MMIP 4

Duurzame warmte en koude in de gebouwde omgeving (inclusief glastuinbouw)

Missie
Dit MMIP draagt bij aan de missie ‘Een CO2-vrije gebouwde omgeving in 2050’. De focus binnen dit MMIP binnen deze missie ligt op ‘Aantrekkelijk Aardgasvrij’, met als tussendoelen in 2030: 1,5 miljoen woningen en 15 procent van de utiliteitsbouw en maatschappelijk vastgoed aardgasvrij en een tempo naar minimaal 200.000 aardgasvrije bestaande woningen extra per jaar.

Wat beoogt dit MMIP?
Het grootste deel van het energiegebruik in de gebouwde omgeving is warmte. Dit programma ontwikkelt een voor gebruikers aantrekkelijk aardgasvrij aanbod met een nieuwe generatie apparaten en systemen voor verwarmen, koelen en warmtapwater in de bestaande bouw, die qua omvang, comfort (geluid, thermisch), inpasbaarheid en betaalbaarheid (woonlasten) zo afgestemd zijn op de gebruikers dat zij tijdig de eigen verwarming overzetten naar aardgasvrij. Aantrekkelijk aardgasvrij zowel op gebouw als gebiedsniveau verschilt in uitvoeringsvorm voor verschillende locaties. Warmteopslag is hierbij noodzakelijk om de mismatch tussen beschikbaarheid van warmte en de vraag ernaar te overbruggen én om dimensionering (en daarmee kosten en ruimtegebruik) van netten en installaties te beperken, door het afvangen van pieken zowel binnen een paar dagen of zelf op seizoen niveau. Warmtepompen (vaak ook met energieopslag) zijn belangrijk in gebieden die inzetten op elektrificatie. Ze leveren ruimteverwarming en tapwater in combinatie met (collectieve) laagtemperatuur bronnen en dragen (in de hybride varianten) bij aan de transitie voor opties met duurzaam gas. Collectief gebruik maken van beschikbare warmte kan in een aantal gebieden aantrekkelijk zijn en voordelig in gebruik van ruimte en energie-infrastructuur, netverzwaring of extra opwek locaties voorkomen. Het ontsluiten van nieuwe duurzame warmtebronnen, die ook vaak onderling complementair zullen moeten zijn om seizoenpieken te kunnen opvangen, zijn nodig om de sterk groeiende vraag naar duurzame warmte in te vullen. Dat vraagt collectieve activiteiten, een integrale aanpak, slim afstemmen van vraag, aanbod en opslag en locatie afhankelijke, lagere temperaturen in het gehele systeem van opwekking, distributie tot afgifte. De innovaties zijn sociaal en technisch sterk, onderling verbonden.

Doelstellingen van dit MMIP
Dit MMIP richt zich op technische en socio-economische innovatie voor een snelle groei van duurzame warmtesystemen. Gemeenten zullen de komende jaren via de transitievisies warmtekeuzes moeten maken voor collectieve of juist individuele duurzame warmteoplossingen. Doel is het verbeteren van bestaande typen apparaten en systemen (beschikbaar < vijf jaar) en het ontwikkelen van nieuwe concepten (beschikbaar > vijf jaar) en bijbehorende diensten en gebruikersenthousiasme
gericht op:

  • Het realiseerbaar maken van de drie hoofdconcepten voor warmte en koude bij renovatie: (1) elektrificatie, (2) warmtenet, (3) duurzaam gas en combinaties daarvan;
  • Toepasbaarheid in bestaande situaties (compact, stil, installatie- en gebruiksgemak, ruimtegebruik, et cetera);
  • Beschikbaarheid tegen lagere integrale kostprijs op systeemniveau (richting 30-50 procent voor individuele oplossingen respectievelijk 15 procent voor collectieve systemen) ten opzichte van huidige kostenniveaus;
  • Gelijke tred te houden in het beschikbaar krijgen van nieuwe innovatieve oplossingen met de verwachte tempoverhoging naar aardgasvrije energierenovaties (aantrekkelijkheid, aanlegmethodes, installatiegemak, industrialisatie, et cetera); 
  • Benutten van duurzame bronnen (zoals zonnewarmte, aquathermie, geothermie en vormen van bio-energie voor collectieve warmte), inclusief de benodigde systeemkoppelingen en back-up voorzieningen voor winterpieken.

Deelprogramma’s en fasering innovatietraject

4.1 Stille, compacte, slimme, kostenefficiënte warmtepompen

4.2 Afgifte-, ventilatie- en tapwatersystemen

4.3 Slimme, compacte warmte-batterij

4.4 Slimme warmtenetten

4.5 Grootschalige thermische opslag

4.6 Geothermie

Positionering MMIP

Sectoren
De belangrijke sectoren waarmee dit MMIP wordt uitgevoerd zijn: de toeleverende industrie voor de installatiesector, partijen die werken aan energiesystemen in de ondergrond, de installatiesector, bouwsector, warmtebedrijven, netbeheerders, waterschappen en -sector, civiele techniek, geo-bedrijven, met belangrijke betrokkenheid van gebouweigenaren, gebiedsbeheerders, glastuinbouw en lokale collectieven aan de implementatiekant. Relaties worden ook gelegd met onder andere de creatieve sector en financiële sector voor de beoogde aantrekkelijkheid. We verbinden de potentiele vraagsectoren met de sectoren die expertise en belang hebben bij aanbod en bij de ondergrond. Belangrijke inbreng wordt verwacht van de Topsector Water voor met name de onderwerpen met een relatie tot de ondergrond en aquathermie (onder andere Deltares). Met de Topsector Chemie zal worden samengewerkt rond onderzoek naar nieuwe opslagmaterialen.

Sterktes en zwaktes kennispositie en positie bedrijfsleven
Veel warmtepompen worden nu nog buiten Nederland geproduceerd, de bestaande Europese samenwerking wordt verder ontwikkeld. Nederlandse bedrijven onderscheiden zich nu al op gebieden, zoals type warmtepompsysteem (bijvoorbeeld zonder buitenunit), compactheid, installatie vereenvoudiging, monitoring op afstand en connectivity voor optimale inzet en onderhoud, combinatie met ventilatie. Integratie in energiemodules voor de bestaande bouw zijn ontwikkeld door en voor de bouwsector, met de ambitie tot verdere industrialisatie en integratie van bouwelementen. Daarnaast zijn in Nederland geheel nieuwe principes voor de gebouwde omgeving in onderzoek zoals de akoestische warmtepomp. Een scala aan bedrijven is actief met opslag in water en nieuwe opslag materialen en principes en met integratie van systemen. Voor compacte opslag participeren belangrijke bedrijven in onderzoek en ontwikkeling. De kennis voor fundamenteel en toegepast onderzoek is geconcentreerd bij TNO en 4TU, andere universiteiten participeren op deelspecialismen en hogescholen raken ook steeds meer aangesloten. Industrieel onderzoek en ontwikkeling vindt plaats bij een aantal Nederlandse industrieën die een groeiende afzet zien ontwikkelen. Tezamen hebben zij een toppositie op het terrein van dit MMIP, in het bijzonder ten aanzien van opslag en integratieaspecten, regeling en monitoring.

Nederland heeft een sterke kennispositie rondom de specifieke condities van de Nederlandse ondergrond, mede vanwege gaswinningexpertise en een zeer brede toepassing van WKO-systemen. Voor systeemanalyses, ontwerpmethodes warmtenetten en gebruik van ondergrond en oppervlaktewater is veel kennis aanwezig bij Deltares, KWR, TUD, WUR en UU. Op het gebied van collectieve warmtenetten heeft Nederland nog een bescheiden positie. Het smart heat grid concept ‘Mijnwater’ is wel internationaal innovatief en actief in EU-projecten. De groeiende aandacht voor de verschillende vormen van aquathermie en de positieve betrokkenheid van de waterschappen bieden kansen om een belangrijk deel van de warmtevraag te verduurzamen. Kennis over het aansluiten bij belangen van gebruikers en andere partijen in de toepassingsketen, complexe wijken en marketingconcepten (inspiratie uit bijvoorbeeld Zara Home) verdienen meer aandacht om breed te worden toegepast. Belangrijk voor grootschalige toepassing is niet alleen om kennis te ontwikkelen bij innovators, maar ook te zorgen dat aardgasvrije oplossingen toepasbaar worden voor installateurs en gebruikers. Dat vraagt enerzijds aantrekkelijker oplossingen en anderzijds toegankelijke kennis en kunde daarover.

Samenhang met nationale en internationale agenda’s
In het Klimaatakkoord is veel aandacht voor de grote opgave om de bestaande gebouwde omgeving te transformeren van aardgas naar andere opties voor ruimteverwarming, -koeling en bereiding van warm tapwater. Verduurzaming van de warmtevoorziening met daarbij een gezond binnenklimaat is cruciaal voor de energietransitie. De opgave is om steeds nieuwe generaties producten en systemen te ontwikkelen die aantrekkelijk zijn voor de gebruiker en passen bij totale renovatieconcepten (MMIP 3) en samen met lokale systeemintegratie (MMIP 5) zorgen voor betrouwbare duurzame wijksystemen. Er zal worden aangesloten bij lopende programma’s, zoals Aardgasvrije Wijken (BZK), Regionale Energie Strategieën RES) en Warmtetransitieplannen (gemeenten), de ‘Startmotor’ en de Bouwagenda. Daarnaast vindt samenwerking plaats in Europese R&D-programma’s (Horizon) en zijn een aantal IEA TCP’s actief op dit onderwerp. Voor Mission Innovation vormt het een van de zeven ‘priority’ thema’s (#7 Affordable heating and cooling). Samenwerking is er met andere vakgebieden, waaronder chemie en watertechnologie (onder andere op legionella en op opslag in ondergrond). Ook zijn er relaties te leggen met gezondheid, veiligheid en klimaatadaptatie.

Strategie internationaal
In Europa is in het kader van ECTP/EeB programma’s in Horizon 2020 en opvolger Horizon Europe veel steun voor thema’s uit dit MMIP te vinden, mede dankzij input vanuit Nederland. Voor warmteopslag en toepassing van lage-temperatuurbronnen, zoals aquathermie, is het perspectief dat buitenlandse partijen op de koplopers-kennispositie van Nederland afkomen. Mission Innovation heeft dit onderwerp aangeduid als een van de prioriteitsgebieden en Nederland heeft op onderdelen daarvan een trekkersrol (warmtebatterij). Nederland heeft een goede tot unieke kennispositie, verdeeld over een beperkt aantal onderzoeksinstellingen en andere organisaties. Om internationale kennis snel beschikbaar te krijgen voor de Nederlandse situatie zal actief worden samengewerkt met internationale gremia (waaronder IEA TCP’s en EU-programma’s). Internationale samenwerking en kennisdeling met landen in onder andere Scandinavië heeft voordelen vanwege vergelijkbare klimaatomstandigheden en potentiële governance modellen voor met name collectieve systemen en grootschalige warmteopslag.

Innovatiesysteem en consortiumvorming
Binnen het TKI Urban Energy ecosysteem hebben veel bedrijven en kennisinstellingen elkaar al gevonden voor activiteiten als beschreven in dit MMIP en zijn er gevorderde initiatieven voor gezamenlijk, meerjarig programmaonderzoek naar met name warmteopslag en warmtenetten. Vernieuwing vindt ook plaats op combinaties van vakgebieden. Consortiumvorming wordt ondersteund door verbindingen daartussen te faciliteren. Binnen de Topsector Energie bijvoorbeeld wordt gewerkt aan nieuwe samenwerkvormen met de bouw in samenwerking met MMIP 3 en met het geo-energie cluster van TKI Nieuw Gas, dat zich verbreedt en in focus verschuift naar diepe geothermie. Het BTIC, waarin de bouwinstallatiesector samenwerkt met TNO en 4TU, heeft dit MMIP als prioriteitsthema geïdentificeerd. Andere combinaties zijn er onder andere met TKI Watertechnologie, TKI Chemie, TKI T&U (relatie met glastuinbouw en geothermie) en TKI ClickNL.

De markt is in een relatief vroege fase van ontwikkeling, maar is door het richting gevende karakter van het Klimaatakkoord snel groeiende. De nieuwbouw wordt nu al in hoog tempo van alternatieve duurzame (aardgasloze) warmtesystemen voorzien en door de Startmotor zal die ontwikkeling ook snel in de bestaande bouw doorzetten. Daarnaast zijn een aantal grote spelers actief, bijvoorbeeld de warmtebedrijven, woningcorporaties (vanuit de vraagzijde) en EBN. Het innovatiesysteem is op onderdelen al goed en op andere onderdelen nog sterk in ontwikkeling.

Uw TKI Urban Energy-adviseur

Rik te Raa, programmamanager duurzame warmte&koude, MMIP 4
 

Bron: Innoveren met een missie - Integrale kennis- en innovatieagenda voor klimaat en energie