Digital Twin WarmteStad. Verduurzaming warmtenet Groningen met zonthermie, datacenter-warmte en seizoensopslag

Deze rapportage is een opbrengst van een demonstratieproject ‘Verduurzaming van de warmte-voorziening in de stad Groningen met zonthermie, datacenter-warmte en seizoensopslag’ van WarmteStad en KWR Water Research Institute. In de projectperiode van 2021 tot 2026 heeft WarmteStad de Warmtecentrale Zernike gebouwd en daarbij een multi-bronnenstrategie toegepast. De doelstelling is om warmte te leveren uit restwarmte van datacenters en zonthermie, overtollige duurzame warmte ondergronds op te slaan en een reductie te realiseren van CO2-emissie. Het project is door KWR Water Research Institute benut als ‘living lab’, waarbij parallel aan de bouw van de warmtecentrale een digital twin is opgesteld.

De Warmtecentrale Zernike vormt de schakel tussen duurzame warmtebronnen, seizoensopslag en de levering aan het warmtenet. De warmtecentrale is in 2022 in gebruik genomen, en daarna steeds verder uitgebreid en geoptimaliseerd. In de eerste jaren lag de nadruk op leveringszekerheid. De jaren daarna is vanuit deze basis gewerkt aan het toevoegen van assets, gericht op een groeiend aandeel restwarmte en hernieuwbare energie bij een groeiende warmtevraag.

Bij de uitwerking van de digital twin is een iteratief proces gevolgd van modelopzet, verwerken van monitoringsdata, validatie, scenariostudie en evaluatie, parallel aan de ontwikkeling van de warmtecentrale, waardoor parallel aan de ontwikkeling van de warmtecentrale de compleetheid van monitoringsgegevens is gecheckt, het functioneren van individuele assets is geëvalueerd en de regeling en inzetstrategie meermaals is besproken. De verkenningen met de digital twin geven een beeld van het functioneren van de warmtecentrale tot 2030. De resultaten bieden zicht op een dalend aandeel in de warmtelevering van de gasketels en een groeiende inzet van duurzame warmte.

De rol van de seizoensopslag is in de scenariostudie geëvalueerd. In de situatie met een groeiscenario in vraag en aanbod, blijkt dat de seizoensopslag bijdraagt aan optimale benutting van duurzame bronnen op jaarbasis, maar ook een systeemfunctie heeft voor de langere termijn. Bij groeiende vraag en aanbod kan de seizoensopslag een bufferfunctie vervullen in de multi-bronnenstrategie, en zo fluctuaties en onzekerheden in het groeiscenario kan opvangen.

Bij de multi-bronnenstrategie van WarmteStad is als doelstelling gesteld om een cumulatieve reductie te realiseren van 15,7 kton CO2-emissie in de eerste vijf jaar van de warmtecentrale. Volgens de duurzaamheidsrapportages van WarmteStad is in de periode 2023-2025 een totaal van 3,1 kton CO2-emissiereductie bereikt. Op basis van de resultaten van de digital twin is de verwachting dat de beoogde totale reductie van 15,7 kton CO2-emissie bereikt wordt in 2028 of 2029. Dit is binnen 5 à 6 jaar na ingebruikname van de warmtecentrale, afhankelijk van de gerealiseerde warmtevraag en groei in beschikbare duurzame bronnen.

Het demonstratieproject heeft de mogelijkheid aangetoond om met een multi-bronnenstrategie bij een warmtenet met een groeiend aantal afnemers, stapsgewijs toe te werken naar een groeiende inzet van duurzame bronnen, wat leidt tot een steeds grotere emissiereductie.

Bij dit rapport hoort een webrapportage: https://warmtestad.kwrwater.nl
De webrapportage bevat een dashboard met interactieve grafieken van de meetgegevens van WarmteStad en de berekende scenario’s met de digital twin.