Is een collectief warmtenet haalbaar? Met ArcGIS weet je het!

De energietransitie vraagt om gebruik en benutting van duurzame energie- en warmtebronnen. Collectieve systemen, zoals warmtenetten, spelen daarin een belangrijke rol. Maar waar kunnen ze het beste worden toegepast en hoe haalbaar zijn ze eigenlijk? Dit zijn vragen waar consultancy- en engineerbureau IF Technology voor wordt ingeschakeld. Om hun werkprocessen te versnellen zetten ze ArcGIS in. Een mooi praktijkvoorbeeld hiervan is een project in het dorp Balk, dat valt onder de gemeente De Fryske Marren. "ArcGIS-tekent op basis van openbare bronnen geautomatiseerd een warmtenet in, dimensioneert dit alles en spiegelt deze vervolgens aan duurzame warmtebronnen. Dit hebben we gedaan vanuit de behoefte en vraag van de gemeente om de haalbaarheid in te schatten van een collectief warmtenet ter vervanging van het bestaande aardgasnet", zegt Casper Schutte, specialist duurzame energie bij IF Technology. Balk wil net als veel dorpen en steden in Nederland, mede met het oog op het Klimaatakkoord, in 2030 aardgasvrij zijn.

Het projectgebied in Balk betreft 1.400 woningen met een gemiddelde warmtevraag van 45 GJ per woning en 70 utiliteitsaansluitingen. Het gaat hier om verschillende typen woningen met wisselende bouwjaren. Het historische centrum is dichter bebouwd dan de randen van het dorp. Aan de buitenkant van het dorp bevinden zich vaak recent gebouwde, vrijstaande woningen. Juist daar waar de warmtevraagdichtheid het grootst is, is een collectief warmtenet interessant. Daarom zou vooral het centrum van het dorp zich lenen voor een collectief warmtenet. 

"Een warmtenet is een ondergronds netwerk van leidingen waar warm water door stroomt. Dit warme water komt terecht bij huizen of gebouwen waarmee ze verwarmd kunnen worden, en ook het warme water zelf kan gebruikt worden voor de kraan in de keuken, douche en wasmachine. Een warmtenet geeft altijd warmte aan meerdere huizen en gebouwen, vandaar de term collectief warmtenet. Het voordeel van een warmtenet is dat (collectieve) duurzame warmtebronnen ervoor gebruikt kunnen worden, zoals restwarmte, zonne-energie, aquathermie en geothermie", aldus Tom van der Velden, engineer duurzame energie bij IF Technology. 

Woningen en panden die op het warmtenet zijn aangesloten ontvangen warm water. Dat water wordt bij een duurzame warmtebron verhit en via een hoofdleidingennet naar een overdrachtstation of meerdere overdrachtstations in een wijk/dorp of stad gepompt. Vervolgens stroomt het water naar de woningen en bedrijven die op het net zijn aangesloten. Via de afleverset in de woning of in het bedrijfspand komt het water binnen. Een warmtewisselaar in de afleverset geeft de warmte af aan de binnenhuisinstallatie van de woning of het pand. Na warmteafgifte stroomt het afgekoelde water via een retourleiding terug naar de warmtebron. Daar wordt het water weer opgewarmd en begint het hele proces weer opnieuw. Daarnaast kan gebruik worden gemaakt van warmte-koudeopslag (WKO). Hierbij wordt energie in de vorm van warmte of koude opgeslagen in de bodem. Warmte die in de zomer beschikbaar is van de duurzame bron wordt opgeslagen in de grond om te gebruiken in de winter als er veel warmtevraag is.

Nu we meer weten over de warmtenetten en de werking ervan, is de hamvraag: is een warmtenet haalbaar? Zowel technisch als financieel. Casper: "Binnen het duurzame project Eigen Warmte Balk kregen we via de gemeente De Fryske Marren de vraag om dit te inventariseren. GIS speelt daarin dus een essentiële rol. Daarom hebben we voor Balk onze GIS-tool ingezet. Hiermee maken we in drie stappen duidelijk waar, hoe groot en hoe duur de te plaatsen leidingen zijn voor het warmtenet. Voor stap 1: de ligging/locatie hebben we op basis van openbare bronnen, waaronder Basisregistratie Adressen en Gebouwen (BAG) en het Nationaal Wegenbestand, gekeken naar de panden, verblijfsobjecten en wegen in Balk. Dus, het type bebouwing, het bouwjaar, wel of geen eigendom, energielabels etc. Dit alles om een zo volledig mogelijk beeld te krijgen.
Daarnaast hebben we geïnventariseerd wat een geschikte locatie zou kunnen zijn voor de technische ruimte (warmtecentrale), dat feitelijk het 'hart' is van het warmtenet. Daar waar veel dichte bebouwing is, is de situatie het meest gunstig voor een warmtenet. In het geval van Balk is dit dus hoofdzakelijk het centrum van het dorp. Vervolgens hebben we met een netwerkanalyse de kortste route bepaald van de gebouwen naar de technische ruimte. Hoe korter de afstand, hoe minder leidingen er nodig zijn en hoe minder warmteverlies er is. Als warmtebronnen voor het warmtenet zijn restwarmte van het in Balk gevestigde bedrijf AVK Plastics en aquathermie, ofwel: warmte uit water, uit de rivier De Luts geschikt. Op basis van warmtevraag en beschikbare ruimte hebben we bepaald waar de in- en uitlaat van het aquathermiesysteem geplaatst kunnen worden. De temperatuur van het water wordt in de technische ruimte met een warmtepomp verhoogd naar 70 graden voor het warmtenet." 

Tom vervolgt: "Stap 2 die we hebben gezet, is het juiste formaat van de leidingen bepalen. Die moeten uiteraard groot genoeg zijn om het water te transporteren. We hebben met een ArcPy- script in ArcGIS Pro de DN-maat (diameter nominaal) bepaald op basis van verschil in temperatuur in een warme en koude leiding, de binnendiameter, de stroomsnelheid van het water en de benodigde minimale DN-maat. Alles bij elkaar kwamen we zo uit op een totaal van 28 km aan warmtenetleiding en hebben we voor Balk inzichtelijk gemaakt waar in het dorp welke DN-maat toereikend is. Tot slot hebben we met stap 3 de kosten in beeld gebracht. Want een warmtenet vraagt nu eenmaal om een investering, en later ook om beheer- en onderhoudskosten. Alles met het doel het warmtenet zo voordelig mogelijk te realiseren. Binnen dat kostenplaatje zijn meegenomen: materiaal, arbeid, het graven en opbreken van straten en een post onvoorzien. Dankzij ArcGIS hebben we tijd en daarmee ook kosten bespaard in de engineering."

Naast financiële afwegingen zijn er andere criteria op basis waarvan gekozen wordt voor een bepaalde warmteoplossing. Casper: "Het warmtenet biedt in ieder geval de volgende voordelen: met het aardgasvrij en CO2-neutraal maken van Balk wordt de afhankelijkheid van aardgas tot 0 gereduceerd en draagt het dorp zo bij aan een beter klimaat. En versnelt het zo de energietransitie. Verder ontzorgt een warmtenet de bewoners en is er bijna geen techniek nodig in de woningen. Het is nu aan de gemeente en aan de inwoners van Balk om knopen door te hakken en het warmtenet al dan niet te realiseren. Om de gemeente en inwoners hierbij te helpen zijn we op dit moment bezig om het collectieve systeem met warmtenet verder uit te werken. Ook met inzet van ArcGIS. Dit geeft een preciezer inzicht in de financiële en ruimtelijke effecten. Hiermee komt het doel van een aardgasvrij Balk weer een stapje dichterbij."

Kijk voor meer informatie op www.iftechnology.nl