Kostenberekeningsschema voor warmte- en koudeopslagssystemen ten behoeve van de inzet van warmtepompen in de Nederlandse glastuinbouw

Kostenberekeningsschema voor warmte- en koudeopslagssystemen ten behoeve van de inzet van warmtepompen in de Nederlandse glastuinbouw

IMAG Rapport P2002-65 H.F. de Zwart P. Knies

Onderzoek in het kader van het Convenant Glastuinbouw en Milieu Uitgevoerd door

Gefinancierd door:

Kostenberekeningsschema voor warmte- en koudeopslagssystemen ten behoeve van de inzet van warmtepompen in de Nederlandse glastuinbouw

september 2002

H.F. de Zwart P. Knies

© 2002 Instituut voor Milieu- en Agritechniek (IMAG) Mansholtlaan 10-12 Postbus 43, 6700 AA Wageningen Telefoon 0317 - 476300 Telefax 0317 - 425670 www.imag.wageningen-ur.nl Niets uit deze nota mag elders worden vermeld, of worden vermenigvuldigd op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van IMAG. Bronvermelding zonder weergave van de feitelijke inhoud is evenwel toegestaan, op voorwaarde van de volledige vermelding van: auteursnaam, jaartal, titel, instituut en notanummer en de toevoeging: 'niet gepubliceerd'. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system of any nature, in any form of by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording of otherwise, without the prior written permission of IMAG.

1

Inhoud Voorwoord..................................................................................................................................... 3 Samenvatting................................................................................................................................. 4 Inleiding......................................................................................................................................... 5 1

Schematische weergave van kosten- en opbrengstenposten bij gebruik van warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw........................................................ 7 Inleiding..................................................................................................................................7 1.1 Drie hoofdcomponenten ....................................................................................................7

2

Overzicht van aan het aquifer doublet toegerekende kosten in recente onderzoeksrapporten ..... 11

3

Kostencomponenten in ondergrondse energieopslagsystemen voor de glastuinbouw ............... 13 3.1 Systeemafbakening......................................................................................................... 13 3.2 Investeringskosten van een aantal recente projecten......................................................... 14 3.3 Belangrijkste invloedsfactoren op de investeringskosten voor praktijkprojecten ................... 15 3.4 Variabele kosten ............................................................................................................. 16 3.5 Onderhoudskosten.......................................................................................................... 16 3.6 Levensduur .................................................................................................................... 16

4

Toepassing van het Excel worksheet ...................................................................................... 17 4.1 Korte omschrijving van de invoervelden............................................................................ 17

5

Conclusies ............................................................................................................................ 19

6

Literatuur............................................................................................................................... 20

7

Bijlage: Workshop presentaties............................................................................................... 21 Inleiding................................................................................................................................ 21 7.1 Presentatie van de heer de Zwart .................................................................................... 22 7.2 Presentatie van de heer Timmermans .............................................................................. 28

2

Voorwoord De toepassing van warmtepompen is een veelbelovende techniek in de ontwikkeling van een energiezuinige Nederlandse glastuinbouwsector en koude- en warmteopslagsystemen vormen hierbij een onmisbaar onderdeel. Gezien de smalle bedrijfseconomische marges en de technische complexiteit van de techniek is het zeer belangrijk dat de techniek uitvoerig via bureaustudies en op onderzoeksschaal wordt onderzocht alvorens de meest perspectiefvolle systemen via demonstraties op praktijkschaal in de tuinbouw kunnen worden uitgezet. Derhalve zijn de afgelopen 2 jaar een groot aantal onderzoeksprojecten geformuleerd en uitgevoerd, waaruit een groot aantal publicaties is voortgekomen. In al deze rapporten wordt melding gemaakt van een substantiële energiebesparing, maar de bedrijfseconomische perspectieven verschillen in hoge mate. Omdat er in deze publicaties niet alleen sprake is van verschillen in technische prestaties, maar ook in belangrijke verschillen rond de aannamen van de kosten die met het systeem gemoeid zijn is het moeilijk de verschillende resultaten te vergelijken. De kosten voor het ondergronds energieopslagsysteem vormen een belangrijke component en er zijn grote verschillen in de kosten die hiervoor gebruikt worden. Omdat op dit moment verschillende onderzoeksinstellingen en ingenieursbureaus actief zijn in de ontwikkeling van innovatieve systemen die in meer of mindere mate gebruik maken van ondergrondse energieopslagsystemen is het vanuit het beleid wenselijk er voor te zorgen dat de daarbij gepresenteerde bedrijfseconomische evaluaties zo veel mogelijk op dezelfde uitgangspunten zijn gebaseerd. Alleen onder die voorwaarde kunnen de resultaten van die onderzoeken gebruikt worden om het meest perspectiefvolle beleid uit te zetten. Om tot de gewenste uniformiteit in de berekeningssystematiek voor ondergrondse energieopslagsystemen te kunnen komen is door de Programmacommissie Energie een onderzoeksvraag geformuleerd waarop het IMAG een projectvoorstel heeft geschreven dat moet leiden tot een breed gedragen berekeningssystematiek voor de kosten van bodemopslagsystemen. Het resultaat van dit project is vastgelegd in voorliggend rapport. Het werk is gefinancierd vanuit het onderzoeksbudget van het Productschap Tuinbouw en vanuit het Energieprogramma van het ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij. Bij de totstandkoming van dit resultaat is een grote bijdrage geleverd door de Nederlandse Vereniging van Ondergrondse Energieopslagsystemen (NVOE) en door DWA installatie- en energieadvies. Bij dit rapport behoort een Excel -worksheet waarin de ontwikkelde systematiek softwarematig is vastgelegd.

3

Samenvatting Vanwege het veelbelovende perspectief van de toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen in de Nederlandse glastuinbouw zijn de afgelopen tijd een aantal studies rond dit onderwerp uitgevoerd. In deze studies komt het energiebesparingspotentieel duidelijk naar voren. In de regel is het economisch rendement in de huidige economische context echter zeer laag of negatief. Hierbij hebben de investeringen in het ondergrondse opslagsysteem een belangrijke invloed op het economisch plaatje. Teneinde verschillende onderzoeksresultaten goed met elkaar vergelijkbaar te maken is het derhalve van groot belang dat er eenduidigheid komt over de kosten voor zo’n ondergronds energieopslagsysteem. In dit rapport wordt aangegeven dat een systeem voor koeling en verwarming van kassen door tussenkomst van ondergrondse energieopslag kan worden verdeeld in een ondergronds deel, bestaande uit infiltratieputten en bronnen, een scheidingswisselaar, een installatie waarmee ’s zomers warmte aan de kaslucht wordt onttrokken en een warmtepomp. De voorliggende studie beperkt zich tot de kosten voor het ondergrondse deel en de scheidingswisselaar. In een beknopt overzicht wordt aangegeven welke kosten in het recente verleden in verschillende studies aan dit ondergrondse deel, waarbij impliciet ook de kosten voor de scheidingswisselaar zijn meegenomen. In de 6 studies die op dit punt zijn geanalyseerd liepen de investeringskosten uiteen van € 195 tot € 335 per kW. Daarmee is de spreiding van deze kosten niet zo groot, maar de onderbouwing van deze kosten is in alle gevallen zeer summier. Teneinde een goed richtgetal te krijgen, dat gebaseerd is op een degelijke onderbouwing is in workshop verband gesproken met vertegenwoordigers van onderzoeksinstellingen, adviesbureaus en grondboorbedrijven. Deze workshop heeft geleid tot een formule waarmee het investeringsbedrag voor de aanleg van een ondergronds energieopslagsysteem kan worden bepaald. Deze formule luidt: Investeringskosten = 1930*maxDebiet + 78000 euro Hierin is maxDebiet het maximale debiet dat met de installatie van de bronput naar de infiltratieput kan worden gepompt. De kosten voor de scheidingswisselaar, de besturing van het putsysteem, de leges en vergunningen zijn hierbij inbegrepen. Naast dit richtbedrag zijn een aantal invloedsfactoren genoemd die de uiteindelijke op een specifieke plaats kunnen verhogen of verlagen. De in de studie gegenereerde kennis is naast het voorliggende rapport verwerkt in een Excel worksheet, waarmee gebruikers op een eenduidige wijze de Netto Contante Waarde en/of de Simpele Terugverdientijd van de investering in een systeem voor kaskoeling, seizoensopslag in een ondergronds energieopslagsysteem en een warmtepomp kunnen bepalen. Het worksheet is uiteraard alleen op het gebied van het ondergronds energieopslagsysteem uitgewerkt met onderliggende formules. In de bijlage wordt de achtergrond van de verschillende deelnemers aan de workshop beschreven. Zij vervullen allen een relevante rol waar het gaat om de ontwikkeling van de toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen in de tuinbouw. Een aantal van deze deelnemers heeft op de workshop een presentatie gehouden. De bijgevoegde impressie van de voordracht, aangevuld met enig beeldmateriaal geeft voor relatieve buitenstaanders een goed overzicht over de materie die in dit rapport wordt behandeld.

4

Inleiding Met name in de afgelopen 2 jaar is een aantal burostudies uitgevoerd rond energiebesparende technieken voor de glastuinbouw, waarbij warmtepompen een prominente plaats in het ketelhuis toebedeeld kregen. In al deze studies wordt de verdamper (de koude zijde van de warmtepomp) gevoed met water uit een aquifer die daartoe in de zomer is opgewarmd. De behaalde energiebesparing is bij de meeste projecten substantiëel, maar de bedrijfseconomische haalbaarheid laat grote verschillen zien. Deze verschillen worden voor een groot deel bepaald door verschillen in uitgangspunten voor de kosten, en in veel mindere mate door verschillen in uitgangspunten voor de opbrengsten. In alle berekeningen komen de kosten van het gebruikte ondergronds energieopslagsysteem als belangrijke post naar voren. In hoofdstuk 2 worden de kosten die in een aantal rapporten die in het tijdvak 1997 tot medio 2002 zijn gepubliceerd aan dit opslagsysteem zijn toegerekend op een rijtje gezet. De verschillen worden geanalyseerd en er wordt een schets gegeven van de impact van deze variatie in het uiteindelijke bedrijfseconomisch resultaat. Alvorens dit op een eenduidige manier te kunnen doen moet er een schema zijn opgesteld dat eenduidige definities oplevert voor de kostenbepalende onderdelen in een kasverwarmingssysteem waarin gebruik wordt gemaakt van warmtepompen en aquifers. Dit schema wordt beschreven in hoofdstuk 1. Hierin wordt eveneens vastgelegd onder welke definities opbrengsten die het systeem genereert worden ondergebracht. De onderzoeksvraag achter dit rapport concentreert zich op de kosten die aan het ondergronds energieopslagsysteem toegerekend moeten worden, zodat in hoofdstuk 3 de kostenbepalende factoren nader worden beschreven. Aan de hand van de schematisering van de verschillende onderdelen in een tuinbouwverwarmingssysteem en de opdeling en parametrisatie van de kosten voor het opslagsysteem (beschreven in hoofdstuk 3) is een Excel worksheet gemaakt. Met dit worksheet kunnen de kosten worden uitgerekend die aan het opslagsysteem toegekend moeten worden aan de hand van de daartoe vastgestelde parameters. Hierbij wordt uitgegaan van de gemiddelde situatie in Nederland. Gezien de context van dit onderzoek zijn de kosten en opbrengsten van andere onderdelen in het schema dat in hoofdstuk 1 is gepresenteerd niet nader geparametriseerd. Ze kunnen echter wel ingevuld worden zodat het worksheet tot een bedrijfseconomisch perspectief voor totale systeem kan komen. De in hoofdstuk 1 en 3 beschreven berekeningsschema’s zijn breed gedragen door nauw betrokkenen. Dit is gerealiseerd door de beschreven schema’s in kleine kring voor te bereiden en vervolgens in een workshop ter discussie te stellen. De workshop is bezocht door vertegenwoordigers uit het tuinbouwkundig onderzoek, vertegenwoordigers van aannemersbedrijven die grondboringen uitvoeren en vertegenwoordigers van adviesbureaus met ervaring op het gebied van ondergrondse warmte- en koudeopslag. De opmerkingen, kanttekeningen, en verwachtingen die op deze workshop werden geuit zijn verwerkt in de uiteindelijke rapportage en Excel -worksheet. In hoofdstuk 5 worden de conclusies uit het onderzoek en de gehanteerde werkwijze besproken.

5

6

1

Schematische weergave van kosten- en opbrengstenposten bij gebruik van warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw

Inleiding De moderne Nederlandse glastuinbouw beschikt over nieuwe kassen met een uitgebreid klimaatbeheersingssysteem dat vergezeld gaat van veelzijdige kasklimaat besturings software. Hiermee wordt getracht onder de gegeven klimatologische randvoorwaarden een zodanig binnenklimaat te realiseren dat het gewas zo evenwichtig mogelijk produceert. In de gangbare tuinbouw kan het beheersingssysteem verwarmen, ventileren met buitenlucht, CO2 toevoeren en in sommige gevallen de kaslucht bevochtigen. Bij een aantal teelten wordt gebruik gemaakt van grondkoeling. Verwarming vindt plaats door middel van warmte uit een ketel, en regelmatig ook uit een warmtekracht-installatie. Om pieken in warmtevraag op te kunnen vangen en om de warmte die ’s nachts nodig is overdag te kunnen produceren (in verband met CO2 voorziening uit ketelrookgassen) beschikken veel kassen over een etmaalbuffer. Ventilatie vindt plaats met luchtramen en eventuele grondkoeling wordt gerealiseerd met grondwater of mechanische koelmachines. De gebruikelijke kasuitrusting kenmerkt zich derhalve in een systeem dat gedurende de warme periode van het jaar grote hoeveelheden warmte moet afvoeren en in de winter een belangrijke warmtevraag heeft. Vanuit energiebesparingsoogpunt, maar ook vanuit kostenoogpunt (bij gebruik van grondkoeling) zou er een grote verbetering in het systeem kunnen plaatsvinden wanneer warmteoverschotten van de zomer zouden kunnen worden ingezet voor verwarming in de winter, of wanneer de koudebehoefte van de zomer in de winter voortgebracht zou kunnen worden. In beide gevallen is sprake van lange termijn warmteopslag. In de utiliteitsbouw wordt hiertoe met succes gebruik gemaakt van ondergrondse watervoerende lagen (aquifers), zodat ook voor de tuinbouw de laatste paar jaar een aantal bureaustudies en een klein aantal praktijkexperimenten rond de toepassing van deze aquifers via een ondergronds energieopslagsysteem is uitgezet. De perspectieven die uit deze verschillende studies en experimenten naar voren komen zijn echter moeilijk met elkaar te vergelijken omdat de kosten voor de verschillende onderdelen van het systeem steeds op een andere manier geparametriseerd worden en/of behoorlijk ten opzichte van elkaar verschillen. Het ondergronds energieopslagsysteem vormt in alle studies een belangrijk onderdel van de kosten en de onduidelijkheid over de wijze waarop deze kosten moeten worden ingeschat is groot. Om de eenduidigheid in de benadering van deze materie te vergroten wordt in dit hoofdstuk aan de hand van een schematisch overzicht van zo’n systeem voor de tuinbouw vastgelegd welke componenten worden onderscheiden en welke kosten daarbij in grote lijnen in rekening moeten worden gebracht. In hoofdstuk 3 wordt vervolgens een nadere uitwerking van de hoofdposten rondom het bronsysteem gemaakt.

1.1

Drie hoofdcomponenten

Wanneer een kasklimaatbeheersingssysteem wordt uitgerust met een ondergronds energieopslagsysteem dan ontstaat de mogelijkheid om warmteoverschotten uit warme perioden op te slaan om deze te kunnen inzetten in een koude periode. Dit mes snijdt aan twee kanten omdat de koelcapaciteit teelttechnische voordelen biedt en de opgeslagen warmte, na tussenkomst van een warmtepomp tot energiebesparing kan leiden. Bij het gebruik van aquifers kan de installatie worden opgedeeld in drie hoofdcomponenten 1. Het systeem waarmee opgeslagen warmte wordt benut 2. Het systeem waarmee de vrijgekomen koude wordt benut. 3. Het ondergronds energieopslagsysteem In recent uitgevoerde en op dit moment lopende projecten zijn/worden een aantal concepten uitgewerkt rond de engineering van de inzet van de warmtepomp en rond de uitwerking van methoden waarlangs de kas kan worden gekoeld. Bij de inzet van de warmtepomp speelt de vraag hoe

7

belangrijk het creëren van een groot verwarmend oppervlak is in verhouding tot de investering in zo’n vergroot VO. Bij onderzoeksprojecten rond de uitwerking van de koelcapaciteit gaat het om de bepaling van de kosten van deze systemen, maar vooral ook om de bepaling van de waarde die aan de koelcapaciteit moet worden toegekend. De derde hoofdcomponent, het bronsysteem, krijgt nauwelijks inhoudelijke aandacht. In de bedrijfseconomische analyse wordt meestal een investeringsbedrag per kW thermisch vermogen genoemd. Deze bedragen variëren van € 195 per kW tot € 335 per kW.

KOELEN

VERWARMEN

Kosten:

Opbrengsten

Kosten:

Opbrengsten

• Jaarlasten koelinstallatie

• Producietoename

• Jaarlasten WP-installatie

• Vermindering gasverbruik

• CO2-verlies beperking

• Elektriciteitskosten

• Uitsparing koelkosten

• Alternatieve CO2-dosering

• Verkleining aansluit capaciteit

• Elektriciteits kosten

kasovertollige

E.

verwarming

warmte

warmtewisselaar

Kosten: • Investering

O

• Afschrijving

P

• Onderhoud

S

• Pompenergie

L A

bronsysteem

G

Figuur 1.1 Schematisch overzicht van de kosten en opbrengsten van de toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw. Met regeneratie wordt het weer opwarmen van de aquifer in de zomer bedoeld.

Om ten behoeve van een harmonisering van de bedrijfseconomische calculaties in onderzoek rond warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw wordt in dit project voorgesteld tenminste de in figuur 1.1 getoonde kosten- en opbrengstenposten te hanteren.

8

In het onderste deel van figuur 1.1 is het bronsysteem getekend. De figuur geeft aan dat ook de warmtewisselaar tot het bronssysteem wordt gerekend. De kosten die aan het bronsysteem worden toegekend zijn opgedeeld in investeringskosten, waar jaarlijkse rentelasten uit voortvloeien, afschrijvingskosten vanwege de beperkte levensduur en de onderhoudskosten aan het systeem. Tenslotte worden er ook pomp-kosten genoemd omdat deze een duidelijk herkenbare en variabele kostenpost vormen. In hoofdstuk 3 worden deze kostenposten verder uitgewerkt. Het aanbrengen van systemen die koeling realiseren en het warmtepompsysteem dat in de winter de opgewarmde put weer moet ontladen brengen uiteraard eveneens investerings-, afschrijvings- en onderhoudskosten voort. Naast deze kosten zal een warmtepompsysteem ook extra kosten kunnen opleveren voor de CO2-dosering. Immers, door toepassing van een warmtepomp, en met name bij een elektrisch aangedreven warmtepomp, zal het aanbod van CO2 drastisch afnemen. Tegenover deze kosten staan echter ook opbrengsten. Indien de koelcapaciteit substantieel is zal de ernst van de beperkte beschikbaarheid van CO2 weer wat afnemen doordat koeling tot een vermindering van de CO2-behoefte leidt. Er kan zelfs sprake zijn van extra gewasproductie omdat de koeling het mogelijk maakt hogere CO2-concentraties aan te houden. Indien het ondergronds energieopslagsysteem in de plaats van conventionele koelsystemen wordt aangelegd (relevant voor bijvoorbeeld de alstroemeria- en fresiateelt) kunnen de uitgespaarde kosten voor het conventionele systeem eveneens als opbrengsten van het koelsysteem worden opgevat. Aan de opbrengstenkant van de warmtepomp wordt de gasbesparing opgedeeld in besparingen op de 3 3 commodity kosten (het aantal m maal de prijs per m ) en op besparingen in de diensten-component van de gaskosten (afhankelijk van zowel de aansluit-capaciteit als de jaarafname). Bij gebruik van een elektrisch aangedreven compressiewarmtepomp zullen de gaskosten fors afnemen. Daar staat echter tegenover dat er een belangrijke post in de vorm van elektriciteitskosten zal ontstaan. De kosten- en opbrengstenposten die genoemd staan bij KOELEN en VERWARMEN worden in dit project niet verder uitgewerkt. Deze onderdelen zijn immers het gevolg van de innovaties die op dit gebied voor de tuinbouw worden ontwikkeld (de gesloten kas, de kas met dakbevloeiing).

9

10

2

Overzicht van aan het aquifer doublet toegerekende kosten in recente onderzoeksrapporten

Via een inventarisatie van recente rapporten is nagegaan welke kosten voor het in figuur 1.1 gedefinieerde ondergrondse energieopslag systeem genoemd zijn (dus alles wat onder de horizontale lijn is getekend). De meeste rapporten noemen een bedrag voor de investering, een onderhoudspercentage en een afschrijvingstermijn. Sommigen maken ook melding van het vermogen van de bronpomp. In een aantal gevallen zijn de kosten voor het bronsysteem opgedeeld in kosten voor de warmtewisselaar en kosten voor de putten. De gegevens uit rapporten die gebaseerd zijn op informatie van voor 2001 zijn op inflatie gecorrigeerd, uitgaande van een jaarlijks inflatiepercentage van 3%. De kosten zijn uitgedrukt per kW, waarmee wordt gedoeld op het verwarmings- of koelvermogen dat aan het opslagsysteem wordt ontleend, uitgaande van een temperatuurverschil van 10 °C over de putten. Kansen voor warmtepompen in de Glastuinbouw, Kea Consult, 1997 investering: ƒ1997 500,- per kW. Omgerekend is dit € 255 per kW onderhoud: 2% van de investering afschrijvingstermijn: niet genoemd Terugkoelen van grondwater met behulp van koeltoren t.b.v. wortelkoeling, LTO Groeservice, 2000 investering: ƒ1997 382,- per kW. Omgerekend is dit € 195 per kW onderhoudskosten: niet genoemd afschrijvingstermijn: niet genoemd Warmtepompen in de kas, Gastec, rapport ZGT020 investering: De investeringen worden niet uitgedrukt per kW vermogen. Het rapport geeft wel de kosten voor de aanleg van 2 bronnen van 150 meter diep (één doublet). De totale kosten die voor deze bronnen voor boring, bodemonderzoek, leidingwerk, warmtewisselaar, regeltechniek en begeleiding worden genoemd zijn ƒ 730.000,-. Uitgaande van een 3 debiet 80 m /uur en een temperatuurverschil van 10 °C zou dit doublet en vermogen van 1 MW kunnen leveren en dus ƒ 730, per kW kosten, ofwel € 331 per kW onderhoudskosten: 3% afschrijvingstermijn: 15 jaar De kas als zonne-energie oogster, IMAG, Nota P 2002-04 investering: € 335 per kW onderhoudskosten: 2% afschrijvingstermijn: 35 jaar Perspectieven voor de warmtepomp in combinatie met vloerverwarming, IMAG, Nota P 2002-32 investering: € 220 per kW onderhoudskosten: 3% afschrijvingstermijn: 33 jaar Detail engineering van een waterbak gekoelde kas, IMAG, Nota P 2002-29 investering: € 195 per kW onderhoudskosten: 2% afschrijvingstermijn: 33 jaar In de rapporten “Evaluatie systeemontwerpen voor ontvochtigen en energievoorziening” (Raaphorst e.a.,2002) en “De kas als zonnecollector door inverse ventilatie” (Pulles, 2001) worden de kosten die aan het ondergronds energieopslagsysteem zijn toegekend niet expliciet vermeld. De bandbreedte die voor de kosten worden genoemd loopt dus van € 195 tot € 335 per kW, de onderhoudskosten variëren van 2 tot 3% van de investeringen (en variëren daarmee dubbelop). De gebruikte levensduur is vrijwel overal ruim 30 jaar, met uitzondering van Gastec, ZGT020, waar de levensduur maar half zo groot is.

11

12

3

Kostencomponenten in ondergrondse energieopslagsystemen voor de glastuinbouw

Inleiding Bij de aanleg van ondergrondse energieopslagsystemen spelen tal van factoren een rol in de investeringskosten. Bezien vanuit de techniek zijn boordiameter en boordiepte zeer belangrijke invloedsfactoren. De vereiste boordiameter in combinatie met de filterlengte heeft een sterke relatie met de hoeveelheid water die aan de put onttrokken moet worden. Boordiepte en vereiste put-diameter per eenheid onttrekkingscapaciteit zijn afhankelijk van de plaatselijke bodemgesteldheid en daarmee nogal verschillend per lokatie. Om desalniettemin een indicatie te kunnen geven van de investeringskosten die met de aanleg van deze systemen gemoeid zijn heeft DWA een grafiek opgesteld waarin de aanlegkosten van een aantal recent aangelegde systemen zijn uitgezet tegen het debiet dat in deze systemen verpompt kan worden (dus de kosten per doublet). Omdat in deze studie het ondergrondse energieopslagsysteem wordt gedefinieerd als alle ondergrondse delen inclusief de warmtewisselaar (zie § 3.1) zijn bij de kosten voor de aquifer tevens de kosten voor de warmtewisselaar opgenomen. De regressie op deze gegevens leiden tot een richtbedrag per eenheid onttrekkingscapaciteit en een vaste kostencomponent. Omdat de gegevens van DWA allen betrekking hebben op de utiliteitsbouw, en het aannemelijk is dat in de tuinbouw een aantal componenten tegen lagere kosten aangebracht zouden kunnen worden heeft IF-Technology een kortingspercentage aangegeven dat op deze grafiek kan worden toegepast. De langs deze weg verkregen gegevens zullen worden aangemerkt als parameters voor de investeringsberekening. Naast dit richtbedrag worden vervolgens in kwalitatieve zin een aantal invloedsfactoren genoemd die in reële projecten het investeringsbedrag zullen beïnvloeden.

3.1

Systeemafbakening

De voorliggende studie naar de kosten van ondergrondse energieopslagsystemen beoogt direct toepasbare informatie op te leveren voor innovatief onderzoek rond de inzet van duurzame energie in de glastuinbouw. Deze onderzoeken concentreren zich op de problematiek van koeling en verwarming, de daarvoor benodigde installaties en besturing daarvan. De meest voor de hand liggende scheidslijn voor de kosten die tot het bronsysteem kunnen worden gerekend en de overige kosten ligt derhalve op de aansluiting van de warmtewisselaar op de rest van de installatie. Om het bronsysteem echter te kunnen laten werken dient ook de nodige regel- en bewakingstechniek te worden aangebracht. Zo is het van groot belang dat de zuig- en persleidingen op druk worden gehouden om ontgassing te voorkomen. Dit vereist een zorgvuldige besturing van pompen en kleppen, met name wanneer er sprake is van wisselende debieten. Naast de kosten voor de hardware worden ook de organisatorische kosten voor de totstandkoming van het ondergronds energieopslagsysteem meegenomen. Hierbij horen kosten voor de effectenstudie, de vergunning in het kader van de grondwaterwet en de daarbij behorende publicatiekosten.

13

3.2

Investeringskosten van een aantal recente projecten

In de afgelopen jaren heeft DWA een groot aantal projecten uitgevoerd waarover informatie beschikbaar is over kosten voor de aanleg van het bronsysteem. In onderstaande grafiek zijn de kosten van een aantal van deze projecten als functie van het maximale debiet van het bronsysteem weergegeven. Hierbij zijn de volgende onderdelen meegenomen: • Bronnen en putbehuizing • Pompen en frequentieregelaars, pompkamers, bronkoppen en leidingwerk in de putbehuizing • Transportleidingwerk in terrein, inclusief graafwerk • Leidingwerk in het ketelhuis • Warmtewisselaar met een ∆T van 2 °C. • Regeling, beveiliging en bekabeling voor het grondwatersysteem • Engineering en begeleiding uitvoering • Effectenstudie en vergunning Grondwaterwet • Onvoorzien (10%)

kosten [x 1000 euro] 700

600 y = 1970*maxDebiet + 141000 500

400

300

200

100

0

Figuur 3-1

50

100

150

200

250 300 max. brondebiet [m3/h]

Kosten voor de aanleg van een compleet bronsysteem voor een 11-tal projecten in de utiliteitsbouw als functie van het maximaal debiet dat eraan onttrokken kan worden.

Systemen die in de glastuinbouw toegepast zouden kunnen worden toegepast vereisen brondebieten 3 in de orde van 40 tot 200 m /ha/uur. De spreiding die de punten rond de lijn laten zien is gering. Dit maakt het verantwoord om de vergelijking voor de gefitte lijn als richtlijn voor de kosten voor een ondergronds energieopslagsysteem te gebruiken. 3 De helling van de lijn is 1970 euro/(m /uur) en het intercept is € 141.000. De lijn kan dus worden beschreven met Kosten = 1970*maxDebiet + 141000

[euro] 3

waarin maxDebiet het maximale debiet van het bronsysteem aangeeft in m /uur. In de discussie op de workshop is echter aangegeven dat bij toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen in de tuinbouw een iets lager prijsniveau aangehouden zou moeten worden.

14

Dit met name omdat de eisen aan de afwerking in de tuinbouw lager zijn dan in de gebouwde omgeving en de investeringshorizon in de utiliteitsbouw langer gekozen wordt. Op advies van IF-Technology kunnen de kosten voor de tuinbouw, zeker voor de wat kleinere systemen, daarom 15 tot 20% lager worden aangenomen. Bij grotere systemen (bijvoorbeeld groter 3 dan 400 m /uur) verwacht IF-Technology echter dat de kwaliteitsnormen voor systemen die in de tuinbouw worden toegepast zullen toegroeien naar die van de utiliteitsbouw (denk hierbij met name aan de werkings-zekerheid). Dit is in de toe te passen vergelijking worden weergegeven door met het intercept te verlagen en de helling van de kostenlijn te vergroten. Een rechte lijn die bij een debiet van 3 100 m /uur 20% lager ligt dan de lijn die DWA voor de utiliteitsbouw heeft opgesteld, en die bij 1000 3 m /uur nog maar 5% lager ligt wordt beschreven met Kosten = 1930*maxDebiet + 78000

[euro] 3

waarin maxDebiet het maximale debiet van het bronsysteem aangeeft in m /uur. Afhankelijk van de lokale situatie kunnen de kosten echter aanzienlijk afwijken ten opzichte van de bovengenoemde richtprijs. In de volgende paragraaf wordt hier nader op ingegaan.

3.3

Belangrijkste invloedsfactoren op de investeringskosten voor praktijkprojecten

De bovenbeschreven kosten kunnen worden beschouwd als richtprijzen voor scenario studies en bedrijfseconomische calculaties rond innovatieve systemen. Wanneer er feitelijke projecten moeten worden uitgevoerd zullen de kosten in positieve of negatieve zin kunnen veranderen. Tijdens de workshop zijn hierover een aantal zaken in kwalitatieve zin genoemd De boordiepte naar de aquifer en de doorlatendheid daarvan zullen van plaats tot plaats aanzienlijk verschillen. (wanneer een aquifer minder grof zand bevat zal de diameter en/of de filterlengte van de filterbuis moeten toenemen om een bepaald debiet te kunnen onttrekken en infiltreren) Wordt het bronsysteem voor bestaande bouw of voor nieuwbouw aangelegd. Met name de organisatorische complexiteit is bij bestaande bouw groter. (het maakt veel uit of de boor- en graafmachines over bouwterrein kunnen rijden of dat er allerlei verhardingen moeten worden opengebroken en/of hersteld) Is het ondergronds energieopslagsysteem een standaard-systeem of moet het helemaal apart geengineerd worden (vooralsnog is de ervaring met ondergrondse energieopslagsystemen in de tuinbouw beperkt en kunnen er dus nog weinig kostenreducties door standaardisatie worden gerealiseerd) Is het water van de aquifer zoet of zout. De materiaalkeuze (bijvoorbeeld RVS 304, RVS 316 of titanium) hangt in sterke mate af van de waterkwaliteit. (in het laatste geval zal de afvoer van water dat tijdens het boren en bij het ontwikkelen van de bron vrijkomt niet zonder meer of zelfs helemaal niet op het oppervlaktewater kunnen plaatsvinden) De kosten voor de afvoer van de vrijkomende grond Legeskosten (in sommige provincies zijn de leges vele malen hoger dan in andere provincies (de provincie Utrecht rekent een bedrag in de orde van € 10.000, terwijl de provincie Zuid-Holland slechts € 500 rekent) Subsidiemogelijkheden (vanwege het energiebesparend effect van ondergrondse energieopslagsystemen bestaan er een aantal regelingen waarbinnen subsidie kan worden verleend (VAMIL, EIA). De uitwerking van deze regelingen is sterk afhankelijk van de financiële en fiscale situatie van de aanbesteder)

15

3.4

Variabele kosten

Ondergrondse energieopslagsystemen kennen nauwelijks variabele kosten (kosten die met het gebruik samenhangen). De belangrijkste variabele kostenpost is het elektriciteitsverbruik van de bronpomp. Gemiddeld genomen bedraagt de drukval over een doublet bij maximaal ontwerpdebiet 3 ongeveer 400 kPa. Dit betekent dat voor een bron die 100 m /uur levert een pompvermogen nodig is van zo’n 11 kW en, rekening houdend met pomp-efficiënties en elektrische omzettingsrendementen, een elektrisch vermogen van ongeveer 20 kW. Op volle capaciteit betekent dit een energieverbruik 3 van 0.7 MJ/m . Indien de bronpompen echter vaak in deellast werken, wat in tuinbouwsituaties met name bij het 3 koelen vaak het zal zijn zal het gemiddeld verbruik per m verpompt water afnemen, bijvoorbeeld naar 3 0.5 MJ/m . Voor het jaarlijks elektriciteitsverbruik (in MJ) van een ondergronds energieopslagsysteem 3 kan dus een inschatting worden gemaakt door de totale verpompte waterhoeveelheid met 0.7 MJ/m te vermenigvuldigen indien het systemen vooral op vollast draait. Als het systeem veel deellast-uren 3 maakt zal het elektriciteitsverbruik per m wat lager komen te liggen. Ten behoeve van energiebesparingsberekeningen zal dit energieverbruik via een toepasselijk conversierendement moeten worden omgerekend in primaire energie.

3.5

Onderhoudskosten

Het onderhoud van een goed functionerend ondergrondse energieopslagsystemen bestaat voornamelijk uit het periodiek controleren van de installatie en het doorspoelen van de bronnen. Indien echter eventuele mankementen niet tijdig worden gesignaleerd kan een ondergronds energieopslagsysteem ernstig verstop raken, wat erg moeilijk weer te verhelpen is. Tijdens de workshop is daarom aangegeven dat onder de onderhoudskosten van ondergrondse energieopslagsystemen vooral gedacht zou moeten worden aan een servicecontract waarin garantie besloten ligt. De jaarkosten voor zo’n contract zouden in de orde van 2% van het investeringsbedrag moeten liggen. Binnen dit servicecontract zouden ook de kosten voor de rapportage in het kader van de Grondwaterwet kunnen zijn ondergebracht (1%).

3.6

Levensduur

Ondergrondse energieopslagsystemen zijn zeer duurzame productiemiddelen met een technische levensduur van 20 tot 30 jaar. De afschrijvingsperiode zou derhalve lang gekozen kunnen worden. In bedrijfseconomische afwegingen zullen tuinders de investering echter in een veel kortere periode willen afschrijven. Het worksheet dat in het volgende hoofdstuk besproken wordt biedt dan ook de ruimte om de afschrijvingsperiode aanzienlijk korter te maken. Overigens heeft de gekozen afschrijvingsperiode geen effect op de waarde van de Simpele Terugverdientijd. Hierop wordt in het volgende hoofdstuk nader ingegaan.

16

4

Toepassing van het Excel worksheet

Inleiding Ten behoeve van de overzichtelijke en geuniformeerde berekening van bedrijfseconomische kentallen van klimatiseringsinstallaties die gebruik maken van ondergrondse energieopslagsystemen is een Excel worksheet opgesteld waarin de in deze studie gegenereerde kentallen zijn opgenomen zodat op grond van systeemspeciefieke parameters, zoals maximum debiet en totaal aantal verpompte kubieke meters de jaarkosten van het opslagsysteem kunnen worden berekend. Daarnaast biedt het worksheet ruimte om de invloed van meer algemene parameters, zoals elektriciteitskosten, gemiddelde rentevoet en afschrijvingsperiode in te vullen. Aangezien een ondergronds energieopslagsysteem op zichzelf alleen maar kosten oplevert (zie figuur 1.1) biedt het worksheet ook ruimte om de revenuen van het systeem in de vorm van de voordelen tijdens de koel- en de verwarmingsfunctie vast te leggen. Uiteraard worden ook de kosten die daarbij optreden in het worksheet meegenomen.

4.1

Korte omschrijving van de invoervelden

Bij opening van het worksheet ziet het calculatieschema er ongeveer uit als in figuur 4.1.

Figuur 4-1

Invulscherm voor het calculatieschema

Het voorbeeld dat in figuur 4-1 is afgebeeld is gevuld met reële data. Rechts boven in de hoek worden de Netto Contante Waarde (NCW) aan het eind van de afschrijvingstermijn getoond en de Simpele Terugverdientijd. Om deze kentallen te kunnen berekenen moeten de volgende velden worden ingevuld.

17

•

• • • • • • • • • •

•

•

•

Afschrijvingstermijn energieopslag systeem Een ondergronds energieopslagsysteem heeft een technische levensduur van 20 tot 30 jaar. Als economische levensduur zal echter een veel kortere termijn moeten worden gebruikt, namelijk 10 tot 15 jaar Afschrijvingstermijn van andere apparatuur: Andere apparatuur die voor het ondergronds energieopslagsysteem nodig is zal een kortere afschrijvingstermijn hebben Rentevoet Te hanteren rente die met het ingezette kapitaal behaald zou kunnen worden indien het niet was geïnvesteerd. Subsidie Een eventueel eenmalig te verwerven subsidiebedrag dat in mindering op de investering kan worden gebracht. Elektriciteitstarief: Dit wordt in combinatie meet de hoeveelheid water die per jaar verpompt wordt gebruikt voor de elektriciteitskosten van de bronpomp. Verpompt water 3 Aantal m water dat per jaar door de warmtewisselaar wordt gepompt (t.b.v. berekening van de pompenergie) Maximaal debiet van de bronnen De hoeveelheid water die aan een bron kan worden onttrokken (en in de andere bron kan worden 3 teruggevoerd) in m /uur Investeringen ondergronds energieopslagsysteem Kosten in verband met de aanleg van de putten. Deze worden berekend uit het maximale debiet (zie discussie rond figuur 3-1) Variabele kosten – pompenergie →Deze worden berekend uit de verpompte waterhoeveelheid – onderhoud →gesteld op 2% van de investering en derhalve automatische berekend. Beheerskosten Monitoring en rapportage zijn verplicht in verband met de milieuvergunning Warmtepomp kosten – Investeringskosten warmtepomp – Gebruikskosten warmtepomp → dit zal bij een elektrische warmtepomp bestaan uit de elektriciteitskosten. Bij een gasmotor aangedreven warmtepomp en een absorptiewarmtepomp zal dit gasverbruik verdisconteerd zijn in de Commodity kosten voor aardgas. – Onderhoudskosten → Een percentage van de investering Baten – Commodity kosten aardgas → De toepassing van de warmtepomp zal tot een besparing van het gasverbruik leiden. Deze besparing maal de commodity kosten van aardgas levert de besparing op commodity kosten – Diensten aardgas →Door toepassing van een warmtepomp zullen de dienstenkosten voor het aardgas kunnen afnemen (lagere aansluitcapaciteit). Dit zal optreden bij een elektrisch aangedreven warmtepomp. Bij een gasmotor aangedreven warmtepomp zullen de dienstenkosten kunnen echter meer geneigd zijn toe te nemen omdat de jaarbelastingduurkromme van het gasafname patroon scherper zal worden. – Kleinere ketel → bij nieuwbouw kan bij gebruik van een warmtepomp de ketel wellicht wat kleiner gekozen worden – Productiestijging → Koeling kan leiden tot een hogere CO2 concentratie, en daarmee tot een hogere productie – CO2-kosten beperking → Ten gevolge van een verminderd ventilatieverlies Overige kosten Deze velden zijn toegevoegd om extra kostenposten die met het koel en verwarmingssysteem gepaard gaan te kunnen opnemen en in de terugverdientijd en netto contante waarde berekening mee te kunnen nemen. Denk bijvoorbeeld aan luchtbehandelingskasten, pompen etc. Initiële en jaarlijkse kosten worden langs deze weg op de geëigende wijze meegenomen. Overige opbrengsten Deze velden zijn toegevoegd om extra opbrengsten die met het koel en verwarmingssysteem gepaard gaan te kunnen opnemen en in de terugverdientijd en netto contante waarde berekening mee te kunnen nemen. Denk bijvoorbeeld aan de verkoop koude aan een buur-tuinder.

18

5

Conclusies

Bij de toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw kan de scheiding tussen het opslagsysteem en verwarmings- en koelsysteem vlak boven de warmtewisselaar worden gelegd. Het ondergronds energieopslagsysteem functioneert dan als een black box die op aanvraag koude of warmte kan geven. Het ondergronds energieopslagsysteem kent op zichzelf alleen kosten. Pas uit het gebruik van het beschikbaar koelvermogen of de laagwaardige warmte kunnen opbrengsten aan het systeem worden ontleend. Bij de bestudering van recente rapporten waarin gebruik wordt gemaakt van ondergrondse energieopslagsystemen blijkt dat de kosten die voor deze systemen in rekening worden gebracht liggen tussen de € 195 tot € 335 per kW. Uitgaande van een temperatuurverschil tussen warme en 3 koude bron betekenen dit kosten tussen de € 2.264 en € 3.890 per m /uur broncapaciteit. De richtprijs 3 die vanuit de praktijk op de workshop is ingebracht bedraagt € 1930 per m /uur + € 78000. Met name de ondergrens van de in deze rapporten gebruikte kosten sluit dus aan bij de resultaten van de workshop. De onderhoudskosten variëren in de literatuur van 2 tot 3% van de investeringen. In de workshop is echter aangegeven dat 2% van de investeringen als richtprijs voor de kosten voldoende is voor een service en onderhoudscontract. De technische levensduur van een ondergronds energieopslagsysteem is in de orde van 20 tot 30 jaar. In bedrijfseconomische berekeningen zal als economische afschrijvingsduur evenwel meestal een veel kortere periode worden aangehouden (10 tot 15 jaar). Bij toepassing van het ontwikkelde worksheet worden de in deze studie genoemde kosten op de juiste manier in rekening gebracht.

19

6

Literatuur

Campen., J.B, H.F. de Zwart, N.J. van de Braak, H.D.M. Kool, E.G.O.N. Janssen, 2001, Koeling en Ontvochtiging in de Floriadekas, IMAG rapport 2001-102 Raaphorst, M.G.M., M.N.A. Ruijs, J.K. Nienhuis, N.J. van de Braak, H.F. de Zwart, G.G. Schoonderbeek, E.M.B. Heller en J.J.G. Opdam; 2001, Evaluatie systeemontwerpen voor ontvochtigen en energievoorziening, Praktijkonderzoek Plant & Omgeving, Rapport PPO -521 Hondeman, H., C. en K. Jansen, Warmtepompen in de kas, 2001, Gastec zakelijke gastoepassingen, rapport ZGT020 (Bijgevoegd als bijlage bij IMAG Nota 2002-29)). Pulles, C. 2001, De kas als zonnecollector door inverse ventilatie, Gastec zakelijke gastoepassingen Kempkes, F.L.K. en H.F. de Zwart, 2002, Perspectieven voor de warmtepomp in combinatie met vloerverwarming, IMAG Nota 2002-32 Klopstra, A en C. Geuzendam, 2001. De Boer op met energieopslag in de bodem; inventarisatie van energieopslagsystemen voor de land- en tuinbouw t.b.v. promotie, Novio Consult, Amsterdam. Zwart, H.F. de en G.L.A.M. Swinkels, 2002, De kas als zonne-energie oogster, IMAG rapport 2002-04. Zwart H.F. de, C.J.A. Pulles, D. Waaijenberg en H. Loeffen, 2002, Detail engineering voor een waterbak gekoelde kas, IMAG Nota 2002-29

20

7

Bijlage: Workshop presentaties

Inleiding Op 14 mei zijn een aantal vertegenwoordigers van grondboorbedrijven, adviesburo’s en onderzoeksinstellingen bij elkaar gekomen om door elkaar op de hoogte gebracht te worden van de laatste ontwikkelingen in de toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw en over de kostenbepalende factoren en de kostenniveaus bij de aanleg van zulke systemen. Op deze bijeenkomst waren de volgende personen aanwezig: §

§

§

§

§

§

§

§ §

De heer Suurhoff, secretaris van de Nederlandse Vereniging voor Ondergrondse Energieopslagsystemen. De heer Suurhoff vertelt dat hij zich de laatste tijd actief heeft ingezet voor de totstandkoming voor het handboek met richtlijnen voor ondergrondse energieopslag. Ook is hij zeer actief op het gebied van PR-activiteiten rond het handboek en ondergrondse energieopslag in het algemeen. De heer Timmermans, directeur van het grondboorbedrijf Westerlaken en Voorzitter van de Nederlandse Vereniging voor Ondergrondse Energieopslagsystemen. Het bedrijf van de heer Timmermans bouwt verschillende opslagssystemen per jaar (6 tot 10 3 grotere systemen (> 100 m /uur) en nog een 20 tal kleinere) De heer Buitenhuis, directeur van DWA installatie- en energieadvies. DWA heeft de ontwikkeling van een groot aantal ondergrondse energieopslagsystemen begeleid en voert voor veel lopende systemen monitoring activiteiten uit. Hun inzet in deze werkzaamheden begon met de aanleg van koude-opslag voor het Groene Hart ziekenhuis in Gouda (1992) en betreft de laatste jaren zo’n 10 installaties per jaar. In absolute aantallen blijft het werk in deze sector voor DWA ongeveer constant, maar door groei van het bedrijf neemt het belang in relatieve zin af. DWA werkt veel samen met IF Technology, waarbij DWA vooral de energie-installaties in de gebouwen ontwerpt en IF Technology de ondergrondse werkzaamheden coördineert en dimensioneert. De heer Bakema van IF-Technology IF-Technology heeft in de loop van de tijd een grote deskundigheid ontwikkeld op het gebied van de bodemgesteldheid in Nederland en de mogelijkheid die dit biedt voor de toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen. Ondergrondse energieopslagsystemen vormen dan ook de core-business van dit bedrijf. IF-Technology wordt vaak bij energie opslag projecten betrokken in verband met milieu-effect rapportages en voor de inschatting van het effect van bronnen op de grondwater-regime. De heer de Zwart van het IMAG Hij is projectleider van het voorliggend project en heeft veel ervaring op het gebied van energie in de glastuinbouw. Hij beheert en ontwikkeld een uitgebreid kasklimaatsimulatiemodel waarmee veel scenariostudies worden gedaan rond innovatieve technieken en materialen in de tuinbouw. De toepassing van ondergrondse energieopslagsystemen is de afgelopen tijd één van die innovatieve ontwikkelingen geweest De heer Knies van het IMAG Hij werkt op dezelfde afdeling als de heer de Zwart en is bij dit project betrokken als ontwerper en ontwikkelaar van het op te leveren Excel worksheet. De heer Knies is in het recente verleden betrokken geweest bij literatuurstudies over bodemopslagsystemen. De heer Schoonderbeek van Ecofys. Ecofys is reeds een aantal jaren actief op het gebied van energie-systemen voor de glastuinbouw en is de laatste twee jaar bezig in de ontwikkeling van de gesloten kas. Vanwege de grote koellast die de gesloten kas in de zomer met zich meebrengt is het ondergronds energieopslagsysteem een zeer belangrijke pijler van dit energieconcept. De heer de Ruijter van KEMA-sustainable Kema rondt momenteel een project af waarin het perspectief van koeling van kassen en de verwarming met behulp van lage temperatuur systemen wordt bestudeerd. De heer van Mourik van Novem De heer van Mourik is al vanaf 1980 betrokken bij de ontwikkeling van ondergrondse energieopslagsystemen. Hij is lange tijd coördinator geweest van de ontwikkelingsprogramma’s die Novem rond dit thema heeft uitgezet. Recent zijn de ontwikkelingsprogramma’s opgegaan in een de grotere Novem DEN-regeling (Duurzame Energie in Nederland). Binnen Novem blijft de

21

§

7.1

heer van Mourik echter een rol spelen als deskundige op dit gebied. De heer Raaphorst van PPO-Naaldwijk De heer Raaphorst is onderzoeker bedrijfskunde van de Naaldwijkse vestiging van het Praktijkonderzoek Plant & Omgeving sector Glastuinbouw, waar hij werkzaam is binnen de onderzoeksgebieden Teeltsystemen en Energiebesparing. Hij is hoofd-auteur van een recent verschenen studie naar de bedrijfseconomische evaluatie twee concepten voor ontvochtigen en energievoorziening in de glastuinbouw. Op dit moment is hij nauw betrokken bij het lopende experiment in de gesloten kas.

Presentatie van de heer de Zwart

Ondergrondse energieopslagsystemen en warmtepompen horen bij elkaar. De belangstelling voor deze systemen ten behoeve van de glastuinbouw is dan ook pas opgekomen toen vanaf 1997 met de publicatie van het rapport Kansen voor warmtepompen in de Glastuinbouw (Kea Consult) de warmtepomp opnieuw onder de aandacht werd gebracht. De eerdere toepassingen van warmtepompen, stammend vanuit de periode 1980-1985, waren namelijk allemaal weer buiten bedrijf gesteld omdat ze niet rendabel konden worden ingezet. Het perspectief van die systemen was vooral slecht omdat ze min of meer als alternatieve ketel waren ingepast en allen gebruik maakten van omgevingswarmte als warmtebron. Een groot nadeel van deze warmtebron is dat op momenten dat de warmtevraag het grootst is, de beschikbaarheid van deze omgevingswarmte het laagst is. Bovendien waren de energiekosten in de periode rond 1995 veel lager dan in de periode rond 1983 Met de totstandkoming van de eerste studies rond de “kas van de toekomst”, die op de Floriade van 2002 aan het publiek getoond wordt, besteedt Ecofys veel aandacht aan de gesloten kas. Dit concept, waarmee energie kan worden bespaard, de productie kan worden verhoogd, de CO2-behoefte fors kan worden verlaagd en emissies van toxische stoffen tot vrijwel 0 kunnen worden gereduceerd, is in hoge mate afhankelijk van het gebruik van ondergrondse energieopslagsystemen. De gesloten kas heeft zeer grote koelvermogens nodig (een etmaalgemiddelde van 2.3 MW/ha), waarin een ondergrondse koudebuffer en bovengrondse etmaal-buffers nodig zijn. Naast de gesloten kas worden in die periode ook andere systemen voorgesteld. Systemen waarin de kas niet gesloten wordt, maar waarin wel ontvochtigd en gekoeld wordt om het CO2 verlies te beperken en warmte-overschotten in koude perioden te benutten. In het tijdvak 1999-2002 worden deze systemen in burostudies en een aantal praktijk-projecten verder uitgewerkt en bestudeerd. De rapporten die hieruit voortkomen laten grote potenties zien in energiebesparing en productieverhoging, maar hebben meestal een ronduit ongunstig, en in sommige gevallen een zeer bescheiden bedrijfseconomisch perspectief zien (lange terugverdientijden bij hoge investeringen). Natuurlijk zijn de resultaten sterk afhankelijk van de uitgangspunten en met name de hanteren benaderingswijze van de kosten voor het ondergronds energieopslagsysteem loopt nogal uiteen. Vanwege dit feit hebben de programmacoördinatoren voor het Energieonderzoek ten behoeve van de glastuinbouw het IMAG verzocht rond dit punt een zekere harmonisatie tot stand te brengen. Dit is de directe aanleiding voor de workshop. Ter informatie worden er enkele kentallen van de actuele tuinbouw gegeven (sub)sector Groenten Tomaat Paprika Rest Snijbloemen Roos Chrysant Rest Potplanten Diverse Totaal

oppervlak

gemiddeld gasverbruik

1200 ha 1200 ha 2000 ha

60 m /m /jr 3 2 50 m /m /jr

950 ha 800 ha 2300 ha

80 m /m /jr 3 2 50 m /m /jr

3

2

3

2

1300 ha 10.000 ha

totaal verbruik

3

4.2 mld m /jr

Rond de toepassing van warmtepompoen zijn de snijbloemen Roos en Chrysant ongeschikt omdat in

22

deze teelten veel gebruik wordt gemaakt van assimilatiebelichting met WKK. Het gebruik van WKK leidt tot een grote hoeveelheid afvalwarmte, waardoor er in dit teelten nauwelijks behoeft is aan andere warmtebronnen (zoals een warmtepomp). Onder de snijbloemen sector vallen echter ook de Alstroemeria- en Fresiateelt, waar veel vraag is naar grondkoeling. In deze sectoren is zonder meer een markt voor het gebruik van warmtepompen, en daarmee voor ondergrondse energieopslagsystemen. In de groententeelt zou ook gebruik gemaakt kunnen worden van warmtepompen, maar dat zal niet eerder in de belangstelling komen dan het moment waarop energiebesparingsdoelstellingen zwaarder gaan wegen. Op die bedrijven waar een WKK-installatie staat die elektriciteit voor het openbare net produceert zal er om dezelfde reden als bij de Roos en Chrysant geen plaats zijn voor een warmtepomp.

Systeemconcept bij toepassing van een warmtepomp en ondergronds energieopslagsysteem In studies rond de inzet van de warmtepomp in de glastuinbouw wordt de warmtepomp ongeveer zoals in de onderstaande schets ingepast. Hierin voert de warmtepomp zijn warmte op een zo laag mogelijke temperatuur af op het verwarmingssysteem. Tijdens een piek-vraag kan de ketel of de buffertank additioneel vermogen leveren. Indien gewerkt wordt met een gasmotor aangedreven warmtepomp wordt het motorkoelwater van de gasmotor als hoogwaardige warmte afgevoerd op de buffertank. Het systeemconcept is geschetst in onderstaande figuur.

ketel gasmotor warmtepomp

aquifer

Bovenstaande figuur toont de situatie tijdens het ontladen van de ondergrondse energieopslag. Voor het laden van de aquifer worden een aantal verschillende systemen toegepast. Hierop wordt verderop teruggekomen.

Warmte en koudevraag Bij gebruik van een ondergronds energieopslagsysteem is een balans tussen warmte-opslag en warmte-onttrekking vereist. Uitgaande van de gemiddelde warmtevraag van een energie-intensieve 2 teelt, waarin 1500 tot 1800 MJ/m jaar voor verwarming wordt gebruikt zal een gasmotor aangedreven 2 1 warmtepomp zo’n 600 MJ/m jaar aan de aquifer onttrekken . Een elektrisch aangedreven warmtepomp zal zo’n 25% meer en een absorptiewarmtepomp zo’n 25% minder warmte onttrekken. 2 Het warmte-overschot in een kas is ongeveer 1800 MJ per m per jaar. Om een aquifer in de zomer evenveel op te warmen als dat er in de winter aan wordt onttrokken moet dus ongeveer 1/3 van het warmte-overschot aan de kas worden onttrokken. Indien er in de zomer behoefte is aan meer dan 600 2 MJ koelingspotentiëel moeten er meerdere vierkante meters per m te koelen kas in de zomer met een warmtepomp worden verwarmd, of moet er in de winter op een andere manier dan met een warmtepomp koude worden geladen.

1

Uitgaande van een dekkingsgraad van 70% en een overall COP van 2.

23

CO2 dosering Een aspect waar bij de toepassing van warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen in de glastuinbouw terdege rekening moet worden gehouden is de behoefte aan CO2 bemesting. De toegevoegde waarde van deze CO2 is groot, vaak meer dan de kosten voor het verbranden van aardgas en het vernietigen van de vrijkomende warmte. Ter illustratie van de CO2-doseringspraktijk van een aantal jaren geleden zijn de resultaten van een praktijkonderzoek naar het gebruik van CO2dosering (en warmtebuffers) onder 23 tomatentuinders en 16 paprikatuinders in onderstaande sheet in beeld gebracht. Het blijkt dat bij de tomaat ongeveer 48% van de bij de verbranding van het aardgas vrijkomende CO2 wordt gebruikt voor CO2 dosering en bij de paprika 41%. (bovendien illustreert de sheet dat 30 tot 40% van de vrijkomende warmte eerst in de buffer wordt opgeslagen (dus overdag wordt geproduceerd om ’s nachts te worden gebruikt))

Gasmotor aangedreven warmtepompen leveren half zoveel CO2 per eenheid warmte en de warmte is vanwege het lage temperatuurniveau ook nog eens slecht bufferbaar. Elektrische warmtepompen geven helemaal geen CO2 per eenheid warmte. Alhoewel de vraag naar CO2 bij gebruik van koeling zal afnemen vormt de vermindering van beschikbare CO2 een belangrijk nadeel van het gebruik van warmtepompen. Dit geldt overigens niet alleen voor warmtepompen, maar voor veel meer energiebesparende maatregelen. Desalniettemin zullen warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen in de toekomst een rol gaan spelen. In teelten waar grondkoeling wordt toegepast zou zonder meer gebruik gemaakt kunnen worden van de warmtepomp. Daarnaast heeft de tuinbouw een doelstelling om in 2010 4% van het energiegebruik uit duurzame bron te betrekken. Voor de biologische tuinbouw ligt die doelstelling zelfs op 10%. Bovendien is de verwachting dat energiebesparing een blijvend maatschappelijk item is. In de derde plaats wordt er steeds weer geopperd dat het mogelijk zou moeten zijn om industrieel vrijkomende CO2 via een distributienetwerk naar tuinbouwgebieden te kunnen transporteren. Daarom worden er ondanks de problemen rond warmtepompen nog steeds studies uitgevoerd naar de toepassing van deze techniek in de tuinbouw. Deze studies concentreren zich met name op de wijze waarop in de zomer warmte aan de kas kan worden onttrokken. Opties die daarbij bestudeerd zijn/worden zijn de benutting van het bestaande buizennetwerk, dat behalve voor verwarming ook voor koeling gebruikt zou kunnen worden, het gebruik van andere koude oppervlakken en het koelen door middel van geforceerde ventilatie. Alleen geforceerde ventilatie levert voldoende capaciteit om de kas dicht te kunnen houden. De andere systemen kunnen de ventilatiebehoefte slechts in meer of mindere mate verminderen.

24

Koelende buizen (zie onderstaande figuur) kunnen in de standaard lay-out van de kas tot ongeveer 2 250 MJ/m per jaar onttrekken. Het in de figuur getoonde speciaal ontwikkelde koel-element zal op 2 jaarrond basis niet meer dan 200 MJ/m onttrekken. Deze systemen bieden daarmee maar een zeer beperkt perspectief. Het dakbevloeiingssysteem, wat ook op natuurlijke convectie is gebaseerd lijkt een veel beter 2 perspectief te bieden. De verwachte koelcapaciteit ligt op 700 MJ per m per jaar, wat goed in de buurt zit bij de regeneratiebehoefte van een ondergronds energieopslagsysteem dat in de winter door een warmtepomp wordt ontladen.

25

Koelsystemen op basis van geforceerde ventilatie hebben een veel groter potentieel. In een recent afgeronde studie naar een waterbak gekoelde kas, waar de warme kaslucht via een decentraal 2 distributienetwerk (één aanzuigpunt per 40 m ), leiden de berekeningen tot een maximale 2 warmteonttrekking van 1200 MJ/m per jaar. Het gedistribueerde karakter leidt tot kleine drukverliezen en daarmee tot een beperkt elektricteitsverbruik. Het koelsysteem van de gesloten kas is zodanig gedimensioneerd dat het totale warmteoverschot 2 afgevoerd kan worden en het systeem dus zo’n 1800 MJ/m /jaar aan de kaslucht onttrekt.

26

Een belangrijk aandachtspunt dat in het project “Detail engineering van een waterbak gekoelde kas is opgenomen is de berekening van de waarde die aan koelcapaciteit moet worden toegekend. De belangrijkste zaken die in waarde kunnen worden vertaald zijn de vermindering van de CO2-behoefte en de toename van de productiewaarde. De onderstaande figuur laat zien dat beide effecten verassend lineair met de jaarlijkse warmte-onttrekking samenhangen. Er wordt expliciet van productiewaarde gesproken omdat de productietoename in kilogrammen nog niet zoveel over de opbrengsten zegt. De berekeningen gaven echter aan dat het niet zo veel uitmaakt of je op de verticale as van de productiegrafiek de productiewaarde of de productiehoeveelheid uitzet.

Toekomstperspectief Rond de inzet van warmtepompen en ondergrondse energieopslagsystemen verwacht de heer de Zwart dat in de nabije toekomst veel aandacht zal uitgaan naar projecten op bedrijven waar grondkoeling wordt toegepast. Tegelijkertijd zal er voortgaand onderzoek plaatsvinden naar de mogelijkheden om de kas middels koeling meer gesloten te kunnen houden. Voor de gesloten kas zal het totaalconcept verder worden geanalyseerd want het actuele project laat zien dat het in tuinbouwkassen eigenlijk niet mogelijk is om innovaties op één onderdeel los van de rest van de kas in te voeren. Voor de bedrijfseconomische evaluatie van de systemen waarover de komende tijd gerapporteerd wordt kan gebruik gemaakt worden van het worksheet dat op deze workshop aan de orde is geweest en als projectresultaat zal worden opgeleverd. Dit zal leiden tot een gemakkelijker beoordeling van de verschillende systemen.

27

7.2

Presentatie van de heer Timmermans

Vanuit de NVOE (de Nederlandse vereniging voor Ondergrondse Energieopslagsystemen) houdt de heer Timmermans een voordracht over de doelstelling van de vereniging en geeft hij een aantal illustraties van de wijze waarop aquifers worden geboord en geeft aan waar rekening mee gehouden moet worden. De heer Timmermans is directeur van het grondboringsbedrijf Westerlaken en voorzitter van de vereniging. NVOE De NVOE is in januari 1999 opgericht nadat de NOVEM een jaar eerder een oproep tot de vorming van zo’n vereniging had gedaan. De belangrijkste doelstelling van de NVOE is te bewerkstellingen dat de aangesloten leden een kwaliteitsgarantie voor ondergrondse energieopslagsysteem kunnen geven. Dit doel uit zich onder andere in de eis dat bedrijven die lid zijn van de NVOE tenminste 5 jaar garantie op de door hen geleverde systemen leveren. Deze kwaliteitsachtergrond biedt de NVOE een goede basis om de technologie verder te ontwikkelen en het gebruik van duurzame energie bij koel- en verwarmingstoepassingen te optimaliseren. Recent heeft de vereniging een handboek opgesteld (NVOE-richtlijnen voor ondergrondse energieopslag) en is een model-document ontwikkeld waarin de meest relevante leverings- en garantievoorwaarden voor ondergrondse energieopslagsystemen zijn opgesteld. Er wordt gewerkt aan een model service- en onderhoudscontract en aan een document met richtlijnen voor de uitvoering van koudeopslagprojecten. Daarnaast werkt de NVOE mee aan regelgeving op het gebied ondergrondse opslagsystemen.

In de toekomst wil de NVOE zich toeleggen op een vergroting van het aantal grondboorbedrijven dat bij de koelorganisatie is aangesloten de ontwikkeling van een certificatiesysteem lobby-werk om ondergrondse energieopslag bij de overheid beter onder de aandacht te brengen kennisverspreiding in de vorm van lezingen de ontwikkeling van gerichte opleidingen

28

Boortechnieken Vanwege de na te streven kwaliteit worden de boringen die via de uitvoeringsrichtlijnen van de NVOE plaatsvinden uitgevoerd met behulp van de zuigboortechniek (Figuur 1 t/m 4). Bij deze techniek zakt een roterende boorkop langzaam de grond in, waarbij het losgewoelde grond/water mengsel door een centrale buis naar boven wordt gezogen. De hoge snelheid voorkomt ontmenging van grove en fijne bodemdeeltjes, waardoor de samenstelling van de vaste delen die bij de bezinkbak wordt bemonsterd een goed beeld geeft van van de samenstelling van de grondlaag waarin de boorkop zich op dat moment bevindt. In de bezinkbakken worden vaste delen en water gescheiden, waarna het water wordt teruggevoerd naar het boorgat. Door de veel grotere diameter van het boorgat is de stroomsnelheid van dit water laag zodat er weinig erosie langs de wanden plaatsvindt.

Figuur 7-1

Schets van de zuigboortechniek, waarbij het losgewoelde grond/water mengsel met hoge snelheid door een centrale buis naar boven wordt gepompt en het water, na afscheiding van de vaste delen in bezinkbakken, weer langzaam via het veel grotere boorgat terugstroomt.

Figuur 7-2

Bovenaanzicht van een booropstelling. Er zijn duidelijk drie bezinkbakken zichtbaar. De kraanwagen schept de bezinkbakken steeds leeg en stort de opgezogen grond in gereedstaande containers.

29

Figuur 7-3

Zijaanzicht van een booropstelling in de binnenstad van Rotterdam waar een aantal putten van 250 meter diep zijn aangebracht.

Figuur 7-4

Detailaanzicht van de bezinkbakken.

Op het punt waar het water in de bezinkbakken stroomt worden regelmatig monsters genomen zodat de samenstelling van de bodem van meter tot meter kan worden vastgesteld. Figuur 9-5 toont het resultaat van dergelijke bemonsteringen in een kist waarin voor elke meter een monster wordt bewaard. Met name de wisselingen in zand- en kleilagen worden zorgvuldig vastgesteld zodat de gelaagde structuur bij het omstorten van de buis kan worden hersteld. De informatie over de bodemstructuur wordt naderhand opgeslagen in een archief van het NITG in Delft.

30

Nadat het boorgat tot op de juiste diepte is aangebracht wordt een kunststof filterbuis inbracht. Deze buis heeft een veel kleinere diameter dan het boorgat en heeft ter diepte van de aquifer die als energieopslag systeem gebruikt zal worden een aantal verticale insneden. Kleilagen zorgen er voor dat water uit de aquifer niet kan mengen met water in andere bodemlagen (of hoger gelegen, niet gebruikte aquifers). Door de ondergrondse waterdruk zal de filterbuis vol water komen te staan zodat de opvoerpomp niet op dezelfde diepte als de aquifer hoeft te liggen.

Figuur 7-5

Schematische weergave van het zijaanzicht van een filterbuis nadat deze is omstort met vulmateriaal.

Het omstorten van de filterbuis kan het beste gebeuren langs de in figuur 9.6 getoonde schets. Hierbij wordt het vulmateriaal vlak bij de plaats van bestemming ingebracht. Door juiste diepte-instelling kan het vulmateriaal goed worden afgestemd op het wandsamenstelling terplekke. Zou het materiaal gewoon vanaf het maaiveld worden gestort, dan zou het grove materiaal onderin komen te liggen en het fijnere materiaal bovenaan.

Figuur 7-6

Schematische weergave van het vullen van de ruimte tussen de boorwand en de kunsstofbuis waarbij gebryuik wordt gemaakt van een sortbuis.

31

Na het opvullen van de ruimte tussen de kunsstofbuis en de wand van het boorgat, dient de put te worden ‘ontwikkeld’. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een buis voorzien twee flexibele ringen die afdichten op de wand van de kunststof buis. De pomp bevindt zich in de “kamer” tussen de ringen. Met behulp van de pomp wordt via perforaties in de buis de omgeving gespoeld en ontdaan van fijne deeltjes die later verstopping zouden kunnen veroorzaken. Het principe van het spoelen is te zien in figuur 9-7

Figuur 7-7

Zijaanzicht van een booropstelling in de binnenstad van Rotterdam waar een aantal putten van 250 meter diep zijn aangebracht.

Figuur 7-8

Foto van de opstelling waarmee de put wordt ontwikkeld.

32

Figuur 7-9 toont schematisch een ondergronds energieopslagsysteem in bedrijf. Weergegeven is de situatie waarbij koude wordt gebruikt en opgewarmd water wordt opgeslagen

Figuur 7-10 Een ondergronds energieopslagsysteem in bedrijf

De boorput kan op maaiveldniveau onopvallend worden afgewerkt. In figuur 9-14 is te zien dat de afwerking bestaat uit een lage “kist”met een scharnierend deksel daarop.

Figuur 7-11 Afwerking van een put in de binnenstad van Rotterdam

33

Indien er twee geschikte aquifers boven elkaar zitten, kan ervoor worden gekozen om niet zoals gewoonlijk twee putten (een warme en een koude) te boren, maar warmte- en koudeopslag boven elkaar te plaatsen en deze via een enkele put te laden en ontladen. Dit wordt een monobron genoemd. Figuur 9-12 geeft een dergelijk systeem schematisch weer.

Figuur 7-12 Schets van een monobron waar twee boven elkaar liggende aquifers worden gebruikt die via één boorgat zijn ontsloten. De filterbuis heeft hierbij een afsluiting tussen de twee aquifers.

Behalve een besparing op boorkosten heeft de monobron ook het voordeel dat de warmtewisselaar in de put kan worden aangebracht. Hierdoor kan het aqujiferwater gemakkelijker onder druk gehouden worden zodat er veel minder risico is op voor ontgassing en cavitatie. Figuur 9-13 toont een model van zo’n monobron waarin een warmtewisselaar is ingebracht.

Figuur 7-13. Model van een monobron waarin de warmtewisselaar onder water is aangebracht.

34

► KOSTENBEREKENING WARMTE EN KOUDE OPSLAGSYSTEMEN

10 juli 2002

invulscherm en uitkomst berekening NCW ► Netto Contante Waarde

instructies voor gebruik

€

157.725

jaren

9

1

► gebruik + / - knopje uiterst links ter hoogte van rij 14 om de instructie

▼

het bovenste deel van dit venster is vastgezet om bij het invullen van het onderste deel zicht te houden op de uitkomst van de berekeningen

baten

algemene gegevens voor berekeningen 2 afschrijvingstermijn EOS 3 afschrijvingsterm. andere appartuur 4 rentevoet voor berekening 5 subsidie 6 gemiddeld elektriciteitstarief 7 8

jaren jaren %/j € €/kWh 3 volume verpompt water door ww m /j 3 maximaal debiet bron(nen) m /h

15 10 3,00 ► waarde is nul !

0,090 300.000 100

17 18 19 20 21

commodity kosten aardgas diensten kosten aardgasl besparing door kleinere ketel productiestijging beperking kosten CO2-dosering

€

€/j €/j € €/j €/j

36.000 -3.600 ► waarde is nul !

18.000 14.000

overige kosten (optioneel) ► eenmalig 22

kosten Energie Opslag Systeem investeringen ondergronds deel 9 bronsysteem

► Simpele terugverdientijd

271.000 wordt berekend

23 24

€ € €

► waarde is nul ! ► waarde is nul ! ► waarde is nul !

€/j €/j €/j

► waarde is nul ! ► waarde is nul ! ► waarde is nul !

€ € €

► waarde is nul ! ► waarde is nul ! ► waarde is nul !

€/j €/j €/j

► waarde is nul ! ► waarde is nul ! ► waarde is nul !

► jaarlijks ► variabele kosten Energie Opslag Systeem 10 energie € / j 11 onderhoud € / j

5.250 wordt berekend 5.420 wordt berekend

► beheerkosten EOS 12 monitoring t.b.v. vergunning 13 rapportage

€/j €/j

1.500 1.250

€ €/j €/j

88.000

overige baten (optioneel)

kosten warmtepomp 14 investeringskosten 15 kosten aandrijving WP onderhoud 16 (2% van investeringskosten)

25 26 27

► waarde is nul !

1.760 wordt berekend

► ► ►► ► ► ► ► ► ►► ► ► ► ► ► ► ga verder met post 17

► eenmalig 28 29 30 ► jaarlijks 31 32 33