Nederlandse koudenetten

Tien jaar geleden opende in Amsterdam de allereerste koudecentrale van Nederland. Het koudenet bij de Nieuwe Meer levert kantoren aan de Amsterdamse Zuidas duurzame koeling. Sindsdien zijn er de nodige leerervaringen opgedaan met het gebruik van koudenetten voor airconditioning en klimaatbeheersing. De praktijklessen en toekomstplannen op een rij.

Tienjarig jubileum

In augustus 2006 opende de toenmalige Amsterdamse burgemeester Cohen de eerste koudecentrale van Nederland. Met het koudenet worden de kantoren in en rond de Amsterdamse Zuidas van koeling voorzien. Dat gebeurt met diepgelegen water uit het nabijgelegen Nieuwe Meer. Sinds 2010 is nog een tweede koudenet in Amsterdam in bedrijf: in Zuidoost. Hiervoor wordt koude gewonnen uit de Ouderkerkerplas. Amsterdam is de enige Nederlandse gemeente waar naast een stadswarmte- ook een koudenetwerk in bedrijf is.

Met koudenetten, die parallel liggen aan de ondergrondse pijpleidingen van stadswarmte, kunnen kantoren beschikken over een duurzaam airconditioning- en klimaatbeheersysteem. Daarmee paste de koudewinning bij de Nieuwe Meer naadloos bij de milieu- en klimaatdoelstellingen van de gemeente Amsterdam. Ook het netwerk bij de Ouderkerkerplas was geënt op de vraag naar duurzame koude. De gemeente Amsterdam verwachtte een toename van de bedrijvigheid rond de Zuidas en de Amsterdam ArenA – en daarmee een groeiende behoefte aan koeling, die nodig is voor bijvoorbeeld serverruimten. Met de duurzaamheidsambities van de gemeente en het bedrijfsleven was het idee van een stadskoudenetwerk toen snel geboren.

Twee voorwaarden voor rendement

“Voor een rendabel koudenetwerk moet worden voldaan aan twee factoren. Er moet een diep meer aanwezig zijn, met een minimale diepte van dertig meter. En er moet voldoende (potentiële) afname van koude zijn”, vertelt Raymond van Bulderen, business manager bij Nuon, dat de twee koudecentrales in Amsterdam in handen heeft.

Met het leveren van warmte had het energiebedrijf in 2006 al ruim twintig jaar ervaring. “Maar een koudenetwerk was nieuw – niet alleen voor ons, maar überhaupt in Nederland. Allereerst moest worden onderzocht welke gebieden aan de voorwaarden voldeden. De focus lag al snel op de Nieuwe Meer, dat als bron kon dienen voor de kantoren aan de Zuidas, en op de Ouderkerkerplas voor het gebied rond de ArenA.” Ook de Gaasperplas was van voldoende diepte voor koudewinning, maar het aantal kantoren in de omgeving was te beperkt om exploitatie rendabel te maken.

Kwaliteitsverklaringen

Voor de twee Amsterdamse koudecentrales werd een kwaliteitsverklaring opgesteld op basis van het ontwerp. Die verklaring is onder meer nodig om de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC) te bepalen van een gebouw dat gebruik maakt van stadskoude. Van Bulderen: “Omdat we een dergelijke centrale nog niet eerder hadden gebouwd, werd de prestatie ervan gebaseerd op het ontwerp van de installatie. Dat leverde een Coëfficiënt of Performance (COP) op van twaalf.”

Op basis van de praktijkervaringen van de afgelopen jaren kan het rendement straks veel preciezer worden bepaald. “Binnenkort stellen we de kwaliteitsverklaringen voor beide centrales opnieuw vast. De verwachte prestaties die we eerst op papier hebben berekend, vullen we aan met realtime gegevens uit de praktijk. Uitgaande van het gemiddeld gemeten rendement van de afgelopen drie jaar kunnen we de COP nu opnieuw berekenen.”

“De conceptberekeningen voor de nieuwe kwaliteits­verklaring voor onze koudecentrales zijn al klaar”, vult Daniël Awater, senior consultant bij Nuon, aan. “De nieuwe COP is waarschijnlijk een stuk lager dan de waarde die we hadden bepaald toen we de centrales ontworpen. Zoals bij al onze systemen gaan we bij nieuwe berekeningen uit van conservatievere cijfers. Toch verwachten we uiteindelijk de hoge rendementen wel te halen. Het kost alleen meer tijd dan we hadden voorzien om álle factoren in dit complexe systeem te optimaliseren.”
Bij zowel de Nieuwe Meer als de Ouderkerkerplas bleek de praktijk namelijk weerbarstig.

Bellenscherm op de Nieuwe Meer

Voor de levering van koeling in Amsterdam maakt Nuon dankbaar gebruik van de koudwaterlagen uit de Nieuwe Meer en Ouderkerkerplas. Awater licht toe: “De vrije koeling, die we onttrekken aan het meer, bevindt zich in de diepste waterlaag, die aanzienlijk kouder is dan het water aan het oppervlak. In een ideale situatie blijven die lagen dan ook gescheiden.” Maar in de Nieuwe Meer is een zogenoemd bellenscherm aangebracht om te voorkomen dat zich tijdens de zomermaanden blauwalg ontwikkelt. Het fijnmazige buizenstelsel dat met luchtbellen de groei van blauwalg tegengaat, zorgt er ook voor dat de waterlagen in het meer worden gemengd.

“Zodra het bellenscherm in april in werking treedt, schiet de temperatuur van de koudste laag – normaal ongeveer vier graden Celsius – omhoog”, vertelt Awater. Dat betekent dat een compressiekoelmachine het warmere water – van ongeveer acht graden – extra moet koelen om aan de koudevraag te voldoen. En dat betekent een lager rendement dan waar bij het ontwerp vanuit werd gegaan. “In de winter realiseren we makkelijk een COP van 20 tot 25, omdat we alleen maar water uit het meer naar onze klanten hoeven te pompen. Maar die waarde keldert direct als de temperatuur van het meer in de zomermaanden stijgt door de werking van het bellenscherm.”

Tegenvallende koudevraag

Bij de centrale bij de Ouderkerkerplas is geen bellenscherm in gebruik en kan daardoor continu een constante watertemperatuur worden benut. Toch is ook hier het rendement lager dan verwacht. Van Bulderen: “Dat heeft te maken met de tegenvallende koudevraag in het gebied. Bij het ontwerp van de centrale zijn we uitgegaan van een grote, constante koudevraag, onder meer vanuit het AMC en de kantoorbouw die destijds in de planning stond. Om aan die verwachte grote vraag te voldoen, zijn twee grote koelinstallaties geplaatst. We dachten hiermee een stap vooruit te zetten in vergelijking met de eerste centrale, waar een kleine en een grote machine staan opgesteld.” Die omvangrijke installaties zijn in de huidige praktijk eerder een nadeel dan een voordeel.

De koudevraag vanuit het AMC blijkt sterk te wisselen en de bouw en bezetting van kantoorgebouwen in het gebied rond de Amsterdam ArenA blijft achter bij de prognoses. Van Bulderen: “Met de grote machines kunnen we niet voldoende flexibel inspelen op een kleine koudevraag. Omdat we altijd aan de klantvraag willen voldoen, betekent dat dat we eigenlijk te veel koude produceren op momenten dat er maar een klein beetje nodig is. Die overdimensionering van de centrale is nadelig voor het rendement.”

Een andere tegenvaller is het gebruik van de koeling door de aangesloten panden. “Op papier staat precies hoeveel koeling we leveren, van welke temperatuur en hoe warm het water is als het weer terugkomt bij de centrale”, legt Van Bulderen uit. “In de praktijk is het water dat we van de klanten terugkrijgen kouder.
Dat betekent dat er koude ongebruikt blijft bij de klant, terwijl wij het water wel moeten rondpompen.
En omdat alle energie die het systeem verbruikt meetelt in de efficiëntiebepaling, verlaagt dat de COP.”

De ideale centrale

Hebben de tien jaar praktijkervaring in Amsterdam inzichten opgeleverd over de ideale koudecentrale? Van Bulderen: “Zouden we de centrales nu, tien jaar na oplevering van de eerste, opnieuw bouwen, dan zouden we een aantal zaken anders doen. De ideale centrale is eigenlijk een combinatie van de twee die we nu hebben. Zo’n installatie is flexibel én maakt gebruik van een bron met een gelijkblijvende temperatuur.”

Een belangrijke les uit een decennium met duurzame koude is wat betreft Awater dat een optimale centrale goed moet kunnen omgaan met een fluctuerende koudevraag. “Het is ons duidelijk geworden dat een constante vraag in de praktijk een grote uitdaging is, ondanks de heldere afspraken die je daar met elkaar over maakt. We zijn daarom nu druk bezig het aantal afnemers in het koudenetwerk uit te breiden. Dat maakt ons minder afhankelijk van één grote afnemer.” Bij de centrale aan de Ouderkerkerplas onderzoekt Nuon daarnaast de mogelijkheden om een kleinere koelmachine bij te plaatsen, zodat flexibeler kan worden ingespeeld op de koudevraag.

Een andere praktijkles uit Amsterdam is dat water uit de Nieuwe Meer minder geschikt is om de installatie in de koudecentrale te koelen. Van Bulderen: “In energetisch opzicht is het een goed idee om deze vrije koeling in te zetten voor eigen gebruik van de centrale, maar in de praktijk pakte het nadelig uit. Het water uit de Nieuwe Meer blijkt namelijk onzichtbare biologische deeltjes te bevatten die erg agressief zijn voor bepaalde metalen en de machines aantasten.” Dat leverde kostbare schades op, waardoor de focus kwam te liggen op het betrouwbaar maken van de centrale en minder op het zo efficiënt benutten ervan. “Die kennis hebben we meteen toegepast bij de bouw van de tweede installatie; bij de Ouderkerkerplas koelen we met conventionele koeltorens. Dat is energetisch iets minder efficiënt, maar wel zo betrouwbaar.”

Drie oplossingen voor de toekomst

Omdat de vraag naar koeling van gebouwen over het algemeen achterblijft bij de verwachtingen, bekijkt Nuon of de koudecentrales een rol kunnen gaan spelen in de woningbouw. “Vooral rond de Zuidas krijgen veel plekken een nieuwe bestemming. Dat verandert het koudeprofiel van dit gebied”, aldus Awater. “Daarop proberen we in te spelen. Zo is de temperatuur van het water uit de Nieuwe Meer, als gevolg van het bellenscherm, in de zomermaanden eigenlijk te hoog voor de koeling van kantoren, maar voor woningen uitermate geschikt. Door comfortkoeling aan te bieden in nieuwe woonwijken hopen we de vrije koude uit het meer toch optimaal te kunnen benutten.” In de toekomst is het misschien zelfs mogelijk om het retourwater uit de kantoren te hergebruiken voor de koeling van woningen.

Daarnaast worden de mogelijkheden verkend om koude op het moment dat die vrij voorradig is optimaal te benutten. Van Bulderen: “Bijvoorbeeld door de bron van de warmte- en koudeopslaginstallaties die veel gebouwen hebben – in feite onze concurrenten – in de winter op te laden met vrije koude uit de meren. Omdat de koudevraag in de utiliteitsbouw doorgaans groter is dan de vraag naar warmte ontstaat er namelijk een disbalans in zo’n WKO-bron. Er wordt simpel gezegd meer koude onttrokken dan dat er teruggeleverd wordt, waardoor zo’n bron langzaam opwarmt. In de winter kunnen wij die met onze centrale als het ware opladen voor de zomermaanden.”

Rond de Nieuwe Meer onderzoekt Nuon een aantal praktisch haalbare en betaalbare alternatieven voor het bellenscherm. Awater: “Het scherm zelf verbruikt de nodige energie, dus het zou al veel schelen als het pas later in het jaar wordt ingeschakeld. Daarnaast willen we – nu het scherm binnenkort sowieso aan vervanging toe is – in een pilot onderzoeken of een in hoogte verstelbaar scherm een positief effect heeft op het behoud van de diepe koudwaterlaag.” De zoektocht naar deze oplossing vindt plaats in nauw overleg met alle betrokken partijen, zoals omwonenden en het verantwoordelijke waterschap.

Nog steeds een unicum“Om duurzame koude te leveren met een maximaal rendement moet de hele keten in orde zijn. Van de bron tot aan de afname”, vat Awater de leerervaringen tot nu toe samen. “De afgelopen tien jaar hebben ons duidelijk gemaakt dat we de complexe aaneen­schakeling van factoren – waaronder de koudevraag vanuit kantoren en bedrijventerreinen – niet allemaal in de hand hebben. Maar de Amsterdamse koude­netten zijn natuurlijk nog steeds een unicum in Neder­land.”