Innovaties in Warmtetransitie: All-electric, Warmtenetten en Lucht-water Warmtepompen

In de huidige bouw- en renovatielandschap is de overgang naar een CO₂-neutrale en aardgasvrije toekomst van groot belang. De gemeente Enschede, net als andere steden in Nederland, staat voor de uitdaging om tot 2050 een duurzame warmtevoorziening te realiseren. Het Transitiepad voor Warmtenetwijken en de Transitievisie Warmte bieden een duidelijke richting in de overgang van het huidige gasnet naar alternatieve warmteopties. In dit artikel bespreken we de centrale opties zoals all-electric, warmtenetten en lucht-water warmtepompen, met aandacht voor technische innovaties, maatschappelijke kosteneffecten, en de rol van isolatie en infrastructuur.

Innovaties in de warmtetransitie

De overgang naar duurzame warmte is geen eenvoudige technische upgrade, maar een complexe, maatschappelijke transitie. Volgens het Transitiepad voor Warmtenetwijken zijn diverse technische verbeteringen en innovaties verwacht in de komende decennia. Deze innovaties zullen mede bepalend zijn voor de haalbaarheid, kosteneffectiviteit en acceptatie van duurzame warmteopties in de woningbouwsector.

Een van de kernvragen is hoe we de warmtevraag in de woningen zodanig kunnen verminderen dat de warmtevoorziening efficiënter en duurzamer wordt. De Transitievisie Warmte stelt dat het belangrijk is om nu te starten met de transitie, zodat in 2050 een aardgasvrije en CO₂-neutrale stad realistisch is. Elke herziening van de visie zal rekening houden met de technische vooruitgang en de maatschappelijke context.

Innovaties in all-electric

All-electric is een veelbelovende optie waarbij de warmtevoorziening volledig op elektriciteit draait. Dit betekent dat er in de toekomst alleen nog een elektriciteitsnet in de wijk aanwezig is. Voor de verwarming van woningen worden voornamelijk warmtepompen ingezet, die warmte uit de lucht, bodem of zonthermische panelen halen.

Een belangrijk voordeel van all-electric is de mogelijkheid tot vraagsturing. Wanneer de elektriciteitsprijs laag is of er overschotten zijn van hernieuwbare elektriciteit, kan deze worden gebruikt voor het opwekken en opslaan van warmte. Dit helpt om de elektriciteitsvraag in piekmomenten te verlagen en maakt het mogelijk om elektriciteit CO₂-neutraal op te wekken. All-electric wordt echter niet zonder uitdagingen: het huidige elektriciteitsnet is niet in staat om de volledige warmtevraag van alle woningen te dekken zonder investeringen in netverzwaring.

Bij all-electric is het noodzakelijk om woningen te isoleren tot een bepaald niveau, zodat deze met laagtemperatuur warmte (40-55°C) kunnen worden verwarmd. Dit betekent dat isolatiemaatregelen zoals vloer-, gevel-, dak- en raamisolatie essentieel zijn. In woningen gebouwd na 1995 is meestal alleen vervanging van radiatoren en het gasfornuis nodig om de overstap naar all-electric te maken, maar soms zijn aanvullende isolatiemaatregelen ook nodig.

Warmteopslag in de woning

Een van de grootste innovaties in de all-electric benadering is warmteopslag in de woning. Hierbij wordt warmte opgeslagen in een buffer of op warmtedragers zoals water, PCM’s (Phase Change Materials) of thermochemische opslagmedia. Deze opslag is essentieel om piekvraag te verminderen en om elektriciteit te kunnen opwekken op het juiste moment.

PCM’s en thermochemische batterijen zijn momenteel echter nog niet marktrijp. De uitdaging ligt vooral in de beschikbaarheid van ruimte in woningen voor opslagunits. In veel gevallen is er geen ruimte voor een waterbuffer, wat het gebruik van deze technologie beperkt. Toekomstige ontwikkelingen in compactere warmtedragers zullen de haalbaarheid van warmteopslag in woningen vergroten.

Warmtenetten

Een warmtenet is een infrastructuur van ondergrondse leidingen die warm water vervoert naar meerdere gebouwen. Dit betekent dat er sprake is van een collectieve warmtevoorziening, waarbij woningen niet afzonderlijk geïsoleerd hoeven te worden tot het niveau van all-electric. In de woning is qua techniek slechts een zogenaamde afleverset aanwezig in plaats van een CV-ketel.

De temperatuur van het aangeleverde warme water moet voldoende zijn om de woningen te verwarmen. Voor veel bestaande woningen is een middentemperatuur warmtenet dat 70°C levert op de koudste dagen van het jaar de meest kostenefficiënte oplossing. In de toekomst werkt Enschede er echter op toe om woningen en gebouwen zodanig te isoleren dat een warmtenet met een aanvoertemperatuur van 70°C voldoet.

Een belangrijk voordeel van warmtenetten is de mogelijkheid om warmteopslag toe te passen. Buffervaten, boven of ondergronds, dienen als warmtebatterijen en kunnen helpen om de duurzame bronnen te versterken. In veel warmtenetten is de capaciteit van duurzame bronnen echter niet voldoende om in de winterpiekvraag te voorzien. Warmteopslag maakt het wel mogelijk om piekverbruik te verminderen en gasketels minder in te zetten.

Infrastructuur en haalbaarheid

De grootste uitdaging bij warmtenetten is de hoge investering in infrastructuur. Daarom zijn warmtenetten alleen haalbaar in wijken met een hoge bebouwingsdichtheid. In Enschede is al een aanzienlijk warmtenetwerk aanwezig, en dit kan worden uitgebreid. Daarnaast kan het warmtenet van Ennatuurlijk hoge temperatuur warmte leveren met een aanvoertemperatuur van maximaal 90°C.

Een ander belangrijk kenmerk van warmtenetten is de tijdsdruk bij ontwikkeling. Een warmtenet moet relatief snel worden uitgevoerd om voldoende aansluitingen te krijgen en zo de voorinvesteringen te verlagen. Dit betekent dat een snelle en efficiënte implementatie cruciaal is voor de maatschappelijke haalbaarheid van deze optie.

Lucht-water warmtepompen

Een veelvoorkomende warmtepomp in all-electric- en warmtenetsystemen is de lucht-water warmtepomp. Deze warmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht en levert deze aan het verwarmingssysteem van de woning. Lucht-water warmtepompen zijn technisch betrouwbaar, maar het rendement is afhankelijk van de buitentemperatuur. In zeer koude perioden kan de efficiëntie afnemen, wat extra elektriciteitsverbruik met zich meebrengt.

Alternatieve bronnen zoals bodemenergie en zonthermische panelen zijn meestal efficiënter en belasten het elektriciteitsnet minder dan luchtwarmtepompen. Deze bronnen worden daarom als voorkeursoptie gezien binnen all-electric. Infraroodpanelen, daarentegen, worden afgeraden vanwege hun hoge elektriciteitsverbruik en CO₂-uitstoot.

All-electric versus warmtenetten: wanneer is welke optie geschikt?

De keuze tussen all-electric en warmtenetten hangt af van verschillende factoren, zoals de isolatiegraad van de woning, de bebouwingsdichtheid van de wijk, de elektriciteitscapaciteit en de beschikbaarheid van duurzame warmtebronnen.

All-electric is bijvoorbeeld een goede optie in nieuwbouwwijken of in bestaande woningen die op een natuurlijk moment kunnen worden gerenoveerd. In deze gevallen is de elektriciteitsleidingen nog lang niet afgeschreven, en is het mogelijk om isolatiemaatregelen en installatieaanpassingen op het juiste moment uit te voeren. All-electric is echter niet de voorkeursoptie in oude, complexe wijken, waarbij het elektriciteitsnet niet in staat is om alle warmtevraag te dekken zonder investeringen.

Warmtenetten zijn juist geschikt in dichtbebouwde wijken, waar de infrastructuur geïnvesteerd kan worden met rendement. In deze wijken kan het warmtenet worden uitgebreid tot een breed aanbod van duurzame warmte, inclusief warmteopslag en lage aanvoertemperaturen. Deze optie is vooral haalbaar in stedelijke gebieden zoals Enschede, waar al een warmtenet aanwezig is.

Innovaties in de techniek

Naast all-electric en warmtenetten zijn er ook innovatieve varianten zoals het lokaal bronnet. Een bronnet is een kleine warmtevoorziening in de vorm van een zeer lage temperatuur warmtenet waar één of enkele gebouwen op zijn aangesloten. In het gebouw of de woning staat een warmtepomp die het aangevoerde water van het bronnet gebruikt als bron voor warmte of koeling. Bronnetten worden vaak toegepast in utiliteitsgebouwen, waar naast warmte ook een relatief hoge koudevraag aanwezig is.

Hoewel bronnetten technisch gezien interessant zijn, is hun potentie in Enschede beperkt vanwege de lage beschikbaarheid van warmte-koude opslag (WKO). Bovendien is de elektriciteitscapaciteit in sommige wijken te laag om het gebruik van bronnetten volledig mogelijk te maken.

De rol van isolatie

Isolatie speelt een centrale rol in de overgang naar duurzame warmte. Zowel bij all-electric als bij warmtenetten is het noodzakelijk om woningen te isoleren tot een bepaald niveau. Bij all-electric is het doel om woningen zodanig te isoleren dat deze met laagtemperatuur warmte (40-55°C) kunnen worden verwarmd. Bij warmtenetten is het doel om de aanvoertemperatuur zo laag mogelijk te houden, zodat het warmtenet efficiënter en duurzamer kan werken.

Isolatiemaatregelen zoals vloer-, gevel-, dak- en raamisolatie zijn daarom essentieel. Deze maatregelen verminderen de warmtevraag van de woning, zodat minder warmte nodig is voor verwarming en warm water. Dit leidt tot lagere energiekosten, minder belasting op het elektriciteitsnet en een lagere CO₂-uitstoot.

Conclusie

De overgang naar een aardgasvrije en CO₂-neutrale stad is een complexe, maar noodzakelijke transitie. All-electric, warmtenetten en lucht-water warmtepompen zijn drie kernopties die een rol kunnen spelen in deze overgang. Elke optie heeft zijn eigen voor- en nadelen, en de keuze hangt af van factoren zoals de isolatiegraad van de woning, de bebouwingsdichtheid van de wijk, en de beschikbaarheid van duurzame warmtebronnen.

Innovaties zoals warmteopslag en technische verbeteringen in warmtepompen zullen de haalbaarheid en kosteneffectiviteit van deze opties vergroten. Bovendien is het belangrijk om isolatiemaatregelen en infrastructuurinvesteringen op tijd te plannen, zodat de overgang tot 2050 realistisch is.

Bronnen

1. Lokale regelgeving overheid.nl