Collectieve warmtenetten versterken netcongestie

De aanname is dat warmtenetten kosten uitsparen, doordat er minder druk op het elektriciteitsnet wordt gelegd dan wanneer huishoudens (hybride) warmtepompen plaatsen. Trilemma-auteurs Sjak Lomme en Roald Arkesteijn zetten vraagtekens bij die redenering.

Onlangs besteedde Trilemma aandacht aan het zogeheten Warmtebod, een routewijzer om de uitrol van warmtenetten nieuw leven in te blazen. Dit initiatief wordt onderschreven door een coalitie van overheden, netbeheerders, coöperaties en publieke warmtebedrijven. In dat Trilemma-artikel wordt onder andere een vraagteken geplaatst bij de betaalbaarheid van warmtenetten. De collectieve warmtesector heeft zelfs met forse subsidies moeite om op variabele kosten te concurreren met traditionele gasgestookte verwarming. Dat terwijl de variabele kosten voor gebouwverwarming met (hybride) warmtepompen ten opzichte van gas juist fors kunnen worden verlaagd.

Die individuele oplossingen zouden volgens de Warmtealliantie in veel gevallen tot hogere nationale kosten leiden. De basis voor deze claim is gebaseerd op een recent CE Delft-rapport in opdracht van TKI Urban Energy. Zo wordt gesteld dat voor individuele warmtepompen de elektriciteitsnetten moeten worden verzwaard, een kostenpost die door de aanleg van warmtenetten zou kunnen worden uitgespaard. Dit concept van ‘lagere nationale kosten’ is door de Rekenkamer overgenomen in een onlangs gepubliceerd advies. De Rekenkamer gaat zelfs nog verder door te stellen dat individuele warmtepompen en warmtenetten elkaar in de weg kunnen zitten. Daarom luidt hun advies aan de regering om in wijken waar naar alle waarschijnlijkheid warmtenetten worden aangelegd, niet tevens ook individuele warmtepompen te subsidiëren als die de komst van dat net belemmeren.

Op zichzelf ligt dat advies voor de hand, maar alleen als het buiten kijf staat dat een warmtenet in een bepaalde buurt op nationaal niveau werkelijk goedkoper is dan individuele oplossingen. Helaas stapt de Rekenkamer te eenvoudig over dat vraagstuk heen. Cruciaal is namelijk de beschikbaarheid van bestaande bron(nen) voor (duurzame) warmte zoals echte restwarmte (incl. afvalverbranding). Bij nieuwe warmtenetten die niet op zo’n bron kunnen leunen, kan het heel wel zijn dat de nationale kosten van een collectieve oplossing juist hoger zijn bij individuele oplossingen. Voortbouwend op het vorige Trilemma-artikel, wordt daarom in dit artikel dieper ingegaan op de weerbarstige vergelijking tussen collectieve en individuele oplossingen en dan met name met betrekking tot het zwaarwegende aspect van netcongestie en de besparing op het gebruik van aardgas.

Netcongestie en uitgespaarde investeringen in netversterking

Waar onder andere de Rekenkamer ervan uitgaat dat warmtenetten maatschappelijk gezien gunstig zijn omdat ze investeringen in netverzwaring uitsparen, zullen de meeste nieuwe warmtenetwerken netcongestie juist versterken in plaats van verlichten. Dit om de volgende redenen:
(1) nieuwe warmtenetwerken verbruiken vaak meer elektriciteit dan hybride warmtepompen,
(2) er is vrijwel geen besparing op de hoeveelheid versterkingen in het elektriciteitsnetwerk,
(3) warmtenetwerken en elektriciteitsnetwerken concurreren om dezelfde schaarse arbeidskrachten.

Het eerste punt is dat nieuwe warmtenetwerken vaak meer elektriciteit verbruiken dan hybride warmtepompen. Vrijwel alle uitbreiding van warmtenetwerken is op basis van warmtebronnen waarvoor warmtepompen nodig zijn. Voor de warmtenetten die draaien op warmte uit lucht of water ligt de efficiëntie (COP) rond de 3. Gecorrigeerd voor 20-30% warmteverlies, komt dit neer op een COP van rond de 2 tot 2,3. Hoewel aardwarmte nog nauwelijks wordt toegepast in de gebouwde omgeving, wordt vaak gesteld dat dit voor hier anders ligt.

Echter, vrijwel alle studies naar aardwarmte in de gebouwde omgeving (dus niet ten behoeve van de glastuinbouw) komen erop uit dat ook hier warmtepompen noodzakelijk zijn. Dat is het gevolg van een combinatie van aanvoertemperatuur, uitkoeling en bijvangst. De COP die daarbij hoort, ligt rond de 6, wat na verlies resulteert in een COP van 4 tot 4,5 bij de eindverbruiker. Een voorbeeld van een net dat draait op aardwarmte, is het net van HVC. Dat heeft daarbij ook slechts 29% CO₂-reductie ten opzichte van een gasketel, en presteert daarmee slechter dan een hybride warmtepomp.

De uitzondering als het gaat om de inzet van warmtepompen is warmte uit bijvoorbeeld afvalverbranding, biomassa of aftapwarmte uit elektriciteitsproductie. Bij zulke warmtebronnen zal het elektriciteitsverbruik van het warmtenet lager uitvallen dan bij gebruik van individuele warmtepompen.

Een recent praktijkonderzoek (waarin overheid, brancheorganisaties en een aantal fabrikanten samenwerken) naar de prestaties van hybride warmtepompen resulteert in een gemiddelde COP van 3,8. Daarmee verbruiken hybride warmtepompen dus in de meeste gevallen minder elektriciteit dan warmtenetten en slechts 5-15% meer dan in het geval van aardwarmte.

Geen besparing op benodigde versterking elektriciteitsnet

Het tweede punt is dat er vrijwel geen besparing is op de benodigde versterkingen in het elektriciteitsnetwerk. Nieuwe warmtenetten helpen niet in het bestrijden van congestie op netten met middenspanning en hoger, aangezien de warmtepompen van nieuw te ontwikkelen, op warmtepomp gebaseerde warmtenetten op het MS-vlak worden aangesloten. Deze warmtepompen verbruiken ongeveer evenveel elektriciteit als hybride warmtepompen, die weliswaar op het LS-net zijn aangesloten maar – zeker in de winter – de benodigde elektriciteit via het middenspanningsnet ontvangen. Daar is dus geen verlichting van de vraag naar netcapaciteit te verwachten.

Tegelijkertijd voorkomt een warmtenet maar zelden ingrepen in het laagspanningsnet, ook al wordt de elektriciteitsbehoefte voor warmte naar een hoger netvlak verplaatst. Dit komt omdat elektrisch koken, elektrisch rijden, airco’s en zonPV ervoor zorgen dat de piekvraag toch blijft toenemen, met of zonder warmtenet. Zo meldt het onlangs door RVO gepubliceerde rapport over netimpact van warmtepompen: “Voor alle woningen zijn de gelijktijdige terugleverpieken doorgaans hoger dan de gelijktijdige opgenomen pieken. Dit is te verwachten, aangezien zonnepanelen bij de meeste woningen op vrijwel hetzelfde moment energie terugleveren, doordat de zon overal rond dezelfde tijd schijnt.”

Ter illustratie: de opweklocatie van het Wageningse Benedenbuurt-project (zie ook vorige Trilemma-artikel), krijgt voor negentig appartementen en driehondertwintig grondgebonden woningen (2026) een nieuwe 2 MVA-aansluiting met een gecontracteerd vermogen van 800 kWe. Dat is dus pakweg 2 kWe per aan te sluiten woning. Dat is fors en zelfs hoger dan de gelijktijdige pieken van 1,7 kWe voor grotere of vergelijkbare woningen met hybride warmtepomp volgens het RVO praktijkonderzoek. Ook staat het in schril contrast met de 0,3 kWe-aanname van CE Delft en de Startanalyse voor LT-bronnen. Omdat het Wageningen-project verwacht 15% van de geleverde warmte met gas op te wekken, valt te verwachten dat de nationale kosten veel lager uitvallen als de wijk overstapt op individuele (hybride) warmtepompen. Dat mede omdat Liander onlangs begonnen is om een nieuwe MS-verbinding tussen de betreffende wijk en onderstation Wageningen aan te leggen. Van lagere nationale kosten omdat het elektriciteitsnet niet hoeft te worden verzwaard, is in deze situatie dus geen sprake.

Concurrentie om dezelfde schaarse arbeidskrachten

Het laatste punt in deze argumentatie zit hem in de aanleg van warmtenetten. Belangrijk is dat de aard van de werkzaamheden grote overeenkomsten vertonen: straten open, sleuven graven, kabels en/of leidingen in de sleuf leggen en de zaak weer in orde brengen. Ook relevant is dat qua benodigde machinerie en menskracht, beide activiteiten grotendeels in dezelfde vijver vissen. Dat geldt ook voor de ruimtelijke ordening procedures.

Dit is dan bijvoorbeeld ook de hoofdoorzaak dat de bekende WarmtelinQ-transportleiding naar Den Haag en Leiden een zeer sterke kostenstijging heeft doorgemaakt, waardoor het traject tussen Den Haag en Leiden op losse schroeven staat.

Hoewel hier nog geen verdere studies naar zijn gedaan, is het erg aannemelijk dat het versterken van LS-infrastructuur met eventuele dikkere kabels, vele malen sneller uit te voeren is dan het leggen van warmteleidingen, welke moeten worden gelast, geïsoleerd en relatief veel ruimte innemen met dus meer graafwerk en herstelwerkzaamheden tot gevolg. Naast het leggen van kabels moeten er uiteraard ook stations boven de grond verzwaard of vervangen worden, maar dat is niet anders als in het geval van warmtenetwerken.

Daarnaast laat Enexis bijvoorbeeld zien hoeveel versnelling er mogelijk is bij de bouw van onderstations als er opschaling plaats vindt. Met prefab gebouwen en aannemer Alfen realiseert Enexis nu honderdtwintig in plaats van tien stations per jaar! Hoewel warmtenetwerken ook schaaleffecten kunnen bereiken, zal dit in de praktijk beperkt blijven door onderlinge verschillen in netgrootte, temperaturen, de kleinere schaal en de afwezigheid van (internationale) sectorstandaarden.

Hybride warmtepompen besparen net zoveel gas als warmtenetwerken

Verduurzaming van de gebouwde omgeving is een enorme uitdaging. De gedacht is dat met de aanleg van warmtenetten huizen in één stap van het gas af zouden kunnen. Of dat echt zo is, valt te betwijfelen want veel warmtenetten gebruiken nog steeds gas voor het opvangen van pieken. Gecombineerd met warmteverliezen kan dit betekenen dat hybride warmtepompen minstens evenveel of zelfs meer gas besparen dan warmtenetten.

Economisch gezien is het niet mogelijk om deze pieken op te vangen met basislastbronnen, in verband met het aantal vollasturen. Stel de piekvraag ligt op ~9 MW (na het toepassen van dagbuffers), dan kan ongeveer 85% van de vraag worden gedekt met 3 MW. Deze draait dan ~5.500 vollasturen (~8 maanden per jaar). De volgende 3 MW levert nog eens ~14% van de warmtevraag, maar draait nog maar 1.000 vollasturen, ofwel 1,5 maand per jaar. De laatste 3 MW zorgt voor de laatste 1% van de vraag in slechts 60 uur per jaar.

En hoewel een paar jaar geleden de hoop was gevestigd op seizoensopslag van warmte in de ondergrond, blijken problemen rondom efficiëntie, drinkwaterrisico’s, en kosten, niet eenvoudig oplosbaar. Kleinschalige seizoensopslag lijkt meer succesvol en deze past dan ook perfect bij kleine, decentrale warmtenetten voor appartementcomplexen en bedrijfsgebouwen. Eneco heeft de afgelopen jaren succesvol een aantal dagbuffers ontwikkeld in Utrecht. Deze buffer komt overeen met ongeveer honderdvijftig liter per huishouden.

Warmtenetwerken zijn in de basis goed vergelijkbaar met een hybride warmtepomp: de basislast wordt voorzien met een warmtebron (zoals industriële restwarmte, aardwarmte of aquathermie) terwijl de pieken worden ingevuld door gasketels. Als vuistregel wordt dan ongeveer 80-85% van de warmte voorzien met de (duurzame) hoofdwarmtebron en 15-20% met gasketels. Als daarbij rekening wordt gehouden met het warmteverlies van 20-30%, dan bestaat de geleverde warmte uit ongeveer 70-80% duurzame warmte en 20-30% uit gasketel warmte. Om het aangenomen warmteverlies en de inzet van de gasketel te onderbouwen, staan in de onderstaande figuur praktijkgetallen van vier grote warmtebedrijven.

Met betrekking tot de inzet van de gasketel is Vattenfall de uitzondering; van de acht relevante netten laten slechts twee netten serieuze inzet van gasketels zien. Tekenend voor Vattenfall’s ‘gasarme’ netten is de afhankelijkheid van afvalverbranding, biomassa en elektriciteitsproductie, drie bronnen die niet typisch worden gezien als de grote groeimotor voor warmte in de rest van Nederland. Juist HVC’s aardwarmtenetwerk toont bijna 50% gasketelinzet en daarmee slechts 29% CO₂-reductie ten opzichte van een cv-ketel.

(Dit artikel gaat verder onder de diagrammen.)

Uit het eerder aangehaalde praktijkonderzoek, blijkt dat hybride warmtepompen gemiddeld zorgen voor ~75% gasbesparing. Die besparingen lopen echter behoorlijk uiteen. Zo loopt die besparing bij zeer energiebewuste huishoudens op tot maar liefst 95%. Dat duidt op een verbeterpotentieel waar in de vergelijking tussen de kosten van individuele en collectieve oplossingen terdege rekening mee moet worden gehouden. Het valt namelijk te verwachten dat het verbeterpotentieel bij individuele warmtepompen veel groter is dan bij collectieve warmtenetten.

Zo hebben afnemers van stadswarmte nauwelijks mogelijkheden noch prikkels om de vaste en/of variabele kosten van het warmtenet te verlagen. Dat in tegenstelling tot individuele warmtepompen waar elke verbetering direct tot een lagere energierekening kan leiden. Met andere woorden, in het geval van individuele oplossingen valt te verwachten dat huishoudens in de loop van de tijd maatregelen zullen nemen om de kosten te verlagen, onder andere door de efficiency van de warmte-opwek te verbeteren of door de warmtevraag te verplaatsen naar uren waarin elektriciteit relatief goedkoop is, dat al dan niet door gebruik te maken van buffers.

Afsluitend: grote zorgvuldigheid vereist

Het advies van de Rekenkamer om te stoppen met het subsidiëren van individuele warmtepompen in straten waar een warmtenet zal worden aangelegd is onvoldoende onderbouwd. Het was beter geweest als de Rekenkamer veel meer aandacht had besteed aan de eisen waaraan voldaan moet zijn voordat een subsidiestop opgelegd mag worden en meer onderbouwing had geboden voor de beginselclaim omtrent besparingen op de kosten van netverzwaring. De lagere nationale kosten die zowat als een vast gegeven lijken te worden gehanteerd, zijn verre van vanzelfsprekend omdat nieuwe warmtenetwerken vaak meer elektriciteit verbruiken dan hybride warmtepompen, er vrijwel geen besparing is op de benodigde versterkingen in het elektriciteitsnetwerk en tenslotte omdat warmtenetwerken en elektriciteitsnetwerken in dezelfde schaarse vijver naar arbeid vissen.

Ook bij de veronderstelde grote stappen in de verduurzaming van de gebouwde omgeving die met warmtenetten gezet kunnen worden, vallen vraagtekens te zetten. Hybride warmtepompen besparen net zoveel gas als nieuwe, op warmtepomp gebaseerde warmtenetwerken (dus inclusief aardwarmte) en mogelijk zelfs meer. Dat laatste vanwege het verbeterpotentieel van warmtepompen en de snelheid waarmee die geïnstalleerd kunnen worden.

Bij afwezigheid van beschikbare duurzame warmtebronnen lijken nieuwe warmtenetten op alle fronten te verliezen: (on)mogelijkheid tot koelen, de benodigde ontwikkeltijd, de hoogte van de variabele kosten, de hoogte van de vaste kosten, de aanleg van dubbele infrastructuur, een natuurlijk monopolie, de afwezigheid van prikkels om verduurzaming een extra zetje te geven, etcetera. Daardoor resteren voor de aanleg van warmtenetten situaties waarin of de duurzame warmte dichtbij de woonwijk en langdurig gegarandeerd voor het oprapen ligt (waarbij warmtepompen dus niet nodig zijn), of waar individuele of kleinschalige collectieve systemen simpelweg niet toegepast kunnen worden.

De sterke inzet van netbeheerders (Enexis, Liander, Stedin en Tennet) op stadswarmte en hun ondersteuning van het recente Warmtebod lijken primair gedreven vanuit het reduceren van congestie. De onderbouwing hiervan is echter niet gebaseerd op de praktijk en dit artikel zou een duidelijke aanleiding moeten zijn voor deze netbeheerders om deze ingezette strategie te heroverwegen.

Roald Arkesteijn werkt bij de afdeling Analyse en Strategie van Eneco. Sinds 2017 is hij actief in de warmtesector, waar hij zich richt op het ontwikkelen van bronnenplannen en -strategieën (zoals voor aardwarmte). Roald heeft op persoonlijke titel bijgedragen aan dit artikel.