Hernieuwbare productie van sanitair warm water in Vlaanderen: een energetische, economische en ecologische vergelijking

Thibaut Winters
Binnen deze thesis wordt de integreerbaarheid van hernieuwbare technologieën (warmtepomp, zonnepanelen en zonnecollectoren) met het productieproces van sanitair warm water bestudeerd. In een eerste deel wordt gekeken welke invloed de dimensionering en de aansturing van de hernieuwbare technologieën heeft op verschillende outputkarakteristieken van elk systeem. Hierna volgt een vergelijking tussen de hernieuwbare technologieën voor verschillende scenario's om te kijken welke technologie het meest geschikt is voor de productie van sanitair warm water. Deze vergelijking gebeurt op basis van energetische, economische en ecologische aspecten.

Moet het warm water opnieuw uitgevonden worden?

Warm water, waar komt dat eigenlijk vandaan? Tot een paar jaar geleden was de productie van sanitair warm water simpel: water werd verwarmd door een verbranding van stookolie of aardgas. Een eenvoudige en goedkope methode, maar zeer nefast voor de opwarming van de aarde. Een methode die dus zou moeten verdwijnen, willen we het klimaatakkoord van Parijs respecteren. Gelukkig zijn er de afgelopen twintig jaar grote doorbraken geweest bij enkele hernieuwbare technologieën. Daardoor zijn we nu in staat om hernieuwbare energie op te wekken zonder dat er CO2 wordt uitgestoten. Denk bijvoorbeeld maar aan zonnepanelen, zonnecollectoren en warmtepompen. Maar welke van die technologieën is op kleine schaal het meest bruikbaar? En wat betekent dit alles voor onze portemonnee? 

Dimensionering

Vooraleer we de bovenstaande vragen kunnen beantwoorden, is het noodzakelijk om eerst te weten hoe we het systeem rond elke hernieuwbare technologie het best dimensioneren. Tijdens het dimensioneren van een dergelijk systeem kijken we welke afmetingen ideaal zijn voor het opslagvat van sanitair warm water, welke soorten componenten best gebruikt worden en op welke manier de verschillende technologieën aangestuurd moeten worden. We doen dit omdat de vraag naar sanitair warm water voor elk huishouden verschillend is en een verwarmingssysteem dat exact afgestemd is op deze vraag tot grote besparingen kan leiden. De grootste besparingen komen voort uit een optimale keuze voor de grootte van het opslagvat en een optimale aansturing van de warmtepomp of de elektrische weerstand. Bij warmtepompsystemen kan je op die manier besparen op 10% van de totale kosten (zowel investerings- als operationele kosten), bij zonnepaneelsystemen bedraagt de besparing 5%.

De optimale technologie

We kunnen nu deze optimaal gedimensioneerde systemen gebruiken om te bepalen welke hernieuwbare technologie de beste keuze zou zijn voor een bepaald huishouden. De vraag rijst dan echter wat we bedoelen met de term “beste”. Kijken we zuiver naar de CO2-uitstoot van elk systeem, dan presteert een systeem gebaseerd op zonnepanelen het beste, met een uitstoot die tot vier keer lager is dan bij een gasboiler. Met de term “beste” kunnen we echter ook het systeem bedoelen dat over de totale levensduur de laagste totale equivalente kost heeft om sanitair warm water te produceren. In dat geval komt de de warmtepompboiler als winnaar uit de bus. Er is dus geen enkele technologie die alle andere op alle vlakken overtreft en bijgevolg is er dus ook geen keuze die op elk gebied optimaal is.

Het is echter wel duidelijk dat zonnecollectoren bijna altijd op alle vlakken slechter scoren dan zonnepanelen, en dat zelfs zonder dat voor zonnepanelen rekening gehouden wordt met de mogelijkheid om overschotten aan elektriciteit terug op het elektriciteitsnet te zetten. Met dit in het achterhoofd is het vreemd dat de Vlaamse overheid momenteel meer subsidies geeft voor het plaatsen van zonnecollectoren dan voor zonnepanelen.

Warmtepomp én zonnepanelen?

Aangezien zonnepanelen aanleiding geven tot het meest ecologische systeem en een warmtepomp tot het goedkoopste systeem, lijkt het een goed idee om een systeem te bedenken dat zowel gebruik maakt van zonnepanelen als van een warmtepomp. Hierbij kunnen de zonnepanelen afhankelijk van de aansturing zowel de warmtepomp voeden, als rechtstreeks het water opwarmen (via een elektroboiler), als elektriciteit op het elektriciteitsnet plaatsen. Wanneer we ook deze combinatie van technologieën optimaliseren, zal het systeem een totale kost hebben die bijna zo laag is als die van een systeem gebaseerd op een warmtepompboiler en een CO2-uitstoot die lager is dan bij een systeem met enkel zonnepanelen. Het levert ons dus het voordeel op van de beide individuele technologieën, maar dat gaat wel gepaard met een grotere initiële investering, die enkel bij grote huishoudens teruggewonnen kan worden. 

Bad of douche?

Ook het al dan niet hebben van een bad in de badkamer heeft een invloed op de keuze van de optimale hernieuwbare technologie. Een bad zorgt namelijk voor een grotere piekvraag naar sanitair warm water en niet elke technologie is even goed in staat deze piekvraag te leveren. Zo zorgt de aanwezigheid van een bad voor een verhoging van de kostprijs met 7% bij systemen gebaseerd op zonne-energie (zonnepanelen en zonnecollectoren), terwijl dat slechts rond de 3% ligt bij warmtepompsystemen.

Een andere factor om rekening mee te houden is het aantal inwonende personen. Een lager aantal gebruikers verlaagt namelijk de jaarlijkse vraag naar sanitair warm water, wat hernieuwbare technologieën met een lagere investeringskost bevoordeelt, zoals zonnepanelen of zonnecollectoren. Deze technologieën zijn namelijk schaalbaar (individuele panelen), ten opzichte van een warmtepomp die in zijn geheel gekocht moet worden.

Weg met de gasboilers?

De grote vraag blijft echter nog onbeantwoord: “Wat betekenen deze hernieuwbare technologieën voor onze portemonnee? Zijn ze goedkoper dan een gewone gasboiler?”. Het antwoord op deze vragen is tegelijk ook de reden waarom er momenteel nog maar zelden sanitair warm water verwarmd wordt met hernieuwbare technologieën: afhankelijk van het vraagprofiel en het reglementair kader kan het goedkoopste hernieuwbare alternatief tot 50% duurder zijn dan de gasboilers die momenteel het vaakst gebruikt worden. Het prijsverschil ontstaat voornamelijk door de extreme gas-/elektriciteitsprijsverhouding in België. Gas is namelijk gemiddeld vijf keer goedkoper per kWh dan elektriciteit. Dit is te wijten aan het feit dat er de afgelopen jaren veel extra heffingen zijn gekomen op elektriciteit om de transitie naar meer hernieuwbare energie te financieren, terwijl de prijs voor gas min of meer constant gebleven is. Als die heffingen eerlijker verdeeld zouden zijn tussen gas en elektriciteit, zou het enorme prijsverschil tussen de gasboiler en de hernieuwbare technologieën kunnen verdwijnen.

De volgende generatie van technologieën om warm water op een ecologische manier te verwarmen staat dus aan de deur, klaar om de gasboiler van zijn troon te stoten. Wanneer die transitie echter gaat gebeuren en welke technologie zal domineren is nog onzeker. Alles zal afhangen van toekomstige technologische verbeteringen, eventuele veranderingen in het subsidiebeleid,  een mogelijke energie-taxshift en evoluties in het gevraagde profiel aan sanitair warm water. De vraag is nu of de regering daar ook warm voor loopt, zodat wij in de toekomst water kunnen verwarmen zonder de aarde te verwarmen.

Bibliografie

Masson-Delmotte V., P. Zhai, H.-O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J.B.R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M.I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor,and T. Waterfield. Summary for policymakers.

Marie christine Marghem. Belgisch interfederaal energiepact.

De vlaamse Milieumaatschappij. Emissie broeikasgassen per sector (co2, ch4, n2o, sf6, hfk0s, pfk0s, nf3). https://www.milieurapport.be/milieuthemas/klimaatverandering/broeikasga…, laatst geraadpleegd op 01-05-2019.

Pablo Heiliegers. Het gemiddelde elektriciteitsverbruik in belgië. https://callmepower.be/nl/faq/gemiddeld-elektriciteitsverbruik, laatst geraadpleegd op 09-04-2019.

Odyssee-Mure. Belgium: Energy efficienty trends and policies. http://www.odyssee-mure.eu/publications/efficiency-trends-policies-prof… , laatst geraadpleegd op 09-04-2019.

Vlaamse regering. Ontwerp vlaams energieplan voor de periode 2021-2030, 2018.

Jos Delbeke and Peter Vis. Eu climate policy explained.

Rene Kemna, Martijn van Elburg, Sanne Aarts, and Andrea Corso. WH Water Heaters Ecodesign and Energy Label Preparatory Review Study Task 2 [ DRAFT] Market Analysis Special review study on categorisation Ecodesign and Energy Label. Technical report, European commission, 2017.

Kaat Jespers and Nadine Dufait. Energiebalans vlaanderen, 1990-2016.

Danielle Devogelaer. 2030 kader voor klimaat en energie in belgië.

Bart Bleys. Basisprincipes sanitair warm water. https://www.tetra-sww.be/wp-content/uploads/2014/11/DEEL1_Inleiding_BBl… geraadpleegd op 10-04-2019.

Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, and Martin Schnauss. Solar thermal systems. MPG Books Limited, 2010.

Paola Borella. Legionella infection risk from domestic hot water. Emerging infectious diseases, 2004.

BRUNO STRUYS. Wat zijn de symptomen van legionella? dit weten we over de uitbraak in gent. https://www.demorgen.be/nieuws/wat-zijn-de-symptomen-van-legionella-dit… uitbraak-in-gent~b7700f65/,laatst geraadpleegd op 26-05-2019.

Jamie Bartram, Yves Chartier, John V Lee, Kathy Pond, and Susanne Surman-Lee. Legionella and the prevention of legionellosis.

Agentschap Zorg en Gezondheid. Legionella. https://www.zorg-en-gezondheid.be/legionella, laatst geraadpleegd op 18-04-2019.

Will Scheffer and Eric van der Blom. Nen 1006:2015 bevat voorschriften voor een legionellaveilige installatie.

Vlaams Energieagentschap. Groenestroomcertificaten voor zonnepanelen. https://www.vlaanderen.be/groenestroomcertificaten-voor-zonnepanelen, laatst geraadpleegd op 18-04-2019.

Zonnepanelenenergie. Terugdraaiende teller. https://zonnepanelenenergie.be/zonnepanelen/terugdraaiende-teller, laatst geraadpleegd op 18-04-2019.

Zonnepanelenenergie. Energielening in 2019. https://zonnepanelenenergie.be/zonnepanelen/energielening, laatst geraadpleegd op 18-04-2019.

Zonnepanelenenergie.be. Het btw-tarief op zonnepanelen. https://zonnepanelenenergie.be/gratis-advies/btw-tarief-zonnepanelen, laatst geraadpleegd op 01-05-2019.

FEBEG vzw. Statistieken elektriciteit. https://www.febeg.be/statistieken-elektriciteit, laatst geraadpleegd op 18-04-2019.

Jeroen Belien, Liesje De Boeck, Jan Colpaert, and Gert Cooman. The best time to invest in photovoltaic panels in flanders. Renewable Energy: An International Journal, 50:348–358, 2013.

Vlaanderen.be. Zonneboiler. https://www.vlaanderen.be/zonneboiler, laatst geraadpleegd op 19-04-2019.

Zonnecollector-info. Zonneboilers voor woonhuizen. https://www.zonnecollector-info.nl/nl/woonhuis2.html#leegloop, laatst geraadpleegd op 19-04-2019.

Luc Peeters. Inventaris hernieuwbare energiebronnen vlaanderen.

Vlaanderen.be. Premie van de netbeheerder voor een zonneboiler. https://www.vlaanderen.be/premie-van-de-netbeheerder-voor-een-zonneboil…, laatst geraadpleegd op 19-04-2019.

VIESSMANN. Vitocal, planningshandleiding.

Vlaamse Overheid. Bouwen, wonen en energie. https://www.vlaanderen.be/bouwen-wonen-en-energie, laatst geraadpleegd op 10-04-2019.

DuBo Limburg. Warmteopwekking: Condensatieketel - werking.
A.D. Moore, T. Urmee, P.A. Bahri, S. Rezvani, and G.F. Baverstock. Life cycle assessment of domestic hot water systems in australia. Renewable Energy, 103:187 – 196, 2017.

Nallapaneni Manoj Kumar and Mobi Mathew. Comparative life-cycle cost and ghg emission analysis of five different water heating systems for residential buildings in australia. Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences, 7(4):748 – 751, 2018.

Luigi Passos, José M. Cardemil, and Sergio Colle. Feasibility study of using domestic solar hot water systems as alternative to reduce the electricity peak demand in brazil. Energy Procedia, 57:2487 – 2495, 2014. 2013 ISES Solar World Congress.

Majdi Hazami, Nabiha Naili, Issam Attar, and Abdelhamid Farhat. Solar water heating systems feasibility for domestic requests in tunisia: Thermal potential and economic analysis. Energy Conversion and Management, 76:599 – 608, 2013.

Qiang Wang, Yu Zhou, and Shiqing Gao. Feasibility analysis of solar water heating system in rural areas. Procedia Engineering, 205:3852 – 3859, 2017. 10th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning, ISHVAC2017, 19-22 October 2017, Jinan, China.

Benjamin Greening and Adisa Azapagic. Domestic solar thermal water heating: A sustainable option for the uk? Renewable Energy, 63:23 – 36, 2014.

Luigi Passos, José M. Cardemil, and Sergio Colle. Feasibility study of using domestic solar hot water systems as alternative to reduce the electricity peak demand in brazil. Energy Procedia, 57:2487 – 2495, 2014. 2013 ISES Solar World Congress.

K. Martin-Escudero, E. Salazar-Herran, A. Campos-Celador, G. Diarce-Belloso, and I. Gomez-Arriaran. Solar energy system for heating and domestic hot water supply by means of a heat pump coupled to a photovoltaic ventilated façade. Solar Energy, 183:453 – 462, 2019.

Thomas Nowak. Heat pumps: a gem in energy efficiency and renewables use!

M Stone, J Ahmed, and J Evans. The continuing risk of domestic hot water scalds to the elderly. Burns, 26(4):347 – 350, 2000.

Judith A. Clarke, Anna E. Waller, Stephen W. Marshall, and John D. Langley. Barriers to the reduction of domestic hot water temperatures. Safety Science, 18(3):181 – 192, 1995.

European commision. Guide to cost-benefit analysis of investment projects.

VREG. Resultaat elektriciteitscontracten. https://vtest.vreg.be/Compare/Result?Environment=Hh, laatst geraadpleegd op 27-04-2019.

CREG. A european comparison of electricity and natural gas prices for residential and small professional consumers.

VREG. Resultaat aardgascontracten. https://vtest.vreg.be/Compare/Result?Environment=Hh, laatst geraadpleegd op 28-04-2019.

Andreas TIREZ. Nota over de opvallende evoluties op de belgische groothandelsmarkten voor elektriciteit en aardgas in 2017.

Sibelga. Hoeveel co2 stoot mijn woning uit. https://www.energids.be/nl/vraag-antwoord/hoeveel-co2-stoot-mijn-woning…, laatst geraadpleegd op 05-05-2019.

Ecoscore. Hoe bereken je de co2-uitstoot uit het brandstofverbruik? http://ecoscore.be/nl/info/ecoscore/co2, laatst geraadpleegd op 24-05-2019.

Markets businessinsider. co2 european emission allowances. https://markets.businessinsider.com/commodities/co2-emissionsrechte, laatst geraadpleegd op 30-05-2019.

VREG. Prosumententarief 2019.

Tobe Steel. Terugdraaiende teller voor zonnepanelen op losse schroeven. https://www.tijd.be/netto/energie/terugdraaiende-teller-voor-zonnepanel…, laatst geraadpleegd op 30-05-2019.

David W. Keith, Geoffrey Holmes, David St. Angelo, and Kenton Heidel. A process for capturing co2 from the atmosphere. Joule, 2(8):1573 – 1594, 2018.

Energiebesparen.be. 6% btw bij renovatie. https://www.energiesparen.be/6-btw-bij-renovatie, laatst geraadpleegd op 31-05-2019.

Energiesparen.be. Individuele premies van je netbeheerder voor eindfacturen vanaf 1 januari 2019 tot en met 31 december 2019 in bestaande woningen. https://www.energiesparen.be/sites/default/files/atoms/files/overzicht2…, laatst geraadpleegd op 31-05-2019.

VIESSMANN BELGIUM bvba sprl. Compact-prijslijst BE Pakketten 2018.

Green and Durable Energy. Viessmann panelen. https://gd-energy.be/nederlands/webshop/artikel-groep/viessmann-panelen, laatst geraadpleegd op 06-05-2019.

VIESSMANN. VITOVOLT 300, datenblatt, Typ P265MB, P270MB, P275MB.

VIESSMANN. VITOVOLT 300, technisch blad, Type P275AB, P280AB, P285AB.

VIESSMANN. VITOVOLT 300, datenblatt, Typ M295OA, M300OA.

VIESSMANN. VITOVOLT 300, datenblatt, Typ Typ M295PA, M300PA, M305PA.

VIESSMANN. VITOVOLT 300, datenblatt, Typ M320PC, M325PC.

Green and Durable Energy. Solaredge monofase omvormers. https://gd-energy.be/vlaanderen/webshop/artikel-groep/solaredge-monofas…, laatst geraadpleegd op 06-05-2019.

Zonnepanelen.net. https://www.zonnepanelen.net/prijs/. https://www.zonnepanelen.net/prijs/, laatst geraadpleegd op 06-05-2019.

Zonnepanelen.net. https://www.zonnepanelen.net/prijs/. http://www.westlandsolar.nl/solar/montage-van-zonnepanelen, laatst geraadpleegd op 06-05-2019.

Durasun. Montagematerialen, schuin dak, pannen dak.

Vlaamse milieu maatschappij. Bereken je waterfactuur. https://www.vmm.be/data/bereken-je-waterfactuur, laatst geraadpleegd op 27-04-2019.

Leland blank and Anthony Tarquin. Engineering Economy, eighth Edition. McGraw Hill education, 2018.

Viral P. Shah, David Col Debella, and Robert J. Ries. Life cycle assessment of residential heating and cooling systems in four regions in the united states. Energy and Buildings, 40(4):503 – 513, 2008.

TOTEM-tools. Toelichting levensduren mmg2017/totem.

Christopher J. Koroneos and Evanthia A. Nanaki. Life cycle environmental impact assessment of a solar water heater. Journal of Cleaner Production, 37:154– 161, 2012.

Fulvio Ardente, Giorgio Beccali, Maurizio Cellura, and Valerio Lo Brano. Life cycle assessment of a solar thermal collector: sensitivity analysis, energy and environmental balances. Renewable Energy, 30(2):109 – 130, 2005.

Rubén Contreras-Lisperguer, Emilio Muñoz-Cerón, Jorge Aguilera, and Juan de la Casa. Cradle-to-cradle approach in the life cycle of silicon solar photovoltaic panels. Journal of Cleaner Production, 168:51 – 59, 2017.

Joren Moelans. Digitale meter: What’s in it for you!

CREG. Federale bijdrage. https://www.creg.be/nl/professionals/levering/federalebijdrage, laatst geraadpleegd op 12/05/2019.

CREG. Federale bijdrage op elektriciteit 2019. https://www.creg.be/sites/default/{\@@par}les/assets/Tarifs/CotFed/CotFedE2019NL.pdf, laatst geraadpleegd op 12/05/2019.

Luminus. Luminus energie: prijzen en voorwaarden. https://www.luminus.be/nl/prive/elektriciteit-gas/productfiches-overzic…, laatst geraadpleegd op 31/05/2019.
 

Universiteit of Hogeschool
Master in de ingenieurswetenschappen: Energie
Publicatiejaar
2019
Promotor(en)
Lieve Helsen
Kernwoorden
Share this on: