Integrale ontwikkeling van warmte en elektriciteit in de gebouwde omgeving.

Een technisch goed ontworpen energiesysteem is pas een oplossing als ook netcapaciteit, regelgeving, eigenaarschap, besluitvorming en de businesscase op elkaar aansluiten.

In het eerste deel van deze serie beschreven we hoe warmte en elektriciteit technisch als één energiesysteem kunnen worden ontworpen. Warmtepompen, zonnepanelen, batterijen, warmtebuffers, laadvoorzieningen en een Energy Management System (EMS) kunnen gezamenlijk zorgen voor een systeem dat minder afhankelijk is van de beschikbare netcapaciteit en tegelijkertijd comfort blijft leveren.

Maar techniek alleen is niet voldoende. De vraag is ook of een systeem op een bepaalde locatie mag worden gerealiseerd, wie daarvoor verantwoordelijk is, wie eigenaar wordt van de installatie en of de businesscase sluitend is.

Daarom kijken we in dit tweede deel naar de randvoorwaarden, de verschillende rollen en verantwoordelijkheden, scenario-ontwikkeling en de oplossingsrichtingen die uit een integrale analyse kunnen volgen.

Randvoorwaarden: net en regelgeving

De ruimte om collectief op te wekken komt niet alleen uit techniek. Netbeheerders werken in gebieden met congestie met transportbeperkte contracten, waarbij een deel van het vermogen alleen buiten de piekuren beschikbaar is. Voor een systeem dat toch al op prijs en netbeschikbaarheid stuurt, is dat eerder een passende afspraak dan een beperking. Daarnaast bepaalt de Wet collectieve warmte wie een collectief systeem in eigendom kan hebben en hoe tarieven tot stand komen, en bepaalt de gemeente via de warmtevisie of een buurt op termijn voorzien wordt van een warmtenet of op een andere manier van warmte voorzien moet worden. Daarom hoort de vraag of het op die plek mag in dezelfde afweging thuis als de vraag of het duurzaam en betaalbaar is.

Eigenaarschap en rolverdeling

Voor projectontwikkelaars, woningcorporaties, gemeenten en VvE’s is de eerste vraag zelden technisch. Zij vragen wie de buffer, de batterij en de opwek in eigendom heeft, wie het onderhoud en de storingsdienst draagt, en hoe de energie achter de meter wordt gemeten en verrekend. Bij een VvE komt daar de besluitvorming bij: een collectieve installatie vraagt een gekwalificeerde meerderheid en een meerjarenonderhoudsplan waarin de vervanging is opgenomen. Deze afspraken zijn inzichtelijk te maken voordat de techniek wordt vastgelegd, en dat voorkomt dat een sluitend ontwerp later op de eigendomsvraag strandt.

De rolverdeling verschilt daarbij per project. De ontwikkelaar kan verantwoordelijk zijn voor de realisatie, de woningcorporatie of VvE voor het vastgoed en de besluitvorming, de netbeheerder voor de beschikbare transportcapaciteit en Four Energy voor het ontwerp en de regie van het energiesysteem. Juist door deze rollen vooraf vast te leggen, wordt voorkomen dat technische keuzes worden gemaakt zonder dat duidelijk is wat de kosten en risico’s zijn en wie deze draagt.

Betaalbaarheid en tussenstappen

Een systeem dat technisch sluit, is nog geen sluitende businesscase. Zo bepaalt de tariefstructuur of bufferen loont. De afbouw van de salderingsregeling, terugleverkosten, tijdsafhankelijke nettarieven en de energiebelasting op elektriciteit brengen een verschuiving teweeg van zelf opwekken en deels terugleveren naar zoveel mogelijk zelf gebruiken op het juiste moment. Per project vragen drie getallen onderbouwing: de investering, de bijdrage aansluitkosten (BAK) en de terugverdientijd. Zolang die niet zijn ingevuld, blijft efficiënt en goedkoper zijn een leus in plaats van een keuze.

Daarbij hoeft niet elke stap in één keer elektrisch te zijn. In bestaande wijken met een gasnet dat nog decennia meegaat, houden een hybride opstelling of hernieuwbaar gas een reële rol, zeker voor de koudste dagen en voor woningen waar de afgiftekant nog niet op lage temperatuur zit. Daarmee wordt een (piek)belasting van het elektriciteitsnet vermeden, en toch in de warmtevraag voorzien.

Een integrale businesscase moet daarom niet alleen kijken naar de investering in de warmtevoorziening. Ook netverzwaring, energieopslag, opwek, onderhoud, exploitatie, energieprijzen en toekomstige uitbreidingen moeten wat ons betreft onderdeel zijn van de afweging.

Simulaties en scenario’s

Elk ontwerp begint bij Four Energy met een softwaresimulatie van de buurt of het complex, waarin warmte en elektriciteit in hetzelfde model zitten. We rekenen de huidige situatie door en de toekomstige situatie na verduurzaming, op uurbasis over een heel jaar, zodat pieken, gelijktijdigheid en de bezetting van de buffers zichtbaar worden in plaats van geschat. Daarmee wordt inzichtelijk welk vermogen werkelijk nodig is en op welke momenten het net de begrenzing vormt.

Op die simulatie leggen we vervolgens scenario’s: een ander tempo van isoleren, een hoger aandeel elektrisch vervoer, een strengere winter, een andere tariefstructuur of een netbeheerder die minder transportcapaciteit vrijgeeft. Een systeem is voor ons stabiel wanneer het in al die scenario’s de warmtevraag levert binnen de grenzen van de aansluiting, zonder dat comfort wordt ingeleverd. Daarmee is de keuze voor een richting geen aanname, en ligt onder elke richting in de volgende paragraaf een doorgerekende variant.

Scenario-ontwikkeling is daarmee niet alleen een technische exercitie. Het maakt ook zichtbaar hoe toekomstbestendig een investering is. Een oplossing die vandaag goed presteert, maar niet kan omgaan met extra laadinfra, een groeiende elektriciteitsvraag of veranderende netvoorwaarden, is uiteindelijk minder robuust.

Drie oplossingsrichtingen onder elkaar

Hieronder staan de drie oplossingsrichtingen met de punten die de haalbaarheid bepalen: het vermogen dat per woning nodig is, het beslag op het net en de ruimte in de woning.

1. Individuele warmtepomp, afgifte ongewijzigd:

• Vermogen per woning: circa 11 kW thermisch, 4 tot 5 kW elektrisch
• Beslag op het net: piek valt samen met de rest van de buurt
• Ruimte in de woning: buitenunit en elektrische boiler

2. Individuele warmtepomp met buffer en EMS:

• Vermogen per woning: circa 6 tot 8 kW thermisch
• Beslag op het net: piek verschuift naar buiten het spitsuur
• Ruimte in de woning: buitenunit en buffervat van 0,5 tot 1 m³

3. Collectieve opwek met centrale buffer:

• Vermogen per woning: circa 3 tot 5 kW thermisch equivalent
• Beslag op het net: gelijktijdigheid gedempt op een aansluiting
• Ruimte in de woning: binnenhuisinstallatie, geen buitenunit

De oplossingsrichtingen hierboven laten zien dat het verschil niet in het rendement van de warmtepomp zit, maar in de gelijktijdigheid. Naarmate de opwek verder van de woning af komt te staan en de buffer groter wordt, daalt het vermogen dat op hetzelfde moment door dezelfde kabel hoeft. Daarbij verschuift het ruimtebeslag van de woning naar de collectieve installatie, en dat is in bestaande bouw vaker voordelig.

De keuze tussen deze richtingen is daarmee geen technische voorkeur, maar een integrale afweging van netcapaciteit, ruimte, investering, eigenaarschap, comfort en exploitatie.

Van scenario naar oplossingsrichting

Op basis van de simulaties en randvoorwaarden kan per project worden bepaald welke oplossingsrichting het meest passend is. Daarbij kan ook blijken dat een combinatie van oplossingen nodig is.

Een individuele warmtepomp kan bijvoorbeeld geschikt zijn wanneer voldoende netcapaciteit beschikbaar is en de woning technisch geschikt kan worden gemaakt voor lage temperatuur. Een individuele warmtepomp met buffer en EMS kan interessant zijn wanneer vooral de gelijktijdige piekbelasting moet worden beperkt.

Collectieve opwek met een centrale buffer wordt aantrekkelijker wanneer meerdere woningen of gebouwen gezamenlijk kunnen worden beschouwd en de beschikbare netcapaciteit efficiënter moet worden benut. De techniek wordt dan onderdeel van een groter energiesysteem waarin ook zonnestroom, batterijen, laadinfra en flexibiliteit kunnen worden meegenomen.

Niet één oplossing, maar een ontwerp dat meebeweegt

De belangrijkste conclusie is dat de warmtetransitie niet vraagt om één standaardoplossing. De juiste configuratie verschilt per buurt, gebouw en beschikbare infrastructuur.

Bij bestaande bouw spelen bijvoorbeeld de kwaliteit van de gebouwschil, de beschikbare ruimte en de bestaande warmteafgifte een grote rol. Bij nieuwbouw kunnen warmtevoorziening, netaansluiting, zonnepanelen, laadinfra en opslag vanaf het begin gezamenlijk worden ontworpen.

Ook de ontwikkeling in de tijd is belangrijk. Een systeem moet niet alleen functioneren op de dag van oplevering, maar ook wanneer de energievraag verandert. Meer elektrische auto’s, uitbreiding van zonnepanelen, veranderende energieprijzen of een andere beschikbaarheid van netcapaciteit kunnen allemaal invloed hebben op de optimale configuratie.

Daarom ontwerpen wij niet alleen voor de situatie van vandaag, maar rekenen we verschillende toekomstige scenario’s door.

Conclusie: van installatie naar energiesysteem

De warmtetransitie vraagt om een andere manier van ontwerpen. Niet langer staat de afzonderlijke warmtepomp, warmtebron of aansluiting centraal, maar het totale energiesysteem.

Techniek, netcapaciteit, regelgeving, eigenaarschap, exploitatie en betaalbaarheid beïnvloeden elkaar. Een keuze voor een warmtebron heeft gevolgen voor het elektriciteitsnet. Een beperkte netaansluiting beïnvloedt de benodigde opslag. De gekozen eigendomsstructuur bepaalt hoe een installatie wordt geëxploiteerd. En de businesscase bepaalt uiteindelijk of een technisch haalbare oplossing ook daadwerkelijk kan worden gerealiseerd.

Ons voorstel is om verder te gaan met de derde richting: collectieve opwek met een centrale buffer en een EMS dat op prijs, netbeschikbaarheid en weersverwachting stuurt. Wanneer de netbeheerder ruimte ziet in een transportbeperkt contract en de eigendomsvraag voor de collectieve installatie is belegd, is deze richting in een quickscan per buurt door te rekenen op investering, BAK en terugverdientijd. Daarmee wordt inzichtelijk welke duurzame keuze er is, en of die op die plek gemaakt kan worden.

De warmtetransitie is daarmee uiteindelijk een systeemtransitie. Wie warmte, elektriciteit, opslag en slimme sturing vanaf het begin als één geheel ontwerpt, vergroot de kans op een toekomstbestendig, betaalbaar en betrouwbaar energiesysteem.

Benieuwd hoe techniek en configuratie de basis vormen voor een integraal energiesysteem?

Lees deel 1 uit deze tweedelige blogserie over de integrale ontwikkeling van warmte en elektriciteit in de gebouwde omgeving.