Het koolstofvrij maken van de warmtevoorziening
In vergelijking met de elektriciteitsvoorziening is de druk om actie te ondernemen in de verwarmingssector veel groter, aangezien meer dan 80 % van de warmtevoorziening in Duitsland momenteel nog gebaseerd is op fossiele brandstoffen (1). De focus ligt hier op bestaande gebouwen. De gemeentelijke warmteplanning („Kommunale Wärmeplanung“ KWP) is het centrale instrument voor het identificeren van lokaal beschikbare hernieuwbare energiebronnen („Erneuerbare Energien" EE) voor mogelijk (centraal) gebruik en voor het ontwikkelen van een warmtetransitiestrategie met een specifieke catalogus van maatregelen. Als gevolg van het KWP kunnen geschiktheidsgebieden voor warmtenetten worden gelokaliseerd, evenals gebieden waarvoor een individuele gebouwvoorziening op basis van hernieuwbare energiebronnen zinvol is. De federale wet op het KWP is van kracht sinds januari 2024. Gemeentelijke verwarmingsplannen moeten medio 2028 beschikbaar zijn voor alle gemeenten in Duitsland en medio 2026 voor gemeenten met meer dan 100.000 inwoners (2). Voorbeeld Noordrijn-Westfalen: Hier wordt de uitvoering geflankeerd door een deelstaatwet die eind 2024 wordt aangenomen en die wordt gesteund door een brede politieke basis. Vergeleken met alle andere deelstaten is het aandeel gemeenten dat het KWP-proces heeft opgestart met meer dan 70% het hoogst (3).
Goede redenen voor warmtenetten
Warmtepompen zullen in de toekomst het dominante verwarmingssysteem zijn voor individuele gebouwen. In dichtbebouwde gebieden bieden gecombineerde oplossingen met verwarmingsnetwerken vaak voordelen. Hernieuwbare energiebronnen zoals rivierwarmte of onvermijdelijke afvalwarmte van handel en industrie en thermische zonne-energie kunnen economisch worden benut. In de toekomst zullen grote warmtepompen hier de belangrijkste warmteopwekkers zijn (figuur 1). Daarnaast biedt het gebruik van (vaste) biomassa regionaal potentieel.
Financieringsprogramma's voor de aanleg en uitbreiding van verwarmingsnetwerken
De aanleg en uitbreiding van een infrastructuur voor verwarmingsnetwerken gaat gepaard met hoge investeringen. Op federaal niveau zijn er drie relevante financieringsprogramma's voor financiële ondersteuning.
a) KWKG („Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz“)
Wet warmtekrachtkoppeling
b) BEW („Bundesförderung effiziente Wärmenetze“)
Federaal subsidieprogramma voor efficiënte verwarmingsnetwerken
c) BEG („Bundesförderung für effiziente Gebäude“)
Federale subsidie voor efficiënte gebouwen
Betrouwbare randvoorwaarden zijn essentieel om dit doel te bereiken. Dit omvat in het bijzonder voldoende financiering voor de federale subsidiëring van efficiënte verwarmingsnetwerken („Bundesförderung effiziente Wärmenetze" BEW) die onafhankelijk is van de federale begroting. In de nieuwe zittingsperiode moeten politici actie ondernemen.
De golf van uitbreiding komt
Op basis van het KWP kan worden verwacht dat in veel steden en gemeenten nieuwe verwarmingsnetten zullen worden aangelegd of bestaande netten zullen worden uitgebreid. De eerste verwarmingsplannen die al in 2024 klaar waren, wijzen op dit potentieel. Neem bijvoorbeeld Eschwege in Noord-Hessen: De resultaten van de KWP zijn sinds april 2024 beschikbaar voor de kleine stad met ongeveer 20.000 inwoners in het district Werra-Meißner (4). Volgens het streefscenario voor de warmtevoorziening in 2045 zou 38 % van de warmtebehoefte van de stad kunnen worden gedekt door een nieuw verwarmingsnet, dat in wezen zou worden gevoed door een grote warmtepomp met groene warmte (figuur 2). 50 % zou dan decentraal worden geleverd door lucht/water-warmtepompen, 2 % door grond/water-warmtepompen en de rest door houtpelletketels in combinatie met thermische zonne-energie. Ter vergelijking: op basis van de bestaande gasnetstructuur wordt de eindvraag naar energie in Eschwege nog steeds voor ongeveer 80 % gedekt door fossiele brandstoffen op basis van aardgas. Volgens het KWP liggen de economisch concurrerende warmteproductiekosten voor de uitbreidingsgebieden van het warmtenet tussen € 140 en € 149/MWh (netto met subsidie). Rekening houdend met de BEG-subsidie liggen de kosten voor decentrale levering aan kleine individuele gebouwen met een verwarmingsvermogen van 10 kW tussen € 210 en € 250/MWh (netto met subsidie). Het voorbeeld van Eschwege toont dus op indrukwekkende wijze het technische en economische potentieel voor de uitbreiding van gemeentelijke lokale warmtenetten.
Uitdagingen en verantwoordelijkheid
De transformatie van de warmtevoorziening naar klimaatneutraliteit is een taak voor generaties. De verantwoordelijkheid voor de uitvoering ligt bij de steden en gemeenten, op basis van de Warmteplanwet. Het succes hangt onder andere af van het verstrekken van voldoende middelen en het betrekken van de bevolking door middel van goede communicatie, public relations en transparantie. Zonder acceptatie zal er geen succesvolle implementatie zijn. Voor de aanleg van gemeentelijke lokale warmtenetten zijn de lokale gemeentelijke nutsbedrijven en andere energieleveranciers en aannemers verantwoordelijk. Hier ligt de expertise of moet deze verder worden ontwikkeld. Daarnaast is er veel technische expertise nodig voor planning en capaciteit op het gebied van civiele techniek en de aanleg van pijpleidingen om de verwarmingsinfrastructuur aan te leggen en uit te breiden. Het alomtegenwoordige tekort aan geschoolde arbeidskrachten, zowel op gemeentelijk niveau als bij gemeentelijke nutsbedrijven en technische dienstverleners, vormt een belemmering. Er is veel vraag naar maatregelen die het proces kunnen vereenvoudigen of versnellen.
Mogelijkheden voor versnelde netwerkuitbreiding
Er is geen alternatief voor de aanleg en uitbreiding van verwarmingsnetwerken met kunststofommantelde buizen („Kunststoffmantelrohrleitungen“ KMR), d.w.z. met starre stalen mediabuizen, voor grote transport- en hoofddistributieleidingen vanwege de vereiste transportcapaciteit (buisdoorsneden) en de soms hoge temperatuur- en drukeisen in de toevoernetwerken. Daarbuiten, waar de technische vereisten het toelaten, is echter openheid voor nieuwe of alternatieve technische oplossingen vereist.
Voor de operationele uitvoering is het een absolute winst als extra (nieuwe) capaciteiten kunnen worden opgenomen op basis van het gebruik van flexibele polymeerleidingsystemen (“polymerer Rohrsysteme“ PMR). Dit geldt bijvoorbeeld voor civieltechnische bedrijven zonder speciale kennis van KMR-constructie (bijv. vereiste expertise en certificeringen voor staallassen) of medewerkers van gemeentelijke nutsbedrijven. De voordelen van PMR beginnen met het planningsproces, dat eenvoudiger en sneller is. Dankzij de zelfcompenserende aard van het leidingwerk zijn er geen statische leidingen of expansiebochten nodig (afb. 3). De flexibiliteit van de kunststof buizen die als ringbundels verkrijgbaar zijn, kan in het tracé worden benut, bijvoorbeeld bij het omzeilen van obstakels zoals rioolbuizen of mangaten (afb. 4). Bij harde stalen buizen daarentegen zijn speciaal vervaardigde passtukken nodig, bijvoorbeeld bij een verticale verspringing in het tracé, die een kostenverhogend effect hebben (afb. 5).
In PMR wordt een dubbele buis tot en met afmeting d63/202 (specificatie met versterkte isolatie) veel gebruikt als flexibel systeem met een standaard ringleidinglengte tot 75 meter. Dubbele leidingen verdienen de voorkeur, vooral in het netwerkgebruik, vanwege de gemiddeld ongeveer 1/3 lagere warmteverliezen in vergelijking met enkele leidingen. In KMR domineren over het algemeen systemen met enkele buizen. De constructie van dubbele leidingsystemen is zeer uitdagend in termen van structurele realisatie, onder andere met betrekking tot de productie van de lasnaden bij de verbindingen. Omgekeerd: Als er sprake is van een mogelijke verandering in technologie van KMR enkelbuizen naar PMR dubbelbuizen, wordt het kostenvoordeel ook gecombineerd met een efficiencyvoordeel door een vermindering van de warmteverliezen. Bij het maken van een vergelijking is het belangrijk op te merken dat het kostenvoordeel van PMR ten opzichte van KMR niet (in de eerste plaats) wordt bereikt door de veronderstelde besparing op materiaalkosten. De kostenreductie vloeit veeleer voort uit de totale overweging en opname van het verschillende aantal componenten en de inspanning die gemoeid is met de noodzakelijke verwerkingsstappen en, in het bijzonder, de extra besparingen in civiele techniek.
De verbindingstechnologie die bij PMR wordt gebruikt, een schuifhulsperssysteem, is eenvoudig te verwerken, uiterst robuust en vooral veilig (fig. 6). Het komt erop neer dat een PMR-netwerk(sectie) aanzienlijk sneller kan worden gerealiseerd. Tussentijdse conclusie: indien technisch geschikt en met herkenbare economische voordelen, moeten PMR-systemen en de combinatie van KMR + PMR in de toekomst consequent worden gebruikt, d.w.z. het beste van twee werelden. Met betrekking tot specifieke projecten moet een fundamenteel onderscheid worden gemaakt tussen drie categorieën:
a) Geïsoleerde netwerken
Uit de eerste voltooide gemeentelijke verwarmingsplannen blijkt dat ook buiten de grotere stedelijke (deel)netwerken geschiktheidsgebieden voor gedecentraliseerde verwarmingsnetwerken (wijken) worden aangewezen, waar flexibele polymeerleidingsystemen kunnen worden gebruikt vanwege de omvang en het totale verwarmingsvermogen (en de daaruit afgeleide vereiste leidingdoorsneden) en de maximale temperatuur- en drukeisen. Polymeerleidingsystemen worden al op grote schaal en met succes geïnstalleerd in nieuwbouwwijken en hebben in de praktijk hun waarde bewezen door kostenbesparingen en aanzienlijk kortere bouwtijden (5, 6).
b) Secundaire netten
Hydraulische ontkoppeling maakt een verlaging van de netwerktemperaturen en -drukniveaus mogelijk als voorwaarde voor een materiaalomschakeling van KMR naar PMR in het secundaire net (afb. 7).
Vooral waar stadsverwarmingsnetwerken al bestaan en worden uitgebreid, bieden secundaire PMR-netwerken een aanzienlijk potentieel om de kosten te verlagen en de implementatie te versnellen.
c) Hybride netten
Als wordt voldaan aan de technische eisen voor het totale netwerk in kwestie met betrekking tot maximale bedrijfstemperatuur en drukniveau, kan een hybride net worden gecreëerd. Het ontwerp van de PMR-component is niet beperkt tot de huisaansluitleidingen, maar omvat over het algemeen ook de subdistributie, bijv. in afzonderlijke wegvakken. Welke maximumafmeting economisch voordelig is voor PMR in vergelijking met KMR hangt af van talrijke randvoorwaarden. In individuele gevallen hebben grote PMR buisafmetingen ook de voorkeur als het traject bijvoorbeeld langere trajecten heeft met veel richtingsveranderingen en mogelijk verticale sprongen, waarvoor bij KMR een groot aantal vormdelen en passtukken nodig zou zijn. De overgang van KMR naar PMR kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door middel van een parallelle aftakking met universeel lasbare overgangsfittingen, die aan één kant met de polymeerbuizen worden geperst.
Praktijkvoorbeelden van hybride en secundaire netten
Hybride netten en secundaire netten zijn geen nieuwe uitvinding. Er zijn al tal van succesvol uitgevoerde projecten die een voorbeeld kunnen zijn voor de toekomst. SOLARCOMPLEX AG heeft bijvoorbeeld goede ervaringen met verschillende hybride netten die in de afgelopen 10 jaar gepland en gebouwd zijn in de regio van het Bodenmeer en in het zuidelijke Zwarte Woud. Andere projecten waarbij het polymeerbuissysteem RAUTHERMEX van REHAU werd gebruikt in combinatie met KMR zijn onder andere die in Sebnitz bij Dresden en Herbrechtingen/Baden-Württemberg.
In Adelsdorf, een gemeente met ongeveer 9.500 inwoners 40 kilometer ten noordwesten van Neurenberg, wordt de klimaatbescherming met grote inzet bevorderd door de aanleg en uitbreiding van een hybride netwerk (Afbeelding 8 en 9). De eerste ervaring met netgekoppelde warmtelevering werd al in 2007 opgedaan met de bouw en exploitatie van een eilandnet voor stadsverwarming. De noodzakelijke oprichting van gemeentelijke structuren volgde in 2022 met de oprichting van Gemeindewerke Adelsdorf. Er is nu een duidelijk stappenplan om gedecentraliseerde individuele verwarmingssystemen op fossiele brandstoffen te vervangen door de levering van groene warmte (afb. 10). Voor woningcorporaties en gebouweigenaren biedt dit zekerheid met betrekking tot het voldoen aan de wettelijke eisen volgens de Building Energy Act. Adelsdorf is een voorbeeld van hoe de noodzakelijke decarbonisatie van de warmtevoorziening kan worden geïmplementeerd in kleine en middelgrote gemeenten.
Aan de westelijke rand van Stralsund in Mecklenburg-Vorpommern wordt het ontwikkelingsgebied B-Plan 39 gebouwd met in totaal 11 appartementenblokken en 94 eengezinswoningen. In Stralsund volgt SWS een duidelijke strategie die bestaat uit het transformeren van de bestaande infrastructuur van het verwarmingsnetwerk door achtereenvolgens extra hernieuwbare warmtebronnen te integreren en het netwerk uit te breiden om decentrale fossiele warmtebronnen te vervangen. SWS gebruikt voor het eerst kunststof in B-Plan 39 en vertrouwt op de expertise van REHAU en het gecertificeerde RAUTHERMEX PMR-systeem (afb. 11). De aanleg van het netwerk begon in het voorjaar van 2023 en de eerste gebouwen worden sinds eind 2024 bevoorraad. Het secundaire netwerk wordt gevoed vanuit het naburige KMR-verwarmingsnetwerk.
Conclusie & vooruitzichten
Een versnelde uitbreiding van de infrastructuur voor warmtenetten vereist de inzet van extra capaciteit - vooral op het gebied van specialistische planning en uitvoering van de bouw. Voor ingenieursbureaus die zich nu (her)vestigen in dit segment zijn de zakelijke vooruitzichten uiterst positief. Voor civieltechnische en pijpleidingbouwbedrijven wordt training in de verwerking van polymeerleidingsystemen aanzienlijk belangrijker. Dit wordt gestimuleerd door klanten, zoals gemeentelijke nutsbedrijven, die steeds meer het potentieel van PMR inzien. Flexibele polymeer leidingsystemen kunnen een substantiële bijdrage leveren aan het versnellen van het koolstofvrij maken van de warmtevoorziening buiten stand-alone netwerken bij gebruik in secundaire en hybride netwerken. De ervaring heeft geleerd dat met de verandering van materiaal of de combinatie van KMR + PMR tot ongeveer 1/3 van de investeringskosten kan worden bespaard in verhouding tot het PMR-gedeelte en dat de bouwtijd aanzienlijk kan worden verkort. De voorwaarde voor duurzaam succes bij de integratie van PMR, zelfs in grotere netwerken, is de naleving van gegarandeerde eigenschappen en een focus op duurzaamheid en kwaliteitsborging in het totale systeem dat bestaat uit leidingwerk, leidingverbindingstechnologie en moffen voor na-isolatie.
Over de auteur:
Dipl.-Ing. (FH) Olaf Kruse
Product Engineer & Project Manager Local Heating
REHAU Industries SE & Co. KG
Contact:
REHAU Industries SE & Co. KG
Ytterbium 4
91058 Erlangen
Telefoon: +49 9131 92-5346
E-mail: Olaf.Kruse@rehau.com
gebaeudetechnik.rehau.de
Olaf Kruse werkt sinds 1995 in de energievoorzieningsindustrie, aanvankelijk op het gebied van advies en planning, met als specialisatie geothermische systemen. In 2004 stapte hij over naar polymeer-specialist REHAU, waar hij verantwoordelijk was voor de productontwikkeling van zonneboilersystemen en drinkwaterverwarmingssystemen. Sinds 2013 zet hij zijn uitgebreide ervaring als productingenieur en projectmanager in voor lokale verwarmingsprojecten in heel Duitsland.