Technisch energie- en CO 2 - besparingspotentieel van micro-wkk in Nederland ( )

Technisch energie- en CO2besparingspotentieel van micro-wkk in Nederland (2010-2030)

Juli 2006

Opdrachtgever: Werkgroep Decentraal, onderdeel van Platform Nieuw Gas Contactpersoon: Jacqueline Hooijschuur (werkgroepsecretaris). Email: [email protected] Website: www.energietransitie.nl Auteurs: COGEN Projects ECN Ecofys TNO

Arjen de Jong Ernst-Jan Bakker Jan Dam Hans van Wolferen

Dit rapport is tot stand gekomen met medewerking van: COGEN Projects ECN Gasunie E&T

Stijn Schlatmann Margot van Gastel Yvonne Boerakker Ad Seebregts Marijke Menkveld Jan Willem Turkstra

Werkgroep Decentraal

juli 2006

2

Samenvatting Micro-warmtekrachtkoppeling (micro-wkk) wordt door veel partijen in Nederland gezien als één van de sleuteltechnologieën in het transitiepad naar een meer duurzame gasvoorziening. Omdat de inschattingen van het technisch potentieel aan energiebesparing en CO2-emissiereductie van micro-wkk sterk uiteenliepen, heeft de Werkgroep Decentraal1 aan vijf partijen, te weten Cogen ECN, Ecofys, Gasunie Engineering & Technology en TNO, gevraagd een gezamenlijk standpunt in te nemen hoe het technische potentieel (reductie van energiegebruik en CO2-emissie) van micro-wkk bepaald moet worden. De resultaten van dit rapport stellen beleidsmakers en de betrokken partijen in staat deze potentie te bepalen om daarmee de rol van micro-wkk in het energietransitie traject van het Ministerie van Economische Zaken verder vorm te geven. Decentrale opwekking van elektriciteit met micro-wkk levert een besparing op van fossiele brandstoffen ten opzichte van de huidige gescheiden opwekking van warmte en elektriciteit, doordat ook de vrijgekomen warmte volledig en efficiënt benut kan worden in huishoudens. Hoe groot het potentieel aan fossiele energiebesparing en CO2-emissiereductie met microwkk is in de periode tot 2030, is afhankelijk van de technologie- en marktontwikkeling van de micro-wkk zelf maar ook van de ontwikkeling van energievraag in de totale woningvoorraad en de technologie-ontwikkeling van de gescheiden opwekking van elektriciteit en warmte. In deze studie is uitgegaan van de volgende overwegingen : − De energiebesparing en CO2 emissiereductie van micro-wkk worden berekend ten opzichte van de volgende referenties: o Een HR-ketel, de huidige standaard bij vervanging. Hierdoor zal de meerwaarde ten opzichte van de HR-ketel worden uitgelicht en de besparing als gevolg van de verschuiving van VR-ketels naar HR-ketels niet worden toegerekend aan micro-wkk. De referentierendementen van deze HR-ketel zijn: ruimteverwarming warm tapwater

Tot 2015 2 105 % (ow ) 83 % (ow)

Vanaf 2015 105 % (ow) 89 % (ow)

Voor de centrale opwekking van elektriciteit worden twee referentiewaarden gebruikt, namelijk het gemiddelde Nederlandse elektriciteitspark3 en de momenteel best beschikbare technologie op aardgas, een STEG-centrale. o De brandstof is Gronings aardgas; het effect van bijmengen van waterstof en/of biogas in de toekomst is achterwege gelaten. Alle micro-wkk’s worden uitgerust met een buffervat waardoor ze ook de vraag naar warm tapwater in kunnen vullen De bedrijfswijze is in principe warmtevraagvolgend, waarbij een slimme regeling wordt verondersteld om de inzet van de micro-wkk zo hoog mogelijk te maken. Het concept van een virtuele energiecentrale is buiten beschouwing gelaten. Om onafhankelijk te zijn van specifieke micro-wkk technieken worden systeemprestaties beschreven met rendementscategorieën A t/m D (van hoog naar laag). Om praktische redenen hebben alle micro-wkk’s een gestandaardiseerd elektrisch vermogen van 1 kWe. Deze aanname beperkt het mogelijke milieuvoordeel vooral op de langere termijn, wanneer micro-wkk’s met een hoger elektrisch rendement en een goede moduleerbaarheid beschikbaar komen. o

− −

− −

1

Een van de Werkgroepen binnen Platform NieuwGas ow (onderwaarde): warmte-inhoud exclusief de latente wamte van de waterdamp in de rookgassen 3 rekeninghoudend met de ontwikkeling tot en met 2030 2


juli 2006

3

− Voor alle woningvarianten, gekarakteriseerd door de warmtevraag voor verwarming en warm tapwater, en voor de verschillende typen micro-wkk, gekarakteriseerd door het thermisch vermogen, is het aandeel in de verwarming en warmtapwatervoorziening middels de graaddagenmethode bepaald. − Voor de ontwikkeling van de warmtevraag in de totale woningmarkt, inclusief nieuwbouw, wordt uitgegaan van bestaande ECN studies. Voor dit rapport wordt gebruik gemaakt van het SAWEC model tot 2020, aangevuld met cijfers uit de Welvaart en LeefOmgeving (WLO) studie voor 2030. − In samenspraak met de Werkgroep Decentraal, is de basis van de potentiebepaling een marktscenario voor micro-wkk [1] dat is opgesteld door Smart Power Foundation (SPF). Dit marktscenario is gebaseerd op de voorspoedige ontwikkeling van de HR-ketel. Aan het marktscenario van SPF is een tweede, minder positief scenario toegevoegd (zie figuur 1), dat de invloed van de marktscenario’s moet weergeven. − Voor de verdeling van de beschikbare micro-wkk’s over de woningvoorraad wordt een verdeelsleutel toegepast die de CO2-emissiereductie maximaliseert. Dit uitgangspunt heeft geen sterke invloed op het te berekenen reductiepotentieel zolang de toestellen geplaatst worden in de woningen met vergelijkbare warmtevraag omdat besparingspercentages dan ook weinig verschillen. In onderstaande tabel zijn de belangrijkste uitgangspunten samengevat: Tabel 1: Overzicht van gehanteerde uitgangspunten - 2010 Best beschikbare micro-wkk categorie C Elektrisch rendement micro% 15% wkk Aantal geplaatste micro-wkktoestellen per periode (x1000) CO2-emissiefactor centraal elektriciteitspark CO2-emissiefactor STEG Opwekrendement centraal elektriciteitspark Elektrisch rendement STEG


2010 - 2015 C

2015 - 2020 B

2020 - 2030 A

15%

25%

35%

Scenario 1

38

460

1140

2502

Scenario 2

38

387

660

1075

g/kWh

592

574

577

698

g/kWh

348

348

337

337

%

42,6%

42,9%

42,9%

44,2%

%

55,7%

55,7%

57,7%

57,7%

juli 2006

4

Miljoenen

Om inzicht te verkrijgen in de invloed van de marktontwikkeling van micro-wkk op de mogelijke energiebesparing en CO2-emissiereductie voor Nederland als geheel, rekenen we twee verschillende scenario’s voor de marktpenetratie van micro-wkk door. Basis voor deze marktscenario’s is de analyse van Smart Power Foundation [1], waarin de Nederlandse ontwikkelaars van micro-warmte/kracht vertegenwoordigd zijn. Aan dit scenario is een tweede scenario toegevoegd. In het tweede scenario stabiliseert de markt zich op de helft van de geplaatste aantallen per jaar ten opzichte van het eerste scenario, zie figuur 1. 4,5 4,0

Scenario 1 3,5

Scenario 2 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2010

2015

2020

2025

2030

Figuur 1: Twee marktscenario's voor micro-wkk in Nederland

Het resultaat van deze notitie is een methodiek voor bepaling van de technische potentie van micro-wkk voor de reductie van energiegebruik en CO2-emissie. Andere belangrijke factoren voor een succesvolle marktintroductie, zoals technologie-ontwikkeling, marketing en rentabiliteit zijn in dit rapport niet meegenomen. De uitkomsten stellen de lezer in staat om, gegeven zijn uitgangspunten, het energiebesparingseffect en de CO2-emissiereductie van micro-wkk voor een bepaald zichtjaar in Nederland te bepalen. Resultaten Resultaten marktscenario 1

Resultaten marktscenario 2 12,0

10,0

CO2-emissiereductie ref ''park''

10,0


8,0

CO2-emissiereductie ref ''STEG''

8,0


Mton/jaar

Mton/jaar

12,0

6,0

6,0

4,0

4,0

2,0

2,0

0,0

0,0 2010

2015

2020

2030

2010

2015

2020

2030

Figuur 2: Resultaten CO2-emissiereductie micro-wkk in NL


juli 2006

5

Resultaten marktscenario 1


120,0

TJ/jaar

80,0

energiebesparing ref ''park''

100,0

energiebesparing ref ''STEG''

80,0

TJ/jaar

100,0

120,0

60,0


60,0

40,0

40,0

20,0

20,0

0,0


0,0

2010

2015

2020

2030

2010

2015

2020

2030

Figuur 3: Resultaten energiebesparing micro-wkk in NL

In figuur 2 en 3 worden de resultaten van de CO2-emissiereductie en energiebesparing voor de twee scenario’s weergegeven onder de gedane aannames. De blauwe balken geven het potentieel aan als micro-wkk wordt vergeleken met het gemiddelde Nederlandse elektriciteitspark en de rode balken als de STEG als referentie wordt genomen. Uit de resultaten valt op te maken dat de technologie-ontwikkeling van micro-wkk, de technologie-ontwikkeling van centrale elektriciteitsopwekking en marktscenario’s een grote invloed hebben op de uitkomsten. Onder gedane aannames leidt de gehanteerde berekeningsmethodiek tot een aanzienlijke technische potentie voor micro-wkk. Ter vergelijking: in het rapport ‘Meer met energie’ wordt een CO2reductiedoelstelling gegeven van 6 – 10 Mton CO2 voor de gebouwde omgeving voor het jaar 2050 en 5-25 Mton voor de energieproductie (zie ook tabel). De in dit rapport bepaalde CO2-emissiereductie van micro-wkk heeft betrekking op beide onderdelen. *bron: Meer met energie, Taskforce Energietransitie, 2006 [2]

Een groot deel van de input voor deze studie betreft scenario’s (o.a. voor ontwikkeling woningvoorraad, energievraag, referentierendementen en marktpenetratie micro-wkk). Deze scenario’s bevatten elk uiteraard onzekerheden (die toenemen naarmate het zichtjaar verder weg ligt) of uitgangspunten waar verschillende opvattingen over bestaan. De resultaten van deze studie zijn alleen geldig voor de hier genoemde uitgangspunten.


juli 2006

6

Inhoudsopgave SAMENVATTING ..................................................................................................................................... 3 HOOFDSTUK 1 ACHTERGROND EN OPZET ...................................................................................... 8 INLEIDING .............................................................................................................................................. 8 W ERKWIJZE EN AANPAK ....................................................................................................................... 10 HOOFDSTUK 2 REFERENTIEKADER ................................................................................................ 11 REFERENTIESITUATIE WARMTE ............................................................................................................. 11 REFERENTIESITUATIE ELEKTRICITEIT .................................................................................................... 12 Referentierendementen ................................................................................................................ 12 Gemiddelde CO2 emissiefactoren ................................................................................................ 13 HOOFDSTUK 3 UITGANGSPUNTEN MICRO-WKK........................................................................... 14 TECHNOLOGIEËN ................................................................................................................................. 14 MICRO-WKK CATEGORIEËN .................................................................................................................. 16 MICRO-WKK VOOR RUIMTEVERWARMING EN WARMTAPWATER ................................................................ 18 AANDEEL MICRO-WKK IN WARMTEPRODUCTIE RUIMTEVERWARMING........................................................ 19 HOOFDSTUK 4 MARKTONTWIKKELING .......................................................................................... 20 ONTWIKKELING ENERGIEVRAAG IN HUISHOUDENS .................................................................................. 20 PENETRATIESCENARIO’S ...................................................................................................................... 24 AANTALLEN MICRO-WKK PER MARKTSEGMENT ....................................................................................... 26 HOOFDSTUK 5 ENERGIEBESPARING EN CO2-EMISSIEREDUCTIE.............................................. 29 VOORBEELDBEREKENING ..................................................................................................................... 29 ENERGIEBESPARING EN CO2-EMISSIEREDUCTIE VAN MICRO-WKK IN NEDERLAND .................................... 31 HOOFDSTUK 6 REFERENTIES .......................................................................................................... 34 HOOFDSTUK 7 BIJLAGES.................................................................................................................. 35 BIJLAGE I TEMPERATUURSAFHANKELIJKHEID VAN SOLO STIRLING .......................................................... 35 BIJLAGE II: VOORBEELDEN VAN BRANDSTOFCELONTWIKKELINGEN.......................................................... 36 BIJLAGE III GRAADDAGEN METHODE ..................................................................................................... 38 BIJLAGE V TABELLEN ONTWIKKELING WONINGBESTAND EN VRAAG NAAR RUIMTEVERWARMING ................ 41 BIJLAGE VI MARKTPENETRATIE VAN MICRO-WKK IN NEDERLAND ............................................................ 43 BIJLAGE VII: TABELLEN ENERGIEBESPARING EN CO2-EMISSIEREDUCTIE ................................................. 45


juli 2006

7

Hoofdstuk 1 Achtergrond en opzet

Inleiding Aardgas neemt in onze economie een centrale plaats in. Maatschappelijke discussies over de duurzaamheid, emissies van broeikasgassen, leveringszekerheid en afhankelijkheid van import van grondstoffen leggen de noodzaak van een duurzame gasvoorziening bloot. Het Platform Nieuw Gas, één van de 5 platforms binnen het energietransitietraject van het ministerie van EZ, richt zich op de realisatie van die duurzame gasvoorziening. Binnen het Platform Nieuw Gas streeft de Werkgroep decentrale energievoorziening naar o.a. het tot ontwikkeling brengen van micro-wkk. Warmtekrachtkoppeling op woningniveau, micro-wkk, kan bijdragen aan de verduurzaming van de Nederlandse energievoorziening. Decentrale opwekking van elektriciteit met microwkk levert een besparing op van (fossiele) brandstoffen ten opzichte van gescheiden opwekking, doordat ook de vrijgekomen warmte volledig en efficiënt benut kan worden in huishoudens. Hoe groot het potentieel aan fossiele energiebesparing en CO2-emissiereductie met microwkk is in de periode tot 2030, is afhankelijk van de technologieontwikkeling van de micro-wkk zelf, maar zeker ook van bijvoorbeeld de ontwikkeling van warmtevraag in woningen en de technologie-ontwikkeling van de gescheiden opwekking van elektriciteit en warmte. Doordat verschillende kennisinstituten telkens op basis van verschillende uitgangspunten en verschillende systeemgrenzen de milieuvoordelen van micro-wkk presenteren, is het voor overheden lastig eenduidig te bepalen wat de bijdrage van micro-wkk voor Nederland kan zijn. Met deze achtergrond heeft de Werkgroep Decentraal aan CE, Cogen, ECN, Ecofys, GET en TNO gevraagd een gezamenlijk standpunt in te nemen over de potentiebepaling van micro-wkk voor de energiebesparing en CO2-emissiereductie van 2010 tot 2030 in Nederland, onder de veronderstelling dat micro-wkk een succesvolle marktintroductie doorloopt. In samenspraak met de Werkgroep Decentraal, is de basis van dit document het marktscenario [1] dat is opgesteld door Smart Power Foundation (SPF), waarin Nederlandse ontwikkelaars van micro-wkk vertegenwoordigd zijn. Gekoppeld aan dit marktscenario is de aanname dat micro-wkk voornamelijk in de bestaande bouw wordt toegepast. Ter vereenvoudiging van de berekeningen zijn vooraf de volgende uitgangspunten afgesproken: - alle warmte uit de micro-wkk wordt nuttig ingezet, ofwel de micro-wkk is warmtevraagvolgend; - om praktische reden hebben alle micro-wkk’s een gestandaardiseerd elektrisch vermogen van 1kWe. Deze aanname beperkt het mogelijke milieuvoordeel vooral op de langere termijn, wanneer micro-wkk’s met een hoger elektrisch rendement en een goede moduleerbaarheid beschikbaar komen; - wanneer thermisch vermogen van de micro-wkk de warmtevraag niet kan invullen, wordt deze aangevuld door een piekbrander - de brandstof is Gronings aardgas; het effect van bijmengen van waterstof en/of biogas in de toekomst is achterwegen gelaten; - de energiebesparing en CO2 emissiereductie van micro-wkk worden berekend ten opzichte van een HR-ketel, de huidige standaard bij vervanging. Hierdoor zal de


juli 2006

8

meerwaarde ten opzichte van de HR-ketel worden uitgelicht en de besparing als gevolg van de verschuiving van VR-ketels naar HR-ketels niet worden toegerekend aan micro-wkk. Vanwege de tijdsbeperking is er gebruik gemaakt van bestaand cijfermateriaal, voor zover mogelijk. Een gevolg hiervan is dat gehanteerd detailniveau per punt kan verschillen. Het resultaat van deze notitie is een methodiek voor bepaling van de technische potentie van micro-wkk voor de reductie van energiegebruik en CO2-emissie. Andere belangrijke factoren voor een succesvolle marktintroductie, zoals marketing en rentabiliteit zijn voor dit rapport geen aandachtspunt geweest. Het gaat in dit rapport vooral om technisch potentieel.


juli 2006

9

Werkwijze en aanpak Doel van deze notitie is het in kaart brengen van het technisch potentieel van micro-wkk op het gebied van energiebesparing en CO2-emissiereductie in de periode 2010-2030 in Nederland. Om het technisch potentieel van micro-wkk te berekenen, brengen we de invloedsfactoren zoals de technologische ontwikkeling van micro-wkk, de ontwikkeling van de centrale elektriciteitsopwekking en de ontwikkeling van de woningmarkt in kaart. Onderstaand figuur 4 laat zien uit welke onderdelen deze berekening bestaat.

Figuur 4: Stappenplan voor de berekening van het besparingspotentieel van micro-wkk

Om te komen tot het besparingspotentieel beschrijven we eerst de referentiesituaties voor gescheiden opwekking van elektriciteit en warmte. Daarna volgen een aantal technologische uitgangspunten voor micro-wkk. De technologie-ontwikkeling van micro-wkk beschrijven we met een indeling in categorieën gebaseerd op de energetische prestaties, die we koppelen aan een ontwikkeling in de tijd. Daarna wordt de ontwikkeling van de energievraag in de woningmarkt beschreven. Aan de hand van twee marktscenario’s worden de beschikbare micro-wkk’s vervolgens verdeeld over de woningmarkt. Een voorbeeld met daarin een representatief woningtype in 2010 verduidelijkt de energiebesparing en CO2-emissiereductie van micro-wkk. Op basis van vier zichtjaren, 2010/2015/2020/2030, zal de resulterende energiebesparing en CO2-emissiereductie worden beschreven. Om de gevoeligheden weer te geven zal er worden uitgegaan van twee verschillende marktpenetratiescenario’s en twee verschillende referentiescenario’s voor de opwekking van elektriciteit met de daaraan gekoppelde rendementen en emissiefactoren. Alle in dit rapport genoemde rendementen zijn gebaseerd op de onderste verbrandingswaarde van aardgas (ow).


juli 2006

10

Hoofdstuk 2 Referentiekader Referentiesituatie warmte Voor de opwekking van warmte zal de micro-wkk worden afgezet tegen de HR-ketel. De HRketels met de beste, met een label gewaardeerde, prestaties zijn momenteel de HR-107 combi-ketels. Het opwekrendement op jaarbasis bedraagt voor deze toestellen volgens NEN 5128:2004: − ruimteverwarming 105 % ow (HT afgiftesysteem) − warmtapwater 75 % ow (HR ww label) Het potentieel voor de verdere verbetering van het rendement is voor ruimteverwarming gering. In het gunstigste geval kan nog een enkel procent gewonnen worden. Handhaven van het best haalbare rendement op 105% lijkt echter het meest realistisch. Het potentieel voor de verdere verbetering van het rendement voor warmtapwater is aanzienlijk groter. Momenteel zijn al toestellen op de markt met een gelijkwaardigheidsverklaring voor het rendement van 83 tot 89% (ow). De aanscherping van de EPC is een sterke impuls voor fabrikanten om deze ontwikkeling voort te zetten. Hierbij moet worden aangetekend dat de hoogste rendementen gehaald worden bij comfortklasse 4 tappatronen, terwijl voor de meeste woningen een lagere warmtapwatervraag gangbaar is (comfortklasse 3 of lager). Hierbij zal het rendement lager uitvallen. Daarom wordt voor 2010 een rendement van 83% (ow) als referentie verondersteld. Vanaf 2015 hanteren we een rendement van 89% (ow). Samenvattend: − referentierendement ruimteverwarming − referentierendement warmtapwater


105% 83% in 2010 en 89% in 2015

juli 2006

11

Referentiesituatie elektriciteit Inleiding De warmtevraag gestuurde micro-wkk eenheden produceren een zekere hoeveelheid elektriciteit die ofwel direct in de woning wordt gebruikt ofwel teruggevoed wordt naar het elektriciteitsnet. Deze decentrale opwekking vervangt daarmee (deels) centrale opwekking van elektriciteit. Het besparingspotentieel van micro-wkk wordt dus mede bepaald door de referentierendementen die voor centrale opwekking gelden. Er blijkt veel discussie te zijn over welk referentierendement te gebruiken. Enerzijds kun je kijken naar het ‘gemiddelde park’, anderzijds naar de beschikbare state-of-the-art technologie. Voor beide zienswijzen zijn argumenten aan te dragen. De eerste optie is vooral vanuit het perspectief welke productie vervangen wordt door een micro-wkk eenheid te plaatsen. En de tweede optie is vooral vanuit het perspectief op welke manier aardgas kan worden ingezet (bijvoorbeeld micro-wkk of STEG). Voor deze notitie is besloten om de prestatie van micro-wkk af te zetten tegen beide opties: 1. het ‘gemiddeld centrale elektriciteitspark’ 2. een gasgestookte STEG Door deze beide opties door te rekenen wordt naar verwachting een onder- en bovengrens gegeven voor de werkelijke potentie van micro-wkk. Afgesproken is dat het ‘referentiescenario’ het Global Economy (GE) scenario betreft [3]. Het GE scenario is voor beleidsmakers hèt referentiescenario, ook bijvoorbeeld voor wat betreft de Kyoto doelstellingen. Daarnaast kan het ook gezien worden als het ‘reken je niet rijk’ scenario. Recente studies zoals WLO [4] en “Optiedocument energie en emissies 2010/2020” [5] maken ook (o.a.) gebruik van het GE scenario. Ten opzichte van dit 'business as usual' scenario dient een versnelde, grootschalige uitrol van micro-wkk te worden vergeleken [1], overeenkomend met 1640 MWe in 2020 en daarna jaarlijks 300 MWe erbij, waarvan vanaf naar verwachting 2025 een deel reeds vervanging van micro-wkk betreft (marktscenario 1). Omdat onderstaande getallen bestaande scenario’s betreffen, is hierin geen rekening gehouden met het eventuele effect op centrale elektriciteitsopwekking van de aangenomen grootschalige uitrol van micro-wkk. Referentierendementen Centrale park Het jaargemiddeld referentierendement van het conventionele centrale elektriciteitspark (dus met uitzondering van duurzaam opgewekte elektriciteit), is bepaald op basis van de berekeningsmethodiek van het herziene Protocol duurzame energie [6]. Die methodiek is getalsmatig geïllustreerd in [7]. De rendementen zijn op exergiebasis berekend. Wanneer er sprake is gelijktijdige levering van elektriciteit en warmte (wkk) wordt de brandstofinzet verdeeld over elektriciteitsproductie en warmteproductie op exergiebasis. Deze methodiek kent een kwaliteitsfactor toe aan de geleverde warmte (0,2 voor lage temperatuurwarmte, bijvoorbeeld stadsverwarming, en 0,4 voor hoge temperatuurwarmte). De warmte geleverd door het centrale park betreft grotendeels hoge temperatuurwarmte (‘centrales die warmte aan industrie leveren, de ‘centrale WKK’). Conform dezelfde methodiek is voor de toekomstscenario’s uit de studie Welvaart en Leefomgeving (WLO) [5] het referentierendement van het conventionele centrale park bepaald. Er kan onderscheid worden gemaakt tussen een referentierendement ‘af productie’


juli 2006

12

en een rendement ‘bij gebruiker’ waarbij 3,9% netverliezen zijn verrekend4. Indien niet teruggeleverd wordt aan het net, dan zou het tweede referentierendement een betere vergelijkingsbasis bieden. Het referentierendement ‘af productie’ komt ruwweg overeen met het rendement van een nieuwe, moderne poederkoolcentrale. Dat type vermogen is het preferente nieuwe vermogen in de context van het Global Economy scenario (een typisch ‘kolen’ scenario). Tabel 2: Referentierendementen conventionele centrale park 2010 2015 2020 2025 Referentie 44.3% 44.6% 44.7% 45.2% ‘af productie’ Referentie 42.6% 42.9% 42.9% 43.4% ‘bij gebruiker’

2030 46.0% 44.2%

Rendement gasgestookte STEG Het in de WLO (en in Referentieramingen 2005-2020) gehanteerde rendement ‘af productie’ van een nieuwe gas STEG varieert van 58% (2010) tot 60% (2030). Voor ‘bij gebruiker’ komt dit overeen met 55,7% (2010) tot 57,7% (2030). Indien in het achtergrondscenario in plaats van een poederkoolcentrale, een gasgestookte STEG de preferente nieuwe technologie is, zou de grootschalige inzet van nieuwe micro-wkk met name dat soort nieuw vermogen verdringen, en zou het rendement van deze STEG een betere vergelijkingsbasis bieden. Gemiddelde CO2 emissiefactoren Ten slotte zijn de gemiddelde CO2 emissiefactoren uitgedrukt in gram CO2/kWh op basis van zowel MONIT als het Protocol Energiebesparing (EB) bepaald (met klimaatcorrectie + warmtecorrectie). Voor dit type emissiefactoren wordt in (SenterNovem, 2004) geen berekeningsmethodiek gegeven. Het verschil tussen MONIT en Protocol EB wordt bepaald doordat het Protocol EB alleen het eigen park beschouwt, dus exclusief import van stroom. Er van uitgaande dat micro-wkk binnenlandse centrale productie verdringt, is de EB factor de meest geëigende factor. Echter, grootschalige introductie van micro-wkk zou ook effecten kunnen hebben op het importsaldo, dat kleiner zou kunnen worden. Zodoende zouden minder binnenlandse CO2 emissies worden vermeden. Tabel 3:Gemiddelde emissiefactoren elektriciteitsproductie, g CO2/kWh 2010 2015 2020 2025 2030 Protocol EB 592 574 577 679 698 gas STEG

348

348

337

337

337

Samenvattend: . Voor de referentiewaarden voor de opwekkking van elektriciteit wordt gebruik gemaakt van tabel 2 en voor de STEG van 55,7% voor de periode tot 2015 en 57,7% vanaf 2015 Voor de referentiewaarden van CO2-emissies wordt gebruik gemaakt van de Protocol EB en STEG waarden uit tabel 3. 4

Netverliezen zijn consistent met de elektriciteitsbalans van het CBS [10]


juli 2006

13

Hoofdstuk 3 Uitgangspunten Micro-wkk Technologieën Het concept micro-wkk, gelijktijdige productie van warmte en elektriciteit op woningniveau, is technologie onafhankelijk. Echter de potentiële energiebesparing op woningniveau is sterk afhankelijk van de prestaties en eigenschappen van de toegepaste technologie. Dit hoofdstuk geeft voor de zichtperiode tot 2030 een indicatie van de verwachte technologieën en van een kansrijke selectie de bijbehorende prestaties. In Nederland is de Stirling het dichtst bij marktintroductie en maar ook leveranciers van gasmotoren en brandstofcellen hebben in de afgelopen jaren ontwikkelprogramma’s afgestemd op de Nederlandse markt. In Europa en wereldwijd zijn naast deze opties ook andere concepten voor micro-wkk in ontwikkeling zoals o.a. gasturbines, ORC5 en stoomcellen. De verschillende technologieconcepten maken momenteel nog een sterke ontwikkeling door. Omdat er weinig eenduidige publicaties over prestaties openbaar beschikbaar zijn, heeft de Werkgroep Micro-wkk6 in augustus 2005 middels een consultatie binnen haar leden de ‘verwachte’ prestaties geïnventariseerd. Gefocust is toen op de Stirling, gasmotor en brandstofceltechnologie voor het ontwikkeltraject tot 2010 en een prognose voor daarna. 2010 Stirling

Gasmotor

2020 Brandstofcel

Stirling

Gasmotor

Brandstofcel

*

ηe (range) (ow)

14% 20% 35% 25% 25% 40% (12-20) (18-25) (30-40) (20-30) (20-30) (35-45) * ηoverall (ow) 105% 95% 85% 105% 105% 95% Pe 1 1 1 1 1 1 Pth 6,1 3,8 1,4 4,9 3,0 1,4 Beschik- Demofase Demofase BeschikBeschikBeschikbaar baar baar baar Tabel 4: Resultaat consultatie Werkgroep micro-wkk Cogen Nederland (augustus 2005) * Verwachte stationaire rendementen

2010 Voor de in 2010 beschikbare Stirlings kan gesteld worden dat met een relatief beperkte inspanning, bijvoorbeeld door het vergroten van de warmtewisselaar, het overall jaargebruiksrendement gelijk wordt aan dat van de HR-ketel. Het elektrisch rendement is gebaseerd op een gemiddelde van de in 2005 op de markt en in testlaboratoria beschikbare installaties. Gezien de waargenomen continue ontwikkelingen in bijvoorbeeld gewichtafname7 en regeling8, kan worden aangenomen dat de in Tabel 4 gepresenteerde stationaire rendementen momenteel de verwachting voor de jaargebruiksrendementen in 2010 benaderen. Uit de opgave van de leverancier van de Solo (9,5 kWe Stirling met ηe 24%) blijkt dat het elektrisch rendement niet sterk afhankelijk is van de temperatuur, zie 5

Organic Rankine Cycle Werkgroep georganiseerd door Cogen Nederland met de leden: ECN, Enatec, Essent, Delta, Gasunie Trade & Supply, Microgen, NUON, Remeha, Rendo, SenterNovem, Smart Power Foundation, Vaillant, Whisper Tech. 7 Gewichtafname, betekent vermindering van de opwarmtijd, waardoor de Stirling sneller op zijn maximale vermogen komt. 8 Door in de regeling tussen kamerthermostaat en micro-wkk te streven naar langere bedrijfsperiodes, vermindert het aantal start/stops en verbetert het jaarrond (elektrisch)rendement 6


juli 2006

14

bijlage I. Indicatief voor het maximale elektrische rendement van een Stirling is het Carnot rendement, ± 65% (bij Th=1073K & To=363K). >2010 Gasmotoren Ook voor de micro-gasmotoren (met λ=1) wordt verwacht dat het overall rendement met beperkte inspanning gelijk kan worden aan dat van de HR-ketel. Het in offertes gegarandeerde stationaire elektrisch rendement van de grotere motoren (±1MWe) ligt boven de 45% (maximum ook op basis van carnot). Verschillende redenen zijn er om aan te nemen dat kleinere motoren (voorlopig nog) niet dit hoge elektrische rendement zullen halen. Wel zijn er nu al op toerental modulerende 20kWe gasmotoren op de markt met een ηe > 30%. Er zijn geen technische gronden op basis waarvan een micro-gasmotor met een elektrisch jaargebruiksrendement van 25% onmogelijk is. Wel kan, zonder geschikte SCR-katalysator, de hogere NOx-emissie een remmende rol spelen bij de doorbraak van de micro-gasmotor. Brandstofcellen De ontwikkeling van het brandstofcelsysteem op aardgas (reforming van aardgas naar waterstof nodig) is in volle gang. Het rendement van de brandstofcel zelf wordt in belangrijke mate bepaald door de keuze van het werkpunt op de IV-curve (afhankelijk van brandstofceltype, niet Carnot). Hoewel een brandstofcel op zichzelf een hoog elektrisch rendement kan behalen, dat zelfs hoger wordt bij deellast, maakt de omzettingsstap van aardgas naar waterstof dat het behalen van een jaarrondgemiddelde gelijk aan dat van HRketel een aandachtpunt blijft. Ook het overall elektrisch rendement wordt beïnvloed wanneer de warmte uit de reformer niet goed benut wordt (zie Figuur 5).

25 verlies η th overall = 29% Reformer 100

η = 75%

BC 75

29

ηth= 39% ηe = 57% 43 ηe overall = 43%

Figuur 5: Voorbeeld van mogelijk effect warmteverlies in reformer op overall elektrisch rendement

Er zijn op dit moment meerdere typen brandstofcel voor de toepassing als micro-wkk in ontwikkeling (met zowel interne als externe reforming). Bijlage II toont verschillende voorbeelden van brandstofcelontwikkelingen in de praktijk.


juli 2006

15

Micro-wkk categorieën Paragraaf 1 geeft een indicatief inzicht in het ontwikkelingspotentieel van drie typen microwkk. Om de energiebesparing niet uitsluitend te koppelen aan een bepaald type technologie of een bepaald model en de daarmee samenhangende warmte/kracht verhouding, zijn er categorieën ontwikkeld op basis waarvan de energiebesparing op nationaal niveau is berekend.

thermisch rendement micro-wkk

105%

95%

categorie A 85%

categorie B 75%

categorie C 65%

categorie D 55%

ondergrens 45%

35% 0%

5%

10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60%

elektrisch rendement micro-wkk

Figuur 6: Categorie voor energieprestatie micro-wkk

De categorieën segmenteren de verschillende micro-wkk concepten op basis van energiebesparing, elke categorie heeft zijn reikwijdte aan energiebesparing. De grenzen van elke categorie worden bepaald door het elektrische9 en het thermische jaargebruiksrendement. Deze manier van categoriseren waardeert zowel een toename van het elektrische rendement als een toename in het totaalrendement. De categorisering start op de grens waar, afgemeten tegen een HR-107 ketel en een STEGcentrale, micro-wkk energie bespaart ten opzichte van gescheiden opwekking. De bovengrens voor de categorieën is een totaalrendement van 105%, dit is tevens de referentiewaarde voor het rendement van warmte-opwekking. Categorie D levert de kleinste energiebesparing en categorie A de grootste energiebesparing. De grenzen van de categorieën zijn zo vastgelegd dat de verwachte technologie-ontwikkeling van micro-wkk over de gekozen tijdsperiode goed beschreven kan worden. Hierdoor is de laagste categorie D vanaf het begin niet van toepassing. Tot 2015 zullen alleen categorie C toestellen worden geplaatst, daarna zijn er categorie B toestellen beschikbaar. Vanaf 2020 komen er categorie A toestellen op de markt. In de periode van 2020 tot 2030 zullen de categorie C toestellen vervangen worden door categorie A toestellen.

9

In het elektrische jaargebruiksrendement is het verbruik van hulpenergie voor elektrische delen van cv-ketel zoals pomp en ventilator verdisconteerd. De energiebesparing wordt hiermee voorzichtig ingeschat.


juli 2006

16

Rekenwaarden De categorieën omvatten een grote range aan technologieën met verschillende warmte/kracht verhoudingen. Voor de berekening van de energiebesparing en CO2emissiereductie wordt een gemiddeld rendement van de categorie genomen. Als rekenwaarde worden de elektrische rendementen gemiddeld bij het hoogste totaalrendement binnen de categorie. De uitkomsten hiervan staan in tabel 5: Tabel 5: Rekenwaarden behorend bij energieprestatiecategorie micro-wkk

Categorie A Categorie B Categorie C Categorie D

Gemiddeld elektrisch jaargebruiks-rendement (ow)

Gemiddeld thermisch jaargebruiks-rendement (ow)

35% 25% 15% 5%

70% 80% 90% 100%

Met de komst van duurzame brandstoffen kan de categoriestructuur wellicht worden uitgebreid met een additionele bio-categorie. Samenvattend: Om onafhankelijk te zijn van specifieke micro-wkk technieken worden de systeemprestaties beschreven met rendementscategorieën A t/m D volgens figuur 6, daarbij gebruik makend van de rekenwaarden uit tabel 5. Tabel 6: Gehanteerde categorieën per zichtjaar Periode Best beschikbare microwkk categorie -2010 2010-2015 2015-2020 2020-2030

C C B A


juli 2006

17

Micro-wkk voor ruimteverwarming en warmtapwater Om de inzet van micro-wkk in een woning zo hoog mogelijk te maken is aandacht vereist voor de systeemuitvoering en de regeling. Voor ruimteverwarming zal de aandacht vooral liggen op de regeling. Hierbij kan worden aangesloten bij de ervaringen met warmtepompen, die meestal als bivalent systeem zijn uitgevoerd en waarbij de regeling ervoor zorgt dat de warmtepomp maximaal en de bijstook minimaal wordt ingezet. Randvoorwaarde hierbij is dat de ingestelde binnentemperatuur gerealiseerd wordt. In Nederland wordt in eengezinswoningen voornamelijk een kamerthermostaat toegepast. Hiervoor dient een aangepaste versie te worden ontwikkeld, waarbij bijvoorbeeld vermeden wordt dat de bijverwarming inkomt tijdens het aanwarmen na nachtverlaging. Voor de regeling met stooklijn is een vergelijkbare aangepaste versie vereist. Als de regeling goed functioneert leidt dit ertoe dat de micro-wkk langdurig, met een relatief laag vermogen warmte levert. Hierbij zullen de watertemperaturen relatief lage waarden bereiken, vergelijkbaar met de situatie waarbij een ketel constant op laag vermogen (modulerend) bedreven wordt. Hiermee kan een groot deel van het jaar de gevraagde warmte worden geleverd. Alleen bij een hogere warmtevraag komt de bijstook in en stijgen de watertemperaturen. Voor warmtapwater is het vermogen van de micro-wkk te gering om direct voldoende warm water te leveren. Toepassing van een voorraadvat ligt daarom voor de hand, zoals dit ook wordt toegepast bij alle combi-warmtepompen. Ook hier dient de regeling erop gericht te zijn het vat zoveel mogelijk met de micro-wkk te verwarmen. Op dit moment heeft slechts een klein deel van de huishoudens een ketel met tapvat, grofweg 15% van alle huishoudens [4]. In de afgelopen jaren is er een opgaande trend te zien in de toepassing van een tapvat voor de vergroting van het comfortniveau, bijvoorbeeld voor het snel vullen van een bad of het gelijktijdig warmwatergebruik op meerdere tappunten. Omdat micro-wkk naar verwachting vooral in bestaande bouw geplaatst zal worden is er niet in alle woningen plaats voor een tapvat, zodat het mogelijk is dat micro-wkk zowel met als zonder tapvat wordt uitgerust. Zonder tapvat wordt de bijstook als combi-doorstroom uitgevoerd. Door de hoge warmtevraag in de bestaande bouw zal micro-wkk ook zonder warmtapwaterproductie een hoog aantal bedrijfsuren halen. In de meeste situaties zal de toepassing van een tapvat leiden tot een energetische optimalisatie van het systeem. Daarom wordt in deze studie uitgegaan van micro-wkk met een tapvat. In verband met micro-wkk wordt veel gesproken over de mogelijkheid om in enige mate de productie van elektriciteit te ontkoppelen van de warmtevraag, waarbij de warmte opgeslagen wordt om op een later tijdstip alsnog nuttig te worden gebruikt. Hiermee wordt een virtuele energiecentrale mogelijk. Gezien de complexiteit van deze materie (meerinvesteringen, grotere warmteverliezen, tarieven) wordt deze optie in deze studie buiten beschouwing gelaten en wordt uitgegaan van een bedrijfswijze waarbij de warmtevraag gevolgd wordt. Samenvattend: In deze studie wordt ervan uitgegaan dat micro-wkk wordt voorzien van een voorraadvat t.b.v. de warmtapwatervoorziening. De bedrijfswijze is in principe warmtevraagvolgend, waarbij een slimme regeling wordt toegepast om de inzet van de micro-wkk zo hoog mogelijk te maken. Het concept van een virtuele energiecentrale is buiten beschouwing gelaten.


juli 2006

18

Aandeel micro-wkk in warmteproductie ruimteverwarming Voor het bepalen van de jaarprestaties van micro-wkk en bijstook moet het aandeel van beide opwekkers in de warmtevraag voor verwarming en/of warmtapwater bekend zijn. Om dit aandeel voor verwarming te bepalen is gebruik gemaakt van de graaddagenmethode. Voor een beschrijving van de graaddagen methode, zie bijlage III. Uitgaande van de warmtevraag op jaarbasis en de graaddagen voor het TRY van De Bilt is de belasting-duurkromme (bdk) van de verwarmingsinstallatie bepaald. Hierbij is ervan uitgegaan dat 16 uur per dag gelijkmatig warmte wordt geleverd. In figuur 7 geeft een horizontale lijn de begrenzing van de warmtelevering door de micro-wkk. Het oppervlak onder de lijn geeft het aandeel van de micro-wkk aan, daarboven van de bijstook.

Figuur 7: Belasting-duur-kromme voor warmtevraag van 60.000 MJ/jaar

Om het aandeel voor warmtapwater te bepalen wordt de netto warmtapwatervraag per jaar, het distributierendement en het vatrendement gegeven. Op basis hiervan wordt de bruto warmtapwatervraag per dag de aan de micro-wkk berekend. Voor zover de micro-wkk niet wordt ingezet voor verwarming wordt deze gebruikt voor bereiding van warmtapwater. Hiervoor mag deze de gehele dag èn nacht worden ingezet. Hiermee kan in alle varianten de volledige warmtapwatervraag worden geleverd. Zie bijlage IV voor een overzicht van de gebruikte dekkingsgraden. Samenvattend: Voor alle woningvarianten, gekarakteriseerd door de warmtevraag voor verwarming en warmtapwater, en voor de verschillende typen micro-wkk, gekarakteriseerd door het thermisch vermogen, het aandeel in de verwarming en warmtapwatervoorziening middels de graaddagenmethode bepaald.


juli 2006

19

Hoofdstuk 4 Marktontwikkeling Ontwikkeling energievraag in huishoudens Achtergrond Om de potentie van micro-wkk in huishoudens te kunnen inschatten, moet de ontwikkeling van deze sector geschetst worden. Het gaat dan met name om de ontwikkeling van het aantal woningen en de energievraag per woning, bestaande uit ruimteverwarming, warm tapwater en elektriciteit (gebouw- plus gebruikersgebonden). In onderstaande paragrafen wordt een overzicht gegeven van gebruikte data, de bijbehorende uitgebreide tabellen staan in bijlage V. Voor de ontwikkeling van de sector huishoudens is uitgegaan van beschikbare data, zoals o.a. gebruikt in de “Referentieramingen energie en emissies 2005-2020” [3]. ECN Beleidstudies heeft, vanuit het achterliggende SAWEC model [9], onderstaande basisgegevens aangeleverd. Het SAWEC model bevat relatief gedetailleerde gegevens over de sector huishoudens tot en met het zichtjaar 2020. Voor de periode na 2020 is gebruik gemaakt van de studie Welvaart en Leefomgeving (WLO) [4], waarin de woningvoorraad tot 2040 is ingeschat. De WLO studie hanteert hierbij echter niet het detailniveau van het SAWEC model. Zo maakt de WLO studie geen onderscheid in woningtypen, er is alleen een grove indeling in bouwjaar: voor en na 2000. Uit de verschillende beschikbare scenario’s voor economische ontwikkeling is gekozen voor het Global Economy (GE) scenario [3], een scenario met hoge groei van bevolking en economie. Het GE scenario is voor beleidsmakers hèt referentiescenario, ook bijvoorbeeld voor wat betreft de Kyoto doelstellingen. Daarnaast kan het ook gezien worden als het ‘reken je niet rijk’ scenario. Recente studies zoals WLO en “Optiedocument energie en emissies 2010/2020” [5] maken ook (o.a.) gebruik van het GE scenario. Ontwikkeling woningbestand

bewoonde woningen x1000

Het GE scenario gaat uit van een relatief hoge bevolkingsgroei. Een andere trend is dat het aantal huishoudens stijgt omdat aantal bewoonde woningen het aantal personen in het 10000 gemiddelde huishouden afneemt. Onderstaand figuur 8000 geeft het aantal bewoonde 6000 woningen weer voor de 4000 relevante zichtjaren. In 2000 2000 zijn dit er 6,5 miljoen, in 2030 0 naar verwachting bijna 8,9 2000 2010 2015 2020 2030 miljoen. Figuur 8: Ontwikkeling aantallen woningen

Niet al deze woningen hebben individuele centrale verwarming (ICV), een zeer klein deel heeft lokale verwarming en een deel heeft (klein-)collectieve verwarming. Het aandeel van ICV in het totale woningbestand neemt toe, vooral door het afnemen van het aandeel lokale verwarming. Op basis van deze trend wordt ingeschat dat in 2030 circa 95% van het woningbestand individuele centrale verwarming heeft.


juli 2006

20

Het totaal aantal woningen is groter dan het aantal bewoonde woningen als gevolg van leegstand (o.a. als gevolg van verhuizingen). Deze leegstand wordt op 1,3% ingeschat. In het SAWEC model worden 180 categorieën woningen onderscheiden: A. 4 typen woningen: vrijstaand, 2/1- kap + hoek, rijtje, appartement B. 3 typen verwarming: lokaal, individueel centraal, collectief centraal C. 3 eigendomsvormen: sociale huur, particuliere huur, koop D. 5 bouwjaar categorieën: <1930, 1930-1960, 1960-1980, 1980-1995, >1995 Voor dit project is besloten geen onderscheid te maken naar eigendomsvorm omdat dit niet van invloed is op de hier gehanteerde methode van micro-wkk uitrol (zie paragraaf 4.2). Ook wordt hier alleen gekeken naar woningen met individuele centrale verwarming (ICV), als meest interessante markt voor micro-wkk. Daarnaast is voor de vraag naar ruimteverwarming in nieuwbouwwoningen (>1995) geen onderscheid gemaakt naar woningtype, waardoor het totaal aantal categorieën op 17 uitkomt. Zoals eerder toegelicht, kan dit detailniveau tot en met 2020 worden gehanteerd. Onderstaande figuren geven de SAWEC data weer met de ontwikkeling van het aantal woningen met individuele centrale verwarming tussen 2000 en 2020. Het totale aantal woningen van de bouwjaar categorieën voor 1995 neemt af door sloop, maar het aantal ICV woningen in deze categorieën neemt toe. Voor het zichtjaar 2030 is alleen het onderscheid ‘bouwjaar voor en na 2000’ beschikbaar. Met de inschatting dat 95% van de woningen ICV hebben en dat er 1,3% leegstand is, geeft de WLO studie 5288 x 1000 bewoonde ICV woningen met bouwjaar < 2000 en 3130 x 1000 met bouwjaar > 2000 in het zichtjaar 2030. woningen met individuele CV in 2020

800

800

700

700

aantal woningen x1000

aantal woningen x1000

woningen met individuele CV in 2000

600 500 400 300 200 100

600 500 400 300 200 100

0

0 -1930

19311959

19601980

1981- >1995 1995

bouwjaar categorie

-1930

19311959

19601980

1981- >1995 1995

bouwjaar categorie

Vrijstaand

2/1-kap + hoek

Vrijstaand

2/1-kap + hoek

Rijtje (tussen)

Meergezins

Rijtje (tussen)

Meergezins

Figuur 9: aantal woningen met individuele cv per bouwjaar categorie


juli 2006

21

Energievraag ruimteverwarming Het SAWEC model geeft tot en met 2020 voor de 17 genoemde categorieën de vraag naar ruimteverwarming in GJ (thermisch). Zie onderstaande figuren voor een weergave van deze vraag voor de jaren 2000 en 2020. Voor woningen gebouwd na 1995, waarvoor geen indeling in woningtypen is gemaakt, is de gemiddelde vraag naar ruimteverwarming 20 GJ in 2000 en 15 GJ in 2020. Er is duidelijk een afname te zien in vraag naar ruimteverwarming voor alle categorieën. Deze afname is het gevolg een toename van energiebesparende maatregelen zoals ketelvervanging, na-isolatie en van een toename van de gemiddelde buitentemperatuur. vraag naar ruimteverwarming in 2000

vraag naar ruimteverwarming in 2020 60 ruimteverwarming GJth

ruimteverwarming GJth

60 50 40 30 20 10 0

50 40 30 20 10 0

-1930

19311959

19601980

19811995

bouwjaar categorie

-1930

19311959

19601980

19811995

bouwjaar categorie

Vrijstaand

2/1-kap + hoek

Vrijstaand

2/1-kap + hoek

Rijtje (tussen)

Meergezins

Rijtje (tussen)

Meergezins

Figuur 10: Vraag naar ruimteverwarming per woningtype en bouwjaar

Voor het zichtjaar 2030 is alleen het onderscheid ‘bouwjaar voor en na 2000’ beschikbaar. De WLO studie geeft een gemiddelde vraag naar ruimteverwarming van 28 GJ voor woningen met bouwjaar < 2000 en 17 GJ met bouwjaar > 2000 in het zichtjaar 2030. Zowel in het SAWEC model als in de WLO studie wordt gerekend met gemiddelden, hetgeen betekent dat extreem hoge en lage waarden tegen elkaar wegvallen. Omdat vanaf 2020 de cijfers met een ander model zijn berekend, kunnen de getallen bij de aansluiting van de twee modellen iets van elkaar afwijken. Ten opzichte van het SAWEC model geeft WLO iets hogere warmtevraag, doordat dit model een aantal nieuwe inzichten heeft verwerkt. Echter, de WLO kent de indeling naar bouwjaren niet (behalve voor en na 2000) en de indeling naar gebouwtypen is er evenmin in verwerkt. Vandaar dat voor de woningen voor 1995 SAWEC-cijfers het best inzicht geven.


juli 2006

22

Warmtevraag warm tapwater Wat betreft de warmtevraag voor warm tapwater wordt in SAWEC en WLO geen onderscheid gemaakt naar type woning of type huishouden. In onderstaande tabel staat de gemiddelde jaarlijkse warmtevraag voor warm tapwater in GJ (thermisch) weergegeven per huishouden, zoals ingeschat voor de relevante zichtjaren. In deze getallen zijn de warmteverliezen van de energieomzetting inbegrepen. Tabel 7: Ontwikkeling vraag warmtapwater Gemiddelde warmtevraag warm water Per huishouden [GJth/jaar]

2000 9.0

2010 8.6

2015 8.5

2020 8.3

2030 8.1

Het warm tapwater gebruik per persoon blijft naar verwachting de komende jaren min of meer gelijk [3]. Maar omdat de gemiddelde gezinsgrootte afneemt, daalt de gemiddelde warmtevraag voor warm tapwater per (particulier) huishouden enigszins. Elektriciteitsgebruik Ook wat betreft het totale elektriciteitsgebruik (gebruiker- en gebouwgebonden) per huishouden wordt in bovenstaande bronnen geen onderscheid gemaakt naar type woning of type huishouden (een of meerdere personen, jongeren of senioren, ed.). In onderstaande tabel staat het jaarlijkse elektriciteitsgebruik in kWh weergegeven per huishouden, zoals ingeschat voor de relevante zichtjaren. Tabel 8: Ontwikkeling elektriciteitsvraag Gemiddeld jaarlijks elektriciteitsgebruik Per huishouden [kWh/jaar]

2000 3352

2010 4084

2015 4433

2020 4631

2030 4960

Het elektriciteitsgebruik per huishouden neemt toe door een toename van het aantal apparaten en een toename van de gebruiksduur [3]. Omdat deze getallen, zoals afgesproken, rechtstreeks uit bestaande scenario’s komen, zijn deze inclusief gebouwgebonden energie, zoals bijvoorbeeld hulpenergie voor ruimteverwarming en voor warm tapwater. Wel zijn de getallen gecorrigeerd voor elektriciteitsproductie door PVpanelen. Tot slot Niet voor alle zichtjaren is een zelfde detailniveau beschikbaar. Er is overwogen om op basis van trends in beschikbare data dit detailniveau alsnog aan te brengen (extrapolatie van data). Echter, omdat afgesproken is dat uitgegaan wordt van beschikbare data, is hiervan afgezien.


juli 2006

23

Penetratiescenario’s Voor de marktpenetratiescenario’s zal worden uitgegaan van het door Smart Power Foundation10 verstrekte scenario (zie kader p.26). Hier is een tweede scenario aan toegevoegd om de effecten van een tragere marktontwikkeling weer te geven. De twee scenario’s zijn weergegeven in figuur 11. 350

scenario 1

aantal micro-wkk per jaar (x1000)

300

scenario 2 250 200 150 100 50 0 2005

2010

2015

2020

2025

2030

jaar

Figuur 11: Marktpenetratie van micro-wkk in aantallen per jaar

Miljoenen

In het tweede scenario gaan we ervan uit dat de marktontwikkeling de eerste periode ongewijzigd zal zijn ten opzichte van het eerste scenario maar dat de marktontwikkeling daarna vertraging oploopt. De verkoop per jaar ligt dan op 50% van het niveau van het positieve scenario. 4,5 4,0

Scenario 1 3,5

Scenario 2 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2010

2015

2020

2025

2030

Figuur 12: Totaal aantal opgestelde micro-wkk's in Nederland

10

Smart Power Foundation is een stichting waarin Nederlandse ontwikkelaars van micro-wkk samenwerken


juli 2006

24

Figuur 12 geeft een overzicht van het aantal geïnstalleerde micro-wkk’s per zichtjaar. In het positieve scenario zijn er in 2030 in Nederland ruim 4,1 miljoen micro-wkk’s geïnstalleerd en in minder positieve scenario worden dat er 2,2 miljoen. Onderstaand stuk geeft een toelichting op het scenario van de Smart Power Foundation. Achtergrond van het scenario van SPF De economische randvoorwaarden en daarmee samenhangende terugverdientijd is één van de bepalende factoren voor de marktontwikkeling van micro-wkk. Daarnaast zullen zaken als het opleiden van installateurs, het opstarten van grootschalige productie van micro-wkk’s en acceptatie van marktpartijen een belangrijke rol spelen in de snelheid waarmee micro-wkk zal doorbreken op de Nederlandse markt. De eerste jaren is er nog ondersteuning vanuit de overheid noodzakelijk zijn om de marktomvang tot ongeveer 75.000 stuks op jaarbasis te laten groeien. Vanaf dat punt moet de micro-wkk kunnen concurreren met de HR-ketel. De Nederlandse markt voor ketels is een sterk concurrerende markt. De relatief scherpe prijzen van de huidige HR ketel kunnen een probleem zijn bij de vergelijking in terugverdientijd van het verschil tussen een HR ketel en een micro-wkk. Desalniettemin liggen er veel kansen voor microwkk, zeker met het oog op stijgende energieprijzen. Een virtual power plant met micro-wkk’s zal de toegevoegde waarde van micro-wkk verder vergroten en de economische kansen verbeteren. Scenario 1 Dit scenario is opgebouwd met als onderlegger de marktontwikkeling van HR ketels gedurende de afgelopen 20 jaar. Belangrijk in dit scenario is dat er een terugverdientijd moet zijn van ongeveer maximaal 5 jaar. De eerste drie jaar kunnen micro-wkk’s met behulp van programmaondersteuning wel worden geïnstalleerd. Hierna zal middels ondersteuningen of goede terugleververgoedingen cq steeds scherper wordende productieprijzen de 5 jaar terugverdientijd gerealiseerd kunnen worden. Industriële productie met een daarbij behorende productieprijs vraagt minimaal een productievolume van 15.000 stuks op jaarbasis per fabrikant. Uitgangspunt hierbij is dat in de loop van 2009 er minimaal 5 fabrikanten actief zullen zijn. Daarna zal de markt voor micro-wkk zich sprongsgewijs ontwikkelen totdat in 2020 per jaar 300.000 micro-wkk eenheden verkocht zullen worden. Scenario 2 Als een terugverdientijd van vijf jaar niet voor kleinere huishoudens kan worden gerealiseerd, dan is de kans groot dat niet de marktverschuiving VR/HR als scenario moet worden aangehouden. De spreiding tussen gas- en elektriciteitsprijs kan zich bijvoorbeeld ongunstig ontwikkelen, de ontwikkeling van de brandstofcel kan vertraging oplopen of er kunnen concurrerende technologieën op de markt komen. In dat geval zal de marktintroductie meer gelijkenis vertonen met de trend van zonneboilers of warmtepompen. Dit zijn aanzienlijk langzamere marktintroducties, met voor zonneboilers na 15 jaar een aantal per jaar van gemiddeld 12.000 a 13.000 eenheden en voor warmtepompen na alweer een periode van zeven jaar ongeveer 2.000 stuks per jaar. Omdat micro-wkk in groot aantal woningen toch snel economisch rendabel te krijgen moet zijn en omdat de ontwikkeling van micro-wkk niet stopt buiten Nederland is voor een minder positief scenario toch een betere marktontwikkeling aangenomen dan bijvoorbeeld voor warmtepompen.


juli 2006

25

Aantallen micro-wkk per marktsegment In deze paragraaf nemen we het in de vorige paragraaf gepresenteerde penetratiescenario als uitgangspunt en berekenen vervolgens de verdeling van de micro-wkk toestellen over de verschillende woningtypes voor de zichtjaren 2010, 2015, 2020 en 2030. We gaan hierbij uit van het volgende model. Per zichtjaar nemen we aan dat in woningen een micro-wkk toestel zal worden toegepast van de op dat moment hoogst beschikbare categorie. We gaan ervan uit dat marktprikkels en regelgeving zodanig zijn dat micro-wkk toestellen van een lagere categorie niet meer zullen worden toegepast. Vervolgens nemen we aan dat de micro-wkk toestellen worden toegepast in de woningen waar dit de grootste CO2-besparing oplevert. Ook hier geldt dat marktprikkels (energieprijzen, energiebelasting, terugleververgoedingen) en regelgeving dit zullen sturen. Tenslotte nemen we aan dat een micro-wkk toestel pas na vijftien jaar wordt vervangen door de dan beschikbare hoogste categorie. Wij kiezen hier voor toepassing van een eenvoudig verdelingsmodel met transparante rekenmethodiek. In werkelijkheid zullen niet alleen de grootste CO2-bespaarders instappen, maar zullen ook vele andere factoren een rol spelen. Een bewoner kan bijvoorbeeld de leveringszekerheid die een micro-wkk biedt voor de basisbehoefte aan elektriciteit een belangrijk aspect vinden, of de milieuvoordelen zwaar laten wegen. Op CO2-emissieberekeningen heeft deze verdelingskeuze slechts een beperkt effect omdat de besparingspercentages voor woningtypes in vergelijkbare vraagcategorieën onderling weinig verschillen, zoals figuur 13 laat zien voor C-categorie toestellen.

CO2-emissiereductie

25% 20% 15% 10% 5% 0% 0

10

20

30

40

50

60

Ruimteverwarmingsvraag (GJ) Figuur 13: CO2-emissiereductie voor C-categorie micro-wkk toestellen (2010)

Operationeel kunnen we de methodiek als volgt beschrijven: 1. Bereken in een zichtjaar de besparing per woningtype uitgaande van het best beschikbare micro-wkk categorie. 2. Verdeel de beschikbare micro-wkk toestellen over de woningen in volgorde van afnemende CO2-besparing. Herhaal stap 1 en 2 in het volgende zichtjaar, met dien verstande dat micro-wkk’s door apparaten uit de best beschikbare categorie worden vervangen indien de levensduur van het al geïnstalleerde toestel is verstreken.


juli 2006

26

De in dit rapport gehanteerde beschikbaarheid van micro-wkk categorieën tot 2030 is weergegeven in Tabel 9. Tabel 9 : Beschikbare microWKK-categorieën tot 2030 Periode Best beschikbare micro-wkk categorie -2010 2010-2015 2015-2020 2020-2030

C C B A

De te plaatsen aantallen micro-wkk toestellen zijn weergegeven in tabel 10. De getallen zijn ontleend aan de penetratieschattingen van de Smart Power Foundation. Tabel 10 : Totaal aantal geplaatste aantal micro-wkk toestellen volgens de twee penetratiescenario’s (ontleend aan Smart Power Foundation) Zichtjaar Aantal geplaatste toestellen (x1000) Scenario 1 Scenario 2 2010 38 38 2015 498 425 2020 1638 1085 2030 4140 2159

Het resultaat van de beschreven verdelingsmethodiek laat zich eenvoudig beschrijven. In 2010 en 2015 zullen de eerste C-categorie toestellen worden geplaatst in de vrijstaande woningen van vóór 1981, zie figuur 14. Doordat de woningen uit de bouwperiode 1931-1951 een iets lagere warmtevraag hebben dan de woningen van vóór 1930 en van 1960-1980 worden deze pas voorzien van micro-wkk’s nadat deze woningen alle een micro-wkk hebben.

2015

aantal woningen

300000 250000 200000 150000

C

100000 50000 0 <1930

1960-1980

1931-1951

Vrijstaand

Vrijstaand

Vrijstaand

Figuur 14: Marktpenetratie van C-categorie micro-wkk toestellen in 2015 volgens marktscenario 1

Na 2015 komen er B-categorie toestellen op de markt. De toestellen worden geplaatst in de resterende vrijstaande woningen en in twee-onder-een-kappers en hoekwoningen. In 2020


juli 2006

27

ziet de marktpenetratie van de toestellen over de woningmarkt eruit zoals weergegeven in Figuur 15.

2020

aantal woningen

800000 700000 600000 500000

C B

400000 300000 200000 100000 0 <1930

1960-1980

1931-1959

Vrijstaand

Vrijstaand

Vrijstaand

<1930

1960-1980

1931-1959

Twee-onder-een- Twee-onder-een- Twee-onder-eenkap en hoekwoning kap en hoekwoning kap en hoekwoning

Figuur 15: Marktpenetratie van B- en C-categorie micro-wkk toestellen in 2020 volgens marktscenario 1

In 2030 zijn alle C-categorie toestellen vervangen door A-categorie toestellen die na 2020 beschikbaar komen. De geplaatste B-toestellen zijn net nog niet aan vervanging toe. Doordat er volgens het gebruikte woningenbestandmodel 5288000 woningen gebouwd zijn vóór 2000, zullen alle beschikbare A-categorie toestellen in deze woningen geplaatst worden en niet in de woningen ná 2000. In bijlage VI worden deze resultaten getalsmatig weergegeven, zowel voor scenario 1 als voor scenario 2 Samenvattend: Voor de verdeling van de beschikbare micro-wkk’s passen we een verdeelsleutel toe die de CO2-emissiereductie maximaliseert. Dit uitgangspunt heeft geen sterke invloed op het te berekenen reductiepotentieel. Immers, woningen met vergelijkbare warmtevraag en dezelfde elektriciteitsvraag hebben vergelijkbare CO2-besparingspercentages.


juli 2006

28

Hoofdstuk 5 Energiebesparing en CO2-emissiereductie Voorbeeldberekening Om meer inzichten te geven in de gebruikte methode beschrijven we het model waarmee we de energiebesparing en CO2-emissiereductie per woningtype berekenen met onderstaand concreet voorbeeld. Dit moet tevens inzichten verschaffen welke effecten micro-wkk heeft op de energiebesparing en CO2-emissiereductie van een typisch huishouden. Uitgangspunt voor de berekening is de energievraag op jaarbasis voor een vrijstaand huis in 2010, zie Tabel 11 voor de energievraaggegevens van het in deze paragraaf gebruikte voorbeeld. Tabel 11. Energievraaggegevens voor vrijstaand huis in 2010 hoeveelheid eenheid Ruimteverwarming (Qbehoefte) 54000 MJ Warmtapwater (2010) 8600 MJ Elektriciteits (2010) 4084 kWh

Uitgaande van de energievraag uit tabel 11 berekenen we het energieverbruik en de CO2emissie als gevolg van het aardgasverbruik en het elektriciteitsverbruik voor de referentie (een HR 107 ketel). Hiervoor worden de referentierendementen voor elektriciteit en warmte in 2010 gebruikt. Voor hetzelfde huishouden berekenen we het energieverbruik en CO2emissie met een categorie C micro-wkk zodat we het verschil in energieverbruik en CO2emissie kunnen bepalen. Aangenomen wordt hier dat de piekbrander niet wordt ingezet voor warmtapwaterproductie. Tabel 12 bevat een complete set van de voor de berekening gebruikte gegevens. De dekkingsgraad van de preferente warmte-opwekker wordt bepaald volgens de graaddagen methode, beschreven in bijlage III. Het voor deze berekening benodigde thermisch vermogen van het micro-wkk-toestel ligt vast doordat het totaalrendement, elektrisch rendement en elektrisch vermogen bekend is. In ons voorbeeld leidt dit tot een dekkingsgraad van 99%. Tabel 12. Volledige set van apparatuur- en elektriciteitsparkgegevens (ow) waarde eenheid thermisch rendement ruimteverwarming HR-ketel 107% 105 % totaalrendement micro-wkk (thermisch cv plus elektrisch) 105 % elektrisch rendement micro-wkk (categorie C) 15 % elektrisch vermogen micro-wkk 1,0 kW rendement buffervat warmtapwater aandeel piekbrander tapwater micro-wkk

75 0,0

% %

Elektrisch rendement gemiddelde centrale e-productie 2010 Elektrisch rendement STEG 2010 CO2-emissiefactor centrale elektriciteitsproductie 2010 CO2-emissiefactor STEG 2010 3 CO2-emissiefactor m gasverbranding

42,6 55,7 0,59 0,35 1,78

% % kg/kWh kg/kWh 3 kg/m

Het energieverbruik in de referentiesituatie wordt berekend door de ruimteverwarmingsvraag, de warmtapwatervraag en het elektriciteitsverbruik te delen door respectievelijk het rendement voor ruimteverwarming, warmtapwater en centraal elektrisch rendement. In de


juli 2006

29

situatie met micro-wkk wordt (het aandeel in) de ruimteverwarmingsvraag gedeeld door de thermische efficiency van micro-wkk. Voor de productie van warmtapwater wordt het thermisch rendement van de micro-wkk gecorrigeerd met het rendement van het buffervat. De resterende warmtevraag wordt met een ketel bijgestookt en er wordt mogelijk een deel van de elektriciteit ingekocht. Hier komt in beide situaties een totaal primair energieverbruik uit. Ook de CO2-emissies kunnen uit deze gegevens worden berekend omdat het gasverbruik en elektriciteitsinkoop/verkoop bekend zijn . Bovenstaande aanpak leidt voor de woning in dit voorbeeld tot het resultaat zoals weergegeven in Tabel 13. Onder de kolom “Referentie” zien we de resultaten die behaald zouden worden met de HR-ketel. In de kolom ‘micro-wkk’ zien we het resultaat voor de situatie met micro-wkk. Het gasverbruik van de micro-wkk is hoger omdat een deel van het gas gebruikt wordt voor elektriciteitsproductie. Daartegenover staat dat een woning met een micro-wkk minder elektriciteit hoeft te “importeren” uit het elektriciteitsnet. Vergeleken met de HR-ketel is de jaarlijkse CO2-emissie van dit huishouden met een micro-wkk 1175 kg lager vergeleken met het gemiddelde elektriciteitspark in 2010 en 438 kg in vergelijking met een STEG in 2010. Tabel 13. Berekeningsresultaat voor energieverbruik en CO2-emissie in 2010 voor een vrijstaande woning. Referentie micro-wkk Verschil Eenheid Verbruik gas & elektriciteit 3 Gasverbruik ketel 1962 16 m 3 Gasverbruik micro-wkk 2292 m 3 Totaalverbruik gas 1962 2308 346 m Elektriciteitsinkoop 4084 1062 -3022 kWh Primair energiegebruik Referentie park 2010 Referentie STEG 2010 CO2-emissies CO2-emissie gasverbruik CO2-emissie elektriciteitsconsumptie (referentie park 2010) CO2-emissie elektriciteitsconsumptie (referentie STEG 2010) Totale CO2-emissies (ref park) Totale CO2-emissies (ref STEG)


96 88

82 80

14 8

GJ GJ

3484 2418

4098 629

472 -1356

kg CO2 kg CO2

1421

370

-797

kg CO2

5902 4905

4726 4467

1175 438

kg CO2 kg CO2

juli 2006

30

Energiebesparing en CO2-emissiereductie van micro-wkk in Nederland De cijfers kunnen nu worden samengevoegd tot een berekening van het potentieel van micro-wkk op het gebied van energiebesparing en CO2-emissiereductie voor de verschillende scenario’s. Allereerst geven we in tabel 14 nog een beknopt overzicht van de belangrijkste uitgangspunten. Tabel 14: Overzichtstabel van gebruikte uitgangspunten - 2010 2010 - 2015 Best beschikbare micro-wkk categorie C C Elektrisch rendement micro% 15% 15% wkk Aantal geplaatste micro-wkktoestellen per periode (x1000) CO2-emissiefactor centraal elektriciteitspark CO2-emissiefactor STEG Opwekrendement centraal elektriciteitspark Elektrisch rendement STEG

2015 - 2020 B

2020 - 2030 A

25%

35%

Scenario 1

38

460

1140

2502

Scenario 2

38

387

660

1075

g/kWh

592

574

577

698

g/kWh

348

348

337

337

%

42,6%

42,9%

42,9%

44,2%

%

55,7%

55,7%

57,7%

57,7%

De resultaten voor de CO2-emissiereductie en energiebesparing in Nederland zijn weergegeven in figuur 16 en 17. Resultaten marktscenario 1

Resultaten marktscenario 2 12,0

10,0


10,0


8,0


8,0


Mton/jaar

Mton/jaar

12,0

6,0

6,0

4,0

4,0

2,0

2,0

0,0

0,0

2010

2015

2020

2010

2030

2015

2020

2030

Figuur 16: CO2-emissiereductie tot 2030 in Nederland voor twee marktscenario’s


juli 2006

31



120,0

TJ/jaar

80,0


100,0


80,0

TJ/jaar

100,0

120,0

60,0


60,0

40,0

40,0

20,0

20,0

0,0


0,0 2010

2015

2020

2030

2010

2015

2020

2030

Figuur 17: Energiebesparing tot 2030 in Nederland voor twee marktscenario’s

De grote spreiding in de uiteindelijke resultaten is het gevolg van de grote spreiding in CO2emissiefactoren en centrale opwekrendementen. Hieruit blijkt dat de uitkomsten sterk afhankelijk zijn van de technologie-ontwikkeling van het centrale elektriciteitspark. Daarnaast valt uit de figuren 16 en 17 op te maken dat de marktscenario’s een grote invloed hebben op de uitkomsten. In bijlage VII is een volledig overzicht gegeven van de energiebesparing en CO2-emissiereductie. In tabel 15 zijn de resultaten van de CO2-emissiereductie per zichtjaar voor een gemiddeld huishouden weergegeven. De invloed van de technologie-ontwikkeling van micro-wkk is goed terug te zien in dit overzicht. Het geeft ook een idee van de CO2-emissiereductie van micro-wkk per huishouden op jaarbasis. Tabel 15: CO2-emissiereductie per jaar voor een gemiddeld huishouden 2010 2015 2020 CO2-emissiereductie kg CO2 1175 1131 1388 referentie ’’park’’ per jaar CO2-emissiereductie kg CO2 438 496 743 referentie ’’STEG’’ per jaar

2030 2751 1573

De CO2-emissiereductie is maximaal 9,8 Mton en minimaal 1,5 Mton in 2030. Ter vergelijking, volgens de referentieraming van ECN en RIVM is de totale uitstoot van de gebouwde omgeving 30 Mton in 2005 [8]. Micro-wkk zal dus als een op zichzelf staande maatregel een significante bijdrage kunnen leveren aan de CO2-emissiereductie in de gebouwde omgeving. Hierbij moet wel rekening worden gehouden dat de CO2emisiereductie van micro-wkk niet alleen betrekking heeft op de emissies van de gebouwde omgeving maar ook op indirecte emissies van het elektriciteitsgebruik van huishoudens. Onder gedane aannames leidt de gehanteerde berekeningsmethodiek tot een aanzienlijke technische potentie van micro-wkk, bijvoorbeeld in vergelijking met de CO2emissiereductiedoelstellingen voor de gebouwde omgeving van de Taskforce Energietransitie. In het rapport ‘Meer met energie’ wordt voor de gebouwde omgeving een doelstelling gegegeven van 6 – 10 Mton CO2 en 5-25 Mton voor energieproductie (zie ook onderstaande tabel ). De CO2-emissiereductie van micro-wkk heeft betrekking op beide onderdelen in deze tabel. Werkgroep Decentraal

juli 2006

32

*bron: Meer met energie, Taskforce Energietransitie, 2006 [2]

Tot slot De weergegeven uitkomsten betreffen het berekende technisch potentieel. Realisatie van dit potentieel hangt af van veel meer variabelen dan beschouwd in deze studie. Een groot deel van de input voor deze studie betreft scenario’s (o.a. voor ontwikkeling woningvoorraad, energievraag, referentie rendementen en marktpenetratie micro-wkk). Deze scenario’s bevatten elk uiteraard onzekerheden (die toenemen naarmate het zichtjaar verder weg ligt) of uitgangspunten waar verschillende opvattingen over bestaan. De resultaten van deze studie zijn alleen geldig voor de hier genoemde uitgangspunten. Andere uitgangspunten zullen tot andere uitkomsten leiden. In deze studie was het niet mogelijk alle uitgangspunten of input tot in detail uit te werken. Met name de volgende onderwerpen worden aanbevolen om in vervolg projecten nader te analyseren in het kader van ‘technisch potentieel’: - Gecoördineerde inzet van micro-wkk eenheden in woningen als virtuele energiecentrale. - Effect van concurrerende technologieën op marktpenetratie en potentieel van microwkk. - De impact van de aangenomen marktpenetratie van micro-wkk op de ontwikkeling van het ‘gemiddelde’ centrale elektriciteitspark en analyse van het type opwekker dat in dit park wordt verdrongen op de momenten dat micro-wkk eenheden actief zijn. - Het effect van micro-wkk met vermogens (aanzienlijk) groter dan 1 kW elektrisch.


juli 2006

33

Hoofdstuk 6 Referenties [1]

Smart Power Foundation, Marktontwikkeling Micro – en mini- warmtekracht in Nederland tot 2020’’, april 2006. [2] Taskforce Energietransitie, ‘Meer met Energie’ ,2006 [3] ECN, “Referentieramingen energie en emissies 2005-2020”, A.W.N. van Dril e.a., rapport C05-018, Energieonderzoek Centrum Nederland, Petten, mei 2005. [4] CPB, MNP en RPB “Welvaart en LeefOmgeving, Een scenariostudie voor Nederland in 2040”, (nog te verschijnen in juni 2006). [5] ECN, MNP, “Optiedocument energie en emissies 2010/2020”, raport C-05-105, B.W. Daniels en J.C.M. Farla, Energieonderzoek Centrum Nederland en Milieu- en Natuurplanbureau, maart 2006. [6] SenterNovem, ’Protocol Monitoring Duurzame Energie - Methodiek voor het registreren en registreren van de bijdrage van duurzame energiebronnen’’. Derde, geactualiseerde versie. Dec. 2004 [7] CBS, ‘’Herziening duurzame energie 1990–2004’’, CBS-Website publicatiedatum 27 juni 2005. [8] EnergieNed, ‘Basisonderzoek Aardgasverbruik Kleinverbruikers’, 2001 [9] ECN, “Een blik op de toekomst met SAWEC”, Y.H.A. Boerakker, M. Menkveld, C.H. Volkers, rapport C-05-070, Energieonderzoek Centrum Nederland, Petten, juli 2005. [10] CBS. 2005. Duurzame energie in Nederland, Centraal Bureau voor de Statistiek, Voorburg/Heerlen, 2005.


juli 2006

34

Hoofdstuk 7 Bijlages Bijlage I Temperatuursafhankelijkheid van Solo Stirling


juli 2006

35

Bijlage II: Voorbeelden van brandstofcelontwikkelingen


juli 2006

36

Voorbeeld van een SOFC in ontwikkeling


juli 2006

37

Bijlage III Graaddagen methode Voor het bepalen van de jaarprestaties van micro-wkk en bijstook moet het aandeel van beide opwekkers in de warmtevraag voor verwarming en/of warmtapwater bekend zijn. Hiervoor is gebruik gemaakt van de graaddagenmethode. Hieronder wordt deze methode beknopt beschreven. − Uitgangspunt is de warmtevraag op jaarbasis in MJ en het thermisch vermogen van de micro-wkk in W. Bij toepassing van een combi-micro-wkk wordt tevens de netto warmtapwatervraag in MJ per jaar, het distributierendement en het vatrendement gegeven. Op basis hiervan wordt de bruto warmtapwatervraag aan de micro WKK berekend. − De graaddagen zijn verdeeld naar daggemiddelde buitentemperatuur (zie figuur 18). − De warmtevraag wordt nu evenredig met de graaddagen verdeeld per daggemiddelde buitentemperatuur. − Per daggemiddelde buitentemperatuur wordt nu het gemiddeld gevraagd vermogen bepaald bij een inzet gedurende maximaal 16 uur − Vervolgens wordt de inzet van de micro-wkk bepaald per daggemiddelde buitentemperatuur: o Als het gemiddeld gevraagd vermogen hoger is dan het thermisch vermogen van de micro-wkk wordt verondersteld dat de wkk maximaal 16 uur nuttige warmte levert. Het aandeel van de wkk in de warmtelevering is dan de verhouding tussen het thermisch vermogen van de micro-wkk en het gevraagd vermogen . De benuttingsgraad van de wkk is dan 67%. Het ontbrekend vermogen wordt door de bijstook geleverd. o Anders (dus als het gemiddeld gevraagd vermogen lager dan of gelijk aan het thermisch vermogen van de micro-wkk is) levert de wkk het gevraagd gemiddeld vermogen. Het aandeel in de warmtelevering door de wkk is dan 100%. De benuttingsgraad van de wkk is dan de verhouding tussen het gevraagd vermogen en het thermisch vermogen van de micro-wkk. De bijstook wordt dan niet ingezet. o Vervolgens wordt de warmtevraag voor warmtapwater bepaald per daggemiddelde buitentemperatuur. o De hiervoor beschikbare warmte is het verschil van de door de wkk beschikbare en geleverde warmte voor verwarming. o Als de warmtevraag voor warmtapwater hoger is dan de nog beschikbare warmte van de micro-wkk wordt verondersteld dat de wkk permanent nuttige warmte levert. Het aandeel van de wkk in de warmtevraag voor warmtapwater is dan de verhouding tussen de nog beschikbare warmte van de micro-wkk en de warmtevraag voor warmtapwater. De benuttingsgraad van de wkk wordt dan 100%. Het ontbrekend vermogen wordt door de bijstook geleverd. o Anders (dus als de warmtevraag voor warmtapwater lager dan of gelijk aan de nog beschikbare warmte van de micro-wkk is) levert de wkk de gevraagde warmte. Het aandeel in de warmtelevering door de wkk is dan 100%. De benuttingsgraad van de wkk is dan de verhouding tussen de warmtevraag voor warmtapwater en het thermisch vermogen van de micro-wkk. De bijstook wordt dan niet ingezet. De resultaten van de berekening worden gesommeerd, waarna het aandeel en de benuttingsgraad van de micro-wkk op jaarbasis De figuur illustreert deze werkwijze voor de verwarmingsfunctie van de micro-wkk.


juli 2006

38

250

25

200

20

150

15

100

10

50

5

0

Aantal dagen

Aantal graaddagen

Dagen en graaddagen per daggemiddelde buitentemperatuur

Graaddagen Aantal dagen

0 -10

-5

0

5

10

15

20

Daggemiddelde buitentemperatuur

Figuur 18: Aantal dagen met gemiddelde buitentemperatuur/graaddagen

Warmtevraag, vermogen, draaiuren

Warmtevraag, vermogen en draaiuren op basis graaddagen 3500

70%

3000

60%

2500

50%

2000

40%

1500

30%

1000

20%

500

10%

Warmtevraag MJ Geleverde warmte MJ Gevraagd vermogen W Geleverd vermogen W Draaiuren h

0

Draaiuren %

0% -10

-5

0

5

10

15

20

Buitentemperatuur

Figuur 19: Voorbeeld van gesimuleerde warmteproductie


juli 2006

39

Bijlage IV Aandeel micro-wkk in ruimteverwarming en warmtapwater De volgende dekkingsgraden zijn gebruikt voor de berekening van de energiebesparing en CO2-emissiereductie. WTW staat voor warm tapwater en RV voor ruimteverwarming. Tabel 16: Dekkingsgraad micro-wkk met WTW-dekking met de mogelijkheid om 16 uur per dag te verwarmen. 2010 WTW-vraag 8550 Microwkk

RVvraag (MJ) 60000 55000 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000

Categorie C 6 kW thermisch

RV 98% 99% 99% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%


2015

2020

2030

8325

8100

8000

Categorie C 6 kW thermisch

WTW 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

RV 98% 99% 99% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Categorie B 3,2 kW thermisch

WTW 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

juli 2006

RV 75% 79% 84% 88% 92% 96% 99% 100% 100% 100%

Categorie A 2 kW thermisch

WTW 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

RV 53% 57% 61% 66% 72% 78% 85% 92% 98% 100%

WTW 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

40

Bijlage V Tabellen ontwikkeling woningbestand en vraag naar ruimteverwarming

2000 Warmtevraag [GJth] -1930 1931-1959 1960-1980 1981-1995 >1995

Vrijstaand 59 51 58 34

2/1-kap+ hoekwoning 45 40 41 26

Rijtjes woning 44 37 40 27

Meergezins woning 38 32 33 26

Totaal 46.8 39.3 41.6 27.2 20

2000 Aantal ICV woningen x1000 -1930 1931-1959 1960-1980 1981-1995 >1995

Vrijstaand 212 148 245 164 103

2/1-kap+ hoekwoning 208 328 684 468 63

Rijtjes woning 179 207 657 404 73

Meergezins woning 180 207 245 343 89

2010 2/1-kap+ Vrijstaand hoekwoning 54 40 47 37 54 38 33 25

Warmtevraag [GJth] -1930 1931-1959 1960-1980 1981-1995 >1995



Totaal 41.8 35.4 38.0 25.7 16


Vrijstaand 233 156 252 164 343

2/1-kap+ hoekwoning 226 355 694 467 206

Rijtjes woning 204 236 682 404 237






Totaal 39.8 33.8 36.4 24.5 15

2015


juli 2006

41

Aantal ICV woningen x1000 -1930 1931-1959 1960-1980 1981-1995 >1995

Vrijstaand 236 157 253 164 514

2/1-kap+ hoekwoning 229 359 694 467 307

Rijtjes woning 209 242 686 403 353






Totaal 37.9 32.4 34.8 23.6 15


Vrijstaand 238 157 253 163 667

2/1-kap+ hoekwoning 230 359 693 466 399

Rijtjes woning 213 245 688 403 459


2030 Gemiddelde warmtevraag ruimteverwarming [GJth] Aantal ICV woningen ≤ 2000 Aantal ICV woningen > 2000 warmtevraag ≤ 2000 warmtevraag > 2000


x 1000 x 1000 [GJth / woning] [GJth / woning]

juli 2006

5288 3130 28 17

42

Bijlage VI Marktpenetratie van micro-wkk in Nederland Marktpenetratie 2010 In de periode tot 2010 zijn er 38000 toestellen te verdelen over de markt, zowel voor scenario 1 als voor senario 2. De grootste CO2-besparingen kunnen worden gehaald bij de vrijstaande woningen. Er zijn alleen categorie C micro-wkk’s op de markt. Tabel 17. Penetratieaantallen 2010 (scenario 1 en 2)

woningtype Vrijstaand Vrijstaand Totaal geplaatst in 2010

bouwjaar <1930 1960-1980

A

B

C 19000 19000 38.000

Totaal 19000 19000 38.000

Marktpenetratie 2015 Tot dit zichtjaar zijn er 498000 toestellen te verdelen over de markt voor scenario 1 en 425000 voor senario 2. Er zijn nog geen B-categorie micro-wkk’s op de markt. Tabel 18. Penetratieaantallen 2015 scenario 1

woningtype Vrijstaand Vrijstaand Vrijstaand Totaal geplaatst in 2015

bouwjaar <1930 1960-1980 1931-1951

A

B

C 236022 253156 8822 498.000

Totaal 236022 253156 8822 498.000

Tabel 19. Penetratieaantallen 2015 scenario 2

woningtype Vrijstaand Vrijstaand Totaal geplaatst in 2015

bouwjaar <1930 1960-1980

A

B

C 171844 253156 425.000

Totaal 171844 253156 425.000

Marktpenetratie 2020 Er zijn in dit zichtjaar 1.638.000 toestellen te verdelen over de markt voor scenario 1 en 1.084.900 voor senario 2. Er zijn nu ook categorie B micro-wkk’s geplaatst, de categorie C micro-wkk’s zijn nog niet aan vervanging toe. Tabel 20. Penetratieaantallen 2020 scenario 1

woningtype Vrijstaand Vrijstaand Vrijstaand Twee-onder-een-kap en hoekwoning Twee-onder-een-kap en hoekwoning Twee-onder-een-kap en hoekwoning Totaal geplaatst in 2020


bouwjaar <1930 1960-1980 1931-1959

A

B 2309 309 147693

C 236022 253156 8822

Totaal 238331 253465 156515

<1930

230462

230462

1960-1980

692549

692549

1931-1959

66678

65678

1.140.000 498.000 1.638.000

juli 2006

43


woningtype Vrijstaand Vrijstaand Vrijstaand Twee-onder-een-kap en hoekwoning Twee-onder-een-kap en hoekwoning Totaal geplaatst in 2020

bouwjaar <1930 1960-1980 1931-1959 <1930 1960-1980

A

Totaal B C 238331 66487 171844 253465 309 253156 156515 230462 230462 205127 206127 659.900 425.000 1.084.900

Marktpenetratie 2030 In 2030 zijn alle C-categorie toestellen vervangen door A-categorie toestellen. De geplaatste B-toestellen zijn nog net niet aan vervanging toe. Doordat er 5288000 woningen gebouwd zijn vóór 2000, zullen alle beschikbare A-categorie toestellen in deze woningen geplaatst zijn en niet in de categorie woningen ná 2000. Tabel 22. Penetratieaantallen 2030 scenario 1

woningtype -

bouwjaar <2000 >2000

A 3000000

B 1140000

C

A 1500000

B 659900

C

Totaal

4.140.000 0


woningtype -


bouwjaar <2000 >2000

juli 2006

Totaal

2.159.900 0

44

Bijlage VII: Tabellen energiebesparing en CO2-emissiereductie Tabel 24: Resultaten voor scenario 1 energiebesparing ref ''park'' energiebesparing ref ''STEG'' CO2-emissiereductie ref ''park'' CO2-emissiereductie ref ''STEG''

PJ/jaar PJ/jaar Mton/jaar

2010 0,6 0,3 0,0

2015 7,4 4,4 0,6

2020 29,1 16,1 2,3

2030 97,3 55,3 9,8

Mton/jaar

0,0

0,2

0,8

2,8

PJ/jaar PJ/jaar Mton/jaar

2010 0,6 0,3 0,0

2015 6,4 3,8 0,5

2020 19,7 11,0 1,5

2030 53,8 30,6 5,3

Mton/jaar

0,0

0,2

0,5

1,5

Tabel 25: Resultaten voor scenario 2

energiebesparing ref ''park'' energiebesparing ref ''STEG'' CO2-emissiereductie ref ''park'' CO2-emissiereductie ref ''STEG''

Tabel 26: CO2-emissiereductie per huishouden Best beschikbare micro-wkk Gemiddelde CO2emissiereductie (kg CO2)

Ref park Ref STEG


2010 C

2015 C

2020 B

2030 A

1175 438

1131 496

1388 743

2751 1573

juli 2006

45

Technisch energie- en CO 2 - besparingspotentieel van micro-wkk in Nederland ( )

Recommend Documents