29-05-2019

Verwarming en koeling in onze gebouwen en industrie is goed voor de helft van het energieverbruik in de EU. Tegelijkertijd stelt de EU ambitieuze doelstellingen tegen 2030 en 2050 om de energiesector te decarboniseren. In onze nieuwste expert talk gaan Nele Renders, Ann Wouters en Pieter Vingerhoets dieper in op de uitdagingen en belichten ze enkele tools en studies die kunnen helpen bij de overgang van fossiele warmte naar groene warmte.

Geschreven door Nele Renders, Projectmanager Energie- en Klimaatbeleid bij EnergyVille/VITO, Ann Wouters, Programmamanager Thermische Energie en Energiemarkten bij EnergyVille/VITO en Pieter Vingerhoets, Onderzoeker Slimme Energie en Bebouwde Omgeving bij EnergyVille/VITO.


Expert talk: van fossiel naar groene warmte

Verwarming en koeling in onze gebouwen en industrie is goed voor de helft van het energieverbruik in de EU. Bij de EU-huishoudens is verwarming en warm water alleen al goed voor 79% van het totale finale energieverbruik (9348 PJ); voor Belgische huishoudens bedraagt ​​het aandeel van verwarming en warm water in totaal 85% van het finale energieverbruik (290 PJ). 87% van de Belgische ruimteverwarming wordt nog steeds opgewekt uit fossiele brandstoffen, terwijl slechts 10% wordt opgewekt uit hernieuwbare energie, voornamelijk uit biomassa[i]. Om de klimaat- en energiedoelstellingen van de EU te halen, moet de verwarmingssector haar energieverbruik drastisch verminderen en het gebruik van fossiele brandstoffen verlagen. De herziene richtlijn rond hernieuwbare energie (Renewable Energy Directive) is gericht op het verhogen van hernieuwbare energiebronnen in de verwarmings- en koelingssector van de EU door als doelstelling een jaarlijkse gemiddelde toename van hernieuwbare energie met 1,3% tussen 2021 en 2030 te nemen. Tegelijkertijd zet de EU zich in om de energiesector, inclusief verwarming en koeling in gebouwen en industrie, koolstofvrij te maken om tegen 2050 te komen tot een economie met netto geen broeikasgasemissies. Deze verbintenissen komen ook tot uiting in het Belgische energiepact: het doel is om onze gebouwen in 2050 niet meer met fossiele brandstoffen te verwarmen, maar met hernieuwbare en koolstofarme technologieën (bijv. warmtepomp, stadsverwarming, aardwarmte, zonnewarmte, biomassa, biogas of synthetisch gas). In het ontwerp van het Vlaamse klimaatbeleidsplan 2021-2030 worden bijkomende beleidsmaatregelen in de sector gebouwen geïntroduceerd om deze doelstellingen te bereiken, wat zou kunnen resulteren in ongeveer 44% reductie van fossiele brandstoffen in 2030 vergeleken met 2005[ii].

De bovengenoemde ambitieniveaus impliceren sterke uitdagingen voor de heterogene verwarmingssector in Europa. De verwarmingssector bestaat uit vele kleine actoren op lokaal en nationaal niveau, is afhankelijk van diverse technologieën, infrastructuur en energiebronnen, en opereert onder verschillende klimatologische en geografische omstandigheden. In tegenstelling tot elektriciteit kan warmte niet efficiënt over lange afstanden worden getransporteerd, daarom moet de opwekkingscapaciteit voor verwarming relatief dichtbij het gebruik worden ingezet. Omdat gebouwen qua grootte, leeftijd en doel sterk verschillen, moeten de verwarmingssystemen voor gebouwen worden aangepast aan de kenmerken van de gebouwen zelf. Om tegemoet te komen aan deze uiteenlopende behoeften, is aan de aanbodzijde een breed scala aan technologieën ontwikkeld, gaande van oplossingen voor één gebouw (op basis van bijvoorbeeld stookolie, aardgas, thermische zonne-energie-installaties, warmtepompsystemen zoals warmtebronnen, grondgebaseerde of op water gebaseerde systemen) naar oplossingen voor meerdere gebouwen of stadsverwarmingsnetwerken (gebaseerd op fossiele brandstoffen, industriële overtollige warmte of hernieuwbare warmte uit aardwarmte, afval, biogas of biomassa, thermische zonne-energie of grootschalige warmtepompen). Door de hoge lokale contextafhankelijkheid, de grote verscheidenheid aan technologische oplossingen en de gefragmenteerde actorstructuur, betekent het proces van decarbonisatie een sterke uitdaging voor de verwarmingssector, in vergelijking met andere sectoren zoals onshore wind- en zonne-elektrische stroom[iii].

thermischlabo

Het is belangrijk zowel de technische als de niet-technische aspecten van het proces aan te pakken om de implementatie van koolstofarme warmte te versnellen. Cruciale ingrediënten voor decarbonisatie zijn het bestaan ​​van een duidelijke langetermijnstrategie inclusief de lokale contextgrenzen, de identificatie van barrières en drijfveren om gemeenschappelijke kennis van de betrokken actoren op te bouwen, dit alles gecombineerd met een adequaat monitoringsysteem om de voortgang richting de doelstellingen te beoordelen. EnergyVille biedt hierrond uitgebreide ondersteuning aan beleidsmakers van lokaal tot Europees niveau.

Om onze gebouwen niet langer te verwarmen met fossiele brandstoffen in 2050, is een brandstofomschakeling nodig, weg van fossiele brandstofbronnen zoals stookolie en aardgas. Een recente studie van EnergyVille[iv] ter ondersteuning van het Vlaamse klimaatbeleidsplan 2021-2030, wees uit dat koolstofarme warmteoplossingen waarbij stookolieketels geleidelijk worden uitgefaseerd, relatief goedkoper uitkomen in vergelijking met aardgasketels. Vanuit systeemperspectief kan het daarom worden aanbevolen prioriteit te geven aan het vervangen van stookolie-installaties in de richting van meer duurzame alternatieven. De uitfasering van stookolieketels is al tientallen jaren een trend: in de Vlaamse energiebalans[v] merken we een daling van het aandeel stookolie in het residentiële energieverbruik van ongeveer 50% in 1990 tot ongeveer 25% in 2017. Deze trend werd hoofdzakelijk veroorzaakt door een omschakeling naar aardgasketels en slechts in beperkte mate door oplossingen met een laag koolstofgehalte. Daarom zijn er ambitieuze doelstellingen vooropgesteld door de recente coalitie[vi] van fabrikanten, energieleveranciers, installateurs, milieuorganisaties en deskundigen om de installatie van nieuwe stookolieketels tegen 2021 te stoppen en alleen de verkoop en installatie van duurzame verwarmingsalternatieven tegen 2030 nog toe te staan.

Stookolieketels vervangen door koolstofarme alternatieven is een kostenefficiënte manier om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, maar dit is niet voldoende om in 2050 te voldoen aan een volledig gedecarboniseerde warmtevraag. Er zijn andere technologische opties om de vraag naar verwarming te dekken, zoals elektrificatie met warmtepompen, biomassa, diepe geothermische energie, valorisatie van industriële restwarmte, of op de lange termijn, waterstof of groen of synthetisch methaan. Al deze energiedragers kunnen een plaats hebben in de dekking van de toekomstige energievraag tegen 2050, maar zijn sterk afhankelijk van de typische barrières en drijfveren van elke technologie.

In het MIRA-onderzoek 'Milieuverkenning 2018, Achtergrond document Oplossingsrichtingen voor het Energiesysteem'[vii] werden stakeholderworkshops georganiseerd om urgente barrières en facilitators van duurzame warmte in Vlaanderen in kaart te brengen. Enkele conclusies voor lage temperatuur warmtepompen: om warmtepompen een geloofwaardige koolstofarme oplossing te laten worden, moeten drie overgangen plaatsvinden die niet gerelateerd zijn aan warmtepompen: 1) overgang naar koolstofarme elektriciteitsvoorziening, 2) overgang naar goed geïsoleerde woningstock via renovatie en 3) overgang naar lage temperatuur huishoudelijke warmtedistributiesystemen (bijv. vloerverwarming). De moeilijkste voorwaarde voor een succesvolle overgang naar warmtepompen kan daarom volledig los staan ​​van de technologie zelf[viii]. Bovendien belemmert de structuur van de huidige energierekening een sterke implementatie van warmtepompen omdat ze momenteel zowel duurder zijn in aankoop als in gebruik in vergelijking met gasboilers. Zoals aangegeven in het ontwerp van Vlaams klimaatbeleidsplan 2021-2030 zal een groene taxshift die de aardgasrekening verhoogt en de elektriciteitsrekening verlaagt, de businesscase voor warmtepompen verbeteren.

warmtepompen

Hoewel stadsverwarming of warmtenetten niet alleen gekoppeld zijn aan hernieuwbare energiebronnen, blijkt uit de EU-28-beoordeling "Beleid en maatregelen inzake hernieuwbare verwarming en koeling in Europa, ETC/ACM"[ix] dat stadsverwarming een stimulerende factor is voor hogere aandelen hernieuwbare verwarming: EU-lidstaten met een bijzonder groot aandeel van hernieuwbare verwarming en koeling in het algemeen zijn ook de lidstaten met uitgebreide netwerken voor stadsverwarming (Denemarken, Finland, Zweden en de Baltische staten). Deze beoordeling benadrukt ook het belang van regelgeving als  beleidsinstrument ter ondersteuning van stadsverwarming: landen moeten een nationale wetgeving opstellen om hun markt voor stadsverwarming te regelen. Stadsverwarming wordt beschouwd als een kosteneffectieve optie voor het leveren van verwarming en warm water aan gebouwen in dichtbevolkte gebieden. Voor België wordt verwacht dat 37% van de warmtebehoefte via DHC of stadsverwarming zou kunnen worden geleverd (baseline <5%)[x]. Een belangrijk voordeel van stadsverwarming bestaat uit de mogelijkheid om overtollige warmte uit industriële processen of warmte die wordt opgewekt door warmtekrachtcentrales, biomassa, zonne- of (diepe) geothermische systemen, te benutten. Om warmte te decarboniseren, is het de uitdaging om deze beschikbare duurzame energiebronnen, die helaas fluctuerend zijn en vaak niet beschikbaar zijn wanneer dat nodig is, zoveel mogelijk te integreren. De intrinsieke flexibiliteit van een stadsverwarmingsnetwerk gebruiken maakt het mogelijk om meer energie te leveren uit een kleinere duurzame energiebron, wat resulteert in efficiëntere en meer concurrerende stadsverwarmingsnetwerken. Bovendien kan stadsverwarming zelfs het elektriciteitsnet ondersteunen door warmtepompen en WKK’s of warmtekrachtkoppelingen te gebruiken op momenten dat de elektriciteitsnetten te veel of te weinig hernieuwbare energie verbruiken[xi]. De belangrijkste barrières van stadsverwarming ten opzichte van gas- of elektriciteitsnetwerken zijn hogere installatiekosten en hogere efficiëntieverliezen tijdens transport. Om de laatste barrière te minimaliseren, werken de stadsverwarmingsnetwerken van de toekomst op lagere temperatuurniveaus dan tegenwoordig het geval is, waardoor er minder warmteverliezen optreden en het gebruik van laagwaardige overtollige en hernieuwbare warmte mogelijk wordt. Digitalisering van de netwerken zal de sleutel zijn in deze transitie, die, onder andere, verder werd ontwikkeld in het Europese H2020-project STORM[xii]. De STORM-controller optimaliseert bijvoorbeeld de warmtevraag van gebouwen en buurten in functie van de warmtetoevoer door middel van zelflerende algoritmen. Deze controller is met succes getest in twee demonstratienetwerken (NL en SE), resulterend in aanzienlijke CO2-reducties, en wordt momenteel gevaloriseerd als een commercieel product. In het follow-up H2020-project TEMPO[xiii] worden de functies van deze controller uitgebreid.

thermischlabo2

Door de hoge lokale contextafhankelijkheid en de grote verscheidenheid aan technologische oplossingen is een regio-brede beoordeling die rekening houdt met de lokale geospatiale kansen en randvoorwaarden essentieel om een decarbonisatie strategie te definiëren. Deze strategie kan niet eenvoudigweg van bovenaf worden opgelegd door de regionale of nationale autoriteiten; lokale overheden spelen een belangrijke rol bij de overgang naar duurzame warmte in de bebouwde omgeving, omdat ze goed geplaatst zijn om lokale sociale, ecologische en economische aspecten aan te pakken. Vanuit dit perspectief lijkt het subsidiariteitsbeginsel een rol te spelen ten gunste van de lokale autoriteiten, die, bijvoorbeeld, bij voorkeur de verantwoordelijkheid krijgen om lokale plannen voor warmtekwalificatie te ontwikkelen. Dit wordt erkend in het ontwerp van het Vlaamse klimaatbeleidsplan 2021-2030, waarin staat dat elke gemeente tegen 2030 een ruimtelijke energiestrategie moet opstellen om tegen 2050 klimaatneutraliteit te bereiken. Naast zoneringsplannen voor warmte, is een belangrijk instrument om lokale overheden te ondersteunen bij het opstellen van ruimtelijke energiestrategieën 'de Warmtetoets’. Dit is een instrument om koolstofarme warmteoplossingen te stimuleren tijdens overgangsmomenten op gemeentelijk grondgebied, door een grondig afwegingskader te bieden tussen verschillende warmteoplossingen. In opdracht van het Vlaams Energieagentschap, brengt EnergyVille momenteel de vereisten van de Warmtetoets in kaart door  belanghebbenden in het veld te raadplegen.

EnergyVille biedt tools en studies aan om gemeenten te ondersteunen bij de bouw van energiescenario's voor de lange termijn, zowel voor concreet technologisch advies, als voor renovatiestrategieën en high-level geospatiale studies. Deze tools en studies worden beschreven in onderstaande paragraaf.

EnergyVille tools en studies om lokale energiestrategieën rond het decarboniseren van warmte te ondersteunen

In 2015 werd de 'Warmtekaart Vlaanderen'[xiv] gepubliceerd, die de geografische spreiding van de warmtevraag en mogelijke restwarmtebronnen in Vlaanderen visualiseerde. De kaart toonde een theoretische oefening voor het economisch potentieel van stadsverwarming. Deze zal volgend jaar worden bijgewerkt in nauwe samenwerking met de verschillende belanghebbenden, om te komen tot een recentere en gedetailleerde analyse. Meer in het algemeen publiceerde EnergyVille/VITO de 'Hernieuwbare Energie-Atlas Vlaamse gemeenten'[xv] in 2016, waarbij ook het potentieel voor wind, zon, lokale biomassabronnen enz. werden meegenomen. Zoals gezegd is dit type onderzoek een high-level geospatiale analyse en vormt het een startpunt voor lokale belanghebbenden om energieplannen op te stellen. Binnen het Europese H2020 PLANHEAT-project wordt een opensource-versie van dergelijke GIS-gebaseerde analysetools[xvi] ontwikkeld door EnergyVille.

Hoewel GIS-gebaseerde analysetools zoals de 'Dynamische Energie-Atlas' geschikt zijn voor een high-level analyse, biedt EnergyVille ook praktische ondersteuning voor lokale planners. Een voorbeeld is de EBECS-software, die wordt gebruikt om renovatieadviezen op maat van specifieke gebouwbehoeften te maken. De gebruiker kan enkele, zeer eenvoudige parameters over het gebouw invoegen en krijgt vervolgens een concreet renovatie-advies. Een meer gedetailleerde versie voor projectontwikkelaars is ook beschikbaar. Op dit moment ontwikkelt EnergyVille een tool om zowel de high-level geospatiale analyse, het bottom-up bouwmodel van EBECS als software die wordt gebruikt om de optimale route van verwarmingsnetten te bepalen, te combineren. Deze tool, de 'Urban Energy Pathfinder', zal naar verwachting later dit jaar beschikbaar zijn en kan zeer nuttig zijn om de bovengenoemde uitdagingen aan te gaan voor de ontwikkeling van langetermijn decarbonisatiestrategieën op lokaal niveau.

Wat betreft warmtenetten en gebruik van restwarmte heeft EnergyVille uitstekende ervaring in het ondersteunen van lokale en regionale autoriteiten, evenals particuliere bedrijven, bij de realisatie van concrete stadsverwarmingsprojecten. Hiervoor neemt EnergyVille de rol aan van onafhankelijk adviseur bij discussies met belanghebbenden, of voert het complexe technische en economische haalbaarheidsstudies uit van complexe, concrete gevallen. EnergyVille onderzoekt bijvoorbeeld de mogelijkheid van stadsverwarming met restwarmte van industriële processen in de wijde omgeving rond Antwerpen. Volgens eerdere conceptstudies door EnergyVille heeft het project een waardevol potentieel[xvii]. Momenteel worden warmtenetten in het noorden van Antwerpen en op het industrieterrein Terbekehof in Wilrijk opgestart.

In de komende jaren zal het van cruciaal belang zijn dat lokale, langetermijnstrategieën worden opgesteld en worden geïmplementeerd om de warmtevraag koolstofvrij te maken, en om gemeenschappelijke kennis op te bouwen bij de relevante actoren. EnergyVille werkt aan verschillende tools om deze processen te ondersteunen vanuit een technisch-economisch, milieu- en beleidsoogpunt.

Key take-aways

  1. De decarbonisatie van de verwarmingssector vereist een duidelijke langetermijnstrategie, identificatie van belemmeringen en mogelijkheden voor koolstofarme warmtetechnologieën en een adequate monitoring.
  2. Door deze hoge lokale contextafhankelijkheid, de grote verscheidenheid aan technologische oplossingen en de gefragmenteerde actorstructuur vormt het decarbonisatieproces een sterke uitdaging voor de verwarmingssector. Een regio-brede evaluatie van lokale geospatiale mogelijkheden en randvoorwaarden is essentieel om een decarbonisatiestrategie te bepalen. Lokale overheden spelen een belangrijke rol in de transitie naar duurzame warmte. EnergyVille biedt verschillende tools en studies aan om lange-termijn-energiescenario's voor gemeenten te ondersteunen, zowel voor advies over concrete technologieën, als voor renovatiestrategieën en high-level geospatiale studies. Als onafhankelijk adviseur ondersteunt EnergyVille de autoriteiten bij technische en economische haalbaarheidsstudies voor concrete cases van stadsverwarming en restwarmteterugwinning.
  3. EnergyVille ontwikkelt de technologieën nodig voor de overgang naar de nieuwe generatie uiterst efficiënte en duurzame stadsverwarmingsnetwerken, op maat gemaakt om te worden gecombineerd met passiefwoningen of woningen met lage energievraag.
thermischlabo4
 

[iii] Configurational innovation systems – Explaining the slow German heat transition, Energy Research & Social Science, Volume 52, June 2019, Pages 99-113, J.P. Wesche a, b, S.O. Negro b, E. Dütschke a, R.P.J.M. Raven b, M.P. Hekkert, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214629618304304

[iv] Kosten-potentieelstudie van mitigatiemaatregelen gericht op de reductie van non-ETS broeikasgasemissies in 2030 klimaatdoelstelling, VITO, mei 2018

[v] Rapport Energiebalans Vlaanderen 1990-2017, VITO/EnergyVille, Januari 2019, https://emis.vito.be/sites/emis.vito.be/files/pages/3331/2019/Energiebalans_Vlaanderen_1990_2017.pdf  

[vii] Milieuverkenning 2018: Achtergronddocument Oplossingsrichtingen voor het energiesysteem, VITO/EnergyVille & ShiftN in opdracht van VMM MIRA, November 2018,

https://www.milieurapport.be/publicaties/mira-rapporten/milieuverkennin…  

[viii] Steunpunt energie: nota potentieel 2030 – warmtepompen, VITO in opdracht van VEA, 2017, https://www.energiesparen.be/sites/default/files/atoms/files/Potentieel_warmtepompen_2030.pdf

[ix] Policies and measures on renewable heating and cooling in Europe, VITO/EnergyVille & Aether, European Topic Centre on Air Pollution and Climate Change Mitigation under authority of European Environment Agency, December 2018, https://acm.eionet.europa.eu/reports/docs/EIONET_Rep_ETCACM_2018_17_RES_PaMs_heating_cooling.pdf

[x] Heat Roadmap Belgium: Quantifying the Impact of Low-Carbon Heating and Cooling Roadmaps, 2018, S. Paardekooper, R.S. Lund, B.V. Mathiesen, M. Chang, U.R. Petersen, L. Grundahl, ... U. Persson.

[xiv] Warmtekaart Vlaanderen, VITO in opdracht van VEA, oktober 2015, https://www.energiesparen.be/warmtekaart

[xv] Hernieuwbare EnergieAtlas Vlaamse gemeenten, VITO & TerraEnergy in opdracht van LNE, september 2016, https://www.lne.be/sites/default/files/atoms/files/Hernieuwbare_atlas_V…

foto nele renders

Contact

Nele Renders

Project Manager Energy and Climate Policy at EnergyVille/VITO
foto_ann_wouters

Contact

Ann Wouters

Program Manager Thermal Energy and Energy Markets at EnergyVille/VITO
Pieter Vingerhoets

Contact

Pieter Vingerhoets

Researcher Smart Energy and Built Environment at EnergyVille/VITO