Je leest:

Stad van de zon

Stad van de zon

Auteur: | 29 oktober 1999

Business as usual, dat was het startpunt: de stadswijk bouwen zoals dat normaal gebeurt. In dat geval blaast de wijk jaarlijks 6820 ton van het broeikasgas CO2 de lucht in. Door op grote schaal duurzame-energietechniek toe te passen kan die hoeveelheid omlaag. Naar nul, om precies te zijn.

Update

Op 23 september 2009 werd de Stad van de Zon officieel overgedragen aan de buurtbewoners. Er zijn 25.000 zonnecollectoren geplaatst, met nog 5.000 te gaan. Ook moeten er nog 3 windturbines aan de wijk worden toegevoegd. Dan is de wijk volgens de gemeente Heerhugowaard volledig CO2-neutraal.

In het midden van Noord-Holland liggen de gemeenten Heerhugowaard, Alkmaar en Langedijk. Daar verrezen rond het jaar 2005 tienduizend woningen. Elk van de gemeenten breidt uit, elk van de nieuwe wijken krijgt een eigen milieukarakter. De wijk in Heerhugowaard gaat de naam Stad van de Zon dragen. De Zon is alomtegenwoordig in het ontwerp – de gehele stad biedt een aanblik van serres, zonnecollectoren en zonnepanelen. De Zon is symbool, maar de Zon is meer dan symbool. De Stad van de Zon gaat draaien op duurzame energie, op een schaal die nergens ter wereld eerder is toegepast. De belangrijkste energiebehoefte van de Stad van de Zon wordt ingelost door zonnecellen met een gezamenlijk vermogen van bijna vier megawatt. De doelstelling is dat de Stad van de Zon emissie-neutraal is. De stad voorziet volledig in zijn energiebehoefte zonder dat hij koolstofdioxide uitstoot.

Het unieke van het project zit niet in revolutionair nieuwe technieken. Zonnecellen, zonneboilers, warmtekrachtkoppeling en andere duurzame technieken bestaan al. De Stad van de Zon zal daaraan niets toevoegen. Het unieke zit in de schaal. Een gezamenlijk vermogen van vijf megawatt aan zonnecellen (vier in de Stad van de Zon, een megawatt in Alkmaar) is nergens ter wereld ooit toegepast. Woningen, lantaarnpalen, geluidswallen – overal komen zonnecellen. De meeste energie komt linea recta van de Zon. In de rest van de energiebehoefte wordt zo zuinig, zo duurzaam, zo efficiënt mogelijk voorzien. Een complete woonwijk verwarmt, doucht, wast, kookt, recreëert en sport zonder dat ook maar een enkel CO2-molecuul bijdraagt aan de broeikas van de Aarde.

6.820.000 kg

De Stad van de Zon telt straks veertienhonderd woningen en nog wat extra voorzieningen zoals een supermarkt, sportvelden en een school. Zonder emissiebeperkende maatregelen, zo berekende TNO, stoot de wijk 6820 ton koolstofdioxide per jaar uit. Bouwen volgens business as usual levert een wijk die jaarlijks 6.820.000 kilogram CO2 produceert – de doelstelling is nul, niets, niet één molecuul. Een ambitieuze gemeente die 6820 ton CO2 weg wil moffelen, heeft deskundigen nodig.

De trias energetica is de leidraad die elke duurzame ambtenaar boven zijn bed heeft hangen. De trias energetica vertelt in weinig woorden hoe je veel CO2 kwijtraakt. Stap één: zorg ervoor dat de stadswijk zo weinig mogelijk warmte en elektriciteit nodig heeft. Ben zuinig en isoleer. Stap twee: zorg dat de benodigde energie zoveel mogelijk uit duurzame bronnen komt. Gebruik zonnecellen, zonneboilers en windmolens waar dat maar enigszins kan.

Stap drie: wek het restant van de benodigde energie op met conventionele bronnen (fossiele brandstoffen), maar doe dat zo zuinig en efficiënt mogelijk.

Nog 4.960.000 kg

Business as usual voor de Stad van de Zon betekent een jaarlijkse vraag van 2,34 miljoen kubieke meter aardgas en 6,70 miljoen kilowattuur elektriciteit. TNO hanteert een vaste omrekeningsfactor om te becijferen hoeveel CO2 dit oplevert – 6820 ton. De eerste stap in het duurzame scenario is het beperken van de energievraag met tal van elektriciteitsbesparende maatregelen en met het reduceren van de warmtebehoefte. Maak daarnaast gebruik van passieve zonne-energie.

De plaatsing, richting en bouw van de woningen is dusdanig dat ze zoveel mogelijk van de invallende zonnewarmte gebruik maken; we zitten al in stap twee van de trias energetica. De CO2-uitstoot neemt zo al met 27% af. Dat scheelt een slok op een borrel – nog 4960 ton te gaan.

Nog 4.160.000 kg

Water, recreatiegebieden en bos omzomen de Stad van de Zon. Van de 1400 woningen die de stad telt, liggen er zeshonderd in een centraal, compact cluster. De warmtevraag van dit cluster is relatief laag, omdat de woningen dicht bij elkaar komen te staan. Bovendien leent de compacte opzet zich goed voor een gecentraliseerde warmteproductie. De techniek hiervoor is warmtekrachtkoppeling en maakt onderdeel uit van de derde stap in de trias energetica: zo efficiënt en zuinig mogelijk energie opwekken.

Bij het opwekken van elektriciteit komt warmte vrij, die je niet de lucht in hoeft te blazen maar kunt gebruiken om woningen te verwarmen. Het centrale woningcluster van de Stad van de Zon krijgt een warmtedistributienet dat zijn warm water van een warmtekrachtcentrale haalt. Een warmtekrachtcentrale wekt elektriciteit op en vangt de daarbij vrijkomende warmte op. De warmte voedt zowel de verwarming als de warmwaterkraan van de woningen.

In de energiebehoefte van het centrale cluster van woningen is daarmee gedeeltelijk voorzien. De rest van de woningen bevindt zich buiten het centrum van de Stad van de Zon, waar de bebouwing veel ruimer van opzet is. Zo’n bebouwing leent zich niet goed voor een warmtedistributienet. De warmwaterbehoefte van de woningen moet dus decentraal worden geregeld.

Dat kan met zonneboilers: elke woning krijgt er een. Een zonneboiler is een buizenstelsel in het dak van de woning. De Zon verwarmt het water dat door de buizen stroomt. Al werken zonneboilers in het koude Nederland lang niet altijd optimaal, toch voorzien ze in de helft van de warmtebehoefte van de woningen. Dat is echt duurzame energie; er komt geen CO2-molecuul bij kijken en de bron valt nooit droog. Dat is stap twee van de trias energetica.

Schema van een zonneboiler.
Milieu Centraal

Zonneboilers

Een zonneboiler is bijna te simpel om waar te zijn. De zonneboiler bestaat uit een donker geverfd buizenstelsel afgedekt met een glasplaat, dat zonlicht opvangt. De Zon verwarmt het water dat door de buizen stroomt. Als de Zon flink schijnt, kan de temperatuur van het water oplopen tot 90 ºC. Het buizenstelsel (de zonnecollector) krijgt een plaats waar de Zon er goed bij kan, bij voorkeur op het dak van een huis. Een goed geïsoleerd voorraadvat (de boiler) slaat het warme water op als de vraag naar warm water lager is dan het aanbod.

Een zonneboiler werkt zelfs in de winter, wanneer de Zon maar een paar uur per dag schijnt. Bij weinig of geen zonlicht is de watertemperatuur te laag, zodat naverwarming nodig is. Daarvoor zorgt bijvoorbeeld een geiser. In een duurzame wijk als de Stad van de Zon natuurlijk niet; daar brengt een warmtepomp het water van de zonneboiler op de gewenste temperatuur. Een zonneboiler met een collectoroppervlak van drie vierkante meter is voldoende voor ongeveer de helft van het warme kraanwater van een gemiddeld huishouden.

Nog 2.960.000 kg

Hoe ver zijn we? TNO berekent dat de warmtekrachtkoppeling en de zonneboilers een emissiereductie van 800 ton CO2 opleveren. Erg hard gaat dat niet, maar we hebben nog geen zonnecellen gebruikt. De grote klap is het inschakelen van zonnecellen voor de complete elektriciteitsbehoefte van álle woningen buiten het centrale cluster. Die behoefte is drieduizend kilowattuur. Dat staat gelijk aan 30.000 vierkante meter zonnecellen en geen CO2. Dat scheelt fors, maar er is nog steeds 2960 ton CO2 over.

Schema van een warmtepomp.
Milieu Centraal

Warmtepompen

Een koelkast is een warmtepomp die warmte van binnen naar buiten pompt. Dat proces kun je omdraaien door warmte van de koudere omgeving naar de warmere woning te pompen.

De pomp gebruikt een vloeistof als transportmiddel voor de warmte. Buiten, in contact met de omgevingstemperatuur, verdampt de vloeistof. In het verdampen onttrekt de vloeistof energie aan de omgeving. Een compressor perst vervolgens de damp samen, waardoor de temperatuur stijgt. Het samenpersen kost energie. De laatste stap is de damp, die nu een hogere temperatuur heeft, te laten condenseren. Het transportmiddel geeft de extra energie dan weer af, maar nu bijvoorbeeld aan een warmwatercircuit.

Het zinvolle van een warmtepomp komt tot uiting in het rendement: dat is hoger dan 100%. De energie die een warmtepomp vraagt om te draaien, komt volledig beschikbaar als warmte, terwijl de pomp daarnaast extra warmte uit de omgeving slorpt. Samen komt er dus meer energie uit dan je er daadwerkelijk in stopt. Daarbij tel je de energie uit de omgeving niet mee, omdat die gratis beschikbaar is.

Nog 2.680.000 kg

Om daar een gat in te slaan, trekken we een volgende techniek uit de kast: warmtepompen. Een warmtepomp onttrekt energie uit de omgeving en pompt die naar de woningen. Dat gaat dwars tegen de tweede hoofdwet van de thermodynamica in, want die zegt dat warmte van heet naar koud stroomt. Je betaalt een prijs om tegen de natuurwetten in te gaan – het pompen kost dan ook energie, die hier natuurlijk van de warmtekrachtcentrale komt.

Het kost echter minder energie om een zekere hoeveelheid warmte aan de omgeving te onttrekken, dan om diezelfde hoeveelheid warmte zelf te produceren. De inzet van warmtepompen voorziet in de overblijvende helft van de warmtebehoefte van de woningen buiten het centrale cluster van de Stad van de Zon.

We maken de energiebalans op. De resterende CO2-emissie bedraagt 2680 ton en komt uit de aardgasverbranding van de warmtekrachtcentrale (844.000 kubieke meter gas per jaar), de elektriciteitsvraag van de warmtepompen (1830 MWh) en het verbruik van het verkeer in de wijk.

Kwantumkorting

Drie dingen: we moeten nog 2680 ton CO2 wegtoveren, het ziet er niet uit met al die zonnecellen en wie gaat dat betalen? Wat betreft dat laatste: duurzame energie heeft een prijskaartje.

De meerprijs om van de Stad van de Zon een emissie-neutrale wijk te maken, bedraagt honderd miljoen gulden (twee miljard Bfr.). Toch is het streven dat de toekomstige bewoners niet meer gaan betalen dan de Heerhugowaarders zonder zonnepanelen op hun dak. De financiering van het project is echter nog niet rond. De provincie Noord-Holland betaalt in ieder geval tien miljoen gulden.

Ook het Ministerie van Economische Zaken levert via de Novem, de Nederlandse Onderneming voor Energie en Milieu, een forse financiële injectie. Verder betaalt het energiebedrijf ENW mee, zijn er allerhande fiscale regelingen, zijn er groene hypotheken en probeert men kwantumkorting voor 50.000 vierkante meter zonnecellen los te peuteren. De hoop is dat het volledige bedrag zich op deze manier bijeen laat sprokkelen.

Fraai stadsbeeld

En de esthetische kant? Hoe verenig je zo’n hoeveelheid zonnecellen met een fraai stadsbeeld? Daar zijn stedenbouwkundigen voor. De geestelijke vader van het ontwerp is Ashok Bhalotra, een spraakmakend stedenbouwkundige die bekend is van de Amersfoortse wijk Kattenbroek.

Met Kattenbroek lukte het Bhalotra om het onderwerp ruimtelijke ordening in de krant te krijgen, in plaats van alleen in de vakbladen. Bhalotra ontwerpt vanuit een verhaal, vanuit de woorden die aan een wijk ten grondslag liggen. In zijn ontwerp van de Stad van de Zon is dat direct terug te zien – de opzet van de wijk, de serres en de zonnepanelen zijn geïntegreerd tot een fraai beeld waarin de Zon een symbolische functie vervult en bovendien voor de energie zorgt zonder dat er CO2 bij komt kijken.

Emissie-neutraal

Zover zijn we echter nog niet, want er resteert nog 2680 ton CO2. De schap met duurzame technieken biedt daartoe nog mogelijkheden. Er is een optie die zo voor de hand ligt dat je er niet aan denkt: bos. Rondom de Stad van de Zon komt honderd hectare bos, dat naar schatting jaarlijks 300 ton CO2 opneemt. Nog een optie is om een aantal windturbines de benodigde elektriciteit op te laten wekken.

Aan het plaatsen van windturbines in een bebouwde omgeving kleven echter nogal wat nadelen. Als alternatief denkt Heerhugowaard aan brandstofcellen. Die zouden de warmtekrachtcentrale kunnen vervangen.

Brandstofcellen zetten aardgas om in elektriciteit en warmte, zonder dat er een vlam aan te pas komt. Nog een stap verder in de toekomst ligt de mogelijkheid om het aardgas te vervangen door waterstof. Die reageert in brandstofcellen met zuurstof en levert zo energie en een volstrekt onschadelijk reactieproduct: gewoon water. Brandstofcellen hebben echter het stadium van de echte toepassingen nog niet bereikt.

Heerhugowaard is hard op weg om het begrip ‘Stad van de Zon’ een nieuwe associatie te verlenen. Niet die van de 17e-eeuwse utopie van de Italiaan Tommaso Campanella, wiens fascistoïde Stad van de Zon een samenleving zonder individuele vrijheid was; ook niet die van een reclameslogan voor een Zuid-Franse bakplaats op welks stranden dames op leeftijd hun DNA-schade minimaliseren met dagelijkse porties zonnebrandcrème – nee, het is de associatie van een noordelijk leefgebied waar ondanks een regenachtig klimaat de Zon de belangrijkste leverancier is van die natuurkundige grootheid die in onze maatschappij zo’n essentiële rol speelt: energie

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 29 oktober 1999

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.