5e generatie warmte- en koudenetten zijn systemen die het mogelijk maken om warmte- en koude uit te wisselen tussen aangesloten gebouwen.
Vaak is dit gecombineerd met een vorm van warmte- of koude opslag. Deze systemen werken met lokale bronnen op lagetemperatuur of zeer lagetemperatuur. Meer informatie over de definitie van de temperatuurniveau’s lees je in de factsheet warmtenetten.
Uitgangspunten van een 5e generatie warmte- en koudenet
- Breng vraag en aanbod van warmte en koude zo veel mogelijk in balans door:
- Energie (warmte en koude) uit te wisselen tussen verbruikers.
- Energie op te slaan.
- Energie-uitwisseling vindt plaats tussen gebouwen, op straat- en wijkniveau en met toepassing van warmteopslag. Opslag gebeurt in buffervaten of in WKO’s. Hiervoor is een slimme aansturing nodig.
- Maak gebruik van laagwaardige lokale duurzame bronnen.
- Breng de temperatuur zo dicht mogelijk bij de verbruiker op het juiste temperatuurniveau. Daarmee beperk je warmteverliezen.
- Het warmte- en koudenet is een groeimodel. Vanuit een of meerdere clusters worden steeds meer verbruikers aangesloten. Hierdoor breidt het net zich steeds verder uit en de clusters worden uiteindelijk verbonden tot één systeem.
Overzicht van de mogelijke bronnen en afnemers in een 5e generatie warmtenet. Bron: Boesten et al, 2019.
Waar komt de naam 5e generatie warmtenetten vandaan?
Lund et al. (2014) beschrijft vier generaties, die zich kenmerken aan de hand van de temperatuur van het net.
- De 1e en 2e generatie warmtenetten zijn lokale ‘stoomnetten’ of hogedruk warmwater netten met temperaturen van 100 tot 200 graden, onder andere voor industriële toepassingen.
- De temperatuur van 3e generatie warmtenetten gaat tot maximaal 100 graden. De warmte komt van hoge temperatuurbronnen, meestal aftapwarmte van elektriciteitscentrales of afvalverbranding, restwarmte van industriële processen of biomassainstallaties. Veel bestaande netten in Nederland zijn 3e generatie warmtenetten.
- De 4e generatie warmtenetten werken ook met lagetemperatuur of middentemperatuurwarmte (30 tot 75 graden). Denk bijvoorbeeld aan warmte uit hernieuwbare bronnen en lagetemperatuur restwarmtebronnen, zoals geothermie, aquathermie of restwarmte van datacenters. Nieuwe warmtenetten of uitbreidingen van bestaande netten vinden al vaak plaats op middentemperatuur en niet meer op hogetemperatuur.
- De term 5e generatie warmtesystemen is pas later geïntroduceerd. Deze factsheet beschrijft de principes van dit type warmtesystemen. Het verschil met de 4e generatienetten is dat bij de 5e generatie productie en gebruik decentraal in het net plaatsvindt.
Opbouw van een 5e generatie warmte-en koudesysteem
In onderstaand figuur zie je de samenstelling van een 5e generatie warmte- en koudesysteem. Er zijn veel verschillende configuraties en varianten mogelijk. Een uitgebreide omschrijving lees je in het Technisch Handboek van het Kowanet-project. Het systeem wordt beschreven aan de hand van vier schaalniveau’s: gebouw, sector, cluster en gebied.
Bron: 2RC
Gebouw
Een 5e generatie warmte- en koudesysteem werkt het meest efficiënt als de woning met een lagetemperatuur verwarmd kan worden. Er is dan minder energie nodig voor de warmtepompen.
Je kan een gebouw op verschillende manieren aansluiten op een 5e generatie warmte- en koudesysteem:
- Op een (Z)LT net met een warme en een koude leiding. Elk gebouw krijgt een eigen individuele warmtepomp.
- Op een MT- of LT-sectornet, die gevoed wordt door een collectieve warmtepomp (zie volgende paragraaf)
Bij optie een is een eigen individuele warmtepomp nodig en een boilervat voor tapwater. De koeling voor de ruimte komt rechtstreeks vanuit het warmte-koudenet.
Bij gebruik van een individuele warmtepomp of LT-sectornet moet het afgiftesysteem in de woningen geschikt zijn voor lagetemperatuur verwarming, zoals vloer- en/of wandverwarming, lagetemperatuur radiatoren of convectoren. Om het warm tapwater te verwarmen gebruik je bij de aansluiting op LT-niveau een boosterwarmtepomp of een elektrische boiler. Een boosterwarmtepomp gebruik je als er voldoende ruimte beschikbaar is en de tapwatervraag hoog genoeg is. Lees onze factsheet warm tapwater voor meer informatie over dit onderwerp.
Bij warmte op LT- of MT niveau kan koeling worden geleverd uit een apart koudenet. Er zijn dan aanvullende leidingen nodig om koude te leveren.
Bij slecht geïsoleerde woningen kan je overwegen om warmte op een middentemperatuur aan te bieden. Bijvoorbeeld totdat de woningen voldoende aangepast zijn om met lagetemperatuur verwarmd te worden.
Sector (gebouw(en) met een collectieve warmtepomp)
Binnen een sector sluit je een complex of een aantal gebouwen aan op een energiecentrale met collectieve warmtepompen en warmte-opslag (bijvoorbeeld WKO’s of thermische buffervaten). Het kan gaan om één of enkele appartementencomplexen, een aantal grondgebonden woningen, één of enkele kantoren of ander soort bedrijven.
Afhankelijk van de benodigde temperatuur voor de gebouwen kies je voor een collectieve warmtepomp op LT- of MT-niveau. Koudelevering vindt plaats met een apart koudenet.
Binnen een sector kan onderling warmte worden uitgewisseld. Hierdoor beperk je het energiegebruik. Als er bijvoorbeeld koude wordt geleverd binnen de sector, kan je de vrijkomende warmte:
- Gebruiken als voeding voor de warmtepomp.
- Terug leveren aan het clusternet (zie volgende paragraaf).
- Opslaan voor later gebruik, bijvoorbeeld in een WKO-installatie.
Binnen een sector kunnen lokaal aanwezige bronnen invoeden op het net.
Cluster (wijk)
Binnen een cluster sluit je meerdere sectoren aan op een clusternet. Het clusternet bestaat uit een warme en een koude leiding. De verbinding met het clusternet zorgt ervoor dat:
- Sectoren energie kunnen uitwisselen. Als er bijvoorbeeld een overschot aan warmte is in de ene sector wordt dit ingezet in een andere sector. Bijvoorbeeld: een sector met kantoorpanden die in een tussenseizoen koeling nodig heeft en een andere sector met vooral woningbouw die nog warmte nodig heeft.
- Je meer lokale bronnen kan benutten en de aanwezige bronnen breed kan inzetten in het cluster. Bijvoorbeeld: restwarmte van bedrijventerreinen, datacentra, koelsystemen van supermarkten, of aquathermie. Warmte uit zonnecollectoren (in een zonneweide of op gebouwen) dienen ook als lokale bron. WKO’s kun je koppelen voor seizoensopslag en buffervaten voor meer tijdelijke opslag.
- De totale piekvraag lager wordt. Hoe meer aansluitingen op het systeem hoe lager de gelijktijdigheid en daarmee de totale piekvraag.
Gebied (meerdere wijken)
Het principe is hetzelfde als bij het cluster. Op gebiedsniveau verbind je verschillende clusters met elkaar door middel van een ‘backbone’. Je wisselt energie uit tussen clusters.
Ontwikkelingsplanning
Bij een 5e generatie warmte- en koudesysteem werk je met een eindbeeld. Hier werk je naartoe door bijvoorbeeld lokale sectoren of clusters te ontwikkelen en deze later te verbinden. Het werken met clusters verkleint investeringsrisico’s bij het uitblijven van aansluitingen (vollooprisico) in latere fases. Wel kan het gebeuren dat de lokale (autonome) clusters tegen een lager rendement opereren dan in het eindbeeld, omdat ze nog niet met elkaar verbonden zijn. Een goede risico-inschatting van de verwachte volloop aan de voorkant van een project is daarom belangrijk. Op het moment dat een 5e generatie warmte- en koudenet een geschikte optie is voor (delen van) een gebied kun je bijvoorbeeld aanhaken bij toekomstige stedelijke planning en de bouwkundige opgave in wijken en stad/dorp volgen.
Hiervoor is het essentieel dat het cluster wordt voorbereid op haar toekomstige functie in het warmte-koudenet als geheel. Denk bijvoorbeeld aan de goede diameter van de hoofdtransportleidingen.