Veldtest CO2-neutrale woningen

Om de CO2-uitstoot van een woning naar nul te brengen is het van belang dat die woning niet op jaarbasis nul is door verlies en winst te compenseren, maar continu nul. Van belang is daarom dat we de gasinfrastructuur koesteren, in plaats van te streven naar totale afkoppeling. Onze gasinfrastructuur biedt enorme opslagmogelijkheden voor energie uit bijvoorbeeld wind en zon. Remeha zet daarom zwaar in op CO2-neutrale woningen met micro-wkk.

Tekst: ing. Frank de Groot
 

CO2-neutrale woning in het buitengebied van het Gelderse Empe.

In het buitengebied van Empe (bij Apeldoorn) staat één van de zeven CO2-neutrale woningen die deelnemen aan een veldtest van Remeha. Ze hebben allemaal PV-panelen op het dak, een micro-wkk, accu’s voor opslag van energie, een energiemonitoringsysteem, en sommige een laadpaal. Maar verder doet de woning in Empe in niets denken aan de toekomst. De woning is twee jaar geleden volledig in historiserende stijl gebouwd, met de uitstraling van een oude boerderij, inclusief houten gebinten en deuren met klassiek hang- en sluitwerk. Hier woont Marco Bijkerk, Manager Innovative technologies van Remeha B.V., met zijn vrouw en twee dochters en BouwTotaal mag vrij rondkijken.
Bijkerk laat in een grafiek zien dat de woning in deze pilotfase inderdaad op ‘nul’ uitkomt. Betekent dit dat de familie Bijkerk CO2 besparen tot kunst heeft verheven en ‘s avonds bij kaarslicht aan tafel zit? Hij wijst direct naar zijn vrouw: ‘Zij heeft direct gezegd: ik moet normaal in zo’n woning kunnen leven. Dus ja, we hebben een droger en vaatwasser en twee dochters die lang douchen. Dat maakt de veldtest ook representatief voor verdere opschaling.’

Gas of elektra??

‘In 2050 moet de Nederlandse energievoorziening CO2-neutraal zijn. Dat is haalbaar en dat kan zonder het gas- en elektranetwerk te verzwaren. Het is ook betaalbaar voor de particulier en als bijvangst kunnen we het gebruik van elektrische auto’s bevorderen. We hebben een unieke kans om hierin gidsland in Europa te worden. Want nu lopen we nog hopeloos achter’, stelt Bijkerk.
Het lijkt erop dat de overheid volledig wil inzetten op ‘schone’ elektriciteit van windmolens en pv-panelen. ‘Elektriciteit heeft hierdoor tegenwoordig een ‘schoon’ imago, terwijl gas een negatief imago heeft door de problemen met aardbevingen in Groningen, de problemen in Rusland en het feit dat aardgas een fossiele bron is. In werkelijkheid wordt er bij de productie van elektriciteit momenteel circa 3,6 keer meer CO2 uitgestoten dan bij gas. Doordat de gaswinning in Noord-Nederland steeds verder wordt afgebouwd, zie je bij de elektriciteitsproductie dat men weer meer steenkool gaat gebruiken. Hierdoor neemt de CO2-uitstoot alleen maar verder toe. We moeten daarom naar de energiebronnen kijken en niet naar de energiesoort’, zegt Bijkerk.
De gegevens van de CO2-intensiteit voor geproduceerde elektriciteit in Nederland blijken zeer lastig te verkrijgen. Een zoektocht over onze oostgrens is echter verassend eenvoudig, de cijfers zijn gewoon publiekelijk te vinden op internet. Bijkerk: ‘Daaruit blijkt dat de elektriciteit midden op de dag in de zomer het schoonst is en in de winter, en vroeg en laat op de dag, het smerigste. Dat houdt dus ook in dat de elektriciteit die we overdag naar het elektriciteitsnet sturen – omdat we thuis teveel hebben –  een andere ‘CO2’-waarde heeft dan de elektriciteit die we ’s avonds of ’s winters inkopen, om de warmtepomp aan te drijven.’ (Zie Grafiek 1).
 

Marco Bijkerk, Manager Innovative technologies van Remeha B.V., met de achtergrond een micro-wkk ketel (showmodel): ‘Het voordeel van Syngas – of circulair gas, zoals wij dat noemen – is dat je het op kunt slaan in het gasnetwerk. Hierdoor kunnen we pieken en dalen afvlakken en ontstaat een belangrijke voorwaarde voor CO2-neutraal bouwen.’

NOM

Is een Nul-op-de-Meter (NOM) woning CO2-neutraal? ‘Wanneer we bedenken dat een NOM-woning in de winter vervuilde energie nodig heeft van het net, is de conclusie dat een dergelijke woning behalve door isolatie verder geen CO2 bespaart. Bovendien gaat er van de hoeveelheid opgewekte elektriciteit van de PV-panelen slechts 20% naar de warmtepomp. De rest wordt dus naar het elektriciteitsnet gestuurd en later wordt stroom van het net ingekocht. Dit heeft consequenties voor het net en de opwekking van elektriciteit. Het elektriciteitsnet is namelijk geen buffer. Alle energie die via het netwerk wordt getransporteerd moet continu gemanaged en in balans gehouden worden. Wanneer de teruglevering aan het net in de nabije toekomst verder toeneemt door een groeiend aantal PV-panelen, zal de elektriciteitsinfrastructuur aangepast moeten worden. Die kosten komen uiteindelijk weer bij de verbruikers terecht.’
De netbelasting van een all electric NOM-woning is volgens Bijkerk bovendien niet lager, maar veel hoger dan een traditioneel huis. Gedurende vele uren en dagen in de winter ligt de belasting rond de 2 kW. In de zomer gebeurt het omgekeerde: gedurende vele uren en dagen ligt de export ver boven de 2 kW (zie grafiek 2). Er is eigenlijk zelden een moment in het jaar dat het netjes in balans is. Hierbij is het van belang om te weten dat de capaciteit van het fijnmazige laagspanningsnet in woonwijken hierop niet is uitgelegd. ‘Een eenvoudige conclusie is dus dat de belasting te hoog is bij grootschalige toepassing in Nederland. Momenteel worden de kosten van netaanpassing en de hieraan gerelateerde milieubelasting voor de NOM-projecten buiten de businesscase gehouden, terwijl die kosten wel gemaakt moeten worden.’
 

Power-to-gas

Het kabinet is bezig met de realisatie van vijf windparken op zee die behoren tot de grootste ter wereld waarbij stapsgewijs grote kostenreducties worden bereikt. Elk windpark heeft een capaciteit van 700 megawatt: dat is per park voldoende om een miljoen huishoudens van elektriciteit te voorzien. De windparken Borssele worden gebouwd op 22 km voor de Zeeuwse kust. Naast alle andere reeds aanwezige of binnenkort nog op te leveren windparken dringt zich de vraag op waarom we dan nog het aardgasnet in stand zouden moeten houden. Inmiddels wordt ook vanuit de overheid ingezet op aardgasloos bouwen en verrijzen de eerste woonwijken zonder gasaansluitingen.
Bijkerk vindt het onverantwoord om in te zetten op (bestaande) woningen zonder gasaansluitingen: ‘Als al die windparken tegelijkertijd bij veel wind energie gaan leveren is de capaciteit van het net ontoereikend om die energie te transporteren. Energie opslaan op het elektriciteitsnet kan niet. En waar halen we voldoende energie vandaan op windstille dagen? Een goede oplossing is Power-to-Gas.’
Bij Power-to-Gas wordt elektriciteit door middel van elektrolyse omgezet in waterstof. Daarna volgt een zogenaamde methaniseringsfase, waarin uit waterstof en kooldioxide (CO2) synthetisch methaan wordt gewonnen. Hiervoor kan CO2 uit industriële processen, uit de omgevingslucht of uit biogasinstallaties worden gebruikt. Het methaan wordt direct ingevoerd of eerst op groengas-kwaliteit gebracht door bijmenging van koolstofdioxide dan wel stikstof, waarna het synthetisch gas, of Syngas genoemd kan worden.
‘Het voordeel van Syngas – of circulair gas, zoals wij dat noemen – is dat je het op kunt slaan in het gasnetwerk. Hierdoor kunnen we pieken en dalen afvlakken en ontstaat een belangrijke voorwaarde voor CO2-neutraal bouwen. Het transportverlies door een aardgasnetwerk is met <0,1% bovendien veel kleiner dan het transportverlies van 8-10% in een hoogspanningsnet. Ik verbaas me dan ook over de lobby om woningen gasloos te maken. Ja, ‘aardgasloos’, maar niet gasloos!’
 

Het energiemonitoringsysteem geeft helder aan wat er opgewekt en verbruikt wordt aan energie.

CO2-neutraal

Een belangrijk stap bij CO2-neutraal bouwen is het afvlakken van pieken en dalen: ‘In de winter hebben we een warmtebehoefte, maar komt er nauwelijks stroom van pv-panelen op het dak. Dus halen we stroom van het net, dat deels is opgewekt met kolen. In de zomer leveren de pv-panelen volop elektriciteit, waardoor een overschot ontstaat. Dat overschot wordt teruggeleverd aan het net. Per saldo komen we dan na een jaar op een CO2-uitstoot van nul. Maar dat is meer een handig rekensommetje, dan dat je gedurende een jaar geen vervuilende bronnen gebruikt’, legt Bijkerk uit.
Hoe kunnen we die pieken en dalen zo afvlakken dat de CO2-uitstoot gedurende een jaar ongeveer nul blijft? Het antwoord is te zien in de woning van Bijkerk: ‘De micro-wkk is een soort HR-ketel die ook stroom kan opwekken. Hij heeft als energiebron groen gas. Als er in de winter warmtebehoefte is dan produceert de micro-wkk warmte en elektra. In de zomer komt de elektra goeddeels van de tien pv-panelen het dak. Een grote thuisaccu met capaciteit van 4,8 kWh slaat een teveel aan stroom op, waardoor we over circa 24 uur kunnen middelen. Hierdoor hebben we extra opslagcapaciteit. Het resultaat is gedurende het gehele jaar dat we nagenoeg geen CO2 uitstoten.’ (Zie Grafiek 3). En buiten staat een elektrische laadpaal om de wagen te laden. Dat kan, want het systeem maakt capaciteit in het elektriciteitsnet vrij in plaats van voor een grotere belasting te zorgen.
De micro-wkk is volgens Bijkerk niet veel groter dan een HR-ketel en is eenvoudig in bestaande woningen in te bouwen. ‘De ketel is ook erg stil. Hij hangt hier achter een luik in de vide, dat je vanaf de woonkamer kunt zien. Ik was wel wat bevreesd voor het geluid, maar je hoort hem gewoon niet.’ Maar hoe komt hij aan groen gas in het buitengebied van Empe? ‘Ik heb een afspraak gemaakt met GasTerra dat zij zorgen dat de hoeveelheid gas die ik verbruik, groen wordt ingekocht.’ En wat kost de hele installatie? ‘Als je de pv-panelen, micro-wkk en accu bij elkaar optelt kom je uit op circa 20.000 euro. Het is nu al een betaalbare manier om een CO2-neutrale woning te realiseren met lage energiekosten. Circa 80 tot 90 procent van de tijd betrekken we geen stroom van het net!’
 

Een grote thuisaccu met capaciteit van 4,8 kWh slaat een teveel aan stroom op, waardoor er over circa 24 uur altijd voldoende elektriciteit beschikbaar is of kan worden opgeslagen.

Anders denken

Ook Chiel Boonstra is uitgenodigd om de woning te bezoeken en zijn visie te geven. Boonstra is onder meer adviseur op het gebied van duurzaam bouwen en duurzame energie in de gebouwde omgeving in zijn bureau Trecodome. Ook is hij één van de initiatiefnemers van de Stichting Passiefbouwen.nl, waarvoor hij optreedt als lid van de Adviesraad. ‘We moeten af van het denken in energieneutraal en CO2-neutraal. In de zomer leveren we energie en in de winter importeren we energie. Maar wat komt die energie vandaan? En is dat nul? Nee, we strepen de emissies tegen elkaar weg.’
‘We moeten echt anders gaan denken in Nederland. We zitten nu op 6% duurzaam opgewekte energie. Daarmee zitten we wereldwijd gezien in de achterhoede. En dan is 80% van dat duurzame deel nog bijstook van hout in energiecentrales. Slechts één procent komt van wind en zon. Ook op het gebied van CO2-emissies scoren we wereldwijd gezien slecht. Dat komt omdat we te weinig naar de energiebronnen kijken: hoe worden elektriciteit, gas en warmte opgewekt? Met olie, aardgas, kolen, nucleair of met zon, wind, waterkracht of biomassa? We zien niet waar het vandaan komt, waardoor we de verkeerde richting kiezen’, aldus Boonstra.
 

Chiel Boonstra: ‘We moeten af van het denken in energieneutraal en CO2-neutraal. In de zomer leveren we energie en in de winter importeren we energie. Maar wat komt die energie vandaan? En is dat nul? Nee, we strepen de emissies tegen elkaar weg.’

Ook moet er aandacht zijn voor energie-opslag: ‘We kunnen energie kortcyclisch of langcyclisch opslaan. Bij kortcyclisch moeten we denken aan bijvoorbeeld accu’s en bij langcyclisch aan seizoensopslag van bijvoorbeeld gas in zoutcavernes. Grote kansen biedt opslag van Power-to-Gas in de gasinfrastructuur. Zo is de opslagcapaciteit van het Duitse aardgasnetwerk voldoende voor een aantal maanden van de energievraag. Volgens onderzoek van het Fraunhofer-Institut is de in het Duitse gasnet noodzakelijke opslag energetisch ongeveer 2.500 keer zo groot als de noodzakelijke elektrische opslag in batterijen.’
De adviseur concludeert dan ook dat we niet in één energiedrager moeten denken: ‘Gas is de ontsluiting van het toekomstige energiesysteem. Het is ook een opslagsysteem van duurzame energie en we zijn al op de gasinfrastructuur aangesloten. We gebruiken nu 11 miljard kuub gas. Door betere isolatie kan dit gebruik terug naar 5 tot 7 miljard kuub gas. Met Power-to-Gas kunnen we in die behoefte voorzien.’
 

Grafiek 1. In deze grafiek wordt het aantal kilogrammen CO2 per kWh weergegeven die wordt uitgestoten bij de productie van elektriciteit. Dat is dus inclusief alle duurzame opwekkers. Op de as linksonder staan de uren van de dag, op de andere horizontale as de maanden van het jaar en de verticale as geeft de kilogrammen weer. Het is eenvoudig te zien dat de elektriciteit midden op de dag in de zomer het schoonst is en in de winter, en vroeg en laat op de dag, het smerigste.

Grafiek 2. In deze grafiek is goed te zien wat een NOM-woning op all electric betekent voor de belasting van het net. Gedurende vele uren en dagen in de winter ligt de belasting rond de 2 kW. In de zomer gebeurd het omgekeerde: gedurende vele uren en dagen ligt de export boven de 2 kW. Er is eigenlijk zelden een moment in het jaar dat het netjes in balans is. Hierbij is het van belang om te weten dat de capaciteit van het laagspanningsnet is uitgelegd op 1 kW per woning.

Grafiek 3. De belasting van het net is nagenoeg nul wanneer er een installatie bestaande uit een micro-wkk wordt gecombineerd met PV-panelen en een kleine accu.

Grafiek 4. De grafiek geeft de belasting weer op het elektriciteitsnet, veroorzaakt door een woning. Op elke dag is er een bepaald aanbod van elektriciteit en vraag naar elektriciteit. Tevens is er een vraag naar verwarming. Wanneer de vraag naar warmte groot is, is het aanbod van duurzame energie laag. Dat is om te rekenen naar een netbelasting van de woning. Wanneer er voor elke dag van het jaar een grafiek wordt gemaakt en die worden achter elkaar gezet, ontstaan de 3D grafieken, zoals gebruikt in dit artikel.