In opdracht van WarmteStad is een kwalitatief afwegingskader opgesteld om structuur te bieden in de veelheid van factoren, feiten en trends, en zo te ondersteunen bij te nemen besluiten over Power-to-Heat (P2H) oplossingen. Het invullen van het afwegingskader toont aan dat een e-boiler technisch mogelijk is, en dat het vanaf 2026 zowel financiële als duurzaamheidsvoordelen oplevert voor de warmteproductie.

Figuur 1: Ten tijde van lage of negatieve elektriciteitsprijzen zal de installatie elektriciteit omzetten in warmte.

Ons energiesysteem ondergaat de komende jaren een enorme verandering. Van regelbaar fossiel naar volatiel duurzaam, van centraal naar decentraal en van vraag gestuurd naar meer aanbod gestuurd (ter illustratie zie Figuur 2). Dat deze transitie al is begonnen blijkt onder andere uit de huidige elektrificatie. Het aantal gewenste aansluitingen voor afname en invoeding van elektriciteit leidt nu al tot capaciteitsproblemen, en de verwachting is dat het aanbod van elektriciteit steeds volatieler zal worden. Tegelijkertijd loopt naast deze elektrificatieslag de warmtetransitie, waarin ook WarmteStad een grote rol speelt met haar (toekomstige) warmtenetten. Door toevoeging van P2H aan het warmtesysteem ontstaat een fysieke koppeling met het elektriciteitsnet. Deze koppeling tussen elektriciteitsnet en warmtesystemen biedt voordelen voor de ontwikkeling van het energiesysteem. Enerzijds is de balancering van het elektriciteitsnet gebaat bij conversie van elektriciteit naar warmte en anderzijds verbetert het opwekken van warmte m.b.v. duurzame elektriciteit de duurzaamheid van het warmtenet de reduceert de kosten.

Figuur 2: Aantal uren per jaar met een negatieve day-ahead prijs gecombineerd weergegeven met de aandeel van elektriciteit uit wind en zon in de afgelopen jaren.

Ons energiesysteem ondergaat de komende jaren een enorme verandering. Van regelbaar fossiel naar volatiel duurzaam, van centraal naar decentraal en van vraag gestuurd naar meer aanbod gestuurd (ter illustratie zie Figuur 2). Dat deze transitie al is begonnen blijkt onder andere uit de huidige elektrificatie. Het aantal gewenste aansluitingen voor afname en invoeding van elektriciteit leidt nu al tot capaciteitsproblemen, en de verwachting is dat het aanbod van elektriciteit steeds volatieler zal worden. Tegelijkertijd loopt naast deze elektrificatieslag de warmtetransitie, waarin ook WarmteStad een grote rol speelt met haar (toekomstige) warmtenetten. Door toevoeging van P2H aan het warmtesysteem ontstaat een fysieke koppeling met het elektriciteitsnet. Deze koppeling tussen elektriciteitsnet en warmtesystemen biedt voordelen voor de ontwikkeling van het energiesysteem. Enerzijds is de balancering van het elektriciteitsnet gebaat bij conversie van elektriciteit naar warmte en anderzijds verbetert het opwekken van warmte m.b.v. duurzame elektriciteit de duurzaamheid van het warmtenet de reduceert de kosten.

De beschikbare technieken voor P2H zijn voor WarmteStad beschreven en vergeleken. Hierbij is specifiek rekening gehouden met de beschikbare elektra-aansluiting en de benodigde vermogens voor het warmtesysteem van WarmteStad. Deze zijn bepalend voor de beste keuze. Een vergelijking van de verschillende technieken is gepresenteerd in onderstaande tabel.

Tabel 1: Vergelijking tussen weerstandsboiler, elektrodeboiler en warmtepomp [1], [2], [3].

Tot op heden was het nog niet mogelijk P2H duurzaam gecertificeerd te krijgen. De recente ontwikkelingen zijn beschreven om de geproduceerde warmte ook als duurzaam te kunnen certificeren waaronder de wijzigingen in de NTA8800:2023 waarmee de energieprestatie van gebouwen wordt bepaald. Per 1 juli 2023 is warmte, geproduceerd in de flexmodus, als duurzaam geclassificeerd.

Het afwegingskader is opgesplitst in drie categorieën: techniek, duurzaamheid en financieel. Met het kader zijn de volgende vragen beantwoord:

• Welke e-boiler configuratie is technisch mogelijk?
• Is er een positieve duurzaamheid incentive voor diverse e-boiler configuraties, en wanneer?
• Is er een positieve businesscase voor e-boiler configuratie, en wanneer?

Uit het afwegingskader volgt dat de juiste technische en fysieke randvoorwaarden aanwezig zijn om een 4 MW weerstandsboiler te realiseren bij de warmtecentrale op Zernike Campus. Hierbij is er een wettelijke noodzaak en bovendien een eigen wens om de warmtelevering te verduurzamen. Dit kan worden gerealiseerd met behulp van een P2H installatie die in flexmodus opereert.

Verder blijkt na invullen van het financiële afwegingskader ook een positieve business case. Het is de verwachting dat vanaf 2026 voor WarmteStad een P2H oplossing goedkoper zal zijn dan de gasreferentie. Onder meer door de grote invloed van de vaste kosten gerelateerd aan transporttarieven, is het aantal vollasturen en ook de prijs voor elektriciteit van belang. Deze afhankelijkheid heeft dan ook grote invloed op het afwegingskader en deze dynamiek dient goed in het achterhoofd te worden gehouden bij besluiten tot potentiële vervolgstappen.

Figuur 3: Overzicht van de relevante kostencomponenten van de prijs per geproduceerde warmte.

[1] Witkowski, K., Haering, P., Seidelt, S. and Pini, N. (2020), Role of thermal technologies for enhancing flexibility in multi-energy systems through sector coupling: technical suitability and expected developments. IET Energy Syst. Integr., 2: 69-79. https://doi.org/10.1049/iet-esi.2019.0061
[2] Chaudhary Awais Salman, Hailong Li, Peng Li, Jinyue Yan, Improve the flexibility provided by combined heat and power plants (CHPs) – a review of potential technologies,e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy,Volume 1,2021,100023,ISSN 2772-6711,https://doi.org/10.1016/j.prime.2021.100023.
[3] Horizon 2020 Magnitude project: ‘D1.2 – Technology and case studies factsheets, 2019’