Het ontsluiten van flexibiliteit in de gebouwde omgeving

Flexibiliteit

De energievoorziening wordt meer en meer elektrisch. Warmtepompen en elektrische auto’s zullen de gasketel en de benzine- en dieselauto vervangen. En aan de steeds grotere behoefte aan elektriciteit en warmte wordt bovendien in toenemende mate voldaan met decentraal opgestelde duurzame elektrische energiebronnen. Dit stelt nieuwe uitdagingen aan de verbindende schakel: de elektriciteitsnetten. Inzet van flexibiliteit kan helpen om de elektriciteitsvoorziening stabiel te houden en overbelasting van elektriciteitsnetten te matigen.

De flexibiliteit van elektriciteit kan vormgegeven worden door een deel van de vraag naar elektriciteit te verschuiven, uit te smeren in de tijd of uit elektriciteitsopslag laten komen. TKI Urban Energy heeft twee kennisdossiers opgesteld over flexibiliteit. Dit kennisdossier richt zich op het ontsluiten van flexibiliteit in de Gebouwde Omgeving. Een ander kennisdossier (‘waarde van flexibiliteit’) gaat in op de inzet van flexibiliteit voor verschillende doeleinden zoals energiehandel, systeemdiensten, congestiemanagement. De relatie tussen beide kennisdossiers is schematisch weergegeven in de volgende figuur.

Relatie tussen kennisdossiers

In dit kennisdossier komen de volgende onderwerpen aan bod:

  • Bron van flexibiliteit: Demand-response aansturen van apparaten
  • Bron van flexibiliteit: Opslag en conversie
  • Het aansturen van flexibiliteit
  • Open standaarden en protocollen
  • De rol van eindgebruikers
  • Events en kennisdeling
  • Nieuwe projectideeën? Tips en aandachtspunten

In het rechter kader vindt u verschillende interviews en video’s over de onderwerpen van dit kennisdossier.

Bron van flexibiliteit: Demand-response aansturen van apparaten

Juist op straat- of wijkniveau, waar geen grootverbruikers of grote opwek-installaties zijn aangesloten, zijn er kansen voor flexibiliteit vanuit bijvoorbeeld accu's van elektrische auto’s of vanuit warmtepompen. Verschillende apparaten bieden flexibiliteitsopties:

Dat kan bijvoorbeeld door de warmtepomp vervroegd te laten verwarmen als er elektriciteit beschikbaar is. Dat is o.a. getest in de projecten ‘Couperus Smart-Grid’ en ‘Flexibele Energiediensten voor Huurappartementen’. Ook elektrische boilers zijn een potentiële bron van flexibiliteit, wat blijkt uit de projecten ‘Peakshaving van zon-PV met slim gestuurde elektrische boilers’ en ‘Onbalansreductie door energy pooling e-boilers’.

De batterij van een elektrische auto is ook een bron van flexibiliteit. Vaak is het niet nodig om de elektrische auto bij thuiskomst op vol vermogen te laden, de auto kan bijvoorbeeld ook ‘s nachts laden als de laadcapaciteit en de benodigde elektriciteit wel beschikbaar zijn. Dit wordt ‘smart charging’ genoemd. Daarover heeft TKI Urban Energy eerder een apart kennisdossier gepubliceerd. Enkele voorbeeldprojecten op het gebied van smart charging zijn ‘Smart Charging TSE Urban Energy’, ‘HTC The world’s smartest grid!’ en ‘OROSL’.

Een andere route optie voor flexibiliteit is het (deels) afschakelen van duurzame energiebronnen, ook wel curtailment genoemd. Dat kan door bijvoorbeeld zonnepanelen of windmolens tijdelijk af te schakelen. Binnen de gebouwen is dit mogelijk door de inverter van de zonnepanelen afschakelbaar te maken, maar in de praktijk gebeurt dit nu (nog) niet. Het (verplicht) afschakelen van duurzame energiebronnen, waardoor opgewekte groene energie verloren gaat, kan voorkomen worden door deze energie tijdelijk op te slaan of om te zetten.

Bron van flexibiliteit: Opslag en conversie

Via opslag en conversie kan beschikbare energie bewaard blijven om het op een later moment te gebruiken. Het toepassen van batterijen is een manier om elektrische energie tijdelijk op te slaan. Wanneer batterijsystemen binnen gebouwen worden geïnstalleerd, wordt er gesproken over de zogeheten ‘thuisbatterij’. Wanneer een batterij in een wijk rechtstreeks aan het elektriciteitsnet worden gekoppeld, spreekt men over een ‘buurtbatterij’.

Thuisbatterijen zijn momenteel financieel nog niet zo interessant in Nederland vanwege de salderingsregeling. Deze regeling wordt in 2023 afgeschaft. Internationaal gaat er veel aandacht naar ontwikkelingen op het gebied van batterijsystemen. Zo zijn verschillende autofabrikanten, zoals Tesla en Nissan, ook gestapt in de wereld van thuisbatterijen. Onlangs concludeerde DNV GL dat een ‘buurtbatterij’ in bepaalde gevallen een economisch aantrekkelijke oplossing kan zijn voor het oplossen van congestieproblemen.

Op het gebied van kleinschalige en grootschalige opslag zijn vanuit de Topsector Energie verschillende subsidies toegekend aan projecten. Een deel daarvan is reeds afgerond. Noemenswaardige projecten zijn Enercons, Gridflex Heeten, Cooperative sustainable business models for storage en Serieel geschakelde opslag van windenergie met onbalans regeling. Daarnaast zijn er verschillende projecten waarbij de ontwikkeling van nieuwe materialen voor energieopslag wordt verkend, waaronder Grid2EVStorage, NaSTOR (1 en 2), FleXtore (1 en 2).

Het aansturen van flexibiliteit

Flexibiliteit is een middel dat voor verschillende doelen kan worden ingezet en waarde kan opleveren. Voordat flexibiliteit verwaard kan worden, is het nodig om flexibiliteit te kunnen ontsluiten vanuit één of meerdere apparaten. Om deze inzet van flexibiliteit mogelijk te maken, is inzicht nodig in de beschikbare flexibiliteit en moet het mogelijk zijn om deze apparaten aan te sturen. In verschillende projecten zijn IT-platforms ontwikkeld om de aansturing van apparaten mogelijk te maken op gebouw- en gebiedsniveau doen. Dergelijke systemen voor gebouwen worden vaak ‘Building Energy Management Systems’ (BEMS) of ‘Home Energy Management Systems’ (HEMS) genoemd. ICT Groep ontwikkelde bijvoorbeeld EnergyNXT en Energy Exchange Enablers (EXE) ontwikkelde Realtime Energy Exchange (REX). Daarnaast zijn er verschillende (maatwerk) koppelingen ontwikkeld voor bepaalde sectoren en producten.

Over de rol/toepassing van blockchain op het gebied van flexibiliteit stelde TKI Urban Energy eerder het volgende kennisdossier op.

Om een apparaat extern te kunnen aansturen op flexibiliteit, is een interface nodig tussen het apparaat en de externe actor. Dit interface dient kaders aan te geven waarlangs de externe aansturing op een effectieve én veilige manier kan plaatsvinden. Dit is visueel weergegeven in onderstaande figuur.

 

interface tussen apparaat en externe actor

 

Het is nu voor vele apparaten nog niet vanzelfsprekend dat deze slim aangestuurd kunnen worden. Er zijn bijvoorbeeld nog maar weinig warmtepompen die extern aan te sturen zijn voor toepassing in een smart-grid. Wanneer apparaten wel slim aan te sturen zijn, kan interoperabiliteit een extra reden zijn waarom aansturing van flexibiliteit lastig van de grond komt: diverse diensten voor aansturing van flexibiliteit zijn ontwikkeld voor slechts één specifiek (type en merk) apparaat. 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.

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. 

Open standaarden en protocollen

Smart Charging kan via verschillende routes vormgegeven worden. Deze figuur van ElaadNL toont deze routes: via de ‘connecter car’, via een HEMS of via de laadpaal zelf. Het OCPP (het Open Charge Point Protocol) is op het domein van smart charging de facto standaard voor smart charging via de laadpaal. Vele laadpaalfabrikanten zijn OCPP-palen gaan maken en door die concurrentie is onderscheid op basis van innovatie, prijs en kwaliteit belangrijk geworden.

 

Figuur gebaseerd op ‘Exploring the public key infrastructure for ISO 15118 in the EV Charging Ecosystem’ (p8) door ElaadNL

 

Figuur gebaseerd op ‘Exploring the public key infrastructure for ISO 15118 in the EV Charging Ecosystem’ (p8) door ElaadNL (november 2018). OEM = Original equipment manufacturer (autoproducent); EV = Elektric Vehicle; EMS = Energy Management System; CS = Charging Station; Utility = netbeheerder en bredere energiesysteem; CSO = Charging Station Operators; EMSP = E-Mobility Service Provider; RP = Roaming Plaform.

De rol van eindgebruikers

Consumenten en andere eindgebruikers zijn een integraal onderdeel zijn van de beoogde flexibiliteitsdiensten in de gebouwde omgeving. Innovatieve oplossingen werken alleen wanneer deze gedragen en geaccepteerd worden door gebruikers, wanneer rekening gehouden wordt met de factoren die van invloed zijn om gebruikers te betrekken. Er dient gewerkt te worden aan breed gedragen oplossingen, rekening houdend met de sociale aspecten van de oplossingen.

In veel innovatieprojecten gaat veel aandacht uit naar de technische ontwikkeling, naar de mening van TKI Urban Energy vaak niet genoeg naar de eindgebruiker. TKI Urban Energy heeft Ecofys Navigant gevraagd een verzameling te maken van projecten die het belang van de eindgebruiker in innovatieprojecten aantonen. Dit resulteerde in het ‘Inspiratieboek MVI’ waarin 12 projecten worden uitgelicht die op een zorgvuldige manier met de eindgebruikers in hun project zijn omgegaan. Deze selectie van ‘best practices’ en het bundelen van de geleerde lessen dienen als inspiratiebron voor het ontwerp van toekomstige innovatieprojecten.

Events en kennisdeling

In de afgelopen jaren organiseerden TKI Urban Energy en stichting Flexiblepower Alliance Network (gezamenlijk) verschillende events op het domein van flexibiliteit. Deze bijeenkomsten geven een goed beeld van de actuele thema’s op het domein van flexibiliteit. Van verschillende bijeenkomsten kunt u de (video)verslagen en presentaties terugkijken.

Nieuwe projectideeën? Tips en aandachtspunten

Er is behoefte aan innovaties die helpen bij het vergroten van de beschikbare flexibiliteit vergroten en aan nieuwe producten en diensten, waarmee deze flexibiliteit een waarde krijgt. Het is belangrijk om de resultaten van losse experimenten samen te brengen voor grootschalige implementatie. In het innovatieprogramma van TKI Urban Energy zal er daarom alleen nog subsidie geboden aan projecten die werken aan schaalbare, herhaalbare en integrale oplossingen.

Privacy is erg belangrijk en vraagt om aandacht voor cyber security. Steeds meer kleinere producten, diensten en systemen zijn verbonden met het internet. Naast voordelen, brengt deze connectiviteit ook kwetsbaarheden met zich mee. Dit vraagt in toenemende mate om Security-by-design-oplossingen, waarbij cyber security wordt meegenomen vanaf het begin van het ontwerp proces. Aandacht voor cyber security is ook als randvoorwaarde toegevoegd aan het beoordelingskader van nieuwe innovatieprojecten. Voor experts in het smart energy domein heeft TKI Urban Energy een handreiking laten opstellen. De handreiking biedt een aanpak om in 7 stappen een breed gedragen risicoanalyse uit te voeren.

Heeft u een projectidee dat zich richt op het onderwerp van flexibiliteit? Zoekt u partners die op het domein van flexibiliteit bezig zijn? Of heeft u vragen over dit kennisdossier? Neem dan contact op met Maarten de Vries, programmamanager Smart Energy Systems bij TKI Urban Energy. Maarten is te bereiken via 06-16836490 en @email.

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.