Back to the Future?
Simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu.
saxion.nl/leefomgeving
Lectorale rede ir. Jan B. de Wit
saxion.nl/leefomgeving
Back to the Future?
Wat het verleden ons leert over de energievoorziening van de toekomst:
simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu.
Lectorale rede
Duurzame energievoorziening
ir. Jan B. de Wit
Kenniscentrum Leefomgeving
In verkorte vorm uitgesproken te Enschede op dinsdag 20 mei 2014
But I was so much older then, I’m younger than that now.
Bob Dylan
Voorwoord
De machtige natuur
De machtige mens
De mens is altijd gericht geweest op
overleven. In dat opzicht verschilt
de mens niet van een dier: ook de
mens was volledig afhankelijk van
de machtige natuur. Middelen waren
schaars, althans de mogelijkheden
om de grote rijkdom van de natuur
te exploiteren.
Rond 1800 ontdekte men de stoommachine en ontstond er een grote
vraag naar energiegrondstoffen. Vele
uitvindingen (dieselmotor, elektromotor, voertuigen, treinen, vliegtuigen,
elektrische verlichting, centrale verwarming, koelmachines ) vroegen om
aandrijvingsenergie in de vorm van
brandstof of elektriciteit. Uit fossiele
brandstoffen werden zeer veel nieuwe
producten gemaakt. Onmiskenbaar
heeft deze ontwikkeling de mens veel
kennis gebracht en andersom: de
ontwikkelde kennis heeft deze ontwikkelingen mogelijk gemaakt.
Het verschil van de mens van pakweg
1000 jaar geleden en de mens van
nu is vooral: kennis. De mens leefde
(noodgedwongen) duurzaam en was
voor zijn energievoorziening aangewezen op spierkracht, windkracht,
paardenkracht en vooral: biomassa.
Door gebrek aan transportmiddelen
en infrastructuur waren alle voorzieningen decentraal, ‘biobased’ en zoveel mogelijk circulair. De materiële
impact van de mens was zeer gering,
en verstoorde de natuur en de bodemschatten nauwelijks. Het leven van
de mens werd bedreigd door ziekten
en natuurrampen, meer dan nu. Ziekten ten gevolge van ondervoeding en
gebrekkige hygiëne (uiteindelijk het
gevolg van gebrek aan kennis) eisten
tot het begin van de 20e eeuw meer
slachtoffers dan oorlogen. Door kennis
en slimheid was de mens steeds meer
in staat om de natuur te exploiteren,
zijn gezondheid te verbeteren en langer
te leven.
4
Zoals bekend loopt de mens tegen
de grenzen aan van de groei van het
gebruik van fossiele brandstoffen.
De eerste grens is ontoelaatbare klimaatverandering, de tweede grens
is het schaarser worden van energiegrondstoffen en de toename van de
milieu-impact van de winning van
energiegrondstoffen. Meestal gaat dit
laatste gepaard met een lagere winningsefficiency: meer kosten en energiegebruik per eenheid gewonnen
energie. Tot slot kunnen er door de ongelijke geografische spreiding van winning geopolitieke spanningen ontstaan.
Verduurzaming, hier vooral het verminderen van fossiele grondstoffen, is dus
noodzakelijk om te overleven. Nota
bene: de stijging van het (fossiel) energiegebruik wereldwijd wordt per 2014
in de verste verte niet gecompenseerd
door de winning van duurzame energie.
Terug naar ‘vroeger’?
Verduurzaming verloopt via dematerialisatie1, decentralisatie en door inzet
van hernieuwbare grondstoffen en
energie. En door het ontwikkelen van
kennis. Dat lijkt op ‘back to the future’
en dat is het tot op zekere hoogte ook.
Echter, het kennisniveau dat de mens
heeft opgebouwd tijdens de periode
1800 - 2014 is hard nodig om de huidige leefwijze grosso modo te handhaven door decentralisatie, dematerialisatie en inzet van hernieuwbare
grondstoffen en energie.
De rol van technologie
De materiële impact van ontwikkelde
kennis wordt bepaald door technologie. Technologie maakt het mogelijk
hernieuwbare bronnen om te zetten
in energie en grondstoffen, en hier
vervolgens producten van te maken.
Daarnaast heeft de ontwikkeling van
de (informatie)technologie een steeds
grotere impact op de informatievoorziening en dus op de verspreiding en
ontwikkeling van kennis. Op zich is
dit laatste een mooie vorm van dematerialisatie: men hoeft steeds minder
op reis om kennis op te doen en men
kan lokaal steeds meer kennis opdoen zonder zich te verplaatsen. Dit
laatste maakt decentrale ontwikkeling
1
ematerialisatie betekent hier: vermindeD
ring van de materiële impact en de resource
impact van producten en diensten in de
gehele levenscyclus, bij gelijkblijvende
functionaliteit.
mogelijk. Omdat hernieuwbare energie
en grondstoffen ruimte-extensief zijn
(dat wil zeggen: er is relatief veel
ruimte nodig om een zekere hoeveelheid energie of biogrondstof te winnen), leidt toepassing vanzelf tot een
decentrale energievoorziening en een
decentrale grondstoffenvoorziening.
Verduurzaming is dus ‘back to the
future’, echter , het hoge kennisniveau
en de wereldwijde kennisdeling en
-ontwikkeling maakt het mogelijk om
de lokale hernieuwbare energie en
hernieuwbare grondstoffen optimaal
in te zetten en een gezonder en welvarender leven te leiden dan onze
voorouders bij een gelijke of mogelijk
zelfs kleinere materiële impact.
De rol van Saxion
Het leidende thema van Saxion is:
Living Technology. Ik interpreteer dit
vrij als ‘technologie die het mogelijk
maakt dat de mens (prettig) voortleeft’.
Vanwege de grote impact van energie
op de duurzame maatschappij, zijn de
eisen die aan de toekomstige energievoorziening worden gesteld extra
hoog. Kennisoverdracht, kennisdeling
en kennisontwikkeling gericht op duurzame (energie) ontwikkeling zijn noodzakelijk. Mijn lectoraat Duurzame energievoorziening wil hieraan bijdragen.
ir. Jan B. de Wit
Kenniscentrum
Leefomgeving
5
Over de auteur
Ir. Jan B. de Wit (1951) studeerde werktuigbouwkunde aan de TU Delft (1979) en
chemische technologie (1989) aan de Universiteit Twente. Vanaf 1979 (tot medio
2013) is hij werkzaam als senior scientist bij TNO, met als hoofdwerkgebieden:
industriële energietechnologie en procesmodellering. Hij heeft bij TNO energieprojecten uitgevoerd in vrijwel iedere industriële sector, zowel in Nederland als
daarbuiten. In de periode 2006 - 2013 heeft hij zich in toenemende mate gericht
op de (duurzame) energievoorziening van gebouwen, wijken en regio’s.
Jan B. de Wit was in de periode 2006 - 2010 lector Energietoepassingen bij het
Energie Kenniscentrum van de Hanzehogeschool te Groningen. Vanaf september
2010 is hij lector Duurzame energievoorziening bij het Kenniscentrum Leefomgeving van Saxion.
De kenniskring
Van links naar rechts: Joop Ouwehand, Willem Brus, Jan de Wit, Richard van Leeuwen,
Ralph Lindeboom, Annemarie Weersink, Marjoleine Kepel en Wouter Voortman (inzet).
(Niet op de foto: Trynke Papa).
6
Inhoudsopgave
1
Wat leert het verleden ons over de energievoorziening
van de toekomst?
8
2 Trends in energie: schets van de toekomstige
energievoorziening
13
3
Waarom zouden we duurzame energie opwekken?
21
4
Duurzame energie per segment
24
5
De onderzoekslijnen
30
6
Duurzame energievoorziening van Futureproof Cities 39
7
Marktkansen voor het lectoraat
44
8
Verbinding onderwijs en onderzoek binnen Saxion
46
9Stellingen
51
Literatuur53
Bijlage 1 Projecten onderzoekslijn 1: Bio-energie en Biobased Economy
54
Bijlage 2 Projecten onderzoekslijn 2: Comfort en energie
59
Bijlage 3 Projecten Onderzoekslijn 3: Energieneutrale gebiedsontwikkeling64
Bijlage 4 Trias Exergetica
68
Bijlage 5 Belangrijke netwerkpartners
69
7
1. Wat leert het verleden ons over de
energievoorziening van de toekomst?
De energievoorziening
tot ca. 1840
In het verleden was een duurzame
energievoorziening vanzelfsprekend.
In de eerste plaats omdat er heel
weinig energie werd verbruikt door
de mens. In de tweede plaats omdat
fossiele brandstoffen nauwelijks beschikbaar waren. Men leefde noodgedwongen duurzaam.
Langzaamaan ging men duurzame
energiebronnen steeds beter benutten.
In 1700 stonden er 10.000 windmolens in Nederland om graan te malen,
olie te persen en niet te vergeten: te
pompen voor een goede waterhuis-
houding en landwinning. Wind maakte
het mogelijk om verre reizen te maken en handel te drijven. Wind was de
mechanische energiebron bij uitstek.
Biomassa werd energetisch vooral gebruikt om paarden te voeden, om zo
paardenkracht mogelijk te maken.
Ook bracht het belangrijke mechanische energie voor transport, ambachtelijke industrie en het bewerken van
het land. Daarnaast werd biomassa
gebruikt voor verwarming van de
huizen en voor allerlei soorten voedsel
en producten. ‘Biobased’ materialen
waren gangbaarder dan nu.
Gezicht op Alkmaar vanaf het Zeglis (anoniem, omstreeks 1700). De welvaart van Nederland
was in hoge mate gebaseerd op wind.
8
De samenleving was decentraal georganiseerd, in hoge mate gedematerialiseerd en circulair van karakter: afval
bestond daadwerkelijk niet. Door het
gebruik van hernieuwbare (energie)
grondstoffen werd het milieu en de
leefomgeving (noodgedwongen) ontzien.
Decentraal, gedematerialiseerd, circulair
en voorzien van hernieuwbare grondstoffen en energie: zo was het leven
en zo willen we het weer, mits comfortabel. Om te kunnen overleven en
misschien ook om het moment van
uitsterven wat te rekken. Want we
hebben voorlopig immers geen extra
wereldbol ter beschikking.
Materialisatie
Vanaf de eerste industriële revolutie is
de wereld sterk gematerialiseerd: welvaart betekende dat ‘de schoorsteen
ging roken’. Door massaproductie
konden brede lagen van de bevolking
‘materialisereren’. Ook de energievoorziening materialiseerde: in plaats
van wind werd steenkool aangewend.
Noodgedwongen ging men ook de efficiency van stoommachines opvoeren,
want de stoommachines op de eerste
stoomschepen hadden zo’n slecht
rendement, dat ze ondanks hun grote
kolenladingen nauwelijks de gewenste
afstanden konden afleggen. De Britse
marine, veruit de grootste zeemacht
in de negentiende eeuw, aarzelde
daarom lang (ca. 30 jaar!) om gebruik
te gaan maken van stoomschepen.
In de twintigste eeuw kwam de materialisatie pas goed op gang, vooral na
de tweede wereldoorlog. Het fossiele
energiegebruik explodeerde, en dus
ook de massa’s brandstof (steenkool,
olie) die vervoerd moest worden. De
Very Large Crude Carrier (VLCC) deed
zijn intree om aan de oliehonger tegemoet te komen.
Recente Dematerialisatie
Door dematerialisatie zal de impact
van producten en diensten op grondstoffen, ook hernieuwbare, sterk afnemen. Dat proces is al enigszins op
gang gekomen, dat wil zeggen dat
de economische groei in de westerse
landen thans hoger is dan de materiele groei. Voorbeelden:
•
Door ICT neemt de behoefte aan
transport van personen en goederen
relatief af.
•Energiebesparing vermindert brandstofbehoefte, en draagt daarmee bij
aan dematerialisatie.
•
Door het gebruik van duurzame
elektriciteit neemt de behoefte aan
brandstoftransport af
•Ultralichte voertuigen. In de laatste
decennia zijn auto’s steeds zwaarder geworden vanwege veiligheidseisen en comfort. Door slimme software en nieuwe materialen kan het
gewicht sterk afnemen en daarmee
ook het brandstof- of elektrische
energieverbruik.
•
Door procesinnovatie en productinnovatie kunnen energie- en materiaalgebruik verminderen. Ook dit
zijn vormen van dematerialisatie.
9
Kennis is bij uitstek een middel om
dematerialisatie van de economie te
bevorderen: kennis wordt als productiefactor steeds belangrijker, het is
niet-materieel en zeer makkelijk uitwisselbaar (internet).
Centralisatie tijdens en na
de industriële revolutie
Door de grote behoefte aan menskracht en stoomkracht in de fabrieken
concentreerde zich daar ook de energievoorziening. De eerste - private!
- elektriciteitsnetten concentreerden
zich rond de industrie. Pas na de ontwikkeling van rioolstelsels en waterleiding in de vorm van nutsbedrijven,
kwam de publieke energie-infrastructuur van de grond. Die groeide dus van
decentraal (bedrijventerreinen) naar
centraal (steden, regio’s). Dit gold
ook voor de gasvoorziening: stedelijke gasfabrieken maakten van kolen
stadsgas voor de ‘eigen’ stad. Pas na
de vondst van aardgas in Slochteren
ontwikkelde zich een landelijk gasnet. Op zich is dit goed verklaarbaar:
elektriciteitscentrales werden steeds
groter, en dus werd het afzetgebied
van deze elektriciteit steeds groter.
De netten werden gekoppeld via het
hoogspanningsnet, waardoor de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening sterk toenam. Aardgas
werd aanvankelijk op één plaats gewonnen, wat leidde tot een gecentraliseerde aardgasvoorziening.
Grenzen aan centralisatie? Er zijn in Nederland recent grote
kolencentrales gebouwd (met een
grote materiële impact) met oog op
10
het destijds verwachte stijgende elektriciteitsverbruik. Nu deze stijging
van elektriciteitsverbruik uitblijft - op
zich gunstig voor verduurzaming - en
de prijs van kolen laag blijft, ontstaat
de situatie dat deze centrales in bedrijf blijven ten koste van decentrale
duurzame en gedematerialiseerde
opwekking met zon en wind. Om de
energie-efficiency te verhogen kunnen
deze grote kolencentrales als warmte
kracht centrales worden ingezet, maar
dan wordt het erg moeilijk deze grote
hoeveelheid warmte nuttig te gebruiken door het grote gebied waarbinnen
deze hoeveelheid warmte afgezet moet
worden. Door deze grote afstanden
stijgen de kosten en de warmteverliezen. Bovendien daalt de warmtevraag per aansluiting sterk door
de toegenomen isolatiegraad, wat de
relatieve warmteverliezen verder doet
toenemen. De mogelijkheden om lokaal elektriciteit op te wekken en de
warmtevraag sterk te beperken maken
van deze kolencentrales - nu al - de
mastodonten uit een recent verleden.
Recente decentralisatie
Door dematerialisatie hoeven minder
energie en minder grondstoffen getransporteerd te worden. Hierdoor
wordt de behoefte aan transportsystemen en infrastructuur verminderd.
Duurzame energie en hernieuwbare
materialen zijn ruimte-extensief en dit
zal leiden tot een decentralisatie van de
energiehuishouding. Doordat kennis
(niet materieel) makkelijk uitgewisseld
kan worden, wordt de kennis-infrastructuur juist intensiever benut.
Het is logisch het lokale energie
aanbod en de lokale behoefte aan
energie te koppelen. Hiermee kan
de afhankelijkheid van regio’s van
fossiele brandstoffen sterk worden
verminderd. Op een iets grotere schaal
kan hiermee voorkomen worden dat
geopolitieke spanningen ontstaan door
een te sterke afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.
Anderzijds kan een goede koppeling
van lokale netten zorgen voor een
goede spreiding van duurzaam opgewekte energie over een groot gebied, waardoor de inzetbaarheid van
duurzame energie wordt vergroot.
Zo wordt door het versterken van de
cross border connecties in het elektriciteitsnet in Noordwest Europa de
inzetbaarheid van Nederlandse wind-
energie vergroot. Voor hoog-exergetische2, niet- materiële (elektriciteit)
of beperkt materiële (gas) energiestromen met beperkte transportverliezen
geldt dus, dat netkoppelingen over
een groot gebied de inzetbaarheid van
deze duurzame energie verhoogt. Dit
geldt met name voor zon en wind, die
in hoge mate complementair zijn. De
effecten van decentralisering zijn gunstig voor kostbare, laag exergetische
energie infrastructuur zoals warmtenetten. Voor hoog-exergetische energiedragers als elektriciteit en aardgas
geldt juist, dat met spreiding over een
groter gebied vraag en aanbod beter
op elkaar afgestemd kunnen worden,
hoewel ook hier vraag en aanbod bij
voorkeur zo ‘kort’ mogelijk bij elkaar
dienen te liggen.
De circulaire, op biomassa gebaseerde grondstoffen-/productencyclus (bioBased Economy)
2
Exergie is het aandeel van een energiestroom dat omgezet kan worden in arbeid.
Voor elektriciteit is dit aandeel 100%, voor omgevingswarmte 0%.
11
In Nederland zijn vele energiecoöperaties opgericht of in oprichting
die decentrale opwekking en decentraal
gebruik als uitgangspunt hanteren.
Het zelf opwekken van energie rond
of op woningen en gebouwen (elektriciteit en warmte uit zonlicht, gebruik
omgevingswarmte met warmtepompen),
zijn recente vormen van decentralisatie
van de energiehuishouding.
Circulaire economie
Het terugwinnen van materialen is een
uiterst belangrijk aspect van duurzaamheid en hier moet in de ontwerpfase van producten en processen al
rekening mee worden gehouden. Door
terugwinnen van materialen en energie
wordt extra bijgedragen aan de dematerialisatie. Biobased materialen lenen
zich over het algemeen goed voor
recirculatie en vermijden het gebruik
van fossiele brandstoffen. De kennisontwikkeling om nieuwe producten
en bestaande producten duurzaam en
circulair te (her)ontwerpen dient veel
aandacht te krijgen.
Duurzame bronnen
Naast biomassa maakt de stormachtige ontwikkeling van elektriciteit uit
zon en wind, alsmede de ontwikkeling
van Warmte/Koude Opslag (WKOgeaccumuleerde zonnewarmte en
winterkoude) en warmtepompen, het
tegenwoordig mogelijk om duurzame
bronnen beter te benutten dan vroeger. Zoals aangegeven dragen deze
bronnen bij aan de decentralisatie van
de energievoorziening. Winning van
elektriciteit en warmte uit geothermi-
12
sche bronnen staat nog in de kinderschoenen, maar geothermie lijkt grote
mogelijkheden te gaan bieden.
Kennis om decentraal geproduceerde
duurzame energie uit te wisselen met
belendende gebieden door middel van
‘Smart Grids’ en vooral het opslaan
van duurzame energie dient veel aandacht te krijgen. Opslag en conversie (o.a. power-to-gas) van duurzame
energie kan echter ook een zekere
schaal vereisen, waardoor centrale
conversie weer aantrekkelijk wordt.
In hoeverre duurzame technologie
decentraal toegepast kan worden
hangt af van een groot aantal factoren.
Uitgangspunt is in ieder geval dat decentraal in beginsel de voorkeur heeft
boven centraal, tenzij centrale ontwikkeling voor alle betrokken partijen,
dus niet alleen voor de aanbiedende
producent, aantrekkelijker is dan
centraal en/of centrale ontwikkeling
aantoonbaar bijdraagt aan de verduurzaming.
2. Trends in energie: schets van een
toekomstige energievoorziening
De klassieke energieketen
Om de impact van maatregelen om de
energievoorziening te verduurzamen is
het van belang dat men de hele energieketen in ogenschouw neemt.
De klassieke energieketen bestaat uit :
De klassieke energieketen
•Een upstream gedeelte: energie wordt gewonnen.
•Een midstream gedeelte: energie wordt geconverteerd en getransporteerd.
•Een downstream gedeelte: energie wordt lokaal geconverteerd
en geconsumeerd.
13
In toenemende mate wordt energie
decentraal, in het downstream deel
van de keten, opgewekt. De energieconsument wordt hiermee ‘prosumer’;
hij consumeert én produceert energie.
Daarmee wordt hij enerzijds minder
afhankelijk van de toevoer van energie, anderzijds kan hij eventuele overschotten verkopen, liefst tegen de
hoogste prijs. In veel gevallen zal zijn
klant om deze reden zo dicht mogelijk in zijn buurt zitten. De recente regeling dat de afnemer een korting op
zijn energiebelasting krijgt, mits de
duurzame producent gehuisvest is in
de buurt (in dezelfde ‘postcoderoos’),
zal hier ongetwijfeld aan bijdragen.
Transport van energie kost geld en
leidt tot transportverliezen. Anderzijds kan centraal opgewekte energie
goedkoper zijn door grootschalige
conversie en kan de opgewekte energie gespreid worden over veel afnemers, waardoor de totale capaciteit
van opwekking kleiner kan zijn dan
de som van de capaciteit die nodig is
om iedere individuele consument te
bedienen.
In het verleden heeft dit geleid tot
schaalvergroting. Vooral in de eerste
zestig jaar van de twintigste eeuw
was deze schaalvergroting spectaculair. Het is moeilijk uit te maken of
dit uitsluitend te wijten is aan kostenvoordelen door de ‘economy of scale’.
Het kan ook zijn ontstaan doordat
met deze aanpak de belangen van de
aanbiedende partij het meest werden
gediend en/of dat de kennis van ener-
14
gie opwektechnieken aan het einde
van de keten (vrijwel) ontbrak. Feit is
wel dat met name het gebruik van elektriciteit in de provincie in aanvang achterbleef. Om de consumptie op gang te
brengen teneinde de investeringen in
het elektriciteitsnet terug te verdienen,
werden op sommige plaatsen gloeilampen en zelfs elektrische waterkokers
(die toen ook al bestonden) gratis
verstrekt. Er was derhalve sprake van
een sterk aanbodgerichte aanpak.
Ik zal verderop ingaan op het dilemma
van centrale opwekking en distributie
versus decentrale opwekking en lokale
distributie, voor de energiedragers
warmte, elektriciteit en gas.
Trias Energetica
Uitgangspunt voor het ontwerp van
energiesystemen dient altijd de eindvraag naar energie te zijn. De eerste
vraag die gesteld moet worden is:
hoe kan deze eindvraag zoveel mogelijk worden gereduceerd? Vervolgens
dient de gereduceerde eindvraag zoveel mogelijk ingevuld te worden met
lokaal opgewekte duurzame energie.
De resterende vraag moet gedekt worden uit de klassieke energieketen. Dit
uitgangspunt wordt Trias Energetica
genoemd.
Energie heeft echter niet uitsluitend
kwantiteit. Niet iedere vorm van energie is gelijkwaardig. Zo kan men met
1 kWh elektriciteit meer doen dan met
1 kWh warmte van ca. 60 °C. Om hiermee rekening te houden hanteert men
de Trias Exergetica. (zie bijlage 4).
(Schoon) fossiel
Zet duurzame
Beperk
verliezen
Kern
Energie in
met maximaal rendement
De Trias Energetica: verminder in stap 1 het
energieverbruik door isolatie en warmteterugwinning. Dan hoeft er in stap 2 minder duurzame energie worden opgewekt en
daardoor – stap 3 – wellicht geen externe
energie meer worden ingekocht.
De energieketen van de toekomst:
Smart energy systems
lokaal opgewekte energie, te delen.
Dit is de essentie van ‘Smart Grids’.
Die aanbodgerichte aanpak is ook in
de huidige tijd herkenbaar: door de
bouw van enkele grote kolencentrales
is het aanbod van elektriciteit zo overvloedig (april 2014) dat gascentrales
(met hogere brandstofkosten dan
kolencentrales) worden stilgezet. Er
wordt geadviseerd [1, CPB 2013] om
de bouw van windmolenparken uit te
stellen, omdat deze op dit moment
slechts bijdragen aan overcapaciteit.
Een van de oorzaken van deze gang
van zaken is dat men vanuit de opwekkant (upstream/midstream) onvoldoende zicht heeft op de oorzaken
van energieverbruik en energieverbruikspatronen, en hoe deze voor het
totale systeem in gunstige zin beïnvloed kunnen worden. Informatietechnologie maakt het mogelijk informatie
over de ‘eigen’ systeemgrens te delen
en daarmee vraag en aanbod, ook van
Lokaal duurzaam opgewekte energie,
dé kern van de toekomstige duurzame
energievoorziening, is onberekenbaar
doordat zon en wind niet continu aangeboden worden en beperkt voorspelbaar zijn. Dit probleem is op verschillende manieren te verminderen:
1.
Het verminderen van energieverbruik vermindert ook (meestal) de
pieken in verbruik, en daarmee de
vraag. In meer gevallen kan dan
worden volstaan met een beperkter
aanbod.
2.Het inzetten van alternatieve duurzame bronnen die continu inzetbaar zijn (biomassa, geothermie,
aardwarmte).
3.Het spreiden van het gebruik door
energiegebruik in de tijd (‘wassen
als het waait’, ‘auto laden als de zon
schijnt’), eventueel met prijsprikkel.
15
De duurzame decentrale energieketen
4.Het koppelen van het net over een
groter gebied, waardoor vraag en
aanbod meer op elkaar kunnen
aansluiten. Bijvoorbeeld: het koppelen van de elektriciteitsnetten
in noordwest Europa vergroot de
inzetbaarheid van windenergie [2,
DNV Kema, 2010].
5.
Directe buffering van energie, bijvoorbeeld in lege gasvelden (groen
gas) , in de vorm van warmte in de
bodem (Warmte/Koude Opslag WKO ) of opslagvat of in de vorm
van batterijen.
6.
Conversie en buffering naar een
andere energiedrager, bv in de
vorm van waterhoogte in stuwmeren (hydropower) of in de vorm van
methaan uit elektriciteit (‘power to
gas’)
Er moet voorkomen worden dat zeer
veel, op fossiele energie draaiende,
energiecentrales (Elektriciteitscentrales, Warmte Kracht Koppeling (WKK)
16
centrales) standby gehouden moeten
worden, zodra veel energie uit wind
en zon wordt gewonnen. Dit is economisch niet aantrekkelijk, maar kan
ook leiden tot een lager systeemrendement dan mogelijk. Het is echter
de vraag of men dit probleem op het
bord van de duurzame- energieopwekker mag leggen. Het argument dat de
windmolen er ‘later’ bij is gekomen en
‘dus’ de (net)problemen veroorzaakt
lijkt niet houdbaar.
De rol van informatietechnologie
in Smart Grids
Smart Grids zijn slimme netten (meestal elektriciteit, maar gas en warmte
kan ook) die vraag en aanbod op ieder
niveau overzien en de vraag-aanbod
verhouding ook binnen zekere grenzen van waarschijnlijkheid kunnen
voorspellen. Deze Smart Grids hebben
gegevens nodig uit de gehele (lokale)
keten om de beschikbare opwekcapaciteit en netcapaciteit optimaal in te
Schets van een Smart Grid in een woonwijk
zetten. Om deze grote hoeveelheden
gegevens te kunnen verwerken en aan
Model Based Grid Control te kunnen
doen, is de verdere ontwikkeling van
informatietechnologie (software) onontbeerlijk, zowel voor een intelligente interpretatie van de gegevens als
voor de fysieke sturing van het net.
Daarnaast kan vraag en aanbod worden gestuurd door het beïnvloeden
van de tarieven, waardoor bepaalde
vraag (met lage toegevoegde waarde)
wordt verminderd. Andersom kan het
aanbod worden vergroot via prijsprikkels (zoals met WKK in de tuinbouw
gebeurt). Soms zijn hardware ingrepen zoals structuurwijzigingen, regelmogelijkheden en verzwaringen (trafo’s, leidingen) echter onvermijdelijk.
De rol van energiebuffering
Buffering van energie wordt op grote
schaal toegepast. Hoewel elektriciteit
in het net zelf niet kan worden gebufferd - bij gas kan dat wel enigszins gebruiken velen het elektriciteitsnet
als virtuele buffer, denk aan het salderen van elektriciteit uit zonnepanelen.
Er zijn echter grenzen aan de mogelijkheden hiertoe. De voorbeelden uit
Duitsland zijn bekend, waar het afschakelen van zonnepanelen en windmolens soms noodzakelijk is.
In Nederland wordt met succes gebruik gemaakt van de NORNED kabel,
waarmee
elektriciteitsoverschotten
naar Noorwegen worden getransporteerd om daar het waterpeil in stuwmeren te verhogen en op die manier
energie op te slaan.
Er wordt op dit moment intensief gezocht naar mogelijkheden om elektriciteitsoverschotten om te zetten in
waterstof of methaan. Op die manier
zou de Sahara in de wereldvraag naar
aardgas kunnen voorzien: een zonnestroom gevoede ‘power to gas’ fabriek
van 1000 bij 1000 km zou daar - bij
realistische conversierendementen
- de hele wereld van energie (wereld-
17
vraag 2012: 500 EJ/jaar = 14 * 1012
Nm3/jaar aardgas van Groningen kwaliteit) in gasvorm kunnen voorzien. Dit
lijkt een groot oppervlak, doch het
door olievervuiling onbruikbare landbouwgrond is van eenzelfde orde van
grootte (o.a. Nigeria).
Buffering van elektriciteit in de vorm
van batterijen sluit goed aan bij lokale autonomie. Ook is batterijopslag interessant voor voertuigen. De
materiaalimpact op de kostprijs bij
grootschalig gebruik (Lithium) is een
probleem. Hier ga ik later in dit hoofdstuk op in.
Kosten en ‘economy of scale’
Een zeer belangrijke vraag bij iedere
technologische ontwikkeling, en dus
ook de ontwikkeling van smart energy
systems, is de vraag in hoeverre de uiteindelijke prijs van het systeem wordt
beïnvloed door de schaal van het systeem (ook geografisch) en door de prijs
van de toe te passen componenten.
Infrastructuur en schaal
Zo is de distributie van warmte afhankelijk van het aantal aansluitingen en vooral de dichtheid van de aansluitingen. Bij
aardgas en elektriciteit is dit veel minder
het geval, omdat transport van aardgas
en elektriciteit goedkoper is per eenheid
energie. Bovendien zijn de verliezen van
warmtedistributie groot ten opzichte
van aardgas en elektriciteit.
De keuze van de energie infrastructuur voor warmte is afhankelijk van bouwdichtheid en
specifiek energieverbruik
18
Componenten
Als goud grootschalig wordt (op)gekocht, dan stijgt de prijs. Als een product als HR ketels, met weinig dure
materialen, grootschalig in de markt
wordt gezet, dan daalt de prijs omdat
de productiekosten per eenheid dalen
(minder initiële kosten, minder overhead, minder arbeid). Dit geeft aan
dat de beschikbaarheid van grondstoffen cruciaal is om technologie in grote
aantallen (dus decentraal) in te kunnen zetten. Soms kan dit bereikt worden door het vinden van alternatieve
materialen, soms door de hoeveelheid
materiaal per component drastisch te
verminderen. Voorbeelden van materiaalvermindering door hoogwaardige technologie zijn katalysatoren
in auto’s en het verminderen van de
hoeveelheid zuiver silicium dat nodig
is voor zonnepanelen. Vaak is dit het
geval als het gaat om een oppervlak
effect (zonnepanelen, katalysatoren)
in plaats van een volume effect.
De goudprijs (staat hier model voor
zeldzame metalen) stijgt bij toene-
Goud
Prijs
Bijgaande afbeelding laat zien welk
type energie-infrastructuur (een belangrijke schakel in de energieketen en dus ook in het smart energy
system) past bij welke schaal. Ook de
consumptie per aansluiting (verticale
as) speelt een belangrijke rol. Grote
zuinigheid (passiefhuizen) leidt tot
een ‘all electric’ energievoorziening,
zeker bij nieuwbouw. Warmtenetten
zijn alleen dan verantwoord als sprake
is van hoge dichtheden én van duurzaam opgewekte warmte.
HR CV ketels
Vraag
De goudprijs stijgt bij stijgende vraag,
de prijs van HR ketels daalt
mende vraag. De prijs van HR ketels
daalt bij toenemende vraag. Om technologie succesvol en met veel impact
te kunnen toepassen, zijn grote aantallen nodig. Dan moet de prijs dus
dalen bij deze toegenomen vraag.
Daarnaast kan technologieontwikkeling op zich invloed hebben op
de prijs, omdat er minder materiaal
noodzakelijk is om een zekere prestatie te behalen. Dit dubbele effect
(dematerialisatie + ‘economy of scale’)
treedt zowel op bij halfgeleiders (wet
van Moore ) als bij zonnepanelen. Een
voorbeeld waarbij deze ontwikkeling
van ‘economy of scale’ gevolgd door
prijsdaling maar niet op gang komt
zijn brandstofcellen, een technologie
die al heel lang ‘veelbelovend’ is……
De vraag hoe bestaande energiesystemen verduurzaamd kunnen worden
hangt ook sterk af van de keuzes die
reeds gemaakt zijn. Zo ligt het voor
de hand dat daar waar in het verleden
voor de aanleg van een warmtenet is
gekozen, dit warmtenet wordt voorzien van een duurzame warmtebron.
19
Dit omdat downstream weinig aangepast hoeft te worden en de kosten
voor de aanleg al gemaakt zijn. Bovendien zijn dit meestal gebieden met
een zekere warmtevraag en een zekere dichtheid.
schalige nieuwbouw in Nederland
niet erg waarschijnlijk meer [3, De
Architect, september 2013] en lijkt
de burger minder gecharmeerd van
collectieve warmtesystemen. Als de
dichtheid echter hoog is en er lokaal
een goede en goedkope biomassabron
voorhanden is, dan worden er ook nu
nog warmtenetten aangelegd [4 Zwolle,
muziekwijk] [5 Zwolle Begreen]. In
toenemende mate kiest men echter
voor ‘all electric’ met warmtepompen
[6, Etten Leur]
Voor nieuwbouwgebieden geldt, dat
de aanleg van een warmtenet niet voor
de hand ligt omdat de warmtevraag
laag is. Hierdoor kan weinig warmte
verkocht worden en zijn de verliezen
relatief hoog. Bovendien is echt groot-
Prijs per Wp Zonnepanelen (Incl. Installatie): 2007 - 2022
8.0
USD (CleanEdge Research)
7.5
7.0
EUR (CompareMySolar NL)
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
22
21
20
20
20
19
20
18
20
17
20
16
20
15
20
14
20
13
20
12
20
11
20
10
20
09
20
08
20
20
20
07
-
Ontwikkeling van de prijs voor zonnepanelen. Inmiddels zit de prijs op ca. € 1,5 per Watt piek
(Wp) , dus iets lager dan de prognose uit 2012.
20
3. Waarom zouden we
duurzame energie opwekken ?
De analogie van de golden circle
en de trias energetica
Simon Sinek [7, Simon Sinek] heeft
met zijn ‘golden circle’ aangetoond
dat voor het bereiken van resultaten
het vooral belangrijk is dat we weten
‘waarom’ we iets doen. Daarna komt
pas ‘hoe’ we dat doen, en vervolgens
‘wat’ we gaan doen.
WAT
HOE
WAAROM
De ‘golden circle’ van Simon Sinek:
Motivatie - sterk besef van het ‘waarom’komt van binnenuit.
Wanneer we dat eerste punt bekijken,
dan blijkt het ‘waarom’ vooral te bestaan uit het feit dat we graag willen
dat de mensheid (prettig) kan blijven
voortleven en niet vroegtijdig uitsterft.
Dat betekent dus dat we de bestaande
voorraden niet te ver willen uitputten,
rekening houden met de nadelige mi3
lieu effecten van fossiele energiewinning en vooral van CO2 uitstoot. Hier
zal niet verder worden ingegaan op de
mondiale effecten van het gebruik van
fossiele brandstoffen, maar vrij breed
wordt aangenomen dat de mens het
klimaat onomkeerbaar beïnvloedt. Het
‘waarom’ wordt ook gevoed door de
wens om niet al te veel afhankelijk te
zijn van minder stabiele regio’s (geopolitiek). Voor veel energiecorporaties
- die nu massaal in oprichting zijn geldt, dat men gemotiveerd wordt om
gezamenlijk lokale duurzame energie
op te wekken om daarmee ook een
zekere onafhankelijkheid te creëren.
Vanuit dit ‘waarom’ is het logisch om
allereerst het probleem in de kern aan
te pakken, namelijk de vraag te stellen ‘waarom’ energieverbruik nodig
is. Daarmee kan vaak de oorzaak van
energieverbruik weggenomen worden.
Zoals aangegeven kan dit worden bereikt door besparingen en vermindering van stof- en massastromen (dematerialisatie).
Oorzaken van energiegebruik, het
‘waarom’ van energieverbruik van
onze maatschappij:
•Het weglekken van warmte uit woningen en gebouwen3.
Dit betekent meestal NIET dat deze processen ook veel warmte nodig hebben!
21
•
Het binnendringen van warmte in
woningen en gebouwen (wereldwijd
belangrijker dan warmteverliezen!).
•Het verwarmen en koelen van stofstromen (bv warm tapwater).
•
Productieprocessen die op hoge
temperatuur uitgevoerd moeten
worden : het weglekken van warmte.
•Verdampen van vloeistoffen, vooral
bij thermische scheidingsprocessen
(destillatie, indamping, drogen).
•
Het genereren van kracht voor de
voortstuwing van voertuigen, compressie van gassen, verpompen van
gassen en vloeistoffen , etc.
Op alle punten wordt energie bespaard
door verminderen van de energiebehoefte. Dit uit zich door minder massa
aan (fossiele) brandstof. Dematerialisatie van processen is dus van groot
belang. Een huis van lichte materialen
(liefst biobased) zal dus in de bouwfase en in de sloopfase minder energie
gebruiken door lagere transport energie. Dit wordt relatief belangrijk voor
woningen die weinig of geen energie
gebruiken in de gebruiksfase.
(Schoon) fossiel
Zet duurzame
Beperk
Verliezen
Kern
Energie in
met maximaal rendement
De Trias energetica als ‘golden circle’. Ook hier
begint alles - met motivatie - vanuit de kern.
4
Moderne auto’s worden nog steeds zwaarder!
22
Meestal wordt energie, en dus ook
massa als het gaat om fossiele energie, bespaard door vermindering van
verliezen, bijvoorbeeld door het weglekken van warmte. Tot slot kan veel
energie bespaard worden door het
terugwinnen van warmte. Een mooi
voorbeeld is het Douche Warmteterugwinning systeem (Douche WTW),
Douche WTW
waarmee warmte uit het rioolwater
wordt gebruikt om vers douchewater
voor te verwarmen. Deze warmteterugwinning kan ook tegen de temperatuurgradiënt in plaatsvinden met
behulp van een warmtepomp. Een ander voorbeeld is het terugwinnen van
warmte uit afgewerkte ventilatielucht.
Om deze besparingstechnieken goed
toe te passen, is soms hoogwaardige technologie nodig en uitgebreide
kennis hoe deze technieken toegepast
moeten worden.
Een voorbeeld waar hoogwaardige
technologie nodig is om te dematerialiseren: door voertuigen van
actieve veiligheidssystemen te voorzien kan de massa van het voertuig
sterk worden beperkt4 en kan veel
energie en materiaal worden bespaard. Het zal duidelijk zijn dat deze
actieve veiligheidssystemen niet ‘zomaar’ geaccepteerd zullen worden.
Om die reden moeten deze systemen
aantoonbaar zeer betrouwbaar zijn.
Pas wanneer dit ‘waarom’ van energieverbruik goed in beeld is en de
oorzaken van energieverbruik zoveel
mogelijk zijn weggenomen, komt het
vraagstuk van de energievoorziening
aan bod. Dus het ‘hóe voorzien we in
onze energievraag’. In een aantal gevallen zal dat leiden tot een situatie
waarbij de volledige voorziening van
energie uit duurzame bronnen kan
plaatsvinden, zoals bij autarkische
passiefwoningen.
De autarkische woning, EVA Lanxmeer,
Culemborg.
Nadat zoveel mogelijk duurzame
energie is ingezet (liefst lokaal gewonnen), dan doet zich het probleem
voor dat het aanbod van duurzame
energie vaak grillig is. Als op jaarbasis voldoende energie kan worden
gewonnen - voor woningen kan dit
zeker, zowel wat betreft warmte als
elektriciteit - dan zal op zeker moment
energie geïmporteerd moeten worden
(midwinter).Terwijl op andere momenten overschotten ontstaan (midzomer).
Dit is deels oplosbaar via buffering dé achilleshiel voor duurzame energie
- maar zowel thermische opslag als
elektrische energieopslag is relatief
kostbaar en gaat meestal met aanzienlijke verliezen gepaard5. Het elektriciteitsnet vlakt vraag en aanbod uit,
maar er zijn grenzen aan dit uitvlakvermogen. Hoe meer vraag en aanbod
geografisch gespreid kan worden, hoe
meer duurzame energie ingezet kan
worden. Zo vergroot de crossborder
capaciteit van het Noordwest Europese elektriciteitsnet de mogelijkheden
van de inzet van Nederlandse windenergie [2, DNV Kema].
Voorlopig zal de derde stap van de
Trias nog onmisbaar zijn, namelijk
de energievoorziening vanuit (schone)
fossiele bronnen. Deze bronnen zijn
kwalitatief zeer hoogstaand, zeer
goed gedefinieerd en zuiver, en (veel
te) goedkoop. Dit maakt een fossiele
brandstof als aardgas zeer geschikt
voor heel hoogwaardige toepassingen, zoals warmte van 1000 graden
Celsius in direct gestookte ovens met
een zeer delicate gasatmosfeer6. Deze
derde stap vertegenwoordigt het ‘wat’
in energie, voorlopig nog in termen
van heel veel fossiele (Giga) ‘Watt’….
5
De (klein)verbruiker van elektriciteit verkeert overigens in de riante omstandigheid dat hij het
elektriciteitsnet als een gratis en verliesloze buffer mag gebruiken met een onbeperkte capaciteit, mits hij netto importeur van energie blijft (salderingsregeling).
6
Gesprek met een keramisch bedrijf dat hele mooie designproducten maakt, maar in oude en
zeer lekke ovens. ‘Weet u, wij verdienen gewoon veel meer geld met productinnovatie dan met
procesinnovatie’ (met als doel het energieverbruik van de ovens te verminderen). Dit wordt mede
veroorzaakt door de lage energieprijzen, die overigens in de rest van de wereld nóg lager zijn….
23
4. Duurzame energie toepassing
per segment
Te onderscheiden segmenten
Ik maak onderscheid tussen de volgende segmenten:
1.gebouwde omgeving;
2.transport personen;
3.transport goederen;
4.procesindustrie, inclusief voedingsmiddelen;
5.maakindustrie;
6.agrarische sector, inclusief
tuinbouw;
7.energie conversie industrie.
Krachtvraag
De energievraag van het transport van
personen en goederen is mechanisch.
Verduurzaming via elektrische tractie
- en uiteraard dematerialisatie - ligt
hier voor de hand. Ook in alle overige segmenten is er sprake van een
aanzienlijke krachtvraag. Vrijwel altijd
wordt elektriciteit gebruikt om in deze
krachtvraag te voorzien. Bij een niet
al te grote elektriciteitsvraag per m2
bedrijfs(dak)oppervlak is het vaak
mogelijk voldoende elektriciteit uit
zonlicht te winnen. Ook hier is dematerialisatie de aangewezen weg om de
eerste stap van de Trias Energetica te
zetten, inclusief het dematerialiseren
van brandstofstromen, direct of indirect.
Warmtevraag
Op de procesindustrie, de energieconversie industrie en kleine delen van
24
de voedingsmiddelenindustrie na, is
er in deze segmenten sprake van een
warmtevraag op lage temperatuur. Dit
maakt terugwinning van warmte en
winning van warmte uit de omgeving
met warmtepompen mogelijk. Voor
warmte op een hoog temperatuurniveau (>100 °C) is inzet van fossiele
brandstoffen of biomassa onontbeerlijk.
Koudevraag
Vooral in de voedingsmiddelenindustrie en delen van de procesindustrie
is er vraag naar koude op een temperatuurniveau waarbij inzet van koelmachines onvermijdelijk is. Koude voor de
gebouwde omgeving (airconditioning)
kan meestal uit WKO worden gewonnen.
Gebouwde omgeving
Gebouwde omgeving omvat woningen
en gebouwen. Tenzij bedrijven bij
maakindustrie en procesindustrie ingedeeld kunnen worden én een energieverbruik hebben van enige importantie
(met name procesindustrie en sommige
delen van de maakindustrie), kunnen
bedrijven (kantoren, softwarebedrijven,
lichte assemblage, opslag etc.) vaak
energetisch worden ingedeeld bij gebouwde omgeving.
In de nieuwbouw kan verregaande
verduurzaming plaatsvinden door een
Voorbeeld van een zeer goed geïsoleerd en luchtdicht huis met eigen, jaarrond dekkende
energievoorziening op het dak.
integraal ontwerp, zeer goede isolatie, warmte terugwinning uit water en
lucht en uitgekiende installaties (verlichting, klimatisering). In de meeste
gevallen is energieneutraliteit mogelijk. Dit is vaak ook economisch aantrekkelijk.
De economie van energieneutraliteit
is bij bestaande bouw minder eenvoudig, omdat schilrenovaties kostbaar
zijn als er al isolatie is toegepast. In
die situatie is het soms aantrekkelijker
om meer stroomopwaarts in de keten
te verduurzamen, zoals het aanleveren van duurzame warmte en elektriciteit. Als men gaat optimaliseren over
een langere termijn, dan is sloop en
nieuwbouw vaak aantrekkelijker dan
renovatie. In de sociale woningbouw
is sloop/nieuwbouw echter vaak ongewenst vanwege sociale aspecten
en het verlies van status quo van de
bewoners.
25
Transport personen
Uiteindelijk zal het energieverbruik
door transport van mensen moeilijk
vermijdbaar zijn, anders dan door het
verminderen van de vervoersbehoefte. Echter, voertuigen kunnen lichter
worden gemaakt, met duurzame energie worden aangedreven (elektriciteit,
biobrandstoffen) en mechanische
energie kan worden teruggewonnen
bij het remmen. Door slimme software
kan de ‘zware’ passieve veiligheid die
auto’s de inzittenden bieden (niet aan
de fietsers en voetgangers!), worden
vervangen door gewichtloze actieve
veiligheid via software. Naast energiebesparing vergroot dit de actieradius van de elektrische auto, die zoals
gezegd, eenvoudig duurzaam is op
te laden. Daarmee wordt deze bottleneck - de beperkte actieradius van
elektrische voertuigen - grotendeels
weggenomen. Ook de aantrekkelijkheid van het vervoer zal toenemen
door het ‘zelf rijden’ van het voertuig. De auto wordt daarmee een echt
automobiel. Deze radicale gewichtsvermindering is een vorm van dematerialisatie evenals ‘car sharing’. Car
sharing wordt makkelijker bij autonoom rijdende voertuigen, men kan
een auto zonder bestuurder laten
'voorrijden'..
Auto met een brandstofverbruik van
1,5 liter diesel per 100 km (LOREMO)
26
De zware Tesla en de lichte Renault Twizy
Het ziet er (voorlopig) naar uit dat
accu’s kostbaar zijn en relatief veel
gewicht hebben per kWh. Dat laat zich
slecht rijmen met dematerialisatie.
Omdat meer dan 90% van de ritten
met een auto korter zijn dan 80 km,
zou een accucapaciteit van ca. 8 kWh
voldoende moeten zijn bij een licht
voertuig. Een combinatie van deze
accu met een range extender op biodiesel (ca. 10 kW) is waarschijnlijk
optimaal uit oogpunt van fossiel energiegebruik, kosten en het gebruik van
schaarse grondstoffen.
Daarnaast zal de toenemende verstedelijking leiden tot meer openbaar
vervoer, dat via elektrische tractie
goed te verduurzamen is (trein/tram
trolley bus).
Elektrisch personenvervoer per trolleybus
(Arnhem).
Transport per binnenvaart kost relatief
weinig energie (per ton/kilometer).
Goederenvervoer
Het goederenvervoer over zee heeft
geen belemmeringen als het gaat om
emissievoorschriften. Ook het stoken
van accijnsloze inferieure brandstoffen is eerder regel dan uitzondering.
Dat maakt verduurzaming van de
zeevaart problematisch. Een van de
belangrijkste middelen om hier toch
te verduurzamen is dematerialisatie,
dus minder transport.
Dat geldt uiteraard voor alle goederenvervoersmodaliteiten. Toename van
het aandeel binnenscheepvaart zal het
energieverbruik per ton/kilometer
doen dalen. Verduurzaming is mogelijk door het toepassen van biobrandstoffen.
door biogene materialen (biobased
economy). Dat reduceert het gebruik
van energiegrondstoffen enorm.
Voorlopig is het vooral van belang
de fossiele brandstoffen te weren uit
laagwaardige toepassingen. Op die
manier stijgt de toegevoegde waarde
van de schaarse fossiele brandstoffen. Zo blijft bijvoorbeeld aardgas
beschikbaar voor ovenprocessen op
hoge temperatuur, waarbij de brandstofsamenstelling kritisch is voor de
productkwaliteit, zoals in de keramische industrie.
Procesindustrie, inclusief
voedingsmiddelenindustrie
De procesindustrie gebruikt zeer veel
fossiele brandstoffen. Het grootste
deel van deze brandstoffen wordt
niet-energetisch gebruikt, namelijk als
feed stock. Dat wil zeggen dat er producten van worden gemaakt. Naast
hergebruik en recycling, is het mogelijk deze grondstoffen te vervangen
Tunneloven in de bouwkeramische industrie:
de productkwaliteit is in hoge mate afhankelijk van de brandstofkwaliteit.
27
Dit overgaan op biobased grondstoffen is de belangrijkste manier waarop
de procesindustrie kan verduurzamen.
Daarnaast is het mogelijk door het verhogen van de energie efficiency, door
procesinnovatie, procesintensivering
en procesintegratie het energetische
energieverbruik te reduceren. In Nederland wordt in de procesindustrie
zeer veel elektriciteit opgewekt met
Warmte Kracht Koppeling (WKK).
Het is echter zeer problematisch om
alle biobased grondstoffen die de procesindustrie op basis van de huidige
productie nodig heeft op Nederlandse
bodem te telen. Dit betekent dat dit
niet zonder dematerialisatie en hergebruik/recycling kan.
Waarschijnlijk zullen biobased grondstoffen in het zuiverings-/opwerkingsproces van deze grondstoffen een behoorlijke hoeveelheid (voorlopig) onbruikbare bioreststoffen opleveren.
Deze brandstoffen kunnen worden gebruikt voor het energetisch gebruik van
de productieprocessen (o.a. bio-WKK).
De voedingsmiddelenindustrie werkt
qualitate qua met biobased grondstoffen. Besparingen zijn hier vooral te
bereiken met energie efficiency en het
gebruiken van biobased reststromen
als biobrandstof.
Door de energie-intensiteit van de procesindustrie, de vaak hoge temperaturen en het grote aandeel van energiekosten in de totale toegevoegde waarde, is verduurzaming van de energiebehoefte hier overigens niet eenvoudig.
28
Maakindustrie
De grens tussen maakindustrie en procesindustrie is niet altijd even makkelijk te trekken. Kenmerk van maakindustrie is dat het accent ligt op (eind)
producten. De procesindustrie levert
meestal continue (bulk)stromen.
Maakindustrie is algemeen gesproken minder energie-intensief en het
energiegebruik van de processen is
vaak veel minder dan het energieverbruik van de gebouwen. Bij procesindustrie is dit andersom. Om deze
reden worden grote delen van de
maakindustrie energetisch ingedeeld
bij gebouwde omgeving.
Agrarische sector en tuinbouw
Van oudsher is de (glas)tuinbouw
een grote energieverbruiker. Dit kan
sterk worden verminderd door het
toepassen van (semi)gesloten kassen en het aanwenden van ‘eigen’
biomassa voor energie doeleinden.
Een en ander wordt mogelijk gemaakt door WKO en warmtepompen,
waarbij de warmtepompen worden
aangedreven met elektriciteit uit
zonnecellen en deels door bio WKK.
In Nederland is de toepassing van
geothermie (diepte: ca. 2 kilometer)
gestart bij glastuinbouwbedrijven.
In veeteeltbedrijven kan energie worden gewonnen uit (mest)vergisting,
waarmee deze sector in combinatie
met zonnepanelen en windenergie
energieneutraal kan worden. Bij boerenbedrijven is hier over het algemeen
voldoende ruimte voor. Bottleneck
voor verduurzaming zijn de grote
In de gesloten tuinbouwkas wordt via een WKO systeem /warmtepomp combinatie
zomerwarmte in de winter gebruikt en winterkoude in de zomer (Zonneterp).
arealen die nodig zijn voor de veevoederproductie.
De akkerbouw is weinig energie-intensief. Duurzame energie kan hier gewonnen worden uit zon, wind en biomassa. Akkerbouwbedrijven kunnen
hiermee makkelijk energieleverend
worden.
verduurzamen, omdat deze bedrijven
een behoorlijk ‘begrazings-’ gebied
hebben door de noodzakelijke winning van duurzame energie. Idealiter
krimpt deze sector qua materiële omzet. De raffinage en processing van
biobrandstoffen en biogrondstoffen
zal echter in belang en omvang moeten toenemen.
De energie(conversie) industrie
Deze sector heeft energie en energiegrondstoffen als (eind)product. Voorbeelden: raffinaderijen, cokesfabrieken,
elektriciteitscentrales, WKK centrales,
warmtecentrales, maar ook wind- en
zonneparken.
Juist voor deze sectoren geldt dat de
fossiele input (zeker per eenheid eindproduct) zal moeten dalen. Ook is
het noodzakelijk om de bedrijven in
deze sector te decentraliseren als ze
29
5. De onderzoekslijnen
Het lectoraat Duurzame energievoorziening maakt deel uit van het Kenniscentrum Leefomgeving (KCL) van
Saxion. Het KCL doet onderzoek naar
leefomgevingsvraagstukken. Duurzame
energievoorziening is naar zijn aard
extensief, in de zin dat er veel oppervlak nodig is om duurzame
energie te winnen. Denk hierbij aan
zonne-energie, windenergie en biomassa7. Juist om deze reden zijn duurzame energievoorzieningsvraagstukken ook ruimtelijke vraagstukken en
daarmee leefomgevingsvraagstukken.
Echter, niet alle vraagstukken op het
gebied van duurzame energie zijn
leefomgevingsvraagstukken. Het lectoraat houdt zich ook uitdrukkelijk
bezig met de technologie van duurzame energieopwekking en de daaraan voorafgaande trias energetica, en
kansen-creërende technologie die zich
richt op energiebesparing en energieterugwinning.
Het lectoraat Duurzame energievoorziening heeft gekozen voor drie onderzoekslijnen:
1. Bio-energie en biobased economy
2. Comfort en energiebesparing in
Smart Buildings
3.Energieneutrale gebiedsontwikkeling
Bij alle drie de onderzoekslijnen is
een relatie met ruimtelijke vraagstukken en alle drie hebben hun eigen
technologiebehoefte. Bij bio-energie
en biobased economy is de kennis
van bioprocestechnologie en biologische processen in het algemeen
onmisbaar. Bij comfort en energiebesparing is bouwfysische kennis
onmisbaar, evenals kennis van installatietechniek en thermodynamica. Bij
het realiseren van smart buildings is
voor een goede vraagarticulatie van
de gebruikers een zekere mate van
Ambient Intelligence onmisbaar. Bij
energieneutrale gebiedsontwikkeling speelt kennis van smart energy
systems (inclusief Smart Grids) een
belangrijke rol. Dat is niet mogelijk
zonder kennis van elektrotechniek,
De ruimtelijke impact van warmte /koude opslag en geothermie is daarentegen is gering. Winning van
duurzame energie op zee (windenergie, getijdenenergie, stromingsenergie) heeft ook weinig impact.
7 30
natuurkunde en technische informatica. Tot slot is bij het ontwerpen van
componenten en producten, waaronder de reeds genoemde zeer lichte
voertuigen, kennis en vaardigheden
van industrieel ontwerpen onmisbaar.
Samenwerking
met andere lectoraten
De interactie tussen energiebesparing,
verbetering van het binnenklimaat en
opwekking van duurzame energie
heeft veel samenhang met de eigenschappen van gebouwen en woningen.
Nauwe samenwerking met het lectoraat Innovatieve technologie in de
bouw ligt derhalve zeer voor de hand.
Met het lectoraat Risicobeheersing
ligt samenwerking op het gebied van
een veilige en duurzame energievoorziening voor de hand. Immers, decentralisatie brengt ook risico’s met zich
mee die in een grootschalige, professionele omgeving wellicht eenvoudiger beheerst kunnen worden dan
bij kleine installaties die vaak door
non-professionals of vrijwilligers worden bediend. Smart buildings zijn
vooral ook smart omdat ze veiliger
zijn dan traditionele gebouwen.
Met het lectoraat Governance wordt
intensief samengewerkt. Ook omdat de mogelijkheden van duurzame
energie in de praktijk in hoge mate
worden bepaald door de overheid:
de overheid heeft het primaat als het
gaat om bestemmingsplannen, Urban Planning, fiscale maatregelen en
subsidies. Zoals aangegeven hebben
deze grote invloed op de mogelijkhe-
den van duurzame energie. Ditzelfde geldt mutatis mutandis ook voor
het lectoraat Gebiedsontwikkeling en
Recht.
Met het lectoraat Duurzame leefomgeving wordt samengewerkt op het
gebied van de milieu-effecten van
duurzame energie, denk hierbij aan
Life Cycle Analyses (LCA) die noodzakelijk zijn om de duurzaamheid,
ook van duurzame energie, vooraf te
toetsen. Als voorbeeld kan asbestsanering genoemd worden: door het
vervangen van asbestdaken gaat ‘het
dak eraf’. Dat is een mooie kans om
een energiedak (integrale energiewinning met zonnepanelen) te plaatsen.
Dat kan verrassende uitkomsten bieden. Het lectoraat Regionale ontwikkeling houdt zich bezig met sociaal
economische ontwikkelingen van regio’s, in het bijzonder met de ‘eigen’
regio Twente. In het Cleantech project
van dit lectoraat werd nauw samengewerkt en nieuwe initiatieven in de
regio Stedendriehoek (Cleantech Stedendriehoek) zullen gezamenlijk worden opgepakt.
Daarnaast wordt intensief samengewerkt met het Kenniscentrum Design
en Technologie (KCDT) van Saxion,
met name met het lectoraat Ambient
Intelligence. In de toekomst zal ook
worden samengewerkt met het lectoraat Lichtgewicht Construeren vanwege de dematerialiserende effecten van
deze discipline.
31
Verduurzaming heeft ook grote invloed op het landschap: in het verleden werd het landschap
bepaald door energiewinning (windmolens, biomassa). Voor de voedsel van paarden, de bron
van mechanische energie vóór de stoommachine, waren grote arealen landbouw nodig.
(De dorpsstraat, Jan Brueghel de Oude, 1603)
Hoewel de accenten in de onderzoekslijnen van het lectoraat Duurzame
energievoorziening verschillen, zijn
ze allen gericht op dematerialisatie,
decentralisatie en op het gebruik van
hernieuwbare energie en grondstoffen. Zoals aangegeven is technologie
buiten het werkterrein van duurzame
energieopwekking belangrijk voor
duurzaamheid, wanneer deze technologie bijdraagt aan dematerialisatie en
decentralisatie, maar niet direct energie-gerelateerd is. Informatietechnologie is onmisbaar om decentralisatie
effectief te maken en is ook onmisbaar
bij dematerialisatie van de economie:
een verminderde reisbehoefte of ver-
32
minderde energie-impact van reizen
(energiegrondstoffen) en een verminderde behoefte aan materiële informatiedragers (papier) zijn vormen van
dematerialisatie.
De drie genoemde onderzoekslijnen
passen in het leitmotiv van KCL: Toekomstbestendige Stad / Futureproof
Cities. Hierin werken alle lectoraten
van KCL samen. ‘Futureproof’ houdt
in: duurzaam, ook wat betreft de energievoorziening. Het lectoraat levert
een bijdrage aan Futureproof Cities,
vooral door verduurzaming van de
energievoorziening en verduurzaming
van grondstoffen.
De ruimtelijke impact:
bij uitstek een KCL onderwerp
Positie van de onderzoekslijnen
in de energieketen
Winning van fossiele brandstoffen
hebben weinig ruimtelijke impact. Dit
is onmiskenbaar een voordeel van fossiele brandstoffen en een nadeel van
duurzame energie. Echter, de ruimtelijke gevolgen van duurzame energiewinning en -gebruik kunnen beperkt
worden door:
•dubbel grondgebruik (PV panelen
op daken, parkeerplaatsen, wegen,
spoorwegen);
•gebruik van bronnen op zee of zeer
dun bevolkte gebieden (Sahara);
•gebruik van thermische opslag van
warmte en koude in de bodem;
•gebruik van geothermie.
Onderzoekslijn 1: Bio-energie en
Biobased Economy - richt zich vooral
op de upstream kant van de energieketen: winning van energie en grondstoffen om de fossiele brandstoffen te
verdringen.
Winning van energie uit zon, wind
en biomassa op land hebben grote
impact op het landschap, zeker in
dichtbevolkte gebieden. Het is maar
de vraag of men dat accepteert. Bovendien concurreert deze winning op
land met voedselproductie op datzelfde land.
De zee en ontvolkte gebieden als de
Sahara zijn in dit opzicht aantrekkelijk als wingebied. Als nadeel kan
genoemd worden, dat ze tot centralisatie en grootschalige opwekking
leiden en daardoor een kostbare infrastructuur nodig hebben om de
grote hoeveelheden duurzame energie te transporteren. Waarschijnlijk
zijn de onderhoudskosten erg hoog
ten opzichte van kleinschalige installaties door afgelegen ligging en
corrosie/slijtage (zandstormen).
Onderzoekslijn 2: Comfort en Energiebesparing - richt zich typisch op de
downstream kant van de energieketen: hier is vooral sprake van energiebesparing en het benutten van lokaal
opgewekte duurzame energie .
Onderzoekslijn 3: Energieneutrale
gebiedsontwikkeling - omvat de totale energieketen, van upstream via
midstream (Smart Grids) naar downstream.
Zie de afbeelding van De energieketen:
upstream, midstream en downstream,
op pagina 13
33
Onderzoekslijn 1:
Bio-energie en Biobased
Economy
Energie uit biomassa is na zonne-energie en spierkracht waarschijnlijk de
oudste vorm van energie. Daarbij kan
onderscheid gemaakt worden in energie uit de spijsvertering (basis voor de
mechanische energie uit spierkracht)
en energie die vrijkomt door verbranding en vrijgemaakt werd sinds de
mens het vuur heeft uitgevonden.
dan nodig is om in de warmte voor
koken te voorzien. Het gebruik van
deze warmte op hoog temperatuurniveau, bijvoorbeeld om keramiek te
bakken of elektriciteit op te wekken is
overigens al weer hoogwaardiger dan
genoemde laag temperatuur-toepassingen (koken en ruimteverwarming).
Zie ook bijlage 4 - Trias Exergetica.
De waarde van de inzet van biomassa
wordt meestal weergegeven in bijgaande piramide.
Het verbranden van biomassa is echter
laagwaardig, zeker als deze warmte
wordt gebruikt voor lage temperatuur warmte en/of met grote verliezen wordt opgewekt. Denk daarbij
bijvoorbeeld aan het koken op houtvuur in ontwikkelingslanden, waarbij
veel warmte verloren gaat en waardoor ontbossing veel sneller verloopt
Bovenin de piramide bevinden zich
de voedingsmiddelen en de medicijntoepassingen. Sommige delen van de
plant - meestal de vruchten - worden
hoger in de piramide gebruikt. Andere
delen (bv brandhout) starten hun levenscyclus meer onderin de piramide.
Zoals gezegd is de betekenis van deze
piramide vooral symbolisch. Voor
Fharma
Health and
Fine chemicals
lifestyle
Food
Added
performance materials
Fermentation commodity chemicals
chemicals
Fertilizer, bulk chemicals
Fuel, transportfuels
Fire, electricity and heat
De piramide van de Biobased Economy.
34
Food
Energy
Volume
value
Feed
land
Feed back &
Capital
experience
Labour
Agricultural
knowledge
Production
Climate
Industrial waste
Agricultural
Products
Food
processing
Food
products
Non food
Non food
processing
products
Consumer
recycle
Bio
Waste processing
Energy
Feed stock & Minerals
De positie van (waste) processing in de keten ‘van gewas naar product’.
energie is overigens een aparte piramide op te stellen, van laagwaardige
brandstoffen tot hoogwaardige transportbrandstoffen.
gericht zijn op de winning van hoogwaardige grondstoffen (aardappelen,
mais, vlas) zoals bouwmaterialen
staan in de belangstelling.
Het lectoraat Duurzame energievoorziening richt zich met deze onderzoekslijn primair op processing, gericht op het verwerken van natte biomassastromen uit de landbouw en rioolwaterzuiveringen en met name op
mestvergisting. Bovenstaand schema
geeft de plaats van (waste)processing
weer, in de totale biomassa keten.
Onderzoekslijn 2:
Comfort en energiebesparing
in Smart Buildings
Via waste processing van afvalstromen
uit de voedingsmiddelenindustrie,
de land- en tuinbouw (akkerbouw,
veeteelt en tuinbouw) en landschapsonderhoud (bermgras) kunnen energie en groene grondstoffen worden
(terug)gewonnen. Ook projecten die
Deze onderzoekslijn richt zich op
comfort in samenhang met energieverbruik. Het doel (of ‘product’) is hier
comfort. De productkwaliteit is hier
vooral de kwaliteit van het binnenklimaat. Uiteraard rekening houdend
met energieverbruik en kosten. In
samenwerking met het lectoraat Innovatieve technologie in de bouw richt
het lectoraat Duurzame energievoorziening zich vooral op het systeem
waarmee de gewenste klimatisering
wordt bereikt en op de duurzame
lokale opwekking op (bijvoorbeeld
35
zonnepanelen, PV(T) en thermisch) en
rond het gebouw (bijvoorbeeld WKO/
warmtepomp systemen). Het lectoraat
beschikt over een klimaatkamer en
over laboratoriumvoorzieningen om
installaties en installatiecomponenten
te kunnen ontwikkelen. Hiervoor zijn
uitgebreide meetfaciliteiten beschikbaar. Daarnaast wordt onderzoek gedaan naar nieuwe installatiecomponenten en hun energieprestatie. Monitoringsprojecten worden uitgevoerd om
de kwaliteit van het binnenklimaat en
het (primaire) energieverbruik vast te
stellen.
Warmte terugwin unit (WTW) voor ventilatielucht met geïntegreerde warmtepomp.
Onderzoekslijn 3: Energieneutrale gebiedsontwikkeling
Bij onderzoekslijn 3 komt de hele
energieketen in beeld: zowel het upstream deel (genereren van duurzame
energie), het midstream deel (grootschalige conversie, transport, opslag
en distributie) als het downstream
deel (consumptie en decentrale opwekking). Inzicht in deze keten is essentieel om bestaande en nieuw te
ontwikkelen gebieden energieneutraal
te maken. Daarbij zijn de kansen voor
nieuwe gebieden om energieneutraal
te maken beter dan voor bestaande
36
gebieden. Zoals eerder gesteld, is
duurzame energie aan de bron ruimtelijk gezien extensief, dat wil zeggen
dat er veel grondoppervlak beschikbaar moet zijn voor de opwekking.
Dit geldt vooral voor zonne-energie,
windenergie en biomassa.
Een kwantitatief voorbeeld van
duurzame energievoorziening
uit zon en wind
Ook wanneer de duurzame energievoorziening (‘all electric’) in een gebied op jaarbasis dekkend is uit zon en
wind (dat wil zeggen dat er gedurende
een jaar evenveel duurzame energie
uit zon en wind wordt opgewekt als
wordt verbruikt), dan bestaat er op zeker moment externe vraag naar energie (midwinter) en op andere momenten een overschot (midzomer). Deze
tekorten respectievelijk overschotten
zijn op jaarbasis uiteraard aan elkaar
gelijk, want de jaarlijkse opgewekte
hoeveelheid energie is gelijk aan de
geconsumeerde hoeveelheid energie.
Bij uitsluitend opwekking van zonne-energie is dit tekort respectievelijk
overschot meer dan 60%, terwijl een
optimale mix van wind en zon (ca. 60%
wind) een tekort respectievelijk overschot oplevert dat minder is dan 40%,
zie bijgaande figuur.
Wil een gebied geheel zelfvoorzienend zijn, dan zal in deze 40% op een
andere manier duurzaam opgewekt
moeten worden, bijvoorbeeld met
biomassa WKK. Doordat de externe
vraag naar elektriciteit en warmte ‘s
winters vaak gelijktijdig is, kan op de
capaciteit van warmtepompen worden
bespaard- en daarmee daalt de externe elektriciteitsvraag enigszins, juist
op de momenten waarop deze geïmporteerd zou moeten worden zonder
Bio-WKK.
wijkniveau. In termen van dit dashboard gebeurt dit op micro- (gebouw),
macro- (wijk) of op regioniveau. De effecten op regioniveau zijn meestal wat
minder gebiedspecifiek dan de effecten
op wijkniveau. Door aan de ‘knoppen’
te draaien kan men de impact van een
zekere duurzame energieoptie kwantificeren en analyseren.
Dit voorbeeld toont aan dat een ‘energieneutrale’ energievoorziening voor
een gebied altijd van verschillende
duurzame bronnen gebruik moet maken om óók zelfvoorzienend (autarkisch) te kunnen zijn.
In deze onderzoekslijn komt het KCL
onderzoeksprogramma
Futureproof
Cities ofwel Toekomstbestendige Stad
aan de orde. Saxion kan als University of Applied Sciences een belangrijke
bijdrage leveren aan de oplossing van
stedelijke vraagstukken en het benutten
van kansen om de stad als leefomgeving
aantrekkelijk te maken en te houden.
Dashboard energieketen
Het lectoraat Duurzame energievoorziening gebruikt het dashboard op de
volgende pagina om de invloed van
gebouw- en gebiedsmaatregelen integraal te kunnen wegen, tenminste op
70%
Aandeel import
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Aandeel windenergie in energievoorziening
Omdat de zon niet altijd schijnt en omdat het niet altijd waait, is import en export van energie
nodig, ook al wordt er op jaarbasis voldoende energie opgewekt om in de energiebehoefte te
voorzien. Import (en dus ook export ) kunnen verminderd worden door een betere afstemming
van vraag en aanbod, en door buffering. Het aandeel import in de totale energievoorziening
van een gebied. Wind en zon wekken samen 100% van de jaarlijks benodigde energie (kWh)
op, dus 60% windenergie betekent 40% energie uit zon. Jaarlijkse dekking betekent: export
(kWh) = import (kWh))
37
Dashboard energieketen
Winning Zon-windbiomassa-geothermie
Infrastructuur
Gebouw/woning
GAS
W
E
WKO
Bouwkundig
Schil
Installatie
WK
Regio
Macro
E
tap
vent
Micro
Opslag Warmte-koude-elektriciteit
Het ‘Dashboard’ van de energieketen op regionaal niveau.
Een stad is toekomstbestendig wanneer ook volgende generaties graag in
die stad willen leven, wonen en werken. Wanneer die generaties de ruimte
en kansen zien om zich met die stad
te verbinden. Waarom? Omdat zij in
die stad een interessante en goed betaalde baan kunnen vinden, carrière
kunnen maken, veilig, duurzaam en
comfortabel kunnen wonen en kunnen
genieten van een afwisselend en hoogstaand aanbod aan onderwijs, cultuur,
sport en winkelvoorzieningen. Omdat
zij in die stad unieke kansen zien die
zij elders niet aantreffen. Kortom, een
stad waarin mensen bereid zijn financieel en sociaal te investeren. Het
spreekt voor zich dat de energievoor-
38
ziening van deze stad duurzaam is,
en dat er sprake is van een duurzame
energieketen. Het lectoraat Duurzame
energievoorziening levert de kennis
om deze toekomstbestendige stad
van duurzame energie te voorzien.
Hierop wordt in het volgende hoofdstuk uitgebreid ingegaan.
6. Duurzame energievoorziening
van ‘Futureproof Cities’
Saxion kan als University of Applied
Sciences een belangrijke bijdrage leveren aan de oplossing van stedelijke vraagstukken en het benutten van
kansen om de stad als leefomgeving
aantrekkelijk te maken en te houden.
De geschiedenis van de stad in
vogelvlucht
De stad is oorspronkelijk vooral een
burcht, waar mensen elkaars nabijheid
opzochten uit oogpunt van veiligheid.
Een klein gebied was immers eenvoudiger te verdedigen dan een groot
gebied, vooral om een gezamenlijke
verdedigingswal (wallen, standsmuur)
te realiseren. De concentratie aan arbeidskrachten en kennis deed handel
en ambacht bloeien, er ontstond een
zekere welvaart. Vooral steden die
deelnamen aan de internationale handel floreerden, denk aan Venetië, Genua en Amsterdam. Velen trokken naar
de stad om hun geluk te beproeven.
De toren van Babel. Het groeien van de stad ‘tot in de hemel’ heeft risico’s .
Schilderij van Tobias Verhaecht (1561-1631).
39
In wezen is dit tegenwoordig niet anders. De verstedelijking in de wereld
zet steeds verder door. Ook vanwege
de overal toegepaste mechanisatie
van de landbouw, waardoor op het
platteland weinig werk is. Die verstedelijking roept ook allerlei problemen
op, denk aan slechte woon- en hygiënische omstandigheden in de industriesteden van de negentiende eeuw.
Futureproof Cities zijn steden die
voorbereid zijn op een duurzame en
welvarende toekomst. Een stad is toekomstbestendig wanneer ook volgende generaties graag in die stad willen
leven, wonen en werken. Wanneer die
generaties de ruimte en kansen zien
om zich met die stad te verbinden.
Trends in de stedelijke ontwikkeling van (Oost) Nederland
Demografische verandering:
Die slaat in Oost-Nederland sterker
toe dan in de Randstad. Ontgroening, vergrijzing, selectieve migratie
naar de steden - ze veranderen het
sociaal-economische landschap van
Oost-Nederland, en brengen voor
onze partners allerlei praktische vragen met zich mee. Van organisatie van
de zorg, strategische arbeidsmarkt en
innovatiebeleid tot waterzuivering.
Migratie:
De migratie naar de stad vlakt niet af
en neemt nog steeds toe. Die migratie houdt zich niet aan landsgrenzen,
zelfs niet aan die van het Fort Europa. Dat leidt tot allerlei opgaven voor
stadsbesturen en maatschappelijke
partners die om moeten gaan met de
40
vestiging (en soms ook weer het plotselinge vertrek) van allerlei individuen
en groepen van buiten de stad.
Informatisering en individualisering:
Toenemend gebruik van Smartphonetechnologie, domotica en social media
in het economisch en sociaal verkeer
heeft ingrijpende fysieke consequenties voor de stad. Denk aan mobiliteit,
winkelen, ontmoetingsplaatsen/evenementen, cultuur, zorg, wonen, werken.
Maar ook de toenemende leegstand
van winkelruimten en kantoren.
Mondialisering van het
financieel verkeer:
Geld wordt steeds minder makkelijk
grijpbaar. Het verplaatst zich steeds
makkelijker, fysiek, maar ook tussen
de virtuele en fysieke sfeer. Dat heeft
allerlei consequenties, bijvoorbeeld
voor de financiering van publieke taken.
Decentralisatie en verduurzaming
van de energievoorziening:
Door isolatie van woningen en warmteterugwinning van warmte uit ventilatielucht en douchewater, alsmede door
nieuwe sanitatieconcepten neemt de
vraag naar energie per woning en gebouw af. Tegelijkertijd wordt (geaccumuleerde) warmte uit de omgeving via
warmtepompen opgewerkt tot bruikbare warmte, die wordt ingezet om
woningen en gebouwen van warmte te
voorzien. Elektriciteit wordt opgewekt
met zonne-(PV)-panelen, voldoende
om de elektriciteitsvraag op jaarbasis
te dekken.
Opbouw van een duurzaam energiesysteem voor een woonwijk.
Decentralisatie en verduurzaming
van de waterhuishouding:
Uit het rioolwater wordt zoveel mogelijk energie en nutriënten teruggewonnen. Grijs water wordt gebruikt voor
laagwaardige toepassingen.
Het lectoraat Duurzame energievoorziening richt zich vooral op de ondersteuning van de laatste twee trends,
via de onderzoekslijn Energieneutrale gebiedsontwikkeling. Als gebruik
wordt gemaakt van windenergie, biomassa, WKK of open WKO systemen
kan de benadering van de stad als
energiesysteem het best plaatsvinden op het niveau van wijk van enkele
honderden tot 1000 woningen. Deze
schaal is gekozen omdat dan de ontwikkeling van een duurzaam energiesysteem enerzijds voldoende schaal
heeft om economisch verantwoord
duurzame energie op te wekken en
anderzijds voldoende gespreid kan
worden over de wijk. Zo heeft men
voldoende schaal om de energie infrastructuur aan te passen en de risico’s en de energieverliezen kan men
beperken. Dit doet niets af aan het
feit dat besparing op woningniveau in
principe altijd voorrang heeft volgens
de Trias Energetica. Lokale winning van
energie uit zon (PV, thermisch) is vaak
mogelijk op de kleinste schaal. Soms
geldt dit ook voor -gesloten -WKO.
Het Stadslab
Futureproof Cities zijn vooral ook
‘smart cities’ [8, Werkplan De Toekomstbestendige stad, Saxion]. Dit
geldt zeker voor bestaande steden
die maar beperkt transformeerbaar
zijn. Op korte termijn is het slim maken van gebouwen en infrastructuren
aantrekkelijker en eerder haalbaar dan
grootschalige renovaties en sloop/
41
herbouw dan wel het realiseren van
grootschalige duurzame opwekking.
Om deze processen te kunnen bestuderen heeft KCL het Stadslab ingericht. Het Stadslab is de hoeksteen
en fysieke uitdrukking van het onderzoeksprogramma Toekomstbestendige Stad. Hier werken studenten met
professionals van betrokken instellingen en bedrijven en onderzoekers aan
concrete innovaties.
Het concept van een laboratorium om
met toegepast onderzoek stedelijke
ontwikkeling en innovaties daarin te
bestuderen is niet uniek. ‘Smart Cities’
staat voor een benadering van innovatie waarin op basis van het creëren
van een grote mate van variëteit en diversiteit (niet hiërarchisch of bureaucratisch maar ecologisch) innovatieve
producten en benaderingen worden
ontwikkeld in een parallelle fysieke
virtuele setting.
In het Stadslab brengen de partners
van KCL in praktijk een aantal activiteiten onder:
Haalbaarheidsstudies:
Een partner heeft een conceptueel
idee en vraagt zich af of dit haalbaar
is. Het lab is dan een plek om dit
idee verder uit te werken door het te
toetsen in de (brede!) context waar
het idee uiteindelijk terecht moet
komen. Het lab biedt daarvoor werkruimte, (kaart)gegevens (van vergelijkbare vraagstukken of organisaties),
kengetallen, software en hardware,
42
onderzoeks- en opleidingsexpertise
van onderzoekers (van verschillende
kenniscentra), en studenten van een
breed scala aan opleidingen en achtergronden.
Virtuele experimenten/simulaties:
Een partner is benieuwd naar de beleving van een idee of maatregel in een
zekere ruimte. Met behulp van een
virtuele omgeving kunnen we experimenteel de effecten in kaart brengen,
bijvoorbeeld de effecten van verlichting. Denk hierbij aan de effecten van
maatregelen op het veiligheidsgevoel
van gebruikers of bewoners van een
plek, crisissituaties simuleren, etc.
Het lab biedt hiervoor de apparatuur,
software, onderzoekers en studenten.
Grafische presentatie:
Een partner heeft een idee en zoekt
naar manieren om dit beeldend te
maken om mensen mee te kunnen nemen. Het lab biedt daarvoor werkruimte, (kaart)gegevens, software en hardware, onderzoekers en studenten.
Procesbegeleiding:
Een partner heeft een idee en zoekt
naar een werkwijze om mensen mee
te nemen in een ideevormings-, ontwerp- en/of besluitvormingsproces.
Het lab biedt daarvoor de inspirerende multimediale werkruimte, (kaart)
gegevens, kengetallen, onderzoekers
en studenten.
Omdenken:
Een partner doet iets op een bepaalde manier en is benieuwd of het
ook op een andere manier kan. Het
lab biedt de inspirerende werkruimte, onderzoekers en studenten met
frisse ideeën.
raining en toerusting:
T
Een partner brengt zijn toerustingstrajecten onder in het Stadslab. Daarmee
wordt de synergie voor de betrokken
deelnemers via onder meer Short Degree programs, cursussen en maatwerktrajecten zo groot mogelijk.
Instrumentontwikkeling.
De partners hebben behoefte
nieuwe instrumenten en zoeken
open source ruimte waarin die
meerdere partners ontwikkeld
worden.
aan
een
met
kan
De redenen om deel te nemen aan het
Stadslab variëren voor de verschillende stakeholders en partners:
•Toegang tot de laatste ideeën en tot
een internationale ‘community of
practice’.
•De koppeling tussen technologische
innovatie (apparatuur en applicaties), sociale innovatie (opleiding,
organisaties, processen), oplossingen en methodiekontwikkeling.
•
Partijen hoeven niet direct zelf te
investeren in alle laatste generaties
technologie (ruimte, apparatuur en
software) inclusief onderhoud.
•Partijen krijgen niet alleen een oplossing voor een probleem, maar leren
ook zelf in het lab. Technische en so-
ciale innovatie gaan hand in hand.
•Partijen hebben de mogelijkheid om
partners te betrekken in het innovatie proces, wat de toepasbaarheid
en kans op succesvolle implementatie vergroot.
•Het lab biedt een alternatieve, open
source methode van ontwikkeling
die het mogelijk maakt producten
te ontwikkelen en die elders toe te
passen.
•
Open source standaarden leiden
tot een snellere en kwalitatief betere beschikbaarheid van gegevens
(open data).
•
Stadslabs vormen door hun inbedding in regionale, nationale en internationale netwerken een vindplaats
van informatie over vergelijkbare
(best practice) cases.
•
Stadslabs maken het mogelijk de
professionals van vandaag (werknemers, interimkrachten, adviseurs,
ZZP-ers) en morgen (studenten) met
elkaar aan innovaties te laten werken.
Dat leidt tot een integratie van de
werelden van leren en werken.
Vrijwel iedere benadering heeft raakvlakken met de (duurzame) energiehuishouding van steden. Omdat de
technologie van duurzame energie
vrijwel nooit losstaat van de ruimtelijke ontwikkeling van de (stads)omgeving, inclusief infrastructuur, is het
lectoraat Duurzame energievoorziening intensief betrokken bij de ontwikkeling van het Stadslab.
43
7. Marktkansen voor het lectoraat
De markt voor duurzame energie ontwikkelt zich stormachtig. Dit geldt
ook voor (technische) professionals
die duurzame en slimme energiesystemen gaan realiseren. Er is derhalve
een markt voor het lectoraat Duurzame energievoorziening. Deze markt
blijkt ook uit de inhoud van de bijlagen 1 t/m 5, waarin de projecten en
het bedrijvennetwerk van het lectoraat
worden besproken.
De markt kan ruwweg in twee
segmenten worden gesplitst:
ublieke partijen die graag duurzaP
me energie toepassen in ‘hun’ energieketen of dat door anderen willen laten arrangeren. Bijvoorbeeld gemeenten en provincies, maar ook energie
netwerkbedrijven en waterschappen,
en stichtingen die de toepassing van
duurzame energie willen bevorderen.
Daarin zijn ook begrepen: energie coöperaties. Soms moet de duurzame
energievraag nog gearticuleerd worden, dat wil zeggen: men wil verduurzamen, maar ziet daarin de rol van
duurzame energie (nog) niet.
Private marktpartijen - bedrijven die
duurzame componenten en systemen
willen ontwikkelen, produceren en
verkopen.
44
Omdat duurzame energie vaak nog
moeilijk kan concurreren met fossiele
energie - de prijs van fossiele energie
is uit oogpunt van de gewenste verduurzaming aan de lage kant - moet
duurzame energie vaak gesubsidieerd worden. Dat leidt ertoe dat publieke partijen vaak een belangrijke
invloed hebben op de manier waarop
duurzame energieprojecten worden
vormgegeven. Er is een complex systeem van duurzame energiesubsidies
[9, energiesubsidiewijzer]. Om daadwerkelijk alle financiële ondersteuning te krijgen, is het ook van belang
alle fiscale middelen in te zetten (zie
ook energiesubsidiewijzer, investeringsaftrek, regelingen voor kleine
ondernemers, versneld afschrijven
van duurzame energie investeringen,
etc.). Omdat duurzame energie vaak
extensief is (wind, zon, biomassa)
zijn er ruimtelijke consequenties en
dus heeft men te maken met bestemmingsplannen - soms ook MER procedures - en acceptatie van de omwonenden. Ook dit maakt dat de realisatie van duurzame energieprojecten
vaak een publiek karakter heeft. Dit
betekent in de praktijk dat bij het
realiseren van duurzame energieprojecten het zeker niet alleen om technologie gaat. Meestal zijn andere factoren bepalender dan de technologie.
Daarom neemt het lectoraat Duurza-
me energievoorziening deel aan het
Kenniscentrum Leefomgeving.
In de drie onderzoekslijnen zijn voldoende marktpartijen die interesse
hebben om projecten samen met
Saxion/lectoraat Duurzame energievoorziening uit te voeren. Zie ook bijlagen 1 t/m 3
Echter, in de praktijk formuleert het
lectoraat Duurzame energievoorziening zijn opdrachten vooral uit lopende onderzoekprogramma’s zoals
Interreg IV en V, EFRO, RAAK en TKI.
nology project of hun afstudeerproject uitvoeren bij een van de projectpartners, waardoor de studenttrajecten voor Saxion goed in het zicht
zijn, het niveau goed bewaakt kan
worden. Op deze manier kan een structurele kennisopbouw plaatsvinden
door de inzet van een reeks student/
onderzoekers - student B gaat verder
waar A zijn project heeft beëindigd - etc.
In de bijlagen 1 t/m 3 worden de
lopende projecten behandeld, in bijlage 5 het (bedrijven)netwerk van het
lectoraat.
In deze programma’s participeren
opleidingsinstituten (Fachhochschule
Münster/Steinfurt, Universiteit Twente),
onderzoekinstituten (TNO, ECN) en
bedrijven. De meeste opdrachten
voert het lectoraat dus uit in een samenwerkingsverband van verschillende
partijen. Daarnaast worden opdrachten
uitgevoerd in directe opdracht van één
partij, maar deze projecten vormen
een minderheid, zowel in omzet als in
aantal.
Groot voordeel van projectrealisatie
in consortiumverband (soms ook wel
Community Of Practice (COP) genoemd)
is kenniscirculatie. De bedrijven kennen de praktijk in al zijn details (know
how), maar het ontbreekt aan kennis
waardoor (geheel) nieuwe en superieure processen niet kunnen worden
ontwikkeld. Saxion en UT bezitten de
kennis van nieuwe processen, maar
missen soms de relevante informatie
uit de praktijk. Studenten van Saxion
kunnen vaak hun stage, Living Tech-
45
8. Verbinding onderwijs
en onderzoek binnen Saxion
Wat is de essentie van een
studie die opleidt tot duurzaam
energietechnoloog?
Op een site van een van de hogescholen wordt het verschil tussen een (technische) mbo-studie en een hbo-studie
kernachtig geduid: Bij mbo gaat het
vooral om het Hoe, bij de hbo-studie
meer om het Waarom. Dus ‘know how’
versus ‘know why’. Dit sluit goed aan
bij de ‘golden circle’. Vanuit het kennen
van het ‘waarom’ zal het ‘hoe’ en ‘wat’
meer gemotiveerd en onderbouwd
zijn. Bovendien zal men door het ‘know
why’ beter bestand zijn tegen de grote
veranderingen van de kenniseconomie
dan door het ‘know how’.
Voorbeeld: een 27-jarige professional
die inmiddels vijf jaar private vorming
heeft gehad in het (eigen) bedrijf. Hij
heeft daar veel ‘know how’ opgedaan,
een proces wat des te beter verloopt
als hij goed getraind is in ‘know why’
processen. Vanuit dit perspectief kan
hij nog veertig jaar mee in de kenniseconomie (wat ook wel moet met de
huidige pensioenvoorzieningen). Vanuit deze positie is de kernvraag:
Wat heeft hij moeten leren in de vier
jaar publieke vorming bij een hboinstelling zoals Saxion?
WAT
HOE
WAAROM
Inzicht in het waarom, vanuit de kern, leidt tot meer inzicht om het hoe en wat vorm te geven.
Dit is van groot belang voor de toekomstbestendige professional.
46
Perspectief van een 27 jarige professional
Private vorming
Publieke vorming
Havo
VWO
MBO
HBO
40 jaar werken in de kenniseconomie
tijd
(eigen)
bedrijf
Nu 27 jaar
Wat had de student moeten leren in de vier jaar publieke vorming bij Saxion, vanuit het
perspectief van een 27 jarige professional?
Terwijl ‘’know how’ nog in hoge mate
te ‘leren’ valt, is het ‘know why’ iets
wat vaak meer tijd, talent en toewijding kost: het ‘begrijpen’. Daar staat
tegenover dat het begrijpen vaak interpretatie van geheel nieuwe situaties
mogelijk maakt en op die manier ook
beter aansluit bij het uitvoeren van
onderzoek. Met de basiskennis van
wis- en natuurkunde - en met name
modelvorming van fysische processen
- worden analytische vaardigheden
bijgebracht die het mogelijk maken
'meer' te begrijpen, en daardoor 'minder' te hoeven weten. Om een technische studie af te ronden hoeft men
daarom ook verrassend weinig te weten, maar moet men wel goed kunnen
analyseren. Daarnaast is creativiteit
van belang om te kunnen ontwerpen,
waarbij overigens iedere ontwerpstap
(weer) geanalyseerd moet worden.
Dit raakt aan de kerncompetentie van
(technische) studenten: ontwerp en
analyse.
De kerncompetenties voor
de (energie)technoloog:
ontwerpen en analyseren
Een mooi voorbeeld hiervan is wiskundige modelvorming: De fysische werkelijkheid wordt vertaald in wiskundige
vergelijkingen. Er is een zekere creativiteit nodig om onderscheid te maken
in transport en behoudsvergelijkingen en hierin de dynamica van het te
modelleren systeem te herkennen. Dit
kan resulteren in een stelsel differentiaalvergelijkingen. Vervolgens dient
geanalyseerd te worden of het model
consistent, juist en bruikbaar is. Hiervoor moet men het stelsel differentiaalvergelijkingen kunnen oplossen. Terwijl
vroeger het vooral van belang was dit
stelsel te kunnen oplossen, is het tegenwoordig van belang, ook vanwege de
beschikbare software, dat men vaardig
is in het opstellen van de vergelijkingen
(ontwerpvaardigheid) en de resultaten
die de solver van het stelsel levert, te
controleren en te interpreteren.
47
Een ontwerp komt tot stand door intuïtie
(weg heen) en analyse (weg terug). Door
dit proces in kleine stappen en veelvuldig te
doorlopen wordt inzicht opgebouwd waarom
bepaalde ontwerpparameters grote invloed
hebben, en andere minder.
Op deze wijze voorkomt men dat een
programma van eisen (PVA) tot ongewenste resultaten leidt. Meestal overziet de opdrachtgever de gevolgen
van dit PVA overigens niet in het prille
ontwerpproces. Daarom is het van belang deze opdrachtgever op de gevolgen van 'zijn' PVA te wijzen.
Er komen steeds meer (3D) ontwerp
software tools beschikbaar. Deze tools
maken het mogelijk resultaten veel
sneller en in delen te analyseren, waardoor ook gewaagde ontwerpen een
kans maken. De ontwerper die deze
middelen niet ter beschikking heeft zal
risicomijdend ontwerpen, waardoor
veel ontwerpen hooguit modificaties
zijn van eerdere ontwerpen. Dit heeft
ook tot gevolg dat ontwerpculturen
vaak verouderd en taai zijn, omdat onvoldoende gebruik gemaakt wordt van
nieuwe inzichten en technieken.
Het is voor een softwaretool heel moeilijk om te 'ontwerpen', terwijl het wel
eenvoudig is om te analyseren. Hoewel de mens nog steeds de resultaten
van de analyse moet kunnen contro-
48
leren en interpreteren. Dus moet de
mens eerst begrijpen hoe de analyse
van de softwaretool plaatsvindt. De
verbinding tussen ontwerpen en analyseren wordt hiermee veel inniger
en interactiever dan in de traditionele
seriële ontwerpgang PVA - voorlopig
ontwerp - definitief ontwerp - bestek.
De ontwerper van de toekomst kan
met veel meer factoren rekening houden en komt veel meer te weten over
zijn ontwerp, en zal daardoor meer
‘durven’. Dit laatste sluit goed aan bij
het motto van Saxion: Durf, Kies, Doe!
Onze rol in het onderwijs
In de afgelopen jaren hebben studenten uit een groot aantal studierichtingen geparticipeerd in ons onderzoek:
werktuigbouwkunde, technische natuurkunde, bouwkunde, chemie, bedrijfskunde, planologie, milieukunde. Deels gebeurt dit in het kader
van minoren (Engineering of Energy
Systems en Regie Stedelijke Vernieuwing) en deels als studieopdrachten
en afstudeerprojecten in een major.
Daarnaast zal het lectoraat Duurzame
energievoorziening een belangrijke
rol spelen bij de ontwikkeling van het
Saxion thema Living Technology:
Saxion ontwikkelt zich de komende
periode duidelijk en herkenbaar als
University of Applied Sciences, met
‘Living Technology’ als zwaartepunt.
Technologie staat voor een nieuwe
wereld vol bijna onbegrensde mogelijkheden. Met ongekende oplossingen
voor alledaagse vraagstukken als vergrijzing, duurzaamheid of veiligheid.
Jonge professionals komen hier in het
dagelijks leven en in het beroepenveld
continu mee in aanraking. Innovatieve
technologie willen we dan ook integreren in al onze opleidingen en in onze
onderzoeksprojecten. Echt succesvolle technologie ontstaat vaak op het
snijvlak van verschillende disciplines.
Vanuit de durf om over traditionele
grenzen heen te kijken. Multidisciplinair samenwerken in bijvoorbeeld
toegepaste onderzoeksprojecten krijgt
daarom veel aandacht bij Saxion de
komende jaren.
Uitvoering van Living Technology projecten wordt opgenomen in alle curricula, om te beginnen in de curricula van de opleidingen van de Saxion
academie Life Sciences, Engineering &
Design (LED), maar vanaf de periode
2014-2017 in alle curricula van Saxion.
Het lectoraat Duurzame energievoorziening formuleert op dit moment (april
2014) Living Technology projecten met
het bedrijfsleven. We hebben heel wat
opdrachten ‘op de plank’ liggen.
Voorbeelden zijn:
Opdrachten Biomassa, Bio-energie
en Bio grondstoffen (onderzoekslijn 1):
1.Experimentele validatie menging in
bioreactor met Laser Doppler
Velocimetry;
2.Bio-liver;
3.Duurzame “Kunst” mest;
4.Verwijderen en verwaarding van
terpenen;
5.Re Design Slibwarmtewisselaar
RWZI - Reest en Wieden;
6.Full-scale Viscositeitsmeetopstelling
inhomogene biomassa slurries.
Opdrachten Comfort en Energie
(onderzoekslijn 2):
1.Sensor-ontwikkeling voor het tellen
van personen in en uit een vertrek;
2.Comsol modellering inversie
ventilatie in leslokalen;
3.Vooruitdenkend ventilatie
regelsysteem in leslokalen;
4.Comfortverbetering en energie besparing via een smart grid
in gebouwen;
5.Regeling ijskwaliteit de scheg
Deventer.
Opdrachten energieneutrale
gebieden (onderzoekslijn 3):
1.Smart Grid MeppelEnergie:
Slim energie regelen in een
duurzame woonwijk.
2.Smart Grid MeppelEnergie:
Varianten van duurzame woningen.
De lector heeft zitting in diverse onderwijscommissies, waaronder de curriculum commissie engineering.
In 2014 zal de inbreng in de curricula,
naast de activiteiten met betrekking
tot Living Technology projecten, verder versterkt worden om het aantal bij
het onderzoek betrokken studenten
uit te breiden. Activiteiten die daartoe
worden ondernomen:
-
Energy Supply Engineering. Deze
lijn is sterk gericht op de klassieke
grootschalige
energieopwekking,
met name warmte/kracht, met focus
op thermodynamica en turbomachinery (compressoren, gasturbines)
en warmtewisselaars
-
Apparaatontwikkeling, gericht op
het ontwerpen van (duurzame) ener-
49
gie omzetters zoals zonne-energie
systemen (PV, T, en PVT), warmtepompen, ventilatiesystemen
Deze lijnen zijn gericht op deelname
van studenten Technische Natuurkunde, Elektrotechniek en Werktuigbouwkunde van LED. Deze lijnen zijn in de
curricula van de betreffende LED opleidingen geïntegreerd:
•Binnen LED wordt structureel over
curricula en studenteninzet overlegd in de “overkoepelende” curriculumcommissies voor Engineering
en Life Science. Primair is ingezet
op deelname in de curriculumcommissie van Engineering. Uitbreiding
van studenteninzet is met name
gewenst bij Elektrotechniek en Chemie/Chemische Technologie.
•Buiten LED wordt de samenwerking
uitgebreid met opleidingen binnen de Academies Bestuur Recht
& Ruimte (ABR&R) en Business,
Building & Technology (BBT), met
name waar het gaat om inzet van
studenten in onderzoeksprojecten.
Het in 2013 opgestarte overleg met
teamleiders is voortgezet en zal in
2014 en volgende jaren verder worden uitgebouwd.
•Het aantal uit te voeren stages en
afstudeerprojecten op het thema
Energie zal worden uitgebreid. Dit
geldt zowel interne projecten als
projecten bij bedrijven en instellingen waarmee een onderzoek relatie
bestaat.
•
Vanuit afstudeerprojecten worden
soms nieuwe interessante werkterreinen ontwikkeld. Dit geldt onder
50
andere voor het concept voor een
energieneutrale
waterzuivering
(via project Sneek Noorderhoek) en
voor de toepassing van Pinch Technology.
9.Stellingen
Informatietechnologie is cruciaal voor verduurzaming
Economisch aantrekkelijke verduurzaming wordt mede bepaald door gedrag. Bij
zuinige systemen wordt gedrag zelfs steeds belangrijker. Door observatie en sturing ‘achter de schermen’ kan veel energie worden bespaard en dus een grote
bijdrage worden geleverd aan de verduurzaming van de samenleving. ICT heeft
een grote invloed op dematerialisatie.
De energiebalans van de wereld wordt in Exa joules (1 EJ= 1018 J =
1.000.000.000.000.000.000 Joule) gemeten en bedraagt ruwweg 500 EJ.
Op dit moment rekent men bij grote rekencentra in Peta Byte (PB, 1 PB= 1015 =
1.000.000.000.000.000 byte). Hopelijk zal de dematerialisatie van de economie
ertoe leiden dat de ICT ‘groter’ wordt dan energie.
Energie gaat makkelijk verloren
Bruikbare energie gaat makkelijk verloren
Energie lijkt duur noch schaars
Maar een betrouwbare energievoorziening is heel veel waard.
Ontwerpconcepten - ook in de energieketen - zijn vaak veel ouder en taaier
dan de toegepaste technologie
Nieuwe ziekenhuizen worden vaak nog voorzien van ketelhuizen en centrale energiedistributie, en veel nieuwe woningen van aardgas. Omdat we dat ‘altijd al’
deden, niet omdat het nodig is.
De energieketen is nog een steeds een zaak van aanbieders
Vaak komt het ontwerp van een (duurzame) energieketen voort uit de belangen
van de aanbiedende/producerende partij. De prosumers aan het eind van de keten
hebben nog steeds weinig invloed. Dit geldt ook en vooral voor de infrastructuur.
Besparing is vrijwel altijd duurzamer dan duurzame energie
Maar aan besparing lijkt geen eer te behalen te zijn. Er is ook meestal
niets van te zien. Besparing is echter dé ultieme dematerialisatie. Pas na
rigoureuze besparing komt duurzaam opgewekte energie aan bod, die dan uiteraard veel meer impact - per € - krijgt. Bovendien is de omvang van de eenvoudig
51
beschikbare bronnen en de noodzakelijke voorzieningen van buffering (voorlopig) te gering om verduurzaming met impact te bereiken zonder rigoureuze besparingen.
Normale prijsmechanismen werken in de huidige maatschappelijke context
niet of nauwelijks om verduurzaming van de energiehuishouding te bereiken.
Pas wanneer energiegrondstoffen op hun juiste waarde worden geschat kan de
markt voor duurzame energie zich ontwikkelen.
In de prijzen van producten lijkt duurzaamheid niet gewogen te worden.
Het omgekeerde lijkt meer het geval: hoe duurzamer hoe duurder. Hier lijkt een
rol voor de (Europese) overheid - algemeen belang duurzaamheid - weggelegd.
Door fiscale verschuivingen -die stabieler en effectiever zijn dan subsidies - wordt
bereikt dat fossiele brandstoffen relatief duur worden ten opzichte van arbeid (net
als vroeger!).
Het is van belang dat er een ‘level playing field’ ontstaat tussen fossiele energie
en duurzame energie
Fossiele brandstoffen hebben een groot concurrentievoordeel ten opzichte van
duurzame energie en duurzame brandstoffen doordat winning van fossiele brandstof een veel grotere economy of scale heeft dan duurzame energiebronnen. Bovendien worden fossiele brandstoffen wereldwijd gesubsidieerd op een schaal die
veel groter is dan de subsidie op duurzame energie, vooral in relatief arme landen
met eigen fossiele brandstofvoorraden (Indonesië, Venezuela ).
De schoorsteen moet roken!
Het lijkt er helaas op dat deze uitspraak nog steeds opgeld doet. Vermindering
van energiegebruik wordt - ten onrechte - onvoldoende als innoverend en noodzakelijk gezien. Bij gelijke CO2 reductie wordt de toepassing van duurzame energie
superieur geacht ten opzichte van besparingen, ondanks het feit dat de economie
van besparingen vaak (veel) beter is.
Vraagsturing? Alles komt voort uit aanbod - en vooral uit de respons op aanbod.
Dit geldt met name voor energiebesparende maatregelen. Doordat energiebesparing voor niemand - behalve de eindgebruiker van energie - aantrekkelijk is, heeft
zich aan de aanbodzijde geen verdienmodel ontwikkeld. In de perceptie voor de
eindgebruiker is energie vaak een kostenpost waar hij weinig greep op heeft.
De overheid houdt jaarlijks ongeveer 22 miljard euro over aan winning van
energie en energiebelastingen
Laten we dat niet vergeten.
52
Literatuur
[1] KBA structuurvisie 6000 MW
Windenergie op land, CPB,
juni 2013
Literatuur Bijlagen
[A] www.passiefhuisberekening.nl
[B] www.passivhaus-euregio.eu
[2] Integratie van windenergie in het
Nederlandse Elektriciteitssysteem
in de context van de Noordwest
Europese elektriciteitsmarkt,
KEMA, september 2010.
[C]Frisse schoolvoorbeelden,
Concepten voor gezonde
ventilatie in scholen, GGD
Groningen, 2008
[3] Niet meer bouwen, OK Frits,
maar wat dan wel? De Architect,
september 2013
[4] www.muziekwijkzwolle.nl
[5] www.begreenenergy.nl
[6] Ervaringen uit de
Warmtepomphoofdstad
Etten Leur, VV+, februari 2013
[7] www.startwithwhy.com
[8] Werkplan De Toekomstbestendige
Stad, kennis Centrum
Leefomgeving, september 2013
[9]www.energiewijzer.nl
53
Bijlage 1
Projecten onderzoekslijn 1:
Bio-energie en Biobased Economy
Nieuwe reactortechnologie voor
vergistingsprocessen
Dit project wordt uitgevoerd met Ingenieursbureau HoSt, de Universiteit
Twente en de Fachhochschule Münster/
Steinfurt. Dit onderzoek heeft als doel:
1Ontwikkeling van een nieuw type
vergistingsinstallatie met een hogere
biogasopbrengst bij een kortere verblijftijd.
2Vaststelling van de relatie tussen
conversiegraad en conversietemperatuur.
3Bacteriologisch onderzoek.
4
Vaststelling van de invloed van
verschillende voorbehandelingsme thoden op de biogasopbrengst.
5
Betere benutting van mest en
organische reststoffen.
Vergistingsreactor (Covergisting Landbouw)
54
Het resultaat van dit project is een
nieuwe generatie, beter presterende
vergistingsinstallaties door de ontwikkeling van kennis over de conversiegraad en -snelheid van vergisting en
de parameters, die deze grootheden
beïnvloeden:
•voorbehandeling van inputmateriaal
(mest en restproducten), zowel thermisch, enzymatisch en chemisch;
•homogeniteit van het vergistingvolume, de invloed van meerfase stromingen in fysisch-chemische reacties;
•thermische, enzymatische of chemische nabewerking van het digestaat
voor eventuele terugvoer van onvergist materiaal uit het digestaat;
•technieken voor het voorkomen van
het uitspoelen van bacteriën bij de
gewenste snelle doorvoer door de
vergistingstank.
Dit leidt tot: een technisch ontwerp
van nieuwe generatie vergistingsinstallatie met een:
•beschikbaarheid van minimaal 8000
uur per jaar;
•eenvoud in ontwerp voor onderhoud
van kritische delen en minimale operationeel onderhoud (op afstand te
besturen) met een verhoogde conversiegraad van het inputmateriaal;
•economisch haalbaar door een verhoogde conversiesnelheid;
•maximale energieopbrengst in termen
van elektriciteit & warmte;
•
breed inzetbaar in termen van uiteenlopende biomassa bijproducten;
•
missies van de installatie voldoen
minimaal aan de gestelde wettelijke
eisen.
Het stromingsgedrag van de te vergisten massa speelt een hoofdrol in
dit onderzoek. Onderstaande figuur
geeft een CFD (Computational Fluid
Dynamics) simulatie weer van de stromingssnelheid. Duidelijk is te zien dat
de snelheidsverdeling allesbehalve
uniform is.
0.60
0.53
Groen gas winning uit rioolwater
Alle waterschappen streven naar een
verhoogde energieproductie vanuit
de
rioolwaterzuiveringsinstallaties
(RWZI). Meerdere waterschappen hebben onderzoek gedaan naar mogelijkheden om de biogasproductie bij de
RWZI te vergroten door verbeterde
vergisting, slibvoorbehandeling, de inzet van toegevoegde substraten. Daarnaast is onderzocht wat de effecten
zijn van nieuwe sanitatie, waarbij in
de huizen al scheiding plaats vindt van
het grijze en het zwarte water en het
zwarte water bovendien in geconcentreerde vorm apart wordt afgevoerd
via een speciaal aan te leggen rioolleidingsysteem. Ook is het mogelijk
het GF-afval via het riool toe te voegen
aan het geconcentreerde zwart water.
Onderzoek van Tauw en Saxion samen met de STOA, Groot Salland en
de gemeente Deventer heeft duidelijk
gemaakt dat de energieopbrengst ten
gevolge van het benutten van nieuwe
sanitatie groter wordt. Interessanter is
echter de besparing van het energieverbruik van de RWZI zelf, door anaerobe zuivering die mogelijk wordt gemaakt door nieuwe sanitatie.
0.47
0.40
0.33
0.27
0.20
0.13
0.07
0
Velocity [m/s]
Stromingsprofiel in een vergistingsreactor
Wanneer de RWZI’s gezien worden als
een onderdeel van een Groen Gas infrastructuur ontstaan veel mogelijkheden voor synergie. Dit betreft o.a.
het gecombineerd opwerken en invoeden van het geproduceerde gas in het
aardgasnet, wellicht in collectief verband - de groen gas hub. Ook lijken
de RWZI’s aantrekkelijke locaties voor
vergisting van mogelijk verschillende
vergistbare reststromen. Er is infra-
55
structuur voor het transport van het te
vergisten substraat (o.a. mest) en het
af te voeren digestaat. Het is wellicht
zelfs mogelijk biomassastromen en
mest samen met het rioolslib te vergisten. Ook is het wellicht mogelijk
digestaatverwerking van de boeren te
combineren met dat van de RWZI.
Uiteraard is het van belang dat deze
groen gas optie wordt vergeleken met
‘concurrerende’ opties die duurzaamheid beogen en de opwekking van
(extra) biogas en opwerking in een
breder kader te plaatsen. Gedacht kan
worden aan nuttig gebruik van warmte uit de WKK voor warmtedistributie
doeleinden en bijvoorbeeld de opties
om (rest)stoffen zoals fosfor op te
werken tot nieuwe grondstoffen. Criteria zijn hierbij: kosten en opbrengsten, milieu in brede zin en (zuivering/
leverings)zekerheid.
Concrete doelen van het project zijn:
1. Het ontwikkelen van een integraal
concept voor de RWZI als producent
van groen gas. Hierbij wordt de verminderde elektriciteitsbehoefte van
de RWZI ten gevolge van de anaerobe zuivering zo mogelijk ingevuld
met lokale duurzame energiebronnen (zon, wind en waterkracht).
2. Het optimaliseren van de energieproductie door het realiseren van
synergie met andere producenten
van biogas en door het inpassen
van de RWZI in de Groen Gas hub.
3. Het ontwikkelen (en verspreiden)
van (Europese) kennis op het gebied
groen gas en de rioolzuivering.
4. Het bijdragen aan de ontwikkeling
van kansen voor nieuwe ondernemingen op het gebied van groen
gas/biogas/rioolslibverwerking
en digestaatverwerking.
5. Het ondersteunen van ontwikkelingen gericht op het tot stand brengen van regionale energiebedrijven.
Processchema Waterzuivering
(Reest en Wieden)
56
en een thermisch rendement van 56%.
Door de inzet van keukenafval zouden
deze waarden ongeveer kunnen verdubbelen.
Vergister RWZI (Reest en Wieden)
Nieuwe decentrale sanitatie
in woonwijken
Door de relatief lage temperaturen en
verdunning van het municipaal afvalwater met hemelwater, is anaerobe
afvalwaterzuivering via een centraal
sanitatiesysteem in Nederland niet effectief. Als gevolg hiervan gebruiken
de municipale afvalwaterzuiveringen
veel energie om het afvalwater te beluchten om zo de chemische energie
uit het organisch afval om te zetten
in CO2. In Nederland verdwijnt er
voor circa 500 kton organisch afval/
jaar in het riool. Als er echter gebruik
gemaakt wordt van anaerobe afvalwaterzuiveringstechnieken, dan zou er
circa 50% via het zwartwater (inclusief
urine) omgezet kunnen worden in biogas. Omzetting van dit biogas naar
elektriciteit en warmte met een WKK
is op dit moment gebruikelijk. Met de
huidige efficiëntie gaat dit om circa
1,6 PJ elektriciteit en 2.8 PJ warmte
bij een elektrisch rendement van 33%
In dit project wordt, voor een concrete locatie te Sneek, gekeken naar
de massa- en energiebalans van een
decentraal
waterzuiveringssysteem,
waarbij de geïntegreerde warmte- en
kracht huishouding van de decentrale zuivering wordt vergeleken met de
conventionele centrale zuivering en
een warmtevoorziening met gasgestookte HR ketels.
De ‘winst’ van decentrale rioolwaterzuivering wordt op voorhand vooral
bepaald door besparingen in de rioolwaterinfrastructuur, de mogelijkheid
om zonder een inzamelingssysteem
het groente en fruitafval (GF) mee te
vergisten, warmte terug te winnen die
ook in de buurt afgezet kan worden,
en een mogelijk hogere gasproductie
door zwart water apart te vergisten en
uiteraard het extra vergisten van het
genoemde GF afval.
Aangevuld met GF zou deze hoeveelheid gas met 50-75% toe kunnen nemen. Met keukenafval en zwartwater
samen kan men rekenen op circa 200230 g CZV per persoon per jaar. Daarnaast moet het water en ook het GFT
over significante afstanden getransporteerd worden, wat wederom extra
energie vraagt.
Resultaten van deze studie:
•De warmteverliezen en warmte verbruiken zijn zeer hoog en dit stelt
57
10%
Biosgasaandeel in warmtapwater met leidingverliezen
9%
Biosgas aandeel van totaal zonder leidingverliezen
8%
Biosgasaandeel van totaal energieproduktie
7%
Biosgas aandeel in warmtapwater
6%
5%
4%
3%
2%
1%
0%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Aandeel biogas in warmte voorziening appartementen en zorgcomplex
duurzame gasproductie uit rioolwater volledig in de schaduw.
•Na opschaling levert het decentrale
zuiveringssysteem bij het gebruik
van grijze elektriciteit een beter resultaat dan het centrale systeem.
Als de inzet van GF-wordt meegewogen presteert de conventionele
zuivering echter beter dan het opgeschaalde decentrale systeem.
•De centrale zuivering presteert per
i.e. vanuit elektrisch oogpunt significant beter, maar daardoor verbetert de primaire energieprestatie
van het decentrale systeem veel
sterker indien er groene elektriciteit
ingezet wordt.
•
Alhoewel er op de centrale zuivering geen mogelijkheden zijn om
de warmte lokaal kwijt te kunnen,
zijn er natuurlijk wel mogelijkheden
om bijvoorbeeld via een decentrale
douche-WTW in combinatie met een
warmtepomp de warmteprestatie van
58
het centrale systeem te verbeteren.
•
Omdat de meeropbrengst van biogasproductie in het decentrale systeem ten opzichte van het centrale systeem en ten opzichte van de
extra elektriciteitsinput beperkt is
- ook ten opzichte van de opgewekte warmte via de warmtepomp - is
uitsluitend de besparing op primaire
energie onvoldoende basis om voor
een volledig decentraal systeem te
kiezen.
In onderzoekslijn 1 wordt samengewerkt met:
•Universiteit Twente
•Fachhochschule Münster/Steinfurt
•INFA
•DLV
•Bio energie cluster Oost Nederland
•HoSt
•BTG
•ROVA
Bijlage 2
Projecten onderzoekslijn 2:
Comfort en energie
Zukunft Passivhaus
Het energieverbruik van een zekere
bestaande woning wordt grosso modo
bepaald door de volgende factoren:
1.De staat van de bouwkundige schil
(isolatie, luchtdichtheid).
2.
De aanwezige installaties voor
ruimteverwarming, - koeling, ventilatie, verlichting en warm tapwater.
3.
Het bewonersgedrag, de huishoudelijke apparaten en overige apparatuur (audio/video, PC’s, etc.).
Uiteraard heeft de interne warmtelast
door personen en apparaten grote invloed op deze mogelijke oververhitting.
Hiermee moet goed rekening gehouden worden bij het ontwerp van de
passief woning en zijn installaties.
Om te bepalen of een woning een passiefhuis is, wordt de Duitse rekenmethodiek PHPP (Passive House Planning
Package) gebruikt [A]. Deze rekenmethodiek heeft een aantal ijkpunten.
De energetische eisen waaraan een
passiefhuis moet voldoen zijn:
Maximaal 15 kWh/jaar vloeropper• vlak voor ruimteverwarming/ koeling per jaar bij nieuwbouw of maximaal 25 kWh/jaar vloeroppervlak
bij renovatiebouw en.
•
Maximaal 120 kWh primaire energie/m2 vloeroppervlak voor de gehele nieuw te bouwen woning (incl.
huishoudelijke apparaten) per jaar
of maximaal 130 kWh primaire
energie/m2 bij renovatie bouw.
Doordat een passiefhuis een zeer
goede luchtdichtheid heeft en slechts
weinig energie gebruikt voor ruimteverwarming, ligt de nadruk op a) goede ventilatietechniek en b) het voorkomen van oververhitting in de zomermaanden bij een hoge zonbelasting.
Disseminatie van kennis over het
ontwerp van passiefhuizen, in het
bijzonder van installaties van passief
huizen, was een belangrijk onderwerp in dit project. Zo zijn er diverse
workshops en seminars georganiseerd, waarin de grensoverschrijden-
In dit project werd aandacht besteed
aan het concept Passiefhuis, een woningconcept dat in Duitsland is ontwikkeld en als doel heeft om actieve
verwarming (bijna) overbodig te maken, vandaar de term passiefhuis. Het
lectoraat heeft zich hierbij vooral gericht op de voor passief huizen noodzakelijke installatietechniek, die nogal
afwijkt van de installatietechniek van
gangbare huizen.
59
Passief woningen wijk Velve Lindenhof,
Enschede
Lucht wordt gebruikt als bron voor de
warmtepomp van passiefhuizen die in Ulft
gebouwd zijn. De koude buitenlucht wordt
duurzaam voorverwarmd met de bodem
(jaarrrond ca.+10 °C).
de samenwerking Nederland - Duitsland op het gebied van Near Zero
Energy Buildings (NZEB) centraal
stond. Daarnaast zijn er vijf brochures
ontwikkeld:
• Het Concept Passiefhuis [B]
• ABC voor opdrachtgevers[B]
•Kwaliteitsbewaking bij passiefhuizen[B]
• Passief renovatie[B]
•
Installatietechniek voor passiefhuizen[B]
Monitoring woningen Kneedweg
Het project werd uitgevoerd in samenwerking met De Handwerkskammer
Münster (Handwerkskammer Bildungs
Zentrum - HBZ) en de Fachhochschule
Münster/Steinfurt.
60
In opdracht van woningcorporatie
De Woonplaats te Enschede zijn 16
energiezuinige zorgwoningen aan de
Kneedweg in Enschede gerealiseerd.
Dit project was een pilotproject van De
Woonplaats om een gebouw te realiseren dat voldoet aan de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC) van 0,4. Een eis
die twee keer zo streng is als het bouwbesluit op dat moment (EPC=0,8). Ook
is het gebouw luchtdicht gebouwd
volgens de eisen van een Passiefhuis.
Het gebouw heeft dus - als de bouw
inderdaad conform de Passief huis
voorwaarden is gerealiseerd - een zeer
hoge isolatiewaarde en is luchtdicht
waardoor een volledig controleerbaar
en zeer aangenaam binnenklimaat is
gerealiseerd. De stookkosten voor primaire verwarming worden bovendien
tot een minimum beperkt (ca. 15 kWh/
m²/jaar).
Naast de zeer zuinige bouw (passief
niveau) werd een groot deel van de resterende energie duurzaam opgewekt:
•
Elektriciteit en tapwater voorverwarming met PVT panelen.
•
Tapwater naverwarming met behulp van zonnecollectoren
•
Warmte voor ruimteverwarming
met een lucht/waterwarmtepomp.
De warmte wordt afgegeven via (LT)
vloerverwarming.
Aanzicht appartementencomplex Kneedweg:
zichtbaar zijn de PVT elementen en de zonnecollectoren
Het installatieschema van Appartementencomplex Kneedweg
61
Gedurende een jaar heeft het lectoraat
de energiestromen gemeten in dit appartementencomplex. Hiermee werd
een goed beeld verkregen van het
functioneren van het energieverbruik,
en vooral van de oorzaken van het (te
hoge) energieverbruik ten opzichte
van de (EPC) prognose.
De belangrijkste conclusies van dit onderzoek zijn:
•
Het primaire energieverbruik voor
het bereiden van warm tapwater
en voor ruimteverwarming is aanmerkelijk hoger dan de berekende
energieverbruiken volgens de EPC
berekeningen.
•Uit de metingen blijkt dat de (lucht/
water) warmtepomp naar behoren
functioneert en vrijwel de gehele
warmtevraag ( > 95%) voor zijn rekening neemt.
•
De warmtevraag vanuit de appartementen bleek echter aanzienlijk
hoger (primair: 211 GJ/jaar) dan die
in de EPC berekeningen werd gevonden (primair: 43,6 GJ/jaar).
•
Gebleken is, dat het verbruik aan
warm tapwater zeer hoog is. Meer
dan 90% van de warmte die aan het
tapwatersysteem wordt toegevoerd
is afkomstig van de CV ketel.
•
Gebleken is, dat de totale warmte die netto gebruikt is bij de uitstroom van de tappunten slechts 10%
bedraagt van de warmte die aan het
tapwatersysteem wordt toegevoerd
via de zonneboiler, het PVT systeem
en de HR CV ketel.
•
De verliezen van het toegepaste
tapwatersysteem zorgen ervoor,
dat de som van het primair energie-
62
gebruik voor ruimteverwarming en
warm tapwater hoger is dan in het
geval geen duurzame energievoorziening via de warmtepomp, de PVT
elementen en de zonneboiler was
gerealiseerd en alle appartementen
zouden zijn voorzien van een individuele CV HR combi ketel voor ruimteverwarming en warm tapwater.
Duurzame intelligente gebouwen
Het binnenklimaat van bestaande gebouwen is vrijwel altijd vatbaar voor
(rendabele) verbetering. Doordat installaties veelal centraal en aanbodgericht werden ontworpen en aangestuurd, en vaak niet meer passen bij
de huidige gebouwfunctie, is het binnenklimaat vaak niet conform de eisen
van de gebruikers en is het energiegebruik hoger dan noodzakelijk. Werkelijk decentrale sturing op basis van het
actuele, lokale binnenklimaat levert
energiebesparing en verbetering van
het comfort.
Een van de manieren om dit te verbeteren is a) het articuleren van de
lokale comfortvraag en b) op basis
hiervan de (lokale) installaties van.
Dit laatste vraagt meestal om een
herontwerp van de installaties. De
hieruit resulterende energievraag kan
c) vervolgens duurzaam worden opgewekt, waarbij rekening gehouden
dient te worden met de lokale energie
opwek - en infrastructuur.
Doelen van deze verbeteringen zijn
rigoureuze energiebesparing en een
verbetering van het binnenklimaat.
Speciale aandacht verdient de verbe-
tering van de ventilatie, waardoor de
leerprestaties kunnen toenemen, relevant voor de Saxion gebouwen [C].
Ca. 40% van het nationaal energiegebruik komt voor rekening van de
gebouwde omgeving. Het terugdringen van energiegebruik in bestaande gebouwen, zoals bekend wordt er
weinig nieuw gebouwd zeker in de
utiliteitsector, is derhalve van groot
belang. Ook om de Europese doelstellingen met betrekking tot reductie
van CO2 uitstoot, energiebesparing en
duurzame energie te realiseren.
Dit voorstel richt zich vooral op het onderzoek dat nodig is om vraagarticulatie en de daaruit resulterende installatie aansturing in praktijksituaties te
kunnen realiseren. Bij deze vraagarticulatie moet rekening gehouden worden
met de uiteenlopende eisen van meerdere gebruikers in meerdere ruimten
met verschillende functies (laboratoria,
collegezalen, sportruimten, kantoren,
toiletten, etc.) en de dynamiek van het
gebruik van deze ruimten.
In veel gevallen zal hiervoor een herontwerp van de comfortinstallaties
(verwarmen, koelen, be-/ontvochtigen, ventileren, verlichten) nodig zijn.
De methodiek om tot een verantwoorde vraagarticulatie te komen en een
methodiek om de bestaande installaties te herontwerpen (bv installatiesplitsing) zijn belangrijke resultaten
van onderzoek.
Om te onderzoeken hoe dit concept in
de praktijk ontwikkeld moest worden,
is een voorstel ingediend bij Tech For
Future (TFF), een samenwerkingsverband tussen Saxion en Hogeschool
Windesheim. Dit voorstel is gehonoreerd. De belangrijkste partners zijn:
het lectoraat Ambient Intelligence
(kenniscentrum voor Design en Technologie, KCDT), Cofely Energy Solutions en Saxion Facilitair Bedrijf (FB).
Klimaatboom om het thermisch comfort
vast te stellen
63
Bijlage 3
Projecten Onderzoekslijn 3:
Energieneutrale gebiedsontwikkeling
Meppel energie
In de loop van de komende twintig jaar
zal de Gemeente Meppel een unieke
woonwijk met 3.400 woningen ontwikkelen, genaamd Nieuwveense Landen.
Een belangrijk uitgangspunt bij de ontwikkeling van deze wijk is dat de toekomstige bewoners optimaal wooncomfort dienen te krijgen tegen lage kosten
en minimale belasting voor het milieu.
Om dit te bereiken hebben de gemeente Meppel en RENDO een energie-exploitatiemaatschappij
opgericht, genaamd MeppelEnergie. Op
basis van een aantal studies is bepaald dat een systeem met hybride
warmtevoorziening op basis van biogas het beste aansluit op bovengenoemde ambitie. Hierbij wordt een
biogas-WKK gebruikt om stroom en
warmte te produceren. De warmte
wordt gebruikt om een deel van de
woningen via een warmtenet van verwarming en warm tapwater te voorzien. De elektriciteit wordt gebruikt
64
om met behulp van warmtepompen
warmte en koude te leveren aan een
ander deel van de (grondgebonden)
huizen. Met restwarmte uit gezuiverd
rioolwater wordt de warmtebalans in
de bodem gehandhaafd. In de eerste
fase van 444 woningen wordt een
Smart Grid gedemonstreerd om deze
warmtevoorziening zo efficiënt mogelijk te verzorgen. Daarnaast zal door
middel van bewonersmonitoring, participatie en gaming geïnventariseerd
worden op welke manier bewoners
zijn aan te sporen tot besparen.
In het project werken een aantal partners samen aan de realisatie en leereffecten rondom dit innovatieve Smart
Grid. Deze partners zijn MeppelEnergie,
RENDO Duurzaam, de Gemeente
Meppel, iNRG, de TU Delft, de Universiteit Twente en Saxion.
Een belangrijk onderdeel van het demonstratieproject is het optimaal aansturen van de verschillende apparaten
(WKK, warmtepompen, intelligente
witgoed-apparaten). De Universiteit
Twente doet al jaren onderzoek naar
het optimaal aansturen van een diverse groep apparaten. Bij deze aan-
sturing wordt gekeken naar meerdere
energievormen en dus niet alleen
elektriciteit. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een besturingsmethode,
genaamd Triana. Hiermee is het mogelijk om verbruiken te voorspellen,
plannen en aansturen.
De modellering- en optimaliseringstechnieken, zoals onderzocht aan de
Universiteit Twente, kunnen worden
ondergebracht in een energiemanagementsysteem. Meer onderzoek
is nodig om de ontwikkelde modellen te verifiëren en verbeteren, zodat
een betrouwbaar energiemanagementsysteem, zoals bruikbaar binnen
MeppelEnergie, ontwikkeld kan worden.
Met behulp van het energiemanagementsysteem is het mogelijk om de
energievraag van de woningen in de
wijk te verlagen. Onderzoek van de
afgelopen jaren heeft aangetoond dat
een managementsysteem voor gebouwen een besparingspotentieel heeft
tussen de 0% en 30%, waarbij een gemiddelde besparing tussen de 5% en
15% verwacht wordt.
Probleemstelling van het TKI-project
Meppelenergie is als volgt:
Hoe kan een geïntegreerd intelligent
energiesysteem dat gedeeltelijk gebruik maakt van hernieuwbare bronnen worden gebouwd dat gebruikers
in de nieuwbouwwijk Nieuwveense
Landen kan voorzien van een duurzame, betaalbare, comfortabele en toekomst vaste warmte- en koude voorziening?
Ondanks de gedegen onderzoeken
die ten grondslag liggen aan de realisatiestrategie voor het Smart Grid
Nieuwveense Landen, zijn er nog een
aantal technische, economische en
maatschappelijke uitdagingen:
•
De verschillende technologieën
om via een multi-utility Smart Grid
warmte te leveren aan bewoners zijn
op dit moment voorhanden, maar er
zijn geen werkende praktijkvoorbeelden.
•Er is geen open platform voor multiutility Smart Grids.
•De optimale configuratie en aansturing van het hybride warmtenet is
niet bekend, hoogstens in modelvorm.
•
Het is onduidelijk in hoeverre een
dergelijk concept invloed heeft op
comfort en bewonersparticipatie.
•De optimale manier om bewoners te
activeren is onbekend.
De opgedane kennis in het project zal
gebruikt worden bij de nadere ontwikkeling van het vervolgplan (2956 woningen), maar is zeker toepasbaar in
alle nieuwbouwontwikkelingen in Nederland en daarbuiten. Deze opschaalbaarheid is dan ook de reden dat de
partijen bereid zijn hierin te investeren.
Bothoven - energie autonome wijk
De wijk Bothoven Noord, gelegen in
Enschede, bestaat uit twee deelwijken, namelijk Transburg en Tattersall.
Deze wijken zijn in het bezit van twee
woningcorporaties, de wijk Transburg is van Domijn en Tattersall van
De Woonplaats. De wijken zijn gegroe-
65
Overzicht Bothoven Noord met het Polaroid terrein
peerd rond het Polaroid terrein, een in
herbestemming zijnd industrieterrein.
Het gaat om totaal 700 woningen. De
verwachting op langere termijn is, dat
de energielasten flink gaan groeien
en het grootste deel van de maandelijkse uitgaven van de bewoners gaan
vormen. De woningcorporaties willen
graag weten hoe ze dit tegen kunnen
Infrarood opnamen Tattersall
66
gaan en wat de mogelijkheden zijn om
van de wijk Bothoven Noord een energieneutrale wijk en op termijn een
energie-autonome wijk te maken. De
vraagstelling die daarbij hoort is: Hoe
kan er van de wijk Bothoven Noord
een energieneutrale wijk gemaakt worden? Studenten van Saxion hebben een
vooronderzoek gedaan.
Het uitgangspunt voor de scenario’s is
dat er geen fossiele energie wordt verbruikt. Per woning worden verregaande isolatiemaatregelen, de Ventilatie
WTW en de Douche WTW toegepast.
Daarna worden er op wijkniveau de
volgende maatregelen toegepast:
•
De wijk Tattersall is al voorzien
van een warmtedistributienet, dat
gevoed wordt met een aardgasgestookte WKK-installatie. Deze WKKinstallatie wordt óf vervangen door
een aansluiting op het stadsverwarmingsnet Enschede dat vanuit
de AVI van Twence wordt gevoed
met duurzame warmte, óf met een
houtsnipper gestookte biomassa
warmtecentrale.
•
Beide wijkdelen worden voorzien
van een zodanige hoeveelheid PV
panelen dat de wijk hiermee wat
betreft elektriciteit energieneutraal
wordt: per woning wordt op jaarbasis evenveel elektriciteit geproduceerd als per woning nodig is.
Op basis van de huidige verbruiken
is 20 m2 PV per woning nodig. Dit
dakoppervlak is (gemiddeld) beschikbaar als ook de daken van de
gebouwen op het omsloten Polaroid
terrein worden ingezet.
•
Voor het bereiken van energieneutraliteit is voorts één van de volgende maatregelen noodzakelijk:
1
De wijk Transburg wordt voorzien
van elektrische warmtepompen, die
voor ruimteverwarming en warm
tapwater zorgen. Hiervoor is ca.
2500 kWh extra nodig, ofwel 20 m2
PV per woning, ofwel 14.000 m2 op
wijkniveau. Dit kan bereikt worden
door de parkeerplaatsen te overdekken.
2
De wijk Transburg wordt aangesloten op het bestaande stadsverwarmingsnet van Tattersall. Door
de toepassing van een Smart Heat
Grid worden de warmteverliezen
beperkt.
Met dit maatregelenpakket en een
keuze voor optie 2 worden de laagste
kosten bereikt om de wijk energieneutraal te maken. Het gaat om een
investering van ca. 10 miljoen euro.
Deze investering wordt in ruim 15 jaar
terugverdiend.
Woningen in Transburg
67
Bijlage 4
Trias Exergetica
Energie heeft niet alleen kwantiteit
maar ook kwaliteit. Deze kwaliteit
komt tot uitdrukking in de mate waarin een zekere hoeveelheid energie
omgezet kan worden in arbeid. Zo
kan elektriciteit voor 100% omgezet
worden in kracht en in warmte, evenals mechanische energie. Het deel van
een energiestroom dat omgezet kan
worden in arbeid is een maat voor
het exergiegehalte van deze energiestroom. Een deel van het energiepotentieel van warmte van een zeker
temperatuurniveau bestaat uit exergie. Omgevingswarmte (T0) bevat geen
exergie, warmte van 1000 °C (T1) heeft
een exergie aandeel van 78%.
kern. Naar analogie van de trias Energetica kan men een Trias Exergetica
gebruiken om het exergieverlies en
(lokale) energieketens te verminderen,
en daarmee het (fossiele) energieverbruik van de keten.
Minimale exergieverliezen
Haal exergie
Minimaliseer
temperatuur
verschillen
kern
Uit omgeving
(T1-T0)
T1 = Exergie aandeel
Warmte van 1000°C kan makkelijk
worden omgezet in warmte van 80
°C, omgekeerd lukt dat niet. Warmte van 1000 °C is dus hoogwaardiger
dan warmte van 80 °C en dit komt tot
uitdrukking in het hogere exergiegehalte.
Het is zaak de kwaliteit van energie zo
min mogelijk verloren te laten gaan.
Ook hier begint dit besef in de kern
van processen. Onnodig exergieverliezen in de kern leidt tot extra energiegebruik in de (utility) schillen rond deze
68
Bij conversie van
(schoon) fossiel
Trias Exergetica
Bijlage 5
Belangrijke netwerkpartners
Overheden:
•Rijksniveau: AgentschapNL
•Provinciaal: Provincie Overijssel,
Gelderland
•Regionaal: Regio Twente
•Lokaal: Gemeenten Enschede,
Hardenberg Ennigerloh (D),
Horstmar(D), Winterswijk
Kennisinstellingen:
•Universiteit Twente
•Hogeschool Arnhem Nijmegen
HAN)
•Fachhochschule Münster
•Handwerkskammer
Bildungszentrum Münster
•TNO
•KEMA
Netwerkorganisaties:
•Bio-energie cluster Oost-Nederland
•D-NL
•Stowa
•Syntens/KVK
•Euregio
•Stichting Kiemt
•Stichting Pioneering
•Stichting SETS
•KDGOO
Bedrijven:
•Alfen
•Bouwfund BV
•BTG
•Cofely Energy Solutions
•Cogas
•Creemers BV
•Cypress Technologies
•Domijn
•Enexis
•E-kwadraat
•Exendis
•Havi Travel BV
•HME
•HOMA Software
•HoSt
•IBM
•InFa Techniek
•Klein Poelhuis Installatietechniek
•Lammertink BV
•Landmark projecten
•Liander
•Loohuis Installatiegroep
•Nedap
•Nefit
•Nijhuis Bouw BV
•Roosdom Tijhuis B.V.
•Rova
•Schuitemaker BV
•Solar Quattro B.V.
•Tauw
•Tripleco
•Twence Afval en energie
•Waterschap Reest en Wieden
•Waterschap Regge en Dinkel
•Zuna advies BV
69
Colofon
Titel:
Back to the Future? Wat het verleden ons leert over de energie
voorziening van de toekomst: simpele oplossingen van vroeger
vragen om hoogwaardige technologie van nu
Auteur:
ir. Jan B. de Wit
ISBN:978-94-6213-011-1
Tekstredactie: Marjoleine Kepel
Eindredactie: Kim Pol
Vormgeving:Factor12
Drukwerk:
Printservice Saxion
Kenniscentrum Leefomgeving van Saxion, mei 2014
70
Back to the Future?
Simpele oplossingen van vroeger vragen om hoogwaardige technologie van nu.
saxion.nl/leefomgeving
Lectorale rede ir. Jan B. de Wit
saxion.nl/leefomgeving

Oscar Menger_Warmte netwerken 3 januari 2014

HUISSTIJL BTI

2Power - Nelskamp

5. Gezonde Kuikens in Gezonde Pluimveeketens

Warmteterugwinning bij CO

Optimalisaties met koelmachines en grondkoeling in de

Brief juli met tarievenblad voor complexen met blokverwarming

Uitnodiging lectorale rede Martine Vonk

PV systemen Wind Energie Laadsystemen