Het project
Dit project onderzoekt de vraag: In hoeverre kan groene waterstof worden ingezet om een landgoed te verduurzamen in zijn warmtebehoefte?
Initiële situatie
Het landgoed Vollenhof beschikt over een stukhoutketel die is aangesloten op een Hogetemperatuur warmtenet (90 °C, weinig afnemers, zorgt voor een zeer groot energieverlies) en die ongeveer een derde van de warmtevraag van het huis en de omliggende gebouwen dekt, alsmede over een aardgasaansluiting. Door zijn karakter is het landgoed moeilijk te isoleren, zodat de toepassing van lagetemperatuurswarmte niet mogelijk is. Bovendien is het landgoed gelegen in een landelijk gebied met een beperkte capaciteit van het elektriciteitsnet.
Concept en uniek verkoopvoorstel
In het kader van deze haalbaarheidsstudie moesten concepten worden ontwikkeld op basis waarvan het landgoed Vollenhof in de toekomst op duurzame wijze van warmte kan worden voorzien op basis van een waterstofketen. Vanuit technisch oogpunt omvat het concept de hele keten van PV-elektriciteitsproductie tot elektrolytische waterstofproductie en daaropvolgende opslag tot het gebruik van waterstof in of op de geklasseerde gebouwen. Het concept is modulair en schaalbaar. Op die manier moet het mogelijk zijn te voldoen aan een vraag die in de toekomst kan toenemen en/of de gebruikte technologieën naar een ander gebruikstraject over te hevelen.
Technologieën
In de studie worden vier verschillende scenario’s voor de warmtevoorziening onderzocht, elk gebaseerd op het gebruik van verschillende technologieën:
- Scenario 1 – Gebruik van het bestaande warmtenet met een centrale houtkachel en warmteopslag; combinatie met een PV-systeem om elektriciteit op te wekken: de elektriciteit kan dan worden gebruikt om de gebouwen te verwarmen door middel van warmtepompen of om waterstof op te wekken in een elektrolyse, die na tussentijdse opslag wordt verbrand in een ketel, en zo warmte voor de gebouwen te leveren. Overschotten en tekorten aan PV-elektriciteitsproductie kunnen in alle scenario’s worden gecompenseerd door aansluiting op het hoger gelegen elektriciteitsnet.
- Scenario 2 – All-electric warmtevoorziening: In dit scenario worden de gebouwen uitsluitend verwarmd door de warmtepompen, die op hun beurt elektriciteit onttrekken aan hun eigen PV-systeem.
- Scenario 3 – 100 % waterstof: In dit scenario produceert het eigen PV-systeem van het bedrijf de elektriciteit die nodig is voor de elektrolytische productie van waterstof. De warmtevoorziening wordt uitsluitend verzorgd door een waterstofketel.
- Scenario 4 – Hybride: Bij deze optie worden de gebouwen eerst geïsoleerd waar dat mogelijk is – d.w.z. waar het externe historische karakter van de gebouwen niet wordt aangetast. De warmtevoorziening geschiedt dan op basis van PV met gebruikmaking van zowel warmtepompen als waterstof (cf. scenario 3).
Actoren
- Landgoed Vollenhof
- Samenwerkingsverband Energielandgoederen Noord-Veluwe
- HyMatters Research & Consultancy: advies
Kerncijfers: Verwachte economische-, klimatologische- en energetische effecten
Economische meerwaarde
De economische meerwaarde van het beoogde warmtevoorzieningsconcept ligt enerzijds in het behoud van het historische landgoed Vollenhof en de overdraagbaarheid van de resultaten op minstens tien vergelijkbare panden in de regio. Een positief neveneffect van de installatie van een warmtevoorziening op basis van waterstof is de ontlasting van het plaatselijke elektriciteitsnet die hand in hand gaat met de aanleg van de vereiste fotovoltaïsche systemen.
Beschikbaarstelling van hernieuwbare energiebronnen
De benodigde waterstof wordt ter plaatse elektrolytisch geproduceerd op basis van PV-elektriciteit. Het doel van het project is de gehele warmtevoorziening hernieuwbaar en dus duurzaam te maken. Met een huidig jaarlijks aardgasverbruik van ongeveer 3.300 m³ komt dit overeen met een jaarlijkse duurzame energievoorziening van 33.000 kWh of ongeveer 120.000 MJ in de toekomst.
CO2-reductie
De volledige omschakeling op regeneratief geproduceerde waterstof, zoals hierboven beschreven, komt overeen met een jaarlijkse CO2-besparing van 22.600 kg per gebouw.
Energiebesparing / energie-efficiëntie
De omvang van de energiebesparing hangt grotendeels af van welk scenario wordt toegepast. Zo omvatten sommige scenario’s isolatiewerkzaamheden aan de gebouwen; andere scenario’s niet.
Overdraagbaarheid
Potentieel voor duurzame warmtevoorziening in de regio
Het landgoed Vollenhof maakt deel uit van het samenwerkingsverband Energielandgoederen Noord-Veluwe. Deze bestaat uit tien landgoederen op de Noord-Veluwe die samenwerken op het gebied van duurzame energie en natuur- en erfgoedbehoud. Het partnerschap is nauw betrokken bij dit project en de deelnemers kijken met belangstelling uit naar de resultaten voor toepassing in andere nederzettingen.
Resultaten
Uit de studie bleek dat de scenario’s 1 en 2 (“verwarmingsnetwerk” en “volledig elektrisch”) geen realistische oplossingen zijn voor het landgoed Vollenhof. Overschakelen op een volledig op waterstof gebaseerde warmtevoorziening (scenario 3) of op het gebruik van een hybride variant (scenario 4) lijkt op dit moment de economisch meest gunstige oplossing te zijn.
Bovenstaande figuren tonen de dekking van de warmtevraag voor de scenario’s “100 % waterstof” (links) en “hybride” (rechts). Het wordt duidelijk dat het gebruik van een lucht-water-warmtepomp met een vermogen van 4 kW ongeveer tweederde van de jaarlijkse warmtebehoefte kan dekken, zodat de waterstofboiler met een nominaal vermogen van 30 kW alleen zou hoeven te worden gebruikt om piekbelastingen te dekken.
Het onderzoek van de meest veelbelovende scenario’s 3 en 4 werd in zoverre verdiept dat voor beide een overweging met aansluiting op het plaatselijke elektriciteitsnet werd vergeleken met een geïsoleerde oplossing (zonder aansluiting op het net).
In de loop van de studie werden aanvullende scenario’s 5 en 6 ontwikkeld op basis van scenario’s 3 en 4, waarbij in elk geval de PV-output werd aangepast aan de maximumwaarde van de terugleveringsstroom, de waterstofproductie werd geoptimaliseerd in termen van tijd, en het deel van de elektriciteit dat niet door fotovoltaïsche energie kon worden gedekt, aan het net werd onttrokken.
De resultaten van de studie kunnen als volgt worden samengevat – uitgesplitst naar technische, financiële en regelgevingsaspecten:
Technisch
- Door knelpunten in het elektriciteitsnet kan zonne-elektriciteit momenteel slechts tot een capaciteit van 55 kW aan het net worden toegevoerd
- Het duurzame gebruik van waterstof in de nederzetting Vollenhof via een 100 % waterstofketel of een hybride ketel (50 % warmtepomp, 50 % waterstof) is technisch haalbaar.
- Een hybride oplossing is energie-efficiënter dan een 100 % waterstofoplossing.
- De keuze van de schaal van de waterstofvoorziening hangt af van de mate waarin de discrepantie tussen energieaanbod en -vraag kan worden opgelost door waterstofopslag ter plaatse.
Financieel
- Waterstofproductie- en opslagsystemen zijn in de handel verkrijgbaar. Een waterstofboiler zal naar verwachting in 2022 op de markt zijn.
- Een stand-alone oplossing is 11 tot 14 keer duurder dan aardgas.
- Een oplossing waarbij de maximaal beschikbare netcapaciteit wordt benut, is 2,5 tot 4,5 maal duurder dan aardgas.
- Proefprojecten en subsidies zijn noodzakelijk om de kostprijs te verlagen.
Regelgeving
- Het thans geldende bestemmingsplan omvat geen waterstofactiviteiten
- Voor de productie van waterstof is een vergunning vereist, voor de opslag van waterstof is een kennisgeving vereist en de distributie van waterstof is alleen toegestaan op niet-commerciële basis.
Download
De studie kan hieronder worden gedownload:
Haalbaarheidsstudie
| Kosten: | 5.747,50 € |
| Subsidie: | 2.586,38 € |
| Looptijd: | 15.07.2021–15.10.2021 |
Aanvrager
Landgoed Vollenhof B.V.
Zuiderzeestraatweg 417
8091 PA Wezep
www.vollenhof.nl
Uitvoerend bedrijf
HyMatters Research & Consultancy B.V.
Westervoortsedijk 73
6827AV Arnhem
www.hymatters.com