Foto: WarmteStad, Pjotr Wiese

Overschotten aan elektriciteit omzetten naar warmte en in de bodem opslaan, maakt dat meer duurzaam opgewekte energie kan worden gebruikt en het elektriciteitsnet wordt ontlast. Het project COHEASY van KWR onderzoekt twee casussen en presenteert de resultaten op 13 maart.

De informatie uit dit artikel is afkomstig van 'Warmte en elektriciteit verbinden' - Stichting Warmtenetwerk. Auteur is Paul Diersen.

Het warmtenet van WarmteStad Groningen is een complex energiesysteem, schetst Daniël Bakker, projectmanager van COHEASY. Het krijgt restwarmte van datacentra, er zijn warmtepompen om die warmte op hogere temperaturen te krijgen, ketels -gas dus- voor de piekvraag en recentelijk is daar zonthermie bijgekomen. Ook is er een forse dagbuffering en komt er ondergrondse midden-temperatuur warmteopslag in de vorm van een aquifer. “Dat geheel maakt het een superinteressante testcase.”

Bakker houdt zich met collega-onderzoeker energie en water Els van der Roest bij KWR bezig met systeemintegratie in de gebouwde omgeving. Vanuit die rol landde bij hen de afgelopen jaren het besef dat warmteopslagsystemen en seizoenopslagsystemen veel flexibiliteit kunnen bieden voor het elektriciteitsnet. Een surplus aan elektriciteit -in de zomer- kan door het om te zetten naar warmte op andere momenten worden benut. Hieruit ontstaat het project COHEASY, dat mede is gefinancierd door TKI-Energie uit de Toeslag voor Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI’s) van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat.

Doel is het verbinden van de warmte- en elektriciteitssector. Want een warmtebedrijf houdt zich niet of nauwelijks bezig met elektriciteit en vice versa. En ook: “gevoel krijgen bij de functie die warmteopslag kan hebben voor het elektriciteitssysteem”, legt Van der Roest uit. “Maar warmte en elektriciteit verbinden is inderdaad een van de grote drijvers van dit project.” In de klankbordgroep zitten dan ook bedrijven uit beide sectoren, zoals De Warmtetransitiemakers, Vattenfall, TenneT, Warmtestad en Dunea Warmte en Koude.

Dat die partijen gezamenlijk aan tafel zitten, is voor Van der Roest al heel waardevol. Het project zelf is weliswaar “niet groot genoeg om de wereld te veranderen”, maar “er is wel meer begrip over en weer gekomen.” De onderzoekers hebben gekeken naar wat nu eigenlijk de belangrijkste KPI’s zijn van warmteopslagsystemen, en hoe twee geselecteerde casussen daarop scoren. Focus daarbij ligt op flexibiliteit. Een eenduidige definitie van flexibiliteit is moeilijk te geven, daarom is gekozen voor een drieledige invulling.

Digital twin

Voor de case van Warmtestad bouwde KWR een digital twin. Dat is een digitale kopie van de werkelijke warmtecentrale, waarin de onderzoekers proberen om de werking van de centrale zoveel mogelijk te reproduceren. Daarmee kunnen de onderzoekers vervolgens zaken uitproberen die in de praktijk lastig zijn te leren of men niet zo snel zou aandurven. En dan zien hoe het systeem als geheel verandert. Van der Roest: “Wat zou er bijvoorbeeld gebeuren als je – ik roep maar wat – het zonthermiepark vergroot en meer opslaat in de ondergrondse warmteopslag. Wat doet dat dan met de efficiency en de kosten voor het hele systeem? Dat zijn concrete vragen waar we met de digital twin antwoord op kunnen geven.”

Of neem een nieuwe partij die restwarmte zou willen aanbieden aan WarmteStad. Bakker: “Hoe pas je dat in? Welke temperatuur heeft die restwarmte? Als je dat op een laagdrempelige manier inzichtelijk kunt maken, geeft dat een mooie eerste richting aan zo’n discussie.”

Binckhorst

De tweede casus is de Binckhorst in Den Haag, een herontwikkeling van een grootschalig industrieterrein in de nabijheid van de Haagse binnenstad. De verwachting is dat de nieuwbouw van warmte en koeling zal worden voorzien door middel van een WKO-net. KWR onderzocht er met Dunea Warmte en Koude hoe thermische energie uit drinkwater (TED) voor regeneratie van het wko-systeem kan zorgen. Van der Roest: “Er zijn in het gedeelte dat wij onderzoeken meer woningen dan bedrijven, dus je hebt een koude-overschot. In de zomer moet er dus extra warmte in de wko. Dat noem je regenereren en dat kan vanuit het TED-systeem van Dunea.”

KWR heeft twee ontwerpevaluaties toegepast op deze casus. In de eerste is energie uit drinkwater (TED) vergeleken met thermische energie uit oppervlaktewater (TEO). Bij de tweede ontwerpevaluatie is uitgegaan van een LT-net, waarbij een warmtepomp aan het systeem wordt toegevoegd. Er is vervolgens gerekend wat er gebeurt met het systeem als de temperatuur van de warmtepomp wordt verhoogd van 25 graden naar 30 of zelfs 35 graden. “Wat interessant is, als je naar de maatschappelijke businesscase kijkt: het totale energieverbruik verschilt niet echt. De warmtepomp gaat meer energie verbruiken, de woningen minder. Maar je kan wél méér schuiven met de inzet van de warmtepomp. Die kan op die manier dus beter aansluiten op het profiel van duurzame energieopwekking.”

Er is berekend dat afhankelijk van de temperatuurinstelling van de warmtepomp en het (weer)jaar dit 35-60% van de tijd kan zijn dat de warmtepomp in werking is. Qua stroomkosten zou dat in het meest gunstige scenario een besparing van circa 15% kunnen opleveren, gerekend met de prijzen van nu. Let wel, zo nuanceert Bakker: “Een warmtepomp continu aan- en uitzetten omdat je de markt wil volgen en de allerlaagste stroomprijs wil, is wel slecht voor de warmtepomp en zorgt voor hogere onderhoudskosten. Een aantal keren per dag schakelen is echter goed haalbaar en kan alsnog voordelig zijn. Dergelijke praktische afwegingen en kanttekeningen komen we veel tegen in onze gesprekken met de warmtebedrijven.”

Evenement Flexibili-tijd

De uitkomsten van beide cases worden 13 maart gepresenteerd tijdens het evenement Flexibili-tijd; Hoe warmte en elektriciteit elkaar kunnen versterken dat TKI Urban Energy, KWR en de Nationale Learning Community Systeemintegratie houden in Nieuwegein. Naast de resultaten van COHEASY presenteert CE Delft de eindresultaten van studie Potentie van Power-to-heat en warmteopslag als flexibiliteitsoplossing voor de gebouwde omgeving. Dit evenement is fysiek te bezoeken maar ook via livestream te volgen. Aanmelden kan via https://www.topsectorenergie.nl/agenda/flexibili-tijd-hoe-warmte-en-elektriciteit-elkaar-kunnen-versterken.