In deze taak gaan we dieper in op de 4e generatie van stadsenergie en nemen we de basisprincipes achter deze duurzame systemen door. Stadsenergie levert all sinds het einde van de 19e eeuw betrouwbare en kostenefficiënte energie. Tegenwoordig is de gecentraliseerde productie van warm en gekoeld water één van de sleutels tot het oplossen van de uitdagingen die de snelle verstedelijking en klimaatverandering veroorzaken.

Stadsenergie ontwikkelt zich echter steeds verder, en intensief onderzoek heeft geleid tot zog. 4e generatie stadsenergie – een innovatief energie-ecosysteem dat grote mogelijkheden biedt. Maar wat onderscheidt deze nieuwe generatie van de huidige? Het meest belangrijk kenmerk van 4e generatie stadsverwarmingssystemen is de lage temperatuur van het voedingswater. Naarmate gebouwen energiezuiniger worden wordt het mogelijk om te temperatuur van het water significant te verminderen zonder in te leveren op het comfort van de consument.

Op dit moment is voedingswater veelal 90°C, maar om het warmteverlies te verminderen kan in systemen van de 4e generatie de temperatuur tot wel 50°C worden verlaagd. Dit geldt ook voor stadskoeling, alleen wordt daarbij de debiettemperatuur verhoogd van ongeveer 6° tot wel 12°. Deze nieuwe kijk op watertemperatuur heeft een aantal logische voordelen: - Ten eerste is er minder energie nodig om het water te verhitten of te koelen wat de kosten en de CO2-uitstoot verlaagt. - Ten tweede gaat er in het distributienetwerk minder energie verloren als thermisch verlies via de leidingen. - En ten derde worden de leidingen aan veel minder stress onderworpen wat lekkages voorkomt en de levensduur van het systeem verlengt.

Maar er is nog een belangrijk voordeel: Het gebruik van voedingswater met lage temperatuur in stadsverwarming stelt de stadsverwarmingsinstallatie in staat om een groter aandeel energie te gebruiken uit duurzame bronnen, inclusief bronnen met lage temperatuur, zoals geothermische energie. Daarnaast verhoogt het de efficiëntie van zonnecollectoren, windenergie, en overtollige warmte uit industriële processen. Zo kunnen installaties gebruik maken van een mix van lokaal beschikbare bronnen om bij te dragen aan een duurzame productie. 4e generatie stadsenergie-installaties hebben straks ook de mogelijkheid om overtollige energie langdurig op te slaan.

Seizoensgebonden opslag in grote, zwaar geïsoleerde ondergrondse putten maakt het voor de centrales mogelijk om bijvoorbeeld tijdens de zomer zonne-energie te verzamelen en hier in de winter huizen mee te verwarmen. Het gebruik van energie die anders verloren zou gaan is een belangrijk aspect van het verbeteren van de duurzaamheid in de sector. Ook interessant in de 4e generatie van stadsverwarming is het concept van de prosument. Een prosument is een energieconsument die ook bijdraagt aan de productie van energie, door bijvoorbeeld energie uit een net te gebruiken, en vervolgens weer energie aan hetzelfde net te leveren.

Eén manier om prosumenten te creëren is zonnepanelen installeren op gebouwen of de overtollige warmte van kleinschalige gebruikers te gebruiken. De integratie van prosumenten zal de totale groene-energieproductie verhogen zonder de CO2-voetafdruk te vergroten, en vermindert de energiekosten voor de consument. Ofschoon dit alles grote mogelijkheden biedt om het wereldwijde energieverbruik te verminderen, liggen er ook uitdagingen. Het verlagen van de voedingswater- temperatuur leidt bijvoorbeeld tot een lagere delta T. Met een lagere delta T ontstaat het risico dat de gebruikers aan de uiteinden van het systeem niet de minimale verschildruk geleverd krijgen tenzij de centrales de druk aan de toevoerzijde verhogen.

Deze uitdaging kan echter worden opgelost met de principes van dynamische stadsenergie: In plaats van uit te gaan van één zware toevoerpomp in de centrale gebruikt dynamische stadsenergie een verzameling aan pompen op de weg naar de gebruiker. Daardoor kunnen de pompen veel langzamer draaien, wat energie bespaart. Door pompen met toerenregeling te gebruiken voor de toevoer naar kleinere delen van het netwerk kan het systeem zich ook aanpassen aan de geldende vraag in plaats van altijd op volle toeren te draaien. Draaien op volle toeren kan leiden tot verlaagde druk in het netwerk wat het risico op lekkages verhoogt.

Dus, samenvattend: 4e generatie stadsverwarming levert warm water met een lagere temperatuur en gekoeld water met een hogere temperatuur aan energiezuinige gebouwen. Dit vermindert het verbruik en verspilling van energie en zorgt voor een langere systeemlevensduur en meer brandstofflexibiliteit. Duurzame energiebronnen, seizoensgebonden opslag, prosumenten, en het strategisch toepassen van pompen met toerenregeling dragen er allemaal aan bij dat 4e generatie stadsverwarming een werkbare oplossing is voor de grote energie-uitdagingen van de 21e eeuw.