De handel in flexibiliteit

Handel in flexibiliteit

Hoe kunnen we fluctuerende duurzaam opgewekte elektriciteit koppelen aan een toenemende vraag die grotere pieken vertoont? Het energiesysteem wordt flexibeler en decentraler. In dit kennisdossier een overzicht van projecten, marktmodellen, software en algoritmes die bijdragen aan de flexibilisering en decentralisering van het energiesysteem.

Het nut van flexibiliteit

Elektriciteit opgewekt uit zon en wind zorgt voor enorme invoerpieken op zonnige dagen of wanneer het hard waait. Tegelijkertijd nemen de vraagpieken toe door de opmars van elektrische auto's, warmtepompen en andere elektronische apparaten. Ook volgt de opwek steeds minder de vraag: de twee zijn meer en meer ontkoppeld in de tijd. 

De onderdelen van het elektriciteitsnet zijn niet ingericht op deze toenemende pieken. Om netverzwaring te voorkomen is het noodzakelijk om de pieken in zowel aanbod als vraag af te vlakken door lokaal opgewekte energie lokaal te gebruiken. Vraag en aanbod moeten op elkaar afgestemd worden door de energievraag te verschuiven in tijd of plaats. Centraal hierbij staat het op afstand kunnen schakelen van apparaten gebaseerd op de beschikbare energie - en de aanwezigheid van een partij of mechanisme dat deze taak op zich neemt.

Wie gaat deze taak op zich nemen? Hoe drukken we de waarde van flexibiliteit – verschuifbaar vermogen – uit in geld? Hoe ziet een marktplaats voor flexibliteit eruit, en wie speelt daarin een rol? Kan energievraag en -aanbod automatisch gestuurd worden door middel van algoritmes? Hoe laten we apparaten met elkaar communiceren om energieverbruik onderling af te stemmen? Deze vragen staan centraal bij het vormgeven van het nieuwe energiesysteem. In meerdere projecten zowel binnen TKI Urban Energy als daarbuiten is naar de antwoorden gezocht. Hieronder een overzicht van marktmodellen, algoritmes, software voor de aansturing van apparaten en lokale energiemarktplaatsen die bijdragen aan een betrouwbaar, betaalbaar en duurzaam energiesysteem.

USEF - Universal Smart Energy Framework

USEF is een raamwerk voor een marktmodel waarin de handel in flexibiliteit centraal staat. Consumenten stellen flexibiliteit ter beschikking op basis van hun persoonlijke voorkeuren: hoe vol moet de elektrische auto om 08:00 zijn en hoe laat moet de wasmachine klaar zijn? Binnen deze grenzen kan het energiegebruik verschoven worden. De flexibiliteit van een groep consumenten wordt door een Aggregator verzameld. Deze maakt een voorspelling voor de volgende dag over hoeveel flexibiliteit deze groep consumenten te bieden heeft. De geaggregeerde flexibiliteit kan door programmaverantwoordelijken of de DSO gebruikt worden om hun portfolio te optimaliseren of congestie te verminderen. De beloning hiervoor wordt verdeeld tussen de Aggregator en de consumenten. USEF beschrijft de taken, rollen en verantwoordelijkheden voor de betrokken partijen rondom de handel in flexibiliteit. Ook is USEF opgesteld volgens het "cyber security by design" principe. Meer informatie over cyber security voor smart energy is te vinden in ons kennisdossier.

USEF was ontwikkeld in het SEC USEF project en is gedemonstreerd in meerdere pilotprojecten. Het raamwerk is gratis te downloaden op de USEF website.

PowerMatcher

PowerMatcher is een virtuele markt waarin vraag en aanbod van energie aan elkaar gekoppeld worden. PowerMatcher is agent-based: apparaten worden vertegenwoordigd door een agent (Device Agent) die namens het apparaat biedt op energie of juist energie aanbiedt. Het biedgedrag van een agent hangt af van de instellingen van het apparaat, die weer afhangen van de voorkeuren van de consument. De biedingen van alle apparaten samen worden door een Auctioneer Agent vergeleken met het aanbod. De Auctioneer bepaalt dan de evenwichtsprijs voor het hele systeem. Gebaseerd op deze prijs beginnen apparaten energie te verbruiken of te produceren. De prijs is real-time, met dynamisch gedrag van de apparaten als gevolg. Hoewel PowerMatcher een agent heeft voor ieder apparaat, worden de agents op een dusdanige manier gekoppeld dat PowerMatcher ook inzetbaar is op grote schaal.

PowerMatcher is succesvol toegepast in meerdere projecten, waaronder Couperus Smart Grid en PowerMatching City II. De source code is gratis beschikbaar via GitHub.

EFI en EF-Pi

Het kunnen aansturen van apparaten via signalen van buitenaf is dus essentieel voor een smart grid. Dit is echter niet vanzelfsprekend. Naast bijvoorbeeld PowerMatcher zijn er nog vele andere energiediensten beschikbaar. Slimme apparaten zijn vaak maar compatibel met één van deze diensten. Als een consument eenmaal gekozen heeft voor een bepaalde energiedienst, wordt zijn keuze voor andere apparaten, die óók met deze dienst moeten kunnen communiceren, behoorlijk ingeperkt. Om deze "lock-in" te voorkomen en interoperabiliteit van apparaten en diensten te verbeteren zijn EFI en EF-Pi ontwikkeld.

EFI (Energy Flexibility Interface) is een communicatieprotocol tussen slimme apparaten en energiediensten, en is ontwikkeld in het VIOS project. Het is een abstractielaag tussen apparaat en buitenwereld dat elk signaal van buitenaf, en elk signaal vanaf het apparaat, in hetzelfde format zet. Zo kunnen apparaat en buitenwereld altijd met elkaar communiceren, ongeacht welke dienst en welk apparaat zich aan weerszijden van EFI bevinden. Elke dienst die compatibel is met EFI kan daardoor samenwerken met elk apparaat dat EFI ondersteunt. De lock-in van consumenten is daarmee voorkomen.

EF-Pi (Energy Flexibility Platform and Interface, voorheen bekend als FPAI) is een softwareplatform waarop gemakkelijk energiediensten en EFI drivers van apparaten kunnen worden geïnstalleerd. Het biedt een user interface, een app store en beheer op afstand, en is dus de centrale controle unit van het slimme huishouden. EF-Pi draait op een kleine computer die bijvoorbeeld via wifi verbonden is met de slimme apparaten. Ook de EFI en EF-Pi source codes zijn gratis verkrijgbaar via GitHub. EFI, EF-Pi en PowerMatcher zijn onder beheer van het Flexiblepower Alliance Network (FAN), een non-profit organisatie die als doel heeft deze software te promoten en verder te ontwikkelen. 

FURI: FAN en USEF Referentie Implementatie

FAN en USEF bieden beide oplossingen voor het aan elkaar koppelen van vraag en aanbod van energie. De aanpak van de twee is echter verschillend: FAN hanteert een bottom-up aanpak (agent-based) om real-time flexibiliteit van apparaten aan te bieden, terwijl USEF een top-down aanpak hanteert (vanuit het perspectief van de programmaverantwoordelijke en de DSO) waarin flexibiliteit een dag van tevoren wordt verhandeld. De twee methoden zijn dus complementair aan elkaar. In het FURI project is gewerkt aan een referentie implementatie waarin de twee methoden met elkaar samenwerken. De resultaten van dit project worden op dit moment beproefd in het EnergieKoplopers project in Heerhugowaard.

Flexcon 2017: Co-Create Flexible Energy

Bovenstaande ontwikkelingen zijn gepresenteerd tijdens het Flexcon 2017 congres, georganiseerd door het Flexiblepower Alliance Network (FAN) met TKI Urban Energy als een van de kennispartners. Een veelheid aan andere onderwerpen kwam ook aan bod, waaronder cyber security, elektriciteitsopslag, slim laden van elektrische auto's en de rol van blockchain en Internet of Things (IoT) in de flexibele energiemarkt. TKI Urban Energy heeft op Flexcon nationale en internationale experts geïnterviewd over deze onderwerpen in de "Flexcon Series". Deze interviews zijn te vinden aan de rechterkant van deze pagina.

Rapport: Flexibiliseringsmechanismen in relatie met saldering

De bestaande kostenstructuur van elektriciteitsafname voor kleinverbruik reflecteert de waarde van flexibiliteit nagenoeg niet. Zo zijn de kostencomponenten van elektriciteitsafname voor kleinverbruik (goeddeels) onafhankelijk van het moment van levering, terwijl de momentane waarde van flexibiliteit over de loop van een dag/jaar juist sterk kan variëren. Daarnaast heeft de waarde van flexibiliteit op dit moment ook geen invloed op de baten vanuit de bestaande regeling voor terug levering door de kleinverbruiker, het zogenaamde salderen.

Het belang van flexibilisering in het kleinverbruikerssegment zal de komende jaren aan belang toenemen vanwege de veranderende karakteristiek van het netto elektriciteitsverbruik in dit segment. Zo kunnen de variabele productie van elektriciteit uit zonne-energie bij kleinverbruik én de toepassing van technieken met een aanzienlijke elektriciteitsvraag en specifiek vraagpatroon, zoals elektrisch vervoer en elektrische warmtepompen, sterk gaan veranderen. Lees het rapport Flexibiliseringsmechanismen in relatie met saldering, dat CE Delft op verzoek van TKI Urban Energy heeft opgesteld over de flexibiliseringsmechanismen voor kleinverbruik. Of lees de samenvatting met daarin de hoofdlijnen van het rapport en enkele eigen reflecties hierop.

Rapport: Analyse lokale marktplaats initiatieven

Steeds meer kleinverbruikers zijn zich bewust van de noodzaak van de energietransitie. Zij nemen hiervoor het heft in eigen handen en gaan hun eigen duurzame energieopwekking organiseren. Naast individuele initiatieven is ook te zien dat het aantal energie-coöperaties sterk is gestegen de afgelopen jaren.

De belofte dat flexibiliteit in de residentiële sector het energiesysteem kan stabiliseren, is groot. Op lokale energie-marktplaatsen kunnen verschillende partijen energie of flexibiliteit verhandelen. In Nederland zijn meerdere projecten en initiatieven waar dit gebeurt. Een overzicht van de ontwikkelingen op dit gebied is te lezen in het rapport opgesteld door Ecofys in opdracht van RVO.nl voor de Topsector Energie, op verzoek van TKI Urban Energy.

Over TKI Urban Energy

TKI Urban Energy is aanjager van energie-innovaties in de gebouwde omgeving en de infrastructuur. TKI Urban Energy vormt een netwerk van bedrijven, kennisinstellingen en (overheids)organisaties en faciliteert hen bij investeringen in en onderzoek naar energie-innovaties in woningen, gebouwen en woonwijken. TKI Urban Energy biedt deze partijen financiering, praktische begeleiding en een platform voor samenwerking en kennisuitwisseling. De focus ligt op thema’s uit het innovatieprogramma als zonnetechnologie, warmtepompen, smart grids en maatregelen die leiden tot vermindering van energieverbruik. Een snelle transitie naar een duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar energiesysteem in de gebouwde omgeving en de infrastructuur is de inzet.