Systeemintegratie warmte: stem alles goed op elkaar af

Complex speelveld met verschillende belangen

Bij de ontwikkeling van warmtenetten zijn veel partijen betrokken, elk met eigen belangen en verantwoordelijkheden. Gemeenten maken warmtevisies en wijkplannen, woningcorporaties moeten hun woningportfolio verduurzamen en netbeheerders beheren de bestaande infrastructuur.

Deze partijen moeten niet alleen lokaal samenwerken, maar ook rekening houden met regionale ontwikkelingen.

“Daarom is het belangrijk dat gemeentes warmteprogramma's opleveren waarin ze laten zien hoe ze warmtevoorziening regionaal hebben afgestemd,” vertelt Maarten Bijl, business devoloper production optimisation bij TNO. “Zo komen ze tot optimale resultaten.

Denk aan grootschalige warmtebronnen zoals geothermie, restwarmte uit de industrie of aquathermie. Of aan de wisselwerking met het elektriciteitsnet, waar warmtepompen en power-to-heat installaties (die elektriciteit omzetten in warmte) de druk op het warmtenet kunnen verlichten of juist verzwaren.

Het maken van afspraken over bronnen, infrastructuur en kostenverdeling wordt zo een complexe puzzel. TNO ondersteunt alle betrokken partijen met innovatieve methoden en tools voor het plannen en ontwerpen van nieuwe oplossingen.

Warmte én koude: de toekomst is tweezijdig

Klimaatverandering brengt een extra dimensie. Martijn Clarijs, senior business consultant sustainable energy bij TNO, zegt hierover: “Recent onderzoek toont aan dat door de opwarming van de aarde ergens in de tweede helft van deze eeuw de koudevraag in Nederland groter wordt dan de warmtevraag. Waar we nu vooral focussen op verwarming, moeten toekomstige oplossingen ook koeling kunnen leveren.

Dit maakt de uitdaging nog complexer. We moeten systemen ontwikkelen die flexibel genoeg zijn om zowel warmte als koude te leveren, afhankelijk van het seizoen en de behoefte. TNO is hier nu al actief mee bezig, bijvoorbeeld door slimme energienetwerken te ontwikkelen, of door effecten van beleidskeuze in kaart te brengen met modellen zoals Hestia.”

Van eilanden naar ecosysteem

De samenhang tussen partijen en systemen in Nederland kan nog een stuk beter. Warmtenetten worden vaak als lokale oplossing ingestoken, met weinig of geen afstemming met naburige gemeenten of de regio. Dit leidt tot gemiste kansen, onnodige kosten en vertragingen.

In de ene gemeente blijft restwarmte onbenut, terwijl de buurgemeente investeert in dure nieuwe bronnen. Een aantal concrete knelpunten vragen om oplossingen:

1. Onbenutte flexibiliteit

Er ontstaat steeds vaker een mismatch tussen wanneer duurzame energie beschikbaar is (zonnige en windrijke dagen) en wanneer we warmte nodig hebben. Flexibele warmtenetten kunnen dit opvangen door power-to-heat toe te passen en warmte op te slaan voor later gebruik (seizoensopslag).

2. Gemiste sectorkoppeling

Warmtenetten kunnen het overbelaste elektriciteitsnet ontlasten door op strategische momenten warmte op te slaan of juist te leveren. Deze koppeling tussen verschillende energiesectoren wordt nog onvoldoende meegenomen in planning en ontwerp.

3. Gebrek aan standaardisatie

Elke gemeente hanteert eigen data, rekenmethoden en aannames. Er ontbreekt een gemeenschappelijke 'taal' voor de warmtetransitie. Er is behoefte aan een nationale catalogus van warmtekentallen over techniek, economie en duurzaamheid. Daarnaast zijn open rekenmodellen nodig. Zo ontstaat er transparantie wat helpt voor samenwerking en draagvlak.

"We zien ook een trend waarin er juist kleinschaliger wordt gedacht. Soms is het mogelijk om ook met een lokale bron warmte en koude te voorzien," aldus Martijn Clarijs.

Systeemintegratie: planning en ontwerp van energiesystemen

Gemeenten staan voor de opgave om warmteprogramma’s te ontwikkelen, waarbij diverse oplossingen voor duurzame warmtelevering moeten worden afgewogen. Omdat energie-infrastructuur wordt aangelegd voor een lange periode, is een goede analyse van toekomstige scenario’s essentieel.

Bij TNO hanteren we drie principes voor succesvolle systeemintegratie:

1. Integraal ontwerpen in de lokale context

We kijken naar de complete keten: van bron tot gebruiker, van uur tot seizoen, van wijk tot regio. Zaken zoals soorten ondergrond, afstand tussen wijken of grootte van de vraag bepalen allemaal wat de mogelijkheden, randvoorwaarden en financiële gevolgen zijn. Alleen door dit allemaal mee te nemen ontstaat een ontwerp dat realistisch is.

2. Dynamisch doorrekenen

Vraag en aanbod fluctueren per uur, dag en seizoen. Door deze dynamiek mee te nemen en daarnaast inzichtelijke toekomstscenario’s te maken, kan een kostenefficiënt systeem worden ontworpen, wat de basis is voor betaalbaarheid voor de eindgebruiker.

3. Samen beslissen

We brengen partijen samen rond open data en inzichtelijke berekeningen. Met het gebruik van ESDL (Energy System Description Language) als gemeenschappelijke taal kunnen alle betrokkenen effectief samenwerken door gestandaardiseerde workflows.

Het open werkplatform

Martijn vervolgt: “Het hart van onze aanpak is een open digitaal werkplatform, de Design Toolkit, waarin ketenpartners samenwerken aan het schetsontwerp van warmtesystemen. We maken gebruik van transparante data – in tegenstelling tot statische rapporten met verborgen aannames.”

Het open source werkplatform stelt gebruikers in staat om:

• Actuele plannen te ontwikkelen en bij te houden
• Scenario's door te rekenen bij veranderende omstandigheden
• Plannen af te stemmen met buurgemeenten en regionale ontwikkelingen
• Onderliggende aannames inzichtelijk te maken voor alle belanghebbenden

“In Rijswijk bijvoorbeeld is het werkplatform ingezet voor het ontwerp van een collectief warmtesysteem voor meerdere wijken. Door in te zetten op een mix aan bronnen, opslag van warmte en te kijken naar zowel ontwerp als gebruik van het net, is een slim ontwerp gemaakt. Het resultaat: lagere investeringen, minder operationele kosten én dus een meer betaalbare oplossing voor bewoners.”

Samen de warmtetransitie versnellen

Systeemintegratie levert concrete voordelen:

• Kostenreductie door optimaal gebruik van beschikbare bronnen
• Snellere ontwerpfase door betere afstemming tussen partijen
• Toekomstbestendigheid door te kijken naar warmte én koude
• Netbewust ontwerpen door slimme koppeling met elektriciteitssystemen

Maarten Bijl: “We werken samen met gemeenten aan de uitwerking van warmteprogramma’s, met regionale overheden aan regionale warmtenetten en met netbeheerders aan infrastructuur-integratie. Daarnaast kijken we met warmtebedrijven naar het slim combineren van meerdere bronnen, en met technologieleveranciers naar standaardisatie.

We zoeken actief naar koplopers en innovatieve partners die met ons willen werken aan demonstratieprojecten en de verdere ontwikkeling van instrumenten.”