Kennisplatform lokaal duurzaam opgewekt

Balanceren met schone energie
Hugo Niesing

woe 10 april 2019
artikel

De momenten dat we de meeste energie gebruiken komt in veel huishoudens niet overeen met de momenten dat zij de meeste duurzame energie opwekken. Hoe kunnen we energieproductie en het verbruik daarvan beter met elkaar in balans brengen?

‘s Ochtends staan we op, nemen we een warme douche, zetten een kop koffie en vertrekken naar school of werk. Aan het eind van de dag komen we terug en beginnen onze huishoudelijke apparaten opnieuw te draaien. Momenten waar we misschien niet altijd bij stilstaan, maar het zijn de piekuren van onze energievraag. In de ochtend en de avonduren koken en wassen we, staan onze lichten aan en verwarmen of verkoelen we ons huis. Deels doen we dit elektrisch, deels met gas.
In de nabije toekomst zullen we echter van het gas af gaan. Er is een massale trend in de ontwikkeling van aardgasvrije wijken. Woningen worden voorzien van andere energie- en warmtebronnen om comfortabel te kunnen wonen. Dit heeft behoorlijk wat consequenties. Zo worden woningen niet alleen uitgerust met andere kooktoestellen, de gehele warmte- en energietoevoer zal veranderen. Hierbij wordt ingezet op een combinatie van stadswarmte en zonnepanelen. Voor de energievraag betekent dit dat deze zal toenemen tijdens de piekuren – terwijl er een aanbod aan zonne-energie is op andere momenten. Immers, tijdens de piekuren is het rendement van de zonnepanelen laag omdat dan de zon beperkt schijnt. We blijven dus afhankelijk van het reguliere elektriciteitsnet en daarmee afhankelijk van niet-duurzame energiebronnen. Ondanks de aardgasvrije huishoudens. Hoe kan dit anders? Hoe kunnen we onze ‘eigen energieconsumptie’ verhogen en de interactie met het net verminderen?
In samenwerking met de Universiteit Utrecht onderzoekt en ontwikkelt Resourcefully, adviesbureau in energietransitie, tools en maatregelen om deze vraag te beantwoorden. Wat begon met het inzichtelijk maken van energie-opwek en verbruik is uitgemond in een tool voor gemeenten om ondersteuning te bieden voor de ontwikkeling van een geoptimaliseerd energie-ontwerp voor wijken, waarin het elektriciteitsnet, het aantal zonne-panelen en het gebruik van de oplaadinfrastructuur voor elektrische auto’s op elkaar afgestemd worden.
Dit artikel gaat in op het Energie- en Mobiliteits Dashboard en het maximaliseren van de zelf-consumptie van schone energie via een geoptimaliseerd elektriciteitsnet, maar begint met wat het inzichtelijk maken van onze energiestromen kan betekenen voor het eigen energiegebruik en de uitleg van een flexibele elektriciteitsconsumptie.

Inzicht energiestromen

Het aanpassen van ons gebruik van energie op de piekmomenten is een kwestie van het verbruik managen en aanpassen aan de eigen productie van duurzame energie op het dak. Bewustwording bij de energiegebruikers is daarbij van belang. Als je niet weet wat je opwekt en verbruikt weet je ook niet wat je kan veranderen.
Het Oostelijk Havengebied in Amsterdam is een woonwijk waar potentieel veel zonne-energie installaties kunnen zijn – dit gebied is ook groot-deels aardgasvrij ontwikkeld. De huishoudens met zonnepanelen verzorgen een aanzienlijk deel van hun elektriciteitsbehoefte, maar een groot deel van de productie vindt plaats wanneer bewoners niet thuis zijn en de energievraag laag is. Het overschot aan opgewekte zonne-energie wordt dan geïnjecteerd in het elektriciteitsnet. Er wordt meer energie geproduceerd dan geconsumeerd. Hoe meer zonnepanelen, hoe groter het overschot en hoe meer energie er in het reguliere net gepompt wordt. Iets wat het net niet aankan als het elektriciteitsnet niet genoeg spanning heeft. Wanneer we slimmer en efficiënter omgaan met onze energie kan het overschot voor zelf-consumptie gebruikt worden en hoeft het niet het elektriciteitsnet in en belast dit het elektriciteitsnet ook niet.
In het Oostelijke Havengebied maken zevenentwintig huishoudens gebruik van een applicatie om hun energiestromen weer te geven. Op eenvoudige wijze kunnen zij zien hoeveel energie ze zelf opwekken met zonnepanelen, hoeveel ze hiervan zelf verbruiken en hoeveel zij injecteren in het elektriciteitsnet. Daarnaast kunnen zij zien hoeveel energie ze per huishoudelijk apparaat verbruiken. En, kan er geschakeld worden wanneer er een overschot is, bijvoorbeeld door de vaatwasser, boiler of wasmachine aan te zetten. Met deze inzichten kunnen bewoners waar mogelijk hun gedrag aanpassen. Buurvrouw A is bijvoorbeeld wél overdag thuis en zet nu haar wasmachine in de middag aan in plaats van de avonduren. Maar ook heeft zij gezien dat haar wasmachine een grootverbruiker was en heeft zij deze vervangen door een efficiënter en energiezuiniger exemplaar.

Flexibele elektriciteitsconsumptie

Maar met het verschuiven of verminderen van het gebruik van enkele huishoudelijke apparaten is een zonne-overschot nog niet verdwenen. Daarom wordt ook getest hoe het zonne-overschot toegepast kan worden op wijkniveau, bijvoorbeeld voor het elektrisch laden van auto’s of voor het gebruik van een warmtepomp.
Neem Bob, Bob heeft zonnepanelen op zijn dak liggen en heeft een elektrische auto. Op donderdagen werkt Bob altijd thuis en staat zijn auto geparkeerd voor de deur. Als Bob weet dat het morgen een zonnige dag gaat worden en hij weet hoeveel energie hij met zijn zonnepanelen op gaat wekken, kan Bob er bewust voor kiezen om zijn elektrische auto niet op woensdagavond op te laden, maar op donderdagmiddag.
Op deze manier hebben we te maken met een flexibele elektriciteitsconsumptie: de consumptie van elektriciteit vindt plaats op het moment dat er productie of overschot is van zonne-energie. En niet op het moment dat dit het individu het beste uitkomt. In bovenstaande voorbeelden reguleren bewoners dit zelf, maar met slimme technieken kan dit ook automatisch gereguleerd worden, waardoor de directe zonne-energie consumptie stijgt. Een combinatie van toepassing van slimme technieken, bewustwording en  mogelijkheden voor energieopslag worden we minder afhankelijk van het elektriciteitsnet.

Figuur 1

Figuur 2

Bovenstaande afbeeldingen tonen wat er gebeurt. In de eerste afbeelding is de energievraag zonder flexibele energieconsumptie weergegeven. De groei in zonne-energie creëert een energieproductiepiek tussen 10 en 16 uur. Terwijl de pieken in de energievraag tussen 7-9 en 17-20 zijn. Wanneer we flexibel omgaan met onze energieconsumptie (zelf of gereguleerd met behulp van slimme toepassingen of opslag) dan stijgt de energievraag tijdens de zonnepiekuren en vlakken de pieken in de ochtend- en avonduren af.

Geoptimaliseerd energie-ontwerp

Het maximaliseren van de zelf-consumptie van schone energie vraagt om een geoptimaliseerd elektriciteitsnet. Daar is een energie-ontwerp voor de gehele wijk voor nodig waarin inzicht wordt geboden in de hoeveelheid opgewekte zonne-energie, het eigen verbruik, het overschot en de hoeveelheid elektrische voertuigen.
Met die achterliggende gedachte ontwikkelde Resourcefully het Energie- & Mobiliteits Dashboard. Een tool die beoogt gemeenten te ondersteunen met beslissingen over de uitbreiding van de oplaadinfrastructuur, capaciteit van zonnepanelen en hoeveel regulier elektriciteitsnet er nodig is. Het doel van het dashboard is om aan te tonen wat de impact van de energiestroom van een moderne wijk is op het elektriciteitsnet zonder én met actieve besturing van verwarming, elektrisch opladen en wassen. Er kan op voorhand berekend worden wat de pieken in energie-import tijdens wintermaanden en de verwachte energie-export in de zomermaanden zullen zijn. Simpeler gezegd: hoeveel energie huishoudens in een wijk maximaal in de zomermaanden injecteren in het net en hoeveel energie diezelfde huishoudens in de wintermaanden maximaal vragen.

Werking Dashboard

Het dashboard bestaat uit twee onderdelen: de input voor de analyses en berekeningen en, daarnaast de visualisaties en voorspellingen. De input bestaat uit data van verschillende energiestromen: de zelfgeproduceerde elektriciteit – afhankelijk van het aantal zonnepanelen en het energieverbruik van huishoudens. Daarvan kan het verbruik worden opgesplitst in (1) huishoudelijk energieverbruik als wassen of koken en (2) energieverbruik voor verwarming, verkoeling of ventilatie en (3) het opladen van elektrische voertuigen.
In het dashboard kan gespeeld worden met deze parameters en de mate van flexibele energieprofielen. In een flexibel energieprofiel kan de dagelijkse vraag van verwarming of verkoeling verschuiven om zo het gebruik van zonne-energieproductie in de middaguren te maximaliseren. In een niet-flexibel energieprofiel vindt verwarming en verkoeling plaats op het moment dat het nodig is, een aan/uit principe.
Ook kan men variëren in het aantal zonnepanelen. Om te voldoen aan de BENG-eisen (Bijna Energie Neutrale Gebouwen) waar alle nieuwbouw vanaf 1 januari 2020 aan moet voldoen, is een minimale opwek per vierkant meter in een huis nodig. Met behulp van het dashboard kan gevarieerd worden tussen een minimaal en maximaal geïnstalleerd vermogen kWp in een buurt.
Er wordt een onderscheid gemaakt in een niet-flexibel en een flexibel profiel. In het niet-flexibele profiel begint elke EV (Electric Vehicle) meteen te laden wanneer hij ’s avonds thuiskomt en eindigt dit laden na twee uur. Dit leidt tot een EV-vraagpiek in de avonduren. In het flexibele profiel wordt het laadproces gespreid over een tijdvenster van tien uur, om de verbruikspiek tijdens de avonduren te verlagen.  De algemene dagelijkse consumptie per elektrisch voertuig is ongeveer 6,75 kWh. De totale impact van elektrische voertuigen is in het dashboard flexibel vast te stellen door te variëren van 0 tot 200 voertuigen.

Figuur 3

Bovenstaande afbeelding visualiseert het verschil in vraag en aanbod tussen flexibel en niet-flexibel energiegebruik in een willekeurige week in Maart. De bovenste grafiek is een scenario zonder flexibel energiegebruik. In het groen is het aanbod, in blauw de vraag. Te zien is dat de vraag uit twee pieken bestaat, terwijl het aanbod piekt tussen deze twee momenten in. In de grafiek eronder zie je een energiescenario wanneer er wel sprake is van flexibel energiegebruik. Vraag en aanbod vallen meer samen. Er wordt meer gebruik gemaakt van de zonne-energie.

Toepassing in de Scheg

Het energie- en mobiliteitsdashboard is toegepast voor een studie voor de gemeente Amstelveen naar de wijk van de toekomst. De gemeente Amstelveen toetst hiermee de constructie van nieuwe woningen om te zorgen dat deze overeenstemmen met het Klimaatakkoord van Parijs en de Nederlandse afspraken rondom energie. Om aan de doelstellingen te voldoen is het nodig een minimum en maximum voor groene energieproductie vast te stellen in de gebouwde omgeving. Immers, met te weinig groene energieproductie blijven we te afhankelijk van fossiele brandstoffen, met te veel raakt het net overbelast.
In het westelijke deel van nieuwbouwwijk de Scheg worden tussen 2019 en 2024 zo’n 700 nieuwe, aardgasvrije woningen gebouwd. Woningen met warmtepompen en zonnepanelen. Maar er ligt nog niet vast hoeveel zonnepanelen er nodig zijn en hoeveel er gaan komen.
Aan de hand van het energie- en mobiliteitsdashboard berekende Resourcefully diverse scenario’s. Een scenario waarbij de wijk gebouwd wordt met minimale installatie van zonnepanelen, een gelimiteerd aantal elektrische voertuigen en geen flexibiliteit in energiegebruik; een scenario met maximale installatie zonnepanelen, gemiddeld aantal elektrische voertuigen en geen flexibiliteit; minimale installatie van zonnepanelen, gelimiteerd aantal elektrische voertuigen en wel flexibiliteit; en een scenario met maximale installatie zonnepanelen, gemiddeld aantal elektrische voertuigen en een flexibel energiegebruik.
De scenario’s met een groot vermogen van zonnepanelen laten goed de impact van flexibel energiegebruik zien. Bij flexibel energiegebruik gaat het dan om het slim laden van elektrische voertuigen en flexibiliteit in zowel verwarming als verkoeling door een huishouden. In de scenario’s wordt 64% procent van de energie op jaarbasis gegenereerd met zonne-energie, waarvan met een flexibel energiegebruik een stijging van 28 tot 40 procent in zonne-energie consumptie plaatsvindt. Er wordt dus meer lokaal opgewekte groene energie direct geconsumeerd in plaats van teruggegeven aan het elektriciteitsnet. In de flexibele scenario’s is de buurt minder afhankelijk van het net. Momenteel wordt het dashboard verbeterd om te zien of en hoe dit percentage hoger kan worden. Ook wordt het maximale gebruik van het net (tussen 17 en 19 uur in de wintermaanden) en de maximale net-injectie gereduceerd.
Specifiek voor de ontwikkeling van het westelijk deel van de Scheg betekent dit dat er met ongeveer negen zonnepanelen per woning, minstens vijftig elektrische auto’s in de wijk en een slimme regeling van de warmtepomp veertig procent van de eigen energie geproduceerd en geconsumeerd wordt. Het energiegebruik wordt zo steeds beter afgestemd op het aanbod van de zonnepanelen.

Betekenis tool voor gemeenten?

Voor gemeenten is dit een tool die ingezet kan worden bij de ontwikkeling of besluitvorming in de gebouwde omgeving. Op wijkniveau kan de impact van zonnepanelen, laadpunten en de noodzaak of mogelijkheden van opslag geanalyseerd worden. Dat kan meegenomen worden in het ontwerp van de wijk. Het enkel aanleggen van zonnepanelen is niet genoeg, evenals het enkel afsluiten van aardgas niet genoeg is om niet meer afhankelijk te zijn van niet-duurzame energiebronnen. Met behulp van het energie- en mobiliteitsdashboard kunnen voorspellingen gemaakt worden over energie-opwek en gebruik in toekomstige wijken en kunnen wijken ontworpen worden waarbij efficiënter gebruik gemaakt wordt van duurzame energie. Bovendien is men minder afhankelijk van het elektriciteitsnet en zijn er geen forse investeringen nodig om ons elektriciteitsnet bestendig te maken op de hoge energievraag en injecties – de injecties gaan direct naar de huishoudens zelf.
De vraag nu is, in hoeverre de inzichten die bewoners zelf krijgen gecombineerd kunnen worden in een energie- en mobiliteitsprofiel. Kan je als je inzicht hebt in het zonne-overschot van jouw buurman, besluiten je elektrische auto de volgende dag te gaan opladen? Als we terugkijken naar het eerdere voorbeeld van Bob met zijn elektrische auto die hij op donderdagmiddag gaat laden omdat hij dan thuis werkt. Stel nou dat Bob geen zonnepanelen heeft, maar wel een elektrische auto. De buurvrouw van Bob werkt op donderdagmiddag en heeft haar auto op haar werk staan. Als Bob inzicht heeft in de energie-opwek en gebruik van zijn buurvrouw kan hij er bewust voor kiezen zijn auto op donderdagmiddag op te laden, met het zonne-overschot van de zonnepanelen van zijn buurvrouw.
Hiervoor is het wel noodzakelijk dat het energiegebruik binnen een wijk gemonitord wordt en de opwek en het gebruik slim aan elkaar gekoppeld worden samen met buurtbewoners. De mogelijkheden hiervoor worden op dit moment onderzocht en getest in het Oostelijk Havengebied. Van de zevenentwintig huishoudens hebben drie bewoners een elektrisch voertuig en drie een warmtepomp. Anders dan bij het eerstgenoemde project in de Scheg, wordt er naast het inzichtelijk maken van de opwek en het verbruik dus ook gezocht naar mogelijkheden voor energie-uitwisseling.

Het dashboard demonstreert de waarde van flexibele energie en het gebruik van een elektrisch vervoersmiddel (EV) en laat de impact van verschillende keuzes zien op:

  • Voldoen aan de BENG-criteria met betrekking tot energie- en CO2-emissiedoelstellingen.
  • Optimalisatie van de vereiste netinfrastructuur in een wijk, nu én in de toekomst.
  • Optimaliseren van de energie-autonomie en het eigen verbruik (met betrekking tot het vervallen van de mogelijkheid 1 op 1 te salderen).
  • Het belang van flexibiliteit van energievoorziening voor de drie bovengenoemde doelstellingen.

Reacties

xMet het invullen van dit formulier geef je Energie+ en relaties toestemming om je informatie toe te sturen over zijn producten, dienstverlening en gerelateerde zaken. Akkoord

Copyright 2019 Aeneas Media

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie AccepterenWeigeren