Wat is de toekomst van warmtevoorziening in steden?
Promovendus Stef Boesten onderzoekt hoe gebouwen in steden in de toekomst verwarmd kunnen worden, onder andere binnen het Europese project D2GRIDS. 'De Open Universiteit is een belangrijke partner in dit project en verantwoordelijk voor het onderdeel dat zich richt op de lange-termijn strategie en de educatie. In het project zijn vijf pilotplekken in Europa opgenomen waar geëxperimenteerd wordt met nieuwe, duurzame warmtenetwerken, waaronder het Mijnwaternetwerk in Brunssum. Zo kan er al veel ervaring opgedaan worden met nieuwe technieken om huizen te verwarmen, voordat we van het gas af gaan.'
Urgentie nieuwe warmtevoorziening
'Op dit moment gebruiken we doorgaans aardgas uit Groningen om woningen en bedrijfspanden te verwarmen, maar de aardgaswinning wordt nu versneld teruggebracht en in 2022 stopt het winnen van gas in Slochteren geheel. Dan kan ons land niet meer in de eigen gasbehoefte voorzien en zullen we aardgas moeten importeren uit de Verenigde Staten, Rusland en Noorwegen. Hoewel aardgas de minst vervuilende fossiele brandstof is, zal de uitstoot van broeikasgassen daardoor omhoog gaan.' Het stoppen van de gaswinning in Slochteren is aanleiding om op zoek te gaan naar alternatieven voor de warmtevoorziening, maar aan de basis van de beweging naar nieuwe verwarming liggen ook geopolitieke, financiële en duurzaamheidsredenen. 'In Europa is de verwarming van gebouwen verantwoordelijk voor ongeveer 40% van de energieconsumptie en de CO2 uitstoot moet wereldwijd omlaag. Daar valt een enorme winst te behalen door te gaan werken met warmtenetwerken en lokale systemen op duurzame warmte. Denk bijvoorbeeld aan warmtewinning uit de ondergrond (geothermie) of uit oppervlaktewater (aquathermie), maar ook zonnewarmte, restwarmte van afvalverwerking, energiecentrales, datacenters en andere processen.'
De bodem als opslagplek
De uitdaging is om die warmte ergens op te slaan om te gebruiken als het nodig is. 'In Beijum in Groningen wordt dit al sinds 1984 succesvol toegepast. Een groep woningen en andere gebouwen is aangesloten op een warmtenetwerk dat verwarmd wordt door zonnecollectoren. Die warmte wordt onder de grond opgeslagen. In Nederland hebben we een bodem die daar bij uitstek geschikt voor is: er zijn dan bijvoorbeeld twee watervoerende zandige lagen, gescheiden door slecht waterdoorlatende kleilaag. Uit de diepere laag wordt drinkwater gewonnen, maar de bovenste laag met stilstaand water is ideaal om warmte in op te slaan. Grote kantorengebouwen maken vaak al gebruik van WKO’s, Warmte Koude Opslag, waarbij bodemenergie gebruikt wordt om gebouwen te verwarmen en koelen.'
Duurzame en permanente oplossingen
Een andere mogelijkheid is om wijken aan te sluiten op energie-krachtcentrales op biomassa, zoals in de wijk Meerhoven in Eindhoven. Woningen worden verwarmd door de warmte die vrijkomt bij het verbranden van snoeihout. 'Op die schaal is dat een behoorlijk duurzame oplossing, snoeihout wordt verbrand en geeft elektriciteit en warmte. Het hout dat hiervoor gebruikt wordt, groeit lokaal. De toevoer van biomassa is echter niet schaalbaar: al dat snoeihout moet ergens vandaan komen. Wanneer we door een gebrek aan toevoer in Noord-Amerika bossen moeten gaan kappen, is de oplossing niet langer duurzaam.' Warmtenetten uit duurzame bronnen zijn een goed idee, maar we moeten wel streven naar lange-termijnoplossingen, legt Stef uit. 'Je kunt hier een vergelijking trekken met het elektriciteitsnet: daar worden verschillende lokale bronnen gekoppeld aan een groter netwerk, bijvoorbeeld zonnecellen en windmolens. Daar moeten we ook naartoe in ons warmtenetwerk, lokale natuurlijke warmtebronnen kunnen gekoppeld worden aan grote warmtenetten om permanente oplossingen te realiseren.'
Koelen en verwarmen
Door slim te koelen en te verwarmen kan warm water worden opgeslagen, bijvoorbeeld voor gebruik in de winter. In een recent gepubliceerd artikel leggen Stef en zijn collega's uit hoe vijfde generatie warmte- en koudenetwerken steden van hernieuwbare energie kunnen voorzien. 'Een groot deel van het jaar hebben gebouwen, zoals scholen, juist behoefte aan koeling in plaats van verwarming. Het koude water dat zij daarvoor gebruiken komt warm terug naar het systeem. In de winter kun je dit dan gebruiken om te verwarmen. In Brunssum wordt op basis van het Mijnwaterconcept geëxperimenteerd met dit systeem om warmte en kou uit te wisselen. Flatgebouwen, winkels en woningen krijgen naast een verwarmingssysteem ook een systeem om te koelen. Er zullen in de toekomst nog veel meer hete zomers van 40 graden komen, dan is koelen echt noodzakelijk.'
Aangename temperatuur
Een uitdaging in het onderzoek is het feit dat de temperatuur uit warmtenetwerken veel lager ligt, 40-50 graden, dan de temperatuur die een CV-ketel bereikt, 70-90 graden. Dat betekent een grote aanpassing in de manier waarop mensen hun huis verwarmen. 'Vloerverwarming is bij uitstek geschikt voor lagere temperaturen, maar kan een grote investering betekenen en is niet altijd mogelijk. Belangrijk is in ieder geval om huizen goed te isoleren: spouwmuurisolatie, dubbel glas en dakisolatie zorgen ervoor dat er minder warmte ontsnapt en het warmer blijft in huis. Het is natuurlijk niet de bedoeling dat mensen kou gaan lijden.' Stef onderzoekt in het project welke fysieke mogelijkheden er zijn voor slimme warmtenetwerken en hoe je gebruikers hierbij betrekt en motiveert. Waar we in het oude systeem vooral gebruikers van warmte zijn, kan in een slim warmtenetwerk iedereen zowel gebruiker als producent zijn.' Hoe ga je op een constructieve manier met bewoners in gesprek om nieuwe warmtenetten te realiseren? Welke temperatuur moet het warmtenet hebben voor een optimale balans tussen warmteverlies, capaciteit en aanlegkosten? Welke ingrepen in de woning zijn minimaal nodig om het binnenklimaat comfortabel te maken? Hoe groot moeten de (warmte)pompen en opslagvaten worden? 'Dat zijn allemaal vragen waar we nu antwoorden op zoeken met behulp van onderzoek en de proeftuinen, zodat we in de toekomst wijken en steden duurzaam kunnen verwarmen.'
