Met simulatietool energiebesparing en vermindering CO2-uitstoot berekenen

Twee jaar geleden is het project KasEnergieWijzer gestart om inzicht te krijgen in welke technologie het meest effectief is om naar een fossielvrije tuinbouw toe te groeien. Inmiddels is het project afgerond met als resultaat een roadmap op een interactieve wiki-pagina, inclusief een simulatietool.

KasEnergieWijzer is een project waarin allerlei opties om energie te besparen, te verduurzamen en uiteindelijk te komen tot een fossielvrij glastuinbouw, op een rijtje zijn gezet. “Dat is nodig omdat energie door stijgende energieprijzen en veranderende omstandigheden steeds meer aandacht vraagt. Daarnaast is er allerlei regelgeving, zowel nationaal als internationaal, om energie te besparen en wordt er beleid gemaakt om het gasgebruik helemaal te stoppen”, zegt WUR-onderzoeker Gert-Jan Swinkels. “Telers zullen dus andere energiebronnen moeten gaan gebruiken. In dit project hebben we een aantal scenario’s daarvoor uitgewerkt.”

Het onderzoeksproject is deels betaald uit publiek geld vanuit Kas Als Energiebron en deels door leden van de Club van 100, een samenwerkingsverband van tuinbouwtoeleveranciers. De roadmap bevat een heleboel achtergrondinformatie over alternatieve energiebronnen en een aantal concrete scenario’s die met getallen de theorie duidelijk maken. Het project heeft ook een gratis te gebruiken simulatietool opgeleverd. “Met deze tool kunnen de besproken scenario’s worden doorgerekend met gewijzigde uitgangspunten met betrekking tot de installaties in de kas, de beschouwde teelt en de prijsstellingen voor energie.”

Zelf scenario’s doorrekenen

Om de onderzoeksresultaten gemakkelijk te kunnen bekijken, zijn deze ondergebracht op een wiki-pagina van Groen Kennisnet. Hier is ook de simulatietool te vinden waarmee de scenario’s uit de wiki en varianten daarop zijn door te rekenen. Swinkels: “Als gebruiker kun je zelf je teelt configureren en de alternatieve energiebronnen die je wilt gebruiken selecteren. Van geothermie, actief ontvochtigen tot zonnepanelen, windmolens en batterijen. De tool geeft na berekening een overzicht van hoeveel uit welke bronnen wordt gebruikt en wat uiteindelijk de CO₂-emissie is. Tevens geeft het een overzicht van de variabele kosten voor energie en CO₂, waarbij eventuele verkoop van elektriciteit als negatieve kosten wordt verrekend. De tool berekent geen investeringskosten. Deze zijn zodanig specifiek dat we dat beter aan de leden van de Club van 100 kunnen overlaten.”

De tool geeft na berekening een overzicht van hoeveel uit welke bronnen wordt gebruikt en wat uiteindelijk de CO₂-emissie is

Overschakeling van Son-T op ledbelichting is economisch gezien wel slim, maar komt verrassend genoeg qua CO2-emissiereductie soms slecht uit.

Op de wiki-pagina staan voor vijf thema’s uitgewerkte scenario’s: belichting en verwarming (Nederland), koelen in een warm en droog klimaat (Midden-Oosten), koelen in een warm en vochtig klimaat (Zuidoost-Azië) en zon- en/of windenergie voor invulling van de elektriciteitsvraag.

“Overschakeling van Son-T op ledbelichting is economisch gezien wel slim, maar komt verassend genoeg qua CO₂-emissiereductie soms slecht uit. Dit komt door de huidige rekensystematiek, waarbij alleen de CO₂-emissie vanaf het tuinbouwbedrijf wordt meegerekend. Met ledbelichting neemt de stroomvraag af, maar kan de warmtevraag toenemen en kan het maar zo zijn dat je daarom wat meer gas moet verstoken”, weet Swinkels.

Wijze waarop CO₂-emissie wordt berekend

Bij verwarming zijn ten opzichte van aardgas verschillende scenario’s uitgewerkt voor een warmtepomp met latente warmteterugwinning, geothermie en biomassa. “Aardwarmte is wat betreft energieverbruik het gunstigst. Alleen is er dan minder CO₂ beschikbaar voor de planten en berekent het model een toename van de vraag naar vloeibare CO₂. Desondanks is geothermie voor de uiteindelijke CO₂-emissiereductie gunstig.”

De wijze waarop de CO₂-emissie wordt berekend, is een belangrijk aspect van de berekende resultaten. “Het Europese emissiehandelssysteem (ETS) rekent bijvoorbeeld de CO₂-emissie bij de productie van elektriciteit door energiecentrales niet toe aan het tuinbouwbedrijf. Maar omgekeerd ook niet de uitgespaarde CO₂-emissie, wanneer een teler aan het net levert. Hierdoor wordt stroom uit het net als CO₂-emissievrij gerekend. Hoe meer elektra een teler gaat gebruiken voor het overschakelen van gas naar warmtepompen en geothermie, hoe lager de toegerekende CO₂-emissie wordt. Dit lijkt dus heel aantrekkelijk, ware het niet dat ook nu al veel bedrijven te maken hebben met een overvol elektriciteitsnet.”

Pad & fan-systemen

Bij het koelen in een warm en droog klimaat zijn er scenario’s van gewone ventilatie (ramen open en dicht), Pad & fan-systemen (adiabatische koeling door verdamping van water) en actieve koeling (airco). Swinkels: “Ventileren door luchtramen te openen, levert in warme landen vaak onvoldoende koeling. Hierdoor is daar in grote delen van het jaar niet te telen. Koelen met Pad & fan kost niet veel energie, maar daar staat wel een hoog waterverbruik tegenover. En water is in warme, droge gebieden schaars. In bijvoorbeeld het Midden-Oosten moet je dat water zien te maken met ontzouting en dat maakt het kostbaar.”

Vanwege de ETS-systematiek hebben geen van deze systemen een CO₂-emissie, omdat het allemaal elektrisch is en dus nul uitstoot. Actieve koeling met airco kost natuurlijk wel veel elektra. “Omdat niet altijd duidelijk is hoeveel koelcapaciteit er nodig is, kan een leverancier dat door het te simuleren nu zelf uitrekenen.”

In een warm en vochtig klimaat werkt het koelen met en Pad & fan-systeem nauwelijks. “Je kunt wel lucht met een ventilator door een pad-wall blazen, maar als de buitenlucht al bijna met water is verzadigd, zal die lucht nauwelijks in temperatuur dalen. In die omstandigheden kan alleen actieve koeling de kasluchttemperatuur verlagen.”

Dekking met wind- en zonenergie

Als de vraag naar elektriciteit niet te groot is, bijvoorbeeld bij een onbelichte teelt op basis van geothermie, kan de elektriciteitsvraag helemaal worden gedekt met een aansluiting op een grote windmolen (bijvoorbeeld 500 kW/ha) of door het schuurdak helemaal vol te leggen met zonnepanelen voor het opwekken van elektriciteit. Het dak moet minimaal 10% van het kasoppervlak zijn. “We gaan er dan natuurlijk wel vanuit dat het elektriciteitsnet als ‘batterij’ is gebruikt en dus overtollige stroom absorbeert en tijdens tekorten stroom levert. Het simulatiemodel rekent daarbij wél met verschillenden tarieven voor in- en verkoop”, aldus de onderzoeker.

Zonnepanelen op dijk van waterbassin.

Bij het gebruik van warmtepompen is hiermee maar 30% van de benodigde elektra te dekken. Een teeltbedrijf heeft dan een aanzienlijke elektriciteitsvraag van ongeveer 30 kWh per vierkante meter, die moet worden ingekocht. “En voor een belichtende teler is de hoeveelheid stroom die hij zelf op duurzame wijze kan opwekken maar een fractie van de behoefte. Het voorgerekende scenario in de wiki laat voor dit geval een dekking van 10% zien.”

In het project is ook gekeken naar kortdurende opslag van elektriciteit in batterijen. Het effect daarvan is zeer beperkt. De uitwisseling van elektriciteit met het net is dan iets minder, door iets minder terugleveren en iets minder inkopen. “Maar het totaalverbruik van stroom gaat iets omhoog, want stroom opslaan kost stroom. Een batterij heeft ook maar een beperkte opslag voor korte duur (dag). Zomeropslag om de winter te overbruggen lukt niet.”

Simulatiemodel Kaspro

De berekeningen van de simulatietool gebeuren op de achtergrond met het model Kaspro. “Een bekend simulatiemodel dat voor veel onderzoeksprojecten wordt gebruikt en daarbij ook continu wordt gevalideerd en uitgebreid. Het model neemt zoveel mogelijk van de fysica van een kas mee, maar ook de beperkingen van de installaties en de mogelijkheden die de buitenomstandigheden opleveren. Daardoor merk je vanzelf dat bijvoorbeeld Pad & fan-koeling in een droog klimaat goed werkt, maar in een warm klimaat niet. Als je dat niet meeneemt, dan is zo’n rekentool zinloos.”

Voor Allard van der Meer, Manager Research & Development bij Bom Group, is het niet in de eerste plaats een economische tool, maar vooral een simulatietool voor kasklimaat en installaties. “Wij zijn heel blij met de opzet van deze tool om onze klanten inzicht te geven voor hun eigen situatie. Op basis van specifieke kenmerken van hun bedrijf kunnen ze zelf uitrekenen en gaan nadenken over welke richting zij op zouden kunnen bewegen met hun energiebehoefte en waar ze in de kas kunnen besparen. Welke resultaten geeft dat dan en hoe kunnen we die vraag van energie (warmte, elektra, CO²) gaan invullen. Met deze onafhankelijke tool kunnen we ook onafhankelijk adviseren over wat nu zinvol is voor een kweker, waar dan ook ter wereld. Dat is de waarde van dit model.”

Met deze onafhankelijke tool kunnen we ook onafhankelijk adviseren over wat nu zinvol is voor een kweker, waar dan ook ter wereld

Voor de Bom Group is het interessant dat deze tool duidelijk de Trias Energetica laat zien. Een drie-stappen strategie om energiebesparende maatregelen te nemen. Deze zijn: het minimaliseren van energiegebruik (met klimaatinstellingen + isolatiewaarde van de kas), zoveel mogelijk gebruik van duurzame energie met alternatieve bronnen en het efficiënt gebruiken van fossiele brandstoffen voor datgene wat er nog aan energievraag overblijft. “Elk project kun je op deze manier beschouwen en doorrekenen met de tool.”

Met klanten in gesprek

Van der Meer wil nu met de klanten in gesprek gaan en kijken hoe de tool is in te zetten om hun klanten daarmee te helpen. “We kunnen de energiebehoefte voor een teelt invullen, zodat zij ook een stap kunnen maken van hun huidige situatie naar een situatie waarin de kas minder energie gebruikt of zelfs naar fossielvrij telen. Welke tussenstappen, investeringen een teler dan moet doen om daar te komen.”

Volgens hem zijn er ook geen one-size-fits-all oplossingen. “Bij een bepaalde teler zijn er weer andere uitgangspunten en randvoorwaarden, dan voor een teler op een andere plaats met dezelfde teelt. Met deze tool hebben we het gereedschap in handen om te zeggen: vanuit dit vertrekpunt zou een eerste verduurzaming bijvoorbeeld de overstap op led kunnen zijn. Of stel dat er een windmolen in de buurt is waar je collectief op kunt aansluiten, dan dekt dat zoveel procent van de elektriciteit. Met deze tool kunnen we dat inzichtelijk maken.”