmtevraag omdat elektriciteit aan het net te verkopen is. Kosten: • €500.000 per MW vermogen voor grotere WKK's. • MicroWKK's zijn nog relatief duur (€6.000 voor 2-3kW vermogen) ten opzichte van grotere installaties. Toepasbaarheid: • Voor grotere WKK's is de aanwezigheid van een warmtenet, zodat de WKK voldoende warmtevraag heeft, essentieel voor de toepasbaarheid. • Micro-WKK wordt voor particulieren in financieel opzicht pas aangeraden bij een gasverbruik groter dan 1600m3. • WKK wordt ook vaak ingezet bij glastuinbouw aangezien deze sector een grote warmtevraag heeft. De geproduceerde CO2 wordt de kas ingevoerd. Vuistregels: Een WKK produceert altijd in dezelfde verhoudingen elektriciteit en warmte. Deze variëren sterk tussen de verschillende types WKK, van 1 op 1.5 tot 1 op 6 (elektriciteit:warmte). Levensduur: Afhankelijk van de toepassing, schaal en techniek, gaat een WKK ongeveer 10-15 jaar mee. Voordelen: • Elektriciteit uit een WKK telt als groene stroom. • Een WKK kan dienen als backup-generator bij stroomuitval. • WKK kan ook werken op biogas of biomassa. • Zeer efficiënte energieproductie. Nadelen: • Je kunt nooit tegelijk exact aan de vraag voldoen van zowel elektriciteit als warmte (load-balancing). Als er verminderde warmtevraag is, bv in de zomer, ga je ook minder elektriciteit produceren. • Meestal gebruik van fossiele brandstoffen.
11
Technieken voor besparing van energie Warmte: Warmteterugwinning (WTW) In bestaande huizen gaat nog veel energie verloren door het verlies van warmte. Telkens als warm water het riool in stroomt wordt er energie door de goot gespoeld. Bij een douche WTW wordt het koude water dat aangevoerd wordt, opgewarmd met het warme water dat door de afvoer loopt. De WTW gebeurt in de douchebak of in de afvoerpijp. Ook de warmte uit je ventilatiesysteem kan teruggewonnen worden, deze lucht heb je immers zelf eerst opgewarmd met gas of met duurzame energietechnieken. Bij WTW in ventilatiesystemen wordt de lucht nog steeds naar buiten afgevoerd echter de warmte wordt teruggewonnen. Dit wordt gedaan door een warmtewisselaar die de warmte onttrekt aan de afgevoerde lucht en die daarmee de inkomende lucht verwarmt. Opbrengst/besparing: • Het rendement van WTW ligt tussen de 90 en 95%. 90% van de energie die gebruikt is om de lucht te verwarmen wordt overgedragen aan de inkomende koude lucht. Bij WTW in ventilatiesystemen kan 20% op de verwarmingskosten bespaard worden. Deze systemen zijn het snelst rendabel bij grote luchtstromen zoals bij kantoren. De meeste systemen verdienen zich terug tussen de 6 en 7 jaar. • 1/3 deel van het gasverbruik in Nederlandse huishoudens wordt gebruikt voor het verwarmen van douchewater. WTW bij douchewater kan al gauw een besparing van 40%-70% opleveren. Dit is zo’n 100 tot 173 m3 gas per jaar. Douchewater WTW verdient zich terug in 2 tot 2.5 jaar. Kosten: • De kosten van een WTW voor ventilatie liggen tussen de €1500 en €25000 afhankelijk van de 3 hoeveelheid m lucht dat verplaatst moet worden. • Per douche kost een WTW circa €500-€700. Toepasbaarheid: • WTW voor douchewater is vrijwel overal toepasbaar in nieuwbouw of bij renovatie van de badkamer. • Bij de toepasbaarheid van WTW in ventilatiesystemen is het van groot belang dat de benodigde toestroom van lucht goed berekend wordt. Een te grote installatie kan voor veel te hoge kosten zorgen. • WTW in ventilatiesysteem kan het best toegepast worden bij nieuwbouw van goed geïsoleerde woningen. • WTW is toepasbaar bij zowel natuurlijke (roosters en sparingen in muren), mechanische ventilatie (afvoer met elektromotor) en gebalanceerde ventilatie (zowel mechanische afvoer als aanvoer van lucht, dus controleerbaar). Vuistregels: 3/ WTW ventilatiesysteem: naarmate de hoeveelheid m h stijgt, dalen de kosten. Er zijn daardoor schaalvoordelen te behalen. Levensduur: • Douche WTW: hetzelfde als riolering, min. 30 jaar. • WTW ventilatiesystemen: 15-20 jaar. Voordelen: • Douche WTW: snelle terugverdientijden. • Douche WTW: er is geen speciale opslag nodig. • Ventilatie WTW: energiebesparing ten opzichte van reguliere ventilatiesystemen. Nadelen: • Mechanische en gebalanceerde ventilatiesystemen moeten goed geïnstalleerd en regelmatig onderhouden worden, anders kan dit zorgen voor vervuilde lucht waardoor gezondheidsproblemen kunnen ontstaan. De filters moeten maandelijks gereinigd en jaarlijks vervangen worden. • Douche WTW is in bestaande bouw alleen kosten effectief als het gelijktijdig wordt gedaan met renovatie.
12
Technieken voor besparing van energie Koeling: Groene daken Groene daken maken gebruik van vegetatie en begroeiing om besparing te realiseren. Een dak belegd met vegetatie isoleert beter dan standaard bouwmaterialen en door de vergroening van de daken reflecteert het dakoppervlak meer dan bijvoorbeeld een bitumen dak, waardoor ze minder warmte absorberen in de zomer. Dit bespaart op koeling. Er zijn verschillende groendaken, je hebt daken met enkel vegetatie maar ook daken die in dienen als groentetuin, grastuin of als ondergrond voor zonnepanelen. Opbrengst/besparing: In de zomer is de besparing op elektriciteit 8% als men koelt met airco. In de winter is er normaal gesproken geen besparing door isolatie uitgaande van huidige isolatie van daken. Kosten: De kosten inclusief levering en aanleg 2 2 Type dak Prijs in euro/m Extra dakbelasting in kg/m Sedumdak (onderhoudsvrije vegetatie): €32.50/€37.50 70-80 Gras/kruidendak: €40/ €50 30-90 Ecologisch dak (grind waar mos tussen groeit): €17.50 130-220 Beloopbare daken Grasdak : €32.50 250-300 Bodembedekkers: €50/€60 260-375 Lage struiken: €60/€65 375-550 Hoge struiken: €90/€100 600-900 2 Ter vergelijking: Een bitumendakbedekking kost €30-35/m en gaat 15 jaar mee. Toepasbaarheid: • Groene daken kunnen het best toegepast worden op platte daken. Afhankelijk van het soort dak is ligging in de zon wenselijk. • Sedumdaken zijn ook goed toepasbaar in de schaduw. o • Groene daken kunnen niet toegepast worden bij daken met een grotere hellingshoek dan 30 bij o beloopbare daken niet groter dan 15-20 helling. • Niet elk dak is geschikt voor extra dakbelasting, bij nieuwbouw moet hier rekening mee gehouden worden. Vuistregels: • Levensduur dak verdubbelt. • 3 tot 4 graden Celsius koeler onder het dakoppervlak. Levensduur: 30-60 jaar. Voordelen: • Meer rendement op je zonnepanelen (PV) vanwege koele ondergrond. • Verrijkt de flora en fauna in de omgeving. • Maakt de omgeving hemelwaterrobuust (buffering). • Meer woongenot (meer bruikbare ruimte, geluidsdemping, esthetisch). • Langere levensduur van het dak. Nadelen: • Bij bestaande bouw is het besparingseffect in euro’s gering vanwege de vervanging van de dakbedekking. • Je moet rekening houden met bestemmingsplan en omgeving. • Sommige varianten hebben een zware dakbelasting.
13
Technieken voor besparing van energie Warmte/koeling: Passief huis concept/passieve zonne-energie Passief huis In een passief huis worden vaak verschillende energiebesparende en winnende maatregelen zoals zonneboilers, LTV en WTW toegepast, maar er wordt altijd gebruik gemaakt van passieve zonne-energie. Door goed ontwerp kan veel installatietechniek voorkomen worden. Bouwfysici zien installatietechniek vaak als het repareren van een slecht ontworpen gebouw. Passieve zonne-energie Dit is het gebruik van zonnewarmte en zonlicht in een gebouw door bouwkundige- en ruimtelijke optimalisatie. Dat kan door in het ontwerp en de oriëntatie van het gebouw (windrichting) de zonne-instraling optimaal te gebruiken. Goede isolatie en glasrijke gevels op het zuiden kunnen in het Nederlandse klimaat het stookseizoen flink verkorten en er hoeft minder gestookt te worden in koude periodes. Het ontwerp is dusdanig dat het huis koel blijft in de zomer door de ramen aan de zuidkant af te schermen met zonneschermen en bladverliezende bomen of struiken. De lage zon schijnt hier in de winter onderdoor of doorheen. Door een vide, patio en lichtkokers komt het zonlicht tot ver in de woning waardoor geen elektrische verlichting meer nodig is. Opbrengst/besparing: Een passief huis gebruikt 20% van de energie die een nieuwbouwwoning voor ruimteverwarming gebruikt. Kosten: • Bij nieuwbouw maken de kosten voor toepassing van passieve zonne-energie deel uit van het bouwkundig ontwerp. Voor bestaande bouw zijn de kosten afhankelijk van de aanpassingen in gebouw en groen. • Een passief huis is door de maatregelen in de schil met betere isolatie en speciale ramen (etc) circa 20 30% duurder dan een goed gebouwde woning van dezelfde omvang met energiemaatregelen die tot hetzelfde lage energiegebruik leiden. Uit een haalbaarheidsstudie van ingenieursbureau DHV is inmiddels gebleken dat de extra kosten voor de bouw van een passief huis bij opschaling met 50% kunnen dalen. Toepasbaarheid: • Gebouw mag niet in de schaduw staan. • Passieve zonne-energie is het best toepasbaar wanneer straten oost-west lopen en gebouwen een zuidgevel hebben. • Toe te passen op elke schaal. Vuistregels: • Passief huis richtlijn: maximaal 120 kWh/m2 per jaar.
•
Passief huis richtlijn: ruimte verwarming is maximaal 15 kWh per 20M2 per jaar (dat zijn twee gloeilampen). De jaarlijkse verbruikskosten (m3 gas en kWh elektriciteit) bedragen 50% van de verbruikskosten voor een referentiewoning (EPC 0,8).
Voordelen: • Passieve zonne-energie bespaart op kosten voor warmte en elektriciteit voor verlichting. • Door aanpassing in bouwkundig ontwerp en groen in de omgeving bespaar je op koeling. • Het gebouw zelf voorkomt duurzaam het gebruik van energie. • Door (geautomatiseerde, natuurlijke) ventilatie kan de warmte gelijkmatig door het gebouw worden verdeeld. Nadelen: • In bestaande bouw moeilijk en beperkt toepasbaar.
14
Technieken voor opslag van energie Warmte/koeling: Warmte-Koude Opslag (WKO) Bij WKO wordt warmte en koude opgeslagen in het grondwater van diepere lagen van de aarde, variërend in diepte van ongeveer 30 tot 150 meter. Er wordt meestal gebruik gemaakt van doubletten: 1 put voor de opslag van warmte, 1 put voor de opslag van koude. Hierbij worden in de zomer gebouwen gekoeld met water uit de koude put en wordt het door de koeling opgewarmde water in de bodem opgeslagen in de warmte put. In de winter worden de gebouwen verwarmd met de warmte die opgeslagen is in de zomer. Koeling kan direct met het water uit de koude put, voor verwarming is een warmtepomp vereist om voldoende hoge temperaturen te bereiken. In de zomer kan bij eventuele overcapaciteit van warmte, uit bijvoorbeeld een zonneboiler, deze ook worden opgeslagen in de WKO voor gebruik in de winter. Opbrengst/besparing: Bij een correct afgesteld systeem is een besparing van 95% op de koeling en 50% op verwarming mogelijk. In de praktijk worden meestal besparingen van 50-80% op koeling en 30-50% op verwarming gehaald. De terugverdientijd van een WKO installatie is ongeveer 10 jaar. Kosten: De kosten variëren sterk met het formaat van de WKO installatie. Variërend van enkele tienduizenden tot 1 miljoen euro. Toepasbaarheid: • Gebouwen met meer dan 2000 m2. • Meer dan 50 woningen. • Aanwezigheid van een warmte (en koude) net vereist. • Maximaal 200 meter diep. Vuistregels: • Een warmtepomp wordt geoptimaliseerd op 50% van het piekvermogen, aangezien dit 90% van de tijd vereist is. Pieken worden opgevangen door een ketel. • De bronkosten nemen af met de toename van de grootte van het systeem, hierdoor zijn schaalvoordelen te behalen. • Gebruik van vuistregels zoals x € per geïnstalleerd kW is onmogelijk in Nederland vanwege de variatie in de Nederlandse bodem. Dit geldt voor de grondwaterkwaliteit, maar ook de bereikbaarheid en grootte van het systeem spelen een grote rol. Levensduur: • Een WKO installatie heeft een levensduur van ongeveer 25 jaar Voordelen: • Mogelijk te combineren met grondwater sanering. • Kostenefficiënte methode om grote hoeveelheden overbodige warmte op te slaan voor gebruik in de winter • Bijna overal in Nederland toepasbaar, alleen in Zuid Limburg, kleine delen van het oosten van Overijssel/Gelderland en Groningen /Friesland is de bodem ongeschikt. Nadelen: • Zowel een warmte- als een koude-net zijn vereist. • De bron mag niet in waterwingebieden geplaatst worden.
15
Technieken voor opslag van energie Warmte/koeling: Phase Change Materials (PCM) Phase Change Materials zijn stoffen met een hoge smeltwarmte. Smeltwarmte is de hoeveelheid energie die nodig is om een stof van vast naar vloeibaar te krijgen. Hierdoor is een PCM in staat om rond dezelfde temperatuur grote hoeveelheden energie op te nemen en later weer af te geven, ze hebben een bufferende werking. De warmte wordt ook weer afgegeven wanneer de PCM overgaat van vloeibare naar vaste toestand. De afgifte van deze warmte vindt altijd plaats bij de zelfde temperatuur. Hoe hoog deze temperatuur is, verschilt per PCM en wordt vaak geoptimaliseerd voor de toepassing. Voor toepassing in klimaatbeheersing is een faseovergangs-temperatuur rond kamertemperatuur (22-28 graden Celsius) het beste. Voor gebruik in een buffervat van een zonneboiler heeft een faseovergangs-temperatuur van 50-60 graden Celsius de voorkeur. Systemen met PCM zijn zeer nuttig voor toepassing in passief verwarmde huizen vanwege hun regulerende karakter en opslag van energie. Panelen met PCM dienen zo geplaatst te worden dat ze overdag verwarmd worden, bijvoorbeeld in een muur waar zonlicht op schijnt. Ze geven de warmte vervolgens weer geleidelijk af wanneer de omgevingstemperatuur daalt. Ze kunnen ook gebruikt worden om in de zomer te koelen. Overdag neemt de PCM warmte op en koelt zo de ruimte. s’ Avonds daalt de temperatuur en geeft de PCM warmte af. Opbrengst/besparing: • Goed geïnstalleerde PCM panelen voor klimaatbeheersing hebben een terugverdientijd van ongeveer 5 jaar. Wanneer PCMs worden toegevoegd aan een buffervat van een zonneboiler neemt de capaciteit toe, ook kan de warmte over een langere tijd worden opgeslagen. PCMs kunnen zonneboilers 140% efficiënter maken. • 20 kg Thermusol, een PCM op basis van zouthydraten, kan ongeveer 1 kWh opslaan. Kosten: • Thermusol microcapsules kosten tussen de €10-€20/kilo. • Salca Thermupod, plastic capsules met Thermusol voor in de zonneboiler kosten ongeveer €12.50-13.50/kg. 2 2 • Salca K-block voor klimaatbeheersing, €60-85 per m . 1m aan Kblock materiaal kan 0.164 kWh aan warmte opslaan. Toepasbaarheid: • In panelen aan of in de wand. • Capsules in een buffervat. • Goede plaatsing is essentieel voor afvoer van warmte in de zomer en opname in de winter. • Moeilijk toepasbaar voor klimaatbeheersing in huizen met dakpannen en bakstenen, hier zit de isolatie vaak aan de binnenkant. • PCMs zijn ingekapseld in microcapsules en te verwerken in bouwmaterialen (beton, gips). Vuistregels: • Het aantal ongewenste temperatuurstijgingen (tot boven de 25 graden Celsius), in een intensief gebruikte ruimte (bijv. klaslokaal), kan gereduceerd worden met 70%. Levensduur: • Een goed ontworpen PCM product kan zeker 10.000 cycli (warmte opnemen en afgeven doorlopen. Dit is ongeveer 30 jaar. Voordelen: • Goedkope warmtebuffers. • Eenvoudig toepasbaar. Nadelen: • Nieuwe techniek: nog weinig leveranciers van producten. • Goed ontwerp is voor deze klimaatbeheersing complex & essentieel.
16
Technieken voor opslag van energie Elektriciteit: Batterijen/Accu’s Wat zijn batterijen Batterijen bestaan uit één of meerdere elektrochemische cellen die gebruikt worden om chemische energie om te zetten in elektrische energie. Ze worden gebruikt om elektriciteit in op te slaan. Dit is een erg nuttige eigenschap om te gebruiken in combinatie met zonnepanelen op een locatie zonder netaansluiting. Zo kan overdag elektriciteit opgeslagen worden in de batterijen voor gebruik gedurende nacht. Opbrengst/besparing: Wanneer batterijen gebruikt worden om onregelmatig geproduceerde energie op te slaan kan er bespaard worden op een aansluiting op het elektriciteitsnet. Dit is dus vooral interessant wanneer een aansluiting op het net duur of niet mogelijk is. Kosten: Batterijen zijn financieel vrijwel nooit rendabel wanneer een aansluiting op het net mogelijk is. Hieronder informatie over de energie dichtheid en de kosten van verschillende batterij technieken:
Bat ter ij Technologie Lead Acid Lithium Car bon- zinc Li- ion LiFePo4 Ni- Mh Ni- Cd
Ener gie Dichtheid Ener gie dichtheid Kosten ( EUR ( Wh/ Kg) ( Wh/ liter ) per KWh) 60 130 150 125 400 700 - 1100 36 350 310 150 230 470 120 220 200 - 850 65 80 1000 45 90 1500
Toepasbaarheid: • Opslaan van onregelmatig geproduceerde energie. • Vooral bij locaties zonder aansluiting op het elektriciteitsnet. • Op individueel niveau, maar ook op wijkniveau (containers). Vuistregels: Laadtijd = 1.2 X batterijcapaciteit (Ah) / laadstroom (A). Levensduur: De levensduur van batterijen is beperkt, ze kunnen een beperkt aantal keren ontladen worden. Wel zitten hier verschillen in. Meestal geldt: hoe duurder, hoe langer hij meegaat. De gemiddelde levensduur is circa 10 jaar. Voordelen: • Duurzame energie voor locaties zonder aansluiting op het elektriciteitsnet. • Veel accu's werken net als zonnepanelen op gelijkstroom, met een spanning van 12V. Hierdoor gaat minder energie verloren bij de omzetting. • Steeds betere recycling van de accu’s. Nadelen: • Hoge kosten. • Aanwezigheid van giftige stoffen als Lood of Cadmium. • Lage energiedichtheid. • Beperkte levensduur.
17
Technieken voor opslag van energie Elektriciteit: Regenereerbare brandstofcel Brandstofcel Een brandstofcel is een elektrochemische installatie die een elektrische stroom kan leveren door chemische energie zonder verbranding om te zetten in elektriciteit. Doorgaans wordt dit gedaan met waterstof door de zo genaamde PEM-cellen, maar er zijn ook type brandstofcellen die werken met andere chemische energie dragers zoals methanol. Opslag met regenereerbare brandstofcel Voor toepassing in de opslag van elektriciteit dient een zogeheten regenereerbare brandstofcel gebruikt te worden. Dit is een PEM-brandstofcel die efficiënt in 2 richtingen kan werken. Deze zijn geoptimaliseerd om naast het produceren van energie uit waterstof en zuurstof, ook waterstof en zuurstof te kunnen produceren met water en elektriciteit (elektrolyse). Als er een overschot aan elektriciteit is wordt deze elektriciteit gebruikt om waterstof te maken. Bij een tekort aan elektriciteit zet de brandstofcel de energie in de waterstof om naar elektriciteit. Zo functioneert de installatie als batterij voor de opslag van elektriciteit. Opbrengst/besparing: Net als bij reguliere batterijen levert een regenereerbare brandstofcel geen extra elektriciteit. Toepassing leidt vooral tot betere bruikbaarheid van hernieuwbare energie. Kosten: De kosten van brandstofcellen zijn hoog vanwege de benodigde edel metalen voor de brandstofcel. Toepasbaarheid: • Opslag van onregelmatig geproduceerde energie. • Brandstofcellen worden vaak toegepast op locaties waar geen elektriciteitsnet is. • Als back-up systeem. • Vanwege de hoge energie dichtheid toegepast in lucht- en ruimtevaart. • Waterstof brandstofcellen kunnen goed toegepast worden bij industriële processen waarbij waterstof als restproduct overblijft (bijv. chloorproductie). Vuistregels: De energie-inhoud van waterstof is 120 MJ/kg, dit is bijna 2.5 keer zoveel als de energie-inhoud van aardgas. Levensduur: Moderne brandstofcellen hebben een levensduur van 10 tot 15 jaar. Voordelen: • Hoge energie dichtheid van 400-1000 Wh/kg. • Energetisch efficiënt. • Betrouwbaar, stil → geen bewegende delen. • Opslag en capaciteit eenvoudig schaalbaar. Nadelen: • Hoge kosten. • Opslag van waterstof is complex. • Brandstofcellen hebben een aanlooptijd om op maximaal vermogen te komen. • Nieuwe techniek→ nog sterk in ontwikkeling.
18
