EnergyVille webinar & expert talk: Instrumenten om de energietransitie van steden te ondersteunen

1. Multi-energy vector Optimization and Assessment Tool

De Multi-energy vector Optimization and Assessment Tool (MOAT) is een multi-energy vector beslissingsondersteunend instrument voor het bereiken van Greenhouse Gas (GHG) emissiereductiedoelstellingen. Het geeft een overzicht van de verschillende sectoren die een energielandschap vormen (woningen, tertiaire sector, industrie, landbouw, mobiliteit…). De MOAT houdt rekening met het energieverbruik in de vorm van (fossiele) brandstoffen, elektriciteit en warmte. Potentiële Duurzame en Hernieuwbare Energiebronnen (DHE) zoals zon, wind, warmte en biomassa kunnen worden gekwantificeerd.

De gebruikers kunnen scenario’s zowel definiëren als berekenen, en hun impact (energie, CO2, financieel) beoordelen ter ondersteuning van de energiemasterplanning. Dit kunnen ze doen door de invoering van energie-efficiëntiemaatregelen te combineren met de integratie van DHE. De scenario’s omvatten een mix van technologische maatregelen zoals netwerken voor stadsverwarming of -koeling, renovatiemaatregelen voor gebouwen, en technologieën voor gedecentraliseerde productie van hernieuwbare energie. Door met al deze technologieën rekening te houden, stelt de MOAT onze klanten in staat hun traject naar energie autonome steden te verkennen. De MOAT is ontwikkeld als een op spreadsheets gebaseerd berekeningsinstrument en valt onder het IP van EnergyVille/VITO.

Welke gegevens zijn nodig?

De vereiste invoergegevens zijn enerzijds de jaartotalen voor het verbruik (in kWh of MWh). Deze moeten zowel elektriciteit als thermische energie omvatten, opgesplitst per bron. Het verbruik moet worden toegeschreven aan een specifieke sector (residentiële of tertiaire gebouwen, industrie, landbouw of mobiliteit) in de geselecteerde regio (stad).

Daarnaast moet de jaarlijkse productie van duurzame en hernieuwbare energie (in kWh of MWh) worden toegevoegd en opgesplitst per bron (zon, wind, biobrandstoffen en andere bronnen zoals omgevings- of afvalwarmte).

In de Vlaamse context biedt de rapportering in het kader van het Burgemeestersconvenant voldoende informatie over alle energiebronnen die op stadsniveau worden gebruikt. Daarnaast zijn de open gegevens van de lokale DNB over de productie van hernieuwbare energiebronnen op gemeentelijk niveau beschikbaar.

Het uitstippelen van trajecten en scenario's

Voor het opstellen van scenario’s is het belangrijk om berekende gegevens over het potentieel van extra Duurzame en Hernieuwbare Energiebronnen (DHE) toe te voegen aan de informatie over de huidige situatie. Dit kan worden verkregen door informatie over daadwerkelijk goedgekeurde/geplande projecten of berekend potentieel in beschouwing te nemen. Voor deze berekeningen biedt de EnergyVille/VITO-unit Ruimtelijke Milieu-aspecten waardevolle inzichten op basis van geo-observatie en luchtfoto’s. Zij kunnen tal van randvoorwaarden aanbrengen op de verkregen kaarten om de potentiële ruimtelijke spreiding te kwantificeren.

Bovendien moet de invoering van energiebesparende maatregelen, zoals renovatiewerkzaamheden of de elektrificatie van warmteopwekking, worden gekwantificeerd. De gebruiker moet dit doen voor alle betrokken sectoren. Een nuttig instrument om deze scenario’s voor de woonsector te voorspellen, is de Urban Energy Pathfinder van EnergyVille/VITO (zie hieronder).

De cijfers visualiseren

De MOAT gebruikt een geïntegreerde visualisatiemethode om het energielandschap in kaart te brengen. De kolomgrafiek helpt de hoeveelheden verbruikte en opgewekte energie te kwantificeren. Hiermee kunnen gebruikers een evenwichtig energietransitieplan ontwikkelen voor een bepaalde regio of stad. Hiervoor worden zes stappen doorlopen, zoals geïllustreerd in figuur 1.

Figuur 1: De methodologie van de MOAT, weergegeven in een kolomdiagram

• Aan de linkerkant van de grafiek situeert zich het huidige energiegebruik per sector en per energiebron. Een extra label geeft aan of de energiebron al dan niet duurzaam en hernieuwbaar is. Merk op dat een deel van de netstroom ook als hernieuwbaar wordt geclassificeerd. Dit komt door de aanwezigheid van Duurzame en Hernieuwbare Energiebronnen (DHE) in de specifieke energiemix van het net.
• Aan de rechterkant van de grafiek staan de DHE. Het (on)evenwicht tussen verbruik en productie is vrij duidelijk, aangezien deze op eenzelfde schaal op één as zijn uitgezet.
• De kwantificering van alle energiebesparende maatregelen staat in de tweede kolom van links. Deze maatregelen kunnen zowel warmtebesparingen door renovatie van gebouwen als een modale verschuiving naar openbaar vervoer inhouden.
• Stap 4 visualiseert de decarbonisatie van de resterende energievraag. Dankzij zonne-en windenergie kan vrij gemakkelijk aan de elektriciteitsvraag worden voldaan met DHE-elektriciteitsproductie. Aan de warmtevraag kan met DHE worden voldaan door elektrificatie (met behulp van warmtepompen) of door fossiele brandstoffen te vervangen door biobrandstoffen, processen of omgevingswarmte. Voor het activeren van omgevingswarmte via warmtepompen is wel een extra elektriciteitsinput nodig. Idealiter is deze afkomstig van een hernieuwbare energiebron. In de mobiliteitssector kan ook worden gewezen op de efficiëntiewinst door de elektrificatie van motoren.
• Ten slotte wordt de decarbonisatie-oefening uitgevoerd door in een herhalingscyclus meerdere scenario’s te creëren, als een evenwichtsoefening tussen de energievraag en DHE. Door een eindscenario te selecteren kunnen beleidsmakers uiteindelijk hun energiemasterplanning en routekaart opstellen. Enkel de jaarbasis wordt in beschouwing genomen en er wordt geen rekening gehouden met de dynamische effecten van de energievraag- en opwekking.

2. Business-as-usual trendvisualisatie

De Business-as-usual (BAU) trendvisualisatie is een quickscan-visualisatie die voorspelt wanneer een evenwicht tussen energieverbruik en DHE-productie kan worden bereikt. Het moet in de eerste plaats toegankelijk zijn voor mensen die niet noodzakelijk experts zijn. Zij krijgen dan een handige visuele voorstelling van de huidige koers. De hoeveelheid vereiste invoergegevens is bewust zo beperkt mogelijk gehouden, zodat de uiteindelijke grafiek gemakkelijk te interpreteren is.

Het is een nuttige methode om te weten of de gebruiker op weg is naar de beoogde energiebalans of koolstofneutraliteit. Het kan worden beschouwd als een bescheiden eerste stap die voorafgaat aan de routekaart, gemaakt met de MOAT (zoals hierboven beschreven).

Welke gegevens zijn nodig?

De input moet bestaan uit de totale hoeveelheid verbruikte energie en opgewekte hernieuwbare energie voor ten minste drie voorafgaande jaren, evenals de totale CO2-uitstoot. De gekozen jaren moeten representatief zijn en bijvoorbeeld de jaren beïnvloed door de COVID-19 pandemie uitsluiten.

Het traject visualiseren

Het minimum van zes datapunten zal in de grafiek worden afgebeeld. Voor zowel het verbruik als de DHE-productie zal een trendlijn met foutbalkjes de ontwikkeling weergeven. Dit wordt geïllustreerd in figuur 2.

De y-as vertegenwoordigt de hoeveelheid energie (in MWh), terwijl de tijdsas op de x-as wordt geprojecteerd.

Figuur 2: Illustratie van het BAU trendvisualisatie-instrument

Voor zowel de vermindering van het energieverbruik als de groei van het gebruik van duurzame en hernieuwbare energiebronnen, wordt een min of meer lineaire groei veronderstelt. Het is mogelijk dat deze trends niet strikt lineair zijn. Daarom zijn de trendlijnen verbreed in overeenstemming met het aantal onzekerheden. Een energiebalans wordt bereikt wanneer een traject van verminderd energieverbruik en een van verhoogde DHE-productie elkaar kruisen.

Vanwege de reeks trajecten zal het resulterende saldo niet zozeer een eenduidig kruispunt zijn, maar eerder een ruitvormig gebied. Dit kan worden geïnterpreteerd als een gebied tussen het beste en slechtste scenario.  

De gebruiker moet dit bereik vervolgens vergelijken met het gestelde doel. In veel gevallen zullen de trajecten het doel waarschijnlijk niet halen. Dit betekent dat de inspanningen om de energievraag te verminderen en de DHE-productie sneller te verhogen, moeten worden opgevoerd. Als de meeste scenario’s aan de ambitie voldoen, weet de gebruiker dat hij op de goede weg is.

In het bovenstaande voorbeeld zal de netto nul-energiebalans pas rond 2066 worden bereikt, wat veel later is dan de beoogde doelstelling voor 2050.

Belangrijke disclaimer

Het totale eindverbruik van energie en de DHE-productie worden beide vereenvoudigd tot één forfaitair bedrag. Er wordt dus geen onderscheid gemaakt tussen thermische en elektrische energie.

In een globale evenwichtsoefening (zoals de Multi-energy vector Optimization and Assessment Tool) wordt het thermische energiegebruik uit fossiele brandstoffen, warmtenetten, enz. in evenwicht gebracht met beschikbare thermische energie uit hernieuwbare bronnen zoals biobrandstoffen of warmte (afval, omgeving, restwarmte). Het gebruik van elektrische energie wordt ook in evenwicht gebracht met de DHE-elektriciteitsproductie via windturbines en zonnepanelen. Deze evenwichtsoefening valt buiten het bestek van de BAU-trendvisualisatie die hier wordt beschreven. Er moet echter wel rekening mee worden gehouden bij de ontwikkeling van berekende trajecten voor energietransitie.

Een andere belangrijke disclaimer is de volgende: de BAU-trendvisualisatie vereenvoudigt de onderlinge afhankelijkheid van het energielandschap. De uiteindelijke trendlijnen zijn namelijk schattingen. Deze houden geen rekening met fysieke belemmeringen zoals een gebrek aan beschikbare ruimte om zonnepanelen te installeren, of financiële belemmeringen voor huiseigenaren om hun woning te isoleren.

De resultaten zijn sterk afhankelijk van de relevantie van de in acht genomen referentiejaren. Jaren met één significante verandering kunnen de uiteindelijke trendlijn vertekenen.

3. Urban Energy Pathfinder

De Urban Energy Pathfinder (UEP) is een webgebaseerd, multi-layer beslissingsondersteunend instrument voor regio’s en steden die bewust vooruit willen in de ontwikkeling van hun energietransitie trajecten. Het biedt een integrale energieoplossing door energie, CO2-besparingen en financiële voorwaarden te berekenen voor renovatiescenario’s en energietechnologische maatregelen op gebouw-, wijk- en stadniveau.

Het belangrijkste verschil tussen de MOAT en de UEP is dat de MOAT een top-down benadering is, terwijl de UEP een bottom-up benadering betreft. Om een energietransitiestrategie te ontwikkelen, baseert de MOAT zich op het totale energieverbruik en de totale hernieuwbare energieproductie van een stad, opgesplitst per sector. De UEP daarentegen berekent het totale energieverbruik voor elk gebouw in de stad, op basis van verschillende datasets zoals ruimtelijke modellen (GIS-gegevens) en gedetailleerde gebouwmodellen. De UEP voegt al deze gegevens samen tot één cijfer per stad. Beide methoden hebben voor-en nadelen: de UEP heeft een meer gedetailleerde dataset als input nodig en is bovendien complexer en tijdsintensiever dan de MOAT. De UEP kan echter een gedetailleerder inzicht bieden in het effect van energierenovatiemaatregelen in woongebouwen, terwijl ook wordt gekeken naar de inzetbaarheid van stadsverwarmingsnetwerken.

Conclusies

Binnen verschillende projecten heeft EnergyVille/VITO energie-instrumenten voor steden ontwikkeld en verder geoptimaliseerd. In dit artikel zijn drie van deze instrumenten gepresenteerd en vergeleken. De samenvatting van de drie instrumenten wordt weergegeven in tabel 1.

¹ACCESS is een Europees project uit het Interreg North Sea Region programma, gefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO).

Lokale autoriteiten Amersfoort (NL), West Suffolk Council (UK), Malmö (SE) en Mechelen (BE) hebben gezamenlijk benaderingen op schaal verkend en gedemonstreerd in proefprojecten. Deze omvatten lokale hubs voor energiegemeenschappen, peer-to-peer modellen voor energiehandel en lokale instrumenten voor gezamenlijke planning. De steun van vier kennispartners (Aarhus University, Johannesberg Science Park, ifM ECS, EnergyVille/VITO) verzekerde expertise en structuur.  

Binnen het ACCESS project is EnergyVille/VITO naast kennnispartner ook projectcoördinator, met steun van Provincie Antwerpen. EnergyVille/VITO verbeterde in ACCESS twee bestaande beslissingsondersteunende instrumenten voor steden: de Multi-energy vector Optimization and Assessment Tool (MOAT) en de Urban Energy Pathfinder (UEP).