Doel presentatie Purpose of presentation

Transcriptie

1

2 Doel presentatie Purpose of presentation Een overzicht schetsen, vanuit het standpunt van onderzoek, wat er mogelijk is qua vraagsturing met warmtepompen Giving an overview, from a research perspective, what can be done in terms of demand response with heat pumps PAST TODAY FUTURE

3 Context

4 Vraagzijde Demand side Vraagzijde Demand side Aanbodzijde Supply side Aanbodzijde Supply side Energietransitie Energy transition Tegengaan van de klimaatverandering Mitigate climate change Terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen Reduce greenhouse gas emissions Verleden (vanaf 20 ste eeuw) Past (20 th century onwards) Toekomst Future Fossiele brandstoffen als belangrijkste energiebron Fossil fuels as main energy source Sterke opkomst van hernieuwbare energiebronnen Strong push for renewable energy sources Grote elektriciteitscentrales Large power generation units Meer lokale elektriciteitsproductie (prosumenten) More local electricity production (prosumers) Passieve eindgebruikers Passive end-users Duurzamer energiegebruik (bvb., warmtepompen, elektrische voertuigen) More sustainable energy use (e.g., heat pumps, electric vehicles)

5 Vraagzijde Demand side Vraagzijde Demand side Aanbodzijde Supply side Aanbodzijde Supply side Energietransitie Energy transition Tegengaan van de klimaatverandering Mitigate climate change Terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen Reduce greenhouse gas emissions Verleden (vanaf 20 ste eeuw) Past (20 th century onwards) Toekomst Future Fossiele brandstoffen als belangrijkste energiebron Fossil fuels as main energy source Grote elektriciteitscentrales Large power generation units Sterke opkomst Variabele, van onvoorspelbare hernieuwbare energiebronnen lokale Strong push for renewable energy sources elektriciteitsproductie Variable, unpredictable and local Meer lokale elektriciteitsproductie (prosumenten) More local electricity electricity production production (prosumers) Passieve eindgebruikers Passive end-users Duurzamer energieverbruik (bvb., warmtepompen, Stijgend elektriciteitsverbruik elektrische voertuigen) More sustainable energy use Rising electricity consumption (e.g., heat pumps, electric vehicles)

6 Uitdagingen en oplossingen Challenges and solutions Twee belangrijkste uitdagingen Two most important challenges (Belmans, Vingerhoets, & Van Vaerenbergh, 2016) (Energiekoplopers, 2016) (Fischer & Hatef, 2017) (IEA HPT Annex 42, 2017) Optimale afstemming van het toenemende elektrische verbruik op de variabele, onvoorspelbare en lokale elektriciteitsproductie Balancing of the increasing electricity consumption and the variable, unpredictable and local electricity production Toenemende overbelasting van het distributienet door vraag- en aanbodpieken Increased congestion of the distribution grid due to peaking demand and supply

7 Uitdagingen en oplossingen Challenges and solutions Afstemming productie en vraag Balancing supply and demand PROBLEEM PROBLEM OPLOSSING SOLUTION Verleden Past Vandaag & toekomst Today & future Aanbodzijde Supply side P t Aanbod past zich aan aan vraag Supply adapts to demand Variabele, onvoorspelbare en lokale elektriciteitsproductie Variable, unpredictable and local electricity production P Onbalans is niet toegestaan Imbalance is not allowed Maar ook But also Vraagzijde Demand side t Stijgend elektriciteitsverbruik Rising electricity consumption

8 Uitdagingen en oplossingen Challenges and solutions Afstemming productie en vraag Balancing supply and demand PROBLEEM PROBLEM Vraagsturing Demand response OPLOSSING SOLUTION Flexibiliteit aan de vraagzijde Demand side flexibility Energieopslag Energy storage Aanbodzijde Supply side P P Onbalans is niet toegestaan Imbalance is not allowed t Aanbodzijde Supply side Opslag Storage P P P t t P P P t t Vraagzijde Demand side t Vraagzijde Demand side t t

9 Uitdagingen en oplossingen Challenges and solutions Vraag- en aanbodpieken Peaking demand and supply PROBLEEM PROBLEM Vraagsturing Demand response OPLOSSING SOLUTION Flexibiliteit aan de vraagzijde Demand side flexibility Energieopslag Energy storage Vraagzijde Demand side P t Vraagzijde Demand side P Opvullen dalvraag Valley filling t Aftoppen piekvraag Peak shaving

10 Wat is de impact/het voordeel van vraagsturing? What is the impact/added value of demand response? Oplossing van de twee voorgaande uitdagingen via vraagsturing, leidt tot By tackling the two aforementioned challenges via demand response, we obtain Een verhoogde toereikendheid van het elektriciteitssysteem An increase of the system s adequacy Een kostefficiënt middel voor balancering dat de stabiliteit van het systeem verhoogt A cost effective balancing resource that adds stability to the system Een verminderde noodzaak aan investeringen in piekproductie A reduced need for investment in peaking generation Een verminderde noodzaak aan investeringen voor lokale netversterking en/of -uitbreiding A reduced need for investment in local grid reinforcement and/or extension Een verminderde noodzaak aan reserves door draaiende generatoren op kool of gas A reduced need for coal and gas fired spinning reserves Een verlaagde kost en verhoogde efficiëntie van het elektriciteitssysteem en de markten Lowered costs and increased efficiency of the electric systems and markets Verlaagde CO 2 -emissies Lower CO 2 emissions Een extra inkomst voor de deelnemende flexibele eindgebruikers An additional income for participating flexible end consumers (IEA HPT Annex 42, 2017) (Smart Energy Demand Coalition (SEDC), 2015) (Sugden, 2012)

11 Vraagsturing in België: stand van zaken Demand response in Belgium: state of affairs Huidige situatie Current situation België is een van de koplopers binnen Europa Belgium is one of the pioneers within Europe Deelname in de spotmarkt tot nu toe beperkt tot grote industriële spelers Participation in spot market currently limited to large industrial consumers (Smart Energy Demand Coalition (SEDC), 2017) Kaart van stand van zaken van expliciete vraagsturing in Europa (2017) Map of explicit demand response development in Europe (2017) Gedetailleerde analyse voor België Detailed analysis for Belgium Algemene score Overall score Toegang van vraagsturing tot de markten Demand response access to markets Toegang van dienstenleveranciers tot de markten Service providers access to markets Productvereisten Product requirements Meting en verificatie, betalingen en sancties Measurement and verification, payments and penalties

12 Vraagsturing in België: stand van zaken Demand response in Belgium: state of affairs Mogelijkheden in de toekomst (opkomende technologieën): Possibilities in the future (emerging technologies): Kleine verbruikers Small consumers Warmtepompen Heat pumps Slimme huishoudtoestellen Smart appliances Elektrische voertuigen Electric vehicles Thuisbatterijen Home batteries Image from

13 Vraagsturing in België: stand van zaken Demand response in Belgium: state of affairs Mogelijkheden in de toekomst (opkomende technologieën): Possibilities in the future (emerging technologies): Kleine verbruikers Small consumers Warmtepompen Heat pumps Slimme huishoudtoestellen Smart appliances Elektrische voertuigen Electric vehicles Thuisbatterijen Home batteries Image from

14 Vraagsturing met warmtepompen Demand response with heat pumps

15 Demonstratie van de mogelijkheden in onderzoek Proof-of-concept in research Gebouwniveau Building level Resultaten van een hypothetische, methodologische studie Results from a hypothetical, methodological study Day-ahead elektriciteitsprijs Day-ahead electricity price Weersverwachtingen Weather forecast Verwachte gebruikersgedrag Expected consumer behaviour (Patteeuw, 2016) Warmtepomp Heat pump Slimme warmtepomp, gekoppeld met thermische energie-opslag Smart heat pump coupled to thermal energy storage

16 Demonstratie van de mogelijkheden in onderzoek Proof-of-concept in research Gebouwniveau Building level Ten gevolge van vraagsturing: As a consequence of demand response: Verschuiving verbruik naar goedkope periodes Load shifting towards cheaper periods Resultaten van een hypothetische, methodologische studie Results from a hypothetical, methodological study Day-ahead elektriciteitsprijs Day-ahead electricity price Weersverwachtingen Weather forecast Verwachte gebruikersgedrag Expected consumer behaviour (Patteeuw, 2016) Voorverwaring van de ruimte Preheating of the room Maar ook een hoger energiegebruik But also a higher energy use Slimme warmtepomp, gekoppeld met thermische energie-opslag Smart heat pump coupled to thermal energy storage

17 Demonstratie van de mogelijkheden in onderzoek Proof-of-concept in research Systeemniveau System level Resultaten van een hypothetische, methodologische studie Results from a hypothetical, methodological study 0% DR (Patteeuw, 2016) Onafhankelijke warmtepompen Independent heat pump 50% DR Groep van slimme warmtepompen Pool of smart heat pumps

18 Demonstratie van de mogelijkheden in onderzoek Proof-of-concept in research Systeemniveau System level Ten gevolge van vraagsturing: As a consequence of demand response: Resultaten van een hypothetische, methodologische studie Results from a hypothetical, methodological study 0% DR (Patteeuw, 2016) Afvlakking vraagprofiel (opvullen dalvraag) Flattening demand profile (valley filling) Noodzaak aan dure piekproductie verdwijnt Need for expensive peaking units disappears Hogere benutting hernieuwbare energie Reduced curtailment of renewable energy sources 50% DR Groep van slimme warmtepompen Pool of smart heat pumps

19 Van theorie naar realiteit: demonstratieproject From theory to practice: demonstration project Inspirerend voorbeeld in Nederland: Energiekoplopers Heerhugowaard Inspiring example in The Netherlands: Energy Frontiers Heerhugowaard 203 huishoudens met slimme apparaten die een flexibel stroomverbruik mogelijk maken: 203 households with smart appliances that enable a flexible electricity consumption: 183 zonnepanelen 183 solar panels 95 zonneschakelaars 95 PV-switches 49 warmtepompen 49 heat pumps 45 elektrische boilers 45 electric boilers 14 brandstofcellen 14 fuel cells Slimme meter Smart meter Slimme thermostaat Smart thermostat Automatisch aangestuurd Automatically controlled Fase 1: , fase 2: 2017-nu Phase 1: , phase 2: 2017-now (Energiekoplopers, 2016)

20 Piekgrootte / capaciteit elektriciteitsnetwerk [%] Peak height / grid capacity [%] Van theorie naar realiteit: demonstratieproject From theory to practice: demonstration project Inspirerend voorbeeld in Nederland: Energiekoplopers Heerhugowaard Inspiring example in The Netherlands: Energy Frontiers Heerhugowaard Dankzij het inzetten van flexibiliteit: Because of the application of flexibility: Werden 15 stroomonderbrekingen voorkomen 15 power outages were prevented Werd zowel de grootte als de duur van de stroompieken verminderd The power peak heights and durations could be lowered Stroompiek met inzet flexibiliteit Peak after use of flexibility Stroompiek zonder inzet flexibiliteit Peak before use of flexibility Piekduur (kwartieren) Peak duration (# of 15 min) Verminderde levensduur of verhoogd risico op falen Service life reduction or increased risk of failure (Energiekoplopers, 2016) Stroomuitval of schade Power outage or damage

21 Van theorie naar realiteit: commerciële casus From theory to practice: commercial case Commercieel succesverhaal: TIKO in Zwitserland Commercial success story: TIKO in Switzerland (Geidl, Arnoux, Plaisted, & Dufour, 2017) ( Een van de weinige reeds commerciële initiatieven voor vraagsturing met warmtepompen (sinds 2014) One of the few initiatives already commercially exploiting the value of demand response with heat pumps (since 2014) Virtueel netwerk voor energieopslag Virtual energy storage network > elektrische verwarmingstoestellen (residentieel en industrieel), > 5000 warmtepompen > electric heating devices (residential and industrial), > 5000 heat pumps > 100 MW geconnecteerde capaciteit > 100 MW connected capacity Geaggregeerde flexibiliteit biedt diensten aan aan de Zwitserse balanceermarkt Aggregated flexibility provides services to the Swiss balancing market Apparaten worden geregeld op een aan/uit manier Devices are controlled in an on-off manner

22 Conclusie Conclusion Onderzoek, demonstratieprojecten en commerciële casussen bewijzen Research, demonstration projects and commercial cases highlight... Vraagsturing met warmtepompen biedt interessante (en broodnodige) mogelijkheden om om te gaan met de uitdagingen gekoppeld aan het toekomstige energiesysteem, en om de opportuniteiten te benutten. Demand response with heat pumps offers interesting (and indispensable) possibilities to tackle the challenges of the energy system of the future, and to exploit the opportunities. Warmtepompen zullen een belangrijke rol spelen... Heat pumps will have an important role to play

23 Conclusie Conclusion Maar terug naar hier en nu in België But let s come back to here and now in Belgium Wie heeft er zich al geëngageerd om zijn flexibiliteit aan te bieden? Who already engaged to offer his/her flexibility? Wie heeft er al contract afgesloten met een aggregator? Who already signed a contract with an aggregator? Wie heeft er al een slimme meter met twee-weg-communicatie en een slimme controle geïnstalleerd in zijn huis? Who already installed a smart meter with two-way-communication and a smart controller in his house? Wie heeft er al een warmtepomp? Who already has a heat pump?

24

25

26 References Belmans, R., Vingerhoets, P., & Van Vaerenbergh, I. (2016). De eindgebruiker centraal in de energietransitie (in Dutch), Standpunten nr. 44. Brussels: KVAB Press. Retrieved from Energiekoplopers. (2016). Final report - Flexibility from residential power consumption: a new market filled with opportunities. Arnhem. Retrieved from Fischer, D., & Hatef, M. (2017). On heat pumps in smart grids: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, Geidl, M., Arnoux, B., Plaisted, T., & Dufour, S. (2017). A fully operational virtual energy storage network providing flexbility for the power system. 12th IEA Heat Pump Conference, (p ). Rotterdam. Retrieved from IEA HPT Annex 42. (2017). Appendix to the final report - Overview of demonstration projects. Borås: Heat Pump Centre. Retrieved from IEA HPT Annex 42. (2017). Final report - Heat pumps in smart grids. Borås: Heat Pump Centre. Retrieved from Patteeuw, D. (2016). Demand response for residential heat pumps in interaction with the electricity generation system. PhD Thesis, KU Leuven, Belgium. Smart Energy Demand Coalition (SEDC). (2017). Explicit demand response in Europe Mapping the markets Brussels. Retrieved from Mapping-the-Markets-2017.pdf. Sugden, L. (2012, October). Smart grids create new opportunities for heat pumps. REHVA Journal, pp Retrieved from