Slimme warmtepomp let op energieprijs

Transcriptie

1 Slimme warmtepomp let op energieprijs Kobus, C.B.A.; Klaassen, E.A.M.; Slootweg, J.G. Published in: Energie + Gepubliceerd: 01/01/2014 Document Version Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication: A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website. The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review. The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication Citation for published version (APA): Kobus, C. B. A., Klaassen, E. A. M., & Slootweg, J. G. (2014). Slimme warmtepomp let op energieprijs. Energie +, 2014, General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal? Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Download date: 12. Dec. 2018

2 communicatie Slimme warmtepomp let op energieprijs Door de stijgende vraag naar elektriciteit en de toename van het aandeel duurzame energie, wordt flexibiliteit in de elektriciteitsvraag steeds belangrijker. In de pilot Jouw Energie Moment (JEM) in Breda zijn de nieuwbouwhuizen in de wijk Meulenspie uitgerust met een slimme warmtepomp. Dit is een warmtepomp die bij het plannen van verwarmingsprocessen rekening houdt met de prijs van elektriciteit op verschillende momenten van de dag. Tekst Charlotte Kobus van Enexis en TU Delft en Elke Klaassen en Han Slootweg van Enexis en TU Eindhoven H maken en daarbij de elektriciteitsvoorziening betaalbaar en betrouwbaar te houden, wordt er steeds vaker gekeken naar nieuwe manieren om de vraag van elektriciteit te sturen. Dit heeft als doel de vraag beter te doen aansluiten bij het lokale aanbod van elektriciteit, rekening houdend met de netcapaciteit. De warmtevraag in huizen, voor ruimteverwarming en warmtapwatervoorziening, vormt het grootste deel van het energieverbruik in huishoudens. Door de hoge energie-efficiëntie van elektrische warmtepompen wordt hier steeds et gebruik van elektriciteit in de gebouwde omgeving is aan het veranderen. Enerzijds gaan huishoudens steeds vaker zelf elektriciteit produceren. Het aantal geïnstalleerde zonnepanelen is de afgelopen jaren sterk toegenomen in Nederland. Anderzijds neemt ook het verbruik van elektriciteit toe. Dit komt met name door nieuwe energiezuinige technologieën, zoals elektrische auto s en warmtepompen, die een verschuiving van andere energiedragers naar elektriciteit met zich meebrengen. Om deze energietransitie mogelijk te vaker gekozen. Deze stijging is vooral zichtbaar in nieuwbouwwoningen. In totaal worden al meer dan woningen verwarmd met een warmtepomp. Ondanks dat dit totale aantal nog relatief klein is, stijgt het aantal geïnstalleerde warmtepompen in Nederland erg snel. Elektrificatie Figuur 1. Aantal geïnstalleerde warmtepompen in woningen. Bron: CBS De toename van warmtepompen en daarmee de elektrificatie van de verwarmingsvraag, zorgt ook voor een toename van de elektriciteitsvraag. Met name in de winterperiodes wanneer de warmtevraag het grootst is en daardoor veel warmtepompen op hetzelfde moment aan staan kan dit voor problemen zorgen in de distributienetten. Voordeel van de warmtepomp is echter, dat door het hoge isolatieniveau van met name nieuwbouwwoningen, het mogelijk is de elektriciteitsvraag van de warmtepomp te verschuiven in tijd met behoud van het comfort van de bewoners. Dit is ook de reden waarom in verschillende studies het slim aansturen van warmtepompen wordt genoemd als kansrijke optie. De woning kan namelijk beschouwd worden als 10 Energie+ nr 4 december 2014 p10_jouw energiemoment.indd 10

3 Foto: Enexis Dit is in lijn met de kostenstructuur van de betrokken partijen in het project, netbeheerder Enexis en energieleverancier GreenChoice. Deelnemers krijgen inzicht in hun energieverbruik en productie door middel van een display die gekoppeld is aan het Home Energy Management System (HEMS) in hun woning. Dit systeem communiceert met het Central Energy Management System (CEMS), dat iedere woning van de informatie over het tarief en de voorspelling van de lokale productie voor de volgende dag voorziet. Deelnemers hebben ook een slimme wasmachine ontvangen. Die kunnen ze zo kunnen instellen, dat de machine wacht op een goedkoop of duurzaam moment om te gaan draaien. In de wijk Meulenspie is elk van de in totaal 49 huishoudens uitgerust met een warmtepomp. Daarvan doen er 38 mee aan de JEM-pilot. Vanaf de start hebben deze bewoners invloed op het moment waarop de wasmachine aangaat, maar niet op het moment waarop de warmtepomp gaat verwarmen, dit gebeurt namelijk automatisch. Daarom zijn in maart dit jaar deze warmtepompen aangepast om volledig automatisch mee te kunnen draaien in de pilot. Dit betekent dat de warmtepompen in staat zijn om rekening te houden met het dynamische tarief. De verwarmingsprocessen worden ingepland op de momenten waarop de prijs laag is, rekening houdend met het bewonerscomfort. Het werkingsprincipe thermische opslagbuffer, en de flexibiliteit van de warmtepomp kan gebruikt worden om het elektriciteitsverbruik beter te laten aansluiten op bijvoorbeeld de beschikbare netcapaciteit of het aanbod van lokaal opgewekte duurzame energie. Enexis onderzoekt in de pilot Jouw Energie Moment (JEM) in Breda of het mogelijk is om piekbelastingen in het elektriciteitsnet te voorkomen door warmtepompen slimmer te gaan aansturen. citeitsvraag en de prijs op de energiemarkt het hoogst is) en laag tijdens de nacht en de momenten waarop de lokaal geïnstalleerde zonnepanelen het meeste elektriciteit opwekken. De geïnstalleerde warmtepompen in Meulenspie zijn warmtepompen met bodemwarmte, aangesloten op een vloerverwarmingssysteem. De warmtepompen zorgen voor de verwarming Testen in de praktijk In maart 2013 is JEM in Breda van start gegaan in de nieuwbouwwijken Meulenspie en Easy Street. Met behulp van een dynamisch energietarief worden deelnemers verleid hun verbruikspatronen te veranderen. Het dynamische tarief in JEM wordt iedere dag berekend voor de volgende dag. Dit bestaat uit een dynamisch transporttarief van de netbeheerder, een dynamisch leveringstarief van de energieleverancier en een vast deel bestaande uit onder andere de energiebelasting. Over het algemeen is het tarief hoog tijdens de avonduren (wanneer de elektri- Figuur 2. Screenshot waarin het verbruik van de warmtepomp apart is weergegeven (roze) ten opzichte van het restverbruik van de woning (grijs). nr 4 december 2014 Energie+ 11 p10_jouw energiemoment.indd 11

4 communicatie Dynamisch Het slim aansturen is, net zoals bij de wasmachine het geval is, optioneel. Als deelnemers liever niet zien dat verwarmingsprocessen worden beïnvloed door het dynamisch tarief, dan kan de aansturing worden uitgezet via de display van het HEMS. Met de implementatie van de warmtepomp aansturing zijn een aantal extra schermen toegevoegd op deze display. Er is een nieuw scherm dat functioneert als thermostaat en er is ook een nieuw scherm waarop inzicht gegeven wordt in de momenten waarop de warmtepomp de woning heeft verwarmd. Zo kan worden nagegaan of de verwarmingsprocessen inderdaad zo veel mogelijk op goedkope momenten worden ingepland. Verwachte vraagverschuiving Om de theoretische flexibiliteit van de warmtepompen in de wijk Meulenspie te kwantificeren, en de effecten van verschillende dynamisch tarieven te kunnen bestuderen, is een model gemaakt wat de warmtevraag en het gedrag van de warmtepomp simuleert. Dit model is gebaseerd op de warmtepompdata die gedurende het eerste jaar van de pilot is verzameld. In figuur 3 is de gemiddelde vraagverschuiving van de warmtepomp gedurende de winterperiode weergegeven. Deze is gebaseerd op het dynamische tarief dat is afgegeven gedurende deze periode. Zoals te zien is in de figuur is een deel van de vraag in de ochtend naar voren gehaald, hierdoor wordt het net gedurende de ochtendpiek ontzien. Verder is ook te zien dat de vraag tijdens de avondpiek gereduceerd is. Gemiddeld gezien is de piekreductie in de avond niet heel groot, alleen op de echt koude dagen is de vraagverschuiving een stuk groter, doordat de warmtevraag en dus elektriciteitsvraag dan groter is. Daardoor kan er meer Warmtepompvraag (Watt) en koeling van de ruimte en de warmtapwatervoorziening. De slimme sturing van de warmtepomp is op de verwarmingsprocessen gericht. In de normale situatie werkt de warmtepomp op basis van een setpoint voor de temperatuur van het water dat terugkomt uit de vloerverwarming. Dit is de retourwatertemperatuur. Het setpoint is afhankelijk van de thermostaatinstelling van de bewoner en de buitentemperatuur. Door de afhankelijkheid met de buitentemperatuur varieert dit setpoint dus in de tijd. De retourwatertemperatuur wordt iedere 15 minuten gemonitord, wanneer de temperatuur is gedaald tot -2 C onder het setpoint start een verwarmingsproces dat duurt tot de temperatuur +2 C boven het setpoint is gestegen. In normaal bedrijf houdt de warmtepomp dus alleen rekening met de door het setpoint gestelde grenzen (-2 C en +2 C) en de retourwatertemperatuur. Om ervoor te zorgen dat de warmtepomp ook rekening kan houden met de elektriciteitsprijs, kan de slimme warmtepomp ervoor kiezen om eerder te starten met een verwarmingsproces wanneer dat een financieel voordeel oplevert. Wanneer de retourwatertemperatuur ten opzicht van het setpoint meer dan -0,3 C gedaald is, mag er gestart worden met verwarmen. In dit geval wordt een inplanverzoek gestuurd naar het CEMS. Dit verzoek bestaat uit een voorspelling van de uiterlijke tijd wanneer gestart moet worden met verwarmen, en de duur van het verwarmingsproces op dat tijdstip en alle tussenliggende tijdstippen. Het CEMS plant het verwarmingsproces vervolgens zo optimaal mogelijk in, rekening houdend met de elektriciteitsvraag in de rest van de wijk en het dynamische tarief. Door rekening te houden met de uiterlijke starttijd van een verwarmingsproces, de duur van het verwarmingsproces en het dynamische tarief wordt een keuze gemaakt voor het startmoment van een verwarmingsproces. verbruik verschoven worden in de tijd. Doordat de koude dagen ook de dagen zijn waarop het net sowieso al relatief zwaar belast wordt is vraagverschuiving tijdens deze dagen extra belangrijk. De verwachting is dat de flexibiliteit in de praktijk wat minder zal zijn dan het model uitwijst. Dat komt met name door de voorspellingen die gebruikt worden om de processen in te plannen. Wanneer de toekomstige warmtevraag verkeerd voorspeld wordt, kan het zo zijn dat een verwarmingsproces toch op een ander tijdstip begint dan is gepland. Doordat het bewonerscomfort prioriteit heeft, zal een verwarmingsproces ten alle tijden starten en stoppen wanneer de door het setpoint gestelde grenzen bereikt zijn. Na afloop van de huidige winterperiode zal het model gevalideerd worden op basis van metingen. Deelnemers De implementatie van het slim aansturen van de warmtepomp binnen JEM, is ingezet op basis van een duidelijke behoefte bij de deelnemers. Doordat de deelnemers de mogelijkheid hadden voor het slim aansturen van de wasmachine en 1000 dynamisch tarief slimme sturing normaal Tijd (uren) Figuur 3. Gemiddelde warmtepompvraag van één woning (oktober 2013 maart 2014) op basis van metingen en simulaties. 12 Energie+ nr 4 december 2014 p10_jouw energiemoment.indd 12

5 zetten. Na de uitrol van de slimme sturing in maart 2014, werden alle warmtepompen daardoor automatisch slim aangestuurd. Eind oktober stonden nog 33 van de 38 systemen op slim sturen. Uit vragenlijsten die verstuurd zijn na de introductie van de slimme aansturing, blijkt dat een belangrijke reden om dit te doen is dat deelnemers op deze wijze geld kunnen besparen (door 18 van de 38 genoemd). Ze zien dat de warmtepomp een grote verbruiker is en het is handig dat de aansturing automatisch gaat met gegarandeerd behoud van comfort. Oftewel, besparen zonder ernaar om te hoeven kijken. Deelnemers geven echter wel aan dat zij het prettig vinden dat zij de keuze hebben om het slim aansturen uit te zetten, ook al gebruiken ze deze keuze niet tot nauwelijks. Tegelijkertijd geven deelnemers aan het belangrijk te blijven vinden om met de kleinere verbruikers, zoals de wasmachine, te schuiven ook al kost dat iets meer moeite. Toekomst Om de energietransitie mogelijk te maken en daarbij de elektriciteitsvoorziening betaalbaar en betrouwbaar te houden, wordt flexibilisering van de elektriciteitsvraag steeds belangrijker. Warmtepompen bieden hiervoor goede mogelijkheden, zodat zij in het toekomstige energienet een belangrijke rol kunnen gaan spelen. Dit komt niet alleen door de hoge energie-efficiëntie, maar ook doordat woningen met warmtepompen in de toekomst als thermische buffer kunnen gaan fungeren. Op deze manier kan het elektriciteitsverbruik van de warmtepompen verschoven worden in tijd, om de vraag beter te kunnen laten aansluiten op het lokale aanbod van elektriciteit, rekening houdend met de lokale netcapaciteit. In de JEMpilot is een slim aansturingsalgoritme ontworpen dat ervoor zorgt dat de warmtepomp verwarmingsprocessen gaat inplannen door rekening te houden met de warmtevraag en het dynamische energietarief. Het theoretisch potentieel aan flexibiliteit is onderzocht. Hoewel er nog niet genoeg praktijkmetingen zijn om dit te valideren, wijst de praktijk al wel uit dat het slim aansturen van warmtepompen zinvol en veelbelovend is. En als de keuze voor het wel of niet slim sturen aan de deelnemer zelf is, blijkt 90% hier graag gebruik van te maken. Foto: Colin Brough andere apparaten, vroegen zij zelf om het slim aansturen van de warmtepomp tijdens de met regelmaat voor de deelnemers georganiseerde bewonersavonden. Zij zagen namelijk dat de warmtepomp niet flexibel was, terwijl zij bezig waren hun energieverbruik aan te passen. In een van de eerste vragenlijsten is de intentie gemeten om van de mogelijkheid om de warmtepomp slim aan te sturen gebruik te maken. 95% van de deelnemers gaf aan dat waarschijnlijk of zeker wel van plan te zijn. Gezien de discussie over de acceptatie van consumenten met betrekking tot slimme netten en slimme meters, is het interessant om te zien dat de behoefte om apparaten, zoals de warmtepomp, slim aan te sturen vanzelf lijkt te ontstaan binnen de JEM-pilot. Het enthousiasme van de deelnemers bleek ook tijdens het ontwikkelproces. Allereerst moest na de ontwikkeling van het algoritme voor de slimme sturing en het testen daarvan in een laboratorium setting, ook nog getest worden in een echte situatie; in één Meulenspie-woning. Er waren voor deze test veel aanmeldingen. Daarnaast is in overleg met de deelnemers tijdens een bewonersavond ook besloten om de defaultsetting op automatisch slim aansturen te nr 4 december 2014 Energie+ 13 p10_jouw energiemoment.indd 13