Maart 2022
‘De ontwikkelingen rondom gas en CO2 maken zonthermie interessanter dan ooit’
Interview met Marc Peters, partner bij DAREL Group
Onlangs reed Marc Peters langs een enorm rangeerterrein bij Groningen. Hier en daar wat treinen, maar vooral veel loze ruimte. In gedachten zag hij er al een grootschalig zonthermieproject verrijzen. En dat zou volgens de medeoprichter en partner van DAREL binnen nu en twee jaar zomaar eens werkelijkheid kunnen worden. Want de meeste seinen voor deze duurzame energiebron staan nu op groen. Peters: ‘Zonnewarmte geeft de hoogste energieopbrengst per m² oppervlakte. Koppel het aan een bestaand systeem en je kunt hele wijken of industrieën van hoogwaardige warmte voorzien.’
Europa telt meer dan 120 vlakke plaatinstallaties. Daarnaast zijn er de afgelopen jaren vijf parabolische spiegelinstallaties gebouwd in België en Denemarken; een bijzonder efficiënte techniek waarbij paraboolspiegels zonnestraling concentreren op een collectorbuis in de brandlijn van de spiegels, waar vervolgens thermische olie wordt opgewarmd. Marc Peters verwacht veel van zulke CST-centrales (concentrated solar thermal) en hoopt ze in meerdere Europese landen te ontwikkelen. Hij en zijn DAREL-collega’s faciliteren de energietransitie door organisaties te helpen hun duurzame plannen te realiseren. Dat doen zij als adviseurs, maar ook als investeerders en docenten. DAREL ontwikkelt in samenwerking met een aantal strategische partners grootschalige installaties en begeleidt projecten van planning en constructie naar warmtelevering aan de eindgebruiker. In 2020 investeerde het bedrijf samen met de Haven van Antwerpen in het Belgische Azteq, dat is gespecialiseerd in geconcentreerde zonnewarmte voor de industrie. Peters: ‘Door kapitaal en kennis te bundelen willen we grootschalige zonthermie realiseren in Europa, inclusief Nederland.’
Zonthermie, wat is dat eigenlijk?
‘Bij energie uit zon denkt men vooral aan pv. Dat is het dus niet. Zonthermie heeft niks met elektriciteit te maken, maar alles met warmte. Vlakke plaatcollectoren en parabolische spiegels zijn de meest voor de hand liggende technologieën. De platen hebben een vaste opstelling naar het zuiden en kunnen water tot 100 °C verwarmen. Ze kunnen afzonderlijk worden gebruikt, maar zijn normaliter in serie geschakeld, zodat de gewenste temperaturen en volumes kunnen worden bereikt. Parabolische spiegels zijn wat complexer. Deze installaties draaien mee met de zon en kunnen warmte opwekken van 60 tot 400 °C. De temperatuur van de thermische olie wordt bepaald door de pompsnelheid van de olie door de collectorbuizen. De techniek is relatief eenvoudig, heeft zich bewezen in de praktijk en is modulair schaalbaar.’
Klopt het dat zonthermie efficiënter is dan zon-pv?
‘De energieopbrengst per oppervlakte-eenheid is inderdaad zo’n twee tot drie keer hoger dan zon-pv. Dit komt doordat zonthermie werkt met een veel breder deel van het spectrum aan invallend licht, inclusief infrarood. Ook heeft het een hogere omzettingsefficientie. Meer dan 95 procent van het licht wordt door de spiegels gereflecteerd en geabsorbeerd door de thermische olie in de collectorbuizen. Na aftrek van onder meer opwarmings- en isolatieverliezen blijft er zeker nog 60 à 65 procent nuttige warmte over.’
Waarom kiezen we dan toch massaal voor pv-panelen?
‘Zon-pv is heel modulair en in concurrentie met dure elektriciteit. Ook handig, er ligt al een uitgebreide elektriciteits-infrastructuur waar je systemen op aan kunt sluiten. Zonthermie opereert in een heel andere markt. Hier moeten technologieën concurreren met gasgestookte warmte. En gas was altijd erg goedkoop en in ruime hoeveelheden beschikbaar. Bovendien is warmte moeilijker te transporteren over grote afstanden en bestaat er, afgezien van een aantal lokale warmtenetten, nog geen uitgebreide warmte-infrastructuur. We verwachten echter dat zonthermie snel concurrerend gaat worden.’
‘De energieopbrengst per oppervlakte-eenheid is twee tot drie keer hoger dan zon-pv’
Dus er komen grootschalige CST-installaties in Nederland?
‘Als het aan ons ligt wel. De concurrentiepositie van zonthermie is sterk verbeterd. Ik denk daarbij vooral aan de – structurele – hoge gasprijzen. Als je rekent met volatiele gasprijzen tussen de 50 en 150 euro per MWh, dan wordt een investering in een zonthermische systeem wel heel interessant. Ook CO2 werkt in het voordeel van zonthermie. De emissierechten zijn vorig jaar spectaculair gestegen richting de 90 euro per ton. Bij zonthermie heb je die kosten, net als bij zon-pv, per definitie niet, want de omzetting gebeurt zonder enigerlei uitstoot. Het is een klimaatneutrale oplossing zonder supply-chain. Zonnestraling komt immers gewoon uit de lucht ‘vallen’.’
Financieel heel interessant, dus?
‘Ja, zonthermie is een unieke kans om gas- en CO2-prijsstijgingen te ondervangen. En er is meer: de technologie is relatief eenvoudig met weinig bewegende delen, gegarandeerde opbrengsten en een vaste warmteprijs gedurende een levensduur van zeker dertig jaar. De jaarlijkse operationele kosten (Opex) van een grootschalig zonthermiesysteem zijn circa 1 procent van het investeringsbedrag (Capex) per jaar. Dus aanzienlijk lager dan die van gas (typisch 4-8 procent) en andere duurzame systemen met vergelijkbaar opwekvermogen. Een heel veilige investering dus. Zeker met de subsidiemogelijkheden in Nederland. In Denemarken zijn de zonthermiecentrales zelfs rendabel gebleken zonder subsidies.’
En hoe zit dat met duurzaamheid?
‘We zijn al lang bezig met de energietransitie, maar als puntje bij paaltje komt, zijn we nog voor 85 procent afhankelijk van fossiele bronnen. En het grootste en moeilijkste deel van de transitieopgave is ‘warmte’, zo’n 70 procent. Het ligt dus voor de hand om de zon eerder te gebruiken voor warmte dan voor elektriciteit. Zeker ook omdat die omzetting efficiënter geschiedt. Tegelijkertijd is zonthermie geen honderd procent-oplossing. En dat hoeft ook niet. Zonnewarmte is namelijk goed inzetbaar in combinatie met andere warmtebronnen of technieken. Warmte- en koudeopslag, restwarmte en warmte uit oppervlaktewater zijn voorbeelden van technieken die uitstekend samengaan met zonthermie. Uiteindelijk moeten we toe naar een mix van verschillende warmtebronnen, waarbij de keuze voor de ene, de andere niet uitsluit.’
Welke toepassingsmogelijkheden zien jullie?
‘Wij mikken vooral op installaties met een piekvermogen vanaf 2 tot 40 MW. Dus niet zozeer de zonneboilers die je in Zuid-Europese landen vaak op daken ziet, maar grootschalige zonnecentrales voor stadsverwarming en industriële stoom/warmte-netwerken. Natuurlijk gebeurt er al het een en ander met restwarmte en warmte uit oppervlaktewater, maar dat zijn laagwaardige bronnen, en er is nog veel (elektrische) energie nodig om de systeemtemperatuur voor een warmtenet op te krikken naar zo’n 70 tot 120 °C. De output van zonthermie is vele malen hoger en dus is de behoefte aan additionele elektriciteit lager. Met warmtepompen in combinatie met zonthermie zijn zeer hoge COP’s haalbaar. En het hoeft allemaal niet in één keer natuurlijk. Je kunt CST-installaties ook makkelijk combineren met bestaande biomassa- of gasketels.’
Wat heb je naast spiegels, nodig om leverings-zekerheid te realiseren?
‘Een opslagmedium, waarmee je in de zomer opgewekte warmte ook beschikbaar maakt tijdens de winter. De zonnewarmte kan eenvoudig worden opgeslagen voor uitgesteld gebruik in water (tot 100 °C), thermische olie (tot 400 °C), of gesmolten zout (tot 600 °C). Dat kan bovengronds in warmtebatterijen, of onder de grond, bijvoorbeeld in waterreservoirs. Zonder seizoensopslag kun je slechts in 15 tot 25 procent van de warmtevraag voorzien op een technisch-economisch verantwoordelijke manier. Met seizoensopslag kun je in 50 tot 60 procent van de warmtevraag voorzien. In het geval van stadsverwarming kan zonthermie in combinatie met seizoensopslag in de bestaande bouw een COP van 8 realiseren. In nieuwbouw is een COP van 20 haalbaar. Vooralsnog is de opslag de grootste uitdaging waar we voor staan. In Nederland is de bodem enorm goed beschermd en de regelgeving maakt ondergrondse opslag een ingewikkeld en tijdrovend proces.’
En de druk op ruimte is al zo groot…
‘Precies. Ook boven de grond is er weerstand tegen grootschalige installaties. Mensen willen de grond niet graag opofferen voor zonneweides. Even voor de beeldvorming, voor 5 MW is 10.000 m2 aan spiegels nodig. Vertaal je dat naar ruimte, dan hanteer ik een verhouding van 1:2. Voor 5 MW is dus 20.000 m2 grond nodig. Dat telt aardig op. Maar als je 1 procent van het landoppervlak in Nederland vol zou bouwen met zonnewarmtecollectoren, dan kun je daarmee alle acht miljoen huishoudens van duurzame warmte voorzien tegen een vaste prijs.’
‘En vergeet niet dat er talloze locaties zijn die je dubbel kunt gebruiken. Dat gebeurt nu ook al met pv. Denk aan verloren stukjes naast snelwegen, parkeerplaatsen en daken van bedrijfsgebouwen. In België heb je bijvoorbeeld een zonne-centrale boven een spoorwegemplacement. Waarom zou dat bij ons niet kunnen? Voorwaarde is natuurlijk wel dat de dakconstructies de spiegels kunnen dragen. Daarnaast worden de benodigde componenten steeds handzamer en lichter. Parabolische spiegels voor grondgebonden systemen hebben een doorsnede van 6 m. Onze kleinere spiegels met een doorsnede van 3 m genereren minder windbelasting en zijn ook geschikt voor grote dakoppervlaktes.’
‘Het ligt voor de hand om de zon eerder te gebruiken voor warmte dan voor elektriciteit’
Is de installatie van spiegelsystemen eigenlijk complex?
‘Dat valt wel mee. Per project kiezen wij partners, meestal de wat grotere installatie-adviesbedrijven. Wij verzorgen een aantal trainingssessies en leveren de benodigde componenten, zij bouwen vervolgens de installatie volgens onze specificaties. Het onderling koppelen van de paraboolspiegels en het integreren in een (bestaand) warmtesysteem is niet zo’n grote uitdaging. De meet-en regeltechniek die komt kijken bij integratie met de overige warmtebronnen, toevoer naar opslag en warmtenet vraagt meer kennis. Die kunde is weliswaar nog geen gemeengoed bij installerend Nederland, maar ik verwacht daar geen problemen. Het concept van zonthermische installaties wordt al tientallen jaren in Denemarken gebruikt. We kunnen het gewoon repliceren.’
Hoe kunnen we zonthermie het beste promoten, denk je?
‘Met een of twee goede ‘lighthouse projecten’. Als je in de praktijk kunt aantonen dat de techniek ook hier goed werkt en de business case inderdaad positief is, groeit de interesse vanzelf. Daarnaast is het belangrijk om het verhaal van zonthermie te blijven vertellen. Zo ontwikkelt DAREL educatieve modules en organiseert masterclasses voor middelbare scholen, universiteiten, bedrijven en andere organisaties. Zo bouw je begrip, bewustwording en draagvlak voor de energietransitie op. Dat geldt trouwens niet alleen voor zonthermie, maar ook voor de andere duurzame bronnen en technologieën.’
Wanneer gaat het echt gebeuren?
‘Binnen nu en twee jaar. We merken dat vooral provincies en gemeenten de mogelijkheden van zonthermie steeds meer erkennen. Nogmaals, de ontwikkelingen rondom gas en CO2 maken het interessanter dan ooit. Alleen is er nog een probleem dat moet worden opgelost: de gereguleerde tarieven voor stadsverwarming zijn gekoppeld aan de gastarieven en stijgen dus mee met de sterk gestegen prijs van aardgas. Aan de ene kant logisch zolang het gasgestookte warmte betreft, maar als het gaat om duurzame (dus niet-gasgestookte) warmte moet die koppeling echt worden losgelaten. In de al lang aangekondigde nieuwe warmtewet gebeurt dat ook, maar die zal naar verwachting niet voor 2023 in werking treden. Waar we nu op wachten, is consistent, langetermijnbeleid en duidelijkheid van de overheid op het gebied van wet- en regelgeving over de toekomstige warmtevoorziening en
(de-)regulering van warmtetarieven.’
Tekst: Jojanneke Rodenburg
Fotografie: Marco Swart