Een onderzoek naar de prestaties van microwarmtekrachtcentrales in de energievoorziening

DE THUISCENTRALE ALS NIEUWE KRACHTBRON Een onderzoek naar de prestaties van microwarmtekrachtcentrales in de energievoorziening

DE THUISCENTRALE ALS NIEUWE KRACHTBRON Een onderzoek naar de prestaties van microwarmtekrachtcentrales in de energievoorziening

Naam:

M.A. Dekker

Administratienummer:

35.75.61

Plaats:

Tilburg & Rotterdam

Datum:

17 oktober 2006

Periode:

september 2005 – juli 2006

Universiteit:

Universiteit van Tilburg

Faculteit:

Economie & Bedrijfswetenschappen

Departement:

Informatiekunde

Begeleider:

Dr. ing. W.J.H. van Groenendaal

Tweede lezer:

W.E.H. Minnaert

Bedrijf:

LogicaCMG

Divisie:

Energy & Utilities

Begeleiders:

Drs. E. van der Laan Drs. E. de Ridder

VOORWOORD Dit rapport vormt de eindscriptie van mijn afstudeeronderzoek ter afsluiting van de opleiding informatiekunde aan de Universiteit van Tilburg. Deze scriptie is geschreven tijdens mijn stage bij het Working Tomorrow programma van LogicaCMG te Rotterdam. Dit is een bijzonder project van LogicaCMG dat zich bezighoudt met het toetsen van nieuwe technologische ontwikkelingen op haalbaarheid en mogelijkheden. De afgelopen periode heb ik een aardige bibliotheek met energieliteratuur aangelegd en veel plezier beleefd aan het doen van onderzoek. Er is werkelijk geen dag geweest dat ik met tegenzin aan mijn scriptie gewerkt heb. Daarom wil ik Erik van der Laan en Eddy de Ridder, mijn begeleiders bij LogicaCMG, enorm bedanken voor de kans die zij mij gegeven hebben om me te verdiepen in de Nederlandse energievoorziening. Tevens heeft LogicaCMG mij een kijk in de keuken van een ITdienstverlener geboden en heb ik kunnen proeven aan de verschillende rollen die je kan vervullen als IT-professional. Bovendien heeft deze stage mij landelijke bekendheid opgeleverd dankzij TECHNO! (jaargang 2, nr 1, feb/mrt 2006). Tevens ben ik mijn scriptiebegeleider, Willem van Groenendaal, zeer erkentelijk voor zijn uitstekende begeleiding en zijn kritische blik op mijn werk. Onze gesprekken hebben mij aangemoedigd mijn kennis en begrip van de energiesector te verruimen en hebben bijgedragen aan mijn enthousiasme voor het onderzoek. Ook wil ik een aantal mensen bedanken die een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan de totstandkoming van dit onderzoek: Yvette Haasbroek (CapGemini), voor alle marktrapporten, Ronald Schillemans (voormalig CE) voor het brainstormen in Delft, Henri Giesen (Essent) voor zijn hartelijke ontvangst thuis en voor het toelichten van de visie van Essent, Gerrit-Jan Ruijg (ECN) voor de bijscholing in technische kennis van micro-wkk, Jörg Gigler (SenterNovem) voor de toegangskaarten tot de VSK-beurs en ten slotte Paul Witte (Electrabel) voor de rondleiding in de kolencentrale te Nijmegen. Verder ben ik veel dank verschuldigd aan de respondenten die interesse toonden voor mijn onderzoek en graag hun kennis wilden delen: Klaas van der Meer (Westland Energie), Wil Kling (Technische Universiteit Eindhoven / TenneT), Laurens de Vries (Technische Universiteit Delft), Johan Boekema (TNO), Gert van der Lee (TenneT), Jan van der Bor (NUON), Heinz Freese (KIWA Gastec), Rob Smit (KEMA), Michiel Rexwinkel (Greenchoice), Jan Willem Turkstra (Gasunie), Hans Overdiep (Gasunie), Henri Giesen (Essent), Geert Ardon (Essent), Henk Compter (E.ON), Kornelis Blok (Universiteit Utrecht / Ecofys), Michael ten Donkelaar (ECN), Jan Maas (Delta), Jos Benner (CE) en Marcel Galjee (Vattenfall). Zonder hun bijdrage was dit onderzoek van minder waarde.

i

Bovenal ben ik Andre en Elmy (niets te gek voor mijn ontwikkeling), Renate (grote filosoof in wording) en Willemijn (vroeg opstaan is ook voordelig voor mij hoor) buitengewoon dankbaar voor hun steun. Het is hoog tijd voor een nieuwe uitdaging! Tilburg, 17 oktober 2006 Mark Dekker

ii

SAMENVATTING “Blijf uit het gas, daar valt niets te verdienen!” aldus voormalig Shell-topman Bloemgarten. Ondanks deze terughoudendheid beschikt tegenwoordig vrijwel ieder huishouden over een gasaansluiting en zijn vele overheidsprojecten, waaronder de Oosterscheldekering, met aardgasmiljarden gefinancierd. Recentelijk is er een nieuwe aardgastoepassing voor huishoudens ontwikkeld. Het is een nieuw type verwarmingsketel die zowel warmte als elektriciteit opwekt. Microwarmtekracht is een veelbelovende en efficiënte techniek en bovendien op basis van aardgas brandschoon. Minister Brinkhorst van Economische Zaken heeft er zelfs het predicaat “toverketel” aan toegekend. In dit onderzoek staat de vraag centraal over welke kennis een energiebedrijf moet beschikken teneinde thuiscentrales op grote schaal in gebruik te nemen. Het is daarom van belang om vooraf een algemeen beeld te krijgen van de marktpositie van microwarmtekracht in Nederland en de verwachtingen die energiebedrijven hebben ten aanzien van de toekomstige ontwikkeling ervan. Om dit te bereiken is een marktonderzoek naar de toepassing van microwarmtekracht in Nederland uitgevoerd. Tevens moet helderheid geboden worden voor welke doeleinden een virtuele centrale toegepast kan worden. Daarom is een schriftelijke enquête verstuurd om de succesfactoren van de virtuele centrale te achterhalen en af te leiden welke kengetallen daar uit voortkomen. In de huidige energievoorziening worden elektriciteit en warmte voornamelijk gescheiden geproduceerd. Het opwekken van stroom vindt plaats in grootschalige elektriciteitscentrales. Er gaat echter veel energie als warmte verloren. Bovendien treden er bij transport en bij transformatie naar andere spanningsniveaus energieverliezen op. Warmte wordt doorgaans ter plaatse bij de verbruiker geproduceerd in aardgasgestookte verwarmingsketels. Op basis van exergie blijkt er een enorm verbeteringspotentieel te bestaan voor gescheiden opwekking. Er wordt vier maal zo veel brandstof gebruikt als er (in theorie) minimaal nodig is om in de energievraag te voorzien. Omdat de warmtevraag in woningen dominant is, is de thuiscentrale ontworpen als verwarmingsketel die tegelijk elektriciteit opwekt. Op die manier vindt er een besparing op primaire energie plaats en heeft dit een directe vermindering van schadelijke emissies (CO2-, NOx- en SO2-uitstoot) tot gevolg. Tevens zal er een verschuiving in de brandstofsamenstelling ontstaan. Elektriciteit zal voor een groter deel opgewekt worden door gas te verstoken ten koste van productie in bijvoorbeeld kolencentrales. De elektriciteitsvoorziening wordt zo minder vervuilend. Het blijkt dat voor elk type woning en voor iedere gezinssamenstelling de thuiscentrale een gunstig milieueffect waarneembaar is. Bij een gemiddeld Nederlands huishouden zou de besparing op primair energieverbruik 20% bedragen, op CO2-emissie 43%, op NOx-emissie 74% en op SO2-emissie maar liefst 127%.

iii

Tevens kan de thuiscentrale huishoudens een lagere energierekening bezorgen ondanks de hoge aanschafprijs. De besparing hangt samen met de hoeveelheid aardgas dat wordt afgenomen en de mate waarin de vraag naar warmte en naar stroom samenvallen. Door het vermijden van elektriciteitsinkoop en door het terugleveren van stroom aan het net kan de thuiscentrale een lucratieve investering zijn. Dat blijkt echter niet voor elk huishouden. Voor ruim een kwart is de NCW €150 tot zelfs bijna €1.200 op de technische levensduur van 15 jaar. Bovendien blijken de thuiscentrales op de dag- en onbalansmarkt een hulpmiddel om de energieportfolio van een energiebedrijf te balanceren. Als er niet aan het opgegeven programma wordt voldaan, ontstaat er onbalans. Het wegregelen van onbalans is een kostbare aangelegenheid. Door de microcentrales beschikt een energiebedrijf over een flinke hoeveelheid regelvermogen. Vooral op korte termijn komt dit goed van pas. Handel op de APX in plaats van verkoop aan huishoudens bracht over de afgelopen vijf jaar gemiddeld €67.000 per jaar meer op. Kortom, de thuiscentrales dragen bij aan een schone, betaalbare en betrouwbare energievoorziening en verdienen een plek in de Nederlandse energievoorziening. Daarom kan er geen twijfel over bestaan dat grootschalige diffusie een haalbare zaak is. En ten aanzien van een virtuele centrale? Uit de schriftelijke enquêtes onder 19 respondenten (werkzaam bij een energiebedrijf, een kennisinstituut of een overheidsinstantie) naar de succesfactoren en bijbehorende indicatoren van een virtuele centrale kwam het volgende aan het licht. Ten eerste kan een cluster microcentrales functioneren als een virtuele opslagplaats voor elektriciteit. De verhouding tussen de benodigde en de geleverde hoeveelheid elektriciteit wordt als indicator gekozen. Ook wordt de marge tussen het tarief voor elektriciteit en de terugleververgoeding als indicator opgenomen. Ten tweede moet een virtuele centrale schadelijke emissies reduceren. De CO2uitstoot ten opzichte van het Nederlandse centralepark wordt gehanteerd als indicator. Het derde doel is leveringszekerheid. Als eerste wordt dit uitgedrukt als de beschikbaarheid van regelvermogen. De mate waarin er voldaan wordt aan programmaverantwoordelijkheid en de afwijking van de eigen afnamevoorspellingen zijn indicatoren die voor dit doel gelden. Leveringszekerheid wordt ook als netkwaliteit uitgelegd. Verbetering van de netkwaliteit kan worden vertaald naar het aantal storingen, de storingsduur en de omvang van het benodigde reservevermogen. Het vierde doel is goedkope productie van elektriciteit. De spark spread, het gemiddelde aantal draaiuren en het absolute volume onbalans zijn kengetallen waaruit de winstgevendheid valt op te maken.

iv

INHOUDSOPGAVE Voorwoord ........................................................................................................................... i Samenvatting......................................................................................................................iii Inhoudsopgave .................................................................................................................... v Figuren en tabellen............................................................................................................ vii Glossarium .......................................................................................................................viii Hoofdstuk 1 – Inleiding ...................................................................................................... 1 1.1. Aanleiding................................................................................................... 1 1.2. Probleemstelling ......................................................................................... 4 1.3. Doelstelling................................................................................................. 5 1.4. Onderzoeksvragen ...................................................................................... 5 1.5. Afbakening ................................................................................................. 6 1.6. Structuur ..................................................................................................... 6 Hoofdstuk 2 – Ruimte voor microwarmtekracht ................................................................ 7 2.1. De energiebehoefte van een huishouden .................................................... 8 2.1.1 De warmtevraag.......................................................................................... 9 2.1.2 De elektriciteitsvraag ................................................................................ 11 2.1.3 Verbruikersprofielen................................................................................. 12 2.1.4 Energieprijzen voor kleinverbruikers ....................................................... 12 2.2. Energie en exergie .................................................................................... 14 2.3. Microwarmtekracht................................................................................... 15 2.4. SWOT-analyse.......................................................................................... 17 2.4.1 Strengths ................................................................................................... 17 2.4.2 Weaknesses............................................................................................... 18 2.4.3 Opportunities ............................................................................................ 18 2.4.4 Threats ...................................................................................................... 19 2.4.5 SWOT-kubus ............................................................................................ 20 2.5. Actorenanalyse.......................................................................................... 20 2.6. Conclusie .................................................................................................. 23 Hoofdstuk 3 – De thuiscentrale becijferd ......................................................................... 26 3.1. Overheid en milieu.................................................................................... 26 3.2. Huishoudens en aanschaf.......................................................................... 30 3.3. Energieleveranciers en een virtuele centrale ............................................ 32 3.3.1 Handel in elektriciteit................................................................................ 32 3.3.2 Voldoen aan de vraag ............................................................................... 34 3.4. Conclusie .................................................................................................. 36 Hoofdstuk 4 – Respondenten aan het woord .................................................................... 37 4.1. Verwachtingen van de thuiscentrale ......................................................... 38 4.2. Factoren en indicatoren van een virtuele centrale..................................... 41 4.3. Conclusie .................................................................................................. 42 Hoofdstuk 5 - Conclusies en aanbevelingen ..................................................................... 44 5.1. Conclusies................................................................................................. 44 5.2. Aanbevelingen .......................................................................................... 45

v

Referenties ........................................................................................................................ 47 Appendices........................................................................................................................ 50 Appendix A – Opwekken en transporteren van elektriciteit ......................................... 50 Appendix B – Besparingen op primair energieverbruik en schadelijke emissies ......... 51 Appendix C – Investeringsanalyse van de thuiscentrale ............................................... 52 Appendix D – SRMC-curve in Nederland .................................................................... 53 Appendix E – Vragenlijst .............................................................................................. 54

vi

FIGUREN EN TABELLEN Figuur 1: Conversieverliezen bij het opwekken van elektriciteit........................................ 7 Figuur 2: Energievraag van een tussenwoning gedurende één etmaal in januari [Laag & Ruijg, 2002] ................................................................................................... 9 Figuur 3: Jaarlijks aardgasverbruik van het gemiddelde Nederlandse huishouden vanaf 1975 tot 2004 [EnergieNed, 2005b] ....................................................... 10 Figuur 4: Jaarlijks elektriciteitsverbruik van het gemiddelde Nederlandse huishouden vanaf 1950 tot 2004 [EnergieNed, 2005c] ....................................................... 11 Figuur 5: Inflatie en gas- en elektriciteitsprijzen vanaf 1972 tot 2005 [CBS, 2006a, 2006b] .............................................................................................................. 13 Figuur 6: Het binnenwerk van een thuiscentrale [Whisper Tech, 2003] .......................... 16 Figuur 7: Prijsvorming op de elektriciteitsmarkt [Scheepers & De Beus, 2002].............. 34 Figuur 8: Gemiddelde stroomprijs en gemiddeld handelsvolume per uur in 2005 [APX, 2006] ..................................................................................................... 35 Figuur 9: Elektriciteitsproductie in een thermische centrale [Electrabel, 2004]............... 50 Figuur 10: SRMC-curve in Nederland in 2001 [Scheepers et al., 2003] .......................... 53 Tabel 1: Jaarlijkse gasverbruik voor ruimteverwarming en tapwater van een Nederlands huishouden .................................................................................... 10 Tabel 2: Jaarlijkse elektriciteitsverbruik van een Nederlands huishouden ....................... 11 Tabel 3: Jaarlijkse gas- en elektriciteitsverbruik van een gemiddeld Nederlands huishouden ....................................................................................................... 12 Tabel 4: Energie- en exergieverbruik van een gemiddeld Nederlands huishouden.......... 15 Tabel 5: Verlies en rendement op energie en exergie van een gemiddeld Nederlands huishouden ....................................................................................................... 15 Tabel 6: SWOT-kubus ...................................................................................................... 20 Tabel 7: CO2-, NOx- en SO2-emissie bij het gescheiden opwekken van elektriciteit ....... 27 Tabel 8: CO2-, NOx- en SO2-emissie bij het verbranden van aardgas .............................. 28 Tabel 9: Winstgevendheid van handel op de dagmarkt .................................................... 35

vii

GLOSSARIUM APX - Amsterdam Power Exchange, de

HR-ketel - Verwarmingsketel met een hoog

Nederlandse day-ahead stroombeurs

rendement

Barrel - Inhoudsmaat, gelijk aan 159,987 liter

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

Cherry picking - Het enkel bedienen van het meest lucratieve marktsegment

IR - Interne Rentevoet

CO2 - Kooldioxide

kWh - KiloWattuur

CPI - Consumentenprijsindex

LHV - Lower Heating Value, de onderste

CR-ketel

verbrandingswaarde -

Verwarmingsketel

met

een MEP - Milieukwaliteit elektriciteitsproductie,

conventioneel rendement

subsidiestelsel om de milieukwaliteit van de

DTe - Dienst uitvoering en Toezicht energie

elektriciteitsproductie te verbeteren

ENDEX - European Energy Derivatives

Merit order - Rangorder naar SRMC

Exchange, stroombeurs waar termijncontracten MWh - MegaWattuur

verhandeld worden Energieparadox

-

Het

besef

NCW - Netto Contante Waarde

dat

energieverbruik zal stijgen en dat deze

NOx - Stikstofoxiden

toename op lange termijn niet houdbaar is, maar

dat

gewoonten

ten

aanzien

van

OTC - Over-The-Counter

energieverbruik onveranderd blijven Revealed preference - Gebleken voorkeur EPC - Energie Prestatie Coëfficiënt SO2 - Zwaveldioxide Exergie - Het deel van energie dat kan worden Spark spread - De marge tussen de brandstof-

omgezet in nuttige arbeid

en de elektriciteitsprijs Gasterra – Handelspoot van het voormalige SRMC - Short-Run Marginal Costs

Gasunie

UNFCCC - United Nations Framework

GJ - Gigajoule

Convention on Climate Change GW - Gigawatt VR-ketel HHV - Higher Heating Value, de bovenste

-

Verwarmingsketel

verbeterd rendement

verbrandingswaarde WKK - Warmtekrachtkoppeling

viii

met

een

HOOFDSTUK 1 – INLEIDING De Britse natuurwetenschapper Faraday ontdekte in de negentiende eeuw dat elektriciteit kon worden opwekt door een geleider en een magneetveld ten opzichte van elkaar te bewegen. De beweging wekt een stroom op in de geleider. Dit verschijnsel noemen we elektromagnetische inductie. Zo werkt niet alleen een fietsdynamo, maar volgens dit principe wordt ook op grote schaal stroom geproduceerd. Hoe elektriciteit precies wordt opgewekt in een thermische centrale is terug te vinden in Appendix A. Over de loop van de tijd heeft men getracht om nieuwe en meer efficiënte manieren van stroomproductie te ontwikkelen. Deze scriptie onderwerpt één van deze nieuwe technieken aan een nadere beschouwing. Gasterra heeft een ketel ontworpen die gelijktijdig warmte en elektriciteit in huishoudens kan opwekken. Deze ketel draagt de naam “thuiscentrale” en is door Minister Brinkhorst van Economische Zaken als “toverketel” bestempeld. Door het gebruik van thuiscentrales wordt aardgas efficiënter benut en beschikt iedere woning over een eigen kleine elektriciteitscentrale. Betekent dit voorgoed het einde voor de oude verwarmingsketels? In dit hoofdstuk worden de hoofdlijnen van dit afstudeeronderzoek uiteengezet. De aanleiding voor deze scriptie wordt in § 1.1 behandeld. Vervolgens wordt in § 1.2 de probleemstelling gepresenteerd en geeft § 1.3 het doel van dit onderzoek weer. Om de doelstelling te realiseren, worden daartoe in § 1.4 een viertal onderzoeksvragen geformuleerd. Daarna wordt in § 1.5 het onderzoek afgebakend. Ten slotte beschrijft § 1.6 de structuur van het onderzoek.

1.1.

AANLEIDING

We bevinden ons aan de vooravond van een energierevolutie. De energievoorziening wordt met tal van onzekerheden omgeven, maar staat bol van de ontwikkelingen. Dit wordt hoofdzakelijk ingegeven door de schaarste van de huidige fossiele energiebronnen en een toenemende bezorgdheid over de kwaliteit van het leefmilieu [Goodstein, 2005]. Eerst volgt een korte beschrijving van deze twee vraagstukken. Vervolgens wordt het beleid om deze problematiek tegen te gaan bondig toegelicht. De hedendaagse productie van elektriciteit vindt voornamelijk plaats door het verbranden van fossiele hulpbronnen. Fossiele brandstoffen zijn ontstaan als resten van plantaardig en dierlijk leven uit het geologische verleden van de aarde. De fossiele brandstofvoorraad is eindig en word tevens beperkt doordat sommige bronnen in economische zin niet exploiteerbaar zijn [Houthakker, 2002]. De mate waarin nieuwe ontdekkingen worden gedaan en reserves worden verbruikt, bepaalt hoe lang we deze delfstoffen kunnen blijven inzetten als bron van energie. Geologen zijn sterk verdeeld over wanneer tekorten precies zullen optreden, maar dat dit zal voorkomen is geen punt van discussie meer.

1

Hotelling [1931] riep op spaarzaam gebruik te maken van de resterende voorraden aan mineralen. “Contemplation of the world’s disappearing supplies of minerals, forests, and other exhaustible assets has led to demands for regulation of their exploitation. The feeling that these products are now too cheap for the good of future generations, that they are being selfishly exploited at too rapid a rate, and that in consequence of the excessive cheapness that are being produced and consumed wastefully has given rise to the conservation movement.” Ook Hubbert [1949] constateerde dat in het licht van bevolkingsexpansie en een toenemende welvaart het mondiale energiegebruik zou stijgen. Met de verontrustende snelheid waarin de bodemschatten worden verbruikt, vermoedde hij dat het tijdperk van fossiele brandstoffen geen lang leven beschoren zou zijn. Meer recente verwachtingen voor het pieken van de olieproductie worden gegeven door Ivanhoe [1995] en Campbell & Laherrère [1998]. Zij verwachten dat ongeveer de helft van alle oliereserves die men ooit verwacht te vinden al gewonnen zullen worden voor 2010. Wat staat ons daarna te wachten? Hierdoor zal in de nabije toekomst meer nadruk gelegd moeten worden op een transitie naar een duurzame energiehuishouding. Door onder andere industriële activiteiten, grootschalige boskap, verkeer, huishoudelijk energieverbruik, en intensieve landbouw en veeteelt nemen de broeikasgassen in de atmosfeer toe. Broeikasgassen leggen een warme deken om de aarde. Ze zorgen ervoor dat een deel van de warmtestraling wordt vastgehouden. Mann et al. [1999] geven een reconstructie van de gemiddelde oppervlaktetemperaturen op het noordelijke halfrond vanaf het jaar 1000 tot 1982. De grafiek van deze reconstructie vertoont een gelijkenis met een hockeystick en laat een geleidelijke temperatuurdaling zien van het jaar 1000 tot ongeveer 1900. Daarna zet zich een explosieve stijging in. Volgens de huidige inzichten zal zonder mitigatiemaatregelen in de 21e eeuw de gemiddelde temperatuur op aarde stijgen met 1,4 tot 5,8 °C, de hevigheid van regenbuien toenemen en de zeespiegel met 9 tot 88 cm stijgen [IPCC, 2001]. De gevolgen van de klimaatverandering worden voor een groot deel toegeschreven aan de toegenomen concentratie kooldioxide (CO2) in de atmosfeer. Deze stijging van het CO2–gehalte in de atmosfeer is herkenbaar afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen [Hoffert et al., 2002]. Om een reductie van CO2–emissie te bewerkstelligen hebben industrielanden zich verbonden in het Kyoto-protocol. Zij proberen de uitstoot van broeikasgassen in 2008-2012 met gemiddeld 5% te verminderen ten opzichte van het niveau in 1990 [UNFCCC, 1997]. Behalve klimaatverandering heeft ook verzuring een impact op de leefomgeving. Verzuring van de bodem en het water is een gevolg van de uitstoot van zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOx) door onder andere de verbranding van fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales. Verzurende stoffen die stikstof bevatten worden omgezet in nitraten. Op zich zijn dit essentiële voedingsstoffen voor bacteriën, algen en insecten. Maar door overbemesting en het lozen van afvalwater krijgt grond2

en oppervlaktewater een overschot aan deze voedingsstoffen te verwerken. Dit leidt tot eutrofiëring. Zure neerslag tast bovendien de stofwisseling in de cellen van bomen en planten aan wat kan leiden tot groeistoornissen en aanwasverlies. Om weerstand te bieden aan deze twee problemen is ook op nationaal niveau beleid geformuleerd [EZ, 2005a]. Voor de korte termijn is energiebesparing het meest efficiënt. Het vermindert direct het gebruik van primaire energiedragers en verlaagt de uitstoot van broeikasgassen en verzurende stoffen. Toch passen huishoudens besparingsmaatregelen amper toe. Er lijkt sprake te zijn van een energieparadox. Ondanks dat er daadwerkelijk besef bestaat van de positieve financiële effecten en de gunstige uitwerkingen op het milieu van besparingsmogelijkheden wordt er nauwelijks gebruik van gemaakt of in geïnvesteerd [Jaffe & Stavin, 1994a]. Bovendien leert de ervaring dat het effect van energiebesparing door het toepassen van onder andere zuinige apparaten deels teniet wordt gedaan door gedragsveranderingen. Dit staat bekend als het zogenaamde reboundeffect [Greening et al., 2000]. Raaij & Verhallen [1983] constateren dat een positieve attitude tegenover besparen niet noodzakelijk verandering in gedrag teweeg brengt, maar dat regelmatige feedback over het energieverbruik wel resultaten oplevert. Voor de lange termijn is het onvermijdelijk een duurzame energievoorziening na te streven. Zon, wind, water, biomassa en aardwarmte leveren een schone vorm van energie en zijn bovendien in overvloed aanwezig. Toch maakte in 2005 de duurzame elektriciteitsproductie slechts 6,16% uit van het totale binnenlands elektriciteitsverbruik [CBS, 2006d]. Er bestaan in Nederlands eigenlijk slechts twee reële mogelijkheden voor groene stroomproductie, namelijk door middel van wind en biomassa. Zonne-energie is geen wezenlijke optie. De efficiëntie van energieconversie bedraagt minder dan 30% en is ongeveer vijf maal duurder dan elektriciteit van conventionele energiecentrales. Ondanks dat silicium ruim voorradig is in zand en ander gesteente heeft het een dure bewerking nodig om de zuiverheid te verkrijgen die nodig is voor gebruik in zonnecellen. Ook tegen windenergie bestaan er bezwaren zoals horizonvervuiling en geluidshinder. Belangrijker is echter de wisselvalligheid van de wind en de hoge kosten voor het omzetten van wind in elektriciteit. Verder is het bijstoken van CO2– neutrale biomassa (bijvoorbeeld afvalhout, kippenmest en palmpitten) in conventionele kolencentrales conform het Kolenconvenant een kostbare aangelegenheid. Bovendien leidt het bijstoken weliswaar tot een lagere uitstoot van CO2 maar ook tot een hogere uitstoot van kwik, NOx en SO2. Zonder beleidsinstrumenten zoals de MEP, een subsidie voor duurzame stroomproductie, is het opwekken van elektriciteit met behulp van zon, wind en biomassa niet rendabel. Er zal daarom naar verwachting voorlopig nog een grote afhankelijkheid van fossiele brandstoffen blijven bestaan [Unruh, 2001]. Het is voor de middellange termijn verstanding om fossiele brandstoffen zo schoon en efficiënt mogelijk te gebruiken om een geleidelijke transitie in beweging te zetten. Aardgas zou deze overgang in kunnen leiden. Aardgas is de schoonste fossiele brandstof omdat het veel minder koolstof bevat dan

3

kolen of olie. Het stoken van aardgas leidt tot een aanmerkelijke afname van broeikasgassen en verzurende emissies [Ausubel, 1991]. Aardgas zal vermoedelijk geen langdurig alternatief vormen, maar de gaspiek zal zich met zekerheid pas na de oliepiek voordoen [Bentley, 2002]. Bovendien beschikt Nederland nog over genoeg aardgas om voor minstens twintig jaar aan de huidige binnenlandse vraag te voldoen [EZ, 2005b]. Door aardgas bovendien te verstoken in warmtekrachtcentrales, waar de productie van elektriciteit en warmte gelijktijdig plaatsvindt, wordt het aardgas doelmatiger benut dan in conventionele thermische centrales. Daar verdwijnt immers de warmte via het koelwater in rivieren of via de lucht bij gebruik van koeltorens.

1.2.

PROBLEEMSTELLING

Het gelijktijdig opwekken en gebruiken van warmte en elektriciteit door middel van warmtekrachtkoppeling (WKK) houdt een betere benutting van fossiele brandstoffen in. Dit is geen nieuwe techniek. Al geruime tijd wordt het in de industrie, de glastuinbouw en de utiliteitsbouw toegepast. Aardgas dient daarbij als voornaamste brandstof. Tegenwoordig kunnen ook individuele huishoudens zelf zowel warmte (voor ruimteverwarming en warm water) als elektriciteit (voor verlichting

en

elektrische

apparatuur)

opwekken.

Hiervoor

heeft

Gasterra

kleine

warmtekrachtcentrales ontwikkeld die de naam “thuiscentrale” dragen. Een thuiscentrale is in feite een verfijnde uitvoering van een traditionele verwarmingsketel, die een huishouden tevens van stroom voorziet. Een ingebouwde stirlingmotor benut de restwarmte om elektriciteit op te wekken. Deze “toverketel” fungeert dus als nieuwe krachtbron in een woning. De thuiscentrales hoeven echter niet uitsluitend te voorzien in de energievraag van één enkel huishouden.

Wanneer

alle

thuiscentrales

geclusterd

worden,

ontstaat

er

een

virtuele

elektriciteitscentrale met een cumulatief vermogen van alle beschikbare microcentrales. De geclusterde thuiscentrales, onder beheer van een energiebedrijf, kunnen zo worden gebruikt om ook aan de elektriciteitsvraag buiten de woning te voldoen. Het energiebedrijf wekt op die manier stroom op net als in conventionele centrales. Dit biedt een energiebedrijf nieuwe perspectieven om de energievoorziening op een grootschalige decentrale manier aan te pakken. Zo kan een productiepark van vele duizenden microcentrales ontstaan waar stroom op diverse locaties wordt geproduceerd. Dit maakt het leveren van elektriciteit buitengewoon complex. De centrale probleemstelling in deze scriptie luidt dan ook:

Over welke kennis moet een energiebedrijf beschikken om een cluster thuiscentrales in gebruik te kunnen nemen?

4

1.3.

DOELSTELLING

Dit onderzoek richt zich op het nut van een virtuele elektriciteitscentrale voor een energiebedrijf. Vanuit het oogpunt van een energiebedrijf zal worden onderzocht in welke mate de thuiscentrales kunnen bijdragen in de energievoorziening. Het is daarom van belang om vooraf een algemeen beeld te krijgen van de marktpositie van microwarmtekracht in Nederland en de verwachtingen die energiebedrijven hebben ten aanzien van de toekomstige ontwikkeling ervan. Bovendien dient vastgesteld te worden wat de succesfactoren van de virtuele centrale precies zijn en welke kengetallen we daar uit kunnen afleiden. De doelstelling van dit onderzoek is tweeledig.

Kennis verbreden door het verrichten van een marktonderzoek naar de toepassing van microwarmtekracht in Nederland en door het achterhalen van de succesfactoren van een virtuele centrale.

1.4.

O NDERZOEKSVRAGEN

Aan de hand van de doelstelling kunnen een drietal onderzoeksvragen geformuleerd worden. Allereerst moet een duidelijk beeld geschetst worden van de huidige vraag naar energie in een huishouden en of de eigenschappen van een thuiscentrale hier op aansluiten. Verder dient meer inzicht verkregen te worden in de kansen en bedreigingen ten aanzien van de introductie van de thuiscentrale. Bovendien verdient het onderzoek op welke voet de thuiscentrale staat met alle partijen in de energiesector.

1. Is

een

thuiscentrale

een

geschikte

toepassing

voor

de

huishoudelijke

energievoorziening?

Vervolgens zal de haalbaarheid van grootschalige diffusie van de thuiscentrales aan de orde gesteld moeten worden. Door een cijfermatige toelichting op de doelstellingen van drie belangrijke actoren in de energiehuishouding kunnen hier uitspraken over gedaan worden.

2. Welke bijdrage levert een thuiscentrale aan de doelstellingen van de overheid, het huishouden en het energiebedrijf?

Ten slotte wordt door middel van een schriftelijke enquête blootgelegd welke factoren doorslaggevend zijn voor een virtuele centrale en welke indicatoren daaruit voortkomen.

5

3. Welke factoren en indicatoren zijn kritiek voor de prestaties van een virtuele centrale?

1.5.

AFBAKENING

Kennis verbreden is een ruime doelstelling. Het is op vele manieren mogelijk. Daarom beperkt dit onderzoek zich tot het verrichten van een marktstudie en het presenteren van de meningen van deskundigen om het toepassen van microwarmtekracht in Nederland te toetsen. De marktstudie heeft alleen betrekking op de microwarmtekrachtcentrale van het type AC Whispergen Mk4. Het is niet zondermeer mogelijk de resultaten uit dit onderzoek te extrapoleren naar microwarmtekracht in het algemeen. Bovendien is het systematisch zoeken, vastleggen en analyseren van data beperkt tot een aantal methoden en onderhevig aan tal van aannamen. In het tweede hoofdstuk wordt alleen een exergie-, SWOT-, en actorenanalyse uitgevoerd. Hoofdstuk 3 presenteert een aantal bevindingen uit het oogpunt van enkel drie partijen. Het is belangrijk om op te merken dat de cijfers gebaseerd zijn op 31 verschillende typen huishouden en dat slechts een periode van 15 jaar in beschouwing is genomen. Tevens is ten aanzien van de enquête de betrouwbaarheid en validiteit van de vragen niet gegarandeerd.

1.6.

S TRUCTUUR

De opbouw van dit afstudeeronderzoek is in lijn met de volgorde van de onderzoeksvragen. Allereerst wordt in hoofdstuk 2 het Nederlandse huishoudelijke energieverbruik beschreven. Vervolgens komt de werking van thuiscentrale aan bod en welke kansen en bedreigingen in het verschiet liggen. Tevens wordt een analyse van het krachtenveld geschetst. In dit hoofdstuk wordt antwoord gegeven op de eerste onderzoeksvraag. Hoofdstuk 3 rekent voor welke resultaten de thuiscentrales boeken op het besparen van primaire energiebronnen en uitstoot van schadelijke gassen. Ook wordt berekend voor welke typen huishoudens de thuiscentrale in economische zin een rendabele investering is. Tot slot wordt aan de hand van energieprijzen bepaald of de thuiscentrales een winstgevende bijdrage kunnen leveren in de energiehandel. In dit hoofdstuk wordt antwoord gegeven op de tweede onderzoeksvraag. Het vierde hoofdstuk staat in het teken van de weergave van de data uit de schriftelijke enquêtes. De respondenten geven hun mening ten aanzien van grootschalige ingebruikname van microcentrales in Nederland (in de nabije toekomst). Tevens wordt de respondent gevraagd naar opvattingen met betrekking tot de succesvolle kenmerken van dergelijke kleine centrales. Ook wordt aan de orde gesteld welke doelen de respondent stelt aan een virtuele elektriciteitscentrale en welke maatstaven de respondent hanteert om het behalen van deze doelen af te meten. In dit hoofdstuk wordt antwoord gegeven op de derde onderzoeksvraag. Ten slotte worden de conclusies en de aanbevelingen die uit het afstudeeronderzoek voortkomen gepresenteerd.

6

HOOFDSTUK 2 – RUIMTE VOOR MICROWARMTEKRACHT In de huidige energievoorziening worden warmte en elektriciteit voornamelijk gescheiden geproduceerd. Elke energievorm wordt in een afzonderlijke installatie opgewekt. In tegenstelling tot warmte is elektriciteit gemakkelijk te transporteren. Om die reden zijn er schaalvoordelen te behalen bij de opwekking van elektriciteit. Vanuit grote centrales wordt de elektriciteit naar de eindverbruiker getransporteerd. Het rendement van de gezamenlijke opwekeenheden in Nederland, het zogeheten parkrendement, bedroeg in 2003 41,32% [EnergieNed, 2004]. Bij transport via kabels en leidingen, en bij

transformatie

naar

andere

spanningsniveaus

treden

er

energieverliezen

op.

Deze

transmissieverliezen bedragen circa 5% van de productie [EnergieNed, 2005a]. Bij de productie van elektriciteit gaat het grootste deel van de energie echter verloren als warmte. Uit Figuur 1 blijkt dat slechts een fractie van de energie bij de eindgebruiker terecht komt. De grote rode pijl stelt het thermisch verlies voor dat bij conversie optreedt. In thermische centrales verdwijnt de warmte via het koelwater in rivieren of via de lucht bij gebruik van koeltorens. Dit kan door stadverwarming, een gesloten systeem van goed geïsoleerde warmwaterleidingen, gedeeltelijk worden ondervangen.

Figuur 1: Conversieverliezen bij het opwekken van elektriciteit

Warmte wordt echter doorgaans ter plaatse bij de verbruiker geproduceerd door aardgasgestookte verwarmingsketels en opgeslagen in boilers. De chemische energie van aardgas wordt door verbranding in warmte omgezet. Het rendement van de omzetting is hoog en kan bij een HR-ketel

7

zelfs 107%1 bedragen. Maar lang niet alle huishoudens beschikken over een dergelijk ketel. Er bestaat een groot aantal huishoudens waarbij de warmtevoorziening verzorgd wordt door een VR-ketel (verbeterd rendement). VR-ketels behalen ten minste een rendement van 88,7% op onderwaarde. Slechts een zeer beperkt percentage van de woningvoorraad maakt nog gebruikt van een CRinstallatie (conventioneel rendement). Ook bij de productie van warmte komen transportverliezen voor. Warmte wordt afgestaan aan de omgeving tijdens transport en door stilstand in de leidingen. Wat nu wanneer behalve de productie van warmte ook het opwekken van elektriciteit plaats vindt bij de verbruiker? Door een thuiscentrale in een woning te plaatsen, kan het opwekken van warmte en elektriciteit gelijktijdig plaatsvindt. Het lozen van restwarmte zoals bij de grootschalige productie van elektriciteit wordt vermeden, omdat het benut wordt om in de warmtevraag te voorzien. Dit reduceert het gebruik van primaire brandstoffen en leidt tevens tot vermeden uitstoot van broeikasgassen en verzurende emissies. In dit hoofdstuk worden de (technische) eigenschappen en de omgeving van de thuiscentrale onder de loep genomen. Hieruit zal blijken of de thuiscentrale een plek verdient in de toekomstige huishoudelijke energievoorziening. Ten eerste wordt in § 2.1 het gas- en elektriciteitsverbruik van verschillende typen huishoudens in Nederland gepresenteerd. Daarna zal in § 2.2 met behulp van een exergie-analyse aangetoond worden dat WKK de voorkeur geniet boven gescheiden opwekking. Vervolgens wordt in § 2.3 de werking van de thuiscentrale beschreven. In § 2.4 wordt een SWOTanalyse van de thuiscentrale uitgevoerd. Nadien worden in § 2.5 actoren benoemd en beschreven op welke manier zij betrokken zijn bij de thuiscentrale.

2.1.

DE ENERGIEBEHOEFTE VAN EEN HUISHOUDEN

De behoefte aan energie van een huishouden bestaat uit warmte en elektriciteit. Het is belangrijk om inzicht te krijgen in het verbruik van een huishouden. De technische kenmerken van een thuiscentrale moeten hier immers zo goed mogelijk op aansluiten. In een gemiddeld Nederlands huishouden bestaat er een zekere samenhang tussen de vraag naar warmte en naar elektriciteit (r = 0,65). Dit duidt niet op een oorzakelijk verband, maar op een positieve lineaire relatie tussen de vraag naar warmte en stroom. Een tweezijdig 90%-betrouwbaarheidsinterval voor de verhouding tussen de vraag naar stroom en warmte bedraagt 0,24 ± 0,11. Er is dus ruwweg vier maal zoveel behoefte aan warmte als aan stroom in een gemiddeld huishouden [Laag & Ruijg, 2002]. Om een beter inzicht te krijgen in wanneer het 1

Bij de verbranding van aardgas is waterdamp één van de verbrandingsproducten. Bij het condenseren van waterdamp komt ook warmte vrij. Wanneer bij het vaststellen van de energie-inhoud van 1 m3 aardgas wordt uitgegaan van de warmte die vrijkomt bij de verbranding van aardgas spreekt men van de onderste verbrandingswaarde. De warmte van de waterdamp wordt daarbij als restproduct gezien. De onderste verbrandingswaarde (LHV) van aardgas is 31,65 MJ/m3. HR-ketels benutten de condensatiewarmte uit waterdamp wel. De bovenste verbrandingswaarde (HHV) van aardgas bedraagt 35,17 MJ/m3. Wanneer het rendement aan de hand van de onderwaarde bepaald wordt, kan het rendement van de HR-ketel boven 100% uitstijgen.

8

energieverbruik van een huishouden plaatsvindt, is in Figuur 2 het energievraagpatroon van een tussenwoning gedurende één etmaal in januari in kaart gebracht.

Figuur 2: Energievraag van een tussenwoning gedurende één etmaal in januari [Laag & Ruijg, 2002]

Erg opvallend zijn de pieken van het benodigde thermisch vermogen voor warm tapwater gedurende de gehele dag. De tijdsduur van de tapmomenten is meestal erg kort. In 80% van de gevallen bedraagt het minder dan een halve minuut. Dit warme water is bijvoorbeeld nodig voor de afwas. Ook is er nagenoeg gedurende de gehele dag behoefte aan ruimteverwarming. Dit is overigens zeer afhankelijkheid van het type woning, het seizoen en de gewenste binnentemperatuur. Uit Figuur 2 blijkt ook dat de woning rond 08:00 en opnieuw rond 18:00 warm gestookt wordt. In dit huishouden bedraagt, gedurende 90% van de tijd, het gevraagde elektrisch vermogen minder dan 1 kilowatt en 67% van de tijd zelfs minder dan 500 Watt. De pieken in de vermogensvraag worden veroorzaakt door verlichting en het inschakelen van allerlei elektrische apparatuur. Het periodieke signaal dat ’s nachts zichtbaar is, wordt veroorzaakt door de vrieskist, waarvan de compressor eens per uur aanslaat. In de volgende subparagrafen wordt de warmte- en elektriciteitsvraag uitgebreider behandeld.

2.1.1

De warmtevraag

De vraag naar warmte in een huishouden komt voort uit de behoefte aan ruimteverwarming en aan warm tapwater. Het water voor ruimteverwarming wordt verwarmd tot 85º C en de retourtemperatuur is afgesteld op 70º C. Deze hoge temperaturen zijn nodig om ook matig geïsoleerde woningen op koude dagen voldoende te kunnen verwarmen. De temperatuur van het tapwater is doorgaans tussen 40º C en 55º C, maar om legionellagroei in het leidingenstelsel en voorraadvat te voorkomen wordt

9

het verwarmd tot 65º C. Koud water wordt daarna bijgemengd. Om het water te verwarmen wordt aardgas gestookt. In Figuur 3 is een dalende trend te ontdekken in het aardgasverbruik van het gemiddelde huishouden in Nederland vanaf 1975. De jaarlijkse daling bedraagt gemiddeld 42 m3. Dit is te verklaren door verbeteringen in woningisolatie en de toenemende efficiëntie van verwarmingsketels [Jeeninga et al., 2001]. 3200 3100 3000 2900 2800 2700 2600

m3

2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

1980

1979

1978

1977

1976

1975

1600

Jaren

Figuur 3: Jaarlijks aardgasverbruik van het gemiddelde Nederlandse huishouden vanaf 1975 tot 2004 [EnergieNed, 2005b]

De hoeveelheid gevraagde aardgas is sterk afhankelijk van het type woning en de gewenste binnentemperatuur. Bovendien is de warmtevraag seizoensgebonden. Het stookseizoen loopt bij benadering van oktober tot en met maart. Tabel 1: Jaarlijkse gasverbruik voor ruimteverwarming en tapwater van een Nederlands huishouden

Woningtype

Woningaantal 103

Voorkomen woningaanbod

Vrijstaand

947

Twee-onder-een-kap

Aardgasverbruik Ruimteverwarming m3 (GJ)

Tapwater m3 (GJ)

Totaal m3 (GJ)

14,89%

2.082,68 (65,92)

495,88 (15,69)

2.578,55 (81,61)

754

11,85%

1.539,37 (48,72)

366,52 (11,60)

1.905,89 (60,32)

Hoekwoning

868

13,64%

1.435,88 (45,45)

341,88 (10,82)

1.777,76 (56,27)

Tussenwoning

1835

28,84%

1.181,48 (37,39)

281,30 (8,90)

1.462,78 (46,30)

Etagewoning

1958

30,78%

827,90 (26,20)

197,12 (6,24)

1.025,02 (32,44)

Bron: [EnergieNed, 1999a]

Zoals uit Figuur 2 blijkt, is er gedurende de gehele dag vraag naar ruimteverwarming en zijn er vooral rond 07:00 uur en 23:00 uur pieken in de afname van warm tapwater. In Tabel 1 is het jaarlijkse gasverbruik voor ruimteverwarming en tapwater van een Nederlands huishouden naar woningtype

10

weergegeven. Voor de energie-inhoud van aardgas wordt een onderste verbrandingswaarde van 31,65 MJ/m3 verondersteld.

2.1.2

De elektriciteitsvraag

De vraag naar elektriciteit is voornamelijk afhankelijk van de grootte van een huishouden, maar ook

2004

2002

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

1984

1982

1980

1978

1976

1974

1972

1970

1968

1966

1964

1962

1960

1958

1956

1954

1952

3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 1950

kWh

sociale klasse en het netto maandinkomen spelen een rol.

Jaren

Figuur 4: Jaarlijks elektriciteitsverbruik van het gemiddelde Nederlandse huishouden vanaf 1950 tot 2004 [EnergieNed, 2005c]

Figuur 4 toont een stijgende trend in het elektriciteitsverbruik van het gemiddelde huishouden in Nederland vanaf 1950. Het verbruik neemt ieder jaar toe met gemiddeld ongeveer 50 kWh. Tabel 2: Jaarlijkse elektriciteitsverbruik van een Nederlands huishouden Gezinsgrootte

Voorkomen gezinsgrootte

Elektriciteitsverbruik kWh (GJ)

1

33,00%

1.891,87 (6,81)

2

34,00%

2.610,95 (9,40)

3

13,00%

3.248,70 (11,70)

4

14,00%

3.710,97 (13,36)

5

3,00%

4.126,15 (1485)

6 of meer

3,00%

4.511,37 (16,24)

Bron: [EnergieNed, 1999b]

Voornamelijk het gebruik van de vaatwasser, wasdroger, magnetron en computer zijn sinds midden jaren 80 fors toegenomen [Jeeninga et al., 2001]. De vraag naar elektriciteit van een huishouden varieert sterk gedurende een dag en is afhankelijk van het leefpatroon. Het elektriciteitsverbruik is

11

vooral in de ochtend en avond hoger doordat er veel elektrische apparaten worden ingeschakeld. In Tabel 2 is het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van een Nederlands huishouden weergegeven. Eén kilowattuur is gelijk aan 0,0036 GJ.

2.1.3

Verbruikersprofielen

Aan de hand van de energievraag van verschillende typen huishouden kunnen verbruikersprofielen samengesteld worden. De combinatie van de vijf verschillende woningtypen uit Tabel 1 met de zes verschillende gezinsgrootten uit Tabel 2 levert dertig unieke profielen op. Door ook het gewogen gemiddelde als profiel toe te voegen, onderscheiden we in totaal eenendertig profielen. Tabel 3 geeft het aardgas- en elektriciteitsverbruik van het gemiddelde Nederlands huishouden. Tabel 3: Jaarlijkse gas- en elektriciteitsverbruik van een gemiddeld Nederlands huishouden Aardgasverbruik m3 (GJ) Ruimteverwarming

Tapwater

Totaal

Elektriciteitsverbruik kWh (GJ)

1.413,46 (44,74)

336,54 (10,65)

1.750,00 (55,39)

3.350,00 (12,06)

Bron: [EnergieNed, 2005b], [EnergieNed, 2005c]

De 31 profielen dienen als uitgangspunt om de impact van de thuiscentrale op de besparing op primaire energiebronnen en schadelijke emissies te bepalen, het economische rendement voor het huishouden te berekenen en de winstgevendheid voor een energiebedrijf in kaart te brengen. Dit zal in hoofdstuk 3 uitgebreid aan de orde komen.

2.1.4

Energieprijzen voor kleinverbruikers

Nu we weten wat huishoudens zoal aan gas en stroom verbruiken, gaan we nader in op hoeveel ze er voor moeten betalen. Omdat energie tot een basisbehoefte gerekend wordt, is er sprake van universele dienstverlening. Vanuit maatschappelijke overwegingen behoren bepaalde goederen en diensten voor iedereen ongeveer voor dezelfde (schappelijke) prijs verkrijgbaar te zijn [Van Damme et al., 1998]. Wanneer bijvoorbeeld de beheerders van de distributienetten voor iedere aansluiting op het elektriciteitsnet afzonderlijk de werkelijke kosten zouden berekenen, zou de prijs van een aansluiting voor afgelegen gebieden stukken hoger zijn dan binnen de bebouwde kom. Door het hanteren van uniforme tarieven wordt het gevaar van cherry picking2 vermeden. De prijs die een huishouden betaalt voor de geleverde energie bestaat uit vier componenten. Ten eerste is er de prijs voor het goed (gas of elektriciteit), ofwel de commodityprijs. Sinds het invoeren van concurrentie en keuzevrijheid op de energiemarkt kan een huishouden energie betrekken van diverse leveranciers. In een vrije markt staat het leveranciers vrij zelf te bepalen hoe ze een goed

2

Een marktspeler zal enkel het meest lucratieve marktsegment bedienen.

12

willen prijzen. Ten tweede wordt er betaald voor aansluiting en de infrastructuur die nodig is om het goed te vervoeren. Voor het transport van energie zijn spanningsnetten, transformatorstations, gasdrukregelaars en kabels en leidingen nodig. Hiervoor brengt de regionale netbeheerder kosten in rekening. De DTe (de toezichthouder op de energiemarkt) stelt deze tarieven vast. Ten derde wordt de bemetering in rekening gebracht. Het plaatsen en uitlezen van de elektriciteits- en gasmeters is een activiteit die wordt verricht door een gecertificeerd meetbedrijf. Het overige deel van de rekening bestaat uit heffingen en belastingen. Zo wordt de opbrengst uit de MEP-heffing gebruikt om milieuvriendelijke elektriciteitsproductie via subsidies te stimuleren. Tevens belast de Rijksoverheid het energieverbruik met de zogeheten energiebelasting. Energieverbruik wordt daardoor duurder en naar verwachting zullen huishoudens bewuster en zuiniger met energie omgaan. Ook worden alle energietarieven, de MEP-heffing uitgezonderd, belast met 19% BTW. De ontwikkeling van de commodityprijzen is weergegeven in Figuur 5. De rechteras toont het verloop van de inflatie en op de linkeras is de gas- en elektriciteitsprijzen uitgezet. Uit deze grafiek is op te maken dat ongeacht de inflatie de verhouding tussen de prijs voor aardgas ten opzichte van elektriciteit nagenoeg is verdrievoudigd. Let wel dat de eenheden voor gas en stroom verschillen en dat wanneer de prijs wordt uitgedrukt in een gemeenschappelijk eenheid elektriciteit vele malen goedkoper is dan aardgas. 55,00

Electriciteitsprijs (kWh) Gasprijs (m3) Inflatie

50,00 45,00

10,0 9,0 8,0

40,00 € ct (excl. BTW)

11,0

7,0

35,00

6,0

30,00

5,0 %

25,00

4,0

20,00

3,0

15,00

2,0

10,00

1,0

5,00

0,0

0,00

-1,0 2004

2002

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

1984

1982

1980

1978

1976

1974

1972

Jaar

Figuur 5: Inflatie en gas- en elektriciteitsprijzen vanaf 1972 tot 2005 [CBS, 2006a, 2006b]

De elektriciteitsprijs is gerelateerd aan de marginale kosten van elektriciteitsproductie, die voor een groot gedeelte bestaat uit brandstofkosten. De gasprijs is gekoppeld aan de prijs van olieproducten, de zogeheten oliepariteit [Correljé, 1998]. Er is na de eerste (1973) en tweede (1979) oliecrisis een sterke prijsstijging waarneembaar. Bovendien is de olie per barrel3 sinds 1996 nagenoeg 2,5 maal zo duur geworden [CBS, 2006c]. De prijs voor elektriciteit stijgt niet direct mee, omdat elektriciteit niet exclusief door het stoken van gas of olie opgewekt wordt. Desondanks bestaat er een vrij sterke 3

Een vat olie bevat 159,987 liter.

13

correlatie (r = 0,94) tussen de gas- en elektriciteitsprijs. Wanneer de CPI, de gemiddelde prijsverandering van goederen en diensten die huishoudens aanschaffen, vergeleken wordt met het prijsverloop van aardgas en elektriciteit blijkt dat deze tarieven gemiddeld sneller stijgen dan de inflatie. Vooral na de roerige jaren van de eerste oliecrisis en in de aanloop naar en na de liberalisering van de energiesector is dit merkbaar.

2.2.

E NERGIE EN EXERGIE

Energie kent tal van verschijningsvormen. Primaire energie bestaat uit energiedragers in hun natuurlijke vorm. Dit zijn bijvoorbeeld steenkool, bruinkool, aardolie, aardgas, uranium, stromend water en zonnestraling. De energie ligt er in verschillende vormen in opgeslagen en kan naar behoefte in een nuttige energievorm worden omgezet. Dankzij een conversieproces ontstaat secundaire energie. Voorbeelden van secundaire energiedragers zijn motorbrandstoffen en elektriciteit. De omzetting van primaire naar secundaire energiedrager verloopt in veel gevallen in meerdere stappen. Bij iedere omzetting van energie geldt dat de hoeveelheid energie behouden blijft maar verandert van vorm. Dit is de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd. Niet alle energie is echter van dezelfde kwaliteit. Exergie heeft betrekking op de kwaliteit van een energiestroom. Een energiestroom bezit complete exergie wanneer het volledig omgezet kan worden in nuttige arbeid [Wall, 1988]. Met elektriciteit bijvoorbeeld kan men een lamp laten branden, een motor laten draaien of water verwarmen. Het aantal toepassingsmogelijkheden bepaalt de waarde van de energiestroom. Als een energiestroom toegepast wordt, neemt de waarde van deze stroom af. Dit verlies is onherroepelijk. De tweede hoofdwet van de thermodynamica stelt dat elk conversieproces gepaard gaat met een afname in exergie. Tabel 4 geeft een vergelijking van het jaarlijkse energie- en exergieverbruik van het gemiddelde Nederlandse huishouden. Een gemiddeld Nederlands huishouden betrekt jaarlijks 12,15 GJ elektriciteit. De centrales verbranden daarvoor 29,41 GJ, omdat het gemiddelde rendement 41,32% bedraagt. Elektrische energie is een energievorm waarvan de exergie maximaal is. De energie kan volledig worden omgezet in nuttige arbeid. Daarom zijn de cijfers voor energie en exergie van elektriciteit gelijk. De totale hoeveelheid warmte die een gemiddeld Nederlands huishouden jaarlijks nodig heeft bedraagt 57,45 GJ. Voor ruimteverwarming bedraagt dat 46,40 GJ. Het gemiddelde verwarmingsrendement bedraagt echter 88,20% [EnergieNed, 1999a]. Een huishouden verbruikt dus 40,92 GJ. Voor warm tapwater heeft een gemiddeld Nederlands huishouden 11,05 GJ nodig. Het gemiddelde rendement van warm tapwater bedraagt echter 45,20% [EnergieNed, 1999a]. Een huishouden verbruikt dus 4,99 GJ. Het exergierendement van warmte wordt bepaald door het

14

Carnotrendement4. Het rendement is rechtevenredig met de verhouding tussen de hoogste en laagste absolute temperatuur die bij de omzetting een rol speelt en bepaalt de hoeveelheid warmte die kan worden omgezet in nuttige arbeid. Water voor ruimteverwarming met een temperatuur van 85o C heeft een exergetisch rendement van 21,0% en bedraagt 8,59 GJ. Warm tapwater van 65o C heeft een exergetisch rendement 16,3% en bedraagt 0,81 GJ. Klaarblijkelijk is warmte van een hoge temperatuur waardevoller dan warmte van een lage temperatuur. Tabel 4: Energie- en exergieverbruik van een gemiddeld Nederlands huishouden Warmte m3 (GJ)

Elektriciteit kWh (GJ)

Gezamenlijk GJ

Ruimteverwarming

Tapwater

Totaal

Energie

1292,98 (40,92)

157,77 (4,99)

1450,74 (45,92)

3375,00 (12,15)

58,07

Exergie

271,53 (8,59)

25,72 (0,81)

297,24 (9,41)

3375,00 (12,15)

21,56

Op het eerste gezicht lijkt het rendement op energieverbruik niet onaardig, maar er treedt een enorm verlies in exergie op wanneer hoogwaardig aardgas wordt verbrand voor laagwaardige warmte. Als de temperatuur eenmaal is gezakt tot de omgevingstemperatuur is het onmogelijk om nog arbeid te verkrijgen uit de warmte. Tabel 5 toont het energie- en exergieverlies op warmte en elektriciteit. Tevens wordt het rendement op het energie- en exergieverbruik berekend. Tabel 5: Verlies en rendement op energie en exergie van een gemiddeld Nederlands huishouden Warmte m3 (GJ)

Elektriciteit kWh (GJ)

Gezamenlijk GJ

Energieverlies

364,26 (11,53)

4.793,07 (17,26)

28,78

Energierendement

79,93%

41,32%

66,86%

Exergieverlies

1.517,76 (48,04)

4.793,07 (17,26)

65,29

Exergierendement

16,38%

41,32%

24,82%

Uit Tabel 5 blijkt dat het exergetisch rendement van warmte en elektriciteit van een gemiddeld Nederlands huishouden slechts 24,82% bedraagt. Door gebruik te maken van microwarmtekracht kan het hoogwaardige aardgas gebruikt worden om gelijktijdig elektriciteit op te wekken. Wanneer op die wijze voorzien wordt in de totale elektriciteitsvraag van een gemiddeld Nederlands huishouden stijgt het exergetisch rendement tot 44,69%.

2.3.

MICROWARMTEKRACHT

Aan de hand van de letters in Figuur 6 volgt een beschrijving van de werking van de thuiscentrale. De vlam van de gasbrander (A) verhit de cilinderkoppen van de stirlingmotor. Een stirlingmotor is een

4

η Carnot = 1 −

To waarvoor To de omgevingtemperatuur en Ts de temperatuur van het systeem Ts 15

externe verbrandingsmotor waarbij een cilinder met werkgas van buitenaf verhit wordt [Novem, 2002]. Het werkgas in de cilinders van de thuiscentrale is helium. Telkens als het gas verwarmd en afgekoeld wordt, zorgt de wisselende gasdruk ervoor dat de zuigers omhoog en omlaag bewegen. Een warmtewisselaar (B) gebruikt de afvalwarmte om het water te verwarmen. De stirlingmotor (C) gebruikt de warmte van de brander om de zuigers in de cilinder in beweging te zetten. Het water wordt verder verwarmd wanneer het door de motor circuleert (D). Vervolgens wordt de lijnbeweging van de zuigers door een wobble yoke (E) omgezet in een draaiende beweging voor de wisselstroomgenerator. In het gasregelblok (F) wordt de gastoevoer naar de brander geregeld. De roterende wisselstroomgenerator (G) wekt elektriciteit op. Tot slot wordt door middel van de waterleidingaansluitingen (H) het hete water aan de boiler en aan het verwarmingssysteem van de woning afgegeven. Het systeemrendement van een thuiscentrale is nagenoeg 100%. Het elektrisch rendement is gering en bedraagt 10%, maar niettemin bedraagt het thermisch rendement 90%.

Figuur 6: Het binnenwerk van een thuiscentrale [Whisper Tech, 2003]

Een thuiscentrale is net als een verwarmingsketel ontworpen om te voorzien in de warmtevraag van een huishouden. Daarbij is de opgewekte elektriciteit een bijproduct. Het maximale thermisch vermogen van een thuiscentrale (8 kWth) zal echter niet te allen tijde voldoende zijn om in de vraag naar warmte te kunnen voldoen. Uit Figuur 2 is op te maken dat het gevraagde thermisch vermogen regelmatig boven de 8 kW uitstijgt. Het geheel bestaat daarom uit een extra HR-ketel en een boiler. Dit is niet af te leiden uit Figuur 6. Wanneer het vermogen ontoereikend is, zal de HR-ketel aanslaan. Het elektrisch vermogen (1 kWel) is daarentegen voldoende. Slechts 10% van een etmaal is er meer vermogen vereist. De thuiscentrale kan echter niet worden afgestemd op de elektriciteitsvraag van het huishouden omdat de stirlingmotor niet snel genoeg kan reageren. Het duurt ongeveer 90 seconden

16

voordat er daadwerkelijk stroom geproduceerd wordt. Opslag van elektriciteit is evenmin zinvol omdat het kostbaar is en alleen mogelijk is in de vorm van gelijkstroom. De stirlingmotor produceert echter wisselstroom met een spanning van 230 V en een frequentie van 50 Hz. Omvormers zouden de thuiscentrale onacceptabel duur maken.

2.4.

SWOT- ANALYSE

In deze analyse worden de sterke en zwakke punten van de thuiscentrale benoemd en zullen de kansen en bedreigingen worden verkend. Op die manier ontstaat een beter beeld van de slagingskans van microwarmtekrachtinstallaties in de Nederlandse energiehuishouding. Voor de resultaten van deze analyse is ten dele gebruik gemaakt van Pilavachi [2002].

2.4.1

Strengths

Het sterke punt van de gelijktijdige productie van warmte en stroom is dat op primaire energie bespaard kan worden in vergelijking met de huidige gescheiden productie. Dankzij het gebruik van microcentrales in huishoudens wordt de restwarmte, dat bij grootschalige opwekking geloosd wordt, gebruikt om elektriciteit op te wekken. Een conditie voor besparing op primaire energie is dat de thuiscentrales een vergelijkbaar thermisch rendement moeten hebben als HR-ketels. Doordat er een besparing op primaire energie plaatsvindt, heeft dit een directe vermindering van schadelijke emissies tot gevolg. Des te hoger het elektrisch rendement des te lager de uitstoot van met name CO2, NOx en SO2. Tevens vindt er een verschuiving plaats in de brandstofsamenstelling. Elektriciteit zal voor een groter deel opgewekt worden door gas te verstoken ten koste van productie in bijvoorbeeld kolencentrales. De elektriciteitsvoorziening wordt zo minder vervuilend. Bovendien zal door het plaatsen van microcentrales in huishoudens energieverliezen door transport en distributie deels voorkomen worden. In een huishouden is de vraag naar warmte groter dan de vraag naar stroom. De verhouding tussen warmte en kracht sluit goed aan bij de technische eigenschappen van de stirlingmotor. Bovendien beschikt de thuiscentrale over een elektrisch vermogen dat in veel gevallen toereikend is. Ook zorgen thuiscentrales voor minder afhankelijkheid van het elektriciteitsnet. Door de mogelijkheid zelf elektriciteit op te wekken, zullen huishoudens ook minder last ondervinden van mogelijke stroomstoringen. Tijdens een stroomonderbreking kunnen microwarmtekrachtinstallaties zowel in de warmte- als de elektriciteitsvraag blijven voorzien. CV-ketels functioneren daarentegen niet gedurende een stroomstoring. Tot slot vereist de ingebruikname van de microcentrales nauwelijks aanpassingen aan een woning. Nagenoeg iedere woning beschikt over een aardgasaansluiting.

17

2.4.2

Weaknesses

De thuiscentrales zullen niet in staat zijn een huishouden volledig onafhankelijk van het elektriciteitsnet te voorzien van stroom. Omdat de microcentrales de warmtevraag in een huishouden volgen, zal alleen gedurende die periode elektriciteit worden opgewekt. Buiten het stookseizoen zal dit niet dikwijls voorkomen. Netuitwisseling is daarom onoverkomelijk om het elektriciteitsaanbod van de thuiscentrale en de vraag naar elektriciteit van het huishouden op elkaar af te stemmen. Het volgen van de elektriciteitsvraag is niet mogelijk vanwege de lange responsietijd van de stirlingmotor. Tot slot is het thermisch vermogen van de thuiscentrale niet in alle situaties toereikend en zal om die reden uitgerust moeten worden met een warmtebuffer.

2.4.3

Opportunities

Zoals eerder vastgesteld kent de huidige wijze van de energievoorziening van Nederlandse huishoudens, met centraal opgewekte elektriciteit, doorgaans zonder restwarmtebenutting, en met verwarmingsketels voor de warmtevoorziening, een aanmerkelijk verbeteringspotentieel. De eenvoudige exergie-analyse toonde aan dat er vier maal zo veel brandstof wordt gebruikt als er (in theorie) minimaal nodig is om in de energievraag te voorzien. Door toepassing van kleinschalige warmtekracht in Nederlandse huishoudens, kan er een aanzienlijke energiebesparing, emissiereductie en kostenbesparing, gerealiseerd worden. Zo kan microwarmtekracht de overheidsdoelstellingen ten aanzien van efficiëntieverbetering van de energiehuishouding en vermindering van schadelijke uitstoot helpen realiseren. Sinds het liberaliseren van de energiemarkt is het onzeker hoe de tarieven voor gas en elektriciteit zich zullen ontwikkelen. Het is belangrijk vast te stellen dat een stijgende gasprijs een nadelige invloed heeft op de rentabiliteit van de investering in microwarmtekracht. Een huishouden zal meer aardgas gebruiken vanwege het lagere thermisch rendement ten opzichte van een HR-ketel. Een stijging van de stoomprijs zal daarentegen de marge voor investeringen in microcentrales vergroten. Deze marge wordt bepaald door de mate waarin de inkoop van elektriciteit vermeden kan worden. ENDEX Futures Exchange toont een daling van de groothandelsprijzen voor zowel aardgas als elektriciteit. De futuresprijzen voor gas dalen echter sneller. Energiebedrijven kunnen met de komst van de thuiscentrales gedurende het stookseizoen minder afhankelijk worden van elektriciteitsinkoop van centrales. Zij zouden zelf kunnen investeren in microwarmtekrachteenheden en deze installaties leasen aan huishoudens. Uit deze ontwikkeling kan een zogeheten virtuele elektriciteitscentrale voortkomen. Het vermogen is erg flexibel inzetbaar en de winstgevendheid zal zich op de spot- en onbalansmarkt moeten bewijzen.

18

Een

efficiëntere

benutting

van

fossiele

brandstoffen

(door

middel

van

onder

andere

microwarmtekracht) heeft pas prioriteit na energiebesparing en verduurzaming van de energiehuishouding. Echter, de beleidsdoelstelling voor het aandeel energie opgewekt uit duurzame bronnen in 2020 is slechts 10%. Vooralsnog zal dus tot die tijd 90% verkregen moeten worden uit fossiele brandstoffen en voornamelijk aardgas. Dit is koren op de molen van micro-WKK.

2.4.4

Threats

Er kan zich een aantal situaties voordoen die de potentiële voordelen van microwarmtekracht teniet doen. Door de nieuwbouwplannen voor centrales die op stapel liggen, kan de brandstofmix wijzigen. Door bijvoorbeeld meer aardgas op grote schaal te verstoken in STEG-centrales of door de toepassing van duurzame technieken kan zowel het parkrendement verbeteren als de schadelijke impact op het leefmilieu verminderen. Ook kunnen behoudende huishoudens de thuiscentrale links laten liggen en kiezen voor een vertrouwde HR-ketel. Huishoudens zullen in ieder geval vergelijkbare eigenschappen in onderhoud en levensduur van de thuiscentrale eisen. Tevens bestaat er onzekerheid over de richting van stimuleringsmaatregelen van de Rijksoverheid. De MEP-subsidie is een instrument om de productie van elektriciteit in Nederland uit duurzame bronnen en elektriciteit opgewekt via warmtekrachtkoppeling te bevorderen. De hoogte van de subsidie verschilt per type duurzame productie-installatie en is ook ingedeeld naar opwekkingscapaciteit, maar ligt tussen de 0 en 9,7 eurocent voor iedere opgewekte kWh. Ten slotte is er een dreiging van substituten [Porter, 1979]. Een substituut voorziet in dezelfde behoefte als datgene wat het vervangt. De omzet van substituten is daarom negatief gecorreleerd met de omzet van het betreffende goed. Er bestaan drie substituten. De huidige manier van het voorzien in de warmtevraag door verwarmingsketels en in de vraag naar stroom door middel van opwekking in elektriciteitscentrales is vooral bij een lage elektriciteitsprijs het meest geduchte alternatief. WKK is echter een efficiëntere wijze van productie van warmte en stroom. Andere alternatieven voor warmte en elektriciteit in huishoudens zijn onder andere zonneboilers, fotovoltaïsche cellen, warmtepompen en zelfs windmolens. Al deze alternatieven zijn duurzame vormen van energie, maar hebben allen een vrij lange terugverdientijd. Op het gebied van microwarmtekrachtkoppeling bestaan er twee verschillende alternatieven. Ten eerste bestaan er kleine centrales met een interne verbrandingsmotor waarin bijvoorbeeld diesel als brandstof dient. Ten tweede zijn er brandstofcellen met verschillende typen elektrolyten ontwikkeld. Alle soorten microcentrales verschillen niet alleen in het geleverde elektrisch en thermisch vermogen en rendement, maar ook de warmtekrachtverhouding loopt uiteen.

19

2.4.5

SWOT-kubus

In Tabel 6 is zijn alle onderdelen van de analyse bondig samengevat in een overzichtelijke kubus. Tabel 6: SWOT-kubus

STRENGTHS

WEAKNESSES

Besparing op primaire energiebronnen

Afstemmen warmte- en elektriciteitsvraag

Lagere uitstoot schadelijke stoffen

Stroominkoop buiten stookseizoen

Sluit aan bij warmtekrachtverhouding van huishouden

Netuitwisseling onoverkomelijk

Onafhankelijkheid bij stroomstoring Nauwelijks aanpassing in woning noodzakelijk OPPORTUNITIES

THREATS

Verbeteringpotentieel gescheiden opwekking

Verbetering parkrendement

Aardgasprijzen dalen sneller dan stroomprijzen

Wantrouwen huishouden

Virtuele energiecentrale met regelbaar vermogen

Onzekerheid hoogte MEP

Afhankelijkheid fossiele brandstoffen

Substituten

2.5.

ACTORENANALYSE

Er is een aantal partijen (in)direct betrokken bij de ontwikkeling en de exploitatie van de thuiscentrales. Deze paragraaf inventariseert de belangrijkste actoren en beschrijft hun onderlinge relatie en hun belangen bij een grootschalige toepassing van thuiscentrales in Nederland. In totaal komen acht betrokken partijen aan bod. De verkenning van het krachtenveld is gedeeltelijk ontleend aan Alanne & Saari [2004]. De fabrikanten van thuiscentrales zijn de eerste partij. Bij een verwachte afzetmarkt nemen zij het risico om te investeren in een machinepark en onderdelen om de microcentrales te vervaardigen. De vervangingsmarkt voor bestaande verwarmingsketels is aanmerkelijk, maar een huishouden zal waarschijnlijk pas voor de beslissing voor een alternatief komen te staan aan het einde van de technische levensduur van de huidige ketel. Ook de plaatsing in nieuwbouwwoningen biedt perspectieven ondanks allerlei vormen van isolatie. De afzetmarkt is in potentie aanzienlijk (97 % van de Nederlandse huishoudens beschikt over een aansluiting op het gasnet), maar de verkoopmogelijkheden zijn beperkt. Omdat de verkoopprijs van de thuiscentrales, naar verwachting, het dubbele bedraagt van een verwarmingsketel zal de fabrikant die kan produceren tegen een zo laag mogelijke kostprijs het meeste marktaandeel verwerven. Het realiseren van de laagste kosten per

20

eenheid product (kostenleiderschap) zal van doorslaggevend belang zijn. Ook kan een reputatie als betrouwbare ketelfabrikant gewicht in de schaal leggen. Bovendien zou in een samenwerkingsverband met andere partijen risico gedeeld kunnen worden. Uiteindelijk hebben de fabrikanten tot doel geld te verdienen aan de verkoop van microcentrales en hebben daarom een groot belang bij een succesvolle marktintroductie. Wanneer de markt geen kritieke massa bereikt zullen er geen schaalvoordelen in de fabricage behaald worden. De installateurs zijn de tweede groep. Zij zijn verantwoordelijk voor de montage en de inbedrijfstelling van de thuiscentrales bij de afnemers. De installateurs beschikken over uitgebreide kennis en kunde met betrekking tot alle huidige verwarmingsketels. Desondanks is het denkbaar dat zij op een aantal nieuwe problemen zullen stuiten bij de installatie van de thuiscentrales. Daarom zullen zij zich de technologie eigen moeten maken en zich opnieuw moeten bekwamen. Voor de installateurs biedt het mogelijkheden om hun dienstenaanbod te differentiëren of zich te ontwikkelen tot een gespecialiseerde nichespeler op het gebied van microwarmtekracht. Wanneer deze actor zich terughoudend opstelt en niet overtuigd is van de voordelen van kleine warmtekrachtinstallaties zal diffusie niet plaatsvinden. Ook bij de introductie van de HR-ketel bleek dat met deze partij rekening gehouden moest worden. Woningcorporaties zijn de derde partij. Zij zijn een erg interessante groep omdat ze een groot percentage van de woningmarkt vertegenwoordigen. De markt voor nieuwbouw en renovatie van woningen is belangrijk voor de snelheid waarin de thuiscentrales in woningen geïntroduceerd kunnen worden. De corporaties kunnen een enorme besparing op hun energiekosten realiseren wanneer in iedere huurwoning een thuiscentrale wordt geïnstalleerd. Bovendien moeten conform het Bouwbesluit van 1995 woningen voldoen aan tal van energieprestatienormen. De energie prestatie coëfficiënt (EPC) is een dimensieloze maat voor de energiezuinigheid van een woning. Bij een EPC van 0 is een gebouw energieneutraal. Volgens de EPC-berekening zorgt het installeren van een thuiscentrale voor een aftrekpost ten aanzien van het energieverbruik. Ook kan de verhuur van energiebesparende woningen imagovoordelen opleveren. Voor het onderhoud van de microcentrales sluiten de woningcorporaties een contract af bij de installateurs. Wanneer de corporaties het initiatief nemen om de thuiscentrales in gebruik te nemen, is dat niet zonder risico. De gevolgen van langdurig en veelvuldig gebruik zijn namelijk nog niet bekend. Dit brengt de corporaties in een gunstige onderhandelingspositie. De vierde partij is het individuele huishouden. Zij maken deel uit van de groep kleinverbruikers. Voorheen betrok een huishouden alle elektriciteit van een energiemaatschappij. Dankzij een thuiscentrale hoeft een huishouden niet meer alle elektriciteit in te kopen, maar kan een gedeelte zelf opgewekt worden. Bovendien kan alle elektriciteit die niet wordt gebruikt, tegen een vergoeding, terug worden gezet op het net. Zo leidt de vermeden inkoop en het terugleveren van stroom tot een

21

verlaging van de energierekening. De mate waarin daadwerkelijk bespaard wordt, hangt onder andere samen met het type woning en de gezinsgrootte. De warmtevraag is namelijk bepalend voor de hoeveelheid opgewekte elektriciteit. Wanneer huishoudens een positieve houding hebben tegenover het bijdragen aan een betere leefomgeving en daadwerkelijk milieubewust omgaan met energie zullen er meer thuiscentrales in gebruik genomen worden. De rol van het huishouden is doorslaggevend. De huishoudens zullen overtuigd moeten worden van de besparingen die gerealiseerd kunnen worden. Waarom zouden zij immers hun gewone verwarmingsketels inwisselen? En wanneer zij wensen te besparen op hun energierekening of een bijdrage willen leveren aan een beter leefmilieu kunnen zij ook kiezen voor een lange lijst alternatieven zoals zonnepanelen, warmtepompen of zelfs typen microcentrales op basis van brandstofcellen. De vergunninghouders zijn de vijfde partij. Deze commerciële bedrijven kopen gas en elektriciteit in bij gasleveranciers en elektriciteitsproducenten en verkopen het tegen redelijke tarieven en voorwaarden aan hun klanten. Zij concurreren om een zo groot mogelijke afzetmarkt. Daarbij zijn de woningcorporaties belangrijke klanten vanwege de zekerheid van een groot afzetbaar volume en de mogelijkheid tot het bieden van specifieke contractvormen. De vergunninghouders stellen de prijzen voor gas en stroom vast en bepalen ook de terugleververgoeding. De prijzen hebben invloed op de aantrekkelijkheid van het vermijden van stroominkoop en het terugleveren door huishoudens. Bovendien kunnen door de introductie van de thuiscentrale de verbruiksprofielen veranderen en daarop zal de inkoop van gas en elektriciteit moeten worden afgestemd. Ten slotte biedt de virtuele centrale, een cluster van afzonderlijke thuiscentrales, nieuwe mogelijkheden om te voorzien in de elektriciteitsvraag. De waarde van het aanbieden van elektriciteit op een decentrale manier zal alsmaar toenemen naar mate er meer thuiscentrales in gebruik genomen worden [Katz & Shapiro, 1985]. De netbeheerders zijn de zesde partij. Een netbeheerder is een vennootschap die op grond van de wet is aangewezen voor het beheer van één of meerdere elektriciteitsnetten. De netbeheerder is de partij die er in de regio voor zorgt dat het netwerk naar behoren functioneert, dat afnemers worden aangesloten en dat storingen worden verholpen. De netbeheerders rekenen een prijs voor het transport van gas en elektriciteit door de leidingen en kabels. Door verminderde afname vanwege eigen opwekking van elektriciteit kunnen de opbrengsten uit transport en distributie afnemen. Hierdoor zouden de jaarlijkse transport- en aansluittarieven evenals het systeemdiensttarief van het elektriciteitsnetwerk kunnen toenemen. Het is echter niet uitgesloten dat veel decentraal vermogen een positief effect kan hebben op het beperken van netverliezen. De elektriciteitsproducenten en gasleveranciers zijn de zevende partij. De producenten wekken elektriciteit op uit bijvoorbeeld fossiele brandstoffen, zonnestraling, stromend water, aardwarmte of wind. Zij zullen door de introductie van de thuiscentrale bij gelijkblijvende stroomafname minder elektriciteit produceren ten behoeve van huishoudens en er zelfs concurrentie van ondervinden. Zij

22

wekken een deel immers zelf op. Vooral in het stookseizoen, wanneer er veel warmtevraag is, treedt dit effect op. Wanneer er sprake is van overcapaciteit zullen de producten de ontwikkeling microwarmtekracht niet aanmoedigen. Bovendien zal de kenmerkende avondpiek, voornamelijk veroorzaakt door huishoudens, afvlakken. Voor de gasleveranciers zal wellicht een afname optreden in gasverkopen aan gasgestookte (piek)centrales. Huishoudens zullen daarentegen extra gas gaan afnemen voor warm tapwater of ruimteverwarming om elektriciteit op te wekken, omdat het thermisch rendement van de thuiscentrale lager is in vergelijking met een HR-ketel. Momenteel zijn huishoudens verantwoordelijk voor ruwweg 33% van de aardgasafname en betrekken zij ongeveer 25% van de geproduceerde elektriciteit [CBS, 2005a]. Tot slot is er de Rijksoverheid. Op macroniveau draagt de Rijksoverheid, en in het bijzonder de ministeries van VROM en EZ, zorg voor een schone, betrouwbare en betaalbare energievoorziening. Zij kunnen een enorme impact op een grootschalige introductie en diffusie van de thuiscentrales in Nederland hebben. Ten eerste is de technologie van de thuiscentrales aantrekkelijk vanwege het huidige klimaatbeleid. Er zijn in Kyoto en Gotenborg een aantal bindende afspraken gemaakt ten aanzien van de belasting van het milieu. De overheid zal zich hieraan moeten houden en ziet besparing op primaire energiebronnen als een goede manier om een reductie van schadelijke emissies te realiseren. Ten tweede oefenen zij invloed uit met beleidsinstrumenten zoals de energiebelasting op gas en elektriciteit en de MEP, een subsidiestelsel voor duurzaam opgewekte elektriciteit. Tevens zouden zij de introductie van de thuiscentrales kunnen bespoedigen door een aanschafsubsidie in te stellen. Ten slotte bepaalt de houding van de Rijksoverheid ten aanzien van bijvoorbeeld nucleaire energie of andere manieren van opwekking in sterke mate de brandstofmix van de binnenlandse energievoorziening. Dit beïnvloedt toekomstige investeringen.

2.6.

CONCLUSIE

In de huidige energievoorziening worden warmte en elektriciteit voornamelijk gescheiden geproduceerd, maar hierbij gaat veel energie als warmte verloren. Tevens treedt er bij transport en bij transformatie naar andere spanningsniveaus energieverliezen op. Bovendien blijkt er op basis van exergie een enorm verbeteringspotentieel te bestaan voor gescheiden opwekking. Er wordt vier maal zo veel brandstof gebruikt als er (in theorie) minimaal nodig is om in de energievraag te voorzien. Dankzij warmtekrachtkoppeling, het gelijktijdig opwekken en gebruiken van warmte en elektriciteit, worden fossiele brandstoffen efficiënter benut wat direct resulteert in een vermindering van schadelijke emissies. Ook op kleine schaal is dit mogelijk. Een thuiscentrale stelt individuele huishoudens in staat zelf warmte en elektriciteit te produceren door aardgas te verstoken. Een thuiscentrale is net als een traditionele verwarmingsketel ontworpen om te voorzien in de warmtevraag van een huishouden. De warmtevraag in een huishouden is namelijk groter dan de vraag

23

naar stroom en een thuiscentrale is afgestemd op deze warmtekrachtverhouding. Tevens hoeft een woning nauwelijks aangepast te worden om een thuiscentrale in gebruik te nemen. Toch kent de thuiscentrale enkele beperkingen. Buiten het stookseizoen, wanneer er weinig vraag is naar warmte, zal de hoeveelheid vermeden inkoop van elektriciteit drastisch afnemen. Om die reden neemt de afhankelijkheid van het net toe en wordt netuitwisseling onoverkomelijk. Ook het lage thermisch vermogen leidt ertoe dat er een HR-ketel en warmteopslag vereist is. Desondanks lijkt het dat we in de toekomst nog erg afhankelijk zullen zijn van fossiele brandstoffen. Aardgas is de schoonste fossiele brandstof en brengt een geheel duurzame energievoorziening dichterbij. Bovendien daalt de prijs voor gas op de futuresbeurs sneller dan de prijs voor stroom. Een groeiende marge is gunstig voor elke kWh die zelf wordt opgewekt. Maar er zijn ook een aantal onzekere factoren. Als het parkrendement verbetert en de MEP voor WKK verlaagd wordt, zal de belangstelling voor microwarmtekracht aanzienlijk verminderen. Tevens kunnen huishoudens beslissen geen thuiscentrale aan te schaffen, maar kiezen voor een alternatief zoals onder andere een zonneboiler of warmtepomp. Wanneer we alle partijen in beschouwing nemen die (in)direct betrokken zijn bij de introductie van de met de thuiscentrales, kunnen we vaststellen dat geen enkele partij er nadeel van ondervindt, de elektriciteitsproducenten uitgezonderd. De producenten zullen hun verkopen aan kleinverbruikers zien teruglopen doordat huishoudens voor een deel zelfvoorzienend zullen worden. De partij die naar verwachting het meeste risico loopt zijn de fabrikanten. Bij een verwachte afzetmarkt nemen zij het risico om te investeren in een machinepark en onderdelen om de microcentrales te vervaardigen. Dit is behoorlijk kapitaalintensief. De partijen die van doorslaggevend belang zijn, zijn de Rijksoverheid, de huishoudens en de energieleveranciers. De overheid zal initiatief moeten tonen om het streven naar een duurzame energievoorziening in het licht van reeds geratificeerde internationale milieuverdragen. Microwarmtekracht levert op middenlange termijn hier een bijdrage aan en zal desnoods door steunmaatregelen bevorderd moeten worden. De thuiscentrale is gericht op huishoudelijk energiegebruik dus het is vanzelfsprekend dat het huishouden een belangrijke rol speelt. Een huishouden zal echter pas de omschakeling maken naar de thuiscentrale wanneer de energierekening daadwerkelijk lager uitvalt. De aanschafprijs schrikt af, maar er valt weldegelijk te besparen op de energierekening. Ten slotte kunnen de energieleveranciers door middel van de thuiscentrales hun afhankelijkheid ten opzichte van de elektriciteitsproducenten verminderen. Bovendien kunnen zij voordelen behalen door de opgewekte stroom van de geclusterde thuiscentrale op de termijnmarkt te verhandelen. Kortom, de thuiscentrale heeft inderdaad bestaansrecht en verdient een plek in de Nederlandse huishoudelijke energievoorziening. Het is een uitstekende kandidaat om de traditionele verwarmingsketel op te volgen. Het is echter niet mogelijk om met zekerheid te veronderstellen dat een grootschalige diffusie van thuiscentrales in Nederlandse huishoudens plaats zal vinden. De Rijksoverheid zal microwarmtekracht moeten steunen, de huishoudens zullen overtuigd moeten raken 24

dat zij een lagere energierekening kunnen verwachten en ook moeten energieleveranciers een toekomst zien in de microcentrales. In het volgende hoofdstuk wordt nader ingegaan op de impact die de thuiscentrales kunnen maken. De doelstellingen van de voorgenoemde drie partijen worden expliciet gemaakt en onderzocht hoe de thuiscentrale op die gebieden presteert.

25

HOOFDSTUK 3 – DE THUISCENTRALE BECIJFERD De drie partijen (de Rijksoverheid, huishoudens en energieleveranciers) die een belangrijke rol spelen bij de diffusie van de thuiscentrale hebben alle drie andere belangen. Dat deze belangen van elkaar verschillen betekent niet noodzakelijk dat ze onverenigbaar zijn. Er vallen namelijk voor alle drie partijen voordelen te behalen. In hoeverre de thuiscentrales kunnen bijdragen aan ieders doelstelling is het meest overtuigend te vangen in klinkende cijfers. Het is echter belangrijk de aannames die ten grondslag liggen aan de berekeningen expliciet te maken zodat de uitkomsten eenduidig zijn. Telkens staat het onderscheid tussen centrale opwekking van elektriciteit en productie van warmte door middel van een verwarmingsketel in een woning enerzijds en het gebruik van microwarmtekracht in een huishouden anderzijds centraal. In dit hoofdstuk wordt de bijdrage die de thuiscentrale kan leveren aan de doelstellingen van de Rijksoverheid, het huishouden en de energieleveranciers in cijfers uitgedrukt. In § 3.1 wordt de milieudoelstellingen van de overheid omschreven en worden de besparingsmogelijkheden van de thuiscentrale op dat vlak gepresenteerd. Vervolgens wordt in § 3.2 vanuit het perspectief van het huishouden bekeken of het rendeert een thuiscentrale in eigen beheer aan te schaffen. Ten slotte biedt § 3.3 vanuit het oogpunt van de energieleverancier een beeld van de te behalen opbrengsten op de termijnmarkt. Daarvoor is tevens enige kennis van de gas- en elektriciteithandel noodzakelijk.

3.1.

O VERHEID EN MILIEU

Het opwekken van elektriciteit gaat gepaard met schadelijke effecten op het leefmilieu. Milieuschade wordt onder andere veroorzaakt door het verbranden van fossiele brandstoffen (steenkool, olie en aardgas) in energiecentrales. Het verbranden zorgt voor een forse uitstoot van CO2, het voornaamste broeikasgas. De toename van de concentratie CO2 versterkt het broeikaseffect waardoor het op aarde steeds warmer wordt. Als door menselijk toedoen steeds meer broeikasgassen in de atmosfeer terecht komen, zal de gemiddelde temperatuur op aarde stijgen. De gevolgen zijn wereldwijd merkbaar als zeespiegelstijging,

aantasting

van

ecosystemen,

zoetwatertekort

en

afname

van

landbouwproductiviteit [MNP, 2005]. Om een emissiereductie te bewerkstelligen is in 1997 het Kyoto-protocol opgesteld als aanvulling op het klimaatverdrag van Rio de Janeiro in 1992. Industrielanden spannen zich in om de uitstoot van broeikasgassen in de periode 2008-2012 met gemiddeld 5% te verminderen ten opzichte van het niveau in 1990. Nederland heeft zich gecommitteerd om broeikasgassen met 6% terug te dringen [VROM, 2002]. Verbranding van fossiele brandstoffen leidt ook tot verzuring. De bodem en het water verzuren doordat elektriciteitscentrales stikstofoxiden (NOx) en zwaveldioxide (SO2) uitstoten. Deze verzurende stoffen komen via de lucht of het (regen)water in de grond terecht. Dat wordt zure

26

depositie genoemd. De verzurende stoffen dringen via bladeren en wortels binnen in planten en bomen waardoor deze vatbaarder worden voor ziekten. Bovendien beïnvloeden deze stoffen de stofwisseling in de cellen wat kan leiden tot groeistoornissen en aanwasverlies. Zure depositie leidt ook tot hogere concentraties zuur en aluminium in rivieren en meren. De gezondheid van de dieren die er in leven of uit drinken komt in gevaar. Ook tast verzuring het grondwater aan. Dit is een bedreiging voor de volksgezondheid, omdat tweederde van het Nederlandse drinkwater uit de grond afkomstig is. Om de uitstoot van NOx en SO2 tegen te gaan heeft Nederland op 5 februari 2004 het protocol van Gotenburg geratificeerd. Dit protocol stamt al uit 1999 en legt iedere Europese lidstaat een emissieplafond op voor onder andere NOx- en SO2-emissies. Met ingang van 2010 mag Nederland niet meer uitstoten dan de plafonds aangeven [VROM, 2001]. Het realiseren van de emissiereductiedoelstellingen kan op drie manieren geschieden. De eindvraag naar energie in een huishouden kan structureel verminderd worden door onder andere de aanschaf van energiezuinige apparatuur en verbeterde woningisolatie. Daarnaast kan gebruik gemaakt worden van duurzame energiebronnen, zoals wind, zon en water, zodat op een schone manier energie wordt gewonnen. De thuiscentrale dringt juist het primaire energiegebruik in het huishouden terug, omdat er in vergelijking met grootschalige gescheiden opwekking efficiëntere energieconversie plaatsvindt. In het volgende rekenvoorbeeld zal helderheid worden verschaft in welke mate de thuiscentrale een bijdrage kan leveren aan het reduceren van primair energiegebruik en het verminderen van de uitstoot van CO2, NOx en SO2 in vergelijking met gescheiden productie van warmte en elektriciteit Voordat alle verbruikersprofielen zoals beschreven in § 2.1.3 doorgerekend kunnen worden, is het belangrijk de emissie van CO2, NOx en SO2 vast te stellen bij gescheiden productie. Tabel 7: CO2-, NOx- en SO2-emissie bij het gescheiden opwekken van elektriciteit CO2

NOx

SO2

163,06 kg/GJ

0,15 kg/GJ

0,05 kg/GJ

Bron: [EnergieNed, 2004]

Tabel 7 geeft een overzicht van de schadelijke uitstoot bij het opwekken van elektriciteit conform de Nederlandse brandstofmix. Tabel 8 toont de uitstoot van CO2, NOx en SO2 bij het verbranden van aardgas. Er staat een dubbele vermelding voor de NOx-emissie. Bij een thuiscentrale ligt de emissie iets hoger in vergelijking met een HR-ketel. Ook wordt bij het stoken van aardgas geen SO2 uitgestoten. Voor de verdere analyse zijn een aantal veronderstellingen nodig. Er wordt aangenomen dat de thuiscentrale met een thermisch vermogen van 8 kW kan voldoen aan 94%5 van de warmtevraag van een gemiddeld Nederlands huishouden. Dit onvoldoende om de gehele vraag naar warmte te dekken. De bijgeplaatste HR-ketel zal aanslaan om in het restant te voorzien. 5

Dit percentage is een verwachtingswaarde naar aanleiding van een gesprek met Arjan de Jong (Cogen Projects)

27

Tabel 8: CO2-, NOx- en SO2-emissie bij het verbranden van aardgas NOx

CO2

Thuiscentrale

HR-ketel

0,03 kg/GJ

0,02 kg/GJ

56,10 kg/GJ

SO2 0,00 kg/GJ

Bron: [EnergieNed, 2004], [Bakker et al., 2005]

Het effect van een buffervat wordt buiten beschouwing gelaten, omdat de impact van warmtevoorraad op de elektriciteitsvraag en –productie moeilijk in te schatten is. Het elektrisch rendement van de thuiscentrale bedraagt 10% en het thermisch rendement 90%. Het thermisch rendement van de HRketel is 100%. In drie stappen komt de vergelijking van gescheiden opwekking met de thuiscentrale tot stand. Allereerst moet het primaire energieverbruik (PEgesch) en de uitstoot van CO2, NOx en SO2 (CEgesch, NEgesch en SEgesch) bij gescheiden productie van warmte en kracht worden bepaald. Het primair energieverbruik bij gescheiden opwekking bestaat uit de som van het elektriciteitsverbruik van een huishouden (Vel) gedeeld door het parkrendement (ηpark) en het aardgasverbruik van een huishouden (Vgas) vermenigvuldigd met het rendement van de HR-ketel (ηth_hr). De uitstoot van schadelijke emissies bij gescheiden opwekking wordt bepaald door de som van het primair energiegebruik van elektriciteit (PEel) van aardgas (PEgas) te vermenigvuldigen met de emissiewaarden uit Tabel 7 en Tabel 8 voor de betreffende gassen.

PE gesch = PE el + PE gas =

Vel

η el _ park

+

V gas

CE gesch = PE el ⋅ CE el + PE gas ⋅ CE gas

η th _ hr

NE gesch = PE el ⋅ NE el + PE gas ⋅ NE gas

SE gesch = PE el ⋅ SE el

Daarna volgt een berekening voor het primair energieverbruik en de uitstoot van de thuiscentrale. Eerst wordt de warmtevraag bepaald die de thuiscentrale kan dekken (Vgas_tc). Het overige deel wordt door de HR-ketel verzorgd.

Vgas _ tc = Vgas ⋅ 94%

PE HR = V gas − V gas _ tc

PE tc = V gas _ tc ⋅η th _ tc

Aangezien het thermisch rendement van de HR-ketel 100% bedraagt, is het gasverbruik gelijk aan de benodigde primaire energie (PEHR). Aan de hand van het thermisch rendement van de thuiscentrale (ηth_tc) wordt de benodigde primaire energie berekend (PEtc). Er wordt gelijktijdig elektriciteit geproduceerd wanneer er in de warmtevraag wordt voorzien. De vermeden inkoop van elektriciteit (PEtc) hangt af van het elektrisch vermogen van een thuiscentrale (ηel_tc). Aan de hand daarvan kan de hoeveelheid geïmporteerde of geëxporteerde elektriciteit (PEx) naar het net worden vastgesteld.

28

PE x = Vel − PE el _ tc

PE el _ tc = PE tc ⋅η el _ tc

Daarna wordt de uitstoot die plaatsvindt bij een thuiscentrale berekend. Dit bestaat uit de CO2- en NOx-emissies (CEtc en NEtc) die ontstaan door de productie van warmte en elektriciteit door middel van een thuiscentrale en door het importeren van elektriciteit. Uitstoot van SO2 (SEtc) komt alleen voor wanneer er de import van het elektriciteitsnet plaatsvindt.

CE tc = ( PEtc + PE HR ) ⋅ CE gas _ tc + ( PE x ⋅ CE el ) NE tc = ( PEtc + PE HR ) ⋅ NE gas _ tc + ( PE x ⋅ NE el )

SEtc = PE x ⋅ SE el Tot slot worden de calculaties van de besparingen op primair energieverbruik en CO2-, NOx– en SO2– uitstoot gemaakt.

PEbesp = PE gesch − ( PEtc + PE HR + PE x )

CE besp = CE gesch − CE tc

NEbesp = NE gesch − NEtc

SEbesp = SE gesch − SEtc

In Appendix B worden de eindresultaten van de besparingen op primair energieverbruik (PEbesp) en CO2-, NOx-, en SO2–uitstoot (CEbesp en NEbesp, SEbesp) gepresenteerd voor alle profielen. Het is duidelijk dat de thuiscentrale voor alle verbruikersprofielen een reductie op primair energieverbruik en schadelijke emissies weet te bewerkstelligen. Wanneer elke besparingscategorie afzonderlijk beschouwd wordt, kan het volgende geconcludeerd worden. Het blijkt dat voor profiel 30 relatief het meest bespaard wordt op primaire energie en CO2-en SO2-uitstoot. Dit profiel, een flat met zes of meer bewoners, komt echter niet veel voor. Profiel 1, een vrijstaand huis met één bewoner, presteert relatief het beste op NOx-emissie. Profiel 1 realiseert echter de minste besparing op primaire energie en CO2-en SO2-emissie. Op het gebied van NOx-uitstoot levert profiel 30 de minst goede prestatie. Het gemiddelde Nederlandse huishouden komt er niet slecht van af en scoort gemiddeld in alle categorieën in vergelijking met alle profielen. Er moet opgemerkt worden dat het reductiepotentieel toeneemt naar mate een thuiscentrale meer van de warmtevraag op zich neemt. Er wordt immers gelijktijdig elektriciteit geproduceerd die niet hoeft te worden ingekocht. Wanneer ook het buffervat in beschouwing wordt genomen zal nog beter aan de warmtevraag kunnen worden voldaan, maar dat levert geen verbetering in de NOX-reductie.

29

3.2.

H UISHOUDENS EN AANSCHAF

De thuiscentrale levert een bijdrage aan een beter leefmilieu, maar dit is niet het (enige) criterium waaraan de consument de aanschaf van een thuiscentrale zal toetsen. Een consument zal zich eerder afvragen of de thuiscentrale daadwerkelijk een besparing op zijn energierekening zal opleveren. Deze paragraaf gaat in op de investering van een huishouden in een thuiscentrale. De directe concurrent van de thuiscentrale in de warmtevoorziening van een huishouden is de HRketel [Overdiep, 2005]. De relatieve kosten van een thuiscentrale bestaan uit de meerinvestering ten opzichte van een HR-ketel. De gemiddelde aanschafwaarde van een HR-ketel bedraagt €1.500 terwijl verwacht wordt dat de thuiscentrale het dubbele zal kosten. Wanneer een verwarmingsketel geplaatst wordt, worden er ook kosten in rekening gebracht voor de inbedrijfstelling. Dit betreft kosten voor onder andere de montage van de ketel, de afvoer van verbrandingsgassen en de aanbreng van een expansievat en thermostaat. Verder ontstaan er kosten door jaarlijks terugkerend onderhoud. Al deze kosten zijn ook noodzakelijk voor de installatie van een thuiscentrale en zullen niet veel verschillen. Daarom worden ze buiten beschouwing gelaten. De relatieve opbrengsten van een thuiscentrale komen voort uit vermeden inkoop van elektriciteit en een vergoeding voor eventueel teruggeleverde elektriciteit aan het net. De aanschaf van een thuiscentrale kan derhalve gezien worden als een investeringsproject waarbij de initiële kosten de meerinvestering bedragen en de jaarlijkse kasstromen voortvloeien uit de relatieve opbrengsten verminderd met de lineaire afschrijvingen over de technische levensduur. De rentabiliteit van het inzetten van een thuiscentrale voor de energievoorziening van een individueel huishouden wordt bepaald aan de hand van een netto contante waarde berekening. De som van de verdisconteerde toekomstige kasstromen wordt uitgedrukt door de energiekosten in een reguliere gescheiden situatie (Kgesch) verminderd met de energiekosten door gebruik van een thuiscentrale (Ktc) en gecorrigeerd voor de afschrijvingen (Afschr). De technische levensduur van de thuiscentrale is gelijk aan die van een verwarmingsketel, normaliter vijftien jaar (t = 15). Alle kasstromen worden over deze periode verdisconteerd. Deze waarde wordt verminderd met de initiële investering (I). Dit gebeurt conform de volgende vergelijking. t =15

NCW = ∑ t =0

K gesch − K tc − Afschr (1 + r ) t

−I

De waarde van de discontovoet (r) die daarbij gehanteerd wordt, is gelijk aan de rendementseis van energiebesparingsmaatregelen voor de eindgebruiker. Hassett & Metcalf [1993] spreken in dit opzicht van een energieparadox. Potentiële besparingsinvesteringen worden verdisconteerd tegen een merkwaardig hoge rentevoet van 20% tot zelfs 50%. Deze percentages zijn verkregen aan de hand van gebleken voorkeur (revealed preference [Samuelson, 1938]). De rentevoet komt tot stand door niet

30

alleen het tijdstip in ogenschouw te nemen maar onder andere ook de onzekerheid over de daadwerkelijke besparingen, barrières ten aanzien van het verkrijgen van een lening, inertie of een gebrek aan informatie [Jaffe & Stavins, 1994a]. Omdat op deze wijze nagenoeg ieder investeringsvoorstel van de hand gewezen zal worden, gebruiken we een percentage van 5% [Ybema et al., 1999]. Ook zal de interne rentabiliteit (IR) berekend worden. Dit is de disconteringsvoet bij een investeringsproject waarbij de netto contante waarde nul bedraagt. De resultaten zijn afhankelijk van een aantal aannamen. Er wordt verondersteld dat de aanschafprijs en alle kosten voor de inbedrijfstelling van een thuiscentrale geheel voor rekening van het huishouden komen. Het huishouden koopt zelf gas in en levert eventueel stroom terug aan het net. Dit wordt plaatsing achter de meter genoemd Verder zijn voor het vaststellen van de totale energiekosten van een huishouden de gas- en elektriciteitsprijzen van groot belang. In deze analyse wordt een kleinverbruikertarief van €0,503 per m3 aardgas en een enkeltarief voor huishoudelijk elektriciteitsverbruik van €0,184 per kWh gehanteerd [CBS, 2006a]. Het is vanzelfsprekend dat de tarieven voor gas en elektriciteit over de looptijd van de investering zullen veranderen. Het benaderen van de toekomstige tarieven voor zowel gas als stroom is echter een ingewikkelde aangelegenheid. In deze berekening is daarom uitgegaan van dezelfde vaste prijs over de looptijd van de investering. Ook de energiebelasting, de MEP6-subsidie en het teruglevertarief spelen een belangrijke rol. De energiebelasting is een heffing over het gebruik van elektriciteit, aardgas en andere brandstoffen. Het doel van de energieheffing is het stimuleren van energiebesparing door prijsverhoging. De energiebelasting is reeds opgenomen in de prijzen voor gas en elektriciteit. De hoogte van de MEPsubsidie voor WKK in 2005 bedroeg €0,022 per kWh [EnerQ, 2006]. Deze subsidie wordt verstrekt omdat milieuvriendelijkere manieren van elektriciteitsopwekking vooralsnog duurder zijn dan conventionele elektriciteitsopwekking met kolencentrales, gascentrales of kerncentrales. De onrendabele top is het verschil in productiekosten tussen duurzame elektriciteit en grijze elektriciteit. Dit verschil wordt weggenomen door de MEP-subsidie De MEP-subsidie vormt voor een huishouden feitelijk een korting op het ingekochte gas. Het teruglevertarief is de vergoeding per kWh die een consument ontvangt van een energieleverancier voor de elektriciteit die op het net worden ingevoed. Uit [EnergieNed, 2005d] blijkt dat het gemiddelde teruglevertarief €0,244 per kWh bedraagt. Omdat het teruglevertarief meer bedraagt dan het afnametarief is het voordelig om niet alleen zoveel

6

De MEP is een subsidiestelsel waarmee beoogd wordt de milieukwaliteit van de Nederlandse elektriciteitsproductie te verbeteren. MEP staat voor milieukwaliteit van de elektriciteitsproductie. De milieukwaliteit van de elektriciteitsproductie kan worden verbeterd door meer gebruik te maken van onuitputtelijke duurzame energiebronnen (zoals de wind, biomassa, waterkracht en de zon) en van warmtekrachtkoppeling (WKK).

31

mogelijk elektriciteit zelf op te wekken, maar ook om overschotten terug te leveren. Door het lage elektrisch rendement zal echter het terugleveren in geringe mate voorkomen. Ook Peacock & Newborough [2005] komen tot deze conclusie. Voor deze investeringsanalyse zullen opnieuw de 31 verbruikersprofielen gebruikt worden. De resultaten zijn zichtbaar in Appendix C. Uit deze gegevens blijkt dat het voor verbruikersprofiel 1 tot en met 12 loont om een thuiscentrale aan te schaffen. Voor deze profielen is de netto contante waarde positief en de interne rentabiliteit hoger dan de rendementseis van 5%. Het is opvallend dat de rentabiliteit van de thuiscentrale afhankelijk is van het type woning en niet lijkt af te hangen van de gezinsgrootte. Naar mate de afname van aardgas toeneemt, zal het voordeliger zijn om een thuiscentrale aan te schaffen in plaats van een HR-ketel. Grote vrijstaande woningen met bewoners die voorkeur geven aan een behaaglijke binnentemperatuur zullen het meeste profiteren van een thuiscentrale. De overheid kan een actieve rol spelen bij het bevorderen van de aanschaf van thuiscentrales door bijvoorbeeld een aanschafsubsidie te verstrekken of de MEP-subsidie voor WKK te verhogen. Dergelijke beleidsinstrumenten worden ook aangedragen door Jaffe & Stavins [1994b] om de diffusie van energiebesparende maatregelen te stimuleren. Desondanks vatten Nentjens & De Vries [2001] zulke subsidies op als een impliciete vergoeding voor een vervuilende activiteit.

3.3.

E NERGIELEVERANCIERS EN EEN VIRTUELE CENTRALE

Elke dag heeft Nederland een bepaalde hoeveelheid stroom nodig. De producenten en leveranciers moeten zo precies mogelijk voorspellen hoeveel zij moeten produceren en inkopen om in de behoefte te voorzien. Daarom is het niet verbazend dat er flink gehandeld wordt in elektriciteit. Een virtuele centrale kan voor handelaren uitkomst bieden op de dag- en onbalansmarkt. In deze paragraaf wordt de winstgevendheid van een virtuele centrale voor een energiebedrijf toegelicht. Eerst volgt een bondige beschrijving van de kenmerken van elektriciteit. Vervolgens wordt beschreven op welke markten wordt gehandeld en hoe de prijs tot stand komt. Ten slotte wordt verduidelijkt hoe winstgevend een virtuele centrale kan zijn op de termijnbeurs.

3.3.1

Handel in elektriciteit

Elektriciteit is een homogeen product en heeft een aantal specifieke kenmerken. Er ontbreken mogelijkheden voor opslag waardoor er de noodzaak van een voortdurend evenwicht tussen vraag en aanbod bestaat. Verder bestaan er voor elektriciteit nauwelijks substitutiemogelijkheden zodat de prijselasticiteit van de vraag naar stroom op korte termijn zeer gering is. Onverwacht stijgende elektriciteitsprijzen hebben nauwelijks invloed op de vraag [Scheepers & Beus, 2002]. Maar ook het aanbod is inelastisch. Wanneer bepaalde centrales wegens onderhoud zijn afgeschakeld of wegens koelwaterproblemen niet op volledige capaciteit kunnen draaien, dreigt het risico van stroomuitval.

32

Bovendien dient de productiecapaciteit afgestemd te worden op de maximale vraag terwijl voor veel andere voorzieningen de gemiddelde vraag bepalend is. Er bestaat dus een behoorlijke overcapaciteit [Bijkerk et al., 2003]. Dit komt voort uit de grote economische en maatschappelijke gevolgen van een stroomstoring. Door de liberalisering van de elektriciteitssector is de markt in fases geopend. Er zijn verschillende markten waarop vraag en aanbod van elektriciteit bij elkaar komt. De markten onderscheiden zich naar tijdsdimensie en naar handelsvolume. Op de eerste markt komen bilaterale contracten van veelal enkeljarige contracten en standaard volumes tot stand. De OTC-markt (over-the-counter) betreft veruit het grootste gedeelte (nagenoeg 90%) van de Nederlandse vraag. De tweede markt voor elektriciteit is de spotmarkt, de Amsterdam Power Exchange (APX). Leveringsbedrijven die meer elektriciteit hebben ingekocht dan ze kunnen afzetten, kunnen het surplus op de APX verhandelen. Aangezien de handel op de APX één dag voor de werkelijke levering plaatsvindt, betreft dit slechts een specifiek deel van de handel. De handel op de APX maakte in 2001 circa 9% van de totale Nederlandse vraag uit. De derde markt is de onbalansmarkt. In principe is dit geen markt, maar een prijssystematiek. Wanneer vraag en aanbod op het net uit balans is, heeft TenneT de taak de energiebalans te herstellen. Om onbalans op het net te verminderen, hanteert TenneT zogeheten programmaverantwoordelijkheid.

TenneT

verplicht

programmaverantwoordelijke

partijen

programma’s in te dienen. Hierin staat vermeld hoeveel elektriciteit zij gaan transporteren, op welk moment en aan of van welke partij. De onbalansmarkt ontstaat wanneer programmaverantwoordelijken niet kunnen voldoen aan de van tevoren opgegeven programma’s. TenneT treedt op als enige koper en hanteert een biedprijsladder voor het verschil in regelvermogen. Het verhandelde volume op de onbalansmarkt betreft circa 2% van de totale vraag. In een elektriciteitsmarkt van volkomen concurrentie komt de prijs tot stand in overstemming met Figuur 7. Op de horizontale as zijn de centrales als genummerde blokken weergegeven. De hoogte van elk blok toont de korte termijn marginale kosten (SRMC) van de centrale en de breedte geeft de productiecapaciteit aan. Wanneer er sprake is van goede marktwerking zullen de centrales worden ingeschakeld conform de merit order, een rangorde naar oplopende SRMC. De vraagfunctie, het verband tussen de prijs en de gevraagde hoeveelheid, wordt gegeven door Vd1 (tijdens daluren) en Vp1 (tijdens piekuren). De vraag naar elektriciteit vertoont een geringe prijselasticiteit. Jeeninga & Boots [2001] schatten voor Nederland de korte termijn elasticiteit voor elektriciteit op –0,15 en de lange termijn elasticiteit op –0,25. De aanbodcurve kent een stijgende lijn. Het is aannemelijk dat bij een stijgende prijs de aangeboden hoeveelheid toeneemt. Bij volkomen concurrentie zal via het prijsmechanisme een marktevenwicht ontstaan. Bij de evenwichtsprijs (Pd1 en Pp1) zijn de aangeboden en de gevraagde hoeveelheid (Qd1 en Qp1) aan elkaar gelijk.

33

Figuur 7: Prijsvorming op de elektriciteitsmarkt [Scheepers & De Beus, 2002]

Bij een toename in de vraag zal de vraagcurve naar rechts verschuiven en voor een onevenredig snelle prijstoename zorgen [Borenstein, 2002]. De werkelijke SRMC-curve in Nederland is afgebeeld in Appendix D.

3.3.2

Voldoen aan de vraag

Om iedere dag precies over voldoende elektriciteit te beschikken, worden de vooruitzichten tot op een kwartier nauwkeurig bepaald. Desondanks kunnen onder andere de weersverwachting de voorspelde afname aanzienlijk beïnvloeden. Wanneer vraag en aanbod uit de pas dreigt te lopen, kunnen de centrales op- en afgeregeld worden of zelfs geheel afgeschakeld. Als er niet aan de programmaverantwoordelijkheid kan worden voldaan, ontstaat onbalans. De partij die de onbalans veroorzaakt, draait op voor de kosten die TenneT maakt om het verschil weg te regelen. Uit § 3.2 blijkt dat voor 26,74% van de Nederlandse huishoudens een thuiscentrale een voordelige investering is. Wanneer dat percentage van de zeven miljoen particuliere huishoudens [CBS, 2005b] een thuiscentrale in gebruik zou nemen dan bedraagt het gezamenlijke vermogen bijna 1,9 GW. Dat is vergelijkbaar met ongeveer 9% van het totale opgestelde vermogen in Nederland in 2004 [CBS, 2005c] en bedraagt vrijwel vier maal zoveel als het vermogen van de kerncentrale in Borssele. Dit is nogal wat regelvermogen die ter beschikking staat van een energiebedrijf. Het is niet eenvoudig om een uitspraak te doen over de opbrengst van het regelvermogen aan de hand van de onbalansprijzen voor het leveren aan TenneT en het onbalansvolume. Het vergt buitengewoon veel tijd om deze data over meerdere jaren te verzamelen en te verwerken. Om die reden beperkt dit onderzoek zich tot de winstgevendheid op de dagmarkt. De prijzen op de spotmarkt vertonen een gelijke volatiliteit met de onbalansmarkt. De hoogste gemiddelde uurprijs die in 2005 voor 1 MWh betaald moest worden, bedroeg €1.000,12 terwijl de laagste gemiddelde uurprijs slechts €0,01 per MWh bedroeg. In Figuur 8 is de gemiddelde stroomprijs op de linkeras uitgezet en op de rechteras het

34

gemiddelde handelsvolume. Het verhandelde volume fluctueert gemiddeld tussen de 1.800 en 2.200 MWh. De prijs varieert tussen de 35 en 120 euro per MWh en vertoont een opvallende piek tussen

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

MWh

€ / MWh

18:00 en 19:00 in het stookseizoen.

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uur

Gemiddelde prijs Gemiddeld volume

Gemiddelde prijs stookseizoen Gemiddeld volume stookseizoen

Figuur 8: Gemiddelde stroomprijs en gemiddeld handelsvolume per uur in 2005 [APX, 2006]

Stel dat een energiebedrijf opgewekte elektriciteit uit de microcentrales aan andere huishoudens kan verkopen of kan verhandelen op de stroombeurs. Het huishouden betaalt de leverancier een vlak tarief voor stroom. De marktprijs daarentegen is volatiel. In welke mate kan er op de markt een gunstigere prijs worden bedongen? Tabel 9 geeft vanaf 2000 tot en met 2005 het te behalen voordeel door de verkoop van stroom tegen de marktprijs tijdens de uren dat de prijs op de APX hoger lag dan het enkeltarief. Tabel 9: Winstgevendheid van handel op de dagmarkt Jaar

Percentage

Uren

Gemiddelde prijs €/MWh

Opbrengst €

2000

4,68%

411

364,05

149.625

2001

1,44%

126

385,60

48.585

2002

1,58%

138

283,68

39.147

2003

3,64%

319

375,84

119.893

2004

0,35%

31

224,00

6.944

2005

1,64%

144

268,08

38.604

Gemiddeld

2,22%

195

316,87

67.133

Bron: [APX, 2006]

De mate waarin de prijs op de APX hoger ligt dan het enkeltarief is gering en bedraagt gemiddeld slechts 2,22% over de afgelopen zes jaar. Het betreft dus maar een bescheiden aantal gunstige handelsuren. Desondanks is de prijs per MWh over de periode dat de APX hoger noteerde dan het

35

enkeltarief voldoende om winst te behalen. Kortom, het gebruik van een virtuele centrale is winstgevend. Echter, het verhandelbare volume bepaalt uiteindelijk de werkelijke opbrengsten. Er kan niet zondermeer worden verondersteld dat 1,9 GW te allen tijde beschikbaar is.

3.4.

CONCLUSIE

Voor de overheid brengt grootschalige diffusie van de thuiscentrales het realiseren van de Kyoto- en Gotenburgdoelstellingen een stap dichterbij. Voor ieder type woning en gezinssamenstelling levert een thuiscentrale een besparing op zowel primair energieverbruik als de uitstoot van CO2, NOx en SO2 ten opzichte van centrale opwekking van elektriciteit en productie van warmte door middel van een HR-ketel. Bij een gemiddeld Nederlands huishouden zou de besparing op primair energieverbruik 20,26% bedragen, op CO2-emissie 43,38%, op NOx-emissie 74,00% en op SO2-emissie maar liefst 127,37%. Voor het huishouden zelf blijkt dat niet voor ieder verbruikersprofiel de thuiscentrale een lucratieve investering te zijn. De uitkomsten hangen vooral samen met de aardgasafname wat zorgt voor de vermeden inkoop of het terugleveren van elektriciteit. Voor een vrijstaande woning bedraagt de netto contante waarde €1.119 en voor een 2-onder-1-kap woning €165. Echter, voor een hoekhuis komt de NCW op €-17 uit. Ook pakt voor een tussenwoning en voor een etagewoning de NCW negatief uit en bedraagt respectievelijk €-464 en €-1.084. Voor het gemiddelde Nederlandse huishouden is de investering ook niet voordeling en bedraagt de NCW €-56. Gescheiden opwekking blijft voor die profielen een goedkoper alternatief. Elke dag heeft Nederland een bepaalde hoeveelheid energie nodig. De producenten en leveranciers proberen zo precies mogelijk in te schatten hoeveel zij moeten produceren en inkopen om in de behoefte te voorzien. Als er niet aan het opgegeven programma wordt voldaan, ontstaat er onbalans. Het wegregelen van onbalans is een kostbare aangelegenheid. Dankzij de microcentrales beschikt een energiebedrijf over een flinke hoeveelheid regelvermogen. Vooral op korte termijn (op de dag- en onbalansmarkt) komt dit goed van pas. De stroomprijzen op de APX zijn volatiel en geregeld hoger dan het tarief dat huishoudens betalen. Het verhandelen van elektriciteit op de markt levert dan meer op dan de verkoop aan huishoudens. De mate waarin deze situatie zich voordoet is gering, maar over de afgelopen vijf jaar brengt handel gemiddeld €67.000 per jaar meer op. Het is alleen niet op voorhand te zeggen of tijdens de gunstige handelsuren het vermogen ook daadwerkelijk beschikbaar is. In het volgende hoofdstuk worden de resultaten van de schriftelijke enquêtes weergeven. Respondenten geven hun beschouwing op het toepassen van microwarmtekracht in Nederland. Tevens identificeren zij de succesfactoren van een virtuele centrale.

36

HOOFDSTUK 4 – RESPONDENTEN AAN HET WOORD De energievoorziening werd lang gezien als een typisch openbaar nutsbedrijf en te belangrijk om aan de markt over te laten. Tot voor kort was de energievoorziening een overheidsmonopolie. Het beleid ten aanzien van capaciteit en onderhoud was overdreven risicomijdend en het streven naar efficiëntie werd uit het oog verloren. Daar is sinds de het invoeren van concurrentie bij het opwekken en leveren van elektriciteit verandering in gekomen. Het transporteren van stroom blijft echter een natuurlijk monopolie. Het loont immers niet een concurrerend tweede net aan te leggen. Het liberaliseren van de energiemarkt betekent een ommezwaai voor marktpartijen. In een markt met volledige mededinging beconcurreren producenten elkaar om de gunsten van de consument. Zij zullen proberen hun prijs zo laag mogelijk vast te stellen. De prijs van een goed zal dicht in de buurt komen te liggen van de kosten die gemaakt worden om het te vervaardigen. De elektriciteitssector is echter niet gewoon klantgericht te denken. Bovendien liggen buitenlandse toetreders op de loer. Een inefficiënte marktpartij zal ten gunste van goedkopere concurrenten marktaandeel verliezen en zal uiteindelijk een overnameprooi worden of faillissement moeten aanvragen. Reden te over om de bedrijfsvoering grondig te overdenken. Een onderneming moet in staat zijn succesfactoren te identificeren en op basis hiervan ondernemingssucces na te streven en een duurzame voorsprong te bewaren ten opzichte van de concurrenten. De stroomvoorziening is hier geen uitzondering op. Het aantal factoren die het succesvol voortbestaan van een onderneming beïnvloeden is te overzien. Door Daniel [1961] wordt het aantal op drie tot zes geschat. “In most industries there are usually three to six factors that determine success; these key jobs must be done exceedingly well for a company to be successful.” Ook Wijn et al. [1994] en Bouwens & Van Lent [2004] voeren dit aantal aan. Wanneer de factoren expliciet gemaakt zijn, moet er vervolgens met feitelijke informatie in kaart worden gebracht in hoeverre deze doelen bereikt zijn. Hierbij worden de doelen meetbaar gemaakt door ze te vertalen in zogenaamde indicatoren. De indicatoren bepalen waarop gemeten zal gaan worden. Het is dus zaak de juiste indicatoren te formuleren [Wondergem, 2003]. Om de succesfactoren en de bijhorende indicatoren te achterhalen is de kennis van experts noodzakelijk. Zij weten immers precies hoe de vork in de steel steekt. Om deze kennis boven water te krijgen is een schriftelijke enquête opgesteld. In Appendix E is de vragenlijst opgenomen die in dit onderzoek is gehanteerd. De vragen zijn gericht op een specifieke doelgroep, die is onder te verdelen in

verschillende

categorieën.

Alle

respondenten

hebben

kennis

van

de

Nederlandse

energievoorziening en van microwarmtekracht. Tevens zijn ze werkzaam bij een energiebedrijf (met

37

beschikking over eigen opwekkingscapaciteit), een kennisinstituut of een overheidsinstantie. De enquête bestaat voornamelijk uit open vragen met eventueel een aanvullende toelichting. De respondenten krijgen op die manier de volledige vrijheid om op hun eigen manier antwoord te geven. Uiteindelijk willen we door middel van een reeks vragen te weten komen welke verwachtingen de respondent heeft ten aanzien van grootschalige ingebruikname van microcentrales in Nederland (in de nabije toekomst). Tevens wordt de respondent gevraagd naar opvattingen met betrekking tot de succesvolle kenmerken van dergelijke kleine centrales. Zo wordt meteen de conclusies uit hoofdstuk 2 getoetst aan de mening van experts. Ten slotte wordt aan de orde gesteld welke doelen de respondent stelt aan een virtuele elektriciteitscentrale en welke maatstaven de respondent hanteert om het behalen van deze doelen af te meten. In dit hoofdstuk worden de resultaten die voortkomen uit de schriftelijke enquêtes gepresenteerd. Het percentage respondenten dat de enquête retourneerden, bedroeg ruwweg 50% (in absoluut aantal 19). Dit percentage werd behaald door de respondenten vooraf te benaderen over hun deelname in het onderzoek. Naderhand is telefonisch contact gelegd om antwoorden te verhelderen en eventueel aan te vullen. In § 4.1 komt aan de orde in hoeverre de mening van de respondenten overeen komt met de bevindingen uit hoofdstuk 2. Ten slotte wordt aan de orde gesteld welke doelen de respondent stelt aan een virtuele elektriciteitscentrale en welke maatstaven de respondent hanteert om het behalen van deze doelen af te meten. Deze resultaten komen in § 4.2 aan bod. Er moet benadrukt worden dat in dit hoofdstuk de meningen van de respondenten weergegeven wordt. De antwoorden zullen gekleurd zijn door hun eigen situatie en belangen.

4.1.

VERWACHTINGEN VAN DE THUISCENTRALE

De eerste serie vragen betreft de geschiktheid van microwarmtekracht (of van alternatieven) om warmte en stroom te leveren aan een huishouden. Slechts 5 van de 19 respondenten zijn van mening dat de thuiscentrale het meeste geschikt is in een huishouden. De reden die hiervoor aangedragen wordt, is dat het gas vrijwel zonder transportverlies de verbruikslocatie bereikt en dat het huishouden optimaal gebruik kan maken van de vrijgekomen warmte uit de brandstof. Bovendien wordt aangemerkt dat de thuiscentrale aansluit bij de volledige woningmarkt, terwijl andere duurzame technieken vaak alleen in nieuwbouwwoningen toegepast kunnen worden. De overige respondenten willen graag meer nuance aanbrengen in hun antwoord. Het is opvallend dat de respondenten heil zien in een breed scala van technieken om een huishouden van stroom en warmte te voorzien. De antwoorden lopen zeer uiteen. Wanneer we eerst de elektriciteitsvoorziening in beschouwing nemen, maken we op dat vier respondenten pleiten voor het behoud van de huidige situatie. Zij achten het niet rendabel in economische zin en missen de noodzaak voor een huishouden om zelf stroom op te wekken. Het aandeel grootschalige elektriciteitscentrales (kolen, gas en nucleair)

38

en het kleine percentage decentrale elektriciteitsopwekking (WKK in de industrie en tuinbouw, maar ook windturbineparken) voldoet momenteel aan de huidige doelstellingen. Drie respondenten geven duidelijk aan dat de inrichting van de stroomvoorziening afhankelijk is van de eisen die men stelt. Deze eisen zijn echter onderhevig aan technologische en economische beperkingen. Twee andere respondenten laten de voorkeur van het huishouden prevaleren. Vooral de warmtevraag is doorslaggevend. Voor ieder type huishouden kan een verschillende energiebron het meest geschikt zijn. Ook grootschalige WKK wordt door twee respondenten geopperd als de meest geschikte optie. Warmteopslag zou beter te realiseren zijn en ook zijn deze eenheden geschikt voor het stoken van alternatieve brandstoffen zoals bio-olie. Tevens behoeft het laagspanningsnet weinig aanpassing. Voor een andere respondent staat alleen het rendement van centrale opwekking ter sprake. Hij spreekt zijn voorkeur uit voor centrales met een hoog rendement ongeacht de brandstof eventueel aangevuld met zonnecollectoren gemonteerd op de daken van woningen. Ook met betrekking tot de warmtevraag treffen we opnieuw een scala aan antwoorden aan. Een drietal respondenten geven aan de HR-ketel in een huishouden te prefereren boven de alternatieven. Deze ketel is een uitontwikkeld en betrouwbaar product. Bovendien zijn de kosten voor de ingebruikname van andere technieken aanzienlijk hoger. Drie andere respondenten verwachten een afname van de toekomstige warmtevraag en voorzien ook problemen bij het afstemmen van de warmtevraag op de vraag naar elektriciteit. Naar verwachting zal een grote buffercapaciteit noodzakelijk zijn. Vooralsnog kiezen zij voor de warmtepomp. Mede omdat vermoedelijk de vraag naar koeling in de toekomst groter zal worden dan de vraag naar verwarming in goed geïsoleerde huizen. Vanuit het oogpunt van duurzaamheid pleit één respondent voor de combinatie van een HR-ketel en een warmtepomp. Centrale warmtelevering wordt door twee respondenten als een optie aangedragen. Om niet afhankelijk van aardgas te raken, kunnen woningen verwarmd worden door middel van de restwarmte van elektriciteitcentrales of industriële processen. Verder bieden lokale warmtenetten met collectieve seizoenswarmte- en koudeopslag, die gevoed worden vanuit zonneboilers, uitkomst. De overige respondenten spreken geen specifieke voorkeur uit, maar nemen het type woning, de gewenste binnentemperatuur, de bevolkingsdichtheid en de ontwikkeling van nieuwe technieken in acht alvorens een keuze voor een techniek te maken. Op de vraag wat de penetratiegraad van de thuiscentrales zal zijn over 15 jaar geven de respondenten uiteenlopend antwoorden. Het verwachte percentage huishoudens dat de thuiscentrale zal omarmen varieert van een behoudende 1% tot een zeer optimistische 50%. Twee respondenten beargumenteren deze hoge verwachting als volgt. Over 15 jaar zal bijna elk huishouden hun huidige verwarmingsketel hebben moeten vervangen of op het punt staan dat te gaan doen. De gasindustrie zal microwarmtekracht op basis van aardgas veelvuldig onder de aandacht proberen te brengen en aandragen als de opvolger van de HR-ketel. Wanneer huishoudens voor de keuze staan een vervangende ketel of een alternatief aan te schaffen, zullen zij kiezen voor een geldbesparende en 39

milieuvriendelijke optie die weinig aanpassing aan de woning behoeft. Overige prognoses zijn minder rooskleurig. Twee respondenten verwachten dat maximaal 25% een thuiscentrale zal aanschaffen. Ook zij beamen de druk die de aardgasindustrie zal uitoefenen, maar huishoudens zullen pas de overstap maken aan het einde van de technische levensduur van hun huidige ketel. Weer twee andere respondenten schatten 15%. Van hen baseert één zich op een niet-openbaar rapport terwijl de ander verwacht dat het aanschafbedrag veel huishoudens zal afschrikken of dat zij er niet op vertrouwen dat de energierekening daadwerkelijk lager zal uitvallen. Drie respondenten denken dat slechts 10% van de huishoudens een thuiscentrale in gebruik zal nemen. Zij refereren naar de introductie van de HRketel destijds. Het heeft zeker 15 tot 20 jaar geduurd voordat deze ketel gemeengoed was. Een tweede bezwaar is de verhouding tussen warmte en kracht van het systeem. De thuiscentrale is voornamelijk geënt op het leveren van warmte. Buiten het stookseizoen en in goed geïsoleerde woningen kan het investeringsbedrag niet (snel genoeg) terugverdiend worden. Ten derde is de prijs voor elektriciteit in sterke mate bepalend voor de winstgevendheid van de microcentrales. De sterke stijging van de olieprijs zorgt ook voor een opleving van de gasprijs. Een dalende marge zal het gevolg zijn. Vervolgens geven vier respondenten de thuiscentrale maar maximaal 5% kans van slagen. Zij geloven dat huishoudens niet volledig vertrouwen op de betrouwbaarheid van een techniek met bewegende delen en voor hun energie niet afhankelijk van een dergelijk apparaat willen zijn. Bovendien zijn zij van mening dat de eigenschappen van de thuiscentrale niet geschikt zijn om toegepast te worden in de nieuwbouw. Tevens geven zij de voorkeur aan de microwarmtekracht op basis van een brandstofcel. Dit zal meteen de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen. Ten slotte zijn er vier respondenten die geen prognose kunnen geven. Voor hen spelen de resultaten van veldtesten, de onzekerheid over de betrokkenheid van overheid en het conservatisme van energiebedrijven een belangrijke rol. Wanneer de respondenten gevraagd wordt naar de kwaliteiten van de thuiscentrale en waarom het voorheen niet mogelijk of interessant was om microcentrales te introduceren komt het volgende aan het licht. We treffen bij vrijwel iedere respondent identieke antwoorden aan. Blijkbaar bestaat er eensgezindheid met betrekking tot microwarmtekracht. De voornaamste redenen om de thuiscentrale op de markt te brengen zijn de besparingen die te realiseren zijn. Al dan niet vanuit overwegingen ten aanzien van het overheidsbeleid wordt door middel van microwarmtekracht doelmatiger gebruik gemaakt van de natuurlijke energiebronnen. Een direct gevolg is een sterke reductie in de uitstoot van schadelijke (broeikas)gassen en een verbetering van de leefomgeving. Tevens levert WKK een beter rendement op de brandstof wat bij toenemende energieprijzen steeds belangrijker wordt. Er valt dus een economisch voordeel te behalen voor huishoudens. Bovendien wordt warmtekracht nog steeds flink gesubsidieerd. Ook geeft één respondent aan dat de ketelfabrikanten hun concurrentiepositie willen verbeteren. De reden waarom microwarmtekracht niet (eerder) van de grond is gekomen is simpelweg omdat het te duur was. Het is vanuit technisch oogpunt erg ingewikkeld om een stille,

40

efficiënte, schone generator te ontwikkelen die 40.000 uur meegaat en minder dan 1.500 euro meer dan een gewone verwarmingsketel mag kosten. Bovendien was de elektriciteitsprijs niet toereikend om investeringen in microwarmtekracht te rechtvaardigen.

4.2.

FACTOREN EN INDICATOREN VAN EEN VIRTUELE CENTRALE

De tweede reeks vragen betreft een verkenning van de exploitatie van meerdere microcentrales. Heeft de gekoppelde productie van warmte en kracht in een kleine WKK’s daadwerkelijk meerwaarde in de ogen van de respondenten? Voor welke doeleinden zouden de respondenten een cluster microcentrales willen aanwenden? Ten aanzien van de virtuele centrale komen we geen buitengewone diversiteit aan antwoorden tegen. Blijkbaar bestaat er een duidelijke consistentie van opvattingen. Weinig respondenten geven enkel één doel op, maar zien waarde op meerdere terreinen. Er zijn vier doelen, die in enkele gevallen met een andere term aangeduid worden, te onderscheiden uit de antwoorden. Wat opvalt is dat velen slechts één indicator aan een doel koppelen terwijl sommige respondenten niet (precies) kunnen duiden op welke manier ze het doel meetbaar kunnen maken. Om die reden is er geen rangschikking van indicatoren mogelijk en moeten we aannemen dat elke indicator een gelijk gewicht vertegenwoordigt. Bovendien kan de meerderheid van de respondenten niet op een gefundeerde wijze een norm aan een indicator verbinden. In deze paragraaf worden de doelen uiteengezet. Per doel worden er indicatoren benoemd en wordt de causaliteit toegelicht. Tevens volgt een theoretische beschouwing op de resultaten. Het eerste doel, echter slechts aangemerkt door twee respondenten, is een virtuele opslagplaats voor elektriciteit. Wanneer opgewekte elektriciteit niet direct verbruikt kan worden, wordt het geparkeerd op het net en betrokken wanneer het wel nodig is. Dit is feitelijk onmogelijk omdat de vraag en het aanbod van elektriciteit op elk moment in balans moet zijn. Het gaat hier om het verkrijgen van stroom tegen de kosten van het opwekken in een microcentrale en niet tegen het tarief van een energiebedrijf. De bestaande terugleververgoeding wordt niet als geldelijk aantrekkelijk ervaren. De verhouding tussen de benodigde en de geleverde hoeveelheid elektriciteit zou als geschikte indicator kunnen dienen. Deze ratio toont de mate waarin de functie wordt benut. Ook wordt de marge tussen het tarief voor elektriciteit en de terugleververgoeding als indicator opgenomen. Wanneer het tarief de vergoeding overstijgt, gaat de functie van opslagplaats natuurlijk verloren. Hieruit is de aantrekkelijk van de opslag op te maken. Het reduceren van schadelijke emissies wordt als tweede doel aangevoerd. Twee respondenten verklaren dat het terugbrengen van de CO2-uitstoot vanuit maatschappelijk oogpunt maar ook vanuit economische motieven een belangrijk streven is. Ook een groen imago weegt sterk. Een passende

41

indicator voor de uitstoot is een emissieniveau ten opzichte van het centralepark. Feitelijk ligt er impliciet ook een norm in besloten. Het derde doel is leveringszekerheid. Het komt in twee verschillende hoedanigheden aan bod. Ten eerste wordt de beschikbaarheid van regelvermogen genoemd. Het op- en afregelen van bijvoorbeeld gas- en kolencentrales kost tijd en is niet zondermeer mogelijk. Het wegregelen van onbalans speelt een belangrijke rol. Vijf respondenten verwachten dat de allocatieve efficiëntie door een virtuele centrale zal toenemen. In welke mate er voldaan wordt aan programmaverantwoordelijkheid en de afwijking van de eigen afnamevoorspellingen zijn veelgenoemde indicatoren. Ten tweede wordt verbetering van de netkwaliteit door vier respondenten genoemd. Dankzij de geografische spreiding van de productie-eenheden zal de kwetsbaarheid bij uitval beperkt blijven en hoeft er minder reservevermogen aangehouden te worden. Ook wordt er geopperd dat de virtuele centrale netverzwaring (op hoogspanningsniveau) kan voorkomen en dat zelfs investeringen in dure piekcentrales vermeden kunnen worden. De indicatoren voor die voor netkwaliteit naar voren komen zijn het aantal storingen, de storingsduur en de omvang van het benodigde reservevermogen. Ten slotte wordt goedkope productie van elektriciteit door zes respondenten als vierde doel voorgesteld. Van het maximaliseren van de opbrengst van het restproduct elektriciteit is de glastuinbouw een goed voorbeeld. Sommige tuinders stemmen zelfs hun bedrijfsvoering af op de energiehandel. Het benutten van een virtuele centrale kan de kosten van de energieportfolio van een energiebedrijf verlagen. Niet alleen is het rendement op de brandstof aanzienlijk hoger, ook het regelvermogen is een orde van grootte meer waard. De prijzen op de onbalansmarkt zijn volatiel en dus valt er veel winst te behalen. De spark spread (de marge tussen de brandstof- en de elektriciteitsprijs), het gemiddelde aantal draaiuren en het absolute volume onbalans zijn kengetallen waaruit de winstgevendheid valt op te maken.

4.3.

CONCLUSIE

Uit de schriftelijke enquêtes blijkt dat ruwweg een kwart van de respondenten een voorkeur uitspreekt voor microwarmtekracht in huishoudens. De overigen richten de energievoorziening anders in, maar er bestaat geen eensgezindheid. Met betrekking tot het leveren van elektriciteit treffen we een scala van antwoorden aan. Enkele respondenten prefereren de huidige situatie, terwijl anderen pleiten voor grootschalige WKK. Bij de warmtelevering geven sommige respondenten voorkeur aan de vertrouwde HR-ketel. Anderen zien meer heil in warmtepompen in nieuwbouwwoningen en stadsverwarming in dichtbevolkte gebieden. De marktpartijen verwachten geen grote doorbraak voor de thuiscentrales en ramen de penetratiegraad op maximaal 10%. De gasindustrie zal zorgen voor voldoende aandacht en de geschiktheid voor grote woningen staat buiten kijf. De aanschafprijs is echter aanzienlijk en dat zal consumenten afschrikken.

42

Bovendien zal door toenemende isolatie de warmtevraag in woningen afnemen. De thuiscentrale zal daardoor minder elektriciteitinkoop kunnen vermijden en minder rendabel zijn in economische zin. Ook zal naar verwachting de prijs voor aardgas toenemen. Dit zal de marge tussen de inkoop van gas en de prijs voor elektriciteit verlagen. Met betrekking tot de eigenschappen van de thuiscentrale beweren de respondenten dat er doelmatiger gebruik gemaakt wordt van de natuurlijke energiebronnen. Een direct gevolg is een sterke reductie in de uitstoot van schadelijke (broeikas)gassen en een verbetering van de leefomgeving. Tevens levert WKK een beter rendement op de brandstof wat bij toenemende energieprijzen steeds belangrijker wordt. Er valt dus een economisch voordeel te behalen voor huishoudens. De reden waarom microwarmtekracht niet (eerder) van de grond is gekomen is simpelweg omdat het te duur was. In technische zin is het erg ingewikkeld gebleken om een stille, efficiënte, schone generator te ontwikkelen. Vanuit economisch oogpunt was de elektriciteitsprijs niet toereikend om investeringen in microwarmtekracht te rechtvaardigen. Er zijn vier doelen die marktpartijen door middel van een virtuele centrale willen realiseren. Ten eerste kan een cluster microcentrales functioneren als een virtuele opslagplaats voor elektriciteit. De verhouding tussen de benodigde en de geleverde hoeveelheid elektriciteit wordt als indicator gekozen. Ook wordt de marge tussen het tarief voor elektriciteit en de terugleververgoeding als indicator opgenomen. Ten tweede moet een virtuele centrale schadelijke emissies reduceren. De CO2-uitstoot ten opzichte van het centralepark wordt gehanteerd als indicator. Het derde doel is leveringszekerheid. Als eerste wordt dit uitgedrukt als de beschikbaarheid van regelvermogen. De mate waarin er voldaan wordt aan programmaverantwoordelijkheid en de afwijking van de eigen afnamevoorspellingen zijn indicatoren die voor dit doel gelden. Leveringszekerheid wordt ook als netkwaliteit uitgelegd. Verbetering van de netkwaliteit kan worden vertaald naar het aantal storingen, de storingsduur en de omvang van het benodigde reservevermogen. Het vierde doel is goedkope productie van elektriciteit. De spark spread, het gemiddelde aantal draaiuren en het absolute volume onbalans zijn kengetallen waaruit de winstgevendheid valt op te maken.

43

HOOFDSTUK 5 - CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN In dit onderzoek stond de vraag centraal over welke kennis een energiebedrijf moet beschikken teneinde thuiscentrales op grote schaal in gebruik te nemen. Om daarop te kunnen antwoorden is een marktonderzoek naar de toepassing van microwarmtekracht in Nederland verricht. Tevens is achterhaald wat de succesfactoren van de virtuele centrale precies zijn en welke kengetallen daaruit voortkomen. De resultaten ten aanzien van de haalbaarheid en de bevindingen van de respondenten worden in § 5.1 gepresenteerd. Vervolgens wordt in § 5.2 enkele aanbevelingen voor vervolgonderzoek gedaan.

5.1.

CONCLUSIES

In de huidige energievoorziening worden elektriciteit en warmte voornamelijk gescheiden geproduceerd. Het opwekken van stroom vindt plaats in grootschalige elektriciteitscentrales. Er gaat echter veel energie als warmte verloren. Bovendien treden er bij transport en bij transformatie naar andere spanningsniveaus energieverliezen op. Warmte wordt doorgaans ter plaatse bij de verbruiker geproduceerd in aardgasgestookte verwarmingsketels. Op basis van exergie blijkt er een enorm verbeteringspotentieel te bestaan voor gescheiden opwekking. Er wordt vier maal zo veel brandstof gebruikt als er (in theorie) minimaal nodig is om in de energievraag te voorzien. Omdat de warmtevraag in woningen dominant is, is de thuiscentrale ontworpen als verwarmingsketel die tegelijk elektriciteit opwekt. Op die manier vindt er een besparing op primaire energie plaats en heeft dit een directe vermindering van schadelijke emissies (CO2-, NOx- en SO2-uitstoot) tot gevolg. Tevens zal er een verschuiving in de brandstofsamenstelling ontstaan. Elektriciteit zal voor een groter deel opgewekt worden door gas te verstoken ten koste van productie in bijvoorbeeld kolencentrales. De elektriciteitsvoorziening wordt zo minder vervuilend. Het blijkt dat voor elk type woning en voor iedere gezinssamenstelling de thuiscentrale een gunstig milieueffect waarneembaar is. Bij een gemiddeld Nederlands huishouden zou de besparing op primair energieverbruik 20% bedragen, op CO2-emissie 43%, op NOx-emissie 74% en op SO2-emissie maar liefst 127%. Tevens kan de thuiscentrale huishoudens een lagere energierekening bezorgen ondanks de hoge aanschafprijs. De besparing hangt samen met de hoeveelheid aardgas dat wordt afgenomen en de mate waarin de vraag naar warmte en naar stroom samenvallen. Door het vermijden van elektriciteitsinkoop en door het terugleveren van stroom aan het net kan de thuiscentrale een lucratieve investering zijn. Dat blijkt echter niet voor elk huishouden. Voor ruim een kwart is de NCW €150 tot zelfs bijna €1.200 op de technische levensduur van 15 jaar.

44

Bovendien blijken de thuiscentrales op de dag- en onbalansmarkt een hulpmiddel om de energieportfolio van een energiebedrijf te balanceren. Als er niet aan het opgegeven programma wordt voldaan, ontstaat er onbalans. Het wegregelen van onbalans is een kostbare aangelegenheid. Door de microcentrales beschikt een energiebedrijf over een flinke hoeveelheid regelvermogen. Vooral op korte termijn komt dit goed van pas. Handel op de APX in plaats van verkoop aan huishoudens bracht over de afgelopen vijf jaar gemiddeld €67.000 per jaar meer op. Kortom, de thuiscentrales dragen bij aan een schone, betaalbare en betrouwbare energievoorziening en verdienen een plek in de Nederlandse energievoorziening. Daarom kan er geen twijfel over bestaan dat grootschalige diffusie een haalbare zaak is. En ten aanzien van een virtuele centrale? Uit de schriftelijke enquêtes onder 19 respondenten (werkzaam bij een energiebedrijf, een kennisinstituut of een overheidsinstantie) naar de succesfactoren en bijbehorende indicatoren van een virtuele centrale kwam het volgende aan het licht. Ten eerste kan een cluster microcentrales functioneren als een virtuele opslagplaats voor elektriciteit. De verhouding tussen de benodigde en de geleverde hoeveelheid elektriciteit wordt als indicator gekozen. Ook wordt de marge tussen het tarief voor elektriciteit en de terugleververgoeding als indicator opgenomen. Ten tweede moet een virtuele centrale schadelijke emissies reduceren. De CO2uitstoot ten opzichte van het Nederlandse centralepark wordt gehanteerd als indicator. Het derde doel is leveringszekerheid. Als eerste wordt dit uitgedrukt als de beschikbaarheid van regelvermogen. De mate waarin er voldaan wordt aan programmaverantwoordelijkheid en de afwijking van de eigen afnamevoorspellingen zijn indicatoren die voor dit doel gelden. Leveringszekerheid wordt ook als netkwaliteit uitgelegd. Verbetering van de netkwaliteit kan worden vertaald naar het aantal storingen, de storingsduur en de omvang van het benodigde reservevermogen. Het vierde doel is goedkope productie van elektriciteit. De spark spread, het gemiddelde aantal draaiuren en het absolute volume onbalans zijn kengetallen waaruit de winstgevendheid valt op te maken.

5.2.

AANBEVELINGEN

Uit de vragenlijsten is naar voren gekomen dat er een enorme verdeeldheid bestaat over het inrichten van de energievoorziening. Onder de respondenten is weinig eensgezindheid te bemerken. Ieder houdt er een eigen voorkeur op na. Er zijn namelijk talloze manieren om in de energievraag te voorzien. Ook geldt dit voor huishoudelijk energieverbruik. Voor huishoudens wordt onevenredig veel aandacht besteed aan het besparen van energie, terwijl de keuze voor het soort verwarmingsketel en voor elektriciteit ook van aanzienlijk invloed is op het energieverbruik. In mijn ogen is er is sprake van een kennislacune aan de kant van de consumenten. Door het inventariseren van karakteristieken van huishoudens ten aanzien van energiegebruik, bestedingsgedrag, etc. enerzijds en de eigenschappen van verschillende apparaten anderzijds is het mogelijk een afgewogen keuze te maken. Op die manier

45

kan eenvoudig worden vastgesteld welke typen huishoudens het meest gebaat zijn bij het installeren van bijvoorbeeld een warmtepomp, windturbine of traditionele HR-ketel. Tevens kan er een veldtest gestart worden waarin de bevindingen uit dit onderzoek aan de kaak gesteld worden. Ten eerste kan worden getoetst in hoeverre energiebesparing en reductie van schadelijke gassen daadwerkelijk gerealiseerd kunnen worden. Ook kan de ongelijkheid tussen de vraag naar warmte en stroom beter in beeld gebracht worden zodat er in individuele huishoudens een minimale hoeveelheid stroom ingekocht hoeft te worden. Misschien is er zelfs geen netaansluiting meer nodig. Nog belangrijker echter is het verifiëren van de feitelijke werking van een virtuele centrale. Wat is de beschikbare capaciteit die vrijkomt en wanneer? Zijn behalve de thuiscentrales ook andere decentrale opwekkingseenheden eenvoudig in te passen? En is dit een werkelijke substituut voor grootschalige opwekking? Het is duidelijk dat er nog tal van vragen beantwoord moeten worden. Veldtesten kunnen de kennis met betrekking tot microwarmtekracht aanzienlijk verbreden.

46

REFERENTIES Alanne, K., & Saari, A. (2004). Sustainable small-scale chp technologies for buildings: The basis for multi-perspective decision-making. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 8(5), 401431. APX. (2006). Spot market data 1999-2006. Ausubel, J. H. (1991). Energy and environment: The light path. Energy Systems and Policy, 15(3), 181-188. Bentley, R. W. (2002). Global oil & gas depletion: An overview. Energy Policy, 30(3), 189–205. Bijkerk, W., Poort, J., & Schuurman, A. (2003). Publieke belangen in private handen. Breukelen: NYFER. Borenstein, S. (2002). The trouble with electricity markets: Understanding California's restructuring disaster. Journal of Economic Perspectives, 16(1), 191-211. Bouwens, J. F. M. G., & Lent, L. A. G. M. v. (2004). Prestatiemanagement voor organisaties in balans. Deventer: Kluwer. Campbell, C. J., & Laherrère, J. H. (1998). The end of cheap oil. Scientific American, 60–65. CBS. (2005a). Aardgas- en energieverbruik energie-afnemers. CBS. (2005b). Grootte en samenstelling van, en positie in het huishouden, 1 januari. CBS. (2005c). Productiemiddelen elektriciteit. CBS. (2006a). Gemiddelde tarieven aardgas en elektriciteit. CBS. (2006b). Historie inflatie. CBS. (2006c). Wereldmarktprijzen aardolie en gasolie, en dollarkoers. CBS. (2006d). Duurzame energie; capaciteit, productie en vermeden primaire energie. Correljé, A. (1998). Hollands welvaren: De geschiedenis van een Nederlandse bodemschat. Hilversum: Teleac/NOT. Damme, E. v., Jansen, J., Potters, J., Raa, T. t., & Verouden, V. (1998). Universele dienstverlening: Marktwerking ten bate van iedereen. Tilburg: CentER. Daniel, R. D. (1961). Management information crisis. Harvard Business Review, 39(SeptemberOctober), 111-121. Electrabel. (2004). Elektriciteit, opvallend onopvallend. Brussel: Elektrabel. EnergieNed. (1999a). Basisonderzoek elektriciteitsverbruik kleinverbruikers 1998. Arnhem: EnergieNed. EnergieNed. (1999b). Basisonderzoek aardgasverbruik kleinverbruikers 1998. Arnhem: EnergieNed. EnergieNed. (2004). Energie in Nederland 2003. Arnhem: EnergieNed. EnergieNed. (2005a). Elektriciteitsbalans. EnergieNed. (2005b). Gasverbruik huishoudens.

47

EnergieNed. (2005c). Elektriciteitsverbruik huishoudens. EnergieNed. (2005d). Teruglevertarief. EnerQ.

(2006).

Tarieven

wkk.

Geraadpleegd

26

februari

2006

via

http://www.enerq.nl/informatie/Tarieven/Tarieven_WKK.asp Goodstein, D. L. (2005). Out of gas: The end of the age of oil. New York: W.W. Norton & Company Ltd. Greening, L. A., Greene, D. L., & Difiglio, C. (2000). Energy efficiency and consumption - the rebound effect - a survey. Energy Policy, 28(6-7), 389-401. Hassett, K. A., & Metcalf, G. E. (1993). Energy conservation and investment: Do consumers discount the future correctly? Energy Policy, 21(6), 710–716. Hoffert, M. I., Caldeira, K., Benford, G., Criswell, D. R., Green, C., Herzog, H., et al. (2002). Advanced technology paths to global climate stability: Energy for a greenhouse planet. Science, 298(5595), 981-987. Hotelling, H. (1931). The economics of exhaustible resources. The Journal of Political Economy, 39(2), 137-175. Houthakker, H. S. (2002). Are minerals exhaustible? The Quarterly Review of Economics and Finance, 42(2), 417-421. Hubbert, M. K. (1949). Energy from fossil fuels. Science, 109(2823), 103-109. IPCC. (2001). Climate change 2001: The scientific basis. Ivanhoe, L. F. (1995). Future world oil supplies: There is a finite limit. World Oil, 216(10), 77-88. Jaffe, A. B., & Stavins, R. N. (1994a). The energy-effiency gap: What does it mean? Energy Policy, 22(10), 804-810. Jaffe, A. B., & Stavins, R. N. (1994b). The energy paradox and the diffusion of conservation technology. Resource and Energy Economics, 16(2), 91-122. Jeeninga, H., & Boots, M. G. (2001). Ontwikkeling van het huishoudelijk energieverbruik in een geliberaliseerde energiemarkt. Petten: ECN. Jeeninga, H., Uyterlinde, M., & Uitzinger, J. (2001). Energieverbruik van energiezuinige woningen. Petten: ECN. Katz, M. L., & Shapiro, C. (1985). Network externalities, competition, and compatibility. American Economic Review, 75(3), 424-440. Kroon, P., Bakker, S. J. A., & Wilde, H. P. J. d. (2005). Nox-uitstoot van kleine bronnen. Petten: ECN. Laag, P. C. v. d., & Ruijg, G. J. (2002). Micro-warmtekrachtsystemen voor de energievoorziening van Nederlandse huishoudens. Petten: ECN. Mann, M. E., Bradley, R. S., & Hughes, M. K. (1999). Northern hemisphere temperatures during the past millennium: Inferences, uncertainties, and limitations. Geophysical Research Letters, 26(6), 759-762. Milieu- en Natuurplanbureau. (2005). Milieubalans 2005.

48

Ministerie van Economische Zaken. (2005a). Nu voor later. Ministerie van Economische Zaken. (2005b). Olie en gas in Nederland. Ministerie van Volkshuisvesting Ruimtelijke Ordening en Milieu. (2001). Nationaal milieubeleidsplan 4. Ministerie van Volkshuisvesting Ruimtelijke Ordening en Milieu. (2002). Evaluatienota klimaatbeleid. Nentjes, A., & Vries, F. P. d. (2001). Subsidies voor schone technologie nadelig voor milieu. Economisch Statistische Berichten, 86(4316), 528-531. Novem. (2002). Warmtekrachtkoppeling in de gebouwde omgeving, stand der techniek en marktontwikkelingen. Overdiep, J. J. (2005). Thuiscentrale opvolger van de HR-combiketel? ArenA, 11, 25-28. Peacock, A. D., & Newborough, M. (2005). Impact of micro-combined heat-and-power systems on energy flows in the uk electricity supply industry. Energy, In press. Pilavachi, P. A. (2002). Mini- and micro-gas turbines for combined heat and power. Applied Thermal Engineering, 22(18), 2003-2014. Porter, M. E. (1979). How competitive forces shape strategy. Harvard Business Review, 57(MarchApril), 137-145. Raaij, W. F. v., & Verhallen, T. M. M. (1983). A behavioral model of residential energy use. Journal of Economic Psychology, 3(1), 39-63. Samuelson, P. A. (1938). A note on the pure theory of consumer’s behavior. Economica, 5(17), 61– 71. Scheepers, M. J. J., & Beus, J. d. (2002). Te weinig investeren in nieuwe elektriciteitscentrales vergroot risico's op stroomuitval. Petten: ECN. Scheepers, M. J. J., Wals, A. F., & Rijkers, F. A. M. (2003). Position of large power producers in electricity markets of north western europe. Petten: ECN. United Nations Framework Convention on Climate Change. (1997). Kyoto protocol. Unruh, G. C. (2000). Understanding carbon lock-in. Energy Policy, 28(12), 817-830. Wall, G. (1988). Exergy flows in industrial processes. Energy, 13(2), 197-208. Whisper Tech. (2003). Ac product brochure.

Geraadpleegd 24 december 2005 via

http://www.whispergen.com/content/library/WTL026Brochure.pdf Wijn, M. F. C. M., Hofenk, W. A., Hoekstra, R. W., & Hengeveld, M. B. (1994). Kritische succesfactoren aan een nadere analyse onderworpen. Wondergem, B. (2003). Het selecteren van een geschikte methode voor het formuleren van indicatoren. Paper presented at the Conferentie Informatiewetenschap, Eindhoven. Ybema, J. R., Kroon, P., Lange, T. J. d., & Ruijg, G. J. (1999). De bijdrage van duurzame energie in Nederland tot 2020. Petten: ECN.

49

APPENDICES APPENDIX A – O PWEKKEN EN TRANSPORTEREN VAN ELEKTRICITEIT Een centrale produceert elektriciteit in een alternator. De alternator zet mechanische energie om in elektrische energie en bestaat uit een rotor en een stator. De rotor is een wentelende elektromagneet die door een onafhankelijke krachtbron wordt bekrachtigd. Hij draait rond in de stator, een vaste cilinder met koperen wikkelingen. Het draaien van de rotor genereert een wisselstoom in de windingen van de stator dankzij elektromagnetische inductie. De rotor draait rond met een frequentie van 50 Hz.

Figuur 9: Elektriciteitsproductie in een thermische centrale [Electrabel, 2004]

Om daadwerkelijk elektriciteit op te wekken moet de rotor aan het draaien gebracht worden. De as van een turbine is verbonden met de rotor van de alternator. Stoom wordt onder hoge druk door de turbine geleid en de dankzij de schoepen komt de as in beweging. De stoom wordt verkregen door water te verhitten door bijvoorbeeld fossiele brandstoffen te verbranden. De stroom die uiteindelijk de alternator verlaat heeft een spanning van 20 kV. Een transformator voert de spanning op naar 380 kV. Dit is essentieel want wanneer een elektrische stroom door een geleider loopt, treden er energieverliezen op. De verliezen zijn evenredig met het kwadraat van de stroomsterkte. De stroomsterkte is weer omgekeerd evenredig met de spanning. Om transportverliezen te beperken is het daarom gewenst stroom bij een hoog voltage te transporteren.

50

APPENDIX B – B ESPARINGEN SCHADELIJKE EMISSIES

OP

PE

PRIMAIR

ENERGIEVERBRUIK

CE

EN

NE

SE

Woningtype

Gezinsgrootte

Voorkomen profiel

GJ

%

(kg/GJ)

%

(kg/GJ)

%

(kg/GJ)

%

1

Vrijstaand

1

4,91%

9,68

9,87%

2.490,07

34,26%

3,69

88,94%

0,96

90,59%

2

Vrijstaand

2

5,06%

13,36

12,80%

3.090,00

37,28%

4,25

83,27%

1,15

104,00%

3

Vrijstaand

3

1,94%

16,62

15,12%

3.622,09

39,39%

4,75

79,77%

1,33

112,61%

4

Vrijstaand

4

2,08%

18,99

16,66%

4.007,76

40,68%

5,11

77,79%

1,45

117,58%

5

Vrijstaand

5

0,45%

21,11

17,96%

4.354,15

41,69%

5,44

76,31%

1,56

121,36%

6

Vrijstaand

6

0,45%

23,08

19,09%

4.675,54

42,54%

5,74

75,13%

1,67

124,42%

7

2-1 kap

1

3,91%

9,68

12,60%

2.252,24

37,09%

3,11

83,60%

0,84

103,19%

8

2-1 kap

2

4,03%

13,36

16,08%

2.852,18

40,20%

3,68

78,51%

1,04

115,76%

9

2-1 kap

3

1,54%

16,62

18,75%

3.384,26

42,30%

4,18

75,47%

1,21

123,54%

10

2-1 kap

4

1,66%

18,99

20,49%

3.769,93

43,54%

4,54

73,79%

1,33

127,92%

11

2-1 kap

5

0,36%

21,11

21,93%

4.116,32

44,51%

4,86

72,55%

1,45

131,20%

12

2-1 kap

6

0,36%

23,08

23,17%

4.437,72

45,30%

5,16

71,56%

1,55

133,83%

13

Hoek

1

4,50%

9,68

13,30%

2.206,94

37,75%

3,00

82,44%

0,82

106,00%

14

Hoek

2

4,64%

13,36

16,91%

2.806,88

40,87%

3,57

77,50%

1,02

118,31%

15

Hoek

3

1,77%

16,62

19,65%

3.338,96

42,95%

4,07

74,57%

1,19

125,86%

16

Hoek

4

1,91%

18,99

21,43%

3.724,63

44,18%

4,43

72,96%

1,31

130,09%

17

Hoek

5

0,41%

21,11

22,89%

4.071,02

45,13%

4,75

71,77%

1,42

133,26%

18

Hoek

6

0,41%

23,08

24,15%

4.392,42

45,90%

5,05

70,83%

1,53

135,79%

19

Tussen

1

9,52%

9,68

15,42%

2.095,58

39,64%

2,73

79,37%

0,77

113,61%

20

Tussen

2

9,81%

13,36

19,35%

2.695,51

42,73%

3,30

74,87%

0,96

125,08%

21

Tussen

3

3,75%

16,62

22,28%

3.227,60

44,74%

3,80

72,26%

1,13

131,97%

22

Tussen

4

4,04%

18,99

24,14%

3.613,27

45,90%

4,16

70,84%

1,26

135,78%

23

Tussen

5

0,87%

21,11

25,66%

3.959,66

46,79%

4,48

69,79%

1,37

138,61%

24

Tussen

6

0,87%

23,08

26,96%

4.281,05

47,52%

4,78

68,97%

1,47

140,85%

25

Etage

1

10,16%

9,68

19,78%

1.940,80

43,04%

2,36

74,45%

0,69

126,19%

26

Etage

2

10,46%

13,36

24,20%

2.540,74

45,94%

2,92

70,79%

0,88

135,89%

27

Etage

3

4,00%

16,62

27,36%

3.072,82

47,73%

3,42

68,73%

1,06

141,51%

28

Etage

4

4,31%

18,99

29,31%

3.458,49

48,75%

3,78

67,63%

1,18

144,56%

29

Etage

5

0,92%

21,11

30,86%

3.804,88

49,51%

4,11

66,82%

1,29

146,80%

30

Etage

6

0,92%

23,08

32,16%

4.126,27

50,12%

4,41

66,20%

1,40

148,55%

31

n.v.t.

n.v.t.

4,91%

17,14

20,26%

3.413,66

43,38%

4,12

74,00%

1,21

127,37%

Profiel

51

APPENDIX C – I NVESTERINGSANALYSE VAN DE THUISCENTRALE Energiekosten €

Woningtype

Gezinsgrootte

Voorkomen profiel

Gescheiden

Thuiscentrale

1

Vrijstaand

1

4,91%

1.664,03

2

Vrijstaand

2

5,06%

3

Vrijstaand

3

4

Vrijstaand

5

Profiel

IR

NCW €

1.368,76

8,10%

330,48

1.803,54

1.427,57

14,66%

1118,66

1,94%

1.927,26

1.551,30

14,66%

1118,66

4

2,08%

2.016,94

1.640,98

14,66%

1118,66

Vrijstaand

5

0,45%

2.097,49

1.721,52

14,66%

1118,66

6

Vrijstaand

6

0,45%

2.172,22

1.796,25

14,66%

1118,66

7

2-1 kap

1

3,91%

1.325,68

1.047,80

6,58%

164,75

8

2-1 kap

2

4,03%

1.465,18

1.187,30

6,58%

164,75

9

2-1 kap

3

1,54%

1.588,91

1.311,02

6,58%

164,75

10

2-1 kap

4

1,66%

1.678,59

1.400,70

6,58%

164,75

11

2-1 kap

5

0,36%

1.759,13

1.481,25

6,58%

164,75

12

2-1 kap

6

0,36%

1.833,87

1.555,98

6,58%

164,75

13

Hoek

1

4,50%

1.261,24

1.002,03

4,83%

-16,94

14

Hoek

2

4,64%

1.400,74

1.141,53

4,83%

-16,94

15

Hoek

3

1,77%

1.524,46

1.265,26

4,83%

-16,94

16

Hoek

4

1,91%

1.614,14

1.354,94

4,83%

-16,94

17

Hoek

5

0,41%

1.694,69

1.435,48

4,83%

-16,94

18

Hoek

6

0,41%

1.769,42

1.510,21

4,83%

-16,94

19

Tussen

1

9,52%

1.102,80

889,52

-0,02%

-463,61

20

Tussen

2

9,81%

1.242,30

1.029,02

-0,02%

-463,61

21

Tussen

3

3,75%

1.366,03

1.152,75

-0,02%

-463,61

22

Tussen

4

4,04%

1.455,71

1.242,43

-0,02%

-463,61

23

Tussen

5

0,87%

1.536,25

1.322,97

-0,02%

-463,61

24

Tussen

6

0,87%

1.610,99

1.397,71

-0,02%

-463,61

25

Etage

1

10,16%

882,60

733,15

-9,73%

-1084,40

26

Etage

2

10,46%

1.022,11

872,65

-9,73%

-1084,40

27

Etage

3

4,00%

1.145,83

996,38

-9,73%

-1084,40

28

Etage

4

4,31%

1.235,51

1.086,06

-9,73%

-1084,40

29

Etage

5

0,92%

1.316,06

1.166,60

-9,73%

-1084,40

30

Etage

6

0,92%

1.390,79

1.241,34

-9,73%

-1084,40

31

n.v.t.

n.v.t.

4,91%

1.530,15

1.274,99

4,44%

-56,31

52

APPENDIX D – SRMC- CURVE IN NEDERLAND

Figuur 10: SRMC-curve in Nederland in 2001 [Scheepers et al., 2003]

53

APPENDIX E – VRAGENLIJST 1. Microwarmtekrachtkoppeling is de meeste geschikte manier om een huishouden te voorzien van warmte en stroom. Eens, ga verder met vraag 4

Oneens, ga verder met vraag 2 en 3

2. Wat is volgens u de meest geschikte wijze?

3. Waarom is uw manier een beter alternatief voor microwarmtekrachtkoppeling? (Ga na deze vraag verder met vraag 5)

4. Waarom is microwarmtekrachtkoppeling het meest geschikt?

5. Welk percentage van Nederlandse huishoudens maakt over 15 jaar gebruik van microwarmtekracht? Kunt u uw prognose onderbouwen? Ik verwacht %, omdat

6. Wat is (zijn), volgens u, de voornaamste reden(en) voor de introductie van kleinschalige warmtekracht?

7. Waarom was het voorheen niet mogelijk of interessant om kleinschalige warmtekracht te introduceren?

54

8. Welk(e) doel(en) zou u met een virtuele elektriciteitscentrale willen bereiken? Voorbeeld: Een bedrijf dat aluminium halffabrikaten levert voor de auto-industrie heeft vastgesteld dat het doel van de onderneming het genereren van geld is.

9. Welk(e) indicator(en) maken elk afzonderlijk doel meetbaar? Geef van iedere indicator een definitie. Voorbeeld: Het bedrijf uit de vorige vraag hanteert voorraad als een operationele indicator. Voorraad is gedefinieerd als al het geld dat het bedrijf geïnvesteerd heeft in de aankoop van zaken die zij wil gaan verkopen.

10. Welke causale relatie bestaat er tussen iedere indicator en een doel? Voorbeeld: Naar mate de voorraad daalt, zal de vrije kasstroom toenemen. Dit betekent dat er meer geld de onderneming binnenkomt dan dat er uitgaat. Dit levert een positieve bijdrage aan het doel.

11. Kunt u een kwalitatieve of kwantitatieve norm verbinden aan elke indicator? Voorbeeld: De voorraad mag niet meer dan 10% van de omzet bedragen.

12. Kunt u per doel de indicatoren rangschikken? De indicator, die volgens u, het meeste bijdraagt aan het behalen van een doel noteert u bovenaan.

55