Energieconcept voor een nieuwe woonwijk

De uitdaging

Lauber IWISA, een installatiebedrijf in Upper Valais, werkte samen met Sympheny, de Leipzig University of Applied Sciences en auteur Simon Bach om de energievoorziening te plannen voor een nieuwe Zwitserse woonwijk — tien meergezins- en zes eengezinswoningen, ongeveer 12.000 m² aan verwarmd oppervlak. Tegen de achtergrond van voorzieningszekerheid, stijgende energieprijzen en het net-zero-doel voor 2050 moest het project de jaarlijkse kosten, de jaarlijkse CO₂-equivalente emissies en de mate van autarkie bepalen voor verschillende voorzieningsopties.

Het lastige was het afstemmen van de parameters op de modelstructuur. Veel inputvariabelen bepalen de uitkomst, en de wijk kende een breed scala aan plausibele voorzieningsconcepten — centraal versus decentraal, elektrisch versus verbranding, één bron versus sectorinkoppeling. Het kiezen van parameters voor bronnen, opslag en conversietechnologieën op een manier die geloofwaardige, vergelijkbare resultaten opleverde, was een niet-triviale modelleringsopgave.

Hoe Sympheny werd gebruikt

Het team gebruikte Sympheny om de volledige wijk te modelleren en liet de systeemoptimalisatie de goedkoopste en CO₂-armste opties naar voren brengen over drie expliciete varianten: Variant 1 — decentrale lucht-warmtepompen in elk gebouw; Variant 2 — centrale grondwateronttrekking met een distributienetwerk en decentrale grondwaterwarmtepompen; Variant 3 — een centrale biomassacentrale die een warmtenet voedt met afleversets per woning. Minder gangbare technologieën — waterstof, elektrolysers, afvalwater als warmtepompbron — werden eveneens beoordeeld, waarbij waterstof om kostenredenen afviel.

• Optimalisatie van de hele wijk — Alle 16 gebouwen gemodelleerd als één systeem in plaats van als een reeks losstaande berekeningen, zodat de kosten van de centrale infrastructuur werden gedimensioneerd op de gedeelde vraag.
• Technologie-onafhankelijke kandidatenset — Lucht, grondwater en biomassa beoordeeld naast minder gangbare opties zoals waterstof en warmte uit afvalwater — waarbij het algoritme en niet de conventie bepaalt wat overblijft.
• Drievoudige afwegingsweergave — Elke variant gerapporteerd op kosten, CO₂-equivalent en autarkie samen, zodat de technische keuze op alle drie de criteria kon worden gemaakt — niet alleen op kosten.

Resultaat

Op het gebied van jaarlijkse kosten en CO₂-equivalent verschillen de twee warmtepompvarianten slechts marginaal: de hogere investeringskosten van grondwaterwarmtepompen worden in de loop van de tijd gecompenseerd door lagere elektriciteitskosten ten opzichte van lucht-warmtepompen. De biomassavariant — verbranding van houtsnippers, die zowel op kosten als op CO₂ beter scoort dan pelletverbranding — heeft de laagste jaarlijkse kosten van de drie.

Autarkie is wat de aanbeveling verandert. Variant 3 (biomassa) kent een duidelijk lagere autarkie dan de warmtepompopties, wat betekent dat de jaarlijkse kosten sterk afhangen van toekomstige prijzen van houtsnippers. Wanneer kosten, CO₂-equivalent en autarkie samen worden afgewogen, komt de centrale grondwaterwarmtepomp als beste uit de bus: iets hogere jaarlijkse kosten, maar de hoogste autarkie van de drie en de minste afhankelijkheid van geïmporteerde prijzen van energiedragers. Het Sympheny-model maakte de drievoudige vergelijking praktisch haalbaar — het algoritme leverde voor elke variant rechtstreeks de goedkoopste en CO₂-armste oplossingen op.

Pareto-optimale oplossingen voor de drie voorzieningsvarianten. Biomassa (grijs) is het goedkoopst op jaarlijkse kosten, maar scoort lager op autarkie; de grondwatervariant wint zodra autarkie wordt meegewogen.