September 2023
Hergebruik van restwarmte: complex, maar zeer interessant
Het kiezen van de juiste locatie is cruciaal bij het hergebruik van restwarmte. Helaas gaat het daar juist vaak fout. Belangrijke bronnen van restwarmte – industriële bedrijven en datacenters – zijn in het ideale geval gevestigd dicht bij een warmtenetwerk. Doordat dit besef pas de laatste jaren is doorgedrongen, staan veel van deze firma’s op de verkeerde plek. Is hergebruik van restwarmte daarmee kansloos? Nee, dat zeker niet. Het betekent wel dat er technische dan wel rekenkundige hoogstandjes nodig zijn.
De discussie over het hergebruiken van restwarmte speelt de laatste jaren vooral in de wereld van ICT en datacenters. In theorie is die discussie heel eenvoudig: in een datacenter staat veel IT-apparatuur opgesteld. Die systemen produceren veel warmte, die moet worden afgevoerd. Dat gebeurt nog voornamelijk met lucht. De afgevoerde warmte noemen we ook wel restwarmte. Tot enkele jaren terug gebeurde dit door – simpel gezegd – ‘het raam open te zetten’ zodat de warmte uit het gebouw werd verwijderd. Maar dat is toch verspilling?
Waarde van warmte
Dat we de term ‘rest’warmte gebruiken en niet gewoon warmte, geeft wel aan dat aan deze warmteproductie jarenlang geen waarde is toegekend. Het was eerder een afvalproduct waar we van af moesten. Niets is minder waar, meent Edgar van Essen, ceo van Switch Datacenters. ‘Het is gewoon een grondstof voor een ander proces, of dat nu verwarming van een gebouw van de buren is, zoals wij doen bij ons AMS2-datacenter, of warmte die in een productieproces kan worden toegepast. Het heeft dus economische waarde. Daar kun je als datacenteroperator iets mee in je business model.’
Hoe restwarmte financieel voordelig kan zijn, is al een aantal jaren onderwerp van veel en soms ook verhitte discussies. De brancheorganisatie van Nederlandse datacenters (de Dutch Datacenter Association) gaf op een gegeven moment namelijk aan dat hun leden bereid waren hun restwarmte gratis weg te geven. Of dit een politiek ingegeven zet was in een schaakspel met de overheid over de milieu-impact van datacenters, is niet geheel duidelijk. Het maakte de publieke discussie er echter niet eenvoudiger op. Als restwarmte immers geen waarde zou hebben, dan is het ook lastig om het hergebruik van restwarmte en de investeringen die hiervoor nodig zijn financieel rond te krijgen. Door het gratis weg te geven, werd restwarmte in feite een afvalproduct waar een datacenter liefst zo goedkoop mogelijk vanaf wil.
Wamte-afzuigers boven serverracks in een datacenter.
Juiste locatie
In een artikel in een vakblad voor datacenters gaf Van Essen van Switch Datacenters een heel andere visie. ‘Als je als datacenter gelooft in restwarmte, dan moet je daar ook zo goed mogelijk op inspelen. Je wilt dan immers naast dataleverancier ook warmteproducent worden en dat moet je dan wel goed organiseren. Bijvoorbeeld in je locatiekeuze. Ga dan dus niet in de polder zitten, maar kies juist een locatie in de buurt van een warmtenet. Zo zouden overheden hier ook naar moeten kijken. Het ‘wegstoppen’ van datacenters in de uithoeken van Nederland is op zich een begrijpelijke reactie, maar getuigt niet van een duidelijke visie op de vraag hoe wij industrieclusters van verschillende typen bedrijven die elkaar versterken slim kunnen plannen. Juist door samen te werken in een slimme keten, waar het afval van de een de grondstof is van de ander – in serie geschakeld dus – kan een forse hoeveelheid CO2 worden bespaard ten opzichte van een parallel systeem waarbij alle bedrijven zelfstandig hun grondstoffen inkopen zonder slim te combineren.’
‘Ga niet in de polder zitten, maar kies juist een locatie in de buurt van een warmtenet’
Warmteatlas
In het kader van de energietransitie publiceert de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) al jaren een online warmteatlas. Op deze atlas is te zien welke potentieel bruikbare bronnen van restwarmte aanwezig zijn op de verschillende locaties. In 2018 zijn colocatie- en hyperscale-datacenters (dit zijn de enorm grote datacenters van bijvoorbeeld Google en Microsoft) aan de warmteatlas toegevoegd.
En aangezien de markt voor datacenters zich zeer snel ontwikkelt, vond men het vorig jaar tijd voor een update van deze atlas. RVO heeft daarom, overigens samen met de Dutch Datacenter Association, onderzoeksbureau Pb7 Research gevraagd om deze update te realiseren. Peter Vermeulen, directeur van Pb7 Research: ‘Wij beschikken over een uitgebreide up-to-date database met datacenters waardoor we deze update efficiënt en accuraat konden uitvoeren.’
De update biedt de meest recente informatie over restwarmte. Om het warmteaanbod te berekenen, heeft het onderzoeksbureau enkele aannames gedaan. Dat is allereerst dat het energiegebruik door computerapparatuur in het datacenter volledig in warmte wordt omgezet. Daarnaast gaat men er vanuit dat de warmte van andersoortig energiegebruik niet als restwarmte zal worden afgevoerd. Het huidig warmteaanbod kan dan worden berekend door het energiegebruik te delen door de PUE (power usage effectiveness). De PUE wordt immers berekend als het totale energiegebruik gedeeld door het energiegebruik van de computerapparatuur. Om tot bruikbare gegevens te komen, heeft men de per definitie per datacenter variërende PUE vastgesteld op 1,10 voor een hyperscaler, 1,30 voor een colocatie-datacenter en 1,60 voor een enterprise-datacenter.
Vermeulen: ‘Om het potentieel warmteaanbod te berekenen, vermenigvuldigen we het opgesteld IT-vermogen (MW) met het gemiddeld aantal uren in een jaar (8.766) en delen dat door 1.000 om van MWh naar GWh te komen. Dit is een theoretisch getal, aangezien dat uitgaat van een datacenter met 100 procent bezetting van de volledige capaciteit (in MW) dat daar bovendien elk uur van het jaar gebruik van maakt. In de praktijk zal vrijwel elk datacenter daar minimaal 10 procent en vaak aanzienlijk meer, onder blijven.’
Lage temperaturen
In de update van de warmteatlas staan nog meer interessante gegevens. Als we kijken naar de hoeveelheid restwarmte die geproduceerd wordt, zien we dat ongeveer een derde van de datacenterlocaties 0,6 tot 3 GWh per jaar produceert. Aan de andere kant zien we een handvol locaties die meer dan 120 GWh per jaar voortbrengen. Wat opvalt, is dat de bovenkant van de colocatie-markt de productie van hyperscale-locaties inmiddels aardig benadert. Het gaat hierbij met name om colocatie-datacenters die op maat worden gebouwd voor een enkele klant, veelal uit de hyperscale cloudmarkt.
De modellering van het warmteaanbod van datacenters.
Ook stelt Vermeulen in de update vast: ‘De restwarmte is in veruit de meeste gevallen relatief laagwaardig, tussen de 20 en 25 °C. In nieuwe datacenters zien we een toename van de temperatuur, met name doordat vaker compacte, krachtige servers (‘high density’) worden gehuisvest.’
Dit sluit duidelijk aan op de visie van Dirk Harryvan van de consultancyfirma Certios. ‘Hergebruik van restwarmte is een uitstekend idee, maar we moeten ons wel bewust zijn van de temperaturen die een datacenter kan leveren. Die is relatief laag, zeker als we dit vergelijken met industriële restwarmte, waarvan de temperaturen vaak veel hoger zijn.’
Wie betaalt wie?
Het hebben van voldoende aanbod is maar één kant van de medaille. Op papier is het model van hergebruik van restwarmte weliswaar eenvoudig: ‘Ik heb warmte over, de buren kunnen dat gebruiken voor verwarming of een ander proces’, maar dan is de temperatuur van de restwarmte die beschikbaar komt natuurlijk wel belangrijk. We kunnen met technische maatregelen de temperatuur verhogen (‘cascaderen’), maar daar is energie voor nodig en dat kan een flinke streep door de rekening zijn van een project voor hergebruik van restwarmte. Kunnen we wel energie aan een proces van hergebruik van restwarmte toevoegen als dit de milieubelasting van het hergebruik vergroot en bovendien meer kosten met zich mee brengt? Die vraag beantwoorden vergt flink wat rekenwerk.
Volgens Alex Bik, cto van BIT, een datacenter in Ede, wordt bij restwarmteprojecten vaak een denkfout gemaakt. In veel discussies wordt er namelijk van uitgegaan dat het bedrijf dat de restwarmte beschikbaar heeft en aan een andere partij wil leveren, daar geld voor krijgt. Als we echter teruggaan naar het aanbod dat de Dutch Datacenter Association deed door restwarmte gratis beschikbaar te stellen, dan zien we dat we ook op een andere manier naar de waarde van restwarmte kunnen kijken. Als de overheid hergebruik van restwarmte verplicht gaat stellen, zoals dat nu in Duitsland lijkt te gaan gebeuren, dan verandert de discussie rond restwarmte compleet. Dan gaat het niet meer om geld verdienen met restwarmte, maar om het tegen zo laag mogelijke kosten afvoeren van restwarmte.
Met elektriciteit uit windmolens is de opgewekte warmte volledig CO2-neutraal.
Warmte en koude
Bij BIT in Ede hebben ze daar goed over nagedacht. Daar heeft het datacenter namelijk heel open en transparant samengewerkt met het lokale warmtebedrijf. Het idee hierbij is dat beide partijen baat willen hebben bij hergebruik. Het uitgangspunt was: een datacenter moet de opgestelde IT-apparatuur tegen zo gunstig mogelijke kosten koelen. Daarvoor geeft men geld uit aan koelapparatuur (aanschaf apparatuur, energiekosten, onderhoud enzovoort). Het koelen levert restwarmte op die voor het warmtebedrijf weer interessant is, zelfs als de temperatuur daarvan relatief laag is. BIT levert nu restwarmte van 19 - 20 °C aan het warmtenet. Het warmtebedrijf levert, nadat het de warmte heeft hergebruikt, echter weer koud water van 14 °C terug aan BIT. Het datacenter gebruikt dit koude water voor het koelen van de opgestelde IT-apparatuur. Op deze manier is een circulair model ontwikkeld waar beide partijen baat bij hebben.
Interessant genoeg koopt bovendien niet het warmtebedrijf de restwarmte van het datacenter, maar verloopt de geldstroom precies andersom. Bik geeft aan dat zijn datacenter koud water koopt van het warmtebedrijf en dit financiert met de besparingen die gehaald worden op het in eigen beheer creëren van koelvermogen. Het is dus zaak om bij projecten rond het hergebruik van restwarmte heel open en eerlijk te rekenen. Daarbij helpt het uiteraard als leverancier en afnemer van restwarmte dicht bij elkaar zitten. Dat scheelt enorm in bijvoorbeeld de kosten voor het aanleggen van leidingen.
De rekensommen die hierbij ter tafel komen, zijn dus veel complexer dan alleen het verkopen en kopen van een product. Op tal van manieren heeft het hergebruik van restwarmte impact op de kosten die zowel de leverancier van de restwarmte als deafnemer van restwarmte maken. ‘Het is cruciaal goed te rekenen aan dit soort projecten’, bevestigt Harryvan van Certios. ‘Zeker als je op een locatie zit waar meerdere bronnen van restwarmte beschikbaar zijn.’
‘Restwarmte is niet iets dat we gratis moeten weggeven’
Groen-in/groen-uit
Van Essen van Switch Datacenters ziet volop kansen: ‘Grote energiebedrijven zijn voor datacenters natuurlijke partners. Zij zijn immers de grote warmteleveranciers van ons land. Ook moet je kijken wat je als datacenter jouw omgeving te bieden hebt. Wij willen als datacenterbedrijf graag een grootschalige warmteleverancier worden. Dan moet je het datacenter dus ook een technische infrastructuur geven die niet alleen in staat is jouw IT-klanten te faciliteren, maar ook in staat is een maximale hoeveelheid restwarmte van goede kwaliteit te leveren.’
‘In het kader van de energietransitie is restwarmte dus niet iets dat we gratis moeten weggeven. We moeten de productie ervan juist optimaliseren, zodat energiebedrijven centrales kunnen afschakelen die nu enkel kolen of gas verstoken om warmte te produceren die in een warmtenet wordt gepompt. Het optimaliseren van de restwarmteproductie doe je natuurlijk het beste samen met een hyperscaler, omdat zij zich via hun PPA (power purchase agreements) hebben gecommitteerd tot het draaien op 100 procent windenergie. Het resultaat hiervan zou kunnen zijn dat wij met groene windstroom uiteindelijk een stadswarmtenet kunnen gaan voorzien van volledig groen opgewekte restwarmte, die dus CO2-neutraal is. Groen-in/groen-uit dus.’
Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: iStock