Ritmes, de hartslag van de Stad

In de energietransitie naar circulaire wijken van de toekomst zullen opslagsystemen en cascaderen een grote rol gaan spelen om met duurzame technologieën aan de slag te gaan. Deze conclusie van mijn onderzoek ontstond door ArenApoort West liggend in Amsterdam centraal te stellen in mijn onderzoek. Het is een gebied dat enorm in transitie is en wilt zich in korte tijd ontwikkelen tot een hoogstedelijk gebied. Een zeer belangrijke vraag is of in de grote ambities van deze transformatie ook de verschillende duurzaamheidsambities en in het bijzonder de energietransitie kunnen worden meegenomen. Actoren (nutsbedrijven) uit Amsterdam hebben de handen ineengeslagen om dit Amsterdam breed te onderzoeken en hebben in een Co-Creatie traject ArenApoort West aangemerkt als een kans hebbend casegebied.

Veelvuldig terugkomend in dit co-creatie traject was de vraag wat de kansen en uitdagingen zijn van het koppelen van de ondergrondse infrastructuren van de stedelijke water- en energiestromen, waarbij rekening moet worden gehouden met de ritmes die deze stromen kenmerken. Dit onderzoek is een product van dit traject, waarin de vraagtekens rond een concrete koppelkans uitvoerig zijn uitgewerkt. Het onderzoek is uitgevoerd aan de hand van een half jaar passieve deelname aan het co-creatie traject, aangevuld met een serie semigestructureerde interviews met verschillende specialisten uit de organisaties die aan dit traject meedoen en documentenanalyses.

Het beeld wat is ontstaan is dat het stedelijk metabolisme van ArenAPoort West bestaat uit een grote hoeveelheid aan stromen met elk hun eigen kenmerk en ondergrondse infrastructuur. Daarnaast is er een onderscheid aan te wijzen tussen centrale- en decentrale infrastructuur. De centrale energiestromen worden onderverdeeld in elektriciteitsstromen, gasstromen en warmtestromen. De centrale waterstromen worden onderverdeeld in drinkwaterstromen, afvalwaterstromen en hemelwaterstromen. Elk van deze stromen heeft specifieke kenmerken en stromen dikwijls door ondergrondse infrastructuur die bestaat uit een distributienetwerk van en naar gebouwen door kabels, leidingen en riolering die worden gedimensioneerd op de piekbelasting. Op deze manier kan er altijd aan elk vraagscenario (piekbelasting) van de eindgebruiker worden voldaan. Echter is er ook sprake van decentrale toepassingen, waarbij lokaal energie wordt opgewekt of wordt hergebruikt. Onder andere de ArenA wekt haar eigen elektriciteit op door een groot aantal zonnepanelen en maakt gebruik van het stadswarmte- en koudenet van Nuon. En het AFAS Live popgebouw zamelt mannenurine apart in, zodat er fosfaat uit kan worden teruggewonnen wat kan worden gebruikt als kunstmest.

Elk van de eerder benoemde energie- en waterstromen die op dit moment door ArenAPoort West stromen, hebben elk hun eigen ritme op het gebied van productie en consumptie. Het nadenken over ritmes was tot op heden ongebruikelijk, gezien de vrijwel oneindige toegang tot het aanbod (productie) van elektriciteit, warmte (gas) en water in de huidige conventionele situatie. Echter zal men door de energietransitie in toenemende mate afhankelijker worden van duurzame bronnen, waardoor de vrijwel oneindige beschikbaarheid van bronnen wegvalt. Dit betekent dat de ritmes van productie en consumptie, waarbij specifiek wordt gekeken naar piekbelasting en ondercapaciteit, sterker in beeld komen.

De ritmes van de energie- en waterstromen worden bepaald door verschillende contextuele en sociale factoren. Aangezien er in ArenAPoort West een unieke mix van functies bestaat, is er ook een grote verscheidenheid aan gebruiksritmes. Wanneer deze ritmes worden gesynchroniseerd ontstaat er een gemiddelde die lijkt op de rest van Amsterdam. Het klassieke ritme heeft een ochtend en een middag piek en de hoogte van de pieken wordt sterk beïnvloed door de verschillen in vraag over de seizoenen, zoals piekbelasting dat in de wintermaanden hoger is dan in zomermaanden omdat gebouwen dan moeten worden verwarmd. Hierdoor moet er slimmer met deze piekbelastingen worden omgegaan, zodat duurzame alternatieven kunnen worden geïmplementeerd.

Het onderzoek heeft aangetoond dat het fysiek 1 op 1 koppelen van de verschillende stromen een vrijwel onmogelijke opgave is door de verschillen in ritmes in termen van piekbelasting over de seizoenen. Hierdoor komt elke vorm van opslag in beeld, zodat de koppelkansen tussen de verschillende stromen genomen kunnen worden. Het is van essentieel belang om de bodem als buffermogelijkheid te gebruiken en om water als opslagcapaciteit te gebruiken. Bijvoorbeeld door warmte in de zomer op te slaan, zodat deze in de winter kan worden gebruikt. Warmte- koude opslagsystemen kunnen op dergelijke wijze warmte opslaan en zijn implementeerbaar op individueel en collectief schaalniveau (in netwerken). Randvoorwaarde is dat deze systemen een jaarlijkse balans moeten hebben. Echter zijn er genoeg reststromen in ArenAPoort West te benoemen die op een netwerk kan worden aangesloten, zodat de jaarlijkse balans wordt gewaarborgd, zoals de restwarmte van datacenters.

Daarnaast kan er slimmer met de piekbelastingen op de infrastructuur worden omgegaan door gebruik te maken van het cascaderen van stromen. Het cascaderen van stromen zorgt ervoor dat de kenmerken van een bepaalde stroom worden gekoppeld aan een bepaalde behoefte. Bijvoorbeeld door Hoog Temperatuur warmte op meerdere functies toe te passen wanneer de temperatuur van deze stroom daalt of het vasthouden van afvalwater totdat de centrale infrastructuur hiervoor genoeg capaciteit heeft. Op deze manier wordt er slimmer met de huidige capaciteit van de conventionele infrastructuur omgegaan.

Echter is na het benoemen van deze koppelkansen nog een lange weg te gaan. Het koppelen van deze stromen in systeemintegratie zal leiden tot substantiële uitdagingen, bijvoorbeeld (I) op het gebied van ruimtegebruik in de ondergrond en andere uitdagingen, zoals het (II) gebrek aan afstemming op het gebied van werkzaamheden en investeringen veroorzaakt door een sterke versnippering aan belangen van publieke en private actoren. Alsmede uitdagingen veroorzaakt door (III) financiële barrières, zoals dat de energietransitie veel geld gaat kosten of (IV) het tegenhouden van nieuwe samenwerkingsvormen door de huidige wet en regelgeving.

Hierdoor zullen er nieuwesamenwerkingsvormen moeten ontstaan met nieuwe governance-arrangementen. Indeze samenwerkingsvormen worden deelbelangen erkend, maar moet worden gezochtnaar het maatschappelijk belang met de randvoorwaarde dat de betrokken partijenook hun eigen doelen kunnen blijven realiseren. Daarnaast moeten er nieuwefinanciële en beheersmatige prototypen worden ontwikkeld voor eennutsinfrastructuur die wordt gekenmerkt door buffercapaciteit. Individuen encollectieven moeten de mogelijkheid blijven houden om toegang te hebben totstedelijke energie- en waterstromen, waar zij tegelijkertijd aan kunnen terugleveren. Dergelijke systemen moeten worden ontwikkeld door integraleontwerpteams met vertegenwoordigers uit alle betrokken partijen, metgeïntegreerde budgetten, mandaat en met gedeelde kennis, zodat het verzuildedenken opzij wordt gezet. Op deze manier kunnen samenwerkingen ontstaan dierijken van operationeel tot directieniveau. Deze nieuwe samenwerkingsvormenzijn benodigd om de klimaatdoelstellingen te halen.

Ian Minnes