Riothermie kansenkaart Velsen 1\18
Contactpersoon ir. H.M. (Harry) de Brauw
Datum 18 december 201212
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart gemeente Velsen
1 Inleiding In Nederland is de vraag naar warmte circa 40 % van de totale energievraag, meer dan tweemaal
de elektriciteitvraag. Deze substantiële energiepost kan verkleind worden door terugwinning van
warmte uit het afvalwater.
Een deel van de warmte in een huishouden wordt afgevoerd door de riolering. Denk daarbij aan
het warme water van de douche of wasmachine. De warmteafvoer door de riolering wordt
geschat op 15 à 20% van het totale energieverbruik binnen huishoudens. Nu de Energie Prestatie
Coëfficiënt (EPC) van gebouwen steeds lager wordt, wordt het energielek via warmwaterlozing
van gebouwen steeds belangrijker. Voor modern geïsoleerde gebouwen wordt het energieverlies
via de riolering zelfs op 50 % van het totale warmteverlies geschat. Het is dan ook niet
verwonderlijk dat er steeds meer aandacht is voor het warmtepotentieel in afvalwater.
Opdracht
De gemeente Velsen heeft Tauw opdracht gegeven voor het opstellen van een Riothermie
kansenkaart. Hierin is het rioolstelsel van de gemeente onderzocht op kansen voor Riothermie.
Hiertoe is gebruik gemaakt van het drinkwaterverbruik, deze gegevens zijn afkomstig van het
drinkwaterbedrijf PWN. De potentiële afnemers van de thermische energie zijn door de gemeente
Velsen aangeleverd. Daarnaast is een schatting gemaakt hoeveel CO2 jaarlijks bespaard kan
worden wanneer deze techniek grootschalig in de gemeente geïmplementeerd wordt.
Leeswijzer
Deze notitie geeft achtergrondinformatie over Riothermie en de kansenkaart. In de bijlagen staan
de resultaten van het onderzoek: de kansenkaart, een overzicht met de potentiële afnemers en
een kaart die inzicht geeft in de dwa-debieten in het stelsel.
De paragrafen 1.1 en 1.2 lichten toe wat Riothermie en de kansenkaart inhouden. In paragraaf
1.3 lichten wij toe hoe de kaart opgesteld is en in paragraaf 1.4 welke stappen genomen kunnen
worden na oplevering van de kaart.
Riothermie is afhankelijk van aanbod en afname van thermische energie; in hoofdstuk 2 wordt het
aanbod besproken, in het hoofdstuk 3 de potentiële afnemers. Hoofdstuk 4 maakt een schatting
van de maximaal mogelijke CO2-besparing als riothermie grootschalig wordt ingezet.
Notitie
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
2\18
Types warmtewisselaar en kosten worden in hoofdstuk 5 gepresenteerd. In hoofdstuk 6 volgen
tot slot de conclusies.
De volgende gegevens zijn opgenomen in de bijlagen:
Bijlage 1: Kansenkaart
Bijlage 2: Lijst met afnemers
Bijlage 3: Kaart met debieten in het gehele rioolstelsel op basis van het drinkwaterverbruik
1.1 Wat is Riothermie Riothermie is een methodiek waarmee thermische energie uit het afvalwater kan worden
teruggewonnen. Deze energie kan gebruikt worden voor het verwarmen of koelen van gebouwen
of installaties, die in de nabijheid van de riolering staan. Hiertoe wordt een warmtewisselaar in
contact gebracht met het afvalwater waarmee warmte of koude wordt gewonnen. Het afvalwater
stroomt over de warmtewisselaar en geeft haar warmte hieraan af. Door de warmtewisselaar
stroomt een transportvloeistof die de warmte opneemt en deze via een leiding transporteert naar
de afnemer. De temperaturen zijn dan nog relatief laagwaardig (afhankelijk van het seizoen
tussen ongeveer 8 en 23 ºC) en meestal nog niet direct bruikbaar. Door middel van een
warmtepomp wordt de temperatuur naar een bruikbaar niveau gebracht.
Riothermie is goed combineerbaar met andere ‘thermische methodieken’, zoals
warmtekoudeopslag (WKO) in de bodem en thermische energie uit oppervlaktewater. Bij WKO
kan Riothermie toegepast worden om een eventuele onbalans in de ondergrond te herstellen. De
onbalans in vraag en aanbod (in hoeveelheid of in beschikbaarheid) is een veel voorkomend
probleem dat momenteel vaak verholpen wordt door inzet van fossiele brandstoffen.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
3\18
Figuur 1.1 Principeschema Riothermie
Riothermie kan toegepast worden op locaties waar voldoende aanbod en vraag naar thermische
energie is. In de stad komen veelal hotels, appartementen, kantoren en zwembaden in
aanmerking. De rioolwaterzuivering biedt eveneens goede mogelijkheden. Met de gewonnen
warmte uit het effluent kan bijvoorbeeld slib gedroogd worden, het vergistingsproces op gang
gebracht worden of het influent verwarmd worden. Ook is het mogelijk om asfalt te verwarmen
en/of te koelen. Hierdoor wordt de levensduur van het asfalt verlengd en kan (onverwachte)
gladheid voorkomen worden.
Ervaringen in het buitenland
Op diverse plaatsen in de wereld wordt al jaren thermische energie uit de riolering gewonnen.
Zwitserland is hierin koploper met meer dan 25 jaar aan ervaring. Onder andere
wooncomplexen, een postcentrum, het Olympisch dorp te Vancouver en bejaardentehuizen
maken gebruik van deze groene vorm van energie. Over de afgelopen 20 jaar heeft de techniek
zich doorontwikkelt tot een volledig product welke voordelen biedt op het gebied van energie,
kosten en milieu. Figuur 2 geeft een overzicht van locaties met functionerende en geplande
rioolwarmtewisselaars in Zwitserland ten tijde van het jaar 2005. Hierbij wordt onderscheid
gemaakt naar energie winning uit influent water, effluent water. Tevens wordt aangegeven
waarvoor de gewonnen energie gebruikt wordt: ruimteverwarming, ruimteverwarming en warm
water, of ruimte-verwarming en -koeling.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
4\18
Figuur 1.2 Thermische energiewinning in Zwitserland uit de riolering (2005). Onderscheid wordt gemaakt
naar energie winning uit influent water (Rohabwasser), effluent water (aus geklärtem abwasser). De
gewonnen energie wordt ingezet voor: ruimteverwarming (Raumheizing), ruimteverwarming en warm water
(Raumheizung und Warmwasser), en ruimte-verwarming en –koeling (raumheizung und Klimatisierung
(Kuhlen)1
Een aantal voorbeelden van gerealiseerde projecten zijn: Een wooncomplex in Wipkingen
(Zwitserland) bespaart jaarlijks 1500 ton CO2 en in het postcentrum van Mullingen (Duitsland)
loopt deze reductie op tot 3400 ton in een jaar. Besparingen in het kader van energie liggen in de
range van 150 MWh en 6500 MWh per jaar. Investeringskosten worden met de huidige stijgende
energieprijzen steeds sneller terugverdiend.
1 L. Rometsch (2005) Warmegewinnung aus abwasserkanalen (IKT)
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
5\18
Invloed op de zuivering
Voor het Hoogheemraadschap van Rijnland is het van belang dat de temperatuur van het
afvalwater op de zuivering niet te koud is. Dit kan negatieve effecten hebben op het
zuiveringsrendement van de rwzi. Wanneer warmte uit het afvalwater gewonnen wordt heeft dit
effect op de temperatuur van het afvalwater, deze zal iets afkoelen. Doordat er grote
hoeveelheden afvalwater door de riolering stromen is het effect van een Riothermiecentrale op
het afvalwater beperkt. Meestal is de temperatuurdaling van het afvalwater minder dan 0,5 ºC. De
temperatuur van het afvalwater zal zich vervolgens aanpassen aan de omgeving, deze wordt
onder andere beïnvloed door de bodem, buitenlucht en andere afvalwaterstromen. Over het
algemeen worden geen problemen verwacht bij het beperkt toepassen van Riothermie, ook
doordat de systemen worden voorzien van een traditionele gasketel die in koude periodes de
piekvraag kan ondervangen. Zodoende kan de warmtewinning uit het afvalwater worden gestopt
zonder dat de afnemer daar last van ondervindt. Ons advies is om bij Riothermie-projecten
Rijnland te betrekken en eventuele aandachtpunten met hen te bespreken.
1.2 Wat is de kansenkaart Riothermie De kansenkaart geeft in één oogopslag inzicht in de locaties die geschikt zijn voor Riothermie.
Het maakt duidelijk welke riolen veel thermische energie bevatten (het aanbod) en waar
eventuele afnemers van deze energie gevonden kunnen worden (de afnemers). Waar aanbod en
afnemer bij elkaar in de buurt gelegen zijn, liggen er kansen voor Riothermie. De maximale
afstand wordt bepaald door de (financiële) mogelijkheden om een leiding voor de
transportvloeistof tussen aanbod en afnemer te plaatsen.
De kansenkaart is ook bedoeld om binnen de gemeente meer bekendheid te geven aan de
potenties van deze duurzame energiebron. De kaart is een aanleiding om met verschillende
beleidsterreinen (klimaat, milieu, ruimte en duurzaamheid) te bespreken of ontwikkeling van
Riothermie voor de gemeente Velsen meegenomen moet worden in de beleidsontwikkelingen
betreffende energie en duurzaamheid. Ook kunt u de kaart gebruiken als communicatiemiddel
naar de markt (gebouweigenaren). Zij kunnen hiermee immers inzien of hun gebouw aan een
riool gelegen is waarmee het gebouw potentieel duurzaam verwarmd en/of gekoeld kan worden.
In bijlage 1 is de kansenkaart weergegeven. De digitale versie van de kansenkaart betreft een
gelaagde pdf. Dit betekent dat lagen in de kaart aan- en uitgezet kunnen worden.
In de kansenkaart is gebruik gemaakt van het debiet zoals berekend op basis van het
drinkwaterverbruik.
1.3 Hoe wordt de kansenkaart Riothermie gemaakt Bij Riothermie zijn het aanbod van thermische energie (de riolering) en de afnemer(s) hiervan
twee onderdelen die letterlijk onmisbaar met elkaar verbonden zijn. Aanbod en afnemer dienen
op niet al te grote afstand van elkaar gelegen te zijn om een project te kunnen realiseren.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
6\18
In de praktijk is de maximale afstand voor een economisch haalbaar project in de stad ongeveer
300 meter (in verband met de kosten voor het trekken van leidingen onder wegen en dergelijke).
In het buitengebied waar veelal onverharde grond aanwezig is kan de afstand wat groter zijn. De
afstand is ook afhankelijk van de hoeveelheid energie die uit de riolering wordt benut. Wanneer
veel thermische energie wordt onttrokken en benut zal dit tot een relatief grote kostenbesparing
op conventionele energie resulteren, wat een grotere investering in onder andere
transportleidingen verantwoordt.
In de kansenkaart zijn zowel het aanbod als de afnemers opgenomen. In hoofdstuk 2 is het
aanbod toegelicht, de afnemers komen in hoofdstuk 3 aan bod.
1.4 Een geschikte locatie - en verder Wanneer uit de kansenkaart een geschikte locatie naar voren komt kunnen vervolgstappen gezet
worden om Riothermie te verwezenlijk. Een quickscan is hierbij de geëigende volgende stap
waarbij op hoofdlijnen bepaald wordt of een project haalbaar is. In een quickscan worden de
investeringskosten, terugverdientijd en CO2-balans in beeld gebracht. Wanneer de quickscan
positieve resultaten toont kan een voorontwerp opgesteld worden waarop het project aanbesteed
kan worden.
2 Aanbod van thermische energie Het aanbod van thermische energie uit het afvalwater is afhankelijk van een tweetal variabele
factoren: het debiet en de mogelijke temperatuurverlaging van het afvalwater. Dit wordt
verduidelijkt aan de hand van de volgende formule waarmee berekend wordt hoeveel thermisch
vermogen uit het riool onttrokken kan worden:
C][º ewisselaar van warmtgevolge ten afvalwater ingr veranderTemperatuuΔT
kg/m 1000 water Dichtheid
C)º *kJ/(kg 4,18 water warmteeSoortelijkc
/s][m ontrekkingafvalwaterDebiet Q
[kW]Vermogen P
:Waarin
ΔT**c*QP
3w
w
3
ww
In deze formule zijn alleen het debiet en de temperatuur variabel. De overige parameters zijn
bekende constanten.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
7\18
2.1 Het debiet Hoewel het soms anders aanvoelt regent het in Nederland ongeveer 8% van de tijd2. Wanneer
het regent levert het afstromende hemelwater een aanzienlijk aandeel van de totale
afvalwaterstroom in de gemengde riolering. Gezien de relatief beperkte periode waarin neerslag
plaatsvindt houden wij hiermee geen rekening bij het ontwerpen van een Riothermie project. Bij
het opstellen van de kansenkaart is daarom alleen uitgegaan van het dwa-water (droog weer
afvoer). In de stad is dit afvalwater voornamelijk afkomstig van huishoudens. Het dwa debiet is
gemodelleerd op basis van het gemeentelijk rioleringsmodel. Hierin is het rioleringssysteem
opgenomen waarbij bronnen van afvalwater (huishoudens, bedrijven, industrie) lozen op de
dichtstbijzijnde rioolput. De hoeveelheid afvalwater die per bron geproduceerd wordt kan met
enige zekerheid bepaald worden door gebruik te maken van de cijfers van het drinkwaterverbruik
per postcode gebied (zie paragraaf 2.1.1).
Industrie en bedrijven met een grote vraag naar water gebruiken vaak grondwater of
oppervlaktewater. Wanneer zij dit lozen op de riolering zal dit afvalwater niet meegenomen
worden met de hierboven beschreven methode.
Over de dag fluctueert de afvoer van het huishoudelijk afvalwater. In de ochtend en avond treedt
een duidelijke piek op ten gevolge van douche, toilet en kook activiteiten. ’s Nachts is de afvoer
van huishoudelijk afvalwater aanzienlijk lager. Dit wordt geïllustreerd in Figuur 2.1 waarin een
typische dwa-curve van een woonwijk zichtbaar is. Om een Riothermie project optimaal te laten
functioneren, dient de warmtewisselaar zoveel mogelijk bedekt te zijn met rioolwater. Daarom
wordt deze ontworpen op het debiet en de bijbehorende waterstand die overdag optreedt (globaal
tussen 6.00 en 22.00 uur). In de nachtelijke uren wordt de winning van thermische energie
gestopt omdat te weinig afvalwater aangeboden wordt om de warmtewisselaar te bedekken.
2 Bron: KNMI
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
8\18
Figuur 2.1 DWA-curve voor een woonwijk (verhouding debiet op de verticale as)
Bij het opstellen van de kansenkaart is gemodelleerd met een constante afvalwaterstroom. Hierbij
is aangenomen dat 85% van het dagelijkse afvalwater tussen 6:00 en 22:00 (periode van 16 uur)
geloosd wordt.
2.1.1 Afvoer op basis van drinkwatergegevens
Het drinkwaterbedrijven PWN houdt bij wat het drinkwaterverbruik per afnemer per jaar is. Deze
informatie is per postcodegebied beschikbaar. Door de drinkwatergegevens te combineren met
de gegevens van het CBS over inwoners per buurt en de gebouwvlakken uit de Basisregistraties
Adressen en Gebouwen (BAG), is een goed beeld verkregen van de lozing per rioolput. Daarbij is
met deze methode ook de afvalwaterlozing van zakelijke gebruikers meegenomen, tenzij het
geloosde afvalwater afkomstig is van bijvoorbeeld een grondwateronttrekking. Bij deze methode
is er vanuit gegaan dat 100% van het afgenomen drinkwater geloosd wordt op de riolering. In
tabel 1 is het drinkwaterverbruik in 2009 van de gemeente Velsen weergegeven. In 2009 telde de
gemeente Velsen ongeveer 63.200 inwoners.
Tabel 2.1 Drinkwaterverbruik gemeente Velsen in 2009 (bron PWN)
Drinkwaterverbuik
(m3/ jaar)
Drinkwaterverbruik
(l/pers/dag)
Aandeel
Huishoudens 2.555.523 111 85,6%
Zakelijk gebruik 429.928 19 14,4%
Totaal 2.985.451 130 100,0%
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00
Tijdstip (uur)
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
9\18
Overigens moet opgemerkt worden dat de splitsing in zakelijk en huishoudelijk drinkwaterverbruik
niet geheel correct hoeft te zijn. Er is namelijk huishoudelijk verbruik mogelijk op een zakelijke
aansluiting (bijvoorbeeld appartementencomplexen via VVE’s) en omgekeerd.
Het debiet door de riolering dat met behulp van deze gegevens gemodelleerd is, is weergegeven
in bijlage 3.
2.2 De temperatuur Bij de berekening van de hoeveelheid thermische energie die uit het afvalwater wordt onttrokken
wordt gekeken naar de temperatuurverlaging van het afvalwater (∆T) die hiermee gepaard gaat.
Deze hoeveelheid energie zegt nog niets over het temperatuurniveau, oftewel de kwaliteit van de
energie. Hoe warmer het afvalwater is, hoe minder elektrische energie gebruikt hoeft te worden
om de beoogde gebruikstemperatuur bij verwarming te halen. Bij het koelen van gebouwen is het
uiteraard voordeliger als het afvalwater kouder is. Doormiddel van WKO kan optimaal gebruik
worden gemaakt van de invloed van seizoenen, dit is niet in deze kansenkaart meegenomen.
Bij het berekenen van het potentieel winbaar vermogen uit afvalwater is uitgegaan van een
temperatuurverandering van het afvalwater van 1ºC.
3 Afnemers van thermische energie Zoals gesteld in paragraaf 1.4 zijn aanbod en afnemers van thermische energie van elkaar
afhankelijk en dienen zij zich op niet al te grote afstand van elkaar te bevinden. De gemeente
Velsen heeft een lijst met potentiële afnemers van de thermische energie opgesteld. Deze lijst is
opgenomen in bijlage 2 en is als volgt tot stand gekomen:
Als eerste is met behulp van de BAG een overzicht gemaakt van de in Velsen aanwezige
buurthuizen, hotels, gemeentelijke gebouwen, scholen, zorginstellingen, grote kantoren,
eigendom woningcorporaties en supermarkten
Vervolgens zijn de gebouwen geselecteerd die een dakoppervlak hebben dat groter is dan
500 m2. Appartementcomplexen zijn alleen geselecteerd wanneer deze meer dan 20
woningen hebben
Gebouwen die aan bovengenoemde voorwaarden voldoen en op niet te grote afstand van
potentieel interessante riolering voor Riothermie gelegen zijn, zijn opgenomen op de kaart
Deze afnemers zijn verwerkt in de kansenkaart (bijlage 1). De opgenomen afnemers hebben naar
verwachting een grote vraag naar warmte en/of koude. Onbekend is hoe groot deze vraag is en
bij welk temperatuursniveau.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
10\18
In de kaart zijn tevens de locaties van bestaande WKO-systemen (Warmte Koude Opslag)
opgenomen. Een WKO-systeem dient op jaarbasis in balans te zijn, dat wil zeggen dat evenveel
warmte en koude uit de bodem onttrokken als geïnfiltreerd wordt. Deze systemen zijn niet altijd in
balans (een gelijke warmte- en koudevraag gemeten over een heel jaar). Door middel van
externe warmte- of koudebronnen, zoals Riothermie, kan een dergelijke WKO geregenereerd
worden. Niet alleen voldoet een dergelijk systeem daarmee aan de eisen, het leidt tevens tot
besparing op het gebruik van fossiele brandstoffen en CO2 uitstoot.
4 Potentiële CO2 besparing door Riothermie Bij het bepalen van de CO2 reductie als gevolg van Riothermie moet rekening gehouden met de
energievraag en energie aanbod. Daarnaast zijn gegevens omtrent het aanbod, nabijheid,
compactheid en temperatuur van afvalwater van groot belang. In dit hoofdstuk geven we daarom
op een zeer globale wijze aan welke reductie van CO2 uitstoot in Velsen te verwachten valt bij
maximale toepassing van Riothermie. Hierbij worden een viertal scenario’s doorgerekend:
1. Verwarming door Riothermie
2. Koeling door Riothermie
3. Verwarming door Riothermie met WKO
4. Koeling door Riothermie met WKO
Bij deze berekening zijn van de volgende kentallen gebruik gemaakt:
Debiet afvalwater per persoon per dag 120 liter/inw/dag
Aandeel van afvalwater dat overdag afstroomt 85%
CO2 uitstoot aardgas grijs3 1,78 kg/m3 = 56,kg/GJ
CO2 uitstoot elektriciteit grijs4 0,566 kg/ kWh = 157 kg/GJ
Verbrandingswaarde Gronings aardgas (ondergrens) 31,65 MJ/m3
Huishoudelijk aardgasverbruik per persoon per jaar5 21,4 GJ/inw/jaar
Aandeel gasverbruik voor verwarming woning 73%
Huishoudelijk energieverbruik voor koeling6 588 kWh/hh/jaar = 2,1 GJ/jaar
Gasverbruik per huishouden 1500 m3/hh/jaar
Aantal inwoners per huishouden 2,3
Aantal inwoners Velsen7 67.000
3 Cijfers en tabellen 2007, Senternovem, 2007 4 Cijfers en tabellen 2007, Senternovem, 2007 5 CBS, 2011 6 RIVM rapport 408129015 7 Wikipedia, 2012
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
11\18
4.1 Scenario 1: verwarming in winter door Riothermie Scenario specifieke uitgangspunten:
Temperatuursdaling van afvalwater door wtw 1 ºC
Benuttingstemperatuur in woning 40 ºC
Temperatuur rioolwater in winter 10 ºC
Warmte wordt gevraagd gedurende 5 mnd/ jaar
Aantal keer dat wtw in afvalwaterketen wordt toegepast 8*
* Verondersteld wordt dat het mogelijk is om 8 keer warmte te winnen uit de totale
afvalwaterstroom. Hierbij wordt aangenomen dat de temperatuur van de omgeving (voornamelijk
de bodem, rioollucht en buitenlucht) de afvalwaterstroom na het passeren van een wtw
(warmtewisselaar) weer opwarmt naar de evenwichtssituatie. Hoeveel meter riolering
noodzakelijk is voor het terugbrengen naar de evenwichtssituatie is niet exact bekend. Dit vraagt
verder onderzoek.
Uitgaande van lage temperatuursverwarming (afnemers temperatuur van 40 ºC) en een
rioolwater temperatuur van 10 ºC (winter situatie) zal een systeem een COP van ongeveer 4
kennen. Dit betekent dat 75% van de warmte ‘gratis’ uit het riool afkomstig is en voor 25% wordt
voorzien in de vorm van elektriciteit. In plaats van 100% gas is dus slechts 25% elektriciteit nodig.
Per GJ wordt daardoor 56 kg CO2 uitstoot vanuit de verbranding van aardgas bespaard. Daar
staat tegenover dat per GJ 157 / 4 = 39 kg CO2 wordt uitgestoten bij de opwekking van grijze
elektriciteit. De potentiële netto CO2 besparing bedraagt dus 56 - 39 = 17 kg/ GJ. Wanneer de
gebruikte elektriciteit groen wordt opgewekt bedraagt de besparing 56 kg/ GJ. Een inwoner
verbruikt op jaarbasis ongeveer 15,07 GJ primaire energie voor de verwarming van de woning
(73% van 21,4 GJ, zie figuur 2). Bij de toepassing van Riothermie wordt dus een CO2 uitstoot van
17* 15,07 = 252 kg per inwoner bespaard. Uitgaande van het gebruik van groene stroom
bedraagt deze 15,07 * 56 = 844 kg/inw/jaar.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
12\18
Electrisch verwarmen en warm water
(electrisch); 518
Verlichten (electrisch); 563
Koelen (electrisch); 612
Verwarmen (aardgas); 15.597
Wassen en drogen (electrisch); 734 Koken (aardgas); 816
Diverse apparaten (electrisch); 1.100
Warm water (aardgas); 4.987
Figuur 4.1 Primair energieverbruik per inwoner per jaar in MJ
In het huishoudelijk afvalwater zit te weinig thermische energie om elk huishouden hiermee te
verwarmen. Uit de volgende berekening blijkt dat het afvalwater van 173 huishoudens voldoende
is om 1 huishouden te verwarmen: Het afvalwater in de winter (5 maanden) kent een
energiedichtheid van: 0,12 l/inw/dag * 365 dag /12 mnd * 5mnd * 1 ºC * 4,2 kJ/ ºC/kg * 1000
kg/m3 = 65.000 kJ/inw/jaar = 0,065 GJ/inw/jaar. Bij een COP van 4 bedraagt het aandeel
elektrische energie 0,022 GJ/inw/jaar. De totale hoeveelheid thermische energie geleverd door
Riothermie bedraagt hiermee 0,065 + 0,022 = 0,087 GJ/inw/jaar. De vraag naar thermische
energie bedraagt 15,07 GJ/inw/jaar (zie boven). De ratio verwarming per aantal lozers is dus
15,07 / 0,087 = 173.
De gemeente Velsen kent momenteel ongeveer 67.000 inwoners. De conventionele verwarming
van deze huishoudens veroorzaakt een CO2 uitstoot van 67.000 * 15,07 * 56 / 10^6 = 56,5
kiloton. In potentie kan in de gemeente Velsen doormiddel van de inzet van Riothermie en de
toepassing van grijze stroom 67.000/173 * 252 kg/inw/jaar * 8 locaties= 0,8 kiloton CO2 = 1,4 %
van de totale stedelijke uitstoot bespaard worden. Bij toepassing van groene stroom bedraagt de
besparing 2,6 kiloton = 4,6 % van de totale stedelijke uitstoot.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
13\18
4.2 Scenario 2: koeling in zomer door Riothermie Riothermie kan ook toegepast worden voor het koelen van gebouwen. Momenteel wordt koeling
nog weinig toegepast bij huishoudens. Verwacht wordt dat met de verandering van het klimaat dit
in de toekomst zal veranderen. In kantoren is koeling standaard aanwezig. Op eenzelfde manier
als beschreven in paragraaf 4.1 is berekend wat de maximale potentiële CO2 besparing is bij
koeling doormiddel van Riothermie.
Scenario specifieke uitgangspunten:
Temperatuursstijging van afvalwater door wtw 2,5 ºC
COP 3
Warmte wordt gevraagd gedurende 3 mnd/ jaar
Aantal keer dat wtw in afvalwaterketen wordt toegepast 6
Waarbij in paragraaf 4.1 wordt gerekend met het gasverbruik voor verwarming wordt hier
gerekend met het elektriciteitsverbruik voor koeling. Het gemiddelde huishoudelijk
energieverbruik voor koeling bedraagt 588 kWh/hh/jaar. Dit komt overeen met 0,9 GJ/inw/jaar
(2,3 inwoners per huishouden). Bij de toepassing van Riothermie een CO2 uitstoot van 96 kg per
inwoner bespaard. Uitgaande van het gebruik van groene stroom bedraagt dit 144 kg/inw/jaar. De
ratio koeling per aantal lozers is 6.
De conventionele koeling van alle huishoudens in de gemeente Velsen veroorzaakt een CO2
uitstoot van 9,7 kiloton. In potentie kan in de gemeente Velsen doormiddel van de inzet van
Riothermie en de toepassing van grijze stroom 67.000 / 6 * 144 kg/inw/jaar * 6 locaties = 6,2
kiloton CO2 = 63,7% van de totale stedelijke uitstoot bespaard worden. Bij toepassing van groene
stroom bedraagt de besparing 9,3 kiloton = 95,6% van de totale stedelijke uitstoot voor koeling
van huishoudens.
4.3 Scenario 3: verwarming in winter door Riothermie met WKO Het is mogelijk om in de zomer warmte uit het rioolwater te winnen en dit in de bodem te bufferen
voor gebruik in de winter. Het grote voordeel hiervan is dat de temperatuur van het afvalwater in
de zomer hoger is dan in de winter en dat dit verder in temperatuur kan dalen zonder nadelige
invloed te hebben op de zuivering.
Scenario specifieke uitgangspunten:
Temperatuursdaling van afvalwater door wtw 2 ºC
Benuttingstemperatuur in woning 40 ºC
Temperatuur rioolwater in zomer 18 ºC
Warmte wordt gevraagd gedurende 5 mnd/ jaar
Aantal keer dat wtw in afvalwaterketen wordt toegepast 10
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
14\18
De opslag in de bodem is niet limiterend
Op eenzelfde manier als beschreven in paragraaf 4.1 is berekend wat de maximale potentiële
CO2 besparing is voor dit scenario. Door de hogere rioolwatertemperatuur is een COP van 5
haalbaar.
In potentie kan in de gemeente Velsen doormiddel van de inzet van Riothermie en de toepassing
van grijze stroom 67.000/93 * 371 kg/inw/jaar * 10 locaties= 2,7 kiloton CO2 = 4,7 % van de totale
stedelijke uitstoot bespaard worden. Bij toepassing van groene stroom bedraagt de besparing 6,1
kiloton = 10,8% van de totale stedelijke uitstoot voor verwarming van huishoudens.
4.4 Scenario 4: koeling in zomer door Riothermie met WKO Het is mogelijk om in de winter koude uit het rioolwater te winnen en dit in de bodem te bufferen
voor gebruik in de zomer. Het grote voordeel hiervan is dat de temperatuur van het afvalwater in
de winter lager is dan in de zomer.
Scenario specifieke uitgangspunten:
Temperatuursstijging van afvalwater door wtw 3,5 ºC
COP 4
Warmte wordt gevraagd gedurende 3 mnd/ jaar
Aantal keer dat wtw in afvalwaterketen wordt toegepast 10
De opslag in de bodem is niet limiterend
In potentie kan in de gemeente Velsen doormiddel van de inzet van Riothermie en de toepassing
van grijze stroom 67.000/22 * 108 kg/inw/jaar * 10 locaties= 14,4 kiloton CO2 = 148,7% van de
totale stedelijke uitstoot bespaard worden. Het aanbod voor koeling is dus groter dan de vraag.
De maximale CO2 verlaging bedraagt dus 9,7 kiloton.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
15\18
4.5 Samenvatting potentiële CO2 besparing Onderstaande tabellen geven een samenvatting van de in dit hoofdstuk berekende potentiële
CO2 besparing.
Tabel 4.1 Potentiële CO2 besparing bij toepassing grijze stroom: absoluut en als percentage van de totale
stedelijke uitstoot voor verwarming en/of koeling van de huishoudens
Riothermie
(kiloton CO2)
Riothermie
(%)
Riothermie + WKO
(kiloton CO2)
Riothermie + WKO
(%)
Verwarming grijs 0,8 1,4 2,7 4,7
Koeling grijs 6,2 63,7 9,7 100
Totaal grijs 7 10,5 12,4 18,7
Tabel 4.2 Potentiële CO2 besparing bij toepassing groene stroom: absoluut en als percentage van de totale
stedelijke uitstoot voor verwarming en/of koeling van de huishoudens
Riothermie
(kiloton CO2)
Riothermie
(%)
Riothermie + WKO
(kiloton CO2)
Riothermie + WKO
(%)
Verwarming groen 2,6 4,6 6,1 10,8
Koeling groen 9,3 95,6 9,7 100
Totaal groen 11,9 17,9 15,8 23,8
Duidelijk is dat het toevoegen van een koelende functie aan een Riothermiecentrale resulteert in
een sterke reductie van de CO2 uitstoot. De combinatie met WKO zorgt voor een nog grotere
reductie.
Opmerking:
Bij een groter aanbod van afvalwater kan de besparing verder stijgen. Bijvoorbeeld door de
beschikbaarheid van afvalwaterstromen vanuit de industrie. In Velsen zijn een aantal bedrijven
gevestigd (onder andere energiecentrale van Nuon, staalproducent Tata en papierfabriek Crown
van Gelder) die een bijdrage kunnen leveren aan het warmteaanbod in de riolering.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
16\18
5 Types warmtewisselaar en kosten Er zijn diverse types rioolwarmtewisselaar op de markt verkrijgbaar die geïntegreerd zijn in de
riolering. Grofweg zijn er voor vrijvervalstelstels vier types te onderscheiden:
Een stalen warmtewisselaar die geïntegreerd is in een betonnen buis en pre-fab wordt
aangeleverd
Een stalen warmtewisselaar die achteraf in een betonnen leiding wordt ingebouwd. Deze
dient minimaal een diameter van 800mm te hebben om werkzaamheden in de buis toe te
staan
Een PE warmtewisselaar geïntegreerd in een PE buis. Deze warmtewisselaar wint warmte uit
het rioolwater, de rioollucht en de omliggende bodem
Een warmtewisselaar geïntegreerd bij relining.
Afbeeldingen van de warmtewisselaars zijn weergegeven in figuur 5.1.
De prestaties (het extractievermogen per meter warmtewisselaar) en de kosten hiervoor zijn
verschillend per systeem en per diameter rioolbuis. Onderstaande tabel geeft een indicatie van
de extra kosten voor het aanleveren van een rioolwarmtewisselaar. Dit betreft alleen het
aanleveren van de rioolbuis en niet de transportleidingen en warmtepomp. Tevens is de het
potentiële extractie vermogen weergeven. Uitgegaan is van een rioolbuis met diameter 500 mm
en een debiet van 15 l/s. Achteraf inbouwen is alleen mogelijkheid vanaf een diameter 800 mm,
de kosten hiervan zijn niet opgenomen aangezien dit geen goede vergelijking levert. De kosten
voor achteraf inbouw en geïntegreerd ontlopen elkaar niet ver.
Tabel 5.1 Indicatie van de extra kosten voor het aanleveren van een warmtewisselaar en het energetische
extractievermogen van een 500 mm rioolbuis bij een debiet van 15 l/s.
Systeem Extra kosten per meter
(EUR/m)
Vermogen per meter
(kW/m)
Extra kosten per kW
(Euro/ kW)
Staal achteraf ingebouwd8 - - -
Staal geïntegreerd 2.200 2,3 957
PE 78 0,55 135
Relining 50 0,15 333
De keuze welk type warmtewisselaar toegepast wordt dient niet alleen op basis van de kosten
gemaakt te worden. Zaken als diameter rioolbuis, debiet, toegankelijkheid, planning en
energievraag zijn mede van invloed op de keuze.
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
17\18
Figuur 5.1 Linksboven: Warmtewisselaar achteraf ingebouwd in bestaande betonnen riolering (vanaf
diameter 800 mm)9
Rechtsboven: warmtewisselaar geintegreerd in nieuwe betonnen riolering10
Linksonder: Warmtewisselaar geintegreerd in nieuwe PE buis11
Rechtsonder: Warmtewisselaar geplaatst tussen buiten- en binnen-liner12
9 Bron: Uhrig GmbH 10 Bron: Rabtherm GmbH 11 Bron: Frank GmbH 12 Bron: Brandenburger Liner GmbH & CO
Kenmerk N003-1206962HBA-lhl-V01-NL
Riothermie kansenkaart Velsen
18\18
6 Conclusie Uit de kansenkaart komen een aantal locaties naar voren die binnen een aantal jaar kansrijk zijn
voor het toepassen van Riothermie. De grootste kansen liggen nabij het stadhuis waar diverse
planologische ontwikkelingen gaan plaatsvinden. Hier bevindt zich onder andere een grote
ontwikkellocatie waar naar verwachting veel winkels komen. Tevens zijn in deze buurt de
stadsschouwburg, een sporthal en het politiebureau gelegen waarvan verwacht wordt dat zij een
grote warmtevraag hebben. Deze potentiële afnemers liggen in de buurt van het
hoofdtransportriool van de gemeente welke een grote hoeveelheid thermische energie bezit.
Een andere goede kans ligt bij ontwikkellocatie G. Hier vindt een ontwikkeling plaats van
ongeveer 140 woningen, tevens wordt de riolering vervangen.
De grootste kans is nog wel de enorme hoeveelheid warmte die vanuit de industrie in Velsen
voornamelijk als koelwater op het oppervlaktewater wordt geloosd. Naar verwachting zal de
hoeveelheid warmte die hier geloosd wordt ruimschoots voldoende zijn om alle huishoudens in de
gemeente Velsen in haar verwarmingsbehoefte te voorzien. Het transporteren van deze warmte
naar de huishoudens is hierbij de grootste belemmering.
Er komt een subsidie van de Europese unie, beheert door de provincie Noord-Holland, die het
opzetten van een ESCO (Energy Service Company) subsidieert. Als een riothermie-systeem
haalbaar lijkt kan met behulp van deze subsidie de technische detaillering van het riothermie
systeem uitgewerkt worden. De exacte invulling van deze subsidieregeling is nog niet bekend. De
gemeente Velsen heeft een aantal concrete locaties waar riothermie interessant lijkt. Een globale
studie naar de haalbaarheid op hoofdlijnen kan de gemeente voor een paar locaties zelf uit
(laten) voeren. Wanneer dit positieve resultaten geeft kan de subsidieregeling bij het verdere
traject ondersteunen.
Bijlage 1 Kansenkaart Riothermie
9
8
7 6543
21
16
14
13 1211
10
15
Noordzee Kanaal
Het IJ
IJmuiden
Beverwijk
Velserbroek
Driehuis
Velsen-Zuid
Velsen-Noord
Santpoort-Zuid
Santpoort-Noord
I
IV
II
III
Kans
enka
art rio
therm
ie Ve
lsen
Geme
ente
Velse
n
Vermogen (thermische energie voor aantal huishoudens)10 - 40 kW (2,5 - 10 h.h.)40 - 80 kW (10 - 20 h.h.)80 -140 kW (20 - 35 h.h.)140 - 200 kW (35 - 50 h.h.)200 - 280 kW (50 - 70 h.h.)
Principe van riothermieRiothermie is een methodiek waarmee thermische energie uit het afvalwater kan worden teruggewonnen. Deze energie kan gebruikt worden voor het verwarmen of koelen van gebouwen ofinstallaties, die in de nabijheid van de riolering staan.
ontwikkelingsgebieden
Potentiele afnemers
appartementen
bibliotheek
cultureel centrum
kantoor
politiebureau
sporthal
stadhuis
stadsschouwburg
voortgezet onderwijs
winkelcentrum
woonzorgcentrum
basisschool
0 600 1.200 m
1:300001206
962_
1000
1M.M
XD
Kansenkaart Riothermie Velsen
Overig
RWZI
bestaande WKO-systemengrote warmte lozers
Bijlage 2 Lijst met afnemers
Nummer Functie Naam1 kantoor Rijkswaterstaat2 cultureel centrum Witte Theater3 woonzorgcentrum Zorgbalans, WE Visserhuis4 bibliotheek Bibliotheek5 stadhuis Stadhuis6 politiebureau Politiebureau7 voortgezet onderwijs Scholengemeenschap8 sporthal Sporthal9 stadsschouwburg Stadsschouwburg10 woonzorgcentrum Verzorgingstehuis Velserduin,11 voortgezet onderwijs Tendercollge, voetbalvereniging Stormvogels, zorgcentrum De Moerberg12 winkelcentrum Winkelcentrum Zeewijk13 appartementen Appartementen van Stichting Woningbedrijf14 woonzorgcentrum Woonzorgcentrum Huis ter Hage, serviceflat De Luchte15 woonzorgcentrum Stichting Velserhooft16 winkelcentrum Winkelcentrum Velserbroek, sporthal
Letter OpmerkingenA President Steijnstraat, sloop en nieuwbouwB Winkelcentrum IJmuiden, sloop en nieuwbouwC Sporthal Zeewijk, nieuwbouw sporthal, school en kinderopvangD Nieuwbouw appartenmentencomplex ca 30 woningenE Nieuwe bestemming, mogelijk kinderopvang en bibliotheekF Nieuwbouw appartementen met mogelijk 50 woningen
Bijlage 3 Kaart met debieten in het rioolstelsel
Noordzee Kanaal
Het IJ
Noorderbuitenkanaal
Kans
enka
art rio
therm
ie Ve
lsen
Geme
ente
Velse
n
Debiet
5 - 10 l/s
10 - 20 l/s
20 -30 l/s
30 - 45 l/s
45 - 60 l/s
60 - 80 l/s
0 600 1.200 m1:3000012
0696
2_10
003M
.MXD
Berekende debieten op basis van drinkwaterverbruik
Top Related