Warmteladder - Afwegingskader warmtebronnen voor

Warmteladder
Afwegingskader warmtebronnen
voor warmtenetten
- FINAAL –
Warmteladder
Afwegingskader warmtebronnen voor
warmtenetten
- FINAAL –
Door: Jeroen de Beer, Ewald Slingerland en Wouter Meindertsma
Datum: mei 2014
Projectnummer: INDNL14405
© Ecofys 2014 in opdracht van: Eneco
ECOFYS Netherlands B.V. | Kanaalweg 15G | 3526 KL Utrecht| T +31 (0)30 662-3300 | F +31 (0)30 662-3301 | E [email protected] | I www.ecofys.com
Chamber of Commerce 30161191
Inhoudsopgave
Samenvatting
1
1
Inleiding
3
2
Warmtebronnen
5
2.1
Inleiding
5
2.2
Kolencentrales
5
2.3
STEG
7
2.4
AVI
7
2.5
Gasmotor-WKK
8
2.6
Industriële WKK
2.7
Biomassa
10
2.8
Geothermie
10
2.9
Industriële restwarmte
11
3
4
5
8
Emissies
12
3.1
Soorten emissies, verbrandings- en ketenemissies
12
3.2
Bepaling van emissies
12
3.2.1
Referenties voor de beoordeling
12
3.2.2
Methodologie voor toekennen lokale emissies per warmtebron
13
3.2.3
Methodologie voor toekennen ketenemissies (alleen CO2)
15
3.3
Resultaten emissies
17
Energetisch rendement
20
4.1
Methodiek bepalen equivalente opwekrendementen
20
4.2
Resultaten
22
Leveringszekerheid
23
5.1
Korte termijn leveringszekerheid
23
5.2
Lange termijn leveringszekerheid
25
6
Technische specificaties
27
7
Prijsmechanismen
29
7.1
Volatiliteit van de prijs van de brandstof
29
7.2
Subsidie
31
7.3
De prijs voor uitstoot van CO2
31
8
Overzichtstabel afwegingskader
ECOFYS Netherlands B.V. | Kanaalweg 15G | 3526 KL Utrecht| T +31 (0)30 662-3300 | F +31 (0)30 662-3301 | E [email protected] | I www.ecofys.com
Chamber of Commerce 30161191
33
Samenvatting
Het leveren van warmte aan huishoudens en bedrijven via een warmtenet wordt gezien als een
duurzaam alternatief voor individuele, meest gasgestookte ketels. Maar die duurzaamheid is wel
afhankelijk van de bronnen die warmte leveren aan het net. De vraag die hierbij speelt is aan welke
criteria een warmtebron moet voldoen wil het duurzaam genoemd kunnen worden.
Eneco heeft behoefte aan een kader om de duurzaamheid van verschillende bronnen te kunnen
afwegen. Concrete aanleiding voor dit vraagstuk is de Green Deal Zuid-Holland en het Deltaplan
Energie van het Havenbedrijf Rotterdam. De Green Deal is erop gericht het overschot aan warmte
van vooral de industriegebieden nabij Rotterdam te koppelen aan de vraag naar warmte in gebouwde
omgeving in Zuid-Holland.
In opdracht van Eneco heeft Ecofys een afwegingskader ontwikkeld om de duurzaamheid van
verschillende warmtebronnen te kunnen toetsen aan de volgende criteria:
•
Emissies (CO2 direct en in de keten, NOx, SOx en fijn stof);
•
Opwekrendement van de warmte;
•
Leveringszekerheid (korte en lange termijn);
•
Technische specificaties;
•
Mechanismen achter prijsvorming.
De eerste twee criteria worden kwantitatief beoordeeld en de laatste drie kwalitatief.
De warmtebronnen die worden meegenomen in het afwegingskader zijn:
•
Kolencentrales (varianten: met CO2-afvangen, met bijstook van biomassa);
•
STEG;
•
AVI;
•
Gasmotor WKK;
•
Industriële WKK (stoom- en/of gasturbine);
•
Biomassa (ketel en WKK);
•
Geothermie;
•
Industriële restwarmte.
Voor de beoordeling van de duurzaamheid van warmte bestaat nog geen uitontwikkelde methode. In
dit afwegingskader is zoveel mogelijk aangesloten bij bestaande en geaccepteerde methoden.
De warmteladder is bedoeld om op een gestructureerde manier de discussie over duurzaamheid van
warmte te voeren. Het is niet de bedoeling een absoluut oordeel te geven. Tevens moet worden
gezegd dat de beoordeling gebaseerd is op een gemiddelde situatie. Voor specifieke projecten kan tot
een andere beoordeling gekomen worden.
INDNL14405
1
De resultaten zijn samengevat in een matrix waarin de afweging van alle warmtebronnen voor alle
criteria wordt getoond (zie tabel 1).
Tabel 1: Afwegingskader duurzaamheid warmtebronnen.
Restwarmte
Ind.
Afval
AVI
Biomassa
Industriele restwarmte
Geothermie
WKK Industrie
WKK Gasmotor
Geo
44
29
8.8
23
28
23
12
8.3
3.8
0.0
7.0
g/GJth
g/GJth
8.9
0.5
5.8
9.0
0.5
4.1
10
0.4
1.0
4.2
0.0
0.0
-23
-1.3
-36
4.2
0.0
0.0
6.8
0.1
2.5
39
1.9
11
18
0.9
5.1
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Energetisch rendement
%
278
479
278
278
150
278
586
10000
10000
1000
556
+
+
+
-
+
+
+
+/-
+
+
+/-
+/+
+
+/-
+/+
+
+/-
+/+
+
+
+
+
+/+
+
+
+
+/-
+
+
+
+/-
+/+/+/+/-
+
+/+
+/-
Leveringszekerheid op korte termijn (1 jaar)
+/-
Leveringszekerheid op langere termijn (tot 15 jaar)
+/-
Tec hnisc he spec ific aties
+/-
Prijsmechanismen
+/-
INDNL14405
STEG
g/GJth
Kolencentrale + 90% afvang CO2
Emissies - NOx
Emissies - Fijnstof
Emissies - SOx
Kolencentrale + 42% bijstook
biomassa
Eenheid
kg/GJ th
Kolencentrale
Criterium
Emissies - CO2 (lokaal + keten)
Duurzaam
Gas
WKK
Fossiel
Kolen
Ketel
Bron
Techniek
2
1 Inleiding
Het leveren van warmte aan huishoudens en bedrijven via een warmtenet wordt gezien als een
duurzaam alternatief voor individuele, meest gasgestookte ketels. Maar die duurzaamheid is wel
afhankelijk van de bronnen die warmte leveren aan het net. De vraag die hierbij speelt is aan welke
criteria een warmtebron moet voldoen wil het duurzaam genoemd kunnen worden.
Eneco heeft behoefte aan een kader om de duurzaamheid van verschillende bronnen in het
warmtenet van Eneco te kunnen afwegen. Concrete aanleiding voor dit vraagstuk is de Green Deal
Zuid-Holland en het Deltaplan Energie van het Havenbedrijf Rotterdam. De Green Deal is erop gericht
het overschot aan warmte van vooral de industriegebieden nabij Rotterdam te koppelen aan de vraag
naar warmte in gebouwde omgeving in Zuid-Holland.
Eneco heeft Ecofys gevraagd een objectief afwegingskader op te stellen waarmee verschillende
warmtebronnen kunnen worden gerangschikt op duurzaamheid, betaalbaarheid en betrouwbaarheid.
Ecofys heeft dit afwegingskader ontwikkeld voor Eneco. Omdat het om een rangschikking gaat van
warmtebronnen, duiden we dit afwegingskader aan met “warmteladder”.
Verschillende warmtebronnen die kunnen leveren aan het primaire warmtenet van Eneco worden
meegenomen in de warmteladder. De warmtebronnen moeten voldoen aan de volgende
voorwaarden:
•
Substantiële capaciteit (>10 MWth);
•
Aansluiten bij de stooklijnen van het primaire warmtenet van Eneco in Den Haag en
Rotterdam1;
•
Bewezen technologie.
De warmtebronnen die worden meegenomen in het afwegingskader zijn:
•
Kolencentrales (varianten: met CO2-afvangen, met bijstook van biomassa);
•
STEG;
•
AVI;
•
Gasmotor WKK;
•
Industriële WKK (stoom- en/of gasturbine);
•
Biomassa (ketel en WKK);
•
Geothermie;
•
Industriële restwarmte.
In hoofdstuk 2 worden de warmtebronnen verder getypeerd.
1
Het primaire warmtenet heeft een aanvoertemperatuur van 90-120°C, afhankelijk van de buitentemperatuur. De retourtemperatuur ligt
tussen de 50 en 70°C.
INDNL14405
3
In dit document worden de afwegingen beschreven die gemaakt zijn om tot een vergelijking van de
verschillende warmtebronnen te komen. De criteria die worden meegenomen in het afwegingskader
zijn:
•
Emissies (CO2 direct en in de keten, NOx, SOx en fijn stof) (Hoofdstuk 3);
•
Opwekrendement van de warmte (Hoofdstuk 4);
•
Leveringszekerheid (korte en lange termijn) (Hoofdstuk 5);
•
Technische specificaties (Hoofdstuk 6);
•
Mechanismen achter prijsvorming (Hoofdstuk 7).
Een uitganspunt in de analyses is dat de systeemgrens bij de bron ligt en niet bij het aansluitpunt.
Deze keuze heeft bijvoorbeeld tot gevold dat warmteverliezen in het netwerk zelf niet worden
meengenomen.
De resultaten zijn samengevat in een matrix waarin de afweging van alle warmtebronnen voor alle
criteria wordt getoond. De aannamen die beschreven zijn in dit document, zijn essentieel voor een
goed begrip van de matrix. Het moge duidelijk zijn dat andere aannamen kunnen leiden tot een
andere afweging. De afweging is bovendien afhankelijk aan het belang dat de gebruiker hecht aan de
verschillende criteria. Een andere prioriteit kan leiden tot een andere afweging. De warmteladder is
dan ook bedoeld om op een gestructureerde manier de discussie te voeren over de verschillende
warmtebronnen en poogt niet een absoluut oordeel te geven.
INDNL14405
4
2 Warmtebronnen
2.1 Inleiding
In dit hoofdstuk geven we een typering van de volgende warmtebronnen:
•
Kolencentrales (varianten: met CO2-afvangen, met bijstook van biomassa);
•
Stoom- en gasturbine (STEG);
•
Afvalverbrandingsinstallatie met energieopwekking (AVI);
•
Gasmotor WKK;
•
Industriële WKK (stoom- en/of gasturbine);
•
Biomassa (ketel en WKK);
•
Geothermie;
•
Industriële restwarmte
2.2 Kolencentrales
Bij de kolencentrale wordt warmte geproduceerd door op een lage druk stoom af te tappen uit het
stoomcircuit. Door met deze stoom warmte te produceren vermindert de elektriciteitsproductie en
neemt het totaalrendement van de installatie toe. Overigens wordt in een STEG en AVI warmte op
dezelfde manier geproduceerd.
In dit onderzoek worden drie typen kolencentrales onderscheiden:
1. Kolencentrale zonder biomassa bijstook of koolstofafvang
2. Kolencentrale met biomassa bijstook.
3. Kolencentrale met koolstofafvang.
Bij het mee- of bijstoken wordt de biomassa toegevoerd aan elektriciteitscentrales of industriële
installaties die van oorsprong draaien op kolen.
Door koolstofafvang toe te passen op kolencentrales, kunnen de emissies per geproduceerde
elektriciteit of warmte worden verminderd. Gebruik van biomassa en koolstofafvang kan effecten
hebben op de rentabiliteit en leveringszekerheid van de kolencentrales (zie relevante hoofdstukken).
De huidige en geplande kolencentrales in de regio Rijnmond zijn geïdentificeerd en gekarakteriseerd
aan de hand van een recente inventarisatie van ECN voor het Rotterdam Climate Initiative (2013) en
aan de hand van een database voor Europese elektriciteitscentrales van Ecofys. De maximale
bijstookpercentages van biomassa en de elektrisch rendementen van de kolencentrales zijn afkomstig
uit de Milieu Effect Rapportages (MER’s)2.
2
Deze zijn beschikbaar via
http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p16/p1684/1684-29mer.pdf (Electrabel)
http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p17/p1745/1745-041mer_001.pdf (E.On, deel 1)
http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p17/p1745/1745-041mer_002.pdf (E.On, deel 2)
http://api.commissiemer.nl/docs/mer/p17/p1745/1745-041mer_003.pdf (E.On, deel 3)
INDNL14405
5
Voor de ‘kolencentrale met biomassa bijstook’ wordt een gewogen gemiddelde genomen van de twee
nieuwe kolencentrales waar voorzien wordt biomassa bij te stoken. De E.ON MPP3 kent een maximaal
biomassa bijstookpercentage van 30%, te wegen met een elektrische capaciteit van 1100 MWe. Bij de
GDF Suez/Electrabel centrale is dit 60% (te wegen met 750 MWe). Het gewogen gemiddelde komt
hiermee op 42% (maximaal). Tabel 2 geeft een overzicht van de kolencentrales in de regio Rijnmond.
Tabel 2: Overzicht van kolencentrales in de regio Rijnmond
Capaciteit
(MWe)
E.ON Maasvlakte (bestaand)
1.040
E.ON MPP3 (Maasvlakte nieuw)
1.100
GDF Suez/Electrabel (nieuw)
750
In het Energieakkoord is afgesproken om vijf bestaande kolencentrales, inclusief de E.ON centrale op
de Maasvlakte, vervroegd te sluiten. Dit besluit is nog niet definitief hangende een uitspraak van de
Autoriteit Consument en Markt dat dit besluit niet verenigbaar is met het kartelverbod. Bij het
opstellen van deze Warmteladder was hier nog geen uitsluitsel over. In overleg met Eneco is daarom
besloten alleen de E.ON MPP3 en GDF Suez/Electrabel centrale op te nemen in de analyse. Beide
centrales worden naar verwachting in 2014 in gebruik genomen.
Kolencentrale met koolstofafvang
Voor deze optie is geen MER beschikbaar en om die reden wordt gebruik gemaakt van de expertise
van Ecofys op het gebied van koolstofafvang. De best inpasbare technologie voor zowel bestaande als
de bovenstaande nieuwe kolencentrales is de post-combustion technologie. Bij deze technologie
wordt het CO2 uit het rookgas verwijderd. Het uitrusten van een kolencentrale met post-combustion
koolstofafvang reduceert de hoeveelheid CO2 in de afgassen met ongeveer 90%. Door het
rendementsverlies als gevolg van koolstofafvang (7-9%punt) is de netto reductie lager dan deze 90%
en bedraagt circa 88%.
Koolstofafvang heeft ook effect op emissies van NOx, SOx en fijnstof. De toepassing van postcombustion koolstofafvang bij poederkoolcentrales zal waarschijnlijk leiden tot een afname in SO2
emissies. SO2 reageert namelijk met het oplosmiddel dat wordt gebruikt voor het afvangen van CO2.
Omdat dit leidt tot verlies van oplosmiddel is het vaak nodig om de SO2-concentratie in de
rookgassen al voor afvang terug te brengen. Voor NOx ligt dit anders. NOx emissies worden beperkt
gereduceerd in de CO2 afvangstinstallatie, ongeveer met 5%. Het rendementsverlies door het CO2
afvangproces leidt er waarschijnlijk toe dat NOx emissies per kWh zullen toenemen.
De fijnstofemissies zullen gedeeltelijk afnemen als gevolg van het extra ‘scrubben’ van het rookgas in
CO2 afvanginstallaties, hoewel dat niet door alle experts wordt erkend. In deze studie is een reductie
van 30% aangenomen. Dit is een gemiddelde waarde van wat door diverse experts wordt gesteld.
INDNL14405
6
2.3 STEG
Een STEG is een SToom- En Gascentrale, waarbij twee turbines worden aangedreven. De eerste
turbine wordt aangedreven door verbranding van aardgas. De tweede turbine wordt aangedreven
met stoom opgewekt met behulp van de verbrandingsgassen uit de gasturbine. Dit zorgt ervoor dat
de elektriciteitsproductie door STEGs een hoog elektrisch rendement kan bereiken van 50 tot 60%.
Warmte wordt gewonnen door op een lage temperatuur stoom af te tappen. Tabel 3 geeft een
overzicht van de STEGs in de regio Rijnmond, gebaseerd op het eerder genoemde rapport van ECN
en de database van Europese elektriciteitscentrales.
Tabel 3: Overzicht van STEGs in de regio Rijnmond
STEG
Capaciteit
Galilei
209 MWe
Roca
269 MWe
Rijnmond Energie (ENECOIntergen)
Maasstroom Energie (OxxioIntergen-2)
Enecogen (Eneco/Dong)
820 MWe
428 MWe
870 MWe
2.4 AVI
De AVR Rozenburg is een afvalverwerkingscentrale waarbij huishoudelijk- en bedrijfsafval wordt
omgezet in stoom, warmte en elektriciteit. De afkorting AVR staat voor Afvalverwerking Rijnmond. De
warmte wordt geleverd aan industriële afnemers en stadsverwarmingssystemen. De website van de
AVR Rozenburg vermeldt dat de centrale in 2012 513 GWh aan elektriciteit heeft geleverd en 566 TJ
stoom aan industriële afnemers. De centrale is al aangesloten op het warmtenet van Rotterdam en
heeft plannen haar aandeel in warmtelevering te verhogen. In 2015 verwacht de AVR een
elektriciteitsproductie van ongeveer 300 GWh te realiseren en 4.500 TJ stadswarmte te leveren aan
Rotterdam en 1.400 TJ aan processtoom voor industriële afnemers.
De AVI neemt een bijzondere positie in binnen het lijstje van warmtebronnen. Juridisch worden deze
installaties niet gezien als primaire productiebedrijven, maar hebben ze de wettelijke taak afval te
verbranden. Deze wettelijke taak betreft de verplichtingen omtrent afvalbeheer en afvalverbranding
op grond van Europese richtlijnen. Warmte en elektriciteit kunnen in deze context worden gezien als
bijproducten. Hiernaast kent het afvalbeheer een voorkeursvolgorde: de afvalhiërarchie. Deze gaat
uit van eerst zoveel mogelijk voorkomen, hergebruiken en recyclen en het dan nog resterende deel
nuttig toepassen voor bijvoorbeeld energieterugwinning. In de Kaderrichtlijn afvalstoffen (KRA) is
opgenomen dat afvalverbrandingsinstallaties die specifiek zijn bestemd voor het verwerken van
stedelijk afval de status ‘installatie voor nuttige toepassing’ (R1) krijgen als ze voldoende energieefficiënt zijn (afvalverbranding met energieopwekking vanuit klimaatoogpunt een beter alternatief is
dan afvalverbranding zonder energieopwekking). Alle afvalverbrandingsinstallaties voor stedelijk afval
(AVI’s) in Nederland voldoen aan de vereisten voor de R1-status en zijn daarmee gekwalificeerd als
installaties voor nuttige toepassing. De R1 status is een Europese kwalificatie. Installaties met een R1
status mogen afval importeren. Voor de R1 status is gebruik van warmte een voorwaarde.
INDNL14405
7
Hiermee is een AVI input-gedreven. De productie van warmte en elektriciteit wordt bepaald door de
hoeveelheid afval die beschikbaar is, niet door de vraag naar deze producten. Dit is ook een verschil
met de primaire elektriciteitsproductiebedrijven. Als op een locatie minder afval verwerkt kan
worden, zal de productie van warmte en elektriciteit ook afnemen.
Meer dan de helft van het afval dat wordt verwerkt in de AVI is van biogene oorsprong. De energie
die wordt geproduceerd met het afval van biogene oorsprong wordt gezien als duurzame energie.
2.5 Gasmotor-WKK
Een gasmotor-WKK is een WKK-installatie3 die is gebaseerd op een zuigermotor met interne
verbranding van een mengsel van gasvormige brandstof en lucht. In tegenstelling tot een
dieselmotor-WKK wordt de verbranding ingezet door een externe vonk (Otto cyclus). GasmotorWKK’s kennen een relatief groot bereik in beschikbare (elektrische) vermogens, van ongeveer 15 kW
tot 6 MW. Er staan in Nederland duizenden gasmotoren opgesteld, vooral in de glastuinbouw en in
minder mate in de gebouwde omgeving. Voorbeelden van inzet van gasmotor-WKK’s in
stadsverwarmingsprojecten zijn de wijken Vathorst (Amersfoort) en Ypenburg (Den Haag). Typische
rendementen van gasmotor-WKK’s zijn elektrisch 30 – 40 % en thermisch 40 – 55 %.
2.6 Industriële WKK
In de zwaardere industrie is vaak een groot deel van het jaar gelijktijdig een vraag naar
(proces)warmte en elektriciteit. Bij industriële WKK worden overwegend turbines gebruikt voor het
opwekken van elektriciteit. Hierin zijn 3 types te onderscheiden: een gasturbine, een stoomturbine en
een stoom- en gasturbine (STEG).
In een gasturbine-WKK wordt omgevingslucht aangezogen en door een compressor op hogere druk
en temperatuur gebracht. Deze lucht wordt naar een verbrandingskamer gevoerd, waarin aardgas
wordt bijgevoegd. De hete verbrandingsgassen (meer dan 1000 °C) leveren via een turbine
mechanische energie die via een generator wordt omgezet in elektrisch vermogen. De uitlaatgassen
van de turbine zijn nog 350 tot 550 °C, waardoor warmte in de vorm van bijvoorbeeld hoge-druk
stoom kan worden gewonnen. De elektriciteitsproductie is hiervan niet afhankelijk, omdat er in deze
opstelling geen elektriciteit wordt geproduceerd uit deze stoom.
In een stoomturbine-WKK wordt in een stoomketel hoge-druk stoom geproduceerd, waarvan de
mechanische energie in de turbine wordt omgezet in elektrisch vermogen. Een deel van de stoom in
de turbine wordt gebruikt voor (proces)warmte doeleinden, waardoor dit ten koste gaat van de
elektriciteitsproductie.
Bij de stoom- en gasturbine-WKK (STEG) wordt het systeem van de gasturbine met afgassenketel
gecombineerd met dat van de stoomturbine. Na de gasturbine worden de uitlaatgassen door een
ketel gevoerd die met extra toegevoegde brandstof stoom maakt. Deze stoom levert extra
elektriciteit in een stoomturbine waarbij eveneens processtoom beschikbaar komt.
3
WKK staat voor WarmteKrachtKoppeling; het door een installatie gelijktijdig leveren van warmte en elektriciteit. Doordat de warmte die
vrijkomt bij de verbranding (deels) nuttig gebruikt kan worden, geldt doorgaans een relatief hoog totaalrendement ten opzichte van centrale
elektriciteitsopwekking (in grote centrales) en decentrale warmteopwekking.
INDNL14405
8
In Nederland verschilt de capaciteit en inzet van WKK-installaties sterk per industriële sector; zo is de
inzet van een STEG bij raffinaderijen ongeveer 40% van het totaal elektrisch opgestelde vermogen,
terwijl dit in de chemische industrie ongeveer 80% is4. Over de gehele Nederlandse industrie
genomen, zijn vooral de STEG en de gasturbine sterk vertegenwoordigd. De STEG vertegenwoordigt
70% in het totaal opgestelde elektrisch vermogen en 50% in het totaal opgestelde thermisch
vermogen, voor de gasturbine is dit respectievelijk 25% en 30%. In Tabel 4 wordt een overzicht
gegeven van de verschillende typen WKK in de Nederlandse industrie. In deze studie wordt voor
industriële WKK gekozen voor een STEG, en wel om de volgende redenen:
1. Uit de tabel kan worden afgeleid dat het opgestelde thermische vermogen per installatie voor
een gemiddelde STEG ruim 3 keer zo groot is als dat voor een gemiddelde gasturbine (159
MWth tegenover 44 MWth). Hierdoor is het te verwachten dat het additioneel uitkoppelen van
minimaal 10 MWth warmte voor het warmtenet een grotere kans van slagen heeft bij een
STEG.
2. Een gemiddelde STEG kent een thermische capaciteitsfactor5 van 37%, terwijl dit voor een
gemiddelde gasturbine 56% is. Dit suggereert dat er bij een STEG meer ruimte voor
warmtelevering aan derden bestaat dan bij een gasturbine-WKK.
3. Doorgaans wordt een STEG als WKK-systeem in industrie toegepast bij bedrijven met een
grote behoefte aan elektriciteit gekoppeld aan een grote behoefte aan stoom van 7 à 10 bar.
Voor industriële bedrijven met hoge stoomcondities (bijvoorbeeld 40 bar) is WKK met STEG
minder geschikt. Deze bedrijven gebruiken overwegend een gasturbine met bijgestookte
afgassenketel. Bij dergelijke bedrijven is het eerder aannemelijk dat er kansen bestaan om
restwarmte zelf te benutten, dan dat additionele uitkoppeling van warmte op een relatief laag
temperatuurniveau uit de WKK-installatie plaatsheeft.
Tabel 4 Overzicht van WKK’s in Nederlandse industrie. Bron: CBS Statline
Type WKK
Opgesteld vermogen
Geleverde energie
Aantal
Elektrisch
(MWe)
Thermisch
(MWth)
Elektriciteit
(TJ)
Warmte
(TJ)
Stoomturbine
206
1779
3712
15949
18
Stoom- en gasturbine
(STEG)
2231
4914
35618
57107
31
Gasturbine
770
2677
15523
47081
61
De keuze voor STEG als uitgangspunt voor industriële WKK in deze studie, maakt het uiteraard niet
onmogelijk een project te realiseren waar warmte wordt onttrokken uit bijvoorbeeld de rookgassen
van een gasturbine.
4
Bron: CBS Statline (voorlopige data voor 2012, http://bit.ly/N1Zu2u) en analyse Ecofys
5
Jaarlijks geleverde hoeveelheid warmte gedeeld door opgesteld thermisch vermogen
INDNL14405
9
2.7 Biomassa
Biomassa kan op verschillende manieren worden omgezet in warmte. De technologieën die worden
beschouwd in deze studie zijn thermische conversie van vaste biomassa in een ketel (10 MWth of
groter) en in een installatie met warmtekrachtkoppeling (WKK). Voor de keuze voor vaste biomassa
zijn twee redenen aan te voeren. Ten eerste, in een vergelijkbare situatie gaat de bio-warmtecentrale
(44 MWth) in Purmerend vanaf 2014 warmte leveren aan het stadsverwarmingsnet op basis van vaste
biomasa. Ten tweede is kostprijs van warmte uit ketels op vaste biomassa laag in vergelijking tot
warmte uit een vergistingsinstallatie.
In de regio Rijnmond is al één project (groter dan 10 MWth) met thermische conversie van biomassa
geïdentificeerd, te weten de warmtekrachtkoppeling bij de AVR Rozenburg (zie paragraaf 2.4).
Voor deze studie wordt aangenomen dat de biomassa wordt geleverd onder lange termijn contracten,
waarin afspraken zijn vastgelegd over (middellange termijn) prijzen en leveringszekerheid.
Afhankelijk van de geografische ligging waarvan de biomassa afkomstig is en het soort project,
bestaat er echter een bandbreedte in de verschillende parameters zoals emissies en
prijsmechanismes. In deze studie wordt uitgegaan van significant intercontinentaal transport van de
biomassa.
2.8 Geothermie
Bij geothermie wordt onderscheid gemaakt tussen drie verschillende systemen: ondiepe geothermie
(tot 500 meter diepte), diepe geothermie (vanaf 500 meter – in de praktijk 1.500 meter – tot ca.
4.500 meter) en ultradiepe geothermie (vanaf ca. 5.000 meter)6. Ondiepe geothermie wordt niet
meegenomen in de analyse omdat de temperatuur te laag is voor het warmtenet. Ultradiepe
geothermie wordt niet meegenomen, omdat deze technologie nog niet marktrijp is en aanvullend
onderzoek nodig is voordat de ontwikkelfase gestart kan worden. In Nederland is diepe geothermie
vooral zogenaamde hydrothermale geothermie7. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een ondergronds
watervoerend pakket, waaruit warm water wordt onttrokken. De warmte van dit water wordt
bovengronds gebruikt en het afgekoelde water wordt weer geïnjecteerd in het watervoerende pakket.
Technisch verschilt een geothermische boring niet veel van een boring naar gas of olie. Toch is diepe
geothermie in Nederland nog in een ontwikkelingsfase. De ervaring die er nu is heeft betrekking op
boringen tot ca. 2.500 meter. Hierbij zijn een aantal technische aandachtspunten naar voren
gekomen: gas kan als bijproduct vrijkomen, verstoppingen kunnen ontstaan door zoutvorming, (zeer
lage) radioactiviteit is geconstateerd, en in veel situaties kostte het meer pompenergie dan
oorspronkelijk verwacht om het water weer terug in de grond te pompen. Door dit laatste effect is
over het geheel meer energie nodig om de warmte uit de grond te halen. De diepte van 2.500 meter
is niet relevant voor warmtelevering aan de grote warmtenetten van Rotterdam en Den Haag.
De benodigde temperatuur voor een stooklijn van 90 – 120 °C verlangt een bron op 2.700 meter of
dieper. Naast deze grotere diepte zijn vaak extra ondergrondse maatregelen nodig om tot een
6
Ultradiepe geothermie wordt ook wel EGS (Engineered Geothermal Systems) genoemd. Hierbij wordt een ondergrondse warmtewisselaar
gecreëerd. Ultradiepe geothermie werkt met een hogere temperatuur en heeft meer vermogen beschikbaar dan diepe geothermie. Het
onderscheid tussen diepe en ultradiepe geothermie is van belang bij de technische rijpheid van de technologie, kosten en emissies.
7
Zie ECN (2011), Geothermische energie en de SDE (http://www.ecn.nl/docs/library/report/2011/e11022.pdf)
INDNL14405
10
acceptabele broncapaciteit te komen. Hierdoor nemen de investeringen en risico’s toe. Alle geplande
projecten op deze diepte staan ondanks de verleende SDE+ subsidie “on hold” vanwege de
langdurige trajecten met het zoeken naar investeringen en afdekken van risico’s.
2.9 Industriële restwarmte
In deze studie nemen wordt alleen industriële restwarmte meegenomen die kan worden uitgekoppeld
zonder dat dit gevolgen heeft voor het primaire industriële proces en die momenteel niet nuttig wordt
ingezet.
De inventarisatie van industriële restwarmte is gemaakt aan de hand van de Warmteatlas van
Agentschap NL8. Hierin zijn bronnen tussen de 120 en 200 °C meegenomen. De warmteatlas
classificeert bronnen als klein (<50 TJ), middel (50 TJ – 500 TJ) en groot (>500 TJ). Voor deze
analyse zijn alleen de laatste twee categorieën (middel en groot) meegenomen, omdat de focus van
de analyse ligt op bronnen met een vermogen van minstens 10MW9.
Warmtetransport over afstand gaat gepaard met warmteverliezen, maar deze zijn beperkt. Deze
afstand tot het aansluitpunt bij de AVR kan worden geschat met behulp van Figuur 2-1. In deze
studie laten we afstand vooralsnog buiten beschouwing, omdat de systeemgrens bij de bron ligt en
niet bij het aansluitpunt.
Figuur 2-1: Overzicht huidig en toekomstig warmtenet Rotterdam en warmtebronnen in de regio Rijnmond met een
temperatuur boven de 120°C. Bron kaart: Warmtebedrijf Rotterdam, Eneco
8
Bereikbaar via http://bit.ly/1hfODwI
9
Een onnauwkeurigheid ligt in het feit dat 10 MW ongeveer overeen komt met 300 TJ. Een deel van de middelgrote bronnen valt dus strikt
genomen onder de grens van 10 MW.
INDNL14405
11
3 Emissies
3.1 Soorten emissies, verbrandings- en ketenemissies
Emissies van verbrandingsinstallaties kunnen schadelijk zijn voor mens, milieu en bijdragen aan
klimaatverandering. Voor dit onderzoek is een selectie gemaakt van de emissies met de grootste
impact. Dit heeft geleid tot het volgende overzicht (tussen haakjes de impact categorie):
•
CO2: verbrandingsemissies en ketenemissies (klimaatverandering);
•
NOx (Verzuring, ozonvorming, gezondheid (ademhalingsproblemen));
•
Fijnstof (gezondheid (ademhalingsproblemen));
•
SOx (Verzuring, gezondheid (ademhalingsproblemen));
We splitsen de CO2 emissies in twee categorieën: (1) lokale emissies en (2) ketenemissies. Lokale
emissies zijn de emissies die ter plaatse vrijkomen bij het produceren van de warmte, bijvoorbeeld
bij de verbranding van brandstoffen. Ketenemissies zijn emissies die plaatsvinden in de
productieketen voorafgaand aan de warmte opwekking, bijvoorbeeld de emissies tijdens de bouw van
de centrale en bij de winning en het transport van de brandstoffen.
3.2 Bepaling van emissies
3.2.1 Referenties voor de beoordeling
In principe geldt voor de emissies dat de verschillende warmtebronnen met elkaar worden
vergeleken. Echter om de hoogte van de emissies ook in perspectief te plaatsen van een ‘best
practice’, worden eveneens referenties gedefinieerd.
Voor de CO2 emissies wordt als referentie een gasgestookte STEG centrale genomen. De lokale
emissies zijn als gevolg van verbranding van aardgas. Hierbij wordt uitgegaan van een studie van CE
Delft10 die jaarlijks voor de Energiekamer wordt uitgevoerd. In tabel 7 van deze studie wordt de
energiebalans voor “Aardgas met WKK” verder uitgewerkt tot een emissie per kWh elektrisch. Met
inachtneming van een elektriciteitsderving11 van 0,18 GJe/GJth komt de referentie CO2 emissie van
een STEG daarmee op 22 kg CO2/GJ12. Alle emissies worden op basis van onderwaarde van de
betreffende energiedrager berekend.
10
“Achtergrondgegevens Stroometikettering 2012”, maart 2013, beschikbaar via
http://www.ce.nl/?go=home.downloadPub&id=1347&file=CE_Delft_3990_Achtergrondgegevens_Stroometikettering_2012.pdf
11
Verminderde opbrengst elektriciteit als gevolg van aftappen van warmte t.b.v. warmtelevering. Genoemde waarde is forfaitaire waarde uit
de norm NVN7125 (vergelijking 7.20).
12
Verschil tussen werkelijke en theoretische specifieke CO2 emissies per GJ geleverde warmte. De theoretische emissies zijn lager omdat
zonder aftap van warmte meer elektriciteit gemaakt zou kunnen zijn met dezelfde emissies, wat de specifieke emissies dus verlaagt.
INDNL14405
12
Voor de overige emissies (NOx, SOx en fijnstof) worden als referentie de eisen uit het
Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond genomen. Deze norm is vastgesteld door de
provincie Zuid-Holland in samenwerking met het ministerie van VROM (huidig I&M). Dit
beoordelingskader is later aangewezen als Nationaal beoordelingskader, waardoor de eisen uit deze
norm ook voor toetsing van installaties buiten de regio Rijnmond van toepassing zijn.
Voorafgaand hieraan is een aantal verschillende bronnen voor emissienormen en -waarden
onderzocht, waartegen de waarden van de warmtebronnen kunnen worden vergeleken. De volgende
twee bronnen zijn meegenomen:
•
De BREF voor grote stookinstallaties: De BREF is een document waarin de emissies (fijnstof,
NOx, SOx) worden gegeven van gemiddelde installatie in de EU en van de best beschikbare
installaties in de EU. Het document is afkomstig uit 2006.
•
De Europese Richtlijn Industriële Emissies: Deze Richtlijn (2010/75/EU) bevat o.a. normen
voor de uitstoot van fijnstof, NOx, SOx van grote stookinstallaties, waaronder
energiecentrales. Deze wetgeving is per 1 januari 2013 in Nederland geïmplementeerd.
Uiteindelijk is voor het beoordelingskader voor Rijnmond gekozen omdat dit het beste aansluit bij de
locatie van de warmtebronnen en de eisen strikter zijn dan die in de overige twee normen. De
emissienormen (in mg/Nm3 rookgas) zijn voor kolencentrales geconverteerd naar mg/kWh
geproduceerde elektriciteit en via de eerdergenoemde elektriciteitsderving (0,18 GJe/GJth) uitgedrukt
in g/GJth geleverde warmte.
3.2.2 Methodologie voor toekennen lokale emissies per warmtebron
Voor de lokale emissies scoren we de verschillende warmtebronnen op de volgende manieren:
Grootschalige warmtekrachtinstallaties, met elektriciteitsderving (kolencentrale, kolencentrale met
biomassa bijstook, kolencentrale met koolstofafvang, STEG, industriële WKK)
De lokale CO2-emissie dient te worden verdeeld over de warmte en elektriciteitsproductie. Hierbij
gaan we er vanuit dat de CO2-emissie van de productie van 1 kWh elektriciteit onafhankelijk is van
de warmte-uitkoppeling en niet wordt beïnvloed door een lager elektrisch rendement als gevolg van
de warmtelevering. Aangezien warmte wordt onttrokken aan het stoomsysteem, wordt er minder
elektriciteit opgewekt. We rekenen de emissies die gepaard zouden gaan met het opwekken van deze
gederfde elektriciteit aan de warmte toe. Om dot te kunnen doen is het wel noodzakelijk om voor alle
warmtebronnen de elektriciteitsderving en het rendement bij enkel elektriciteitsproductie te kennen.
Omdat deze gegevens niet voor alle bronnen bekend zijn, sluiten we aan bij algemeen bekende
gegevens over emissies die zijn gekoppeld aan elektriciteitsproductie en de forfaitaire waarde voor
elektriciteitsderving uit de EMG. De basis voor de emissies per geproduceerde eenheid elektriciteit
verschilt per type emissie: voor CO2 emissies wordt gekozen aan te sluiten bij “Achtergrondgegevens
Stroometikettering 2012” (zie voetnoot 10 hierboven). Voor overige emissies (NOx, SOx en fijnstof),
worden de maximale emissiewaardes naar de lucht uit de Milieu Effect Rapportages (MERs),
geconverteerd van mg/Nm3 rookgas naar mg/kWh geproduceerde elektriciteit.
INDNL14405
13
Afvalverbrandingsinstallatie met energieopwekking
Zoals in paragraaf 2.4 beschreven is het hoofddoel van de AVI afvalverwerking. Warmte en
elektriciteit zijn in principe bijproducten. Op dezelfde grond kan worden beargumenteerd dat de
warmte en elektriciteit daarmee ook CO2-vrij zijn. In de EPBD-recast wordt ook van dit uitgangspunt
uitgegaan, maar wordt het fossiel energiegebruik voor de verwerking wel toegewezen aan warmte. In
deze studie sluiten wij daarbij aan en kiezen de in de EPBD gerapporteerde emissiefactor van 7
kg/GJ warmte voor een AVI met WKK.
Deze aanpak wijkt af van de aanpak die is gekozen in het stroometiket, waarbij de CO2-emissie die
vrijkomt bij de AVI (exclusief het biogene deel) wordt toegerekend aan het bijproduct elektriciteit.
Omdat binnen het stroometiket nog geen rekening is gehouden met warmteproductie, wordt met de
gekozen aanpak in de Warmteladder nog steeds alle CO2-emissie van de AVI geregistreerd.
Kleinschalige warmtekrachtinstallaties, zonder elektriciteitsderving (gasmotor-WKK)
Voor toepassingen met gasmotoren wordt ervan uitgegaan dat deze vooral ten behoeve van de
warmtelevering worden neergezet, waarbij de warmte wordt geleverd aan het Rotterdamse
warmtenet. In het stroometiket wordt de lokale CO2-emissie gealloceerd op energiebasis naar
warmte- en elektriciteitsproductie. Hierdoor komen alle voordelen van de warmtekrachtkoppeling te
liggen bij de elektriciteitsopwekking en niet bij de warmtelevering.
In deze Warmteladder sluiten we daarom aan bij de methode uit de BREEAM. In deze methode wordt
de extra emissie van deze WKK (kg/kWh elektrisch) ten opzichte van het landelijk gemiddelde op
basis van de warmte/krachtverhouding toegedeeld aan de warmte.
Voor de dimensionering van de gasmotor-WKK wordt uitgegaan van een retourtemperatuur van 70°C
en een vermogen van minimaal 10 MWth. Dit leidt tot een inschatting voor een typische elektrische
(37%) en thermische rendement (39%), nodig om bovenstaande aanpak voor toekennen van CO2
emissies te kunnen toepassen.
Voor de overige emissies geldt dat voor dergelijke middelgrote stookinstallaties in het
‘ActiviteitenBesluit emissie-eisen stookinstallaties13’ vastgelegd is aan welke eisen en verplichtingen
moet worden voldaan. Hierbij vindt eveneens een conversie plaats van de eisen gegeven in mg/Nm3
rookgas, in dit geval naar g/GJ aardgas. De emissies worden gecorrigeerd met de landelijke
gemiddelde emissies voor door de WKK geproduceerde elektriciteit. Bij gasgestookte installaties is
alleen de NOx-emissiegrenswaarde relevant, omdat aardgas een laag zwavelgehalte kent en dus in
alle gevallen automatisch aan de emissie-eis wordt voldaan. Dit is eveneens het geval voor fijnstof.
13
Kenniscentrum InfoMil, http://www.infomil.nl/onderwerpen/klimaat-lucht/stookinstallaties/hulpmiddel/
INDNL14405
14
Duurzame energie opties (biomassa, geothermie)
Voor de vervanging van fossiele energiedragers door biomassa, mag er volgens Protocol Monitoring
Duurzame Energie14 vanuit worden gegaan dat 1 GJ biomassa 1 GJ fossiele brandstof vervangt. Er
bestaan aanwijzingen dat de substitutie niet altijd 1-op-1 is, maar omdat er geen eenduidigheid over
bestaat wordt er in het protocol een substitutiefactor van 1 gehanteerd.
De biomassa die in Nederland wordt bijgestookt, bestaat voornamelijk uit houtpellets afkomstig uit
de Verenigde Staten en Canada. De CO2-emissiefactor van houtpellets stellen we op 0, conform NEN
712015. Bijstook van biomassa zal daarom leiden tot lagere emissies van CO2 per eenheid
geproduceerde elektriciteit of warmte. Voor overige emissies (SOx, NOx en fijnstof) van biomassa is
gebruik gemaakt van een studie van ECN en TNO uit 200916.
De (lokale) emissies van geothermie worden veroorzaakt door de pomp-energie (elektriciteit) die
nodig is voor het onttrekken van de warmte aan de aarde. Met behulp van een gemiddeld rendement
(COP17) in combinatie met het de emissiefactor van de Nederlandse productiemix, worden emissies
per GJ geleverde warmte bepaald.
Industriële restwarmte
We kennen aan restwarmte van industrie geen emissies toe. Deze warmte wordt dus volledig als
afvalwarmte beschouwd: er is nu geen nuttige toepassing binnen de industriële site. Als warmte
wordt onttrokken aan het proces, waardoor er extra verbranding nodig is om deze warmte alsnog op
te wekken, gaat deze redenering niet op. We laten dit hier buiten beschouwing.
3.2.3 Methodologie voor toekennen ketenemissies (alleen CO2)
De ketenemissies (uitsluitend CO2-eq) per warmtebron, hangen sterk af van het type brandstof.
Vrijwel alle kolen voor Nederlandse elektriciteitscentrales worden over langer afstand getransporteerd
(Columbia, Rusland, VS). Biomassa wordt echter zowel van binnen Europa als intercontinentaal
geïmporteerd. Ecofys maakt gebruik van haar expertise op het gebied van winning en transport van
fossiele brandstoffen, biomassa en andere opwekkingtechnieken, voor het vaststellen van de factoren
die de ketenemissies van de verschillende brandstoffen beschrijven.
14
Beschikbaar via
http://www.rvo.nl/sites/default/files/bijlagen/Protocol%20Monitoring%20Hernieuwbare%20Energie%20Update%202010%20DEN.pdf
15
NEN 7120:2011 Energieprestatie van gebouwen - Bepalingsmethode
16
http://www.rivm.nl/bibliotheek/digitaaldepot/BOLK_II_biomass_Final-Version.pdf
In tabel 3-1 is gekozen voor Solid biomass boiler en gebruik gemaakt van de vetgedrukte getallen (die zijn ook gebruikt in de impact
assessment in diezelfde studie). Waardes voor 2020, rendement ketel is 90%.
17
Voor (hydrothermale) geothermie wordt een COP van 15 verondersteld (typisch voor stadsverwarmingsprojecten).
INDNL14405
15
Voor de ketenemissies scoren we de verschillende warmtebronnen op de volgende manieren:
Kolencentrale, STEG, gasmotor-WKK en industriële WKK
De ketenemissies van vaste fossiele brandstoffen komen voornamelijk voort uit het energiegebruik bij
het winnen van de brandstoffen en het transport van de brandstoffen. Voor aardgas vinden de
grootste ketenemissies plaats door lekkage tijdens de winning en het transport van het aardgas.
Omdat methaan (aardgas) een sterker broeikasgas is dan CO2, kan een klein percentage lekkage tot
grote ketenemissies leiden. De totale broeikasemissies in de keten van aardgas zijn echter lager dan
in de keten van kolen. Op basis van verschillende studies kan worden geconcludeerd dat de
ketenemissies gemiddeld 10% zijn van de verbrandingsemissies van kolen. Voor aardgas is dit
gemiddeld 5% van de verbrandingsemissies.
Voor onconventionele fossiele brandstofvormen, zoals schaliegas en teerzanden, zijn de
ketenemissies hoger dan voor conventionele fossiele brandstoffen. In deze studie wordt hier geen
rekening mee gehouden.
Biomassa
Voor biomassa bepaalt de herkomst en de aard (energieteelt of restafval) van de biomassa voor een
groot deel de ketenemissies van de warmtebron. De biomassa die buiten Nederland wordt
geproduceerd, bijvoorbeeld houtpellets uit Canada of de Verenigde Staten, heeft grotere emissies ten
gevolge van transport dan lokaal geproduceerde biomassa. Biomassa uit teelt heeft hogere emissies
dan biomassa uit restafval, omdat aan deze laatste categorie de emissies niet aan het afval maar aan
het primaire product worden toegekend. Het kan echter voorkomen dat biomassa uit restafval
(bijvoorbeeld van houtzagerijen in Brazilië) wordt gepelletiseerd en internationaal verscheept. Voor
het bepalen van de ketenemissies wordt in deze studie uitgegaan van data uit de CO2 tool18. Deze is
in 2011 voor Agentschap NL ontwikkeld door Ecofys en geeft voor een breed scala aan typen
biomassa, de ketenemissies afhankelijk van bijvoorbeeld transport.
Er wordt in deze studie uitgegaan van significant internationaal transport, waardoor de emissies die
aan biomassa worden toegekend gelden als bovengrens. Aanbevolen wordt om op projectbasis meer
specifiek de ketenemissies van de biomassa in kaart te brengen. Dit valt echter buiten de scope van
deze studie.
Afvalverbrandingsinstallaties (AVI’s)
Het doel van een AVI is verbranden van afval. De brandstof voor AVI’s wordt lokaal verzameld en
over korte afstanden naar de verbrandingsinstallatie getransporteerd. Hierdoor wordt in de keten
weinig energie verbruikt en vinden weinig emissies plaats. Om die reden kennen we aan warmte uit
een AVI geen ketenemissies toe.
18
http://www.agentschapnl.nl/onderwerpen/duurzaam-ondernemen/duurzame-energie-opwekken/bio-energie/instrumenten/co2-tool
INDNL14405
16
Geothermie
Voor geothermie is goede data beschikbaar voor de emissies die in de keten plaatsvinden. Het
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) geeft aan dat dit voor stadswarmteprojecten
tussen de 14 en 202 gram CO2-eq per kWhth ligt. Voor deze analyse gaan wij uit van de laagste
waarde (14 gCO2-eq/kWhth), omdat deze volgens de IPCC studie een systeem van 10 MWth beschrijft.
Verder gaat deze emissie uit van distributieverliezen van 15% en van warmtelevering in de basis aan
huishoudens. Aangezien de scope van dit afwegingskader is afgebakend tot het invoeden van warmte
op het Rotterdamse warmte, wordt een waarde gehanteerd gecorrigeerd voor distributieverliezen van
circa 12 gCO2-eq/kWhth.
Industriële restwarmte
Zoals eerder toegelicht worden aan restwarmte van industrie geen verbrandingsemissies toegekend.
Om deze reden worden aan industriële restwarmte ook geen ketenemissies toegekend.
3.3 Resultaten emissies
Tabel 5: CO2-emissies
Lokale
Keten-
Totale
emissies
emissies
emissies
(kg/GJth)
(kg/GJth)
(kg/GJth)
40
4,0
44
23
5,8
29
4,8
4,0
8,8
STEG (tevens referentie)
22
1,1
23
AVI
7,0
0
7,0
Gasmotor-WKK
26
1,3
27
Industriële WKK
22
1,1
23
Biomassa (ketel)
0
8,3
8,3
Technologie
Kolencentrale
Kolencentrale
met 42% biomassa bijstook
Kolencentrale
met koolstofafvang
Biomassa (WKK)
0
3,8
3,8
Geothermie
819
3,3
12
0
0
0
Industriële
restwarmte
chemie)
19
(raffinage
en
De lokale emissies van geothermie kunnen worden vergroend door duurzame elektriciteit. Daarom geldt de gegeven waarde als
maximum.
INDNL14405
17
Tabel 6: SOx-emissies
Technologie
Emissies (g/GJth)
Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond (referentie)
3,0-5,5
Kolencentrale
5,8
Kolencentrale
4,1
met 42% biomassa bijstook
Kolencentrale
1,0
met koolstofafvang
STEG
0
AVI
0
Gasmotor-WKK
-36
Industriële WKK
0
Biomassa (ketel)
11
Biomassa (WKK)
5,1
Geothermie
2,5
Industriële restwarmte
0
Tabel 7: NOx-emissies
Technologie
Emissies (g/GJth)
Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond (referentie)
4-10
Kolencentrale
8,9
Kolencentrale
9,1
met 42% biomassa bijstook
Kolencentrale
10
met koolstofafvang
STEG
4,2
AVI
0
Gasmotor-WKK
-23
Industriële WKK
4,2
Biomassa (ketel)
39
Biomassa (WKK)
18
Geothermie
6,8
Industriële restwarmte
0
INDNL14405
18
Tabel 8: emissies fijn stof (PM10)
Technologie
Emissies (g/GJth)
Beoordelingskader Nieuwe Energiecentrales Rijnmond (referentie)
0,1-0,4
Kolencentrale
0,5
Kolencentrale
0,5
met 42% biomassa bijstook
Kolencentrale
0,4
met koolstofafvang
STEG
0
AVI
0
Gasmotor-WKK
-1,3
Industriële WKK
0
Biomassa (ketel)
1,9
Biomassa (WKK)
0,9
Geothermie
0,1
Industriële restwarmte
0
INDNL14405
19
4 Energetisch rendement
Het energetisch rendement drukken we uit als het equivalente energetisch opwekkingsrendement. Dit
is de hoeveelheid opgewekte nuttige warmte per hoeveelheid primaire energie die nodig is om deze
warmte op te wekken. Het equivalente opwekkingsrendement wordt berekend op basis van de
Energieprestatienorm voor maatregelen op gebiedsniveau, bepalingsmethode (EMG, NVN7125).
In deze Warmteladder kijken we alleen naar de prestatie van de bron. De locatie van de
warmtebronnen tot het primaire warmtenet – de afnemer van warmte – wordt hierbij buiten
beschouwing gelaten. In de praktijk geldt voor warmte afkomstig van de kolencentrale(s) of van
raffinaderijen op de Maasvlakte dat deze getransporteerd moet worden tot de huidige meest
westelijke locatie van het primaire warmtenet. Dit valt dus echter buiten de scope van deze studie.
Uiteindelijk is het equivalent opwekrendement van het totale systeem belangrijk. Dit betreft de
productie (basis en pieklast), het transport (verlies en pompenergie) en aflevering. Dit equivalente
opwekrendement karakteriseert de warmtelevering en is bepalend voor het
energieprestatiecoëfficiënt van een gebouw. Hoe hoger het equivalent opwekrendement hoe
efficiënter de warmteopwekking.
4.1 Methodiek bepalen equivalente opwekrendementen
Voor het bepalen van het equivalente opwekrendement hanteren we de volgende aanpak:
Grote warmtekrachtinstallaties, met elektriciteitsderving (kolencentrale, kolencentrale met biomassa
bijstook, kolencentrale met koolstofafvang, STEG, AVI en industriële WKK)
Gezien de aard van de te leveren warmte (aftapwarmte), wordt aan de warmte afkomstig van deze
bronnen het primaire energiegebruik van de verminderde elektriciteitsopbrengst toegekend. Hiertoe
is het noodzakelijk om voor alle verschillende warmtebronnen de elektriciteitsderving (in GJe/GJth) te
kennen. In de EMG wordt ervan uitgegaan dat in het geval van WKK (met of zonder e-derving) de
geproduceerde of gederfde elektriciteit extern (buiten de eigen installatie) wordt gecompenseerd.
STEG
In de norm is gegeven dat voor elke GJ warmte er 0,18 GJ elektriciteit minder wordt geproduceerd.
Die elektriciteit wordt vervolgens elders opgewekt met een rendement van 50%, zodat er 0,36 GJ
primaire energie nodig is voor 1 GJ geleverde warmte. Dit komt overeen met een equivalent
opwekkingsrendement van 1/0,36=278%.
Kolencentrale zonder koolstofafvang en zonder bijstook biomassa
In de EMG wordt geen onderscheid gemaakt tussen de primaire energiefactor voor de primaire
fossiele brandstoffen aardgas en stookolie. De primaire energiefactor voor kolen als brandstof is niet
gespecificeerd, echter omdat ook kolen een primaire fossiele brandstof is, ligt eenzelfde primaire
energiefactor als voor aardgas en stookolie voor de hand. Dit leidt tot het toepassen van één primaire
energiefactor voor alle met fossiele energie gestookte warmtekrachtinstallaties met
elektriciteitsderving. Het equivalente opwekkingsrendement voor een kolencentrale zonder
koolstofafvang en zonder bijstook van biomassa is daarom gelijk aan die van een STEG (278%).
INDNL14405
20
Kolencentrale met koolstofafvang
Als gevolg van het toepassen van het afvangen en comprimeren van het afgevangen CO2 gaat het
elektrisch rendement van de kolencentrale met ongeveer 7-9% omlaag. Echter, door het
uitgangspunt dat de gederfde elektriciteit extern wordt gecompenseerd is er geen verschil in
elektrictiteitsderving door uitkoppeling van warmte tussen een kolencentrale met koolstofafvang of
zonder koolstofafvang. Het equivalent opwekrendement daarmee gelijk aan die van een kolencentrale
zonder koolstofafvang en is daarom 278%. Uitgangspunt hierbij is dat het deel lagedruk stoom dat
overblijft na invulling van warmtebehoefte voor koolstofafvang nog steeds voldoende is voor
warmtelevering aan het warmtenet. Indien dit niet het geval was, zou het rendement lager zijn
vanwege een hogere elektriciteitsderving door het aftappen van warmte op een hogere druk dan
gebruikelijk.
Kolencentrale met biomassa bijstook
Strikt genomen geldt in de EMG methodiek dat het gunstige effect van duurzame energie van buiten
het eigen perceel20 niet wordt meegerekend bij de bepaling van de energieprestatie op perceelniveau.
Dit is afkomstig uit NEN7120; een norm die geldt voor energieprestatie op gebouwniveau.
Op gebiedsniveau (NVN7125) is geen aparte primaire energiefactor voor biomassa gegeven en wordt
verwezen naar NEN7120. Voor een AVI is in de NVN7125 de primaire energiefactor gelijk gesteld aan
50% (1 minus 50% biogene fractie). De aanname is dus dat hier enkel het fossiele deel van de
elektriciteitsderving hoeft te worden gecompenseerd. In de Warmteladder is deze aanpak ook
gekozen voor biomassa bijstook in een kolencentrale. Dat wil zeggen een primaire energiefactor aan
een kolencentrale met biomassa bijstook toe te kennen die overeenkomt met 1 minus het maximale
biomassa bijstook percentage (42%). Er geldt hier dus een primaire energiefactor van 58% dat leidt
tot een equivalent opwekrendement van 479%.
AVI
Voor een AVI is volgens de EMG een primaire energiefactor van 0,5 van toepassing, waardoor het
equivalente opwekkingsrendement op 556% uitkomt.
Industriële WKK
Voor een WKK in zwaardere industriële toepassingen wordt uitgegaan van een STEG, zie 2.6.
Hierdoor geldt voor een industriële WKK een equivalent opwekkingsrendement van 278%.
Kleine warmtekrachtcentrales, zonder derving (gasmotor-WKK)
Voor gasmotoren en andere vormen van warmtekrachtinstallaties (WKK) waarbij de
elektriciteitsproductie niet afneemt door onttrekking van warmte is in de norm (NVN7125) een relatie
gegeven tussen het equivalent opwekrendement en thermisch en elektrisch rendement. Uitgaande
van een thermisch rendement van 39% en een elektrisch rendement van 37%, leidt dat tot een
equivalent opwekkingsrendement van 150% voor een gasmotor-WKK.
Duurzame energie opties (biomassa, geothermie)
Alhoewel voor geothermie een gemiddeld rendement (COP) in de norm (NVN7125) beschikbaar is,
wordt in deze studie gekozen voor een COP van 15 (zie voetnoot 17).
20
Bijvoorbeeld houtpellets uit Canada of VS.
INDNL14405
21
Voor biomassa is geen forfaitaire waarde gegeven in de norm, echter de norm schrijft wel voor dat in
geval van 0 GJ aan inzet primaire fossiele brandstoffen (zie eerdere overweging beschouwing over
een kolencentrale met biomassa bijstook) een rendement van 100 geldt. Dit geldt alleen als de
energiefactor voor alle opwekkers 0 bedraagt en is uitsluitend geldig wanneer de piekvoorzieningen in
het warmtenet geen fossiele energie gebruiken. Vanwege de systeemgrenzen in deze studie (alle
bronnen als basislast, zie ook inleiding) worden piekvoorzieningen buiten beschouwing gelaten en
komt het equivalente opwekrendement van biomassa op 10000%.
Industriële restwarmte
Voor restwarmte (niet afkomstig van elektriciteitsproductie) is in de norm NVN7125 een forfaitaire
waarde gegeven. Deze wordt toegepast in de bepaling van het equivalente opwekkingsrendement.
4.2 Resultaten
Tabel 9: Afweging equivalent opwekkingsrendement
Eq.
Technologie
Kolencentrale
278%
21
21
opwek
rendement
Kolencentrale met biomassa bijstook
479%
Kolencentrale met koolstofafvang
278%
STEG (referentie)
278%
AVI
556%
Gasmotor-WKK
150%
Industriële WKK
278%
Biomassa (ketel)
10000%
Biomassa (WKK)
10000%
Geothermie
586%
Industriële restwarmte
1000%
Het rendement hier is een maximum rendement, uitsluitend te bereiken als de twee nieuwe kolencentrales op de Maasvlakte maximaal
biomassa gaan bijstoken.
INDNL14405
22
5 Leveringszekerheid
De leveringszekerheid hangt af van de beschikbaarheid van de warmtebron. De beschikbaarheid
wordt bepaald door de betrouwbaarheid van de techniek en door de kwetsbaarheid van de activiteit
van externe invloeden.
We onderscheiden leveringszekerheid op de korte en op de lange termijn. Op korte termijn kan dat
de vraag zijn naar producten (bijvoorbeeld elektriciteit). Op de langere termijn speelt de keuze van
(multi)nationals in welke activiteiten wordt geïnvesteerd. Dit zal per bron worden bepaald (zie tabel
warmtebronnen).
5.1 Korte termijn leveringszekerheid
De leveringszekerheid op korte termijn reflecteert fluctuaties in warmteaanbod binnen een jaar. We
stellen daarom als criterium: zekerheid dat de levering kan worden gegarandeerd binnen een jaar
(hoog, gemiddeld, laag).
De korte termijn leveringszekerheid wordt bepaald door de volgende parameters:
•
Betrouwbaarheid van proces van warmteproductie: een technische uitontwikkeld proces heeft
•
Afhankelijkheid van andere processen: als de warmtelevering afhangt van de
een hogere betrouwbaarheid dan een nieuw proces.
betrouwbaarheid van andere processen, neemt de leveringszekerheid af.
•
Continuïteit en voorspelbaarheid warmtelevering: niet alle warmtebronnen zijn volcontinue.
In sommige gevallen is het lastig de beschikbaarheid van warmtelevering te voorspellen,
bijvoorbeeld bij processen die afhankelijk zijn van de elektriciteitsvraag.
Warmtekrachtcentrales
Kolencentrales worden ingezet als basislast. Ze kunnen wel teruggedraaid worden, maar dat is
meestal ruim van te voren gepland. Dit geldt ook voor kolencentrales met bijstook. De bijstook
bestaat overwegend uit houtpellets uit Amerika, Canada of Scandinavië, waarvan de levering is
vastgelegd in lange termijncontracten.
Koolstofafvang op deze schaal is nog nooit toegepast en daarom is een kolencentrale met
koolstofafvang als geheel minder betrouwbaar. Het koolstofafvang-systeem kan echter worden
afgekoppeld zonder de warmte- en elektriciteitsproductie in gevaar te brengen. We scoren de
leveringszekerheid daarom ook als hoog. Wel is het zo dat afkoppelen van het afvangsysteem,
gevolgen heeft voor de emissies (hoger) en de beschikbaarheid van warmte (ook hoger).
STEGs worden vaak ingezet voor midden- en pieklast en zijn vraagvolgend. Dit kan enigszins worden
voorspeld, maar er blijft een onzekerheid in de levering van de warmte. De laatste jaren is de
economische rentabiliteit van gasgestookte WKKs slecht. De zogenaamde “spark spread” – het
verschil tussen de inkoopprijs van de brandstof en de verkoopprijs van elektriciteit – was klein of
zelfs negatief. De verwachting is dat dit op korte termijn niet zal verbeteren.
INDNL14405
23
Gasmotoren worden overwegend ingezet in de glastuinbouw voor levering van warmte en elektriciteit
en ook CO2 aan de kas. Deze systemen worden nu al vaak geregeld afhankelijk van de
elektriciteitsprijs. Ook voor deze systemen geldt dat de spark-spread niet gunstig is. De behoefte aan
CO2 in de kas geeft wel een extra reden om de systemen te laten draaien.
De AVI is een volcontinu proces. Op korte termijn is beschikbaarheid afval geen probleem, verzekerd
in langjarige contracten. De warmtelevering is daarom op korte termijn zeker.
Duurzaam
Voor biomassa wordt aangenomen dat ook deze overwegend bestaat uit houtpellets uit Amerika,
Canada of Scandinavië, waarvan de levering is vastgelegd in lange termijncontracten. Geothermie is
ontworpen voor warmteproductie en kan continu leveren. Diepe geothermie is een technologie die in
Nederland sterk in ontwikkeling is. Niet elk project is even succesvol en soms zijn extra investeringen
nodig om een put werkend te krijgen (zie ook Geothermie).
Industrie
Voor industriële restwarmte geldt dat de verwachting is dat de komende tijd de vraag naar
raffinageproducten niet zal afnemen. Alhoewel bij chemie is iets meer onzekerheid te verwachten,
scoren we de leveringszekerheid van industriële restwarmte als hoog.
Tabel 10: Afweging korte termijn leveringszekerheid
Zekerheid van warmtelevering
(korte termijn)22
22
Kolencentrales
Hoog
Kolencentrales met bijstook biomassa
Hoog
Kolencentrale met koolstofafvang
Hoog
STEG
Gemiddeld
AVI
Hoog
Gasmotor-WKK
Gemiddeld
Industriële WKK
Gemiddeld
Biomassa (ketel en WKK)
Hoog
Geothermie
Gemiddeld
Industrie
Hoog
De score is kwalitatief gebaseerd op de drie criteria betrouwbaarheid, onafhankelijkheid en continuïteit. Indien alle drie de criteria geen
belemmering vormen is de score ‘hoge leveringszekerheid’. Verwachten we op één van deze drie gebieden een op korte termijn
onoverkomelijke belemmeringen, dan is de score ‘lage leveringszekerheid’. Verwachten we lichte belemmeringen die op korte termijn
overkomelijk zijn, dan is de score “gemiddelde leveringszekerheid’.
INDNL14405
24
5.2 Lange termijn leveringszekerheid
De leveringszekerheid op lange termijn geeft aan in welke mate de levering van warmte voor een
periode van vijftien jaar of langer kan worden gegarandeerd.
De lange termijn leveringszekerheid wordt bepaald door de volgende factoren:
•
Zekerheid dat het bedrijf dat de warmte produceert gevestigd blijft in de Rijnmond;
•
Beschikbaarheid van de brandstof of uitputting van de bron;
•
Technische levensduur van de warmte producerende techniek.
Warmtekrachtcentrales
Elektriciteitscentrales worden gebouwd voor langere termijn. De vraag naar elektriciteit blijft en
elektriciteit moet lokaal worden opgewekt, want de importmogelijkheden zijn gelimiteerd. De inzet in
de landelijke productie per centrale kan verschillen, afhankelijk van prijs brandstof en ontwikkeling
elektriciteitspark, inclusief duurzaam. De spark spread van gasgestookte WKKs (STEGs en
gasmotoren) blijft een onzekere factor. Op langere termijn zal de biomassamarkt meer
gestandaardiseerd worden, wat bijdraagt aan de zekerheid van levering. Eventuele kinderziektes met
koolstofafvang zullen naar verwachting op de langere termijn opgelost zijn. AVI heeft
warmteleveringscontracten met industrie en met Eneco en heeft langjarige contracten met
afvalproducenten voor levering en afname van afval. Op langere termijn kan de beschikbaarheid van
afval afnemen door toenemende recycling en afvalscheiding.
Duurzaam
Op langere termijn verwachten we dat de wereldhandel in biomassa meer gestandaardiseerd gaat
worden en dat het een commodity markt wordt, vergelijkbaar met de markt voor kolen.
Investeringen in geothermie worden alleen genomen als een put meer dan vijftien jaar warmte kan
leveren. De leveringszekerheid schatten we daarom hoog in.
Industrie
Alle grotere warmte leverende industrieën zijn multinationals. Beslissingen over het openhouden van
sites worden gemaakt in het hoofdkwartier. Lokale belangen wegen daarom minder zwaar. De
tendens is dat de productie van primaire materialen vooral zal gebeuren op locaties met lagere
kosten en dat Europa zich meer en meer gaat richten op hoogwaardige materialen. We schatten de
zekerheid van warmtelevering door de industrie op lange termijn in op gemiddeld.
INDNL14405
25
Tabel 11: Afweging lange termijn leveringszekerheid
Zekerheid van warmtelevering
(lange termijn)23
23
Kolencentrales
Hoog
Kolencentrales met bijstook biomassa
Hoog
Kolencentrale met koolstofafvang
Hoog
STEG
Hoog
AVI
Gemiddeld
Gasmotor-WKK
Hoog
Industriële WKK
Hoog
Biomassa (ketel en WKK)
Hoog
Geothermie
Hoog
Industrie
Gemiddeld
De score is kwalitatief gebaseerd op de drie criteria vestigingszekerheid, beschikbaarheid brandstof/bron, technische levensduur. Indien
alle drie de criteria geen belemmering vormen is de score ‘hoge leveringszekerheid’. Verwachten we op één van deze drie gebieden een op
lange termijn onoverkomelijke belemmeringen, dan is de score ‘lage leveringszekerheid’. Verwachten we lichte belemmeringen die op lange
termijn overkomelijk zijn, dan is de score “gemiddelde leveringszekerheid’.
INDNL14405
26
6 Technische specificaties
De technische specificaties kunnen een belemmering vormen voor levering van warmte aan het
primaire net. Een gedeelte van deze specificaties zijn al ondervangen in de randvoorwaarden:
•
> 10 MWth;
•
Aansluiten bij het temperatuurregime van de primaire warmtenetten van Rotterdam en Den
Haag;
•
Technisch bewezen.
Alle geselecteerde warmtebronnen voldoen aan het eerste criterium.
Het temperatuur regime van veel bronnen in de Rijnmond is vrij stabiel. Variaties kunnen worden
verwacht bij bedrijven in bijvoorbeeld de voedingsindustrie, die minder in de Rijnmond
vertegenwoordigd zijn. Voor de bronnen die wij geselecteerd hebben, geldt dat ze een continu
leveringspatroon hebben.
Het derde criterium, technisch bewezen, geldt niet voor alle technieken in gelijke mate. Vooral
koolstofafvang en (ultra-)diepe geothermie zijn nog niet technisch bewezen, tenminste niet op de
schaal die nodig is. We gaan er echter vanuit dat eventuele kinderziekten op termijn worden
opgelost.
Voor koolstofafvang geldt ook dat de warmte die nodig is voor het afvangproces, concurreert met de
warmte die afgetapt kan worden. In het CO2 afvangproces zijn grote hoeveelheden warmte nodig met
een temperatuur van tussen de 100 en 140°C. Deze warmte wordt verkregen door stoom af te
tappen tussen de midden- en lagedruk stoomturbine. De afgetapte stoom voor de stripper ligt globaal
in dezelfde temperatuur- en druksegment als de voor stoom benodigd voor warmtenetten. Warmte
voor afvang zal dus deels concurreren met warmtelevering. Meer dan de helft van de lagedrukstoom
wordt namelijk gebruikt voor CO2 afvang. Hierdoor is minder warmte beschikbaar voor derden. In
deze studie wordt aangenomen dat het deel dat nog beschikbaar is voor derden nog voldoende groot
is (meer dan 10 MWth). Technisch is het ook mogelijk om stoom te gebruiken met een hogere
temperatuur om warmte te leveren voor CO2 afvangst. Dit kan dan warmtelevering aan het primaire
net mogelijk maken met een temperatuur van het vereiste niveau. Dit zal echter ten koste gaan van
het elektrisch rendement van de centrale.
Uitkoppelen van warmte uit de industrie kan complex zijn. Wamtestromen kunnen vervuild zijn,
ontstaan in verschillende processen, of uitkoppeling kan interfereren met het kernproces. Deze
factoren zijn zeer specifiek voor een locatie en kunnen moeilijk worden veralgemeniseerd. Om aan te
geven dat dit een factor is om rekening mee te houden, scoren we uitkoppeling van industriële
restwarmte als gemiddeld.
INDNL14405
27
Tabel 12: Afweging technische specificaties
Belemmering
warmtelevering
door
24
technische specificaties
24
Kolencentrales
Geen technische belemmering
Kolencentrales met bijstook biomassa
Geen technische belemmering
Kolencentrale met koolstofafvang
Hoge technische belemmering
STEG
Geen technische belemmering
AVI
Geen technische belemmering
Gasmotor-WKK
Geen technische belemmering
Industriële WKK
Geen technische belemmering
Biomassa (ketel en WKK)
Geen technische belemmering
Geothermie
Gemiddelde technische belemmering
Industrie
Gemiddelde technische belemmering
De score is kwalitatief gebaseerd op de drie criteria capaciteit, temperatuurregime en technisch bewezen. Indien alle drie de criteria geen
belemmering vormen is de score ‘geen technische belemmering’. Verwachten we op één van deze drie gebieden een op korte termijn
onoverkomelijke belemmeringen, dan is de score ‘hoge technische belemmering’. Verwachten we lichte belemmeringen die op korte termijn
overkomelijk zijn, dan is de score “gemiddelde technische belemmering’.
INDNL14405
28
7 Prijsmechanismen
De prijs van warmte wordt beïnvloed door ontwikkelingen van buitenaf, zoals van subsidie of de
vraag naar een bepaalde brandstof.
We zullen een kwalitatieve beschrijving geven van de mechanismen die de prijs van warmte
beïnvloeden. Op basis hiervan zullen we de warmtebronnen beoordelen op gevoeligheid van de prijs
voor externe invloeden.
In de afweging nemen we drie parameters mee:
1. Volatiliteit van de prijs van de brandstof;
2. Afhankelijkheid en zekerheid van subsidie;
3. De prijs van de uitstoot van CO2.
7.1 Volatiliteit van de prijs van de brandstof
De prijs van kolen is sinds 2005 circa 50% gestegen, met een piek in 2009. De laatste tijd daalt de
prijs van ketelkolen weer, mede veroorzaakt door de beschikbaarheid van schaliegas in de VS.
Doordat er zoveel aardgas beschikbaar is, is de prijs van aardgas in de VS veel lager dan die van
steenkool en is de Amerikaanse stroomvoorziening overwegend overgeschakeld op gas. De
Amerikaanse kolen komen in grote getale naar Europa. Energiebedrijven kiezen hier voor kolen en
schakelen hun gascentrales uit.
De schaliegasrevolutie heeft eens te meer laten zien hoe fossiele brandstoffen concurreren op de
wereldmarkt. Het valt moeilijk te voorspellen wat het effect op de prijs van kolen op langere termijn
is. Een inschatting is dat schaliegas nog minimaal twee decennia zeer dominant blijft op de
Amerikaanse markt. Ook andere landen als China en Argentinië overwegen grootschalige winning van
schaliegas. Steenkool lijkt een goedkope energiebron te blijven, door de grote voorraad en de
concurrentie van aardgas.
De prijs van gas ligt in de VS beduidend lager (een factor 3) dan in Nederland. Voorlopig ziet
Nederland af van schaliegaswinning. Dit kan veranderen op termijn, afhankelijk van politieke keuzes
en het potentieel. De gasprijs is daarmee met meer onzekerheid omgeven dan de kolenprijs. De
spark spread van aardgas is de afgelopen jaren sterk gedaald. Veel WKK’s met netlevering staan
daarom stil of draaien in minimale last.
INDNL14405
29
Figuur 7-1: Ontwikkeling invoerprijs ketelkolen (boven) en eindverbruikersprijs aardgas (onder). Bron: CBS
Het gebruik van biomassa is voorlopig duurder dan aardgas of kolen. De ontwikkeling van de prijs
van biomassa is nog met veel onzekerheid omgeven. Niet alleen concurreren verschillende
toepassingen van biomassa met elkaar (productie materialen, warmte, elektriciteit), ook is er
concurrentie voor het gebruik van de grond waarop biomassa wordt geteeld, vooral met
voedselproductie.
Voor bijstook in kolencentrales worden vooral houtpellets gebruikt. De markt voor houtpellets groeit
hard, maar is nog geen commodity market. Recente ontwikkelingen met een biomassa exchange en
een internationale stuurgroep versterken de verwachting dat dit over enige tijd wel het geval is. Een
belangrijke oorzaak voor prijsvolatiliteit zijn de maritieme risico’s, die elektriciteitsbedrijven proberen
te ondervangen met lange termijn leveringscontracten.
INDNL14405
30
7.2 Subsidie
Duurzame energie krijgt subsidie uit de SDE+ regeling. De SDE+ regeling vergoedt het verschil
tussen de kostprijs van grijze energie en die van duurzame energie over een periode van vijf, twaalf
of vijftien jaar, afhankelijk van de technologie. Voor biomassa geldt een subsidieperiode van twaalf
jaar en voor geothermie van vijftien jaar.
De hoogte van de vergoeding is afhankelijk van de energieprijs. De subsidie is een maximumbedrag
over de gehele looptijd, bepaald door het opgegeven vermogen en het maximale aantal vollasturen.
Per jaar wordt aan de hand van de geproduceerde energie en de hoogte van de energieprijs
vastgesteld hoeveel subsidie er wordt verstrekt.
Hoewel de hoogte van de subsidie onzeker is, tast dit niet concurrerende vermogen van de duurzame
warmte aan. De subsidie is immers gerelateerd aan de grijze energieprijs. Er zit wel onzekerheid in
de kostprijs van warmte uit biomassa, aangezien deze afhangt de prijs van biomassa. Voor
geothermie geldt deze onzekerheid niet.
De SDE+ heeft één budget voor alle categorieën en wordt gefaseerd opengesteld. In de eerste fase
kunnen de ‘goedkope’ technieken subsidie aanvragen. De subsidie loopt per fase op, totdat het
budget voor de periode op is.
Warmte uit biomassa en geothermie vallen allebei in fase 1. Dit verhoogt de zekerheid dat er subsidie
beschikbaar is.
7.3 De prijs voor uitstoot van CO2
In Europa wordt de prijs van CO2 bepaald door het emissiehandelsysteem (ETS) voor de grotere
industriële bedrijven en de elektriciteitssector. De prijs wordt bepaald door vraag en aanbod. Bij het
ontwerp van het systeem werd ervan uitgegaan dat de prijs rond de €30 per ton CO2 zou liggen.
Momenteel ligt de prijs rond de €5 per ton. De oorzaak van deze lage prijs ligt in een aantal
ontwerpparameters, waardoor er bijvoorbeeld niet kan worden gecorrigeerd voor een overschot van
emissierechten door lagere productievolumes (veroorzaakt door de economische crisis).
De emissierechten moeten worden verkregen voor een verbrandingsinstallatie. Als warmte wordt
geleverd, kunnen de emissierechten worden meegeleverd. De prijs zal worden vastgesteld in het
warmteleveringscontract. We gaan er vanuit dat de prijs van CO2 direct wordt doorgerekend in de
prijs van de warmte. Dit heeft effect op de prijsontwikkeling van de industriële restwarmte.
De Europese Commissie heeft een voorstel gepubliceerd om het systeem aan te passen. Er is een
heftig debat gaande over de vraag of de overheid (EU) mag ingrijpen in het marktmechanisme.
Het is nu nog niet te zeggen welke aanpassingen aan het systeem zullen worden doorgevoerd en wat
het effect op de prijs is. Wel kan worden gesteld dat de prijs van uitstoot van CO2 nu met veel
onzekerheid is omgeven. Deze onzekerheid werkt het hardst door op warmte uit kolen en in mindere
mate op warmte uit gas. Voor warmte uit duurzame bronnen hoeven geen emissierechten te worden
overhandigd, dus de prijs van CO2 heeft hier geen effect op.
INDNL14405
31
De CO2 prijs is een belangrijk stimulans voor het toepassen van koolstofafvang. De huidige prijs voor
CO2 emissierechten van circa 5 euro per ton is te laag om de kosten voor koolstofafvang volledig te
dekken. De kosten voor het afvangen, transporteren en opslaan van CO2 bedragen ongeveer 40
euro/ton CO2. Deze schatting gaat uit van een kolencentrale die na 2020 wordt uitgerust met CO2
afvangst technologie, waarbij tevens is verondersteld dat er voldoende CO2 afvang demonstraties zijn
uitgevoerd.
Tabel 13: Afweging onzekerheid in prijsontwikkeling afhankelijk van parameter
Volatiliteit
Subsidie
CO2-prijs
Totaal25
Laag
Laag
Hoog
Hoog
Gemiddeld
Laag
Gemiddeld
Laag
Gemiddeld
Laag
STEG
Laag
Laag
Gemiddeld
AVI
Laag
Laag
Laag
Laag
Gasmotor-WKK
Laag
Laag
Gemiddeld
Gemiddeld
Kolencentrales
Kolencentrales
met
bijstook biomassa
Kolencentrale
koolstofafvang
25
met
Gemiddeld
Gemiddeld
Gemiddeld
Industriële WKK
Laag
Laag
Gemiddeld
Gemiddeld
Biomassa
Gemiddeld
Gemiddeld
Laag
Gemiddeld
Geothermie
Laag
Laag
Laag
Laag
Industrie
Laag
Laag
Gemiddeld
Gemiddeld
De slechtste score bepaalt de totaalscore.
INDNL14405
32
8 Overzichtstabel afwegingskader
Op de volgende pagina worden de resultaten van alle warmtebronnen voor alle criteria samengevat in
een matrix waarin de afweging wordt getoond. De resultaten per criterium zijn onderbouwd in
hoofdstukken 3 t/m 7.
Tabel 14: Afwegingskader duurzaamheid warmtebronnen.
Restwarmte
Ind.
Afval
AVI
Biomassa
Industriele restwarmte
Geothermie
WKK Industrie
Geo
44
29
8.8
23
28
23
12
8.3
3.8
0.0
7.0
g/GJth
g/GJth
8.9
0.5
5.8
9.0
0.5
4.1
10
0.4
1.0
4.2
0.0
0.0
-23
-1.3
-36
4.2
0.0
0.0
6.8
0.1
2.5
39
1.9
11
18
0.9
5.1
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
%
278
479
278
278
150
278
586
10000
10000
1000
556
+
+
+
-
+
+
+
+/-
+
+
+/-
+/+
+
+/-
+/+
+
+/-
+/+
+
+
+
+
+/+
+
+
+
+/-
+
+
+
+/-
+/+/+/+/-
+
+/+
+/-
Leveringszekerheid op korte termijn (1 jaar)
+/-
Leveringszekerheid op langere termijn (tot 15 jaar)
+/-
Tec hnisc he spec ific aties
+/-
Prijsmechanismen
+/-
INDNL14405
WKK Gasmotor
Energetisch rendement
STEG
g/GJth
Kolencentrale + 90% afvang CO2
Emissies - NOx
Emissies - Fijnstof
Emissies - SOx
Kolencentrale + 42% bijstook
biomassa
Eenheid
kg/GJ th
Kolencentrale
Criterium
Emissies - CO2 (lokaal + keten)
Duurzaam
Gas
WKK
Fossiel
Kolen
Ketel
Bron
Techniek
33
ECOFYS Netherlands B.V. | Kanaalweg 15G | 3526 KL Utrecht| T +31 (0)30 662-3300 | F +31 (0)30 662-3301 | E [email protected] | I www.ecofys.com
ECOFYS Netherlands B.V.
Kanaalweg 15G
3526 KL Utrecht
T: +31 (0) 30 662-3300
F: +31 (0) 30 662-3301
E: [email protected]
I: www.ecofys.com

Download Report