7. Omgevingsenergie: buitenluchtwarmte en bodemenergie

Omgevingsenergie is van nature voorkomende thermische en geaccumuleerde energie in het milieu met afgebakende grenzen, die in de buitenlucht, de bodem of soms het oppervlaktewater (hydrothermische energie) kan worden opgeslagen. Omdat de temperatuur van omgevingsenergie relatief laag is wordt meestal een warmtepomp gebruikt om deze te benutten. Bodemenergie wordt besproken in 7.1 en buitenluchtenergie in 7.2. Omgevingsenergie uit oppervlaktewater komt nog niet veel voor in Nederland en loopt mee met bodemenergie, omdat de betreffende warmtepompen vaak hetzelfde zijn. Omgevingsenergie is goed voor 20 petajoule, dat is 7 procent van het eindverbruik van hernieuwbare energie in 2022.

Bodemenergie (tot 500 meter diep) wordt al sinds 1990 toegepast in Nederland en kent een gestage groei door de jaren heen, de laatste jaren rond de 8 procent per jaar. Buitenluchtwarmte benut met behulp van warmtepompen is in de afgelopen jaren erg populair geworden. Het bruto eindverbruik van buitenluchtwarmte neemt sinds 2016 jaarlijks met 30 à 35 procent toe.

Een belangrijke reden voor het toenemende gebruik van omgevingswarmte is het vervallen van de aardgasaansluitplicht voor nieuwe gebouwen per 1 juli 2018. Sindsdien worden er geen vergunningen meer verleend voor bouwplannen met een gasaansluiting, tenzij er vanuit technisch oogpunt geen andere opties zijn. Dit geldt voor alle kleinverbruikers, zoals woningen en kleinere kantoorgebouwen of bedrijfspanden. In de praktijk betekent dit dat vrijwel alle nieuwbouwwoningen en andere kleinere panden worden aangesloten op een warmtenet of dat er een warmtepomp geplaatst wordt.

7.1 Bodemenergie

Bodemenergie is omgevingsenergie die in de bovenste laag van de bodem een half jaar is opgeslagen. In de zomer wordt de koude uit de winter benut en in de winter de warmte uit de zomer. Dat gebeurt veelal door het oppompen van grondwater van bijvoorbeeld 150 meter diep. In de zomer wordt dit grondwater, dat een temperatuur heeft van 5 tot 10 graden, gebruikt om een gebouw te koelen. Na het koelen is dit water opgewarmd tot tussen 10 en 15 graden, en wordt het op een andere plek weer teruggepompt in de grond op een vergelijkbare diepte. In de winter wordt dit opgewarmde water weer opgepompt en gebruikt om het gebouw te verwarmen, waarna het afgekoelde water weer terug de bodem in gaat en de cirkel rond is. Bodemenergie wordt ook warmte/koude-opslag (WKO) genoemd.

Water van 10 à 15 graden is niet zonder meer geschikt om een gebouw in de winter op een aangename temperatuur te krijgen. Daarom worden vaak warmtepompen gebruikt om de energie naar een hoger temperatuurniveau te brengen. De werking van een warmtepomp is vergelijkbaar met die van een koelkast, maar dan omgekeerd. Een koelkast maakt het binnenin kouder door warmte vanuit de koelkast naar buiten te pompen. Daardoor wordt het buiten de koelkast dus (iets) warmer. Een warmtepomp maakt het buiten (iets) kouder en binnen warmer. Net als een koelkast gebruikt een warmtepomp ook elektriciteit. Voor warmtepompen die gebruik maken van ondiepe bodemenergie levert één eenheid elektriciteit gemiddeld ongeveer vier eenheden warmte (RVO en CBS, 2022). De opwekking van één eenheid elektriciteit kost doorgaans twee tot tweeënhalve eenheden fossiele energie en een gasketel maakt ongeveer één eenheid warmte uit één eenheid aardgas. Het gebruik van een warmtepomp is per saldo dus energetisch voordeliger dan verwarming met een gewone aardgasketel. Een beperkte hoeveelheid ondiepe bodemwarmte wordt benut zonder warmtepompen. Het gaat dan om voorverwarming van ventilatielucht.

Binnen de bodemenergie kan nog onderscheid gemaakt worden tussen open systemen en gesloten systemen. In open systemen wordt grondwater onttrokken waarna boven de grond de uitwisseling van warmte plaatsvindt voor koeling en verwarming. Daarna wordt het grondwater weer teruggepompt. In gesloten systemen wordt een gesloten buis of slang de grond ingebracht tot een diepte van 50 tot 100 meter. In deze buis stroomt een vloeistof voor warmtetransport en deze wordt verwarmd of gekoeld via de wand van de buis. Bij gesloten systemen wordt dus geen grondwater onttrokken uit de bodem. Door de stroming van het grondwater is bij open systemen een groter deel van de bodem betrokken bij de opslag van warmte en koude. De gemiddelde capaciteit van deze systemen is dus groter. Open systemen worden vooral toegepast bij grote kantoren, kassen of woonwijken. Gesloten systemen worden vaak toegepast bij kleine kantoren of (een kleine groep) woningen. Open systemen worden ook wel ‘watersystemen’ genoemd en gesloten systemen ‘bodemsystemen’. De warmtepompen die benut worden voor open en gesloten systemen zijn vaak hetzelfde en daarom wordt hier in de energiestatistieken geen onderscheid tussen gemaakt. Wel zijn er gegevens beschikbaar over de hoeveelheid onttrokken grondwater in open systemen.

Ontwikkelingen

Het gebruik van bodemenergie neemt gestaag toe en bedroeg in 2022 bijna 6 petajoule. Warmtepompen en bodemenergie worden vaak toegepast in nieuwe gebouwen. Dit komt doordat het plaatsen van een bodemwarmtepomp relatief duur en ingrijpend is. In 2022 is de afzet van warmtepompen die gebruik maken van bodemwarmte met 14 procent toegenomen ten opzichte van 2021. Het totale vermogen van alle opgestelde bodemwarmtepompen steeg van 1 865 megawatt naar 2 024 megawatt, een toename van 8 procent.

Vooral in nieuwe grote kantoren is onttrekking van bodemwarmte een veel toegepaste techniek. Het is relatief snel rendabel, omdat in deze gebouwen naast een warmtevraag er vaak ook een behoorlijke koelvraag is en omdat in nieuwe gebouwen het verwarmings- en koelsysteem direct bij aanleg al aangepast kan worden aan het gebruik van bodemenergie. Ook in de glastuinbouw worden grote systemen voor bodemenergie in gebruik genomen. Voor de open systemen is in 2021 in totaal 336 miljoen kubieke meter water rondgepompt; voor 2022 zijn nog geen uitkomsten beschikbaar. De meeste open systemen staan in de provincies Noord- en Zuid-Holland en Noord-Brabant. Deze verdeling reflecteert in grote lijnen de aanwezigheid van grote gebouwen, die zich goed lenen voor toepassing van warmte/koudeopslag met open systemen.

De laatste jaren worden er ook steeds meer bodemwarmtepompen bij kleinere gebouwen en woningen geplaatst. Voor een belangrijk deel heeft dit te maken met het vervallen van de gasaansluitplicht in de nieuwbouw. In de bestaande bouw speelt de subsidieregeling voor kleine warmtesystemen (ISDE) een rol. Met het vervallen van de gasaansluitplicht per 1 juli 2018 is er ook een einde gekomen aan de ISDE-subsidie voor warmtepompen in de nieuwbouw. Hierdoor is de hoeveelheid vanuit de ISDE gesubsidieerde warmtepompen flink afgenomen, van 87 megawatt in 2020 en 66 megawatt in 2021 tot ongeveer 21 megawatt in 2022.

Van alle in 2022 verkochte bodemwarmtepompen werd voor ongeveer 10 procent ISDE-subsidie verstrekt. Het is waarschijnlijk dat wanneer subsidie aangevraagd kan worden, dat meestal ook gedaan wordt. Dat zou betekenen dat de overige 90 procent van de bodemwarmtepompen voornamelijk in de nieuwbouw geplaatst zijn. Gezien de relatief hoge aanschafkosten van een bodemwarmtepomp en de vereiste graafwerkzaamheden is dat niet verrassend. Hierbij moet wel worden aangetekend dat grote warmtepompen met een thermisch vermogen van meer dan 70 kW buiten de ISDE-regeling vallen, maar dit gaat om relatief kleine aantallen.

Methode

Zie voor een omschrijving van de methode inclusief rekenvoorbeelden 4.4.1 Bodemenergie uit Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie, RVO en CBS

Voor de berekening van de bodemenergie is gebruik gemaakt van de verkoopgegevens van de leveranciers van warmtepompen en van gegevens over warmte/koudeopslag die de provincies verzamelen voor het verlenen en beheren van de vergunningen voor warmte/koude-opslagprojecten.

Bij het verzamelen van de verkoopgegevens van warmtepompen is samengewerkt met de Vereniging Warmtepompen. Het CBS heeft zelf de leveranciers geënquêteerd die geen lid zijn van de branchevereniging.

Tot en met 2021 zijn ook er gegevens beschikbaar over de verdeling naar sectoren (woningen of utiliteitsgebouwen/landbouw). Vanaf 2022 zijn deze gegevens slechts beperkt beschikbaar en wordt de sectorindeling grotendeels gebaseerd op vermogensklasse, waarbij aangenomen wordt dat de kleinere warmtepompen vooral bij woningen geplaatst worden en de grotere in de utiliteitsbouw en landbouw. In de praktijk zal het echter ook voorkomen dat een kleine warmtepomp in een (klein) kantoorpand of ander utiliteitsgebouw geplaatst wordt, of een grote warmtepomp in bijvoorbeeld een appartementencomplex.

De hernieuwbare energie uit koude en de benutting van warmte zonder warmtepompen is afgeleid uit gegevens over het grondwaterdebiet van de provincies en kengetallen uit het Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie.

Lastig daarbij is dat uit de informatie van de provincies niet altijd duidelijk is of een project al in gebruik is. Ook is de informatie over de debieten niet compleet. Het CBS maakt schattingen voor ontbrekende informatie, maar daardoor worden de cijfers wel minder nauwkeurig. Vanwege deze grote onzekerheid en de benodigde analysetijd heeft het CBS besloten deze cijfers niet meer met de status voorlopig te publiceren maar alleen nog met de status definitief in december. Als gevolg daarvan zijn in deze publicatie nog geen koudecijfers over 2022 opgenomen.

Koude is geen energiedrager in reguliere internationale energiestatistieken, maar hernieuwbare koude telt volgens de RED II wel mee voor het aandeel hernieuwbare energie vanaf verslagjaar 2021 (RVO en CBS, 2022). De methode om hernieuwbare koude te bepalen moet nog worden uitgewerkt, waardoor er nog geen cijfers beschikbaar zijn. Het CBS schat de onnauwkeurigheid in de cijfers over de hernieuwbare energie uit bodemenergie op ongeveer 25 procent.

7.2 Buitenluchtwarmte

Warmte uit de buitenlucht kan gebruikt worden om gebouwen te verwarmen met een warmtepomp. Het principe is hetzelfde als bij warmtepompen die gebruik maken van bodemenergie. Een belangrijk verschil is dat de gebruikte bodemwarmte gemiddeld een hogere temperatuur heeft dan de buitenlucht. Daardoor is het verschil tussen de temperatuur van de warmtebron en het afgiftesysteem groter en heeft een warmtepomp op buitenlucht relatief meer elektriciteit (of gas) nodig dan een warmtepomp op bodemwarmte. Daar staat tegenover dat de aanleg van een systeem voor het benutten van de bodemwarmte een stuk duurder is dan een aanzuigpomp voor de buitenlucht. Buitenluchtwarmte is goed voor 14 petajoule, dat is 5 procent van het eindverbruik van hernieuwbare energie in 2022.

Ontwikkelingen

Het gebruik van buitenluchtwarmte met warmtepompen is de laatste jaren flink toegenomen. In 2022 werden 394 duizend installaties geplaatst met een totaal vermogen van 2 375 megawatt. Vergeleken met 2021 nam het bijgeplaatste aantal buitenluchtwarmtepompen met 14 procent toe en het vermogen met 26 procent. Vijf jaar eerder, in 2017, was het aantal nieuwe installaties nog slechts 92 duizend met een totaal vermogen van 612 megawatt.

Warmtepompen die gebruik maken van buitenluchtwarmte kunnen grofweg in twee categorieën worden ingedeeld: lucht-luchtwarmtepompen geven de aan de buitenlucht onttrokken warmte af aan lucht. Lucht-waterwarmtepompen geven de warmte af aan een verwarmingssysteem op basis van water. Waar de laatste jaren met name de afzet van lucht-luchtwarmtepompen flink toegenomen is, was in 2022 de grootste stijging juist te zien bij de lucht-waterwarmtepompen. Het aantal bijgeplaatste installaties nam twee keer toe met 82 procent toe van 50 duizend in 2021 naar 91 duizend in 2022.

Warmtepompen met gebruik van buitenluchtwarmte kunnen relatief goedkoop geïnstalleerd worden in een nieuw gebouw en ook hier zal het vervallen van de gasaansluitplicht per 1 juli 2018 in de nieuwbouw aan de stijging van de afzet hebben bijgedragen. Daarnaast heeft de ISDE-regeling een impuls gegeven voor de afzet van buitenlucht-waterwarmtepompen bij bestaande gebouwen.

Voor bestaande gebouwen is de overstap van een gasaansluiting naar een warmtepomp vaak een grote investering, mede omdat naast de kosten van de installatie er ook vaak moet worden geïnvesteerd in het geschikt maken van de woning (voornamelijk isolatiekosten). Een tussenoplossing is om een hybride warmtepomp te plaatsen, een warmtepomp die functioneert in combinatie met een aardgasketel die actief wordt als de warmtevraag niet meer door de warmtepomp kan worden geleverd. In de meeste gevallen zijn dit buitenluchtwarmtepompen met water als afgiftesysteem. Vanaf 2026 zullen scherpere eisen gesteld worden aan de efficiëntie van verwarmingsinstallaties (Rijksoverheid, 2023b). Daarmee geldt voor de meeste grondgebonden woningen en gebouwen dat wanneer de bestaande cv-ketel aan vervanging toe is, deze vervangen moet worden door een (hybride) warmtepomp. Sinds 2022 houdt het CBS ook de afzet van hybride warmtepompen bij. In 2022 was ongeveer een kwart van de verkochte buitenlucht-waterwarmtepompen hybride. Omdat hybride warmtepompen over het algemeen een relatief laag vermogen hebben, wordt aangenomen dat ze meestal bij woningen worden geplaatst.

Uit een analyse van ontvangen RVO-databestanden met gegevens over toekenningen van ISDE-subsidie blijkt dat in 2022 voor 189 megawatt aan gesubsidieerde buitenlucht-waterwarmtepompen is geplaatst. Dat is meer dan in 2020 (144 megawatt) en 2021 (104 megawatt). Van alle in 2022 geplaatste buitenlucht-waterwarmtepompen is voor ongeveer 40 procent ISDE-subsidie toegekend. Het is aannemelijk dat voor de meeste warmtepompen in bestaande gebouwen ISDE-subsidie is aangevraagd. Dat betekent dat meer dan de helft van de buitenlucht-waterwarmtepompen in de nieuwbouw geplaatst is. Wel geldt ook hier dat systemen groter dan 70 kW niet in aanmerking komen voor ISDE-subsidie, maar dit gaat om kleine aantallen.

Buitenlucht-luchtwarmtepompen worden van oudsher vooral in kantoorgebouwen gebruikt. Het gaat dan doorgaans om omkeerbare warmtepompen. Dat zijn warmtepompen die in de zomer kunnen worden gebruikt als airco om te koelen, en in de winter om te verwarmen. De meerkosten van koelmachines die niet alleen kunnen koelen maar ook kunnen verwarmen zijn beperkt. Daardoor worden de omkeerbare airco’s vaak verkocht zonder veel subsidie. Wel is het voor bedrijfspanden mogelijk om voor efficiënte omkeerbare warmtepompen een korting te krijgen op de belasting via de Energie-investeringsaftrekregeling (EIA).

De laatste jaren zijn er veel buitenlucht-luchtsystemen bij woningen geplaatst, jaarlijks rond de 300 duizend. Over de wijze van functioneren van deze systemen is weinig bekend, maar het zou kunnen dat deze apparaten primair voor koeling zijn aangeschaft en heel weinig voor verwarming worden gebruikt. Anderzijds kan bij hoge aardgasprijzen zoals in 2022 verwarmen met een lucht-luchtwarmtepomp een goedkoper alternatief zijn voor verwarmen met een cv-ketel. Over de mate waarin lucht-luchtwarmtepompen voor verwarming gebruikt worden, is dus nog veel onduidelijk.

Opvallend is dat de vermeden emissies van CO₂ voor warmtepompen op buitenlucht tot en met 2017 vaak negatief zijn, maar dat het vermeden verbruik van fossiele primaire energie positief is. De verklaring hiervoor is dat de besparing van deze warmtepompen afhangt van het verschil tussen het uitgespaarde aardgasverbruik en de daaraan gerelateerde emissies enerzijds (aardgasketel) en het extra verbruik van elektriciteit en de daaraan gerelateerde primaire energie en emissies anderzijds (warmtepomp). Elektriciteitsopwekking heeft volgens de huidige referenties een hogere CO₂-emissie per eenheid verbruikte energie dan warmteopwekking in een aardgasketel. De laatste jaren neemt de bijdrage van steenkool aan de elektriciteitsproductie in Nederland af, daardoor wordt de referentie elektriciteitsproductie minder CO₂-intensief en neemt de berekende CO₂-besparing van de warmtepompen met gebruik van buitenluchtwarmte steeds verder toe.

Overigens is het belangrijk om te weten dat zowel het vermeden verbruik van primaire energie als de vermeden emissies van CO₂ sterk afhangen van de energieprestatiefactor van de warmtepompen. Deze waarde voor deze factor is overgenomen van een richtsnoer van de Europese Commissie (RVO en CBS, 2022), maar feitelijk is nog erg weinig bekend over de prestaties van warmtepompen op buitenlucht in de praktijk.

Methode

Zie voor een omschrijving van de methode inclusief rekenvoorbeelden 4.4.2 Buitenluchtwarmte uit Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie, RVO en CBS

In de EU-Richtlijn voor hernieuwbare energie wordt buitenluchtwarmte aerothermische warmte genoemd.

Via gegevens over de afzet van warmtepompen en een aanname over de levensduur wordt het opgesteld vermogen bepaald. Daaruit worden vervolgens de relevante energiestromen bepaald op basis van kengetallen.

Verkoopgegevens van de warmtepompen zijn verzameld in samenwerking met de branchevereniging. De Vereniging Warmtepompen heeft de verkoopgegevens van de leden geleverd. Het CBS heeft zelf de leveranciers geënquêteerd die geen lid zijn van de branchevereniging.

Tot en met 2021 zijn ook er gegevens beschikbaar over de verdeling naar sectoren (woningen of utiliteitsgebouwen/landbouw). Vanaf 2022 zijn deze gegevens slechts beperkt beschikbaar en wordt de sectorindeling grotendeels gebaseerd op vermogensklasse, waarbij aangenomen wordt dat de kleinere warmtepompen vooral bij woningen geplaatst worden en de grotere in de utiliteitsbouw en landbouw. In de praktijk zal het echter ook voorkomen dat een kleine warmtepomp in een (klein) kantoorpand of ander utiliteitsgebouw geplaatst wordt, of een grote warmtepomp in bijvoorbeeld een appartementencomplex.

Volgens de EU Richtlijn Hernieuwbare Energie mogen warmtepompen alleen meetellen als ze de energieprestatie (warmteproductie gedeeld door elektriciteitsverbruik) groter is dan een bepaalde norm. Vooral bij (oude) warmtepompen op buitenlucht is het onzeker of ze voldoen aan deze norm. In de Richtsnoer voor de rekenmethodiek voor warmtepompen (Europese Commissie, 2013) is vervolgens bepaald dat lidstaten zelf een expertschatting mogen maken voor het deel van de warmtepompen dat voldoet aan deze norm. Deze expertschatting hebben Segers en Busker (2015) verdisconteerd in de rekenfactor voor de omrekening van het vermogen naar de warmteproductie.

Het onderzoek van Segers en Busker (2015) omvat data over schattingen van installateurs over in 2014 geplaatste systemen. Over de oude en nieuwere systemen is weinig bekend. Daarnaast zijn er geen goede representatieve data over de energieprestatie van de warmtepompen in de praktijk, waardoor het onduidelijk is welk deel van de aerothermische warmtepompen voldoet aan de ondergrens voor de energieprestatie uit de EU-Richtlijn Hernieuwbare Energie. Daarom blijft het eindverbruik van de aerothermische warmtepompen onzeker.

Het CBS schat de onnauwkeurigheid voor de hernieuwbare energie uit buitenluchtwarmte op 40 procent.