Aanleiding

De transitie naar aardgasloze wijken is op gang gekomen. In het klimaatakkoord is afgesproken dat 7 miljoen woningen en 1 miljoen gebouwen worden getransformeerd naar goed geïsoleerde woningen en gebouwen die duurzaam verwarmd worden.

In dat kader zijn inmiddels veel renovatieconcepten om woningen en kleinbedrijf van het aardgas af te krijgen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een verscheidenheid aan technieken, zoals all-electric oplossingen, hoge- en lage temperatuur warmtenetten, groen gas en pelletketels. Bij het op wijkniveau toepassen van deze concepten wordt veelal voorbijgegaan aan de impact die deze concepten hebben op de ondergrondse energie-infrastructuur en vice versa.

De uitdaging ligt erin dat keuzes in isolatie en installatietechniek in vastgoed (bovengronds) impact heeft op de aanleg en beschikbare capaciteit van de energie-infrastructuur (ondergronds). Omgekeerd is echter ook het geval, keuzes in de energie-infrastructuur kunnen de keuzes in vastgoedrenovatie beperken. Er is dus een wisselwerking en samenhang tussen bovengrondse vastgoed en ondergrondse energie-infrastructuur.

Daarnaast zijn bij de transformatie naar een aardgasvrije wijk veel stakeholders betrokken, waaronder de gemeente, woningcorporaties, particuliere vastgoedeigenaren, huurders, bewoner-eigenaren, VvE’s, projectontwikkelaars, regionale netbeheerders, warmtebedrijven, energiecoöperaties, industrie, bedrijven en nutsvoorzieningen zoals waterlevering en -zuiveringsbedrijven en afvalverwerkers.

De keuzes voor de bovengrond en ondergrond hebben impact op elk van deze stakeholders in bijvoorbeeld de (des)investeringen die zij moeten doen en de jaarlijkse operationele kosten. Uiteindelijk komen de kosten direct (via bijv. de energierekening, huur of servicekosten) of indirect (via bijv. sociale verdeling van lasten of via de gemeentelijke of algemene middelen vanuit de belastingopbrengsten) bij de eindgebruiker terecht.

De complexiteit van verschillende technische oplossingen, veel stakeholders en een verscheidenheid aan financiële stromen kan snel leiden tot suboptimale keuzes die uiteindelijk kunnen leiden tot hogere maatschappelijke kosten dan strikt noodzakelijk. Aanvullend kunnen deze keuzes gemaakt worden die grote impact hebben op stakeholders die pas in een later stadium aan tafel komt. Denk bijvoorbeeld aan een woningcorporatie die besluit all-electric te gaan, en de regionale netbeheerder pas op het laatst erbij betrekt om het elektriciteitsnet te verzwaren. Of een warmtebedrijf die een warmtenet aan legt en te laat met een projectontwikkelaar om tafel gaat zitten, waardoor deze laatste al zijn eigen keuzes heeft gemaakt.

In het TKI Systeemintegratieproject BIES bijvoorbeeld, werd voor de wijk Buiksloterham vastgesteld dat een alternatief renovatieconcept in totaal ruim 15% lagere kosten zou hebben. Een integrale transparante aanpak, waarbij de samenhang van de bovengrondse investeringen en de ondergrondse investeringen worden beschouwd, ontbreekt tot dusver.

Doel van het project

TOMAHAWK heeft als doel om de kosten van de transitie naar een aardgasloze wijk te reduceren met 20%, door alle betrokken stakeholders in een vroeg stadium al te informeren over de totale kosten van de bovengrondse èn ondergrondse transformatie.

Deze transformatie, of warmtescenario, bestaat uit een combinatie van renovatieoplossingen voor bestaand vastgoed, aardgasloze nieuwbouw, aanleg van nieuwe energie-infrastructuur, collectieve opwekking van warmte- elektriciteit en verbetering, verzwaring en/of verwijdering van bestaande energie-infrastructuur.

Er zijn meerdere warmtescenario’s te definieerden voor een wijk. Tomahawk is een analyse- en beslissingstool waarmee deze warmtescenario’s doorgerekend en met elkaar vergeleken worden om zo de maatschappelijke kosten, totaal benodigde investering, CO2-emissie reductie, primaire energiereductie en investering- en operationele kosten per stakeholder met elkaar te kunnen vergelijken.

Belangrijk hierbij is dat het definiëren, doorrekenen en vergelijken van warmtescenario’s op een eenvoudige en vlotte manier uitgevoerd kan worden. Dit voorkomt lange doorlooptijden en een hoge inspanningsverplichting vanuit de verschillende stakeholders. Tomahawk is erop gericht om met stakeholders om een tafel te gaan zitten en live de warmtescenario’s door te rekenen, om vervolgens bij een “maar wat als” vraag eenvoudig opnieuw alles door te rekenen.

Ontwerp

De ontwikkeling van Tomahawk bestond voornamelijk uit experimentele softwareontwikkeling. Daarbij is zoveel mogelijk aangesloten bij twee bestaande tools: het geografisch informatiesysteem PICO (Geodan) voor het leveren van (open) data voor een gebied en het gebouwfysisch simulatiepakket Energeyes (EnergyGO) voor het doorrekenen van de energievraag van een individueel gebouw. Door gebruik te maken van deze tools is veel ontwikkelingstijd bespaard.

In onderstaande figuur is een schema weergegeven van het ontwerp van Tomahawk. Met behulp van PICO kan een gebruiker een gebied selecteren. De selectie is vrij (op basis van een polygoon), en ligt niet vast op buurt of wijkniveau. Hiervoor is bewust gekozen omdat de administratieve indeling van wijken en buurten niet altijd even goed past bij het portfolio van vastgoed en de topologie van de energie-infrastructuur.

In PICO worden vervolgens open data over het vastgoed, demografie en energie-infrastructuur opgehaald. Hiervoor zijn nieuwe kaarten binnen PICO aangemaakt waarmee middels algoritmen een 3D-model van een gebouw gemaakt kan worden. Data over bijvoorbeeld de oppervlakken, type en oriëntatie van een gevel- en dakdeel zijn niet direct beschikbaar als open data, en kunnen wel afgeleid worden uit de beschikbare datasets. Idem dito voor de lengte van de netwerkaansluitingen en demografie.

De geografische data worden voor de gebruiker ontsloten via een interactieve website, waarbij deze zelf gebieden en kaart kan selecteren. Voor het ontsluiten van de data ten behoeve van Tomahawk is een API ontwikkeld.

Vanuit de (bewerkte) open data worden per gebouw in het gebied een gebouwfysisch model opgezet met o.a. isolatiewaarden, gebruikte installaties en bewonersgedrag in worden meegenomen. Op een aantal vlakken worden hier aannames gedaan: Zo is het oppervlak van de ramen in een woning (nog) niet te bepalen met open data. Afhankelijk van het type gevel en type gebouw zijn er percentages van geveloppervlakken gedefinieerd om het glasoppervlak vast te stellen. Ook de mate van isolatie is een aanname, waarbij voornamelijk wordt aangesloten bij het bouwjaar in combinatie met de bouwbesluiten over de jaren heen. Een belangrijke component die daarbij ontbreekt zijn eventuele isolatiemaatregelen die door de jaren heen al genomen zijn. Op dit moment is daar echter geen open data voor beschikbaar. In de doorontwikkeling van Tomahawk wordt echter wel beoogd dat de gebruiker van Tomahawk zelf deze verfijning kan doen, bijvoorbeeld handmatig, of door het toevoegen van additionele datasets (bijvoorbeeld opnamen voor Energielabels).

Het gegenereerde bouwfysisch model wordt vervolgens doorgerekend in Energeyes, waaruit de verschillende gebouwkenmerken (netto warmtevraag, benodigd warmtevermogen, tapwatervraag, inkoop energie etc.) volgen.

Deze resultaten worden vervolgens gebruikt om een analyse te maken van de energie-infrastructuur. Welke infrastructuur moet worden aangelegd (bijvoorbeeld een nieuw warmtenet) en met welke bron. Moet er infrastructuur verzwaard (bijv. elektriciteitsnetten) of verwijderd (bijv. aardgasnet) worden?

Vervolgens worden aan alle componenten kosten gehangen voor de investering (CAPEX) en exploitatie (OPEX en herinvesteringen). Ook wordt de energiebehoefte die extern ingekocht moet worden voor zowel de woningen als voor de wijk (bijvoorbeeld de elektriciteit voor de pompen in een warmtenet) met bijbehorende CO2-emissies en primaire energiegebruik bepaald.

De kosten worden verdeeld over drie stakeholdergroepen: de bewoner, de eigenaar en de infrastructuurbeheerders (zowel elektriciteit, gas en warmte). Daarbij wordt het benodigde initiële investeringskapitaal bepaald en de totale kosten per jaar.

Voor de totale kosten per jaar wordt er wel rekening gehouden met de benodigde herinvesteringen (als gevolg van afschrijving op de investeringen), maar (nog) niet met zaken als inflatie, prijsindexatie, kapitaalkosten en disconto.

Resultaat

Het hoofdresultaat van het project is de softwaretool TOMAHAWK. Een demoversie (waarbij geselecteerde gebieden niet groter mogen zijn dan 10.000 m2) van deze tool is publiekelijk beschikbaar

De scenario’s en al hun uitgangspunten zijn uitgebreid gedocumenteerd. De documentatie is terug te vinden in de webapplicatie.

Alle voorgedefinieerde scenario’s gaan uit van minimale effort en kosten om van het aardgas af te komen. Er wordt niet standaard aangenomen dat alle woningen naar label B of A worden gerenoveerd. In plaats daarvan wordt voor elke woning bepaald welke maatregelen minimaal genomen dienen te worden om een bepaalde techniek binnen een warmtescenario te kunnen realiseren. Indien isolatie niet nodig is, wordt dit ook niet toegepast. Tevens is eigen opwekking, zoals zonnepanelen niet meegenomen.

Tomahawk kan ook met scenario’s rekenen met andere renovatie ambities. Die kunnen liggen op bijvoorbeeld renovatie naar Label A of B, en ook de wens om elektriciteit zelf op te wekken met bijvoorbeeld zonnepanelen of windturbines. Stakeholders kunnen hun eigen scenario’s definiëren en laten doorrekenen in Tomahawk.

Subsidie

Het project is uitgevoerd met subsidie van het Ministerie van Economische Zaken, Nationale regelingen EZ-subsidies, Topsector Energie uitgevoerd door Rijksdienst voor Ondernemend Nederland