Halvering CO2-emissie woningen en industrie in 2030 betaalbaar

De lucht/lucht-warmtepomp zal in het stookseizoen de ­basiswarmtevraag van de woonkamer leveren, waardoor het gasverbruik van de cv-installatie sterk vermindert.

Case 1 – Gebouwde omgeving

Een hoekwoning in forensendorp Bilthoven heeft, inclusief een zolder, drie verdiepingen. De oriëntatie van de woonkamer is op het zuiden. Alle ramen zijn voorzien van dubbele beglazing, behalve de dakkapel van de zolder. De buitenmuren zijn redelijk goed geïsoleerd, maar het zolderdak is ongeïsoleerd. De cv-ketel is twaalf jaar oud. De radiatoren in de woon- en slaapkamers hebben niet zo’n groot oppervlak, waardoor een hoog gestookt cv-systeem noodzakelijk is. De bewoonster, een dame op leeftijd, stelt ­de kamerthermosstaat ’s winters hoog af. Hierdoor zijn het jaarlijkse gasverbruik en bijkomende gaskosten substantieel.

Oplossing

De bewoonster wil graag een airco, omdat die het comfort op hete zomerdagen kan verhogen en bovendien de astma verlicht. Na overleg wordt echter besloten om géén airco-unit, maar een airco/omkeerbare warmtepomp-unit (lucht/lucht) met een hoogstaand luchtzuiveringsfilter en een goed Energielabel aan te schaffen. Dit type levert gekoelde lucht in de zomer en warme lucht in de winter. Er wordt bewust voor een lucht/lucht-warmtepomp gekozen, omdat het niet mogelijk is om een hybride (water/lucht) warmtepomp waterzijdig te koppelen aan het bestaande hoog gestookte cv-systeem in de woning. Er is immers geen vloerverwarming en er zijn geen vergrote radiatoren of (koel)convectoren met ventilator aanwezig. Een lucht/lucht-warmtepomp zal in het stookseizoen de basiswarmtevraag van de woonkamer leveren, waardoor het gasverbruik van de cv-installatie sterk vermindert. Wanneer het in de woonkamer te koud dreigt te worden, schakelt de kamerthermostaat automatisch de bestaande cv-ketel alsnog in bedrijf voor levering van piekverwarming.

Meterkast

Uitbreiding van de bestaande meterkast met een aparte elektrische groep voor een (grote) airco-warmtepomp is in dit geval problematisch, omdat de meterkast helemaal vol is. Een additionele eis die dus aan de airco-warmtepomp wordt gesteld, is dat deze energie-efficiënt moet zijn en een relatief laag opgenomen elektrisch vermogen (maximaal 1 kW) heeft. In dat geval kan de voeding immers zonder probleem op een bestaande elektrische groep in de garage worden aangesloten (zekeringswaarde groep 16 A, dus max 3,7 kW toelaatbaar elektrische vermogen). Een airco in huis zal comfort leveren, maar vraagt wel extra elektriciteit. De hoeveelheid elektriciteit om gedurende circa 350 uur per jaar 2 kW koeling te leveren is echter beperkt, circa 170 kWh/jaar, mede door de hoge energie-efficiëntie van de unit. Deze hoeveelheid correspondeert met een toename van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van ongeveer 5 procent. Besloten wordt om een Mitsubishi invertor multisplit airco-warmtepomp te selecteren en te laten plaatsen door de firma Winters Duurzame Klimaattechniek uit Groenekan. De installatie bestaat uit een buitenunit voorzien van toerengeregelde scroll-compressor (koudemiddel R32) en twee binnenunits, elk met een luchtzuiveringsfilter, toerengeregelde fans, laag geluidsniveau en Energielabel A⁺⁺⁺.
Er wordt één binnenunit in de woonkamer gemonteerd (3,5 kW koeling of 4 kW verwarming) en een tweede, kleine, binnenunit in de slaapkamer. De woonkamerunit en slaapkamerunit kunnen niet gelijktijdig hun maximale koeling of verwarming leveren, maar dat is ook niet nodig. Als de woonkamer overdag veel koeling vraagt is er op dat moment geen behoefte aan koeling in de slaapkamer.
Het boorwerk voor de doorvoer van de koudemiddelleidingen en de kabels naar buiten, en de montage van de units waren een uitdaging: 40 cm gewapend beton en metselwerk. Gelukkig verliep dit alles zonder problemen. De efficiency van de airco-warmtepomp met Energielabel A⁺⁺⁺, uitgedrukt in COP (Coefficience of Performance) is redelijk hoog. De COP in warmtepompbedrijf (ratio tussen geleverde verwarming en opgenomen elektrisch vermogen) is in vollast 5,0.

* aandeel energiebelasting kleinverbruikers in de totale gaskosten is € 0,325/m³. Inmiddels zijn de prijzen verder gestegen

Tabel 1. Energieverbruik 2020 hoekwoning.

In de brochure wordt in verwarmingsbedrijf een seizoengemiddelde COP van 4,6 genoemd, dichtbij de waarde 5.0.

Tabel 2. Technische gegevens Mitsubishi multisplit airco-warmtepomp.

Investering

De investering voor de installatie van deze relatief luxe airco-warmtepomp met luchtzuiveringsfilter en twee binnenunits, inclusief boorwerk, leidingwerk, elektrische aansluitingen en afmonteren was € 4.500 (inclusief btw).

Een vereenvoudigd schema voor benutting van restwarmte.

Besparing aardgas en rentabiliteit

• Warmtelevering warmtepomp woonkamer: stel gemiddeld 2,0 kW gedurende 4.000 uur = 8.000 kWh/jr.
• Besparing gas cv-ketel: 8.000 kWh x 3,6 / (31,65 MJ/Nm³ x 90 % (ketelrendement)) = 1.000 Nm³ aardgas/jr, ofwel € 1.000/jr besparing en broeikasgas CO₂-reductie van 1,8 ton/jr.
• COP warmtepomp-modus tijdens stookseizoen: brochure noemt 4,6, reken conservatief met een COP van 4,4.
• Extra elektraverbruik warmtepomp: 8.000 kWh warmte / 4,4 = 1.818 kWh/jr elektra, dus € 300/jaar.

De netto besparing op energiekosten is (€ 1.000 - € 300) € 700 per jaar. De terugbetaaltijd voor deze luxe lucht/lucht airco-warmtepomp unit plus twee binnenunits en luchtzuiveringsfilter is ruim 6 jaar. Door uit te gaan van flink stijgende gasprijzen of van een minder luxe unit en één binnenunit in de woonkamer zal de terugbetaaltijd dalen naar ongeveer 5 jaar. Halvering van het gasverbruik en de CO₂-emissiereducties in bestaande woningen met lucht/lucht-warmtepompen is kosteneffectief en betaalbaar (doelstelling 1). In andere gevallen zal toepassing van hybride warmtepompen die worden aangesloten op al bestaande vloerverwarming en vergrote radiatoren rendabel zijn.
Indien bij 50 procent van de 8 miljoen woningen tot 2030 een (betaalbare) warmtepomp voor alleen de woonkamer wordt gemonteerd, correspondeert dit reeds met een broeikasgas CO₂-emissiereductie van 7 Mton/jr. Immers, de totale broeikasgasuitstoot van de Nederlandse economie is 200 Mton per jaar; 50 % x 8 miljoen woningen x 1,8 ton/jr CO₂ = 7 Mton/jr. Daarnaast kunnen veel andere woningen in grote steden met stadsverwarming worden aangesloten op industriële restwarmtelevering.
Het is evident dat het volledig klimaatneutraal maken voor 2050 (doelstelling 2) van een jaren 70-woning een grote renovatie vraagt en zeer kostbaar zal zijn. Het bestaande cv-systeem met alle radiatoren zal moeten worden vervangen door lage temperatuurverwarming, het dak zal moeten worden geïsoleerd en de meterkast zal moeten worden gerenoveerd om een groter warmtepomp vermogen en bijvoorbeeld pv-panelen mogelijk te maken. Dit zal zeker € 25.000 kosten, waardoor de terugbetaaltijd ligt in de tussen de 15 en 25 jaar. Een kanttekening is wel dat voorkomen moet worden dat in groten getale alleen airco’s zonder warmtepompfunctie worden geplaatst of dat de warmtepompfunctie te weinig wordt gebruikt. Dit jaagt het elektriciteitsverbruik juist op, terwijl de besparing op aardgas dan verloren gaat.

Tabel 3. Voorbeelden kosten en milieu-indicatoren middelgrote restwarmteprojecten binnen industrie.

Case 2 – Industrie

De CO₂-reductiedoelstelling voor de industrie is in het klimaatakkoord gesteld op 20 Mton/jr (1 Mega = 10⁶ ). Ter vergelijking: in 2017 bedroeg de CO₂-uitstoot door industrie circa 45 Mton/jr. Deze case bespreekt eerst het energieverbruik van de Nederlandse industrie en vervolgens het sterk onderbelichte en forse restwarmtebenutting-potentieel binnen de eigen bedrijfspoort alsmede de kosteneffectiviteit. Een restwarmtesysteem dient te worden beschouwd als restwarmteketen, bijvoorbeeld een restwarmteketen op basis van heetwaterdistributie voor verwarming van tankfarms (schema 1). Een vereenvoudigd restwarmtescenario voor benutting van restwarmte in de industrie kan er als volgt uitzien:

• 1.100 grote bedrijven hebben tot 2020 geparticipeerd in bestaande Energie convenanten (MJA3+MEE),
• elke site: identificatie en realisatie van (ten minste) 6 MW thermisch restwarmte benuttingspotentieel, dat wil zeggen: één groot project of enkele kleinere projecten voor basislast warmtelevering,
• totale besparing: 1.100 x 6 MW x 6.000 h/a = 140 PJ/jr (equivalent aan 9 Mton CO₂-reductie). Het jaarlijkse besparingspotentieel is dan 140 PJ/jr, hetgeen correspondeert met een aardgasbesparing van 5 miljard Nm³ en een jaarlijkse broeikasgas CO₂-emissiereductie van 9 Mton. Dit is al bijna 50 procent (!) van de CO₂-reductiedoelstelling van 20 Mton/jr,
• realisatieperiode restwarmteprojecten in periode 2021 - 2030.

Uit een aantal restwarmteprojecten van Bilfinger Tebodin blijkt dat er bij veel bedrijven nog onbenutte restwarmte-projecten binnen de eigen fabriekspoort zijn.

Onbenutte restwarmte

Bij voedingsmiddelenbedrijven is de bedrijfstijd vaak 6.000 h/a, veel chemische bedrijven draaien meestal 24/7 volcontinu. Uit een aantal restwarmteprojecten van Bilfinger Tebodin, zoals praktische restwarmtescans, conceptual engineering en development, is gebleken dat er bij veel bedrijven nog onbenutte restwarmte-projecten binnen de eigen fabriekspoort zijn. Identificatie en development van bijvoorbeeld een tot drie restwarmteprojecten per bedrijf met een totaal restwarmtevermogen van circa 6 MW moet praktisch uitvoerbaar zijn. Dergelijke kleine- en middelgrote restwarmteprojecten binnen elk bedrijf zouden in een tijdsperiode van 2 - 9 jaar moeten kunnen worden gerealiseerd. Dit vergt maatwerk per bedrijf (aanbrengen van tie-ins tijdens de grote bedrijfsstop) en een multidisciplinaire aanpak, maar is zeker geen rocket science. Naar verwachting zijn de terugbetaaltijden van deze restwarmteprojecten in het licht van de huidige industriële energietarieven vaak tussen de vier en tien jaar, exclusief subsidie. Vooraanstaande bedrijven werken reeds intern met CO₂-schaduwprijzen (€ 50/ton, wellicht hoger) waardoor terugbetaaltijden met globaal twee jaar kunnen worden verkort. Daarnaast moet worden bedacht dat een terugbetaalperiode van vijf tot tien jaar voor een project met een project-levensduur van 25 - 30 jaar niet slecht is. Om restwarmteprojecten betaalbaar te houden is het van belang dat de afstand tussen bron en afnemer niet te groot is, dus bij voorkeur binnen de bedrijfspoort. Daarnaast moet het ontwerp zijn gebaseerd op de basislast-warmtelevering en dient de bedrijfstijd van de restwarmtegebruiker relatief hoog te zijn om voldoende cashflow te genereren om het project terug te verdienen. Restwarmteprojecten gebaseerd op pieklast-warmtelevering zullen vanwege het geringe aantal bedrijfsuren warmtelevering, een slechte rentabiliteit hebben (en dus hoge terugbetaaltijden).

Conclusie

Naar aanleiding van de ervaringen van Bilfinger Tebodin met restwarmteprojecten in de industrie kunnen de volgende conclusies worden getrokken:

• het restwarmtebesparingspotentieel, vooral binnen de eigen fabriekspoort, is groot, maar vaak nog onzichtbaar,
• restwarmteprojecten moeten gebaseerd zijn op de basis-warmtevraag om betaalbaar te blijven. Terugbetaaltijden van bovengenoemde restwarmteprojecten liggen dan in de range 5 - 10 jaar, exclusief subsidie.
• het geschetste scenario gaat uit van 1.100 industriële bedrijven in Nederland die restwarmteprojecten genereren met een thermisch restwarmtevermogen van circa 6.500 MW. Dit lijkt niet onredelijk, omdat er reeds 1.100 grote bedrijven uit 40 sectoren hebben meegedaan aan de MJA3 en MEE met aanzienlijke besparingsdoelstellingen. Het jaarlijkse besparingspotentieel is dan 140 PJ/jr, hetgeen correspondeert met een aardgasbesparing van 5 miljard Nm³ en een jaarlijkse broeikasgas CO₂-emissiereductie van 9 Mton. Dit is bijna 50 procent van de CO₂-reductiedoelstelling van 20 Mton/jr voor industrie, zoals geformuleerd in het Klimaatakkoord.

Gezien de hoge urgentie om klimaatverandering te vertragen en de beperkte resterende tijd tot 2030, dient direct te worden gestart dit restwarmtepotentieel te verzilveren.

Auteur

Mark Elderman (mark.elderman@bilfinger.com), senior energie-consultant & Utility Engineer bij Bilfinger Tebodin, tevens gecertificeerd bij Fedec als energieconsultant industrie.

Tekst: Mark Elderman, senior Energieconsultant & Utility Engineer, Bilfinger Tebodin
Fotografie: iStock, Industrie