Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen

Academiejaar 2012 – 2013

Keuze van een energiemodel voor een klimaatneutrale stad, Gent 2050

Gerrit Walckiers Promotor: Prof. dr. ir. G. Van Eetvelde Tutor: ir. Jonas Timmerman

Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master na Master in de Milieusanering en het Milieubeheer

2

WOORD VOORAF

In dit voorwoord wil ik de mensen bedanken die mij hebben bijgestaan bij het uitwerken van deze masterproef. Eerst en vooral zou ik graag mijn tutor ir. Jonas Timmerman bedanken. Hij stond mij bij met raad en daad, goede suggesties, en vele afspraken op korte tijd. Ik ben hem ook dankbaar voor de vele malen dat hij stukken of heel verslag heeft gelezen en verbeterd. Verder zou ik mijn promotor Prof. Dr. Ir Greet Van Eetvelde willen bedanken. Niettegenstaande wij elkaar maar 1 maal zagen, was ze steeds bereikbaar. Bedankt ook voor de bemoedigende woorden wanneer ik het eventjes niet meer zo goed zag zitten om verder te werken. Vervolgens zou ik ook graag Jeroen Mercy van de Gentse Milieudienst een woord van dank geven voor de vele keren wanneer ik hem heb opgebeld voor het antwoorden van kleine details. Zowel bij hem als Annick Van Hyfte van Arcadis was ik welkom om op heel korte tijd een afspraak te maken toen ik met vragen zat. Zonder hen had ik niet de resultaten bereikt die ik hier bereikt heb. Gerrit Walckiers Augustus 2013

3

INHOUDSTAFEL

WOORD VOORAF ......................................................................................................................... 2

INHOUDSTAFEL ............................................................................................................................ 3

Lijst van afkortingen ........................................................................................................................ 6

Lijst van figuren ............................................................................................................................... 7

Lijst van tabellen .............................................................................................................................. 8

SAMENVATTING ........................................................................................................................ 10

1. Inleiding ................................................................................................................................. 11

1.1 Kader van de masterproef ............................................................................................... 11

1.2 Richtlijnen en doelstellingen: een overzicht ................................................................... 12

1.3 Gebruikte data ................................................................................................................ 13

1.3.1 CO2 nulmeting ....................................................................................................... 13

1.3.2 Hernieuwbare Energiescan ..................................................................................... 16

1.3.3 Stappenplan ............................................................................................................ 16

1.4 Energiemodellen ............................................................................................................. 17

1.4.1 EnergyPLAN .......................................................................................................... 17

1.4.2 LEAP ...................................................................................................................... 18

2. Vergelijking tussen EnergyPLAN en LEAP ......................................................................... 19

2.1 Verschil in berekening .................................................................................................... 19

2.2 Omzetting distributies EnergyPLAN naar time slices LEAP ......................................... 19

2.2.1 Effect aggregatie in maand dag/nacht ipv uren ...................................................... 21

2.2.2 Verschil tussen één modeldag per maand en distributie op basis van uur .............. 21

2.2.3 Verschil jaarlijkse distributie en kwartjaar gemiddelden ....................................... 22

2.3 Implementatie van een eenvoudig energiesysteem in beide modellen ........................... 23

2.3.1 EnergyPLAN .......................................................................................................... 24

2.3.2 LEAP ...................................................................................................................... 27

2.3.3 Vergelijking resultaten ........................................................................................... 29

2.3.4 Invloed van het aantal time slices ........................................................................... 30

2.4 Fictief energiesysteem .................................................................................................... 31

2.5 Conclusies en verklaring keuze energiemodel ............................................................... 35

3. Methodologie ......................................................................................................................... 36

4. Implementatie gegevens in LEAP ......................................................................................... 37

4.1 Inleiding .......................................................................................................................... 37

4.2 Elektriciteit ..................................................................................................................... 40

4.2.1 Verbruik .................................................................................................................. 40

4.2.2 Productie ................................................................................................................. 42

4.3 Warmte ........................................................................................................................... 44

4.3.1 Restwarmte uit elektriciteitsproductie .................................................................... 45

4.3.2 Warmtevraag in de residentiële sector .................................................................... 45

4

4.3.3 Warmtevraag in de tertiaire sector .......................................................................... 45

4.3.4 Overige sectoren ..................................................................................................... 46

4.4 Fossiele brandstoffen ...................................................................................................... 46

4.4.1 Vraag ...................................................................................................................... 46

4.5 Biomassa ........................................................................................................................ 46

4.6 Resultaten LEAP ............................................................................................................ 47

4.7 Werkelijke vermogens .................................................................................................... 49

4.8 Resultaten LEAP ............................................................................................................ 51

4.9 Scenario’s ....................................................................................................................... 52

4.9.1 Elektriciteit ............................................................................................................. 53

4.9.2 Warmte ................................................................................................................... 56

4.9.3 Fossiele brandstoffen .............................................................................................. 57

4.9.4 Biomassa................................................................................................................. 59

4.10 Resultaten scenario’s verbruik ....................................................................................... 60

5. Effectvoorspelling .................................................................................................................. 63

5.1 Windmolenpark wordt uitgebreid ................................................................................... 63

5.2 Aankoppeling van de residentiële sector op een warmtenet ........................................... 64

5.3 Maatregelen uit Stappenplan – tijdshorizon 2030 .......................................................... 66

5.3.1 Maatregelen per sector ........................................................................................... 67

5.3.2 Methodologie .......................................................................................................... 68

5.3.3 Te implementeren data ........................................................................................... 70

5.3.4 Resultaten vergelijking Stappenplan ...................................................................... 72

5.3.5 Conclusies............................................................................................................... 75

5.3.6 Resultaten vergelijking andere scenario’s .............................................................. 76

5.4 Voorbij 2030 ................................................................................................................... 77

6. Algemene conclusies ............................................................................................................. 78

7. Ideeën voor verder onderzoek................................................................................................ 80

Referenties ...................................................................................................................................... 81

APPENDIX .................................................................................................................................... 82

A. LEAP .............................................................................................................................. 82

B. Werking Excel omrekening ............................................................................................ 85

C. Resultaten vergelijking LEAP en EnergyPLAN energiesysteem stad Gent .................. 86

24 time slices ......................................................................................................................... 86

12 time slices ......................................................................................................................... 87

8 Time slices .......................................................................................................................... 87

4 Time slices .......................................................................................................................... 88

D. Resultaten vergelijking LEAP en EnergyPLAN fictief energiesysteem ........................ 88

E. Gebruikte distributies ............................................................................................................. 90

1. Elektriciteit ......................................................................................................................... 90

5

2. Warmte ............................................................................................................................... 90

3. Transport ............................................................................................................................ 91

4. Wind ................................................................................................................................... 92

5. Zon...................................................................................................................................... 93

6

Lijst van afkortingen

BAU Business As Usual: referentiescenario waarin geen significante wijzigingen in het

energiesysteem doorgevoerd worden CO2 chemische formule voor koolstofdioxide CREG Commissie voor de Regulering van Elektriciteit en Gas. Raadgever van de

overheid en toezichthouder op de gas- en elektriciteitsmarkt EU Europese Unie IVAGO Intercommunale Vereniging voor Afvalbeheer in Gent en Omstreken kton Eenheid van gewicht: kilo ton = 106 kilogram kWh Eenheid van energie. 1 kWh = 3 600 000 Joule LEAP Energiemodelleringsprogramma: Long-range Energy Alternatives Planning

System LPG Liquified petroleum gas MIRA Milieurapport, product van de Vlaamse Milieumaatschappij. Beschrijft de

bestaande toestand, evalueert het milieubeleid en beschrijft verwachte ontwikkelingen

MW Eenheid van vermogen = 106 Watt PJ Eenheid van energie = 1015 J PV Fotovoltaïsch. Type zonnepaneel dat zonnestraling omzet in elektrische energie RWZI Rioolwaterzuiveringsinstallatie STEG Stoom en gascentrale TWh Eenheid van energie. 1TWh = 3,6 * 1015 Joule WKK Warmte Kracht Koppeling = methode van energieopwekking waarbij vanuit een

brandstof zowel elektriciteit als warmte wordt opgewekt

7

Lijst van figuren

figuur 1.1 Afbakening van de ambitie tot klimaatneutraliteit (Overgenomen uit [Vito, 2013] ) ... 11 figuur 1.2 Energievraag per sector (Gebaseerd op de gegevens uit [Arcadis, 2009]) .................... 13 figuur 1.3 Energievraag per sector exclusief ijzer en staal (gebaseerd op de gegevens uit [Arcadis, 2009]) ............................................................................................................................................. 14 figuur 1.4 Referentiesysteem van het energiemodel EnergyPLAN ................................................ 17 figuur 2.1 Grafische weergave omrekening jaarlijkse distributie naar time slices ......................... 20 figuur 2.2 Grafische weergave van het effect van de aggregatie van uurwaarden in dag- en nachtgemiddelden. (distributie: ‘Aalborg EL 2007’ [EnergyPLAN website]) ............................. 21 figuur 2.3 Grafische weergave van het effect van de aggregatie van uurwaarden in 1 maandgemiddelde (distributie ‘Aalborg EL 2007’ [EnergyPLAN website]) ................................ 22 figuur 2.4 Grafische weergave van het effect van de aggregatie van uurwaarden in 4 kwart jaar gemiddelden (distributie ‘Aalborg EL 2007’ [EnergyPLAN website]) ........................................ 22 figuur 2.5 Overzicht centrale energieproductie stad Gent [Vito, 2013] ......................................... 23 figuur 2.6 Overzicht hernieuwbare energieopwekking stad Gent. Waarden zijn in kWe [Arcadis, 2011] ............................................................................................................................................... 23 figuur 2.7 Overzicht energiesysteem als basis voor vergelijking tussen EnergyPLAN en LEAP . 24 figuur 2.8 Energiebalans afkomstig uit LEAP van een eenvoudig energiesysteem. Waarden zijn in TWh ................................................................................................................................................ 25 figuur 2.9 Verloop productievermogen per technologie voor de maand juli. Opgemaakt met de resultaten uit EnergyPLAN ............................................................................................................ 26 figuur 2.10 Verloop van de vraag voor de maand juli. Opgemaakt met de resultaten uit EnergyPLAN .................................................................................................................................. 26 figuur 2.11 Verloop productievermogen per technologie voor 1 dag in juli. Opgemaakt met de resultaten uit EnergyPLAN ............................................................................................................ 27 figuur 2.12 Totaal jaarlijkse energiebalans afkomstig uit LEAP van een eenvoudig energiesysteem; Waarden zijn in TWh. .......................................................................................... 27 figuur 2.13 Gemiddeld vermogen aanbod overheen 12 time slices afkomstig uit LEAP. Alle waarden in MW. ............................................................................................................................. 28 figuur 2.14 Gemiddeld vermogen vraagzijde overheen 12 time slices afkomstig uit LEAP. Alle waarden in MW. ............................................................................................................................. 29 figuur 2.15 Vergelijking van het gemiddeld vermogen per technologie voor LEAP en EnergyPLAN .................................................................................................................................. 30 figuur 2.16 Grafische weergave fictief energiesysteem ................................................................. 31 figuur 2.17 Gemiddeld vermogen per technologie LEAP .............................................................. 32 figuur 2.18 Verloop van de vraag en productie per technologie afkomstig uit EnergyPLAN ...... 33 figuur 2.19 Vergelijking resultaten door uitmiddeling over dezelfde periode ............................... 34 figuur 3.1 Grafische weergave methodologie opbouw elektriciteitsproductie nulmeting .............. 36 figuur 4.1 Sankey diagram met verbruiken per energiedrager voor stad Gent[Arcadis, 2012] ...... 38 figuur 4.2 Grafische weergave geïmplementeerd energiesysteem ................................................. 39 figuur 4.3 Grafische weergave van het verloop van verschillende uurdistributies afkomstig van [EnergyPLAN website] , zowel voor de maand januari, als voor een weekend- en weekdag ....... 40 figuur 4.4 Werkelijk en voorspellingen van elektrisch verbruik voor het Belgisch elektrisch net, afkomstig van http://www.elia.be/nl/grid-data/verbruik-voorspellingen-belasting........................ 41 figuur 4.5 Elektriciteitsproductie klassieke centrales ..................................................................... 42 figuur 4.6 Methodologie van implementatie van productie uit zon en wind .................................. 44 figuur 4.7 Overzicht centrale energieproductie stad Gent[Vito, 2013] .......................................... 49 figuur 4.8 Overzicht huidig vermogen aan hernieuwbare energie voor stad Gent. Waarden zijn in kWe[Vito, 2013] ............................................................................................................................. 49 figuur 4.9 Jaarlijkse uitstoten inclusief ijzer en staal, in 2030 en 2050 per scenario per sector. Opgemaakt met de resultaten uit LEAP ......................................................................................... 60 figuur 4.10 Jaarlijkse CO2 uitstoten exclusief ijzer en staal, in 2030 en 2050 per scenario en per sector. Opgemaakt met de resultaten uit LEAP .............................................................................. 61

8

figuur 4.11 Verschil tussen referentiescenario Gent uit Stappenplan en MIRA en het Business As Usual scenario uit de CO2 nulmeting [Arcadis, 2009, Vito, 2013] ................................................ 62 figuur 5.1 Boomstructuur van de geïmplementeerde scenario’s .................................................... 63 figuur 5.2 Jaarlijkse CO2 besparing uitbreiding windmolenpark t.o.v. referentiescenario zonder maatregel ........................................................................................................................................ 64 figuur 5.3 Jaarlijkse CO2 uitstoot na implementatie maatregel ..................................................... 65 figuur 5.4 Jaarlijkse besparing CO2 uitstoot na implementatie t.o.v. referentiescenario zonder maatregel ........................................................................................................................................ 66 figuur 5.5 Grafische weergave van de methodologie tot wiskundige omrekening ........................ 69 figuur 5.6 Overzicht van resultaten afkomstig uit het Stappenplan [Vito, 2013] ........................... 72 figuur 5.7 Overzicht van resultaten opgemaakt met de resultaten uit LEAP ................................. 73 figuur 5.8 Overzicht van resultaten zonder sub sector ijzer en staal afkomstig uit het Stappenplan ........................................................................................................................................................ 74 figuur 5.9 Overzicht van resultaten zonder sub sector ijzer en staal afkomstig uit LEAP ............. 74 figuur 5.12 Verschil in uitstoot tussen het Visionair scenario zonder maatregelen uit het Stappenplan en het Gents referentiescenario mét maatregelen uit het Stappenplan. Afkomstig uit LEAP .............................................................................................................................................. 77

Lijst van tabellen tabel 1.1 Energiebalans stad Gent (gebaseerd op de gegevens uit [Arcadis, 2009]) ...................... 15 tabel 2.1 Samenvattende tabel van de productietechnologieën mét respectievelijke vermogens en elektrische rendementen ................................................................................................................. 24 tabel 4.1 Totale jaarlijkse energiebalans afkomstig uit LEAP. Alle waarden in PJ ....................... 47 tabel 4.2 Vergelijking CO2 uitstoot berekend door LEAP en de CO2 nulmeting. Waarden in kton. ........................................................................................................................................................ 48 tabel 4.3 Samenvattende tabel van geïmplementeerde elektriciteitsproductie ............................... 50 tabel 4.4 Totaal jaarlijkse energiebalans afkomstig uit LEAP. Alle waarden in PJ ....................... 51 tabel 4.5 Vergelijking van de CO2 uitstoot afkomstig uit LEAP en de CO2 nulmeting na de implementatie van de werkelijke vermogens. Waarden in kton ..................................................... 52 tabel 4.6 Scenario's op vlak van elektrisch verbruik, voor verschillende sectoren. De waarden zijn percentages over meerdere jaren[Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009] ....................................... 53 tabel 4.7 Jaarlijkse groeipercentages op vlak van elektrisch verbruik, voor verschillende sectoren [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009] .......................................................................................... 54 tabel 4.8 Potentieel vermogen zonnepanelen binnen de stad Gent [Arcadis, 2011] ....................... 55 tabel 4.9 Potentiële energieproductie zonnepanelen stad Gent, zonder havengebied [Arcadis, 2011] ............................................................................................................................................... 55 tabel 4.10 Samenvattende tabel met berekeningen van gemengd systeem van thermisch en PV panelen............................................................................................................................................ 56 tabel 4.11 Potentieel vermogen windproductie regio Gent[Arcadis, 2011] ................................... 56 tabel 4.12 Jaarlijkse groeipercentages per scenario residentieel verbruik van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009].............................................................................................................. 57 tabel 4.13 Jaarlijkse groeipercentages per scenario tertiair verbruik van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009].............................................................................................................. 57 tabel 4.14 Jaarlijkse groeipercentages per scenario industrieel verbruik van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009].............................................................................................................. 57 tabel 4.15 Jaarlijkse groeipercentages per scenario verbruik transportsector van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009] ........................................................................................ 58 tabel 4.16 Jaarlijkse groeipercentages Stappenplan residentieel verbruik van fossiele brandstoffen [Vito, 2013] .................................................................................................................................... 58 tabel 4.17 Jaarlijkse groeipercentages Stappenplan tertiair verbruik van fossiele brandstoffen [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009] .......................................................................................... 58

9

tabel 4.18 Jaarlijkse groeipercentages verbruik biomassa per scenario [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009] .......................................................................................................................... 59 tabel 4.19 Samenvattende tabel van verzamelde scenario's per energiedrager en per sector. [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009] ..................................................................................................... 59 tabel 5.1 Vraag naar energiedragers in 2050 aangewend voor verwarmingsdoeleinden, afkomstig van berekening in LEAP. Waarden in PJ. ...................................................................................... 65 tabel 5.2 Vraag naar brandstof en elektriciteit per sector vòòr en na implementatie van de maatregelen in het Gents referentiescenario ................................................................................... 68 tabel 5.3 Reductiepercentage op vlak van brandstof en elektriciteit per sector .............................. 69 tabel 5.4 Jaarlijkse besparingen na implementatie maatregelen in de residentiële sector uit het Gents referentiescenario ................................................................................................................. 70 tabel 5.5 Omrekening nieuwe energiemix tertiaire warmte............................................................ 71 tabel 5.6 Jaarlijkse besparingen na implementatie maatregelen in industriële, transport en landbouwsector ............................................................................................................................... 71 tabel 5.7 Vergelijking tussen Stappenplan en LEAP op de reducties op scope 1 per sector .......... 75 tabel 5.8 Vergelijking tussen Stappenplan en LEAP op de reducties op scope 1 per sector, zonder sub sector ijzer en staal ................................................................................................................... 75 tabel 0.1 Fragment uit de Excel-file van de omrekening van jaarlijkse distributie uit EnergyPLAN naar time slices voor LEAP ............................................................................................................ 85 tabel 0.2 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 24 time slices. Alle waarden in MW ..................................................... 87 tabel 0.3 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 12 time slices. Alle waarden in MW ..................................................... 87 tabel 0.4 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 8 time slices. Alle waarden in MW ....................................................... 88 tabel 0.5 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 4 time slices. Alle waarden in MW ....................................................... 88 tabel 0.6 Resultaat van vergelijking fictief energiesysteem per productietechnologie. Alle waarden in MW............................................................................................................................................. 89 tabel 0.7 Resultaat vergelijking fictief energiesysteem vraag. Alle waarden in MW .................... 89

10

SAMENVATTING In deze studie wordt onderzocht hoe een energiesysteem kan worden uitgebouwd, gebaseerd op lokale, hernieuwbare energieopwekking voor de stad Gent, met het oog op een klimaatneutrale stad tegen 2050. In een eerste stap wordt data verzameld enerzijds over het energiegebruik binnen de stad Gent, uitgesplitst volgens de sectoren: residentieel, industrie, transport, landbouw en tertiair, en anderzijds over de energieproductie binnen de stad Gent. Deze data wordt daarna in een energiemodel geïmplementeerd. Er worden 2 modellen met elkaar vergeleken, om dan het meest geschikte voor deze masterproef te kiezen; EnergyPLAN of LEAP. Deze modellen zijn in staat om berekeningen te doen over energieverbruik, totale CO2 uitstoot, totale kosten,… van het energiesysteem. Er worden ook voorspellingen over energieverbruik verzameld, om ook de toekomstige situatie van de stad Gent te kunnen simuleren, en het effect van maatregelen aan productiezijde te beoordelen.

11

1. Inleiding

1.1 Kader van de masterproef

Deze masterproef kadert in de doelstelling van stad Gent om tegen 2050 klimaatneutraal te zijn. De klimaatneutraliteit doelstelling van de stad Gent werd voor het eerst beschreven in het bestuursakkoord voor de periode 2007 – 2012. Klimaatneutraliteit betekent in dit geval dat er netto geen klimaat verstorende broeikasgassen worden uitgestoten. Deze doelstelling wordt bereikt door 3 stappen te volgen: beperken van de uitstoot door rationeel energiegebruik, hernieuwbare bronnen aanwenden en compensatie van de resterende uitstoot. [Stad Gent, 2007] Aangezien het ecosysteem een natuurlijke absorptiecapaciteit heeft op vlak van broeikasgassen, hoeft de reductie ervan niet gelijk te zijn aan 100%. [H Vandevyvere et al., 2013] Zo wordt de huidige CO2 captatie door bossen ingeschat op 4 kton voor de stad Gent. [Arcadis, 2009] De afbakening van deze ambitie wordt grafisch in figuur 1.1 weergegeven. Het gebied waarvoor klimaatneutraliteit moet worden behaald behelst het Gents grondgebied inclusief het havengebied.

figuur 1.1 Afbakening van de ambitie tot klimaatneutraliteit (Overgenomen uit [Vito, 2013] )

Waarom doet de stad Gent mee? De huidige maatschappij stoot enorme hoeveelheden broeikasgassen uit. Ongeveer 80% van de uitstoot van C02 komt voort uit stedelijke activiteiten [European Commission, 2010] . Deze gassen versterken het broeikaseffect, waardoor de aarde opwarmt. En zelfs in Gent laten de gevolgen zich voelen. In de zomer zullen er lange periodes van droogte zijn, waardoor de grondwatertafel zakt. Hierdoor krijgen bomen en planten het moeilijk, omdat ze zich niet tijdig kunnen aanpassen. Door de lange droogte, en warmer wordend klimaat, zal er opmars zijn van zuiderse fauna en flora. De winters worden dan weer natter, wat overstromingen en hoge waterstanden tot gevolg heeft[Gents Klimaatverbond]. Gent heeft de ambitie om een voorttrekkersrol op te nemen in de strijd tegen klimaatverandering [Stad Gent, 2008], en een stap verder te gaan dan de verschillende richtlijnen die er bestaan zoals EU202020, het Kyoto Protocol, die onder paragraaf 1.2 beschreven worden.

12

Een klimaat-neutrale stad is ook veel aangenamer om in te leven. Zo is de lucht schoner zorgen beter geïsoleerde huizen voor een lagere energiefactuur, zorgen de vele bomen voor een buffering tegen hoge temperatuur in de zomer[Gents Klimaatverbond]. Dit laatste wordt ook wel het Urban Heat Island effect genoemd. In deze studie wordt onderzocht hoe een energiesysteem, gebaseerd op lokale en hernieuwbare energieopwekking kan bijdragen in deze doelstelling. Hierdoor kan de stad Gent zijn energieonafhankelijkheid verhogen, aangezien er minder fossiele brandstoffen geïmporteerd moeten worden.

1.2 Richtlijnen en doelstellingen: een overzicht Het Kyoto Protocol, de klimaatdoelstellingen 202020 van de EU, het Lokaal Klimaatplan hebben allemaal hetzelfde achterliggende idee: uitstoot van broeikasgassen verminderen om de globale opwarming van het klimaat tegen te gaan . Hier volgt een overzicht van deze verschillende doelstellingen. Op mondiaal gebied is er het Kyoto protocol waarin de doelstelling opgenomen is om de uitstoot van broeikasgassen met 5% te verminderen tegen 2012 met als referentiejaar 1990. Dit trad in werking begin 2005, en hieraan namen 36 industrielanden deel [UNFCCC, 2009]. Europa legde bij de invoering van het Kyoto protocol de lat hoger: de EU-15 streefde naar een vermindering van broeikasgas emissie van 8% voor de periode van 2008-2012, verdeeld over de verschillende lidstaten. Verder stelde de EU nieuwe doelstellingen voor het jaar 2020; 20% reductie van primaire energie t.o.v. de toenmalige trends voor dat jaar [Commission of the European Communities, 2006], 20% van de energieopwekking moet hernieuwbare zijn [Commission of the European Communities, 2007b] en reductie van 20% van de binnenlandse broeikasgasemissies.[Commission of the European Communities, 2007a] In 2008 is er een burgemeestersconvenant ontstaan, een initiatief om burgemeesters te ondersteunen bij de strijd tegen de milieuverandering. Het is ook gericht op het verminderen van uitstoot met 20%, maar bestaat uit praktische projecten en meetbare resultaten [European Commission, 2010]. De EU verdeelde de Kyoto doelstellingen over de verschillende lidstaten. Voor België komt dit neer op een emissie reductie van 7,5% voor in 2008-2012 t.o.v. 1990. Deze ambitie werd op federaal niveau verdeeld over de verschillende gewesten. Het Nationaal Klimaatplan 2002-2012 bundelt deze maatregelen binnen de Kyoto doelstelling [Federale overheid, 2002]. Vlaanderen kreeg de doelstelling van 5,2% reductie t.o.v. 1990. Hoe men aan deze reductie kan geraken wordt beschreven in het Vlaams Klimaatbeleidsplan 2006-2012 [departement LNE Vlaamse overheid, 2006]. Gent wenst koploper te zijn op het vlak van klimaatneutraliteit, en dit is duidelijk aan de doelstellingen die het zichzelf oplegt. Hoewel de EU202020 een reductie van 20% vooropstelt, verstrengt Gent deze ambitie naar een CO2 emissie reductie van 60% t.o.v. 2003 tegen 2020, wil de stad 50% van de energieopwekking uit duurzame bronnen halen, en zowel het energiegebruik als de CO2 uitstoot verminderen met 20% t.o.v. 2008 tegen 2020[Stad Gent, 2008]. De uiteindelijke doelstellingen en acties voor volledige klimaatneutraliteit tegen 2050 komen in een nieuw document, het Klimaatplan 2013-2050. Dit Klimaatplan zal in het voorjaar van 2014 klaar zijn.

13

1.3 Gebruikte data

Om het energiesysteem van de stad Gent te modelleren is data nodig over vraag en productie van allerlei energiedragers: elektriciteit, warmte, … opgesplitst naar sectoren. In deze paragraaf wordt beschreven welke bronnen hiervoor gebruikt zijn.

1.3.1 CO2 nulmeting

Om het verbruik van Gent in kaart te kunnen brengen, heeft de stad in 2007 een CO2 nulmeting laten uitvoeren. Deze meting was van belang om de effecten van het Klimaatplan in 2010 te evalueren, en eventueel bij te sturen. In het jaar 2009 is deze CO2 nulmeting geactualiseerd. Het verslag bestaat uit 2 delen: energiedata over huidig verbruik, en een voorspelling voor het jaar 2050, volgens een ‘business as usual’ scenario[Arcadis, 2009]. Energiedata wordt in deze nulmeting tot in detail uitgesplitst. Een eerste uitsplitsing is volgens een aantal sectoren: transport, handel en diensten (tertiair), huishoudens (residentieel), industrie, landbouw en energieproductie . Deze sectoren worden op hun beurt ook uitgebreid opgesplitst. Zo wordt bijvoorbeeld de sector energieproductie opgesplitst in de grote centrale productie eenheden: Langerbrugge, Rodenhuize, Knippegroen, Ham, Ringvaart, Taminco en de afvalverbrandingsinstallatie van Ivago. Verder zijn ook de decentrale, hernieuwbare eenheden opgenomen. Deze gegevens zijn beschikbaar via het aantal uitgereikte groene stroom certificaten, en worden dan verrekend naar een productie in kWh. Decentrale productie eenheden zijn: WKK, productie uit Biomassa, PV zonnepanelen, windturbines. Al deze gegevens zijn beschikbaar in zowel kton CO2 als productie in PJ of kWh. Het energieverbruik van de sector industrie is bijvoorbeeld uitgesplitst in verbruik van LPG, benzine, diesel, aardgas, elektriciteit,…[Arcadis, 2009] Al deze gegevens zijn samengevat in een energiebalans, die in tabel 1.1 is weergegeven. De verbruiken kunnen per sector grafisch weergegeven worden, zoals in figuur 1.2 gebeurd.

figuur 1.2 Energievraag per sector (Gebaseerd op de gegevens uit [Arcadis, 2009])

In figuur 1.2 is duidelijk te zien dat de industriële sector het grootste aandeel heeft in de totale energievraag. Zoals uit tabel 1.1 blijkt, is de subsector ijzer en staal verantwoordelijk bijna 50% van alle energieverbruik. In figuur 1.3 is de subsector ijzer & staal weggelaten.

14

figuur 1.3 Energievraag per sector exclusief ijzer en staal (gebaseerd op de gegevens uit [Arcadis, 2009])

15

tabel 1.1 Energiebalans stad Gent (gebaseerd op de gegevens uit [Arcadis, 2009])

2009 Kolen Cokes LPG Benzine Gas-en

dieselolie

Zware

stookolie

Aard- en

mijngas

Cokes-

ovengas

Hoog-

ovengas

Biomassa Elek-

triciteit

Groene

stroom

Warmte Totaal

[PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

INDUSTRIE

VERBRUIK 17,11 36,67 0,05 0,01 0,38 0,47 9,37 8,48 0,00 2,02 8,16 1,81 84,54

IJzer en staal 17,11 36,67 0,00 0,00 0,01 0,19 3,07 8,48 0,00 5,29 0,00 70,82

EIGEN PRODUCTIE -9,02 -9,02

HUISHOUDENS

VERBRUIK 0,10 0,04 0,01 2,44 0,00 4,17 0,00 0,08 1,45 0,00 8,29

EIGEN PRODUCTIE -0,01 -0,01

TERTIAIR

VERBRUIK 0,00 0,00 0,03 0,004 0,72 0,04 3,27 0,00 0,00 0,01 2,85 0,59 7,51

EIGEN PRODUCTIE 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -0,04 -0,04

LANDBOUW

VERBRUIK 0,01 0,00 0,00 0,03 0,01 0,09 0,01 0,01 0,15

VERKEER EN VERVOER

VERBRUIK 0,02 0,59 5,04 0,02 0,00 0,12 0,14 5,93

ENERGIE (centraal)

VERBRUIK 3,16 25,18 9,01 7,67 45,50

PRODUCTIE -18,30 -2,73 -2,40 -20,70

EXPORT 8,42

16

1.3.2 Hernieuwbare Energiescan

Anderzijds heeft de Stad Gent een hernieuwbare energiescan laten uitvoeren, waarin zowel het bestaande aanbod van, als het potentieel tot hernieuwbare energieopwekking wordt bestudeerd. Potentieel is onder meer dak (zowel PV als thermische zonnepanelen), wind, geothermie, wind, waterkracht.[Arcadis, 2011] In de masterproef worden 2 situaties uitgewerkt: de huidige situatie en een toekomstscenario voor het jaar 2050. Voor de huidige situatie kan de meerderheid van de gegevens omtrent verbruik gehaald worden uit de CO2 nulmeting en actualisatie. Het jaar 2050 is te veraf om concrete voorspellingen te doen over verbruik per sector per brandstof. Daarom worden, analoog aan de CO2-nulmeting, voorspellingen tot het jaar 2030 doorgetrokken naar het jaar 2050. Dit gebeurt aan de hand van de jaarlijkse groeipercentages tot 2030 te blijven hanteren tot 2050. Voorspellingen omtrent energieverbruik tegen het jaar 2030 zijn te vinden in de milieuverkenning 2030 van het Milieurapport Vlaanderen. [MIRA Vlaanderen, 2009]

1.3.3 Stappenplan

Stad Gent liet ook een studie uitvoeren welke stappen moeten ondernomen worden om de doelstelling van klimaatneutraliteit te bereiken, met 2030 als tijdshorizon. Dit onderzoek bestudeert niet enkel economische haalbaarheid, maar ook de principes van de trias energetica, duurzaamheidscriteria, de energiepolicy‘s van de Stad. Het is ook duidelijk dat de Stad Gent niet alle hefbomen in handen heeft om reducties te bewerkstellen. De transitie in de transportsector naar elektrische wagens zal pas effect hebben indien ze passen in een bredere inspanning op Europees niveau [Vito, 2013]. De Stad heeft wel alle hefbomen in handen om slim te sturen. [Vito, 2013] In het Stappenplan wordt een Abatement Cost Curve Light opgesteld; een kosten baten analyse, waaruit de beste maatregelen worden geselecteerd, met de transitie naar een klimaatneutrale stad als doel. Hier wordt niet enkel met de economische gegevens rekening gehouden, maar ook met duurzaamheid van de oplossingen. ‘Light’ verwijst naar leemtes in de kennis. De leemtes gaan over bijvoorbeeld het toekomstige energieverbruik. Er kunnen scenario’s opgesteld worden, maar het is onmogelijk om de toekomst te voorspellen. Het Stappenplan beschouwt eerst het jaar 2030 als tijdshorizon. Dit wordt zo gekozen, omdat er voor dit jaar al een aantal concrete voorspellingen voor handen zijn op vlak van energieverbruik. In de studie kiest men er niet voor om deze groeipercentages door te trekken tot 2050. Men gaat ervan uit dat het jaar 2050 zodanig ver in de toekomst ligt dat het onmogelijk is om nu concrete voorspellingen te doen omtrent energieverbruik, maar ook omtrent reductiepotentieel zoals CO2 afvang. Er is in de studie wel een visionair scenario opgenomen met tijdshorizon 2050, maar deze bevat geen concrete maatregelen, wel mogelijke denkpistes die mee kunnen zorgen voor klimaatneutraliteit.[Vito, 2013]

17

1.4 Energiemodellen

In deze studie wordt een uitgebreide vergelijking gemaakt tussen 2 energiemodellen; EnergyPLAN en LEAP. In paragraaf 0 wordt een keuze gemaakt. Hier worden beide modellen kort en bondig besproken.

1.4.1 EnergyPLAN

EnergyPLAN is een energiemodel ontwikkeld door de ‘Sustainable Energy Planning Research Group’, van de Universiteit in Aalborg. Het model is ontwikkeld om de analyse van het dynamisch gedrag van energiesystemen mogelijk te maken waarin niet controleerbare technologieën voorkomen, zoals PV zonnepanelen en wind turbines. Het model is reeds in vele analyses gebruikt; zowel op lokaal gebied, als regionaal gebied. [Poul Alberg Østergaard, Brian Vad Mathiesen, 2010] Energieverbruik wordt gemodelleerd aan de hand van een totale vraag, en een jaarlijkse distributie op basis van uur. Niet regelbare productietechnologieën, zoals windturbines en PV panelen, worden gemodelleerd aan de hand van het totaal beschikbaar vermogen, en een uurdistributie van het beschikbaar vermogen. Per uur wordt het beschikbaar vermogen van de niet regelbare productietechnologieën berekend en vergeleken met de vraag. Het verschil hiertussen wordt ingevuld door de regelbare productietechnologieën, zoals elektrische centrales of wordt geïmporteerd. [Poul Alberg Østergaard, Brian Vad Mathiesen, 2010]. Het regelen van de productiecentrales wordt de dispatch genoemd. Het model is reeds een superstructuur als referentiesysteem ingebouwd, zoals in figuur 1.4 is afgebeeld. De gebruiker kan dit referentiesysteem niet wijzigen. In dit referentiesysteem kunnen dan verschillende configuraties van energiesystemen uitgebouwd worden.

figuur 1.4 Referentiesysteem van het energiemodel EnergyPLAN

In het model is de data-ingave opgesplitst volgens sectoren: residentieel, industrie, transport,… Het model kan gebruikt worden om dispatch strategieën te analyseren en configuraties te vergelijken, en het effect op totale kost of totale uitstoot te beoordelen indien financiële gegevens ingevoerd worden.

18

1.4.2 LEAP

LEAP is een energiemodel ontwikkeld aan de Stockholm Environmental Institute. LEAP is een letterwoord voor: Long-range Energy Alternatives Planning System. Het model kan gebruikt worden om energieconsumptie, energieproductie, uitstoot van broeikasgassen te modelleren van energiesystemen waarin niet controleerbare technologieën voorkomen. Daarnaast kan het model gebruikt worden om scenario’s op te bouwen, waarin per technologie of sector voorspellingen ingevoerd kunnen worden. In tegenstelling tot EnergyPLAN berekent LEAP de energiebalans niet uur per uur, dan wel op basis van zelf gedefinieerde time slices; verzamelingen van tijdsintervallen met gelijkaardige eigenschappen. Voorbeelden hiervan zijn: de gemiddelde januari dag of nacht, februari dag of nacht, … In het model zit ook een optimalisatiefunctie ingebouwd. Indien financiële gegevens voor handen zijn, berekent het model de kost van uitbreiding of werking van het energiesysteem onder een aantal restricties zoals maximale uitstoot, minimaal of maximaal vermogen van een centrale,… .[C. Heaps, 2008] Deze optimalisatieberekeningen worden niet in deze masterproef besproken.

19

2. Vergelijking tussen EnergyPLAN en LEAP

Het doel van deze paragraaf is om de werking van twee energiemodellen te vergelijken, en een keuze te maken welk model het beste is voor deze masterproef. Dit wordt aan de hand van twee verschillende elektrische systemen gedaan. Eerst wordt een vereenvoudiging van het elektrisch energiesysteem van de stad Gent beschouwd, daarna wordt een fictief energiesysteem gemodelleerd waarin de totale elektriciteitsvraag op piekmomenten groter is dan de productiecapaciteit waardoor elektriciteitsimport noodzakelijk is. In paragraaf 2.4 zijn de conclusies samengevat en de keuze van energiemodel beargumenteerd.

2.1 Verschil in berekening

EnergyPLAN modelleert energievraag en -aanbod aan de hand van jaarlijkse totalen, zoals totale jaarlijkse elektriciteitsvraag, en jaarlijkse distributies van 8784 uur-waarden (dit zijn de waarden voor 1 schrikkeljaar). Op die manier kan het model gebruikt worden om niet regelbare technologieën zoals zon en wind, en dynamische vragen te modelleren. [Poul Alberg Østergaard, Brian Vad Mathiesen, 2010]. LEAP modelleert energievraag en aanbod aan de hand van gemiddelde waarden over time slices; een verzameling van tijdsintervallen waarbinnen de eigenschappen van een bepaald type energieproductie of energieverbruik vergelijkbaar zijn, zoals de gemiddelde januarinacht. Binnen een time slice hebben alle eigenschappen een constante waarde, het gemiddelde overheen deze periode. Per time slice wordt energieproductie gekarakteriseerd door het beschikbaar vermogen van de productietechnologie, relatief uitgedrukt ten opzichte van het maximaal vermogen. In iedere time slice wordt energievraag uitgedrukt door de procentuele verhouding van de energievraag ten opzichte van de totale jaarlijkse energievraag. De som van de percentages over de time slices moet dus 100% zijn. De time slices kunnen door de gebruiker zelf gedefinieerd worden. Aangezien EnergyPLAN uur per uur een energiebalans opmaakt, geeft dit nauwkeurigere resultaten op vlak van de dynamiek van een energiesysteem. LEAP bevat gemiddelden over periodes, waardoor er een deel van de dynamiek verloren gaat. In dit hoofdstuk wordt onderzocht in welke mate dit effect heeft op de resultaten, met oog op het Gents energiesysteem. Om de vergelijking zinvol te maken, wordt in paragraaf 2.2 een methode ontwikkeld om de jaarlijkse distributie van uur-waarden uit EnergyPLAN om te rekenen naar time slices voor LEAP.

2.2 Omzetting distributies EnergyPLAN naar time slices LEAP

Alvorens een vergelijking zinvol is, moet er een methode ontwikkeld worden die de jaarlijkse distributies van uur-waarden uit EnergyPLAN omrekent naar time slices voor LEAP. In figuur 2.1 wordt deze omrekening grafisch weergegeven. De precieze werking is in bijlage beschreven, onder paragraaf ”B. Werking Excel omrekening”

20

Totale jaarlijkse vraag of

geïnstalleerd vermogen

EnergyPLAN

Excel

LEAP

figuur 2.1 Grafische weergave omrekening jaarlijkse distributie naar time slices

Totale jaarlijkse vraag of

geïnstalleerd vermogen

Afkomstig uit EnergyPLAN

21

De Excel-file rekent de individuele data om naar 4 verschillende types time slices. Hiermee wordt in paragraaf 2.3.4 het effect van de keuze van time slices op het resultaat onderzocht.

• 24 time slices: per maand met onderscheid tussen dag en nacht • 12 time slices: per maand • 8 time slices: per kwartjaar met onderscheid tussen dag en nacht • 4 time slices: per kwartjaar

Aangezien time slices gemiddelde waarden bevatten over periodes, zorgt dit ervoor dat de dynamiek van het systeem voor een groot deel verloren gaat. Dit verlies wordt in de volgende paragrafen grafisch aangetoond. Als distributie werd in deze vergelijking gekozen voor ‘Aalborg EL 2007’, en werd teruggevonden in de files die bij het model worden bijgeleverd[EnergyPLAN website]. De precieze keuze van de distributie doet er in deze vergelijking nog niet veel toe.

2.2.1 Effect aggregatie in maand dag/nacht ipv uren

In figuur 2.2 wordt de hierboven genoemde uurdistributie grafisch weergegeven in blauw. In rood zijn voor dezelfde uren de waarden van de time slice per maand met onderscheid tussen dag en nacht weergegeven.

figuur 2.2 Grafische weergave van het effect van de aggregatie van uurwaarden in dag- en nachtgemiddelden. (distributie: ‘Aalborg EL 2007’ [EnergyPLAN website])

2.2.2 Verschil tussen één modeldag per maand en distributie op basis van uur

In figuur 2.3 is opnieuw dezelfde uurdistributie grafisch weergegeven voor de maand januari in blauw. Het gemiddelde voor de maand januari is weergegeven in rood.

22

figuur 2.3 Grafische weergave van het effect van de aggregatie van uurwaarden in 1 maandgemiddelde (distributie ‘Aalborg EL 2007’ [EnergyPLAN website])

2.2.3 Verschil jaarlijkse distributie en kwartjaar gemiddelden

In figuur 2.4 is opnieuw het verlies aan dynamiek grafisch weergegeven, ditmaal voor de aggregatie in kwartjaren.

figuur 2.4 Grafische weergave van het effect van de aggregatie van uurwaarden in 4 kwart jaar gemiddelden (distributie ‘Aalborg EL 2007’ [EnergyPLAN website])

23

2.3 Implementatie van een eenvoudig energiesysteem in beide modellen

Om de modellen met elkaar te vergelijken wordt eerst een vereenvoudigd energiesysteem in beide modellen geïmplementeerd, gebaseerd op het huidig energiesysteem van de stad Gent. Bronnen hiervoor zijn de CO2-nulmeting, de hernieuwbare energiescan en het Stappenplan.

• Als centrale elektriciteitsproductie worden de grote centrales beschouwd die opgesteld staan. Deze zijn in figuur 2.5 opgenomen, afkomstig uit het Stappenplan.

figuur 2.5 Overzicht centrale energieproductie stad Gent [Vito, 2013]

• Het bestaand aanbod aan gedecentraliseerde groene stroomproductie is in figuur 2.6 opgenomen, en is afkomstig van de hernieuwbare energiescan.

figuur 2.6 Overzicht hernieuwbare energieopwekking stad Gent. Waarden zijn in kWe [Arcadis, 2011]

• Aan verbruikers-zijde wordt het totaal jaarlijks elektriciteitsverbruik van de stad Gent beschouwd, gelijk aan 12,61 PJ, of 3,50 TWh. Dit is de som van de verbruiken van de sectoren, en is afkomstig van de CO2-nulmeting.[Arcadis, 2009]

Deze elektriciteitsproductie is samengeteld in tabel 2.1. Er wordt hier gekozen om zowel de centrale als de decentrale vermogens op te tellen. Aangezien er wordt geprobeerd om het huidig systeem na te bootsen, wordt ervoor gekozen om Langerbrugge niet mee te modelleren, omdat dit op dit moment geen elektriciteit meer produceert. Voor de implementatie in EnergyPLAN moeten de vermogens van centrale energieproductie, gas en biomassa in dit geval, eerst opgeteld worden om dan procentueel te verdelen volgens deze vermogens. Hiermee regelt het model de dispatch van de centrales.. Deze krijgen dan sowieso hetzelfde elektrisch rendement, en wordt op 40% verondersteld. Dit elektrisch rendement is van belang om de hoeveelheid primaire energie en totale CO2 uitstoot te berekenen. Om die redenen is het rendement voor zon en wind niet van belang, en wordt dus op 100% verondersteld.

24

Energiedrager Vermogen Elektrisch rendement Gas 720,3 MW 40%

Biomassa 362,9 MW 40%

Zon 28,4 MW 100%

Wind 42,2 MW 100% tabel 2.1 Samenvattende tabel van de productietechnologieën mét respectievelijke vermogens en elektrische rendementen

In figuur 2.7 is dit systeem grafisch weergegeven. De zwarte pijlen stellen de grondstoffen voor. De rode pijlen stellen de opgewekte elektrische energie voor. De zwarte kaders stellen de technologieën voor, met hun respectievelijke vermogens. Deze vermogens zetten de energie uit de grondstoffen om in elektrische energie.

2.3.1 EnergyPLAN

EnergyPLAN bestaat uit een aantal tabbladen met parameters die door de gebruiker kunnen gewijzigd worden. De belangrijkste parameters voor deze vergelijking zijn terug te vinden onder het tabblad ‘input’. Onder ElectricityDemand wordt de 3,5 TWh ingevuld, die de distributie: ‘Hour_electricity’ meekrijgt. Voor deze vergelijking is opnieuw de precieze keuze van distributie niet van belang, zolang dezelfde distributie in beide modellen wordt gebruikt. Onder het tabblad ‘DistrictHeating’ wordt de centrale energieproductie ingegeven, zoals onder paragraaf 2.3 beschreven. Er wordt een centrale ingevoerd van 1083,2 MW onder ‘condensing’, met een elektrisch rendement van 0,4. De verdeling van deze centrale opwekking is 720,3 eenheden gas, en 362,9 eenheden biomassa; de respectievelijke vermogens binnen de stad Gent. Het model berekent hiermee de dispatch van de centrales. Onder het tabblad ‘RenewableEnergy’ worden dan de PV-panelen en de windturbines ingegeven: respectievelijk 28,4 MW en 42,2 MW. Er wordt voor de distributies gekozen: ‘Hour_wind_1’ en ‘DK-solar-01’, waarbij opnieuw de precieze keuze van distributies nog niet van belang is.

Gas centrale 720,3 MW

Biomassa 362,9 MW

Totaal jaarlijkse elektriciteitsvraag

12,6 PJ = 3,5 TWh

CO2

Gas

Biomassa

figuur 2.7 Overzicht energiesysteem als basis voor vergelijking tussen EnergyPLAN en LEAP

PV panelen 28,4 MW

Zon

Windturbines 42,2 MW

Wind

25

De totaal jaarlijkse energiebalans is in figuur 2.8 weergegeven, de relevante uitkomsten zijn aangeduid met een groen kader. Onder ‘Production’ wordt een categorie RES berekend, wat een afkorting is voor Renewable Energy Source. Deze cijfers geven het gemiddeld vermogen weer, afkomstig van PV-panelen en windturbines, dat gedurende die maand werd aangewend. De categorie PP is de afkorting voor Power Plant, en geeft het gemiddeld vermogen weer, afkomstig van biomassa- en gascentrale, dat gedurende die maand werd aangewend.

figuur 2.8 Energiebalans afkomstig uit LEAP van een eenvoudig energiesysteem. Waarden zijn in TWh

In figuur 2.9 is uur per uur het gemiddelde vermogen van de verschillende technologieën weergegeven voor de maand juli. Op deze cumulatieve grafiek is de regeling van de verschillende technologieën te zien. Het model berekent uur per uur het beschikbaar vermogen afkomstig van de PV panelen en windturbines, aan de hand van het totaal vermogen en de distributies, en doet hetzelfde met de vraag. Hieruit berekent het model hoeveel de centrales moeten produceren, en verdeelt dit zelf tussen gas en biomassa aan de hand van de zelf ingestelde verdeling, zoals hierboven beschreven. Hieruit volgt dat aanbod overal gelijk moet zijn aan de vraag, dus dat de contour van de cumulatieve grafiek gelijk is aan de vraag. Om dit te bewijzen is de elektrische vraag voor de maand juli weergegeven in figuur 2.10 In figuur 2.11 is hetzelfde gedaan voor 1 dag.

26

figuur 2.9 Verloop productievermogen per technologie voor de maand juli. Opgemaakt met de resultaten uit EnergyPLAN

figuur 2.10 Verloop van de vraag voor de maand juli. Opgemaakt met de resultaten uit EnergyPLAN

27

figuur 2.11 Verloop productievermogen per technologie voor 1 dag in juli. Opgemaakt met de resultaten uit EnergyPLAN

2.3.2 LEAP

Aan de input zijde zijn dezelfde waarden ingevoerd als onder paragraaf 2.3 beschreven werd, zowel de vermogens als de rendementen. Voor deze vergelijking zijn dezelfde distributies als deze die gebruikt werden bij EnergyPLAN omgerekend naar 12 time slices, één voor elke maand. In figuur 2.12 is de totaal jaarlijkse energiebalans opgenomen. Hierop valt te zien dat er 5,6 TWh gas geïmporteerd wordt, en wordt aangewend voor elektriciteitsproductie. Er wordt in totaal 3,5 TWh elektriciteit geproduceerd. De kolom ‘Total’ is een horizontale optelling van de rijen, en is verder niet van belang. In figuur 2.13 is per time slice het gemiddeld vermogen van productie cumulatief weergegeven. Om te bewijzen dat het model de productie afstelt op de vraag, wordt in figuur 2.14 de vraag per time slice weergegeven. Beide grafieken hebben dezelfde maximale waarden.

figuur 2.12 Totaal jaarlijkse energiebalans afkomstig uit LEAP van een eenvoudig energiesysteem; Waarden zijn in TWh.

28

Hieruit valt af te leiden dat per jaar 5,63 TWh gas, en 2,834 TWh biomassa aangewend wordt voor elektriciteitsproductie. Windturbines en zon zijn hier samengeteld, en produceren 0,116 TWh elektriciteit per jaar. De totaal jaarlijkse elektriciteitsvraag is 3,5 TWh.

figuur 2.13 Gemiddeld vermogen aanbod overheen 12 time slices afkomstig uit LEAP. Alle waarden in MW.

Per maand wordt per technologie een gemiddeld vermogen berekend. In de laatste rij wordt het totaal berekend: de verticale som van de vermogens per maand. Voor de maand april is er dus een gemiddeld vermogen van 378,16 MW aan elektriciteitsopwekking. Aangezien er per maand een gemiddeld vermogen beschikbaar is, kan men hieruit het totaal jaarlijks elektrisch energieaanbod berekenen:

�������������� = ������ ∗ ������� + ������� ∗ �������� +⋯

Waarin tjanuari gelijk is aan 744 uur; het aantal uren in de maand januari. De uitkomst van deze berekening is gelijk aan 3,5 TWh wat overeenstemt met de totale jaarlijkse energievraag.

29

figuur 2.14 Gemiddeld vermogen vraagzijde overheen 12 time slices afkomstig uit LEAP. Alle waarden in MW.

2.3.3 Vergelijking resultaten

EnergyPLAN berekent per uur een energiebalans. Aan de hand van dezelfde Excel file als in paragraaf 2.2 kunnen deze balansen omgerekend worden naar gemiddelden per time slice om correct met de uitkomsten in LEAP te vergelijken. Er wordt per productietechnologie en per time slice een gemiddeld vermogen berekend. In figuur 2.15 worden de uitkomsten grafisch weergegeven en onder mekaar afgebeeld. De tabellen met de precieze uitkomsten zijn opgenomen in de appendix vanaf pagina 87.

30

figuur 2.15 Vergelijking van het gemiddeld vermogen per technologie voor LEAP en EnergyPLAN

Uit deze grafieken en tabellen in de appendix blijkt dat de verschillende berekeningsmethodes tot dezelfde resultaten leiden, en dus dat het omzetten van distributies uit EnergyPLAN naar time slices in LEAP correct is.

2.3.4 Invloed van het aantal time slices

Uit de resultaten blijkt dat het aantal time slices niet van belang is op het totaal jaarlijks verbruik, en op de resultaten binnen de time slices zelf. De tabellen met precieze resultaten voor 24, 12, 8 en 4 time slices zijn in de appendix opgenomen, vanaf pagina 87.

31

2.4 Fictief energiesysteem

In deze paragraaf wordt een fictief energiesysteem onderzocht waarin het aandeel aan niet controleerbare technologieën groter is dan in het energiesysteem van de stad Gent. Het beschouwde energiesysteem is grafisch weergegeven in figuur 2.16. Er wordt opnieuw voor dezelfde uurdistributies gekozen als in paragraaf 2.3, die opnieuw naar maandelijkse time slices worden omgerekend. Er wordt hier ook een vaste vraag geïntroduceerd. Deze krijgt de distributie ‘Const’ mee; een file met 8784 keer dezelfde waarde. Zo wordt de totale energievraag; 0,5 PJ, evenredig over elk uur verdeeld. In figuur 2.17 zijn de resultaten afkomstig uit LEAP en de omgerekende resultaten uit EnergyPLAN onder elkaar afgebeeld. De tabellen met precieze waarden zijn in de appendix opgenomen, op pagina 89.

Gas centrale 50 MW

Windturbines 50 MW

Variabele elektriciteitsvraag

1,5 PJ =0,412 TWh

CO2

Gas

Wind

PV panelen 50 MW

Zon

Vaste elektriciteitsvraag 0,5 PJ

=0,139 TWh

figuur 2.16 Grafische weergave fictief energiesysteem

32

figuur 2.17 Gemiddeld vermogen per technologie LEAP

Uit deze resultaten blijkt dat zowel het niet regelbare aanbod, PV en wind turbines, als de vraag, de contouren van de staven, gelijk zijn in beide modellen. Dit is normaal, omdat dit zo in beide modellen geïmplementeerd werd. De energiemodellen berekenen het niet regelbare aanbod en de vraag per uur (energyPLAN), of per time slice (LEAP), waaruit het regelbaar aanbod wordt berekend. Als deze laatste op volle capaciteit draait, en de vraag toch nog hoger blijkt, wordt er elektriciteit geïmporteerd. Het verschil in berekeningsmethode komt dus tot uiting in het regelbaar aanbod, en de elektriciteitsimport. In dit geval is er wel een verschil in de resultaten. Om dit verschil te verklaren wordt in figuur 2.18 het verloop van de vraag en het verloop van het vermogen van productie voor de maand januari grafisch weergegeven. Deze figuren zijn resultaten van EnergyPLAN, door Excel opgemaakt, en zijn cumulatieve grafieken, uur per uur.

33

figuur 2.18 Verloop van de vraag en productie per technologie afkomstig uit EnergyPLAN

34

In figuur 2.18 is te zien dat er periodes zijn waar er weinig elektriciteitsproductie uit zon en wind is. Hier draait de STEG-centrale op volle capaciteit. Aangezien deze STEG-centrale niet aan de vraag kan voldoen, moet er tijdens deze periodes veel elektriciteit geïmporteerd worden. Er zijn ook momenten waarop er veel wind is, waardoor de STEG-centrale niet op volle capaciteit hoeft te draaien. Door de omrekening naar time slices wordt zowel vraag als productie uitgemiddeld over de tijd, waardoor er geen pieken in vraag en aanbod voorkomen. Hierdoor kan de STEG constant op volle capaciteit draaien, en hoeft er minder geïmporteerd te worden. Er is met andere woorden dynamiek verloren gegaan, waardoor de resultaten verschillen. De resultaten van LEAP en de resultaten uit EnergyPLAN omgezet naar dezelfde time slices als in LEAP zijn grafisch weergegeven in figuur 2.19.

figuur 2.19 Vergelijking resultaten door uitmiddeling over dezelfde periode

35

2.5 Conclusies en verklaring keuze energiemodel

Zolang in elk uur het gat tussen de elektrische vraag en het vermogen van de niet regelbare productie kan opgevuld worden door de regelbare productie, en er dus geen nood is aan elektriciteitsimport, geven beide modellen dezelfde resultaten. Het aantal time slices maakt in dat geval niet uit op de totaal jaarlijkse balans, en op de resultaten binnen de time slices zelf. Als de vraag bij piekmomenten groter is dan het niet regelbaar vermogen plus het maximaal beschikbaar regelbaar vermogen, moet er geïmporteerd worden. In zulke situaties worden wel verschillen in uitkomst tussen de energiemodellen waargenomen. In zulke gevallen is EnergyPLAN nauwkeuriger. In de CO2 nulmeting is in de totaal jaarlijkse energiebalans voor het jaar 2009 een elektriciteitsexport opgenomen van 8,42 PJ. Er is geen nood aan import, dus is het regelbaar aanbod in staat om het verschil tussen niet regelbare productie en vraag in te vullen, zelfs te overstijgen. Voor de stad Gent kan dus besloten worden dat beide energiemodellen dezelfde resultaten zullen opleveren. In deze masterproef wordt gekozen om LEAP te gebruiken, omdat data in LEAP veel flexibeler kan ingevoerd worden. Er kunnen door de gebruiker zelf sectoren geïntroduceerd worden, elk met hun eigen vraag naar energiedragers die bovendien door de gebruiker zelf gedefinieerd kunnen worden, mét onderlinge transformatie sectoren, zoals de transformatie van gas naar elektriciteit of van gas naar warmte. Per energiedrager of technologie kan een verwacht groeipercentage ingegeven worden, waarna men zeer eenvoudig de sectoren met elkaar, met andere scenario’s of overheen de jaren onderling kan vergelijken, zowel grafisch als via tabellen. De 24 time slices geven aanleiding tot het meeste dynamiek, dus wordt ervoor gekozen om deze te gebruiken in het verder verloop van de masterproef.

36

3. Methodologie

In dit hoofdstuk wordt de methodologie van de implementatie in LEAP van het energiesysteem van stad Gent besproken.. Het verder verloop van de masterproef valt uiteen in volgende stappen:

• Eerst wordt de CO2 nulmeting gesimuleerd. In de CO2 nulmeting zijn de totaal jaarlijkse verbruiken van alle energiedragers opgenomen. Eerst wordt aangenomen dat de elektriciteitsproductiecentrales op volle capaciteit draaien het hele jaar door. Hierdoor kan de CO2 nulmeting perfect nagebouwd worden, maar worden gemiddelde vermogens berekend in plaats van werkelijke vermogens. Dit zal dus niet het correct systeem opleveren, maar zal inzicht geven in het Gents energiesysteem, en maakt controle van het systeem mogelijk. In figuur 3.1 is deze omrekening met aannames grafisch weergegeven. In de nulmeting staat per energiedrager een verbruik in PJ, waaruit er 18,3 PJ elektriciteit wordt geproduceerd. Aan de hand van een aantal aannames worden deze verbruiken dan omgerekend naar een totale productie van 18,3 PJ.

De simulatie en resultaten van deze veronderstellingen zijn vanaf hoofdstuk 4 beschreven. • Vervolgens wordt er afstand genomen van de CO2 nulmeting, en worden de werkelijke

vermogens geïmplementeerd, welke in het Stappenplan en de Hernieuwbare Energiescan terug te vinden zijn. Dit geeft aanleiding tot de huidige energiesituatie in stad Gent. Deze stap wordt in paragraaf 4.7 beschreven.

• Het huidig energiesysteem wordt dan gebruikt om scenario’s mee op te bouwen. Deze zijn gebaseerd op het Stappenplan en de Milieuverkenning van het MIRA. Deze scenario’s zijn enkel toegespitst op de verbruikerszijde. Deze stap wordt in paragraaf 4.9 beschreven.

• Uiteindelijk worden in hoofdstuk 5 een aantal wijzigingen aan productiezijde doorgevoerd, en het effect op een aantal parameters bekeken, zoals totale uitstoot. Deze wijzigingen zijn ofwel eigen veronderstellingen, ofwel maatregelen die in het Stappenplan werden teruggevonden.

Verbruik primaire energie:

3,1 PJ kolen 25,18 PJ gas

7,67 PJ biomassa

Elektriciteit 18,3 PJ

AANNAMES: � Standaard rendement � Constante productie het hele jaar door � Volle capaciteit het hele jaar door

Vermogens: Kolencentrale Gascentrale

Biomassacentrale

figuur 3.1 Grafische weergave methodologie opbouw elektriciteitsproductie nulmeting

37

4. Implementatie gegevens in LEAP

Om wegwijs te maken in het energiemodel LEAP, zijn in de appendix onder paragraaf ‘LEAP’ een reeks screenshots opgenomen met bondige uitleg. Doorheen de implementatie worden jaarlijkse distributies uit EnergyPLAN gebruikt. Deze zijn grafisch weergegeven in de appendix onder paragraaf ‘Gebruikte distributies’.

4.1 Inleiding

In dit hoofdstuk wordt eerst de CO2-nulmeting zo goed mogelijk gesimuleerd. Op vlak van elektriciteitsproductie zijn daarom een aantal aannames gemaakt die de uitkomsten zodanig forceren om dezelfde resultaten te bekomen als in de nulmeting. Hoewel deze veronderstellingen niet realistisch zijn, zijn deze wel opgenomen omdat ze een indicatie geven van de te verwachte grootteordes van het energiesysteem. In paragraaf 4.7 worden werkelijke vermogens geïmplementeerd, waardoor het energiemodel zelf de regelbare productie afstelt op het verbruik. Er dient al direct worden opgemerkt dat het niet mogelijk zal zijn om in dit geval dezelfde resultaten te bekomen als die uit de CO2 nulmeting. Dit komt omdat de elektriciteitscentrales in werkelijkheid niet enkel voor de vraag van stad Gent worden geregeld, maar voor de totale elektriciteitsmarkt. De elektrische export van 8,42 PJ in het jaar 2009 die in de nulmeting vermeld staat is resultaat van een marktgebeuren op een veel grotere schaal dan de stad Gent. LEAP zou dit marktgebeuren kunnen simuleren, maar daarvoor dient men het volledig elektrisch net te implementeren, inclusief de vraag en aanbod buiten de stad. Dit valt buiten deze masterproef, dus zal het realistische energiesysteem in paragraaf 4.7 niet dezelfde resultaten geven als in de CO2 nulmeting. Een deel van de brandstoffen wordt aangewend voor elektriciteitsproductie en warmteproductie. Een ander deel van de brandstoffen gaat rechtstreeks naar de verbruiker. Zo wordt verondersteld dat de residentiële en tertiaire sectoren enkel een elektriciteits- en warmtevraag hebben. De industriële sector is te complex om veronderstelling te maken waar de brandstoffen voor aangewend worden, dus heeft deze sector een rechtstreekse vraag naar deze brandstoffen. Eerst wordt de centrale energieproductie behandeld, zowel uit fossiele als hernieuwbare brandstoffen. Daarna wordt per energiedrager de rechtstreekse vraag beschouwd per sector. Om die reden komen fossiele brandstoffen dubbel voor in volgende paragrafen. Het werkelijk energiesysteem van de stad Gent is in figuur 4.1 weergegeven, en is afkomstig van de actualisatie van de CO2 nulmeting[Arcadis, 2012]. Het energiesysteem dat systematisch opgebouwd wordt is in figuur 4.2 grafisch weergegeven. In paragraaf 4.6 zijn de resultaten opgenomen van de berekeningen over de huidige situatie, en vergeleken met de CO2-nulmeting.

38

figuur 4.1 Sankey diagram met verbruiken per energiedrager voor stad Gent[Arcadis, 2012]

39

Hernieuwbare bronnen:

Biomassa Wind Zon Biogas

Fossiele brandstoffen:

Aardgas Benzine/diesel Stookolie

Elektriciteitscentrales: Gascentrales Biomassacentrales Steenkoolcentrales PV panelen Windturbines + productie warmte

Productie tertiaire warmte

EXPORT

Tertiaire vraag

Industriële vraag

Residentiële vraag

Landbouw

Transport

figuur 4.2 Grafische weergave geïmplementeerd energiesysteem

Legende: Brandstof

Hernieuwbaar Elektriciteit

Warmte WKK Warmte

residentieel Warmte Tertiair

Productie residentiële

warmte

40

4.2 Elektriciteit

Bronnen hiervoor zijn: • De CO2-nulmeting van Stad Gent • De hernieuwbare energiescan van Stad Gent

4.2.1 Verbruik

Aan verbruikerszijde van het energiesysteem worden volgende waarden in de CO2-nulmeting terug gevonden:

• Industrie: 8,16 PJ per jaar • Huishoudens: 1,45 PJ per jaar • Tertiair: 2,85 PJ per jaar • Landbouw: 0,01 PJ per jaar • Verkeer en vervoer: 0,14 PJ per jaar

In LEAP kan per energiedrager en per sector een tijdsdistributie ingevoerd worden onder de vorm van gemiddelde waarden per time slice, zoals in hoofdstuk 2 beschreven. In de basisgegevens van EnergyPLAN zijn er tal van verschillende distributies beschikbaar [EnergyPLAN website]. Zo zijn er ook verschillende distributies voor elektriciteitsvraag beschikbaar. Deze worden in figuur 4.3 grafisch weergegeven, telkens voor de maand januari, en het verschil tussen een weekenddag en een weekdag in januari; zondag en maandag.

`

figuur 4.3 Grafische weergave van het verloop van verschillende uurdistributies afkomstig van [EnergyPLAN website] , zowel voor de maand januari, als voor een weekend- en weekdag

41

In de weergave op het maandniveau valt een patroon op van 5 grote pieken en 2 kleine pieken. Dit zijn de dagen van de week en het weekend. In figuur 4.4 is het verloop weergegeven van het elektrisch verbruik in MW voor het Belgisch net, afkomstig van de Elia-website. De paarse curve is het momentaan verbruik van zondag 18 augustus 2013, de grijze is de voorspelling van het verbruik voor zondag 18 augustus, de donkergroene curve is het verbruik op zaterdag 17 augustus, de lichtgroene curve is de voorspelling van maandag 19 augustus. Hierop is hetzelfde verloop waar te nemen als in de uurdistributies uit energyPLAN, met ook duidelijk het verschil tussen een weekdag en een weekenddag. Hieruit kan besloten worden dat de distributies uit EnergyPLAN metingen zijn van het totaal elektrisch verbruik, en niet enkel van 1 sector. Deze distributie wordt dan ook toegepast op alle sectoren.

figuur 4.4 Werkelijk en voorspellingen van elektrisch verbruik voor het Belgisch elektrisch net, afkomstig van http://www.elia.be/nl/grid-data/verbruik-voorspelli ngen-belasting

Er wordt verondersteld dat de industrie een vrij continu verbruik kent. De grote industriële takken werken met ploegsystemen, die ’s nachts en in het weekend ook een verbruik kennen. In de stad Gent heeft de industriële tak 45% van het totaal elektrisch verbruik[Arcadis, 2009]. Daarom wordt er voor de stad Gent gezocht naar een distributie waarbij de pieken in verbruik het kleinste zijn ten opzichte van de basislast, zowel in de week als in het weekend. Dit verbruikerspatroon wordt teruggevonden in de distributie afkomstig uit Aalborg. Daarom wordt de verdeling ‘Aalborg el 2007’ in de industriële, residentiële tertiaire en landbouwsector geïmplementeerd. Voor verkeer en vervoer is er een aparte file ‘Hour_transport’ ter beschikking. Waar deze meting vandaan komt is helaas niet duidelijk. Beide distributies worden omgerekend naar 24 time slices, en zijn grafisch weergegeven in de appendix onder ‘Gebruikte distributies’.

42

4.2.2 Productie

Klassieke centrales

Voor de implementatie van elektriciteitsproductie in LEAP heeft men per technologie volgende gegevens nodig:

• Soort brandstof • Vermogen van de installatie • Rendement van de installatie • Distributie van beschikbaarheid in de tijd aan de hand van de time slices, de load shape in

LEAP • Uitstoot per brandstof

In de nulmeting staat er bij de sector ‘energieproductie’ per grondstof een verbruik in PJ vermeld. Dit is per brandstof:

• Kolen: 3,16PJ • Aardgas: 25,18PJ • Hoogovengas: 9,01PJ • Biomassa: 7,67PJ

In de energiebalans van de nulmeting is te lezen dat deze grondstoffenmix 18,3PJ elektriciteit produceert. Hoogovengas en aardgas worden in deze fase bij mekaar opgeteld bij wijze van vereenvoudiging en aangeduid als gas. In figuur 4.5 is dit energiesysteem grafisch weergegeven. Hierin zijn zowel de vermogens als de rendementen onbekend. De rendementen zijn afkomstig uit [Eurelectric, 2003], en geven aanleiding tot volgende elektriciteitsproductie:

• Kolen: ηk = 39% 3,16 PJ kolen worden omgezet in 1,23 PJ elektriciteit • Gas: ηg = 45% 34,19 PJ gas worden omgezet in 15,39 PJ elektriciteit • Biomassa: ηb = 40% 7,67 PJ kolen worden omgezet in 3,06 PJ elektriciteit

Dit resulteert in een jaarlijkse productie van 19,68 PJ elektriciteit. Om dezelfde resultaten te bekomen als die uit de nulmeting worden deze rendementen zodanig verlaagd dat de totale productie 18,3 PJ per jaar bedraagt, of dus vermenigvuldigd met 18,3/19,68 = 0,9299. De rendementen en jaarlijkse producties worden hierdoor:

• Kolen: ηk = 36,3% produceren 1,15 PJ elektriciteit

Kolen: Pk [MW] ηk [%]

Gas: Pg [MW] ηg [%]

Biomassa: Pb [MW] ηb [%]

Elektriciteit: 18,3 PJ per jaar

3,16 PJ

34,19 PJ

7,67 PJ

figuur 4.5 Elektriciteitsproductie klassieke centrales

43

• Gas: ηg = 41,9 % produceert 14,3 PJ elektriciteit • Biomassa: ηb = 37,2% produceert 2,85 PJ elektriciteit

Deze energie wordt, onder de veronderstelling dat de centrales constant draaien, omgerekend naar een productievermogen. Voor deze omrekening worden de waarden in PJ eerst omgezet naar MWh, om vervolgens te delen door 8760uur/jaar. De omrekening voor de verschillende centrales verloopt dus als volgt:

• Steenkool wordt omgezet in 1,15 PJ = 319 444 MWh. Dit komt neer op een constant vermogen van 36 MW.

• Aardgas en hoogovengas produceren 14,3 PJ = 3 972 222 MWh. Dit komt neer op een constant vermogen van 453 MW.

• Biomassa produceert 2,85 PJ = 791 666 MWh. Dit kom neer op een constant vermogen van 90 MW.

Er wordt verondersteld dat de centrales op maximale capaciteit draaien. Dit is opnieuw geen realistische aanname, maar dit forceert het systeem om het overschot aan elektriciteit te exporteren. Hiernieuwbare bronnen

In het tabblad ‘Energie’ van de CO2 nulmeting spreadsheet worden hernieuwbare bronnen opgesplitst in:

• Windturbines • PV zonnepanelen • Biogas afkomstig van de RWZI van de Drongensesteenweg • Biomassa afkomstig van huisafval en uit land- en tuinbouw

De methodologie van implementatie voor productie uit windturbines en PV panelen is weergegeven in figuur 4.6. Het vermogen aan PV panelen en windturbines wordt berekend aan de hand van hun jaarlijkse elektriciteitsproductie en een verhouding tussen jaarlijks geproduceerde elektriciteit en vermogen. Deze laatste factor is een inschatting, en wordt uit de CO2 nulmeting gehaald. Dit wordt samen met de omgerekende distributies ‘Hour_wind_1’ en ‘DK-solar-01’[EnergyPLAN website] in LEAP geïmplementeerd, waaruit de berekende jaarlijkse productie wordt vergeleken met die uit de nulmeting. Beide distributies zijn grafisch weergegeven in de appendix onder ‘Gebruikte distributies’. Aan de hand van het verschil in productie wordt het beschikbaar vermogen per time slices geschaald met een factor die het verschil tussen de berekende en gemeten waarde uitdrukt; voor wind komt dit neer op een deling door 1,45 en voor zon is dit een deling door 1,16 . Hierdoor worden nu wel de waarden berekend die van toepassing zijn voor de stad Gent.

44

Verder zijn in het tabblad ‘Energie’ van de CO2-nulmeting spreadsheet nog een productie van biogas en van biomassa afkomstig van afval en land- en tuinbouw opgenomen, respectievelijk 0,0027 PJ en 2,49 PJ . Als men opnieuw uitgaat van een constante productie, komt dit voor biogas neer op een centrale van 0,086 MW, voor de biomassa volgt via dezelfde redenering een vermogen van 79,2MW. Deze biomassa centrale wordt opgeteld bij de vorige centrale, biogas wordt apart ingevoerd.

4.3 Warmte

In de CO2-nulmeting is warmte enkel opgenomen daar waar er warmtenetten geïnstalleerd zijn; bij de tertiaire sector en de industriële sector. Om warmte te kunnen modelleren in LEAP waar geen warmtenetten voorkomen, zoals in de residentiële sector, worden 2 bijkomende energiedragers geïntroduceerd; residentiële en tertiaire warmte. Er wordt dus verondersteld dat de tertiaire sector zowel rechtstreeks warmte toegevoerd krijgt via warmtenetten, als zelf warmte produceert, zoals in figuur 4.2 grafisch weergegeven werd. De warmtevraag krijgt de distributie ‘Hour_indiv-heat-100procent’ mee. Deze is grafisch weergegeven in de appendix onder ‘Gebruikte distributies’.

CO2-nulmeting tabblad energie

Jaarlijkse producties: �Wind: 0,225 PJ/jaar �Zon: 0,01 PJ/jaar

Productie/vermogenverhouding [MWh/MW]

Vermogen Gemeente Gent: �Wind: 44 MW �Zon: 3,55 MW

LEAP

Excel

Jaarlijkse producties: �Wind: 0,327 PJ/jaar �Zon: 0,0128 PJ/jaar

Time slices aanpassen zodat werkelijke producties bekomen worden

figuur 4.6 Methodologie van implementatie van productie uit zon en wind

Jaarlijkse distributie uurwaarden afkomstig

uit EnergyPLAN

24 time slices

45

4.3.1 Restwarmte uit elektriciteitsproductie

Als een centrale een elektrisch rendement heeft van 45%, wilt dit zeggen dat de overige 55% van de primaire energie onder een andere energievorm vrijkomt, namelijk warmte. Dit wilt evenwel niet zeggen dat al deze warmte kan gebruikt worden. Het is wel zo dat een WKK centrale totale rendementen van rond de 85% kunnen halen[Vito, 2013]. In het energiemodel wordt bij de elektriciteitsproductie uit kolen, gas en biomassa een co-product warmte toegevoegd, zodanig dat het totaal rendement op 85% komt. Bij de gascentrale is dit dus 43,1%, bij biomassa 47,8%, bij kolen 51,7%. Een deel van deze warmte wordt rechtstreeks gebruikt bij de industriële sector.

4.3.2 Warmtevraag in de residentiële sector

In de CO2-nulmeting wordt geen warmtevraag in de residentiële sector beschouwd. Er wordt wel verondersteld dat 22% van de elektriciteitsvraag gebruikt wordt voor elektrische verwarming, [Vito, 2013]. Er wordt verondersteld dat de vraag naar fossiele en hernieuwbare brandstoffen allemaal aangewend worden voor warmteproductie. Om de effectieve warmtevraag te kennen, dient het thermisch rendement van de omzetting van brandstof naar warmte gekend te zijn. Het gemiddeld rendement van alle ketels in Vlaanderen is 71% in het jaar 2009. [Vito, 2013] Met deze info wordt de energievraag per brandstof - 01, PJ kolen, 0,04 PJ LPG, 0,01 PJ benzine, 2,44 PJ gas- en dieselolie, 4,17 PJ aardgas, 0,08 PJ biomassa, 0,319 PJ elektriciteit - omgezet naar warmtevraag, wat een totale warmtevraag van 5,14PJ geeft. Om een onderscheid te kunnen maken met warmte afkomstig van WKK productie, wordt deze warmte als nieuwe energiedrager toegevoegd in het energiemodel onder de naam ‘Residential Heat’. In LEAP wordt één technologie toegevoegd: productie van residentiële warmte. Aan deze technologie worden verschillende processen toegevoegd aan inputzijde. Per proces wordt de ‘Process Share’ berekend uit de verbruiken.. Voor kolen wordt dit dus 0,1 PJ / 7,16 PJ = 1,4 %. Het maximaal beschikbaar vermogen per proces wordt op oneindig verondersteld, omdat de verbruiker zelf de capaciteit van warmteproductie verhoogt tot zijn eigen vraag is voldaan. Om verderop de invloed van de aanleg van een stadsverwarmingsnet te onderzoeken, wordt ook de warmte afkomstig van WKK uit de grote energiecentrales als input in de residentiële warmteproductie toegevoegd. Er dient opgemerkt te worden dat het aandeel van elektriciteit in de warmteproductie; 22% zoals hierboven beschreven, moet worden afgetrokken van de residentiële vraag naar elektriciteit. Dit werd samengevat in het overzicht in figuur 4.2.

4.3.3 Warmtevraag in de tertiaire sector

In de tertiaire sector wordt in de CO2-nulmeting zowel een warmtevraag beschouwd, als de vraag naar fossiele brandstoffen. Er wordt opnieuw vanuit gegaan dat de vraag naar fossiele brandstoffen volledig omgezet wordt in warmte. Verder wordt opnieuw dezelfde redenering gevolgd als in de residentiële sector omtrent de brandstoffen. Deze worden onder een nieuwe energiedrager ‘Tertiairy heat’ toegevoegd. Deze vraag is opnieuw via het gemiddelde rendement omgerekend naar 3,33 PJ. Daarnaast is er in de energiebalans van de CO2-nulmeting ook nog een vraag naar warmte van 0,59 PJ opgenomen. Deze warmtevraag

46

wordt apart als blijvende vraag gemodelleerd. Hierdoor heeft de residentiële sector 3 verbruiken: elektriciteit, warmte van het warmtenet, en tertiaire warmte die binnen de sector zelf geproduceerd wordt. Dit werd samengevat in het overzicht in figuur 4.2.

4.3.4 Overige sectoren

Voor de industriële en landbouw sector wordt verondersteld dat de fossiele brandstoffen niet allemaal gebruikt worden voor opwekking van warmte. Daarom wordt er naast de industriële vraag naar proceswarmte, goed voor 1,81 PJ, geen extra warmte geïmplementeerd in LEAP. De transportsector wordt verondersteld geen warmtevraag te hebben.

4.4 Fossiele brandstoffen

4.4.1 Vraag

De vraag naar fossiele brandstoffen wordt dus enkel in de industriële, landbouw en de transportsector geïmplementeerd, omdat bij de overige sectoren deze brandstoffen reeds in het deel warmte geïmplementeerd werden. Deze gegevens worden per sector in LEAP geïmplementeerd, zoals teruggevonden in de CO2 nulmeting.

4.5 Biomassa

In de CO2 nulmeting vindt men in een aantal sectoren nog een vraag naar biomassa: • Industrie: 2,02 PJ • Landbouw: 0,01 PJ • Transport 0,12 PJ

47

4.6 Resultaten LEAP

In tabel 4.1 is de totale jaarlijkse energiebalans weergegeven afkomstig uit LEAP. tabel 4.1 Totale jaarlijkse energiebalans afkomstig uit LEAP. Alle waarden in PJ

Coal Cokes LPG Gasoline Diesel Crude

Oil

Natural

Gas

Biomass Electricity Renewables Heat Domestic

Heat

Tertiairy

Heat

Imports 20,364 36,67 0,138 0,615 8,638 0,544 51,172 9,874 - 2,741 - - -

Exports - - - - - - - - -8,442 - - - -

Electricity generation -3,139 - - - - - -34,229 -7,632 21,053 -2,41 20,032 - -

Tertiairy Heat

Production

- - -0,033 -0,004 -0,717 -0,044 -3,27 -0,01 -0,627 - - - 3,34

Domestic Heat

Production

-0,105 - -0,035 -0,011 -2,471 - -4,213 -0,081 -0,324 - - 5,14 -

Residential - - - - - - - - 1,131 - - 5,14 -

Tertiairy - - - - - - - - 2,22 - 0,589 - 3,34

Industry 17,11 36,67 0,05 0,01 0,38 0,47 9,37 2,02 8,16 - 1,81 - -

Agriculture 0,01 - - - 0,03 0,01 0,09 - 0,01 - - - -

Transport - - 0,02 0,59 5,04 0,02 - 0,11 0,14 - - - -

Om deze tabel uit te leggen, wordt Natural Gas onder de loep genomen. Bovenaan staat vermeld dat er 51,17 PJ wordt geïmporteerd. 34,22 PJ Wordt aangewend voor elektriciteitsproductie. Voor tertiaire warmte en residentiële warmte wordt respectievelijk 3,27 PJ en 4,21 PJ aangewend. De industriële sector en de landbouwsector hebben nog een rechtstreekse vraag van respectievelijk 9,37 PJ en 0,09 PJ. Onder de kolom ‘Renewables’ valt de productie van PV panelen, windturbines, biomassa uit land- en tuinbouw, verbranding van afval. De residentiële sector bevat enkel een elektrische vraag en een residentiële warmtevraag. Om deze sector met de nulmeting te vergelijken, dient de warmtevraag vervangen te worden door de primaire energiebronnen die vermeld staan onder ‘Domestic Heat Production’. De berekende totale jaarlijkse elektriciteitsvraag wordt dan 1,455 PJ, terwijl in de nulmeting 1,45 PJ vermeld wordt. Ook uit de andere verbruiken blijkt dat de jaarlijkse energiebalans correct is nagemaakt.

48

In tabel 4.2 zijn de resultaten op vlak van CO2-uitstoot per sector vergeleken. tabel 4.2 Vergelijking CO2 uitstoot berekend door LEAP en de CO2 nulmeting. Waarden in kton.

Nulmeting LEAP Industrieel 6260 6465 Residentieel 424 429 Tertiair 241 241 Transport 418 372 Landbouw 8 9 Elektriciteitsproductie 1755 2196 TOTAAL 9107 9712,39 Deze waarden liggen dicht bij elkaar in de buurt. De waarde van de industriële sector bij de nulmeting ligt hoger dan de berekende waarde in LEAP. In het tabblad industrie van de CO2 nulmeting spreadsheet is het aandeel ‘Kolen, cokes en coke-oven gas’ niet berekend op basis van de verbruiken, maar op basis van de ETS rapportage. De berekende waarde ligt wel in de buurt van de gerapporteerde waarde. De berekende uitstoot in de transportsector ligt onder die uit de CO2 nulmeting. De nulmeting maakte gebruik van een andere modelleringsprogramma; het MIMOSA 4.0 model [Arcadis, 2009]. De berekende waarde ligt wel in de buurt van de waarde van de nulmeting. Het verschil in de sector elektriciteitsproductie is te wijten aan de vereenvoudiging om het ovengas niet apart te modelleren, dan wel als aardgas. De verbranding van ovengas heeft geen specifieke uitstoot, omdat deze al zit meegerekend is bij de productie ervan in de industriële sector. [Arcadis, 2009] De specifieke uitstoot van het geïmplementeerde gas kan in dit geval zodanig worden verlaagd zodat deze veronderstelling teniet wordt gedaan. Uitwerking naar de nieuwe specifieke uitstoot X uit volgende formule levert:

���� ∗ ����� �

= �������� ∗ 55,82���� �

+ �"����#����� ∗ 0���� �

34,15 � ∗ ����� �

= 24,18 � ∗ 55,82���� �

+ 9,01 � ∗ 0���� �

X = 39,5kton/PJ Hierdoor wordt de berekende uitstoot voor de elektriciteitsproductie gelijk aan 1639 kton. Er wordt hier opgemerkt dat deze ingreep niet direct een onrealistische forcerende aanname is, maar wel een ingreep die foute aanname rechtzet. Dit brengt het nieuwe totaal van totale CO2 uitstoot op 9155 kton, wat beter overeenkomt met de CO2-nulmeting.

49

4.7 Werkelijke vermogens

In paragraaf 4.2 worden de vermogens van de centrale energieproductie berekend op basis van hun totaal jaarlijkse verbruiken. In paragraaf 4.1 werd beargumenteerd dat dit niet tot realistische resultaten kan leiden. In deze paragraaf worden de werkelijke vermogens opgezocht, en per productiecentrale in LEAP geïmplementeerd. De werkelijke vermogens van de energieproductiesector werden reeds als uitgangspunt gebruikt voor de vergelijking in paragraaf 2.3. In figuur 4.7 is het huidig geïnstalleerd vermogen weergegeven voor de grote productiecentrales, figuur 4.8 geeft het huidig geïnstalleerd vermogen weer voor de hernieuwbare opwekking.

figuur 4.7 Overzicht centrale energieproductie stad Gent[Vito, 2013]

figuur 4.8 Overzicht huidig vermogen aan hernieuwbare energie voor stad Gent. Waarden zijn in kWe[Vito, 2013]

Hieruit wordt opgemerkt dat biomassa zowel in het deel hernieuwbare energie als in de centrale energieproductie voorkomt. In het Sankey diagram in figuur 4.1 is een biomassastroom naar de centrale energieproductie opgenomen van 7,7PJ. Daarnaast produceert hernieuwbaar 2,73 PJ elektriciteit. In het tabblad ‘detail energie’ wordt deze 2,73 PJ opgesplitst in verschillende productietechnologieën, waaronder opnieuw biomassa te vinden staat. Deze produceert 2,2 PJ elektriciteit en is afkomstig van Rodenhuize. Het lijkt alsof biomassa dubbel geteld wordt: zowel een vraag in de centrale energieproductie van 7,7 PJ, als een productie in de hernieuwbare opwekking van 2,2 PJ elektriciteit. Dit probleem werd voorgelegd aan de milieudienst van de stad Gent, maar daar wisten ze geen antwoord te geven. Bij Arcadis wist men na raadpleging van VITO te bekennen dat het inderdaad dubbel geteld is geweest in de CO2 nulmeting. Bij de 2,73 PJ aan hernieuwbare energie moet dus eigenlijk de 2,2 PJ afkomstig van Rodenhuize afgetrokken, en moet dus 0,53 PJ worden.

50

In de CO2-nulmeting wordt ook een vraag naar kolen van 3,16 PJ beschouwd voor centrale energieproductie, welke niet wordt teruggevonden in figuur 4.7. Dit komt omdat de nulmeting het jaar 2009 beschouwt, en figuur 4.7 het jaar 2011 beschouwt. De centrale Rodenhuize produceerde in 2009 nog elektriciteit op basis van kolen, in 2011 is die volledig overgeschakeld op biomassa. Voor deze masterproef worden de installaties samengevat in tabel 4.3. tabel 4.3 Samenvattende tabel van geïmplementeerde elektriciteitsproductie

Installatie Vermogen Brandstof Knippegroen 305 MWe Hoogovengas/Aardgas

Rodenhuize 180 MWe Biomassa/Kolen1

SPE ham STEG 52 MWe Aardgas

SPE Ringvaart STEG 357 MWe Aardgas

SPE taminco WKK 6,3 MWe Aardgas

Langerbrugge WKK 59 MWe2 [K. Aernouts et al., 2012]

Aardgas

PV 3,5MWp3 Zon

Wind 42 MWe Wind

Stora en Rouselot 47,1 MWe Biomassa

IVAGO 3,2 MWe Biomassa

In de centrale ‘Knippegroen’ wordt hoogovengas dat afkomstig is van Arcelor Mittal verbrand. Er is jaarlijks 9 PJ hoogovengas ter beschikking, de rest wordt aangevuld met aardgas. Het is nog niet gelukt om dit zodanig te implementeren dat eerst het hoogovengas wordt gebruikt, en dan pas het aardgas. Er werd hulp gevraagd op forums van LEAP, maar daar kon men ook geen concreet antwoord geven. Dit wordt als volgt opgelost. Bij de resources tab, wordt onder de ‘Base Year Reserve’ en onder ‘Additions to reserves’ van furnace gas een waarde van 9 PJ ingevoerd. Knippegroen wordt dan zodanig geïmplementeerd dat deze centrale voor 100% met dit ovengas produceert. De hoeveelheid geïmporteerd ovengas moet dan als aardgas geïnterpreteerd worden. Hiermee dient dan ook rekening te worden gehouden als de totale hoeveelheid CO2 wordt berekend, en dient manueel te worden gedaan. Verder produceert de centrale Rodenhuize tot het jaar 2011 elektriciteit op basis van kolen en biomassa. Het valt moeilijk te achterhalen met welke verhouding dit gebeurt. Het zou mogelijk zijn een verhouding te berekenen gebaseerd op het jaar 2009, maar dit zou weinig correct blijken te zijn de jaren erna. Daarom wordt deze verhouding op 50% verondersteld in 2009. Vanaf het jaar 2009 wordt deze verhouding 100% biomassa. Om toch de resultaten te kunnen vergelijken met de CO2 nulmeting, wordt onder ‘Output Fuels’ een Export Target ingevoerd van 8,42 PJ elektriciteit. Zo leveren de centrales in dit geval ook de extra energie om dezelfde export te bekomen als in het jaar 2009.

1 In het jaar 2009 was deze centrale nog niet volledig op biomassa overgeschakeld 2 In 2009 was deze centrale nog een volwaardige WKK, dus wordt deze zo geïmplementeerd 3 Hoewel in figuur 4.8 een veel hogere waarde opgenomen is, wordt gebruik gemaakt van de berekende waarde uit paragraaf 4.2.2, omdat dit beter overeenkomt met wat er in de CO2-nulmeting opgenomen werd

51

4.8 Resultaten LEAP tabel 4.4 Totaal jaarlijkse energiebalans afkomstig uit LEAP. Alle waarden in PJ

Coal Cokes LPG Gasoline Diesel Crude Oil Natural

Gas

Oven

gas

furnace

gas

Biomass Electricity Renewables Heat Domestic

Heat

Tertiairy

Heat

Production 9,01

Imports 19,73 36,67 0,14 0,62 8,64 0,54 34,8 8,48 - 12,56 - 0,22 - - -

Exports - - - - - - - - - - -8,42 - - - -

Total Primary

Supply

19,73 36,67 0,14 0,62 8,64 0,54 34,8 8,48 9,01 12,56 - 0,22 - - -

Electricity

Generation

-2,50 - - - - - -17,86 - -15,71 -10,34 21,03 -0,22 2,23 - -

Tertiairy Heat

Production

- - -0,03 -0,004 -0,72 -0,04 -3,27 - - -0,01 -0,63 - - - 3,34

Domestic Heat

Production

-0,11 - -0,04 -0,011 -2,47 - -4,21 - - -0,081 -0,32 - - 5,14 -

Residential - - - - - - - - - - 1,13 - - 5,14 -

Tertiairy - - - - - - - - - - 2,22 - 0,59 - 3,34

Industry 17,11 36,67 0,05 0,01 0,38 0,47 9,37 8,48 - 2,02 8,16 - 1,81 - -

Agriculture 0,01 - - - 0,03 0,01 0,09 - - - 0,01 - - - -

Transport - - 0,02 0,59 5,04 0,02 - - - 0,11 0,14 - - - -

Unmet

Requirements

- - - - - - - - 6,7 - - - 0,173 - -

In tabel 4.5 zijn een aantal extra rijen toegevoegd t.o.v. tabel 4.1. De rij ‘Production’ geeft de basisvoorraad aan van de brandstoffen. Zoals hierboven beargumenteerd, is enkel bij het ovengas een hoeveelheid ingevuld. De rij ‘Total Primary Supply’ geeft de voorraad aan na import. Onder ‘Unmet Requirements’ staat de hoeveelheid brandstof die nergens opgewekt of geïmporteerd wordt. Zo is de import van ovengas onmogelijk, dus is er 6,7 PJ ovengas wel degelijk verbruikt, maar kan nergens geïmporteerd worden. Deze 6,7 PJ valt dus in dit geval te interpreteren de extra hoeveelheid geïmporteerd aardgas.

52

Op vlak van uitstoot van CO2 verandert enkel de uitstoot van de elektriciteitsproductie sector. Totale uitstoot = Uitstoot Taminco (18 kton) + Uitstoot Ringvaart (747 kton) + Uitstoot Ham (109 kton) + Uitstoot Rodenhuize (232) + Uitstoot knippegroen (6,7 PJ * 55,82 kton/ PJ = 374 kton) = 1480 kton tabel 4.5 Vergelijking van de CO2 uitstoot afkomstig uit LEAP en de CO2 nulmeting na de implementatie van de werkelijke vermogens. Waarden in kton

Nulmeting LEAP Industrieel 6260 6465 Residentieel 424 429 Tertiair 241 241 Transport 418 372 Landbouw 8 9 Elektriciteitsproductie 1755 1480 TOTAAL 9107 8996 Conclusie: Hoewel het moeilijk is om de situatie correct en waarheidsgetrouw te simuleren, komen de gesimuleerde waarden van de werkelijke vermogens toch overeen met de energiebalans uit de CO2 nulmeting. Deze geïmplementeerde situatie is het uitgangspunt voor verder simulaties.

4.9 Scenario’s

Het doel van deze masterproef is niet enkel de huidige situatie van stad Gent te modelleren, maar ook naar mogelijke scenario’s voor de toekomst op zoek te gaan. De Stad Gent liet een studie uitvoeren welke stappen er moeten ondernomen worden om de doelstelling van klimaatneutraliteit te bereiken. Deze studie is samengevat in het Stappenplan. In deze studie wordt verondersteld dat 2050 zodanig ver in de toekomst ligt dat het zeer moeilijk is om hierover voorspellingen te doen. Zo is het bijvoorbeeld onmogelijk om nu al concrete limieten op te leggen voor wat de resterende jaarlijkse CO2 uitstoot mag zijn omdat nog niet alle technologieën al volledig op punt staan. Zo komen er ongetwijfeld nog veel betere technieken om uitstoot van CO2 te compenseren of op te vangen en te stockeren. [Vito, 2013] Het concrete doel van deze studie is om een CO2 reductie van 80% te bekomen tegen 2050. De meeste scenario’s die momenteel beschikbaar zijn, hebben het jaar 2030 als eindpunt. In de CO2-nulmeting trekt men zelfs voorspellingen naar het jaar 2020 door tot het jaar 2050 wegens gebrek aan informatie.. [Arcadis, 2009] Er wordt in deze masterproef gekozen om dezelfde redenering te volgen; de hierna volgende scenario’s naar 2030 worden omgerekend naar een jaarlijks groeipercentage, en worden geïmplementeerd tot het jaar 2050. Scenario’s voor het jaar 2030 worden gevonden in zowel het Stappenplan als het Milieurapport Vlaanderen 2009 – Milieuverkenning 2030. In deze scenario’s is per sector en per energiedrager een voorspelling gemaakt. In het Stappenplan wordt enkel een referentiescenario beschouwd, in de Milieuverkenning zijn 3 scenario’s opgenomen [MIRA Vlaanderen, 2009]. Er zullen verderop dus 4 scenario’s beschouwd worden: referentie Gent is afkomstig uit het Stappenplan, en 3 scenario’s uit het MIRA.

53

Referentiescenario

In het referentiescenario, of het business as usual scenario, wordt het huidige milieubeleid ongewijzigd verder gezet. Er komen dus geen nieuwe maatregelen, geen nieuwe budgeten, alle geplande wijzigingen worden wel nog uitgevoerd. Dit scenario implementeert wel concrete plannen, geen doelen. Europa-scenario

In het Europa-scenario zijn een aantal extra maatregelen opgenomen, gebaseerd op de middellange termijn doelen van het Europese milieubeleid:

• De 20-20-20 doelstellingen, zoals in paragraaf 1.2 werd besproken • Verscherpt emissieplafond voor luchtpolluenten • Doelstellingen uit het Europese Kaderrichtlijn Water

Visionair scenario

Het visionair scenario gaat uit van de nood aan drastische maatregelen om een duurzame toekomst te verzekeren. Het zijn maatregelen die een langere termijn beschouwen dan het Europa scenario. Dit wordt in de studie van het Milieurapport gedefinieerd onder volgende doelstellingen:

• 60 à 80% reductie van de emissie van broeikasgassen in 2050 ten opzichte van 1990 • Halvering van de emissie van broeikasgassen in 2030 ten opzichte van 1990

Dit scenario gaat uit van structurele veranderingen in de maatschappij: energie-, materiaal- en mobiliteitssystemen moeten een grondige wijziging ondergaan. Deze scenario’s zullen in LEAP enkel maar geïmplementeerd worden aan verbruikerszijde. Dit biedt de basis om effecten te kunnen beoordelen aan energieproductiezijde, zoals in hoofdstuk 5 behandeld wordt.

4.9.1 Elektriciteit

Verbruik

De scenario’s voor de verschillende sectoren uit zowel het Stappenplan als de Milieuverkenning zijn samengevat in tabel 4.6. Referentie Gent:

Stijging over 21 jaar

Referentie Vlaanderen: Stijging over 24 jaar

Europa: Stijging over 24 jaar

Visionair: Stijging over 24 jaar

Huishoudens -5,92% -15,5% -43,4% -62,1% Tertiair -20% -33% Industrie X4 +25% +25 +5% Landbouw X4 -13% -9% Transport X4 +240% +413% +743% tabel 4.6 Scenario's op vlak van elektrisch verbruik, voor verschillende sectoren. De waarden zijn percentages over meerdere jaren[Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009]

Deze percentages geven stijging of daling weer over verschillende jaren. Aangezien ze met een verschillend startjaar werken, mogen deze percentages niet zomaar gebruikt worden om de eindwaarde mee te berekenen. Ze dienen eerst naar een jaarlijks groeipercentage omgerekend te worden alvorens

4 In het Stappenplan staat voor noch industrie, landbouw of transport een evolutie per energiedrager. Er wordt gekozen om hiervoor dezelfde cijfers te hanteren als de referentiesituatie als in de Milieuverkenning.

54

ze naast elkaar kunnen geïmplementeerd worden. De resultaten van deze omrekening zijn te vinden in tabel 4.7. Als X=beginwaarde %1 het jaarlijks groeipercentage %24 het groeipercentage over 24 jaar

)*+,+-.�/�0+�100+ = � )*+,+-.�100+�0/�0+�100+, 100+2 = �(1 +%4)

)*+,+-.�100+3 = �(1 +%4)6 )*+,+-.��025100+ = �(1 +%67) = �(1 +%4)67

8(1 +%67)9: − 1 =%4

Referentie Gent Referentie Vlaanderen Europa Visionair Huishoudens -0.29% -0,70% -2,34% -3,96%

Tertiair -0,93% -1,65%

Industrie 0.93% 0,93% 0,93% 0,20%

Landbouw -0.58% -0,58% -0,39% Transport 5,23% 5,23% 7,05% 9,29% tabel 4.7 Jaarlijkse groeipercentages op vlak van elektrisch verbruik, voor verschillende sectoren [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009]

In het visionair scenario staan geen voorspellingen op het vlak van landbouw, dus zal hiervoor dezelfde voorspelling ingevoerd worden als het referentiescenario.

Productie

Stad Gent heeft een ‘Hernieuwbare Energiescan’ laten uitvoeren. In deze scan staat per hernieuwbare bron vermeld wat de huidige capaciteit is, maar ook het potentieel aan hernieuwbare bronnen van stad Gent, zonder het havengebied. Het dient vermeld te worden dat deze scenario’s op vlak van productie niet geïmplementeerd worden in de scenario’s in LEAP. Ze worden hier opgenomen, om in hoofdstuk 5 verder te gebruiken. Zon

In de hernieuwbare energiescan wordt de maximale capaciteit vermeld in 2 situaties: indien men zou gaan voor ofwel een maximalisatie van PV panelen, ofwel een combinatie van thermische en PV panelen. In tabel 4.8 en tabel 4.9 zijn de gegevens voor Gent overgenomen uit de hernieuwbare energiescan.

55

Gemengd systeem Maximum PV Zonthermisch

[m2] Gunstige PV [MW]

Minder gunstige PV [MW]

Gunstige PV [MW]

Minder gunstige PV [MW]

Residentieel 445.600 136 86 192 84

Industrie 74 29 74 29

Landbouw 9 5 9 5

Tertiair 18.050 72 25 74 25

Openbare gebouwen

6 2 6 2

Totaal 462.650 297 147 355 145

tabel 4.8 Potentieel vermogen zonnepanelen binnen de stad Gent [Arcadis, 2011]

Gemengd systeem [PJ] Maximum PV [PJ] Zonthermisch Gunstige PV Minder

gunstige PV Gunstige PV Minder

gunstige PV

Residentieel 0,334 0,417 0,21 0,589 0,205

Industrie 0,226 0,072 0,226 0,072

Landbouw 0,013 0,027 0,013 0,027 0,012

Tertiair 0,219 0,06 0,226 0,06

Openbare gebouwen

0,17 0,004 0,017 0,004

Totaal 0,347 0,908 0,36 1,086 0,355 tabel 4.9 Potentiële energieproductie zonnepanelen stad Gent, zonder havengebied [Arcadis, 2011]

Er wordt dus opsplitsing gemaakt tussen gunstig en minder gunstig georiënteerde daken. Voor de gunstig georiënteerde daken geldt een energie/vermogen-verhouding van 850 MWh/MWp. De minder gunstig georiënteerde daken worden omgerekend naar een equivalent vermogen aan gunstig georiënteerde daken via volgende berekening:

98.676?@ℎ(= 0,355 �) = B������C#��D���� ∗ 145?@E

B������C#��D���� =98.676145

?@ℎ?@E

= 680?@ℎ?@E

Zoals hierboven vermeld wordt voor gunstig georiënteerde daken een verhouding van 850 MWh/MWp gebruikt.

�F�#����� = 145?@E ∗680?@ℎ

?@E

850?@ℎ?@E

Pequivalent is dus gelijk aan: 116 MW. In LEAP worden de gunstig georiënteerde daken, 355 MW, opgeteld met het equivalent vermogen aan minder gunstig georiënteerde daken, 116 MW = 471MW. Ter controle:

471?@ ∗ 850?@ℎ?@

= 400G@ℎ

56

Dit komt overeen met de som van de opbrengst van de gunstig en minder gunstig georiënteerde daken, dus mag bovenstaande omzetting gebruikt worden als maximaal beschikbaar vermogen PV panelen. In het geval ervoor gekozen wordt om zowel de thermische panelen als de PV panelen te maximaliseren, dient men eerst een omrekening te maken van m2 naar thermisch vermogen. Hiervoor is het thermisch vermogen per m2 nodig van de zon, en een rendement. Volgens referentie [Soteris A. Kalogirou, 2004] zijn deze gegevens zodanig verschillend per type paneel, temperatuur, hoek van instraling, dat men hier wel een slag in moet slaan. Er wordt gekozen om een gemiddelde van 750 kW/m2 te hanteren, en een gemiddeld rendement van 50%. Voor de PV panelen worden de minder gunstig georiënteerde daken opnieuw volgens dezelfde redenering omgerekend naar gunstig georiënteerde daken. Hierdoor bekomt men: 297 MW (gunstig) + 147 MW * 680 / 850 = 297 MW + 118 MW = 414,6 MW.

Type paneel Maximaal beschikbaar vermogen

Thermisch: residentieel 334 MW

Thermisch: tertiair 13 MW

PV: 414,6 MW tabel 4.10 Samenvattende tabel met berekeningen van gemengd systeem van thermisch en PV panelen

Wind

Het potentieel vermogen dat in Gent kan worden geïnstalleerd is terug te vinden in tabel 4.11.

tabel 4.11 Potentieel vermogen windproductie regio Gent[Arcadis, 2011]

Uit deze tabel blijkt dat er maximaal 100MW bijkomend kan geïnstalleerd worden.

4.9.2 Warmte

In het Stappenplan wordt vermeld dat de rechtstreekse vraag naar warmte, via de warmtenetten, in de industriële en tertiaire sector niet wijzigen. In het model komt dit erop neer dat de vraag naar de energiedrager ‘Heat’ niet wijzigt in deze sectoren. De hoeveelheid gebruikte fossiele brandstoffen wijzigen wel, zoals in paragraaf 4.9.3 zal worden aangetoond. Aangezien er verondersteld werd dat deze fossiele brandstoffen zowel in de residentiële sector als de tertiaire sector volledig worden omgezet in warmte, wilt dit zeggen dat de energiedragers: ‘Residential heat’ en ‘Tertiairy heat’ wel wijzigen. Daarom wordt eerst berekend wat de vraag naar fossiele brandstoffen is in het jaar 2030 aan de hand van de gevonden scenario’s. In het Stappenplan staat ook vermeld dat het gemiddelde rendement van de ketels in Vlaanderen 83% bedraagt in 2030. Het verbruik per brandstof in 2030 wordt per scenario opgeteld en vermenigvuldigd met dit rendement. Dan wordt per proces van omzetting; kolen, gas,… het percentage in het geheel berekend om de energiemix van warmteproductie te bepalen, analoog aan paragraaf 4.3.2. De energiemix hangt dus af van welk

57

scenario er beschouwd wordt, gezien het gebruik van fossiele brandstoffen per scenario anders evolueert tegen 2030.

4.9.3 Fossiele brandstoffen

Milieuverkenning - MIRA

Er zijn opnieuw per sector voorspellingen gemaakt hoe het brandstofgebruik evolueert, bij sommige sectoren worden echter enkele brandstoffen samengenomen. Hier volgt een overzicht van voorspellingen per sector, per scenario en per (gegroepeerde) brandstof. Residentieel

In tabel 4.12 worden de jaarlijkse groeipercentages vermeld. Referentiescenario

Vlaanderen Europascenario Visionair scenario

Fossiel aardgas 0,76% -1,92% -4,71%

Fossiele brandolie -3,39% -9,39% 0 in 2030

Fossiel andere 0 in 2030 0 in 2030 0 in 2030 tabel 4.12 Jaarlijkse groeipercentages per scenario residentieel verbruik van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009]

Tertiair

In de tertiaire sector wordt dezelfde opsplitsing gehanteerd als bij de residentiële. Dit geeft aanleiding tot tabel 4.13, direct omgerekend naar percentages per jaar: Referentiescenario

Vlaanderen Europascenario Visionair scenario

Fossiel aardgas -0,93% -3,12% -4,47%

Fossiele brandolie -6,07% 0 in 2030

Fossiel andere -1,65% -1,65% -1,65% tabel 4.13 Jaarlijkse groeipercentages per scenario tertiair verbruik van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009]

Industrie

De industriële sector is gedetailleerder uitgesplitst dan de vorige 2 sectoren. De studie geeft aanleiding tot tabel 4.14, omgerekend naar percentage per jaar: Referentiescenario

Vlaanderen Europascenario Visionair scenario

Aardgas -0,93% 0,86% 0,36%

Stookolie

Cokes en steenkool -0,72%

Ovengas LPG tabel 4.14 Jaarlijkse groeipercentages per scenario industrieel verbruik van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009]

58

Landbouw

De landbouwsector is in de studie niet opgesplitst volgens energiedrager. Om deze reden wordt voor elke energiedrager hetzelfde percentage gebruikt als het globale groeipercentage waarmee het totaal verbruik van deze sector stijgt of daalt. Dit zijn dezelfde als voor elektriciteit, zoals vermeld onder paragraaf 4.9.1. Transport

De studie geeft aanleiding tot tabel 4.15, omgerekend naar percentage per jaar: Referentiescenario

Vlaanderen Europascenario Visionair scenario

Diesel 0,68% -1,22% -2,50%

Benzine -1,25% -2,72% -2,34%

LPG 0 in 2030 -7,56% 0 in 2030

Zware stookolie 0 in 2030 0 in 2030 0 in 2030 tabel 4.15 Jaarlijkse groeipercentages per scenario verbruik transportsector van fossiele brandstoffen [MIRA Vlaanderen, 2009]

Stappenplan – Stad Gent

In deze studie zijn enkel de residentiële en tertiaire sector opgesplitst per brandstof. Voor de industriële sector wordt enkel de totale groei vermeld, en de aanname dat de energiemix niet wijzigt. Residentieel

In het stappenplan wordt opsplitsing gemaakt naar een aantal fossiele brandstoffen, elk met hun relatieve groeipercentage. De samenvatting daarvan is gegeven in tabel 4.16. Referentiescenario Stappenplan Aardgas 0,38%

Lichte stookolie -5,82%

Benzine LPG -1,41%

Kolen -1,48% tabel 4.16 Jaarlijkse groeipercentages Stappenplan residentieel verbruik van fossiele brandstoffen [Vito, 2013]

Tertiair

Bij deze sector wordt de opsplitsing gemaakt zoals in tabel 4.16 vermeld, elk met hun relatieve jaarlijkse groeipercentages: Referentiescenario Stappenplan Aardgas -0,18%

Zware stookolie -0,82%

Lichte stookolie -3,52%

Benzine LPG -0,78% tabel 4.17 Jaarlijkse groeipercentages Stappenplan tertiair verbruik van fossiele brandstoffen [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009]

De overige sectoren worden niet voldoende uitgesplitst in deze studie. Hiervoor zullen dezelfde waarden uit het referentiescenario van de Milieuverkenning genomen worden.

59

4.9.4 Biomassa

Op vlak van vraag naar biomassa worden de jaarlijkse groeipercentages weergegeven in tabel 4.6.

tabel 4.18 Jaarlijkse groeipercentages verbruik biomassa per scenario [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009]

Referentie Gent Referentie MIRA

Europa Visionair

Residentieel -0,98% 4,06% 3,59% 2,13% Tertiair 9,05% 9,05% 8,82% Transport 6,61% 10,25% -9,99% Voor de sectoren industrie en landbouw werden in de scenario’s geen voorspellingen teruggevonden. De sector landbouw was op geen enkel vlak opgesplitst. Er wordt verondersteld dat biomassa in deze sector dezelfde groei heeft als het globale energieverbruik van de sector. Voor de sector industrie zijn er onvoldoende gegevens, dus wordt de vraag naar biomassa als een constante beschouwd. In de referentiesituatie uit het Stappenplan is enkel de residentiële sector uitgesplitst, dus wordt ervoor gekozen om voor de andere sectoren dezelfde groeipercentages als de referentiesituatie van het MIRA te implementeren. Er dient hier opgemerkt te worden dat de brandstof biomassa enkel invloed heeft op het totaal verbruik van het systeem, niet op de CO2 uitstoot. De verbranding van biomassa wordt als klimaatneutraal beschouwd, omdat er vanuit wordt gegaan dat de biomassa in zijn levensloop de uitstoot bij de verbranding ervan compenseert. [Organisatie voor Duurzame Energie Vlaanderen] tabel 4.19 Samenvattende tabel van verzamelde scenario's per energiedrager en per sector. [Vito, 2013, MIRA Vlaanderen, 2009]

Energiedrager Referentie Gent

Referentie Vlaanderen

Europa Visionair

Residentieel Elektriciteit -0,29% -0,7% -2,34% -3,96% Fossiel aardgas / 0,67% -1,92% -4,71% Fossiele brandolie / -3,39% -9,39% 0 in 2030

Fossiel andere / 0 in 2030

Biomassa -0,98% 4,06% 3,59% 2,13% Tertiair Elektriciteit / -0,93% -1,65%

Fossiel aardgas / -0,93% -3,12% -4,47% Fossiele brandolie / -6,07% 0 in 2030 Fossiel andere / -1,65% -1,65% -1,65% Biomassa / 9,05% 9,05% 8,82%

Industrie Elektriciteit / 0,93% 0,93% 0,2% Aardgas / -0,93% 0,86% 0,36% Cokes en steenkool / -0,72%

Landbouw Globaal verbruik / -0,58% -0,39% Transport Elektriciteit / 5,23% 7,05% 9,29%

Diesel / 0,68% -1,22% -2,5% Benzine / -1,25% -2,72% -2,34% LPG / 0 in 2030 -7,56% 0 in 2030

Zware stookolie / 0 in 2030 0 in 2030 0 in 2030

Biomassa / 6,61% 10,25% -9,99%

60

4.10 Resultaten scenario’s verbruik

Als resultaat wordt per sector de CO2 uitstoot berekend. Deze worden in figuur 4.9 en in figuur 4.10 in 4 gevallen grafisch afgebeeld: in 2030 en in 2050, zowel mét als zonder de subsector ijzer en staal. IJzer en staal wordt soms weggelaten, omdat deze sector bijna de helft van alle energie in de stad Gent verbruikt[Arcadis, 2009]. Om de kleine getallen toch te laten spreken, wordt deze subsector soms weggelaten, analoog aan het Stappenplan. [Vito, 2013]

figuur 4.9 Jaarlijkse uitstoten inclusief ijzer en staal, in 2030 en 2050 per scenario per sector. Opgemaakt met de resultaten uit LEAP

61

figuur 4.10 Jaarlijkse CO2 uitstoten exclusief ijzer en staal, in 2030 en 2050 per scenario en per sector. Opgemaakt met de resultaten uit LEAP

62

In de CO2 nulmeting is er een Business As Usual scenario opgenomen op vlak van uitstoot naar het jaar 2050 toe. Dit scenario is ook opgebouwd via dezelfde methodologie als hierboven beschreven: voorspellingen tegen het jaar 2020 via een jaarlijks groeipercentage doortrekken naar 2050. Het verschil met deze masterproef is dat de voorspellingen in de CO2 nulmeting afkomstig zijn uit ‘Energie- en broeikasgasscenario’s opgesteld voor het Vlaams gewest – Duerinck et al, 2006’. Dit zijn scenario’s voor de periode 2000 – 2020, welke worden doorgetrokken naar 2050. Omwille van het feit dat de nulmeting met voorspellingen werkt uit het jaar 2006, en deze masterproef met voorspellingen werkt uit het jaar 2009, en de nulmeting deze groeipercentages over 30 jaar doortrekt, en deze masterproef over 20 jaar, lijkt het logisch dat deze masterproef accuratere gegevens zal voortbrengen. In figuur 4.11 is dit Business As Usual scenario naast de Gentse referentiesituatie afgebeeld.

figuur 4.11 Verschil tussen referentiescenario Gent uit Stappenplan en MIRA en het Business As Usual scenario uit de CO2 nulmeting [Arcadis, 2009, Vito, 2013]

Hierop is duidelijk te zien wat hoe groot het verschil in uitstoot kan zijn als verschillende scenario’s worden doorgetrokken naar verdere jaren. Er dient dus heel voorzichtig omgesprongen te worden met de resultaten van het doortrekken van jaarlijkse groeipercentages. Waarschijnlijk is noch het ene, noch het andere scenario volledig correct. Toch is het zinvol scenario’s op te stellen om het effect van maatregelen te toetsen. Het toetsen van maatregelen gebeurt verder in hoofdstuk 5.

63

5. Effectvoorspelling

In hoofdstuk 4 werd uitvoerig besproken hoe de gegevens verzameld en behandeld werden alvorens ze in LEAP te kunnen implementeren. Tot nu toe werden enkel de scenario’s naar verbruik behandeld. Deze scenario’s kunnen gebruikt worden om het effect van maatregelen aan productiezijde te voorspellen. In dit hoofdstuk is voornamelijk de totale CO2 uitstoot van belang. Indien er gegevens over kostprijs van technologieën, van import van grondstoffen en van elektriciteit zouden toegevoegd worden, zou men per maatregel ook de totale kosten kunnen opvragen. De analyse van kosten valt buiten deze masterproef. Eerst worden 2 zelf verzonnen maatregelen geïmplementeerd: de uitbreiding van het windmolenpark en de aankoppeling van de residentiële sector op een warmtenet. Daarna worden de maatregelen uit het Stappenplan naar een klimaat neutrale stad geïmplementeerd.

5.1 Windmolenpark wordt uitgebreid

Zoals onder paragraaf 4.9.1 wordt beschreven, is het windpotentieel in Gent geschat op 143 MW. In deze maatregel wordt stapsgewijze windcapaciteit toegevoegd:

• In 2009 is er 43 MW • In 2015 wordt dit 63MW • In 2020 wordt dit 83 MW • Tegen 2025 wordt het volledig potentieel opgesteld, 143 MW

Deze uitbreiding van het windmolenpark wordt toegevoegd aan een scenario ‘Productie’. In LEAP is het mogelijk om scenario’s volgens een boomstructuur te organiseren, zoals in figuur 5.1 is weergegeven. In het scenario ‘Productie’ zit enkel de uitbreiding van het windmolenpark, geen wijzigingen in de vraag. In de scenario’s die onder Productie vallen zijn enkel voorspellingen in de vraag opgenomen. Naast Productie is ook een ‘Referentiesituatie zonder productie’ opgenomen. Dit scenario is een kopie van de Gentse Referentiesituatie, waarin het windmolenpark niet is uitgebreid. Op die manier kan in figuur 5.2 de jaarlijkse besparing CO2 van de maatregel opgemaakt worden. In dit geval vergelijkt men het Gents referentiescenario mét de maatregel ten opzichte van het Gents referentiescenario zonder de maatregel.

figuur 5.1 Boomstructuur van de geïmplementeerde scenario’s

64

figuur 5.2 Jaarlijkse CO2 besparing uitbreiding windmolenpark t.o.v. referentiescenario zonder maatregel

5.2 Aankoppeling van de residentiële sector op een warmtenet

In deze paragraaf wordt het effect bestudeerd van de aankoppeling van de residentiële sector aan een warmtenet, met warmte afkomstig van de centrale energieproductiesector. In deze veronderstelling wordt er vanuit gegaan dat tegen het jaar 2030 de helft van de residentiële warmtevraag geleverd wordt door de centrale energieproductie. Na 2030 wijzigt enkel de totale warmtevraag, en niet meer de precieze energiemix. Om deze maatregel per scenario uit te voeren, dienen volgende stappen ondernomen te worden:

• Nagaan wat de energiemix is in de Domestic Heat Production, in het jaar 2030. Dit gebeurt aan de hand van de berekeningen van LEAP zelf. Deze verbruiken per brandstof worden voor de duidelijkheid ‘verbruik zonder maatregel’ genoemd.

• Deze brandstoffen zodanig implementeren dat ze naar de helft van dit verbruik zonder maatregel evolueren tegen 2030

• Implementeren dat de energiedrager ‘Heat’ de rest van de warmteproductie verzorgt. Een grafische weergave van dit systeem werd al in figuur 4.2 gegeven.

In tabel 5.1 wordt de totale warmtevraag in 2030, ofte 4,1 PJ, verdeeld over de verschillende energiedragers. In kolom 2 zijn deze gedeeld door 2, en neemt het warmtenet de andere helft voor zijn rekening. In de derde kolom is de procentuele energiemix weergegeven, zoals die in LEAP geïmplementeerd dient te worden onder ‘Process share’.

65

Referentie Gent zonder maatregel

Referentie Gent met maatregel

Referentie Gent met maatregel: procentuele energiemix

Kolen 0,0574 0,0287 0,70%

LPG 0,0246 0,0123 0,30%

Benzine 0,0082 0,0041 0,10%

Stookolie 0,5617 0,28085 6,85%

Gas 3,1447 1,57235 38,35%

Elektriciteit 0,246 0,123 3,00%

Biomassa 0,0574 0,0287 0,70%

Warmtenet 0 2,1 50,00%

tabel 5.1 Vraag naar energiedragers in 2050 aangewend voor verwarmingsdoeleinden, afkomstig van berekening in LEAP. Waarden in PJ.

In figuur 5.3 is het verloop van de jaarlijkse CO2 uitstoot gegeven wanneer deze maatregel wordt geïmplementeerd in het Gents referentiescenario. In figuur 5.4 is het verschil gegeven in uitstoot van het Gents referentiescenario ten opzichte van het Gents referentiescenario zonder de maatregel. Hierop kan men zien dat in het jaar 2050 deze maatregel een jaarlijkse besparing van 167 kton teweeg brengt ten opzichte van het scenario zonder warmtenet.

figuur 5.3 Jaarlijkse CO2 uitstoot na implementatie maatregel

66

figuur 5.4 Jaarlijkse besparing CO2 uitstoot na implementatie t.o.v. referentiescenario zonder maatregel

Conclusie: De aanleg van een warmtenet leidt tot een grote daling van de CO2 uitstoot. Er dient opnieuw vermeld te worden dat deze maatregelen niet per sé de meest kostenefficiënt zijn. De aanleg van een warmtenet is duur. In het Stappenplan is deze maatregel ook opgenomen. De maatregelen die in het Stappenplan worden opgenomen, worden uiteindelijk uitgedrukt als kosteneffectiviteit in €/ton CO2. Het Stappenplan berekende deze effectiviteit op 916€/ton CO2 voor stadsverwarming, terwijl dit voor bijvoorbeeld individuele pelletkachels slechts €400/ton CO2 is.[Vito, 2013]

5.3 Maatregelen uit Stappenplan – tijdshorizon 2030

De hierboven beschreven maatregelen werden zelf verzonnen. In het Stappenplan is een overzicht van 22 maatregelen opgenomen die beschouwd worden in de berekening voor maximale CO2 reductie. Er dient opgemerkt te worden dat deze maatregelen kunnen ingezet worden voor een transitie naar klimaatneutraliteit, en dat ze na implementatie niet noodzakelijk klimaatneutraliteit verzekeren. De tijdshorizon ligt op het jaar 2030. Er komen dus enkel maatregelen aan bod die tegen 2030 technologisch haalbaar zijn. De vooropgestelde maatregelen zijn resultaat van een multi-criteria analyse. Zo is niet enkel het technisch potentieel beoordeeld, maar ook het reductiepotentieel, en de criteria die op de vier P’s gebaseerd zijn: ‘People, planet, prosperity, policy’. Een aantal van deze maatregelen zijn op niveau van productie. Voorbeelden hiervan zijn: STEG centrales vervangen door biomassa centrales, grote PV installaties opstellen,.. Een aantal van deze maatregelen zijn op niveau van verbruik; reductie van de warmtevraag, efficiëntere motoren,… Per maatregel is vermeld wat de besparing in PJ brandstof of PJ elektriciteit is. Er is hierin dus geen opsplitsing gemaakt naar type brandstof. Om de resultaten van deze maatregelen te beoordelen, worden de maatregelen per scenario geïmplementeerd en vergeleken met hetzelfde scenario zonder de maatregelen. Er wordt beoordeeld

67

op de uitstoot van CO2 per sector in het jaar 2030. Deze wordt vergeleken met de uitstoot van het jaar 2009. Aangezien in het Stappenplan geen opsplitsing per type brandstof werd bestudeerd, wordt eerst berekend wat het verbruik van brandstoffen en elektriciteit zal zijn in het jaar 2030. Er zal hier en daar ook een eigen aanname gebeuren. Zo zijn er 4 maatregelen omtrent PV installaties. Er wordt in deze masterproef gekozen om niet deze getallen te implementeren, dan wel de getallen die in de hernieuwbare energiescan teruggevonden worden. Hieronder zijn de maatregelen opgesomd, met de vermelding van hun reductiepotentieel.

5.3.1 Maatregelen per sector

Energieproductie sector

Type actie Besparing brandstoffen

Besparing elektriciteit

Wkk op vaste biomassa t.v.v. WKK-gasturbine 0,02 PJ 0,02 PJ Biomassacentrale t.v.v STEG 6,6 PJ 0 Grootschalige windenergie ���� hernieuwbare energiescan = 143 MW

0

PV op daken huishoudens, bedrijven, landbouw, tertiair ���� hernieuwbare energiescan = 471 MW

0

Enhanced geothermal systems ���� 11 MWe, 0 PJ 0,52 PJ

[Vito, 2013] Om deze maatregelen in LEAP te implementeren wordt ervoor gekozen om de STEG centrales te vervangen door biomassacentrales, en een nieuwe productieproces toe te voegen, onder de vorm van aardwarmte. Industriële sector

Type actie Besparing brandstoffen

Besparing elektriciteit

Energiebesparende maatregelen met beperkte kosten zoals efficiëntere motoren en boilers, monitorsystemen

0,12 PJ 0,06 PJ

Biogas via bestaande aardgasleiding 4,66 PJ 0 PJ TOTAAL 4,76 PJ 0,06 PJ

[Vito, 2013] Residentieel

In de residentiële sector zijn voornamelijk warmtebesparingen opgenomen.

Type actie Besparing brandstoffen

Besparing elektriciteit

Maatregelen ter reductie van de warmtevraag 1,67 PJ 0,06 PJ Biogas afkomstig van vergassing houterige massa 3,05 PJ 0,18 PJ TOTAAL 4,72 PJ 0,24 PJ

[Vito, 2013]

68

Tertiair

Ook in de tertiaire sector zijn voornamelijk warmtebesparingen opgenomen.

Type actie Besparing brandstoffen

Besparing elektriciteit

Maatregelen ter reductie van de warmtevraag 1,6 PJ 0 Pelletkachels 0,14 PJ 0 Relighting bestaande gebouwen 0 0,17 PJ TOTAAL 1,74 PJ 0,17 PJ

[Vito, 2013] Transport

Type actie Besparing brandstoffen

Besparing elektriciteit

Veralgemeend gebruik voertuigen op waterstof 0 0,11 PJ TOTAAL 0 0,11 PJ

[Vito, 2013] Er dient opgemerkt te worden dat men in de studie naar deze maatregelen er vanuit is gegaan dat waterstof geen specifieke uitstoot heeft. Als men bij de verbranding van deze brandstof de emissie die gepaard gaat aan de productie mee in rekening zou brengen, zou deze brandstof eigenlijk veel slechter zijn dan al de alternatieven[Vito, 2013]. Kiezen voor waterstof omdat het tijdens het rijden niets emitteert, komt neer op een geografische verplaatsing van de emissies.[Vito, 2013]

5.3.2 Methodologie

Zoals hierboven vermeld wordt eerst de vraag naar elektriciteit en andere brandstoffen per sector berekend voor het jaar 2030. Om het effect van de maatregel na te gaan, worden deze maatregelen toegepast op het Gents referentiescenario. Dit wordt dan vergeleken met het startjaar, 2009. In tabel 5.2 worden de verbruiken voor en na de maatregelen weergegeven afkomstig uit de referentiesituatie van Gent. tabel 5.2 Vraag naar brandstof en elektriciteit per sector vòòr en na implementatie van de maatregelen in het Gents referentiescenario

Transport Landbouw Industrie Tertiair Residentieel Elektriciteit 0,41 PJ 0,01 PJ 9,91 PJ 2,81 PJ 1,36 PJ Brandstof 6,68 PJ 0,12 PJ 74,7 PJ 4,46 PJ 4,72 PJ Rest na maatregelen elektriciteit

0,3 PJ 0,01 PJ 9,85 PJ 2,64 PJ 1,12 PJ

Rest na maatregelen brandstof

6,68 PJ 0,12 PJ 69,94 PJ 2,72 PJ 0 PJ5

5 De 4,72 PJ besparing die in de maatregelen vermeld staat, is ook een omschakeling naar biogas. Er dient dus nog 3,05 PJ biogas in rekening gebracht te worden.

69

Hieruit kan per sector het besparingspercentage berekend worden. Deze worden in tabel 5.3 weergegeven. tabel 5.3 Reductiepercentage op vlak van brandstof en elektriciteit per sector

Elektriciteit Gent Brandstof Gent

Transport -26,83% 0 Landbouw 0 0 Industrie -0,61% -6,37%

Tertiair -6,05 -2,33% Residentieel -17,65% 0 in 2030 Deze percentages afkomstig van de extra maatregelen komen bovenop de percentages die in het referentiescenario reeds aanwezig was. Het zou niet correct zijn om deze groeipercentages voor alle brandstoffen gelijk te veronderstellen. Er dient dus eerst wiskundig te worden afgeleid hoe deze percentages zich verhouden. In figuur 5.5 is een grafische weergave van de situatie afgebeeld.

figuur 5.5 Grafische weergave van de methodologie tot wiskundige omrekening

�H = )*+,+-.�I�JE��*���.�′,+0�L/��MM*�N.�ℎ*�/�0+�100+ �64 = )*+,+-.�I�JE��*����021100+O��+.JEP*J*��0�.*J00�+*Q*P �64D = )*+,+-.�I�JE��*����021100+�0.JEP*J*��0�.*J00�+*Q*P

%4 = 100+P.1�/Q+�*.E*+I*��0Q*-.�ℎ*�+*M*+*��.*/I*�0+.�, E*+I�JE��*�� %6 = 0PQ*J**�E*+I*��0Q*,*/E0+.�Q′,+0�L/��MM*�′

Het zou niet correct zijn om %2 om te rekenen naar een jaarlijks besparingspercentage, en dit bij %1 op te tellen. Er dient een %3 berekend te worden die deze twee percentages samen bevat:

�64 = �H(1 +%4)64 Aangezien na implementatie van de maatregel verondersteld wordt dat de energiemix relatief gezien niet wijzigt, kunnen volgende stappen genomen worden.

�64�64 +R64 +S64

=�64

�64D +R64D +S64D

�64D +R64D +S64D = (�64D +R64D +S64D) ∗ (1 +%6)

Z0

Y0

X0

Z21

Y21

X21

Z21b

Y21b

X21b

Zonder maatregelen

Met maatregelen

70

�64�64 +R64 +S64

=�64D

(�64 +R64 +S64) ∗ (1 +%6)

Waaruit volgt

�64 =�64D

(1 +%6)

Wordt dit gelijk gesteld aan de eerste formule:

�H(1 +%4)64 =�64D

(1 +%6)

�64D =�H ∗ (1 +%4)64 ∗ (1 +%6)

Om %3 te berekenen, wordt dit omgezet naar volgende vorm:

�64D =�H ∗ (1 +%T)64 Hieruit volgt:

%T = 8(1 +%4)64 ∗ (1 +%6)9U − 1

In dit jaarlijks groeipercentage zit zowel de groeipercentages per onderdeel van de categorie ‘brandstof’ als het besparingspercentage van de maatregel. Dit percentage wordt per brandstof per scenario per sector uitgerekend. Dit percentage zal geïmplementeerd worden tot het jaar 2030, waarna het oorspronkelijke groeipercentage %1 verder gezet wordt.

5.3.3 Te implementeren data

Deze paragraaf geeft een overzicht van de nieuwe jaarlijkse percentages die in LEAP geïmplementeerd worden. De maatregelen die in het Stappenplan worden aangeboden, bieden geen besparingen op vlak van brandstof voor landbouw. In de transportsector wordt geen brandstofbesparing verwacht, wel een wijziging van de soort brandstof.

Stappenplan

In tabel 5.4 worden de jaarlijkse groeipercentages per brandstof gegeven voor het Gents referentiescenario na implementatie van de maatregelen in de residentiële sector. Er dient opgemerkt te worden dat er vanuit wordt gegaan dat zowel een besparing is in warmtevraag als een volledige omschakeling op het verbranden van biogas. Er bleef een vraag naar biogas over van 3,05 dat via een gemiddeld rendement van 83%[Vito, 2013] wordt omgezet naar 2,53 PJ warmte. tabel 5.4 Jaarlijkse besparingen na implementatie maatregelen in de residentiële sector uit het Gents referentiescenario

Residentieel Aardgas 0 in 2030 Lichte stookolie 0 in 2030 Benzine 0 in 2030 LPG 0 in 2030 Kolen 0 in 2030 Elektriciteit -1,21%

71

Zoals hierboven aangetoond werd, blijft er in 2030 een vraag naar brandstoffen over van 2,72 PJ in de tertiaire sector. Via het gemiddelde rendement van 83% [Vito, 2013] zorgt dit voor een resterende warmtevraag van 2,26 PJ. Op vlak van energiemix wijzigt enkel het aandeel biomassa, gezien er voor 0,14 PJ aan pellets bijkomend wordt verbrand. Om de energiemix te berekenen worden volgende stappen ondernomen:

• Resterende vraag naar brandstoffen in 2030 is 2,72 PJ • Hiervan is 0,14 PJ afkomstig van pellets, en blijft er 2,58 PJ aan brandstoffen over • Uit de implementatie van de voorspellingen uit paragraaf 4.9.3 werd per brandstof het

percentage in het totaal berekend, kolom 1 uit tabel 5.5. • Hiermee wordt het werkelijk verbruik berekend, percentage uit kolom 1 vermenigvuldigd met

2,58 PJ. Dit is in kolom 2 opgenomen. • Bij biomassa wordt 0,14 PJ toegevoegd, en is in kolom 3 opgenomen. Ter controle is de som

gemaakt van deze verbruiken, en komt op 2,72 PJ neer. • Na deze berekening wordt opnieuw het percentage per brandstof berekend

tabel 5.5 Omrekening nieuwe energiemix tertiaire warmte

Percentage zonder maatregel

Werkelijk verbruik zonder pellets

Werkelijk verbruik met pellets

Percentage na maatregel

LPG 0,7 % 0,018 PJ 0,018 PJ 0,66%

Diesel 13,7 % 0,353 PJ 0,353 PJ 12,99%

Ruwe olie 0,7 % 0,018 PJ 0,018 PJ 0,66%

Aardgas 70,8 % 1,827 PJ 1,827 PJ 67,16%

Biomassa 0,2 % 0,005 PJ 0,145 PJ 5,34%

Elektriciteit 13,9 % 0,358 PJ 0,359 PJ 13,18%

TOTAAL 2,72 PJ

Deze percentages worden onder de ‘Process Share’ van Tertiairy Heat Production toegevoegd.

Milieuverkenning 2030

In tabel 5.6 wordt hetzelfde gedaan voor de industriële, transport en landbouwsector, afkomstig van het Gents referentiescenario. tabel 5.6 Jaarlijkse besparingen na implementatie maatregelen in industriële, transport en landbouwsector

Industrie Transport Landbouw Aardgas -1,24 % Stookolie -0,31% Cokes en steenkool -0,31 % Ovengas -0,31 % LPG -0,31% Elektriciteit 0,90% 3,68% -0,59%

72

5.3.4 Resultaten vergelijking Stappenplan

Inclusief ijzer & staal

Er is opnieuw nood aan een indicator om de resultaten te toetsen. In dit geval is het beoordelingskader de CO2 uitstoot in de referentiesituatie in het jaar 2030, per sector. In figuur 5.6 worden de resultaten van het Stappenplan weergegeven. Hierin staan per jaar 2 verschillende emissies; scope 1 en scope 2. Scope 1 emissies zijn emissies van bronnen die zich op het grondgebied van stad Gent bevinden. Als men een stolp zou zetten over stad Gent zijn dit de emissies per sector die zouden opgevangen worden binnen de stolp. Scope 2 emissies zijn indirecte emissies ten gevolge van aangekochte elektriciteit. Om de scope 2 emissies te berekenen, wordt de vraag naar elektriciteit in de verschillende sectoren vermenigvuldigd met de uitstoot van het gemiddelde Belgische productiepark in 2009; 87,97 kton CO2/PJ. In het Stappenplan is de veronderstelling gemaakt dat de emissie van het gemiddelde productiepark niet wijzigt tegen het jaar 2030. Dit is het resultaat van het gemiddelde van de verschillende scenario’s van emissiefactoren. [Vito, 2013] Er wordt in deze masterproef dezelfde redenering gevolgd. Er dient opgemerkt te worden dat de scope 2 emissies eigenlijk vervat zitten in de scope 1 emissies van de energieproductiesector. De totale uitstoot van de stad Gent is dus niet de som van scope 1 en scope 2 emissies.

figuur 5.6 Overzicht van resultaten afkomstig uit het Stappenplan [Vito, 2013]

De resultaten afkomstig van LEAP worden in Excel omgevormd tot dezelfde vorm van grafiek en is in figuur 5.7 weergegeven.

73

figuur 5.7 Overzicht van resultaten opgemaakt met de resultaten uit LEAP

Er wordt al direct opgemerkt dat er een groot verschil is in uitstoot in de industriële sector in de referentiesituatie van 2030. De reden hiervoor wordt in het Stappenplan teruggevonden. In het jaar 2009 was er een uitzonderlijk lage uitstoot van de subsector ijzer & staal, omdat in het eerste deel van 2009 één van de twee hoogovens niet in werking was. In het Stappenplan werden voor de berekening van de referentiesituatie in 2030 wel met volle capaciteit van de sub sector gerekend. Hoewel er in de tertiaire, residentiële en energieproductiesector grote inspanningen gedaan werden, daalt de uitstoot in het Stappenplan maar met 6% t.o.v. 2009. Dit komt omdat het terug in werking treden van de hoogoven in 2010 de inspanningen compenseert. In LEAP is bij gebrek aan gegevens de halve capaciteit van ijzer & staal wel doorgetrokken, dus is er in de modellering een grotere reductie terug te vinden; -19%. Er kan geconcludeerd worden dat noch het besparingspercentage dat hier gevonden werd, noch het besparingspercentage dat in het Stappenplan vermeld staat een volledig juist beeld biedt. Het percentage uit het Stappenplan is wel correct ten opzichte van het jaar 2009, maar de uitstoot in 2009 was uitzonderlijk lager dan normaal. Het percentage afkomstig uit LEAP is in de berekening niet gebaseerd op de plotse capaciteitsverhoging het jaar erna. Exclusief ijzer & staal en energieproductie

In het stappenplan is dezelfde redenering gemaakt wanneer de sub sector ijzer & staal en de lokale energieproductie buiten beschouwing worden gelaten. Gezien de bovenstaande bedenkingen omtrent capaciteitsverlaging in 2009 van ijzer en staal, zou nu wél hetzelfde besparingspercentage moeten berekend worden. Aangezien de sub sectoren in de CO2-nulmeting voldoende uitgesplitst zijn, kan deze berekening in LEAP uitgevoerd worden. In figuur 5.8 wordt het resultaat uit het Stappenplan afgebeeld.

74

figuur 5.8 Overzicht van resultaten zonder sub sector ijzer en staal afkomstig uit het Stappenplan

In figuur 5.9 wordt dezelfde grafiek opgebouwd als in figuur 5.8, met de resultaten afkomstig van LEAP.

figuur 5.9 Overzicht van resultaten zonder sub sector ijzer en staal afkomstig uit LEAP

In dit geval is er een besparing van 63% in de resultaten van LEAP.

75

5.3.5 Conclusies

Inclusief ijzer & staal

In tabel 5.7 is per sector de reductie in scope 1 emissies berekend t.o.v. het referentiescenario zonder maatregelen en vergeleken met de uitkomst die in het Stappenplan opgenomen. Negatieve waarden zijn reducties, positieve waarden geeft extra uitstoot weer. tabel 5.7 Vergelijking tussen Stappenplan en LEAP op de reducties op scope 1 per sector

Scope 1 reductie LEAP Scope1 reductie Stappenplan Industrie -399 kton -386 kton Huishoudens -274 kton -308 kton Handel en diensten -94 kton -199 kton Transport 0 kton -240 kton Landbouw 0 kton 0 kton De gemodelleerde reducties in de industriële, residentiële en landbouwsector leunen dicht aan bij de reducties die in het stappenplan werden opgenomen. Er kan dus besloten worden dat de maatregelen correct geïmplementeerd werden in dit geval. Bij de transportsector is het verschil te wijten aan het feit dat de maatregel geen besparing op brandstof vooropstelt. Volgens het Stappenplan wordt er 243 kton CO2 uitgespaard in scope 1 door het veralgemeend verbruik van voertuigen op waterstof. Toch heeft deze maatregel volgens het Stappenplan geen effect op het brandstofgebruik. Dit is nogal logisch te verklaren. De besparing op fossiele brandstoffen wordt tenietgedaan door de verhoogde vraag naar waterstof. In de methodologie van deze masterproef zijn de besparingen in brandstof omgerekend naar besparing in CO2. Voor de tertiaire sector is het verschil op een gelijkaardige manier te verklaren. De laatste maatregel stelt het gebruik van pelletketels voor. Deze maatregel bespaart 107 kton CO2, terwijl het slechts 0,14 PJ brandstoffen bespaart. Om deze in het model te implementeren, zou men dezelfde redenering moeten volgen als onder paragraaf 5.3.2, doch op het niveau van uitstoot in plaats van verbruik. Aangezien er in deze masterproef op niveau van verbruik is geredeneerd, wordt dit niet geïmplementeerd. Exclusief ijzer & staal

Ter controle wordt opnieuw de hoeveelheid gereduceerde CO2 berekend, en vergeleken met de percentages uit het Stappenplan. Deze vergelijking is in tabel 5.8 opgenomen tabel 5.8 Vergelijking tussen Stappenplan en LEAP op de reducties op scope 1 per sector, zonder sub sector ijzer en staal

Scope 1 reductie LEAP Scope 1 reductie Stappenplan Industrie -20 kton -381 kton Huishoudens -274 kton -308 kton Handel en diensten -93 kton -199 kton Transport 0 kton -125 kton Landbouw 0 kton 0 kton

76

In het stappenplan is de totale CO2 reductie in de industriële sector dezelfde met de sub sector ijzer en staal als zonder deze sub sector. Hierdoor kan besloten worden dat deze sub sector buiten de maatregelen valt. Algemene conclusies

Er wordt geconcludeerd dat er percentages over besparing van maatregelen voorzichtig moeten geïnterpreteerd worden. In het geval waarin ijzer & staal mee beschouwd wordt, is de 6% besparing die door het Stappenplan voorop gesteld wordt strikt genomen correct. Het biedt evenwel geen zicht op het effect van de getroffen maatregelen, aangezien de vraag in het referentiejaar uitzonderlijk laag was. Om een correcter beeld te krijgen van de efficiëntie van genomen maatregelen, is het nuttiger om ofwel verder te rekenen met de verlaagde vraag, ofwel in het referentiejaar de abnormaal lage vraag kunstmatig te verhogen naar een verbruik die onder normale omstandigheden voorkomt. In het tweede geval is er dan weer onduidelijkheid waar de maatregelen op industrieel vlak precies op slaan. Zo wordt voorgesteld om biogas via de aardgasleiding naar de industriële verbruikers te voeren. In de redenering van deze masterproef zijn is de ijzer & staal sector ook deel van deze verbruikers, dus is het effect van deze besparing lager wanneer de sub sector buiten beschouwing wordt gelaten. In het Stappenplan wordt de maatregel van biogas niet in deze sub sector geïmplementeerd, wat een hogere besparing teweeg brengt. Er wordt in het Stappenplan verondersteld dat er in de sub sector geen reductie mogelijk is, dus wordt ze achterwege gelaten.

5.3.6 Resultaten vergelijking andere scenario’s

LEAP is in staat om het verschil in scenario’s grafisch weer te geven. Zo kunnen de scenario’s die in paragraaf 4.9 werden opgebouwd, zonder maatregelen uit het Stappenplan, vergeleken worden met het Gents referentiescenario mét maatregelen uit het Stappenplan. In figuur 5.10 is dit gedaan voor het visionair scenario uit het MIRA zonder maatregelen uit het Stappenplan en het Gents referentiescenario mét de maatregelen. Hieruit kan geconcludeerd worden dat het visionair scenario veel meer aandacht besteedt aan de reductie van uitstoot afkomstig uit cokes en diesel. Toch is er een netto reductie van CO2 uitstoot in het Gents referentiescenario mét maatregelen t.o.v. het visionair scenario zonder maatregelen. Dit komt door de omschakeling van STEG en WKK centrales op basis van gas naar biomassacentrales. Dit zorgt voor force besparingen in uitstoot door verbranding van gas.

77

figuur 5.10 Verschil in uitstoot tussen het Visionair scenario zonder maatregelen uit het Stappenplan en het Gents referentiescenario mét maatregelen uit het Stappenplan. Afkomstig uit LEAP

5.4 Voorbij 2030

Eenmaal voorbij de tijdshorizon 2030 is het onmogelijk om concrete maatregelen voorop te stellen die zinvol zijn. Er is in het Stappenplan wel een visionair scenario opgenomen, die als tijdshorizon 2050 heeft. Doch hierin zijn geen concrete limieten of besparingspotentiëlen opgenomen. Het is vertrokken vanuit een idealistisch beeld van hoe Gent er tegen 2050 zou moeten uitzien. Het is een lijst met mogelijke ontwikkelingen, potentiële denkpistes, die voortdurend kunnen wijzigen. Voor de precieze inhoud van deze ontwikkelingen wordt verwezen naar het Stappenplan. [Vito, 2013] Het is dus niet zinvol om voorspellingen te zoeken, en deze te proberen in LEAP te implementeren.

78

6. Algemene conclusies

De titel van deze masterproef is ‘Keuze van een energiemodel voor een klimaatneutrale stad - Gent 2050’. In het eerste deel van deze masterproef zijn 2 energiemodellen, LEAP en EnergyPLAN, onderzocht en vergeleken met elkaar, met het oog op de implementatie van het huidig Gents energiesysteem. LEAP is door de gebruiker veel beter te configureren dan EnergyPLAN. Zo kunnen er door de gebruiker zelf sectoren met elk hun specifieke energiedragers toegevoegd worden. Daarnaast kunnen verschillende scenario’s toegevoegd worden. In deze scenario’s kunnen voorspellingen ingevoerd worden, zoals de verwachte daling van een verbruik, of een verbetering van een elektrisch rendement. In EnergyPLAN zit een standaard energiesysteem geïmplementeerd, waar de parameters van verbruik en productie kunnen gewijzigd worden. De 2 modellen verschillen in berekeningswijze. EnergyPLAN maakt uur per uur een energiebalans op aan de hand van jaarlijkse distributies van uurwaarden en een totaal jaarlijks verbruik. LEAP vertrekt van gemiddelden over periodes met gelijkaardige eigenschappen, zoals de gemiddelde januaridag of –nacht, of de gemiddelde dag in het eerste kwartjaar. EnergyPLAN is bijgevolg accurater op vlak van dynamiek. Er is aangetoond dat de vereenvoudiging die LEAP maakt geen verkeerd beeld geeft over het Gents energiesysteem. Verder zijn de gegevens over het Gents energiesysteem in LEAP geïmplementeerd. Deze gegevens werden gehaald uit de CO2 nulmeting spreadsheet, uit het Stappenplan en de Hernieuwbare Energiescan. Eerst werd via een aantal aannames de nulmeting nagebouwd. Daarna werd afgestapt van deze geforceerde aannames, en werd het correct Gents energiesysteem opgebouwd. De resultaten van dit correct systeem lagen in de buurt van de nulmeting, maar waren niet volledig gelijk. Dit is te wijten aan het feit dat de energiecentrales geregeld worden op een veel grotere markt dan enkel het Gents grondgebied. Er is in het verloop van de masterproef ook een fout ontdekt in de CO2 nulmeting. Zo werd er een biomassastroom dubbel geteld in de nulmeting. Daarna werden verschillende scenario’s verzameld en geïmplementeerd in LEAP. In deze scenario’s zijn voorspellingen omtrent verbruik naar het jaar 2030 gevonden in de Milieuverkenning 2030 van het MIRA en het Stappenplan. Wanneer het referentiescenario uit het Stappenplan naast het business as usual model uit de CO2 nulmeting wordt gelegd, valt het op dat er voorzichtig moet worden omgesprongen met het doortrekken van voorspellingen in de tijd. Het Stappenplan trekt voorspellingen tot 2030 door naar 2050, de nulmeting trekt voorspellingen tot 2020 door naar 2050. De totale jaarlijkse uitstoot in het jaar 2050 uit het business as usual model in de CO2 nulmeting ligt bijna dubbel zo hoog als het Gents referentiescenario dat uit het Stappenplan en het MIRA werd afgeleid. Uiteindelijk zijn maatregelen geïmplementeerd die door het VITO voorgesteld werden als meest efficiënt in de transitie naar een klimaatneutrale stad, specifiek voor de stad Gent, met het jaar 2030 als tijdshorizon. Ook hier dient voorzichtig te worden omgesprongen met de resultaten ervan. Deze masterproef gebaseerd op het verbruik in het jaar 2009. In dit jaar was 1 van de 2 hoogovens in Arcelor Mittal buiten werking. Wanneer de reductie in het jaar 2030 vergeleken wordt met de uitstoot in het jaar 2009, geeft dit een vertekend beeld van de inspanning, aangezien het bedrijf in 2010 terug op volle capaciteit werkt. Het terug in werking treden van de tweede hoogoven compenseert als het ware de inspanningen die geleverd werden.

79

Op dit moment is het jaar 2030 te ver in de toekomst om concrete voorspellingen te doen. Voorspellingen naar verbruik doortrekken tot 2050 geeft aanleiding tot grote onzekerheden. En ook de technologieën kunnen nog in zulke mate wijzigen dat het nu weinig zinvol is om concrete limieten op te leggen wat de jaarlijkse CO2 uitstoot mag zijn in 2050 om te spreken over een klimaatneutrale stad. Gezien de grote onzekerheid, en het weinig zinvolle ervan, is tijdshorizon 2050 niet uitgewerkt in deze masterproef.

80

7. Ideeën voor verder onderzoek In deze masterproef werd systematisch het financiële deel achterwege gelaten. Indien financiële gegevens in LEAP zouden geïmplementeerd worden, kan de totale kost van het in operatie houden van het systeem berekend worden, of kan de optimalisatiefunctie van het model onderzocht worden. Het model berekent dan de dispatch van, of de uitbreiding van het systeem tegen de laagste kost, onder een aantal restricties zoals maximale jaarlijkse CO2 uitstoot. De uitkomst hiervan zou dan met de maatregelen in het Stappenplan kunnen vergeleken worden.

81

Referenties

1. Stad Gent, Bestuursakkoord periode 2007-2012. 2007. 2. H Vandevyvere et al., De transitie naar Leuven Klimaatneutraal 2030:

Wetenschappelijk eindrapport. 2013. 3. Arcadis, Het opmaken van een CO2-nulmeting voor de Stad Gent. 2009, Stad Gent. 4. Vito, Stappenplan naar een CO2 neutrale stad in 2050. 2013, Stad Gent. 5. European Commission. Convenant of Mayors. 2010; Available from:

http://www.eumayors.eu. 6. Gents Klimaatverbond. Available from:

http://www.gentsklimaatverbond.be/alle/beinvloedt-de-opwarming-van-de-aarde-gent.

7. Stad Gent Lokaal Klimaatplan 2008-2020. 2008. 8. UNFCCC. Kyoto protocol. 2009; Available from: http://www.unfccc.int. 9. Commission of the European Communities, Action Plan for Energy Efficiency:

Realising the Potential. 2006. 10. Commission of the European Communities, Renewable Energy Roas Map.

Renewable energies in the 21st century: building a more sustainable future.

Communication from the Commission to the Council and the European Parliament. 2007b.

11. Commission of the European Communities, Limiting Global Climate Change to 2

degrees Celsius. The wah ahead for 2020 and beyond. Communication from the

Commission to the Council, the European Parliament, the European Economic and

Social Committee and the Committee of the Regions. 2007a. 12. Federale overheid, Nationaal Klimaatplan 2002 2012. 2002. 13. departement LNE Vlaamse overheid, Vlaams Klimaatbeleidsplan 2006-2012.

2006. 14. Arcadis, Opmaak van een hernieuwbare energiescan voor het grondgebied Gent.

2011, Stad Gent. 15. MIRA Vlaanderen, Milieuverkenning 2030. 2009. 16. Poul Alberg Østergaard, et al., A renewable energy scenario for Aalborg

Municipality based on low-temperature geothermal heat, wind power and biomass. Energy, 2010. 35(12): p. 4892-4901.

17. C. Heaps. An introduction to LEAP. 2008; Available from: http://www.energycommunity.org/documents/LEAPIntro.pdf.

18. EnergyPLAN website. Department of Development and Planning

Available from: http://energy.plan.aau.dk. 19. Arcadis, Update CO2-meting Gent 2009. 2012. 20. Eurelectric, Efficiency in electricity generation. 2003. 21. K. Aernouts et al., Inventaris Duurzame Energie in Vlaanderen 2011 2012. 22. Soteris A. Kalogirou, Solar Thermal collectors and applications. Science Direct,

2004. 23. Organisatie voor Duurzame Energie Vlaanderen, Brochure biomassa, Alfons Maes,

Editor.

82

APPENDIX

A. LEAP

In deze paragraaf wordt aan de hand van screenshots wegwijs gemaakt in het programma LEAP.

1. Analysis view. In deze mode kan het energiesysteem aangepast worden. 2. De boomstructuur. Hierin kan onder ‘Demand’ de volledige vraagzijde van het

energiesysteem geconfigureerd worden, onder ‘Transformation’ het aanbod. Er kunnen mappen toegevoegd worden en technologieën met het plus tekentje. Deze komen dan rechts tevoorschijn, zie punt 6.

3. Onder ‘General’ vindt men de basisparameters terug. Hier kan men ook verschillende load shapes toevoegen, zoals de ‘Solar availability’. Deze load shapes kan men dan linken aan verbruiken, zie punt 5.

4. Onder ‘Acticity Level’ wordt het percentage ingevoerd waarmee deze sector actief is. In dit geval is er enkel maar met 0 of 100 percent gewerkt. In het geval dat ijzer en staal meegerekend werd, is de sector ‘Industry’ op 100 gezet en de sector ‘Without Iron and steel’ op 0 en vice versa.

5. Hier kan de Load Shape gewijzigd worden, of de verdeling in de tijd aan de hand van time slices.

6. Hier kunnen de verbruiken aangepast worden. Hier is de industriële vraag naar kolen gelijk aan 17,11 PJ.

7. Men kan scenario’s opbouwen onder Manage Scenario’s. Bij punt 7 kan men tussen deze verschillende scenario’s kiezen.

1 2 6 7 4 5 3

83

1. Onder transformation kunnen de opwekkingstechnologieën ingevoerd worden, zoals elektriciteit en warmte. Indien men een map ‘Electricity Generation’ volledig configureert, kunnen aparte processen toegevoegd worden. Hier is gekozen om centrale per centrale te modelleren.

2. Hier kan per proces de parameters gewijzigd worden. Onder dispatch rule kan de volgorde waarin de centrales aangesproken gewijzigd worden. Hier is ervoor gekozen om Merit Order te kiezen: gewenste volgorde. Deze worden dan in het tabblad Merit Order gewijzigd. Onder exogenous capacity wordt het vermogen ingevuld. Onder Maximum availability wordt een Load Shape ingevuld die per time slice het maximaal beschikbaar vermogen uitdrukt. Coproduct efficiency is rendement waarmee een zelf te definiëren coproduct wordt aangemaakt. Voor WKK installaties is dit coproduct de energiedrager warmte.

Gaat men in de Dispatch Rule voor ‘Process Share’, dan kan men per proces bepalen welk aandeel het in de totale productie verzorgt. Er is voor deze regel gekozen in de warmte productie voor zowel de residentiële als de tertiaire sector.

1 2

84

1. In de ‘Results view’ kan men de resultaten van de berekening raadplegen. Deze komen dan in het rechter scherm terecht. Men dient in de boomstructuur dan wel op de juiste sector te klikken om de gewenste resultaten weer te geven.

2. In de ‘Energy Balance view’ kan men de totale jaarlijkse energiebalans raadplegen. 3. Hier kan men de gewenste parameter selecteren. Totale CO2 uitstoot, gemiddeld vermogen

gedurende elke time slice, … 4. Hier kiest men opnieuw het scenario. 5. Hier kiest men wat er op de X-as dient te staan van de grafische weergave: jaren, scenario’s,

sectoren,… 6. Hier kiest men wat er op de Y-as dient te staan van de grafische weergave, scenario’s,

sectoren, brandstoffen, …

1 3 4

6 5 2

85

B. Werking Excel omrekening

Er werd voor het programma Excel gekozen. In tabel 0.1 is een fragment weergegeven uit deze omrekening om de werking van de methode te beschrijven.

EnergyPLAN Geschaald Uur van de dag Dag op het jaar Maand Dag of Nacht

0,871 0,565 0 0 Januari Nacht 0,820 0,532 1 0 Januari Nacht 0,796 0,516 2 0 Januari Nacht 0,760 0,493 3 0 Januari Nacht 0,728 0,472 4 0 Januari Nacht 0,71 0,460 5 0 Januari Nacht 0,715 0,464 6 0 Januari Nacht 0,737 0,478 7 0 Januari Dag 0,759 0,492 8 0 Januari Dag 0,77 0,504 9 0 Januari Dag 0,819 0,531 10 0 Januari Dag 0,863 0,56 11 0 Januari Dag 0,893 0,579 12 0 Januari Dag tabel 0.1 Fragment uit de Excel-file van de omrekening van jaarlijkse distributie uit EnergyPLAN naar t ime slices voor LEAP

In de eerste kolom worden de waarden ingevoerd die afkomstig zijn van de jaarlijkse distributiewaarden van EnergyPLAN. Indien er waarden groter dan 1 voorkomen in deze eerste kolom, wordt de volledige kolom geschaald aan het grootste getal, en komen de geschaalde waarden in de tweede kolom terecht. In de derde kolom is de rest van deling van de rij waarin de waarde voorkomt door 24, en dit geeft weer over welk uur van de dag het gaat. De vierde kolom is het gehele getal het resultaat van deling van de rij waarin de waarde voorkomt door 24 en geeft weer over de hoeveelste dag van het jaar het gaat. In de vijfde kolom is manueel de maand ingevoerd. De zesde kolom bepaalt aan de hand van zelf in te stellen grenzen of de waarde tot de nacht of de dag behoort.

86

C. Resultaten vergelijking LEAP en EnergyPLAN energiesysteem stad Gent

24 time slices

Wind LEAP Wind

EnergyPLAN

Zon LEAP Zon

EnergyPLAN

Gas LEAP Gas

EnergyPLAN

Biomassa

LEAP

Biomassa

EnergyPLAN

januari dag 13,63 13,61 0,73 0,71 327,73 327,89 165,12 165,20

januari nacht 12,68 12,68 0,00 0,00 227,60 227,77 114,67 114,76

februari dag 13,41 13,41 2,21 2,20 321,81 322,06 162,13 162,26

februari nacht 11,42 11,43 0,00 0,00 229,56 228,31 115,66 115,03

maart dag 11,53 11,51 4,37 4,35 307,19 307,22 154,77 154,78

maart nacht 7,50 7,51 0,07 0,06 225,99 225,73 113,86 113,73

april dag 10,81 10,82 6,30 6,28 266,30 266,10 134,17 134,07

april nacht 7,01 7,03 0,19 0,18 202,91 202,85 102,23 102,20

mei dag 10,41 10,40 11,15 11,17 257,89 257,86 129,93 129,92

mei nacht 7,30 7,29 0,62 0,61 194,91 194,84 98,20 98,17

juni dag 9,66 9,67 8,78 8,76 251,98 251,91 126,95 126,92

juni nacht 5,22 5,24 0,72 0,71 190,82 191,23 96,14 96,34

juli dag 7,81 7,81 10,66 10,66 229,92 229,72 115,84 115,74

juli nacht 3,22 3,18 0,72 0,70 173,36 173,43 87,34 87,38

augustus dag 9,04 9,03 7,03 7,01 268,54 268,79 135,30 135,42

augustus nacht 3,56 3,53 0,28 0,26 198,45 198,23 99,98 99,87

september dag 11,01 11,02 4,14 4,12 276,92 276,91 139,52 139,51

september nacht 5,52 5,48 0,06 0,05 202,27 202,10 101,91 101,82

oktober dag 10,45 10,44 2,47 2,46 290,66 290,96 146,44 146,59

oktober nacht 6,32 6,32 0,00 0,00 205,97 206,13 103,77 103,85

november dag 12,95 12,95 1,97 1,95 317,40 317,59 159,91 160,01

november nacht 12,32 12,33 0,00 0,00 212,43 212,72 107,03 107,17

87

december dag 13,67 13,66 0,63 0,62 316,26 316,13 159,34 159,27

december nacht 13,22 13,25 0,00 0,00 215,57 215,49 108,61 108,57

tabel 0.2 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 24 time slices. Alle waarden in MW

12 time slices

Wind LEAP Wind

EnergyPLAN

Zon LEAP Zon

EnergyPLAN

Gas LEAP Gas

EnergyPLAN

Biomassa

LEAP

Biomassa

EnergyPLAN

januari 13,29 13,26 0,45 0,44 289,89 290,35 146,05 146,28

februari 12,65 12,67 1,38 1,37 286,92 286,91 144,55 144,55

maart 10,02 10,01 2,76 2,74 276,77 276,66 139,44 139,39

april 9,39 9,40 4,01 3,99 242,55 242,38 122,2 122,12

mei 9,24 9,23 7,2 7,21 234,3 234,23 118,04 118,01

juni 8,01 8,01 5,75 5,74 229,06 229,15 115,41 115,45

juli 6,09 6,07 6,93 6,93 208,73 208,61 105,16 105,10

augustus 6,99 6,97 4,5 4,48 242,28 242,33 122,07 122,09

september 8,92 8,94 2,61 2,60 248,97 248,85 125,44 125,38

oktober 8,9 8,90 1,54 1,54 258,93 259,15 130,45 130,57

november 12,74 12,72 1,23 1,22 278,05 278,26 140,09 140,19

december 13,5 13,51 0,39 0,38 278,84 278,39 140,49 140,26

tabel 0.3 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 12 time slices. Alle waarden in MW

8 Time slices

Wind LEAP Wind

EnergyPLAN

Zon LEAP Zon

EnergyPLAN

Gas LEAP Gas

EnergyPLAN

Biomassa

LEAP

Biomassa

EnergyPLAN

Kwart 1 dag 12,85 12,83 2,44 2,42 318,98 318,99 160,71 160,71

Kwart 1 nacht 10,51 10,52 0,03 0,02 227,20 227,25 114,47 114,49

Kwart 2 dag 10,29 10,30 8,77 8,76 258,65 258,62 130,31 130,30

88

Kwart 2 dag 6,52 6,53 0,51 0,50 196,28 196,29 98,89 98,90

Kwart 3 dag 9,27 9,27 7,31 7,30 258,37 258,27 130,17 130,12

Kwart 3 nacht 4,08 4,05 0,36 0,34 191,04 191,14 96,25 96,30

Kwart 4 dag 12,35 12,35 1,69 1,67 308,13 308,13 155,24 155,24

Kwart 4 nacht 10,61 10,61 0,00 0,00 211,39 211,43 106,50 106,52

tabel 0.4 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 8 time slices. Alle waarden in MW

4 Time slices

Wind LEAP Wind

EnergyPLAN

Zon LEAP Zon

EnergyPLAN

Gas LEAP Gas

EnergyPLAN

Biomassa

LEAP

Biomassa

EnergyPLAN

Kwart 1 11,97 11,96 1,32 1,52 284,75 284,59 143,46 143,38

Kwart 2 8,88 8,88 4,89 5,66 235,73 235,24 118,77 118,52

Kwart 3 7,32 7,31 4,06 4,69 233,50 233,10 117,64 117,44

Kwart 4 11,70 11,70 0,91 1,05 272,00 271,87 137,04 136,97

tabel 0.5 Resultaat van vergelijking vereenvoudigd energiesysteem stad Gent per productietechnologie met 4 time slices. Alle waarden in MW

D. Resultaten vergelijking LEAP en EnergyPLAN fictief energiesysteem

Steg LEAP Steg EnergyPLAN Wind LEAP Wind EnergyPLAN Zon LEAP Zon EnergyPLAN

januari 50 43,63 15,75 15,72 0,8 0,78

februari 50 45,14 14,98 15,00 2,43 2,41

maart 50 44,60 11,87 11,87 4,86 4,85

april 42,65 40,07 11,13 11,11 7,06 7,06

mei 36,09 35,45 10,95 10,94 12,68 12,68

juni 38,85 37,97 9,48 9,48 10,13 10,12

juli 35,31 34,87 7,21 7,19 12,21 12,19

augustus 44,35 42,08 8,28 8,26 7,92 7,92

september 46,6 42,83 10,57 10,60 4,59 4,58

89

oktober 50 44,68 10,55 10,54 2,72 2,71

november 49,99 42,87 15,1 15,07 2,17 2,16

december 50 43,18 16 16,01 0,69 0,69

tabel 0.6 Resultaat van vergelijking fictief energiesysteem per productietechnologie. Alle waarden in MW

Variabele vraag LEAP Variabele vraag EnergyPLAN Vaste vraag LEAP Vaste vraag EnergyPLAN

januari 53,54 53,61 15,81 16

februari 53,04 53,06 15,8 16

maart 51,08 51,04 15,81 16

april 45,02 44,99 15,82 16

mei 43,91 43,89 15,81 16

juni 42,65 42,65 15,82 16

juli 38,92 38,87 15,81 16

augustus 44,75 44,78 15,81 16

september 45,95 45,92 15,82 16

oktober 47,6 47,64 15,81 16

november 51,45 51,48 15,82 16

december 51,58 51,49 15,81 16

tabel 0.7 Resultaat vergelijking fictief energiesysteem vraag. Alle waarden in MW

90

E. Gebruikte distributies In deze paragraaf worden de gebruikte time slices grafisch weergegeven; eerst de jaarlijkse distributie, daarna de verdeling in 24 time slices. Alle jaarlijkse distributies zijn afkomstig van de installatiefiles van EnergyPLAN. Vanwaar ze afkomstig zijn, uit welk jaar is niet te achterhalen.

1. Elektriciteit

De gebruikte elektrische distributie heet ‘Aalborg El 2007’. De titel van dit bestand verraadt de plaats vanwaar de metingen komen en het jaartal.

2. Warmte De gebruikte warmte distributie heet ‘Hour_indv-heat-100procent’. Hier vallen een aantal koude periodes op, die pieken uiten zich in de warmtevraag. Verder is er ook een periode kunstmatig recht getrokken.

91

3. Transport De gebruikte transport distributie heet ‘Hour_US2001_transportation’. Er valt op dat deze distributie een kunstmatig geconstrueerde schatting is.

92

4. Wind De gebruikte distributie voor wind heet ‘Hour_wind_1’. Waar de metingen vandaan komen is niet duidelijk, alsook over welk jaar het gaat.

93

5. Zon De gebruikte distributie voor beschikbaar vermogen uit zon heet ‘DK-solar-01’. Waar de metingen vandaan komen is niet duidelijk, alsook over welk jaar het gaat.