Grote toekomstwaarde en nu al beschikbaar.
Warmtepompen besparen energie, vergemakkelijken de transitie en blijven ook daarna waardevol.
Introductie
Warmtepompen worden meestal elektrisch aangedreven. Voor energetisch voordeel moet het rendement van de elektrische centrale worden gecompenseerd. Met een COP van bijna 4, kunnen moderne warmtepompen dat. Koppeling aan gascentrales geeft, vergeleken met HR ketels, 40% van het gasgebruik. Warmtepompen verviervoudigen de energieopbrengst van duurzame elektriciteit. Een opslagvat kan aanbodfluctuaties opvangen. Warmtepompen besparen energie en faciliteren de transitie. Grote schaal toepassing is dus zeer gewenst.
Verwarming
De behoefte aan warmte is eeuwenoud.
Het vuur van mest of sprokkelhout dat lang geleden werd gebruikt verschafte de mensen weliswaar de nodige warmte, maar van de vrijkomende energie werd slechts een klein deel nuttig gebruikt. Het grootste deel verwoei in de buitenlucht. Datzelfde geldt overigens voor de open haard die de moderne mens gebruikt.
Verwarming vraagt rond 40% van ons huidige energiegebruik. Het is dus zeer de moeite waard om te kijken of het met minder toe kan.
De introductie van de HR ketel was een sprong voorwaarts omdat bijna alle warmte uit de brandstof (meestal) aardgas door die ketel nuttig kan worden benut. Wie denkt dat rendementsgetallen als HR 107 er op duiden dat een HR ketel meer energie uit het gas haalt dan erin zit, is het slachtoffer van handige commercixeble definities. De HR ketel is uiterst efficixebnt en heeft een rendement van bijna 100% maar is niet vrijgesteld van de wetten der thermodynamica.
Ook die moderne gasketel is afhankelijk van de beschikbaarheid van fossiele energie en is een weliswaar uitgekiende machine, die bij doordenken niet kan verhullen dat de mens zich nog bevindt in het stadium van primitieve verzamelaar van energie, die de x93energielandbouwx94 nog niet heeft uitgevonden en afhankelijk is van wat hij in de natuur vindt. Hoe hightech de apparaten ook zijn, het ontwikkelingsstadium van de gebruiker is in feite tamelijk primitief.
Te veel discussies over energie efficiency gaan alleen over technische vermindering van het energiegebruik en de productie of afvangen van de vrijkomende CO2 , en niet over vermindering van de energievraag. Het valt buiten de context van dit artikel om in te gaan op vraagvermindering,. Daarom volsta ik met de opmerking dat onze warmtevraag drastisch omlaag kan door betere ruimtelijke ordening en door beter te bouwen en te renoveren.
Elektrische aandrijving
De meeste warmtepompen worden elektrisch aangedreven. Het is daarom noodzakelijk de mechanismen en de rendementen van de elektriciteitsopwekking mede in beschouwing te nemen.
Het rendement van de meeste elektriciteitscentrales ligt iets onder de 50%. Dat komt niet omdat de elektriciteitsopwekkers onbenullige knoeiers zijn. Zij zijn simpelweg gebonden aan thermodynamische wetten die het rendement waarmee warmte kan worden omgezet in elektriciteit limiteren in een functie waarbij de hoogste procestemperatuur en omgevingstemperatuur een rol spelen.
Een elektriciteitscentrale produceert dus onvermijdelijk warmte als bijproduct en die warmte moet worden afgevoerd.
Het valt ook buiten de context van dit artikel om een discussie te starten over de ethiek hiervan tegen de achtergrond van onze grote warmtebehoefte. Er zijn landen waar pas een elektriciteitscentrale mag worden gebouwd als een nuttig gebruik is gevonden voor de als bijproduct geproduceerde warmte.
Als een warmtepomp wordt aangedreven met elektriciteit uit een centrale die iets minder dan de helft van de gebruikte brandstof omzet in warmte, in vergelijking tot de HR ketel die bijna 100% van de brandstof omzet in nuttige warmte, moet dat verlies worden gecompenseerd. Anders heeft toepassing van warmtepompen energetisch geen zin.
Moderne warmtepompen hebben een COP, een getal dat de omzettingsefficiency aangeeft, van bijna 4. Dat betekent dus dat ze bijna twee keer zo veel warmte kunnen afgeven in vergelijking met directe verbranding van de centralebrandstof ter plekke. Dat is een niet te versmaden voordeel. Maar het kan nog mooier.
Gascentrales
Moderne gascentrales (die worden aangeduid met STEG) maken een uitgekiender gebruik van de mogelijkheden van de thermodynamica en hebben, nog zonder nuttig gebruik van de restwarmte, een rendement van boven de 60%.
Dat betekent dat warmtepompen, die hun elektriciteit betrekken uit een moderne gasgestookte centrale, bijna 2,5 maal de hoeveelheid warmte kunnen leveren die directe verbranding zou hebben opgeleverd. Dat betekent een besparing van bijna 60% omdat iets meer dan 40% van de anders gebruikte hoeveelheid brandstof hetzelfde resultaat oplevert als verbranding in een HR ketel.
Het is daarbij een aantrekkelijk voordeel dat dit soort gascentrales gemakkelijker kan worden gebouwd in de buurt van plaatsen waar ook de geproduceerde afvalwarmte nuttig kan worden gebruikt. Dat laat de besparing nog hoger oplopen.
In een tijd waarin we beseffen dat we x93verbouwers van energiex94 moeten worden in plaats van x93verzamelaarsx94 bouwen we meer en meer installaties die duurzame elektriciteit leveren, hetzij door windturbines, hetzij door fotovoltaxefsche panelen. Gelukkig is er over het etmaal en over het jaar vaak zon als er weinig wind is en omgekeerd. Maar een snelle regelbaarheid van het elektriciteitsnet is niet te versmaden.
Het is daarbij een groot voordeel dat de genoemde gascentrales veel gemakkelijker en sneller regelbaar zijn dan de meer conventionele centrales.
Verder in dit artikel zullen we zien dat ook warmtepompen een bijdrage kunnen leveren aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet.
De warmtepomp is geen toverdoos maar wel flexibel
We hebben hierboven gezien dat een warmtepomp meer bruikbare energie kan afleveren dan er als aandrijvingsenergie in gaat. Dat betekent niet dat de warmtepomp is vrijgesteld van de wetten der thermodynamica. Een warmtepomp ontrekt het grootste deel van de energie die deze levert aan de omgeving. Gelukkig kan dat op veel verschillende manieren.
Het meest bekend is het ontrekken van warmte aan de bodem.
Dat kan gebeuren door warmte via een buizenstelsel te ontrekken aan een watervoerende bodemlaag. Het kan ook met lussen die diep in de bodem steken en waardoor een vloeistof circuleert die als warmtedrager kan fungeren. Dat soort lussen zijn ook wel in heipalen aangebracht.
De beschreven technieken moeten met zorg worden uitgevoerd om subtiele evenwichten in de bodem niet te verstoren of het draagvermogen van de heipaal niet te verliezen.
Minder bekend is dat slangen ook over een groot oppervlak horizontaal in de bodem kunnen worden gebracht om via een daarin circulerende vloeistof bruikbare warmte te ontrekken, of in de vorm van spiralen of korven die slechts een paar meter in de bodem steken. Toch zijn deze technieken al gewoon op de markt beschikbaar.
Warmte kan ook aan de omgevingslucht worden ontrokken en dat leidt tot betrekkelijk eenvoudige installaties, die volgens sommigen een iets geringer rendement hebben.
Tenslotte zijn er mengvormen op de markt, waarbij bijvoorbeeld een tuinhek wordt gebouwd in de vorm van slangen waardoor de warmte dragende vloeistof circuleert. Bij een goede plaatsing wordt zonnewarmte gebruikt, gecombineerd met warmte uit de omgevingslucht.
Het is goed om te beseffen dat er een grote verscheidenheid aan bronnen beschikbaar is waaruit de warmtepomp zijn x93extrax94warmte onttrekt, want voor een warmtepomp installatie zijn veel meer variaties beschikbaar dan doorgaans wordt gedacht.
Stabieler elektriciteitsnet met warmtepompen
Sommigen van ons herinneren zich nog de tijd dat de elektriciteitsleveranciers op afstand boilers of zelfs wasmachines konden in- of uitschakelen, afhankelijk van vraag en aanbod op het elektriciteitsnet.
Met het beschikbaar komen van duurzame bronnen met een wat variabeler karakter dan we gewend zijn, is het van groot belang als de elektriciteitsleverancier ook de afname van stroom enigszins kan bexefnvloeden.
Warmtepompen kunnen daarbij een interessante rol spelen. Als ze beschikken over een voorraadvat dat groot genoeg is – en dat is gemakkelijk te realiseren x96 kan een constructie worden bedacht waarbij de netbeheerder de warmtepomp op afstand aan- of afschakelt. In Duitsland gebeurt dat al en krijgen afnemers die voor deze optie kiezen een aanzienlijk lager elektriciteitstarief aangeboden.
Bij een goede regelbaarheid en een opslagvat dat groot genoeg is kan dit opslagvat zelfs gebruikt worden om een overschot aan duurzame energie voor wat later gebruik op te slaan.
Warmtepompen kunnen dus nu en in de toekomst een belangrijke rol spelen bij het stabiel houden van het elektriciteitsnet en dat wordt in Duitsland met een bijpassend tarief nu al toegepast.
Met warmtepompen de bruikbaarheid van duurzame elektriciteit verviervoudigen
Als een COP van bijna 4 al goed uitpakt bij het gebruik van x93fossiele elektriciteitx94 wordt het effect bij gebruik van duurzame elektriciteit ronduit spectaculair. De consequentie is even simpel als verrassend: als een warmtepomp wordt aangedreven door duurzame elektriciteit verviervoudigt deze de bruikbare opbrengst. Dat is mooi meegnomen in een tijd waar we eigenlijk wel van de fossiele energie afwillen en een meevaller voor de x93verbouwer van energiex94 die we eindelijk gaan worden.
Warmtepompen waardevol voor tijdens en na transitie
Tegen de achtergrond van het bovenstaande tekent zich een duidelijk transitiepad af.
1. vraag beperken
Natuurlijk moet vraagbeperking in de gebouwde omgeving voorrang krijgen. Dus niet halfslachtig verbeteren en op basis van compromissen nieuw bouwen. Nee nieuw bouwen op basis van de principes van passief bouwen en ook x93passief renoverenx94. En geen vertroebelende EPC berekeningen meer, maar de energieprestatie berekenen volgens de PHPP methode die volgens recent onderzoek wel voorspellende waarde heeft.
2. warmtepompen bevorderen
Het terug brengen van de energievraag voor warmtebehoefte brengt de warmtepomp nog dichter bij, want die zijn al wel op de markt voor de geringe vermogens die dan nog nodig zijn.
Krachtig bevorderen van de warmtepomp is een maatregel die ook nu al zou moeten plaats vinden, evenals het in navolging van Duitsland introduceren van een aantrekkelijk tarief voor warmtepompen die binnen bepaalde grenzen door de netbeheerder mogen worden aan- en afgeschakeld.
3. Gascentrales van het STEG type bevorderen
Een hoog opwekkingsrendement van de benodigde elektriciteit maakt het rendement van warmtepompen nog hoger en betekent netto een energiebesparing van tussen de 50 en 60%.
De centrale is beter regelbaar, wat in combinatie met opwekking van duurzame elektriciteit een voordeel is.
In de verdere toekomst zijn deze centrales waarschijnlijk geschikt te maken voor in de omgeving geproduceerd biogas en de mogelijkheden om restwarmte te gebruiken zijn groter dan bij traditionele centrales.
4. De opwekking van duurzame elektriciteit bevorderen
Het opwekken van duurzame elektriciteit past bij de transitie van x93energieverzamelaarx94 naar x93energieproducentx94 en lijkt inmiddels breed te worden aanvaard.
Conclusies
1. Warmtepompen kunnen nu al een grote bijdrage leveren aan het gebruik van fossiele energie voor verwarmingsdoeleinden.
2. Warmtepompen kunnen nog meer bijdragen aan energiebesparing bij het opwekken van elektriciteit door STEG gascentrales.
3. Warmtepompen zowel als STEG centrales maken het gemakkelijker om het elektriciteitsnet stabiel te houden.
4. Warmtepompen kunnen de nuttige te gebruiken energiehoeveelheid van duurzame opgewekte elektriciteit verviervoudigen.
Aanbevelingen
De beschikbare mogelijkheden om de energievraag voor ruimteverwarming drastisch te reduceren moeten beter bekend worden gemaakt. Hier ligt een taak voor de Rijksoverheid samen met relevante organisaties uit het bedrijfsleven.
De mogelijkheden en flexibiliteit van warmtepompen moeten beter bekend worden. Hier ligt eveneens een taak voor Rijksoverheid samen met relevante organisaties uit het bedrijfsleven.
De toepassing van de warmtepomp moet door tariefmaatregelen voor het elektriciteitstarief (zie Duitsland) verder worden bevorderd. Hier ligt een taak voor de Rijksoverheid.
Thans beschikbare subsidie/bevorderings -regelingen moeten worden aangepast. Ook dat is een taak voor de Rijksoverheid.
Chris Zijdeveld
Ir. Chris Zijdeveld is zelfstandig adviseur en vervulde en vervult een groot aantal functies op het gebied van Duurzaamheid, Milieu en Energiebesparing.
Hij ontving als Schiedams wethouder de Nationale Energiebesparingstrofee, De Groene Pluim van de Kleine Aarde en de eerste Nederlandse Zonne-energie prijs en is o.a. President van het International Solar Cities Initiative (ISCI), voorzitter van de Stichting Warmtepompen, voorzitter van de Stichting Lage Temperatuur Verwarming (LTV), voorzitter van het Nederlands Platform Warmtepompen, voorzitter van de Stichting PassiefBouwen.nl en voorzitter van de Landelijke werkgroep Milieu, Energie en Economie (LME2 ) in de PvdA.