Elektrische infrastructuur

Transcriptie

1 Maart 2016 Jaargang 45 Nr 03 TKI Urban Energy Decentrale elektrische opslag PowerMatching City Hoogkerk Thema: Elektrische infrastructuur

2 Tijdsbesparing met 50% bij het inbedrijfstellen Houdt de laatste 10 storingen bij voor snelle fout opsporing 10 x zoveel instelling mogelijkheden als met conventionele motoren Flexibele installatie mogelijkheden en lange levensduur TA-Slider slimme digitale regeling DIGITAAL CONFIGUREERBARE MOTOREN voor alle regelsystemen met of zonder BUS communicatie

3 Inhoudsopgave REDACTIERAAD: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J.H.A. (Jan) Feijes Ing. J. (John) Lens H. (Henk) Lodder I. (Irene) Meijdam W. (Will) Scheffer Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ing. J. (John) Lens I. (Irene) Meijdam Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE-ADRES: TVVL: Korenmolenlaan 4, 3447 GG Woerden Telefoon redactie (033) Fax redactie (033) i.meijdam@tvvl.nl TVVL MAGAZINE Maart 2016 SMART CONTROL VOOR GEBOUW- EN GEBIEDSNIVEAU Prof.ir. W. (Wim) Zeiler 6 DECENTRALE ELEKTRISCHE ENERGIE-OPSLAG Ing. K. (Kevin) de Bont, prof.ir. W. (Wim) Zeiler, ir. G. (Gert) Boxem, T. (Timi) Labeodan MSc, K. (Kennedy) Aduda MSc, ir. J. (Joep) van der Velden 10 TKI URBAN ENERGY J.A. (John) Post, O. (Olivier) Ongkiehong 14 UITGAVE: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) info@merlijnmedia.nl TKI URBAN ENERGY EN CONCRETE PROJECTEN J.A. (John) Post, O. (Olivier) Ongkiehong 18 LEVERAGE SMART UTILITY NET-WORKS TO BENEFIT AEROTROPOLIS K. (Klaas) Boersma MSc 22 URBAN ENERGY PROJECTEN 14 SECRETARIAAT: info@merlijnmedia.nl ABONNEMENTEN: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) info@merlijnmedia.nl Benelux 109,- Buitenland 212,- Studenten 87,- Losse nummers 18,- Extra bewijsexemplaren 13,- Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 1 maand voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd. ADVERTENTIE-EXPLOITATIE: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) r.struijk@merlijnmedia.nl ACHTERGRONDINFORMATIE OVER VOOR- SCHRIFTEN GEBOUWRIOLERING W. (Will) Scheffer 28 GEZONDHEID EN COMFORT IN MODERNE KANTOORGEBOUWEN (3) Prof.dr.ir. P.M. (Philomena) Bluyssen, dr. C. (Célina) Roda 34 NIEUWE FASE UITWISSELING DATA OVER PRODUCTEN EN OBJECTEN R. (Rob) van Mil 50 INTERVIEW: FRITS VERHEIJ 38 PREPRESS: Yolanda van der Neut DRUK: Ten Brink, Meppel ISSN TVVL, 2016 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden. EDITORIAL 4 INTERVIEW 38 DE OPINIE VAN WILLEM LAGEWEG 41 PROJECT 42 ACTUEEL 45 UITGELICHT 49 INTERNATIONAAL 52 REGELGEVING 54 VOORBESCHOUWING / SUMMARY 56 AGENDA 58 REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld door redactieraadleden. De uniforme peer review waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden ( peer reviewers ) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres. PROJECT: CITY HOOGKERK 42 TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt 140,00 incl. BTW per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt. 3

4 editorial Elektrische infrastructuur In Kinderdijk is in 1886 de eerste elektriciteitscentrale gebouwd. Sinds die tijd heeft het elektriciteitsnetwerk zich over heel Nederland uitgebreid en zijn er ook verbindingen gemaakt met de buurlanden. We hebben een elektriciteitsnetwerk om trots op te zijn. Het hoort bij de betrouwbaarste netwerken in de wereld. Ir. J.H.A. ( Jan) Feijes, namens de redactieraad GAAT HET LICHT UIT? In 1886 was het leven simpel. Per lamp (aansluitpunt genoemd) betaalde men het vaste bedrag van 12 tot 15 gulden. De energie voor de 350 lampen kwam uit een energiecentrale van 15 kw. Het moet nu allemaal anders. Er is niet een energiecentrale meer, maar elk huishouden moet energie kunnen opwekken. Verder hebben we een stevige ambitie. We hebben meer elektrische energie nodig. De doelstelling van de regering is dat er in elektrische voertuigen rijden en dat er in 2025 een volwassen markt is van 1 miljoen voertuigen. Kan ons elektrische netwerk dat wel aan of gaat het licht (even) uit? TWEE MANIEREN Het elektrische netwerk van de toekomst kan op twee manieren gebouwd worden. De eerste manier is om een nieuw netwerk aan te leggen voor een nieuw te ontwikkelen gebied. Voor nieuwe ontwikkelingen van (bedrijven) terreinen of nieuwe steden is dit een goede mogelijkheid. Hier kan goed nagedacht worden over hoe een Power-Cloud opgezet kan worden. Een samenspel waarbij veel kleine energiecentrales in balans zijn gebracht met vele kleine (en grote) energie-afnemers en de noodzakelijke buffercapaciteit. Een tweede manier is om het maximale uit het netwerk te halen dat er is. Voor bestaande gebieden is dit momenteel de voorkeursoptie. Met behulp van slimme uitbreidingen of slimme regelingen moet ons huidige netwerk dan net zo betrouwbaar gemaakt worden als het huidige. Het regelen en bufferen van de energie die opgewekt wordt door de vele (duurzame) energiecentrales is een inspirerende uitdaging. De noodzaak tot verduurzaming en de groeidoestelling ten aanzien van de elektrische voertuigen zet een degelijke druk op deze uitdaging. ONDERZOEK EN KANSEN In dit magazine wordt gekeken naar de verschillende onderzoeken die gedaan worden. Hoe wordt het beleid van de overheid omgezet in daadwerkelijke stappen? Welke stappen liggen achter ons en waar kunnen we naar uit kijken? Verder wordt gekeken naar onderzoek dat wordt verricht om Community Energy Management systemen op te zetten waarbij zowel de gebouwinfrastructuur als de openbare infrastructuur wordt geoptimaliseerd. Verder wordt een praktijkvoorbeeld bekeken van decentrale opslag in een kantooromgeving. Maar ook wordt gekeken wat voor kansen het biedt om een geheel nieuw gebied te ontwikkelen wanneer je een duurzame doelstelling voor ogen hebt? We wensen u veel leesplezier. 4 TVVL Magazine EDITORIAL

5 Die Königsklasse onder de ventilatoren Of het nu New York, Amsterdam, Brussel of Shanghai is Welkom in de wereld van de Topklasse Hightech ventilatoren met de hoogste efficiëntie, betrouwbare topprestaties met significante energiebesparingen Nieuw Het Luchtverplaatsingswonder ZAvblue ook in kleinere uitvoeringen voor woonhuisventilatie. 190 mm ZAvblue het Hightech-luchtverplaatsingswonder verplaatst nog meer lucht bij een kleinere inbouwmaat. Significante besparing op uw energiekosten door het hoogste rendement in het werkpunt. Uitwisseling van gangbare ventilatoren is mogelijk met ZAvblue, zelfs met kleinere inbouwmaten bij gelijkblijvende prestaties* Zowel voor EC als AC uitvoeringen geschikt. Vandaag de techniek van de toekomst bij: ziehl-abegg.nl *werkpunt afhankelijk Die Königsklasse in luchttechniek, regeltechniek en aandrijftechniek Beweging door perfectie

6 Beyond (Smart) Cities Smart control voor gebouw- en gebiedsniveau De verstedelijking neemt sterk toe en dientengevolge vinden er grote veranderingen plaats in het gebruik van gebouwen en de energiedichtheid van steden. Veel kantoorgebouwen worden omgebouwd tot woongebouwen, hotels of juist voor flexibel gebruik. Daarnaast is het streven om te komen tot een energie neutrale gebouwde omgeving, op lange termijn, resulterend in strenge eisen voor duurzaamheid van nieuwe, maar ook steeds meer bestaande gebouwen. Om deze eisen te kunnen realiseren is een optimale benutting en afstemming tussen gebouwen en energie-infrastructuur noodzakelijk. Prof.ir. W. (Wim) Zeiler, TU Eindhoven, Faculteit Bouwkunde, Leerstoel Installaties De mogelijkheden van de bestaande gebouwen en energie-infrastructuur op lokaal gebiedsniveau worden onderzocht voor nieuwe innovatieve energiedienstverlening, gebaseerd op Life Cycle Performance Costing. Door het koppelen van verschillende energiedragers met de mogelijkheden van buffering en uitwisseling in en tussen gebouwen ontstaat flexibiliteit. Het beheer van dergelijke concepten dient op basis van de belangen van alle stakeholders plaats te vinden. Om de prestatiekloof tussen ontwerp en realisatie te verkleinen worden mogelijkheden onderzocht om, middels lerende slimme regelingen, continuous commissioning voor dergelijke complexe systemen toe te passen. Van belang hierbij is de ontwikkeling van Community Energy Management Systems, waarbij de taken van energiebeheerders en gebouwbeheerders door installatiebedrijven deels worden overgenomen. Hierdoor ontstaan mogelijkheden voor diensten zoals Demand Response Management en energie/ comfortoptimalisatie, op te nemen in innovatieve servicecontracten op gebouw- en lokale community-niveau. Om de duurzaamheidsdoelstellingen te behalen in de bestaand gebouwde omgeving is het essentieel om niet alleen de gebouwen maar ook de bijbehorende energieinfrastructuur te optimaliseren wat betreft -Figuur 1- Voorbeeld EPIC-HUBFP7 project van een energieuitwisselingspunt, Energie-Hub 6 TVVL Magazine SMART CONTROL

7 duurzaamheidsdoelstellingen en economische randvoorwaarden. Hierbij is een kernvraag hoe een integrale modellering tot stand kan komen die door de fasen van ontwerp-regelen-beheer gebruikt kan worden. Door de toenemende verknoping van de verschillende energienetten, inzet lokale energieopzetting en buffering, alsmede het soms optreden van gebouwen als energieleverancier (prosumers), wordt afstemming van de lokale energiestromen enerzijds complexer, ze figuur 1; anderzijds ontstaan er juist optimalisatiemogelijkheden, waarbij in eerste instantie wordt gedacht aan de integratie met behulp van ICT (zie voorbeeld van het 7e kader project EPIC-HUB, figuur 1). IN ONTWIKKELING De ontwikkelingen van een flexibele duurzame energie-infrastructuur beperken zich nog hoofdzakelijk tot het elektriciteitsnet. Smart Grids en het bijzonder micro Grids, bieden integratiemogelijkheden voor de opwekking van grootschalige en kleinschalige (duurzame) energie, energieopslag en energiebesparing in de gebouwde omgeving door het toevoegen van centrale of decentrale energie-opslagmogelijkheden. Hierbij is vaak het perspectief vanuit de elektriciteitsdistributie (Lidula en Rajapakse 2011, Ampatzis et al 2013, Carpinelli et al 2013, Nykamp et al 2013), terwijl de vraag naar energie bij gebouwen veel meer thermisch van aard is dan elektrisch en juist betere mogelijkheden kan bieden (MacCracken 2010, Stadler et al 2009, Salvador en Grieu 2012, Xu et al 2012, Bozchalui en Sharma 2012, Lamichhane et al 2013, van de Ven et al 2013, Atzeni et al 2013, Chatzivasileiadi et al 2013, Hao et al 2013a, Hao et al 2013b ). De ideevorming over het temporale verloop van individuele gebouw gerelateerde energievraag en aanbod is volop in ontwikkeling. De inzet van intelligente voorspellende regelingen bieden mogelijkheden voor het optimaliseren van energiegebruik en energie buffering (Vytelingum et al 2010, Wang et al 2010, Zhou et al 2011, Kahrobaee et al 2013). Het streven is om op basis van scenario s tot een kwalitatieve modellering te komen die gebruikt kan worden bij het optimaliseren van de aansturing van de energie-infrastructuur in combinatie met de benutting van energiebuffers. De balancering van vraag en aanbod van energie moet meer integraal benaderd worden. Momenteel zijn de elektriciteitsvoorziening en overige energie-infrastructuren, zoals gasdistributie, nog niet gekoppeld. In de nabije toekomst zal de koppeling tussen verschillende netten stap voor stap gezet worden. De maatschappelijke businesscase van de energie-infrastructuur, niet alleen het Smart Grid, is gebaat bij een integrale benadering (Taskforce Intelligente Netten 2011). Op het niveau van een lokale communities is tezien dat er sprake is van steeds meer verknoping van energienetten. Dit gaat verder dan alleen gas en elektriciteit. Met name op het gebied van koude- en warmte-opslagsystemen moet in de groot stedelijke gebieden een belangrijke slag gemaakt worden om te komen van individuele systemen naar collectieve systemen. Hierbij moet rekening gehouden worden met functieverandering van gebouwen, veranderende energievraag na renovatie, uitbreidingen, vervangende hoogbouw in plaats van bestaande lage bebouwing, toenemende energiedichtheid, veranderende eisen ten aanzien van doelmatigheid en duurzaamheid alsmede nieuwe mogelijkheden om energie tussen gebouwen onderling uit te wisselen, zie figuur 2. Sinds een aantal jaren is er samenwerking tussen TU/e en RHDHV op het gebied van Life Cycle Performance Costing design (Maassen en Maaijen 2011, Maaijen 2012, Maaijen et al 2012, Gvozdenović 2014, Gvozdenović et al 2015). Dit heeft gerealiseerd in de DuBoversneller waarbij economische en duurzaamheidsafwegingen gemaakt kunnen worden en de consequenties over de levensduur van een gebouw kunnen worden aangegeven, zie voorbeeld hierna. De stap moet nu worden gemaakt om te komen van een gebouw naar een cluster van gebouwen of een lokale community. Uitgangspunt zijn hierbij de afweging die gemaakt dient te worden tussen enerzijds kosten, milieu en gebruikers, zie de op de 3-E analyse schema van EBC Annex 52, figuur 3. Hierin is de rol van de gebouwen aangegeven als prosumer en het belang van de gebruikersbehoefte aan comfort en elektriciteit als basis waarin voorzien moet worden. CONTROL Het regelen van de energienetten vanaf centraal niveau naar de gebruikers is aan het veranderen door de inzet van duurzame energie en ook doordat de gebruikers decentraal energie kunnen opwekken. De traditioneel top-down-benadering voor de regelingen moeten worden aangepast en in tweerichtingsverkeer gaan voorzien. Bij het Smart Grid is deze ontwikkeling volop gaande. Bij gebouwen was het tot voor kort nog een probleem om de processen goed te regelen, maar inmiddels is dit van voldoende niveau. Door de energie besparende maatregelen in gebouwen is de energievraag sterk verminderd, -Figuur 2- Veranderende onderlinge verknoping van gebouwen gericht op onderlinge energie uitwisseling -Figuur 3- Schematische weergave van de afwegingen tussen kosten, gebruikers en milieu TVVL Magazine SMART CONTROL 7

8 behoorlijk duur (Lakshmi et al 2012). Meer en meer probeert men daarom gebruik te maken van de in de gebouwen aanwezige infrastructuur (Li et al 2005, Melfi et al 2011, Martani et al 2011, Lakshmi et al 2012) in plaats van het toepassen van specifieke systemen voor het detecteren van gebruikers. Duidelijk is het streven om de mens meer te betrekken in het bewaken van de prestaties met behulp van Wire Sensor Networks en goedkope sensoren gekoppeld aan Building Energy Management Systemen. In analogie kan worden verwacht dat dergelijke opzetten ook gaan gelden voor het bewaken van condities van gebouwen en bijbehorende energie infrastructuur maar dan met Community Energy Mangement Systemen (Mercurio et al 2012, Yang & Wang 2012). -Figuur 4- Concept van Zelf lerende energie efficiënte gebouwen (FP7 SEEDS) ook wat betreft karakteristiek. Met name het gedag van gebruikers wordt een steeds grote invloedfactor (zie ook figuur 4 van Yoshino (2012)), maar is nog niet direct opgenomen in de regeling van het gebouw. Verder is het nodig om niet alleen een gebouw te optimaliseren, maar ook de mogelijkheden van de lokale energie-infrastructuur beter te benutten, om zo bijvoorbeeld tussen gebouwen onderling energie uit te wisselen of optimaler gebruik te kunnen maken van bufferopties zoals koude-warmteopslag. Ook hebben gebouwen in toenemende mate hun eigen energieopwekking die de koppeling vormt tussen verschillende energienetten (warmte/krachtkoppeling met gas, elektriciteit en warmte). Al deze ontwikkelingen zorgen voor een steeds hogere verknoping tussen de verschillende lokale energiedistributienetten. Niet langer volstaat het om de gebouwen middels Building Energy Mangement Systemen te regelen en anderzijds grotendeels onafhankelijk met Supervisory Control And Data Acquisition systemen. De koppeling van de regelingen dient tot stand te komen en er moet een opzet komen voor Community Energy Management Systemen die een brugfunctie kunnen vervullen tussen enerzijds de gebruikers/gebouwen en anderzijds de lokale energie infrastructuur. In plaats van een traditionele top-down-benadering wordt uitgegaan van het gebouw en de daarin aanwezig energiestromen, zie figuur 4 van het FP7 SEEDS (Self-learning Energy Efficient buil- Ding and open Spaces) project) en van daaruit gekeken naar de benodigdheden en mogelijkheden van de lokale energie infrastructuur Er is dus sprake van ontwikkeling proces controlesystemen van gericht op energie naar een meer integrale benadering gericht op Energie Performance contracting. Hierbij worden ook de comfortprestaties van het gebouw meegenomen, die één van de Kritische Performance Indicatoren zijn gelet op de relatie tussen comfort en productiviteit van de werknemers. Aanwezigheid en gedrag van gebruikers hebben een significante invloed op energiegebruik (Page et al 2007) en vele auteurs en onderzoekers hebben door simulatie (Oldewurtel et al 2013, Li et al 2012) en veldtesten (Dong et al 2010, Agarwal et al 2010) het potentieel aangetoond voor energiebesparing met gebruikmaking van het volgen en lokaliseren van gebruikers binnen thermische zones in kantoorgebouwen. Doordat de bezetting van kantoorgebouwen stochastisch is, is het moeilijk om bezetting direct af te leiden uit functie en type van het gebouw. Daarbij wisselt het gebruik van een gebouw ook vaak en kan de bezetting in tijd ook veel veranderen (Mahdavi 2011). Voortgang in de techniek heeft de actuele bepaling van bezetting in een gebouw mogelijk gemaakt. Er is een aantal systemen ontwikkeld voor draadloze sensornetwerken (Wireless Sensor Networks, WSN), maar de implementatiekosten en het beheren van de bijbehorende infrastructuur is nog METHODIEK ONTWIKKELD Om met de groeiende complexiteit van technische systemen om te kunnen gaan, is door TU/e een methodiek ontwikkeld die als een gemeenschappelijke basis voor interdisciplinair onderzoek en ontwikkeling kan dienen, het Integraal Ontwerpen, gebaseerd op de algemene systeemtheorie (Blanchard & Fabrycky 2005). Het betreft een hiërarchische functionele decompositie-aanpak (Pahl et al 2006) voor het structureren van de energieinfrastructuur van de gebouwde omgeving en gebouwen (Zeiler en Savanovic 2009). De nieuwheid van de onderzoeksmethode zit in de systematische wijze op van abstract probleemstelling te komen naar concreet concept. Die vervolgens stapsgewijs verder worden uitgewerkt van het niveau van functies, fysieke principes en mogelijke werkingsprincipes, zie figuur links 5 (Zeiler en Boxem 2013). Bij de meeste Smart Grid projecten in het kader van TKI S2SG, maar ook de Internationale Smart Grid projecten (Giordano et al 2013), zijn de gebouwinstallaties hoogstens ten dele meegenomen en ontbreekt een gedetailleerd installatiegebruiksprofiel. Hierdoor is de werkelijke energievraag gerelateerd aan het benodigd comfort van de eindgebruiker erg onzeker. Door de vraag vanuit de gebruiker leidend te laten zijn wordt dit in een gebouw het startpunt van een bottom-up-benadering (Koloktsa et al 2011) voor de besturing van de interactie met de energie-infrastructuur (Zeiler en Boxem 2013). Gezien de geconstateerde spreiding in de uitkomsten van de mogelijke energiebesparing op individueel gebruikersniveau uit het TKI UCER project is het van belang beter inzicht te krijgen in het werkelijk energiegebruik door het gebouw gebaseerd op de gebruikersbehoeften. Anders is het optimaliseren van de interactie tussen gebouw en Smart Grid suboptimaal. De 8 TVVL Magazine SMART CONTROL