Potentieelstudie bodemenergie gemeente Groningen
26.579/61503/WN mei 2012
Opdrachtgever
Gemeente Groningen Dienst Ruimtelijke Ordening & Economische Zaken Postbus 7081 9701 JB GRONINGEN Contactpersoon: de heer P. Corzaan
Adviseur bodemenergie
IF Technology Velperweg 37 Postbus 605 6800 AP ARNHEM T 026 - 35 35 555 F 026 - 35 35 599 E
[email protected] Contactpersonen: de heer M.H.A. Braakhekke de heer J.H. Kleinlugtenbelt de heer W. Noome
Inhoudsopgave 1
Inleiding ....................................................................................................................... 3 1.1 Kader ............................................................................................................... 3 1.2 Methodiek ........................................................................................................ 3 1.3 Leeswijzer ....................................................................................................... 4
2
Potentieel van de ondergrond ..................................................................................... 5 2.1 Inleiding ........................................................................................................... 5 2.2 Ondiepe bodemenergie ................................................................................... 6 2.2.1 Gesloten systemen.................................................................................. 6 2.2.2 Open systemen ....................................................................................... 8 2.3 Diepe bodemenergie ..................................................................................... 10 2.3.1 Hogetemperatuuropslag ........................................................................ 10 2.3.2 Ondiepe geothermie .............................................................................. 13 2.3.3 Geothermie............................................................................................ 15
3
Bovengrondse vraag ................................................................................................. 17 3.1 Wijken en buurten ......................................................................................... 17 3.2 Energievraag ................................................................................................. 18 3.3 Ruimte ........................................................................................................... 19 3.4 Woningbezit ................................................................................................... 20 3.5 Restwarmtebronnen ...................................................................................... 21 3.6 Nieuwbouwlocaties........................................................................................ 22
4
Analyse kansrijke locaties ......................................................................................... 24 4.1 Inleiding ......................................................................................................... 24 4.2 Kansrijke locaties .......................................................................................... 24 4.3 CO2-besparingspotentieel bodemenergiesystemen .................................... 24 4.4 Conclusie ....................................................................................................... 26
26.579/61503/WN
mei 2012
2
1
Inleiding
1.1
Kader De gemeente Groningen heeft de ambitie om in 2035 volledig energieneutraal te zijn (bron: Masterplan Groningen Energieneutraal 2035). Bodemenergie als duurzame warmte- en of koudevoorziening van gebouwen kan hierin een aanzienlijk bijdrage leveren. In deze ‘Potentieelstudie Bodemenergie’ wordt die bijdrage op hoofdlijnen gekwantificeerd. Hierdoor krijgt de gemeente inzicht in de bijdrage die bodemenergie in theorie kan leveren aan haar duurzaamheidsambities.
1.2
Methodiek 1
In deze studie is gezocht naar kansen voor bodemenergie in Groningen voor zowel bestaande bouw als nieuwbouw. Of toepassing van bodemenergie kansrijk is hangt in grote mate af van een aantal factoren. De factoren waarnaar gekeken is bij het identificeren van kansrijke combinaties zijn: Warmte- en koudevraag en energiedichtheid; Beschikbare ruimte; Woningtype en -bezit. Om kansrijke combinaties tussen bodemenergie en bestaande woningbouw te identificeren zijn de volgende stappen doorlopen: 1. Inventarisatie ondergrond: voor elk bodemenergiesysteem wordt geïnventariseerd of en in welke mate de bodem mogelijkheden biedt voor bodemenergie. Van de overige factoren zoals hierboven behandeld wordt per bodemenergiesysteem kwalitatief de invloed bepaald. 2. Inventarisatie bovengrond: van de gehele gemeente wordt een inventarisatie gemaakt van de bovengrond. Elke factor zoals hierboven beschreven, met uitzonde-
1
Onder bodemenergie worden de volgende typen verstaan: open en gesloten systemen, hogetemperatuuropslag en (ondiepe) geothermie
26.579/61503/WN
mei 2012
3
ring van bodemgeschiktheid, wordt gekwantificeerd voor de wijken en buurten in de gemeente Groningen. 3. Identificeren kansrijke combinaties: op basis van de voorgaande twee stappen worden kansrijke combinaties geïdentificeerd.
Met bovengenoemde methodiek is getracht om zo goed mogelijk kansrijke combinaties in beeld te brengen voor de gemeente Groningen. Of een combinatie daadwerkelijk haalbaar is, dient per geval in een meer gedetailleerde haalbaarheidsstudie te worden uitgezocht.
1.3
Leeswijzer De voorliggende rapportage is als volgt opgebouwd: Inventarisatie ondergronds potentieel (hoofdstuk 2) Dit hoofdstuk beschrijft de mogelijkheden van de ondergrond voor ondiepe en diepe bodemenergie. Elke techniek wordt kort toegelicht en het ondergrondse potentieel wordt in kaart weergegeven. Inventarisatie bovengrondse vraag (hoofdstuk 3) Op basis van de bouwtypes en -volumecijfers is in dit hoofdstuk de gewenste duurzame koude- en warmtelevering gekwantificeerd. Afstemming (hoofdstuk 4) Op basis van de informatie uit hoofdstukken 2 en 3 wordt in dit hoofdstuk perbuurt bepaald welke techniek het meest kansrijk is. Daarnaast wordt het besparingspotentieel per buurt bepaald.
26.579/61503/WN
mei 2012
4
2
Potentieel van de ondergrond
2.1
Inleiding Bodemenergie omvat koude-/warmteopslag met open en gesloten systemen, hoge temperatuuropslag en geothermie (diep en ondiep). Elk van de genoemde concepten heeft zijn eigen kenmerken. Eén van de belangrijkste verschillen betreft de diepte waarop de drie technieken worden toegepast. Figuur 2.1 illustreert dit.
Figuur 2.1
Concepten ondiepe en diepe bodemenergie
Naast de diepte waarop de drie technieken worden toegepast, zijn ook de temperatuur van de warmtelevering en de mogelijkheid van koudelevering belangrijke kenmerken. In
26.579/61503/WN
mei 2012
5
de volgende paragrafen wordt de werking van de verschillende systemen beschreven. Daarnaast wordt beschreven wat het bodempotentieel is als de gehele ondergrond van de gemeente Groningen wordt voorzien van het bodemenergiesysteem. In bijlage 1 is per systeem de berekeningsmethode voor het bepalen van het bodempotentieel opgenomen. Het bodempotentieel per type bodemenergiesysteem is weergegeven in figuren. Voor elk figuur geldt dat het in een groter formaat is opgenomen in bijlage 2. Om de verschillende bodemenergietypen met elkaar te kunnen vergelijken, is het bodempotentieel uitgedrukt in Gigajoules per m² (GJ/m²). Met deze eenheid wordt aangegeven hoeveel energie per vierkante meter ondergrond per jaar onttrokken kan worden. Voor de genoemde energiehoeveelheden geldt dat dit theoretische waarden zijn. In de praktijk zal niet alle energie winbaar zijn. Dit kan komen door onder andere de beschikbare bovengrondse ruimte, conflicten met andere ondergrondse belangen.
2.2
Ondiepe bodemenergie 2.2.1
Gesloten systemen
Hoe werkt een gesloten systeem? Een gesloten systeem (ook wel bodemwarmtewisselaar genoemd) 2 onttrekt warmte en koude aan de bodem door middel van lussen . Gesloten systemen gebruiken hiervoor de natuurlijke temperatuur van de ondergrond. Wel zal de ondergrond bij levering van koeling opwarmen en bij levering van warmte afkoelen. In tegenstelling tot bij open systemen wordt geen grondwater opgepompt.
Figuur 2.2
Principe energieopslag met een gesloten systeem
2
Een bodemlus is een kunststof slang van circa 30 mm doorsnede die vertikaal in de grond wordt aangebracht
26.579/61503/WN
mei 2012
6
Door de lussen stroomt een medium dat meestal bestaat uit leidingwater met een antivriesmiddel (glycol). Dit medium neemt de temperatuur van de bodem aan. Hiermee kan de woning of het kantoor direct worden gekoeld. Voor verwarmen wordt een warmtepomp gebruikt die de temperatuur verhoogt van 11° C naar circa 50° C. In figuur 2.2 is het principeschema van een gesloten systeem opgenomen. Potentieel gesloten systemen De berekeningsmethode voor het bepalen van het bodempotentieel is opgenomen in bijlage 1. Het potentieel van de ondergrond voor gesloten systemen is berekend op basis van de 3 “Bodemgeschiktheidskaart gesloten systemen”, zoals deze in 2008 voor Noordhoff is opgesteld. In figuur 2.3 is de hoeveelheid beschikbare warmte weergegeven die middels gesloten systemen gewonnen kan worden, uitgedrukt in gigajoules per vierkante meter [GJ/m²].
Figuur 2.3
Leverbare warmte [GJ/m²] via gesloten systemen
De bodemgeschiktheid voor gesloten systemen is in de gehele gemeente Groningen gelijk. Enkel in het zuidwesten levert de ondergrond meer energie per m² en zal minder luslengte nodig zijn om de energie te leveren.
3
De Bosatlas van Ondergronds Nederland, 2009. Noordhoff Uitgevers, Groningen.
26.579/61503/WN
mei 2012
7
Als de gehele ondergrond wordt voorzien van gesloten systemen kan in totaal 8.800 TJ aan warmte geleverd worden. Dit komt bij een gemiddeld verbruik van circa 50 GJ per woning overeen met circa 175.000 woningen. Betrouwbaarheid Aangenomen is dat de ondergrond bestaat uit zand en kleilagen. Naast zand en klei kunnen ook andere grondsoorten voorkomen (veen, leem). Deze grondsoorten hebben andere thermische eigenschappen, waardoor de beschikbare energiehoeveelheid in de praktijk kan afwijken. Deze grondsoorten komen in Groningen echter in beperkte mate voor, waardoor het effect op de totale energiehoeveelheid te verwaarlozen is. De diepte voor de bodemlussen is nu gesteld op 150 meter beneden maaiveld. Bij kortere of langere luslengte zal de hoeveelheid beschikbare energie respectievelijk af- of toenemen. 2.2.2
Open systemen
Hoe werkt een open systeem? Bij energieopslag met een open systeem wordt warmte en koude opgeslagen in een aquifer; een watervoerend pakket in de bodem. In de zomer wordt met de koude bron koud grondwater onttrokken uit de bodem waarmee gekoeld wordt. Het opgewarmde water wordt geïnfiltreerd in de warme bron. In de winter wordt met de warme bron warm grondwater uit de bodem onttrokken waarmee verwarmd wordt. Het afgekoelde water wordt geïnfiltreerd in de koude bron. Figuur 2.4 geeft het principe van een grondwatersysteem weer.
Figuur 2.4
Principe open systeem
In figuur 2.5 is de bodemopbouw in de gemeente Groningen opgenomen. Uit het figuur volgt dat in de gemeente twee watervoerende pakket aanwezig zijn waar open systemen gerealiseerd kunnen worden. Lokaal is het mogelijk dat extra kleilagen aanwezig zijn.
26.579/61503/WN
mei 2012
8
Voor de potentieelbepaling van de ondergrond voor open systemen wordt de eerste 20 m niet meegenomen. In de praktijk worden ondieper dan 20 m geen systemen gerealiseerd in verband met de effecten aan maaiveld.
Figuur 2.5
Bodemopbouw in gemeente Groningen (bron: DINOLoket, TNO)
Potentieel open systemen De berekeningsmethode voor het bepalen van het bodempotentieel is opgenomen in bijlage 1. In figuur 2.6 is de hoeveelheid beschikbare thermische energie die middels een open systeem gewonnen kan worden weergegeven, uitgedrukt in gigajoules per vierkante meter [GJ/m²]. Doordat bij open systemen zowel koude als warmte wordt opgeslagen, kan warmte en koude worden geleverd.
26.579/61503/WN
mei 2012
9
Figuur 2.6
Leverbare warmte en koude [GJ/m² per jaar] via open systemen
De ondergrond in de gemeente Groningen is overal geschikt voor de toepassing van open systemen, wel neemt de hoeveelheid energie per m² in richting het noorden van de gemeente toe. Als de gehele ondergrond wordt voorzien van open systemen kan in totaal 50.000 TJ aan warmte en koude geleverd worden. Dit komt bij een gemiddeld verbruik van circa 50 GJ per woning overeen met circa 1.000.000 woningen. Uitgaande van kengetallen zoals 4 opgesteld door het CBS kan een totale CO2-emissiereductie van circa 1.350 kton behaald worden. Betrouwbaarheid Bij het berekenen van de hoeveelheid energie is uitgegaan van de totale dikte van alle aanwezige pakketten, over het volledige oppervlak van de gemeente. In de praktijk kan een gebied uitgesloten zijn voor de toepassing van open systemen. Een voorbeeld hiervan zijn beschermde natuurgebieden, waar boringen niet zijn toegestaan. Met uitzondering van de grondwaterbeschermingsgebieden (niet aanwezig binnen de gemeentegrenzen) is er geen rekening gehouden met juridische of beleidsmatige beperkingen. In de berekening wordt uitgegaan van een doubletsysteem. Er bestaan echter meerdere typen open bodemenergiesystemen. Deze systemen kunnen een ander effectief gebruik van de ondergrond hebben. In de berekeningen is aangenomen dat 80% van de pakketdikte voor het filter gebruikt wordt. In de praktijk kan het echter voorkomen dat door aanwezigheid van lokale klei- of veenlagen minder filter geplaatst kan worden.
2.3
Diepe bodemenergie 2.3.1
Hogetemperatuuropslag
Hoe werkt hogetemperatuuropslag? Warmteopslag voor korte termijn buffering is een bekend concept. Met name in de glastuinbouw worden buffers toegepast om overtollige warmte uit bijvoorbeeld warmtekrachtkoppeling (WKK) op te slaan om op een ander tijdstip die dag in te kunnen zetten. Deze warmtebuffers bestaan vaak uit grote geïsoleerde opslagtanks die op of onder maaiveld worden geplaatst. Door het toepassen van een lange termijn warmtebuffer in de bodem kan de overtollige warmte in de zomer worden opgeslagen, waardoor die in de winter benut kan worden voor verwarming. Dit levert een aantal voordelen op: opvangen van de onbalans tussen het aanbod en de vraag;
4
www.CBS.nl
26.579/61503/WN
mei 2012
10
back-upcapaciteit; besparing door verdringen van piekvermogen en -piekenergie welke anders geleverd wordt door een conventionele, niet duurzame installatie.
Figuur 2.7 laat het principe van hogetemperatuuropslag in de bodem zien.
Figuur 2.7
Principe hogetemperatuuropslag in de bodem
Warmte laden (opslag) Als in de zomer het aanbod van warmte groter is dan de warmtevraag wordt grondwater uit een ‘koude bron’ gepompt. Het grondwater wordt vervolgens langs een warmtewisselaar geleid, waarmee de overtollige warmte uit bijvoorbeeld het warmtenet wordt overgedragen aan het grondwater. Het opgewarmde grondwater wordt vervolgens via een andere bron (de warme bron) in de bodem geïnfiltreerd. Warmte ontladen (levering) In de winter kan de opgeslagen warmte worden ingezet in het geval de vraag naar warmte groter is dan de basislevering. Hierbij wordt water opgepompt uit de warme bron. Dit warme water geeft via een warmtewisselaar de warmte af aan bijvoorbeeld een warmtenet waarna het afgekoelde water wordt geïnfiltreerd in de ‘koude bron’. Potentieel hogetemperatuuropslag De berekeningsmethode voor het bepalen van het bodempotentieel is opgenomen in bijlage 1. Restwarmte kan geïnfiltreerd worden in een watervoerend pakket. In Groningen worden twee ondiepe watervoerende pakketten onderscheiden (figuur 2.6). Het tweede watervoerende pakket biedt mogelijkheden voor hogetemperatuuropslag, doordat dit pakket diep ligt (vanaf circa 125 m-mv) en afgedekt wordt door een dikke kleilaag. Door de diepere ligging is de porositeit van dit pakket relatief laag, waardoor de warmte beter behouden blijft. De lage warmtegeleidingscapaciteit van de dikke kleilaag zorgt ervoor dat de warmte minder snel doorstraalt naar het eerste watervoerende pakket. Hierdoor zullen de
26.579/61503/WN
mei 2012
11
thermische effecten van hogetemperatuuropslag aan maaiveld beperkt of verwaarloosbaar blijven. Naast het tweede watervoerende pakket zijn ook drie diepere reservoirs geschikt voor hogetemperatuuropslag: de Formatie van Oosterhout, Formatie van Breda en het Brussels Zand. Deze lagen bevinden zich tussen de 280 en 500 m-mv. De gemiddelde dikte van de reservoirs bedraagt respectievelijk 120 m, 30 m en 35 m. In figuur 2.8 wordt de leverbare warmte per jaar weergegeven. De geschiktheid van de ondergrond voor de toepassing van hogetemperatuuropslag neemt richting het noordwesten toe. Belangrijk aandachtspunt bij het potentieel van hogetemperatuuropslag is dat voldoende restwarmte aanwezig is om opgeslagen te worden in de ondergrond
Figuur 2.8
Leverbare warmte uit hogetemperatuuropslag voor de gemeente Gronine gen in GJ/m² per jaar (2 watervoerende pakket)
Als de gehele ondergrond wordt gebruikt voor hogetemperatuuropslag kan in totaal 448 PJ aan warmte opgeslagen en geleverd worden. Het totale bufferend vermogen van de ondergrond komt bij een gemiddeld verbruik van circa 50 GJ per woning overeen met circa 9.000.000 woningen. Een kanttekening bij dit potentieel is dat de warmte via andere bronnen aan de ondergrond toegevoegd moet worden. Wanneer niet voldoende (hoge temperatuur) restwarm-
26.579/61503/WN
mei 2012
12
tebronnen aanwezig zijn, zal dit potentieel niet gehaald worden. In hoofdstuk 3 wordt ingegaan op het bovengrondse aanbod van restwarmte. Betrouwbaarheid Doordat een beperkt aantal doorlatendheidsmetingen beschikbaar is, is het enkel mogelijk om inschattingen te maken van het haalbare debiet van een reservoir. Deze inschatting is gemaakt aan de hand van de kwaliteit van het zand. Voor enkele locaties zijn de parameters beschikbaar. Veelal beslaan deze gegevens slechts een deel van het reservoir. Het is hierdoor lastig om de totale capaciteit het reservoir in kaart te brengen. Bij de bepaling van het haalbare debiet is uitgegaan van een boorgatdiameter van 650 mm. Gebruik van een andere boorgatdiameter zal een ander haalbaar debiet opleveren. De invloed van de gekozen infiltratie- en retourtemperatuur op het berekende potentieel is groot. Bij de bodempotentieelberekeningen is uitgegaan van een ΔT van 40°C. Bij een kleinere ΔT (als gevolg van een lagere restwarmtetemperatuur) zal de beschikbare hoeveelheid thermische energie per m² kleiner worden. 2.3.2
Ondiepe geothermie
Hoe werkt ondiepe geothermie? Onder ondiepe geothermie wordt verstaan het winnen van warmte die van nature in diepere aardlagen (in dit geval tussen de 250 - 1.500 m-mv) aanwezig is. In tegenstelling tot koude/warmteopslag of hogetemperatuuropslag gaat het hier dus niet om opgeslagen warmte. Met ondiepe geothermie is het mogelijk om huizen, kantoren, kassen of bedrijventerreinen direct te verwarmen. Figuur 2.9 laat het principe van warmtelevering met ondiepe geothermie zien.
Figuur 2.9
26.579/61503/WN
Principe ondiepe geothermie
mei 2012
13
Voor de warmtevoorziening van gebouwen of woonwijken wordt warm grondwater uit een productieput onttrokken. De warmte wordt via een warmtewisselaar overgedragen aan bijvoorbeeld een warmtenet. Afhankelijk van de temperatuur van het onttrokken water kan een warmtepomp worden toegepast om het water op de gewenste temperatuur te krijgen. Het afgekoelde grondwater wordt via een injectieput geïnfiltreerd. Potentieel ondiepe geothermie De berekeningsmethode voor het bepalen van het bodempotentieel is opgenomen in bijlage 1. Onder gemeente Groningen liggen drie mogelijke reservoirs voor ondiepe geothermie: de Formatie van Oosterhout (circa 300 m-mv), Formatie van Breda (circa 350 m-mv) en het Brussels Zand (circa 400 m-mv). De temperatuur die kan worden onttrokken ligt tussen de 20 en 25˚C.
Figuur 2.10
Totale leverbare warmte per jaar uit ondiepe geothermie voor de gemeente Groningen in GJ/m² per jaar
In figuur 2.8 wordt de leverbare warmte per jaar weergegeven. Gemiddeld is in Groningen 0,07 GJ/m² per jaar aan warmte leverbaar. In het westen van de gemeente is de hoeveelheid leverbare warmte het hoogst, doordat de reservoirs naar het westen toe
26.579/61503/WN
mei 2012
14
dikker worden. Ook neemt de diepte van de reservoirs richting westen toe, waardoor de onttrekkingstemperatuur hier hoger ligt. Als de gehele ondergrond wordt gebruikt voor ondiepe geothermie in totaal 5.600 TJ aan warmte geleverd worden. Dit komt bij een gemiddeld verbruik van circa 50 GJ per woning overeen met circa 113.000 woningen. Betrouwbaarheid 5 De diepte en dikte van de reservoirs zijn bepaald door boorgegevens uit NLOG te interpoleren. De interpretaties van de diepte van de basis en/of top van de NLOG-boringen zijn niet allemaal correct. Om de verkeerde interpretaties uit de database te filteren zijn de data onderling vergeleken. Daarnaast zijn deze ook vergeleken met de kaarten van de RGD studies, die opgemaakt zijn op basis van seismiek en een gering aantal boringen. 2.3.3
Geothermie
Hoe werkt geothermie? Het principe van geothermie is identiek aan dat van ondiepe geothermie. Het verschil is de diepte waarop het water onttrokken wordt (1.500 – 5.000 m-mv) en de hogere temperatuur van het grondwater dat onttrokken wordt. Figuur 2.9 laat het principe van warmtelevering met geothermie zien. Potentieel geothermie De berekeningsmethode voor het bepalen van het bodempotentieel is opgenomen in bijlage 1. Een algemene lithostratigrafische kolom is weergegeven in bijlage 1 (figuur B1.3). Deze kolom geeft gemiddelde diktes weer voor de verschillende formaties aanwezig onder de gemeente Groningen. Hieruit blijkt dat er beneden 1.500 m diepte één laag aanwezig is met potentieel voor geothermie, de Slochteren Formatie. In figuur 2.11 wordt de leverbare warmte per jaar weergegeven. In het westen van de gemeente kan per jaar 0,3 GJ/m² per jaar onttrokken worden. In het oosten kan geen warmte gewonnen worden in verband met de aanwezigheid van het gasveld Groningen.
5
NLOG; NL Olie- en Gasportaal, www.nlog.nl
26.579/61503/WN
mei 2012
15
Figuur 2.11
Leverbare warmte per jaar uit geothermie voor de gemeente Groningen in GJ/m² per jaar
Als de gehele ondergrond (exclusief gasveld) wordt gebruikt voor geothermie kan in totaal 17.700 TJ aan warmte geleverd worden. Dit komt bij een gemiddeld verbruik van circa 50 GJ per woning overeen met circa 354.000 woningen. Betrouwbaarheid De hoeveelheid warmte die kan worden onttrokken hangt van allerlei factoren af. De meest belangrijke is de doorlatendheid van het gesteente; hoe doorlatender, hoe meer water onttrokken kan worden. Dit is een locatiespecifieke gesteente-eigenschap. De kennis van de gesteentes in Nederland die zich op deze dieptes bevinden is echter beperkt.
26.579/61503/WN
mei 2012
16
3
Bovengrondse vraag Voor de gemeente Groningen is op buurtniveau een inventarisatie gemaakt van de bovengrond. Bij deze inventarisatie is gekeken naar de energievraag, ruimte, afgiftesystemen, woningbezit en restwarmtebronnen. In de volgende paragrafen wordt de inventarisatie beschreven. De informatie is weergegeven in figuren. Voor elk figuur geldt dat het in een groter formaat is opgenomen in bijlage 3. In bijlage 4 is een tabel met de exacte waarden opgenomen.
3.1
Wijken en buurten Groningen is verdeeld in 10 wijken. Deze wijken zijn onderverdeeld in in totaal 70 buurten. In figuur 3.1 is de ligging van de wijken en buurten weergegeven.
Figuur 3.1
26.579/61503/WN
Wijk- en buurtverdeling gemeente Groningen
mei 2012
17
3.2
Energievraag 6
In ‘Energie in Beeld’ van Liander en Enexis kan op buurtniveau het gasverbruik opgevraagd worden voor zowel particuliere als zakelijke aansluitingen. Met behulp van deze gegevens is de warmte- en koudevraag per buurt bepaald. Warmtevraag Wanneer aangenomen wordt dat het gemiddelde rendement van een gasketel 75% (op de bovenwaarde) bedraagt voor particuliere aansluitingen en 85% voor zakelijke aansluitingen, kan aan de hand van het gasverbruik de warmtevraag worden bepaald. Het ketelrendement voor een particuliere aansluiting zal lager liggen doordat het aandeel warm tapwater (gemiddeld) groter is dan bij een zakelijke aansluiting. De resultaten zijn weergegeven in figuur 3.2.
Figuur 3.2
Warmtevraag en energiedichtheid warmte per buurt
De grootste energiedichtheid is te vinden in en rondom het centrum van Groningen. Dit is voor een groot deel direct te relateren aan de bebouwingsdichtheid. Enkele wijken buiten het centrum hebben een lage energiedichtheid maar een relatief hoge warmtevraag. Dit is waarschijnlijk het resultaat van de aanwezige industrie, Hanze Hogeschool of Rijksuniversiteit Groningen (RUG).
6
www.energieinbeeld.nl
26.579/61503/WN
mei 2012
18
Koudevraag Over de koudevraag van particuliere en zakelijke aansluitingen zijn geen meetgegevens bekend. Wanneer voor particuliere aansluitingen de referentiewoningen uit de Uniforme Maatlat met een EPC van 0,8 als uitgangspunt worden genomen, bedraagt de koudevraag ongeveer 10% van de totale warmtevraag. Voor zakelijke aansluitingen ligt de koudevraag doorgaans hoger. Aangenomen is dat de koudevraag 60% bedraagt van de warmtevraag. Met deze aannames is de koudevraag berekend. De koudevraag en de koudedichtheid zijn per buurt weergegeven in figuur 3.3.
Figuur 3.3
Koudevraag en energiedichtheid koude per buurt
Bij de koudevraag is de hoogste dichtheid, net als bij de warmtevraag, te vinden in het centrum van Groningen. In de buitenwijken van Groningen is naast een lage koudedichtheid ook de koudevraag lager dan in het centrum.
3.3
Ruimte Ruimte in het veld Voor het plaatsen van collectieve voorzieningen, zoals centrale technische ruimtes en distributienetten, is ruimte in het veld nodig. De beschikbare ruimte in het veld is bepaald door het oppervlak van waterlichamen en bebouwing in mindering te brengen op het totale oppervlak. In de werkelijkheid zal het aandeel lager liggen door de aanwezigheid van ondergrondse objecten. Deze zijn echter buiten beschouwing gelaten in deze studie.
26.579/61503/WN
mei 2012
19
Naast de beschikbare ruimte in het veld hangt de toepassing van een soort bodemenergiesysteem tevens af van het type woning. Bij vrijstaande woningen zal eerder voor gesloten systemen gekozen worden dan bijvoorbeeld bij appartementcomplexen. In figuur 3.4 is per buurt de verdeling van de woningtype en het ruimtepotentieel weergegeven.
Figuur 3.4
3.4
Verdeling aansluitingen en ruimtepotentie per buurt
Woningbezit Bij woningbezit is een onderverdeling gemaakt in huur- of koopwoningen. In bijlage 4 is per buurt de verdeling van koop- en huurwoningen in tabelvorm opgenomen. De verdeling is tevens weergegeven in figuur 3.5. In figuur 3.5 is ook de stedelijkheid zoals bepaald door het CBS weergegeven. De stedelijkheid is een maat voor het aantal adressen per hectare en geeft zodoende ook een beeld van de bebouwingsdichtheid en beschikbare ruimte in het veld (zie ook paragraaf 3.3).
26.579/61503/WN
mei 2012
20
Figuur 3.5
3.5
Verdeling koop- en huurwoningen en stedelijkheid buurten
Restwarmtebronnen Restwarmtebronnen kunnen direct of in combinatie met energieopslag in de bodem (zie hoofdstuk 2) worden toegepast voor de levering van warmte. In de gemeente Groningen 7 zijn de bekende restwarmtebronnen in 2012 in kaart gebracht . Uit dit onderzoek blijkt dat in de gemeente circa 40 restwarmtebronnen aanwezig zijn. Figuur 3.6 geeft een overzicht van de bekende restwarmtebronnen in de gemeente Groningen.
7
Onderzoek DHV
26.579/61503/WN
mei 2012
21
Figuur 3.6
3.6
Locaties van warmteaanbieders in de gemeente
Nieuwbouwlocaties De gemeente Groningen heeft meerdere nieuwbouwlocaties in de planning staan. Figuur 3.7 geeft een overzicht van de verwachte nieuwbouwlocaties tot 2016. Rondom nieuwbouwlocaties neemt de geschiktheid van alle type bodemenergiesystemen toe. Dit omdat het bodemenergiesysteem in het ontwerp van de woningen kan worden meegenomen. Bijvoorbeeld door het toepassen van lagetemperatuurverwarming (LTV) Hoewel hogetemperatuuropslag en (ondiepe) geothermie ook warmte geschikt zijn voor de toepassing in bestaande bouw is de besparingspotentieel hoger in nieuwbouw. De nieuwbouwlocaties in figuur 3.7 zijn de verwachte nieuwbouwlocaties. Plannen kunnen, door veranderende (economische) omstandigheden, wijzigen waardoor locaties mogelijk afvallen.
26.579/61503/WN
mei 2012
22
Figuur 3.7
26.579/61503/WN
Nieuwbouwlocaties in de gemeente
mei 2012
23
4
Analyse kansrijke locaties
4.1
Inleiding Op basis van de ondergrondse (hoofdstuk 2) en de bovengrondse inventarisatie (hoofdstuk 3) is gezocht naar kansrijke locaties voor bodemenergie in de bestaande bouw. Aan de hand van de kansrijke locaties is de potentie van elk bodemenergiesysteem voor de gemeente Groningen bepaald. De kansrijke locaties en de potentie zijn in de volgende paragrafen toegelicht.
4.2
Kansrijke locaties Voor de verschillende bodemenergiesystemen is per deelwijk de geschiktheid bepaald. De geschiktheid is bepaald door voor elke deelwijk voor de volgende factoren een score te bepalen: - warmtedichtheid - koudedichtheid - woningbezit - woningtype - ruimte in wijk - bodemgeschiktheid In bijlage 5 zijn de scoretabellen voor de factoren en de totaalscores van de verschillende bodemenergiesystemen opgenomen. De resultaten zijn weergegeven in bijlage 6. Uit de figuren in bijlage 6 blijkt dat in en rondom het centrum (gebieden met een hoge energiedichtheid) de kansen voor gesloten systemen beperkt zijn. Dit komt met name door het ruimtegebruik van gesloten systemen. In de gebieden met een hoge energiedichtheid is met name de toepassing van grotere collectieve systemen. In de buitengebieden is de toepassing van gesloten systemen kansrijker door de lagere energiedichtheid. Wel kan het voorkomen dat bij een cluster van woningen in de buitengebieden de collectieve systemen beter toegepast kunnen worden.
4.3
CO2-besparingspotentieel bodemenergiesystemen De CO2-reductie die gehaald kan worden ten opzichte van de referentie hangt af van het type bodemenergiesysteem en de schaal waarop het systeem kan worden toegepast. In bijlage 7 is het CO2-besparingspotentieel van de verschillende bodemenergiesystemen per buurt weergegeven. Bij het bepalen van het CO2-besparingspotentieel zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: - In de referentie wordt verwarmd met een HR-gasketel. - Het gemiddeld gasverbruik voor appartementen, rijwoningen en grote woningen bedraagt respectievelijk 1.500 m³/jaar, 1.900 m³/jaar en 2.500 m³/jaar (bron: CBS) - Woningen worden in de referentie niet gekoeld.
26.579/61503/WN
mei 2012
24
8
-
In de referentie wordt utiliteit gekoeld met een koelmachine met een SPF van 3,5. Bodemenergiesystemen worden toegepast in deelwijken met een geschiktheidscore van 3 of hoger. De overige uitgangspunten voor het bereken van het CO2-besparingspotentieel zijn weergegeven in tabel 4.2. Het bebouwingstype geeft aan bij welke type bebouwing het bodemenergiesysteem wordt toegepast. Energie geeft aan of warmte en/of koude duurzaam geleverd wordt. Het CO2-besparingspotentieel geeft aan hoeveel CO 2-gemiddeld bespaart kan worden op de geleverde energie. Tabel 4.2
Uitgangspunten berekening besparingspotentieel
gesloten open hogetempeondiepe systemen systemen ratuuropslag geothermie geothermie Bebouwingstype rij/groot app/rij/util app/rij/util app/rij/util app/rij/util Energie (warm/koud) W* W+K W W W 20% 25% 80% 45% 75% CO2-besparing woningen n.v.t. 40% 80% 45% 75% CO2-besparing utiliteit * Met een gesloten systeem kan koude geleverd worden aan een woning. In de referentie wordt niet gekoeld. Daarom wordt koeling niet meegenomen in het besparingspotentieel.
In tabel 4.3 zijn de totale CO2-besparingspotentielen per type bodemenergiesysteem weergegeven. De besparingspotentieelgetallen in de tabel zijn gebaseerd op het bodempotentieel in deze studie. In de praktijk zal de totale besparing lager zijn dan de getallen in tabel 4.3. Wel geven de getallen een richting aan wat betreft de mogelijkheden van de bodemenergietypen. Tabel 4.3
Totale CO2-besparingspotentieel bodemenergiesystemen totale CO2-besparingspotentieel (ton) 16.000 127.000 216.000 122.000 185.000
gesloten systemen open systemen hogetemperatuuropslag ondiepe geothermie geothermie
In tabel 4.3 (en bijlage 7) is duidelijk te zien dat het grootste besparingspotentieel ligt bij de toepassing van collectieve bodemenergiesystemen. Met name hogetemperatuuropslag en geothermie hebben een hoog besparingspotentieel doordat op zeer efficiënte en duurzame wijze warmte geleverd kan worden. Voor de toepassing van hogetemperatuuropslag geldt wel de kanttekening dat bovengronds restwarmtelocatie aanwezig moeten zijn om de warmte in de ondergrond op te slaan. In figuur B6.3 in bijlage 6 zijn de restwarmtelocaties opgenomen. Uit tabel 4.3 blijkt dat de totale besparingspotentie voor gesloten systemen beperkt is. Wel is de ondergrond en bovengrond voor de toepassing van gesloten systemen voor-
8
De SPF, of seasonal performance factor, is de gemiddelde coëfficiënt of performance (COP) gemeten over één jaar.
26.579/61503/WN
mei 2012
25
namelijk geschikt tot zeer geschikt. Enkel in het centrum van Groningen is de toepassing van gesloten systemen minder kansrijk. Het besparingspotentieel van open systemen en ondiepe geothermie is vergelijkbaar. Wel hebben open systemen het voordeel ten opzichte van ondiepe geothermie dat ook koudelevering een optie is.
4.4
Conclusie In het centrum van Groningen is enerzijds de warmte- en koudevraag hoog en anderzijds de beschikbare ruimte beperkt. Wanneer de energie toch via bodemenergie geleverd gaat worden, moet gedacht worden aan collectieve systemen. Bij renovatie van de aanwezige bebouwing (een aanleg van lagetemperatuurverwarming) kan gebruik gemaakt worden van ondiepe geothermie of open systemen. Doordat ook een koudevraag aanwezig is, hebben open systemen de voorkeur boven ondiepe geothermie. Wordt de bebouwing niet gerenoveerd en blijft de traditionele radiator veel gebruikt, dan kan via hogetemperatuuropslag of geothermie ook warmte met een temperatuur van meer dan 60 graden worden geleverd. Bij hogetemperatuuropslag is het wel noodzakelijk dat een restwarmteleverancier op korte afstand aanwezig is. Voor deze collectieve systemen is het wel noodzakelijk om een afgiftenet aan te leggen. Waarschijnlijk is de ondergrond in het centrum dusdanig druk dat dit een aandachtspunt vormt. Bij nieuwbouwprojecten is een collectief systeem ook een mogelijkheid. Wanneer ook koeling geleverd moet worden (bij bijvoorbeeld kantoren, zorgcentra of appartementen) zijn open systemen de enige optie. Wanneer het om nieuwe woningbouw gaat, dan is een goed en intensief communicatietraject belangrijk. De ervaring is dat dit het aantal klachten over het bodemenergiesysteem in een later stadium beperkt. Hoewel de potentiële CO2-besparing van gesloten systemen beperkt is in vergelijking met de overige bodemenergietypen, kunnen gesloten systemen wel ingezet worden voor individuele woningen. Doordat de woningdichtheid in de buitenwijken laag is, zal in de praktijk vooral gesloten systemen worden toegepast.
26.579/61503/WN
mei 2012
26
26.579/61503/WN
mei 2012
27
