April 2010 | Jaargang 39 | Nr 4
JAARGANG 39 NR. 4 TVVL MAGAZINE APRIL 2010
Gebundelde energie In balans met Smart Grid Duurzaamheidsambities
Thema:
Building Brains
TM0411_cover.indd 1
8-3-2011 10:46:01
Inhoudsopgave Redactieraad: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J. (Jan) Aufderheijde Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. O.W.W. (Oscar) Nuijten 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) Ir. J. (Jan) Aufderheijde Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) Redactie-adres: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Postbus 311, 3830 AJ Leusden Telefoon redactie (033) 434 57 50 Fax redactie (033) 432 15 81 Email c.mulder@tvvl.nl
TVVL MAGAZINE April 2011
Wat je met gebundelde energie kunt bereiken Ing. J. (Jaap) Priester
6
Stap voor stap naar een energiezuinige wijk Ir. N (Nicolle) Celie, ir. M.R. (Marc Robert) van Luijpen en ir. M. (Mercedes) Sweeb 10
In balans met Smart Grid Ing. W.J.F. (Willem-Jan) Kooiman
12
Duurzaamheidsambities Ing. L. (Lesly) Ignatius Uitgave: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl www.merlijnmedia.nl secretariaat: Email info@merlijnmedia.nl Abonnementen: Merlijn Media BV Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl Benelux € 107,Buitenland € 210,Studenten € 85,Losse nummers € 18,Extra bewijsexemplaren € 13,Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd. Advertentie-exploitatie: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) 631717 Email r.struijk@merlijnmedia.nl Prepress: Yolanda van der Neut Druk: Ten Brink, Meppel ISSN 0165-5523 © TVVL, 2011 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.
18
Succesvolle duurzame renovatie Ing. A.Q.C.M. (Alex) van Doorn, A.A. (Ariane) Kaper MSc, G.M. (Rob) de Ruyter MSc 22
Energieneutrale kantoorrenovatie
Energieneutrale kantoorrenovatie Ir. D. (Diana) Deguelle, ir. M. (Marieke) Krijnen, Ir. J. (Joost) Heijnis
28
28
Duurzame innovatie in de bouwsector Dr. R. (Roald) Suurs,drs. E. (Edgar) van Niekerk, ing. C. (Carin) van Barreveld, ir. M. (Michael) Urlings 36
54
Een slimme koelkast voor slimme netten Dr. ir. M.C. (Maarten) Pennings
42
Het ene BIM is het andere niet… Ing. J.W. (Jan) Bouwman, ir. H.J. (Hilbert-Jan) Kuijer 46
Interview: Roland van der Klauw
Hoe creëer je een bewuste bewoner? Ing. M.A.W.M. (Maurice) van de Sande
50
editorial Interview Projectbeschrijving Actueel Uitgelicht regelgeving boekbespreking Internationaal Nieuws productnieuws summary/ voorbeschouwing Agenda
54 58 63 67 69 70 73 74 76 84 86
4
REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door gelijken’. 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: Experience Centre
58
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 € 111,- per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.
3
TM0411_inhoud.indd 3
8-4-2011 14:26:47
editorial
Building Brains Building Brains is een door TNO opgezet samenwerkingsproject dat op 21 september 2009 officieel van start ging met een grote ‘kick-off meeting’. Ruim 170 medewerkers uit 28 bedrijven en instellingen werken aan één doel: antwoord geven op de vraag hoe we tot 2030 ons energiegebruik kunnen halveren. Of beter: hoe maken we de gebouwde omgeving energieneutraal? De steeds slechter wordende economische situatie, waardoor de bouw stagneert en ontslag dreigt voor ‘knappe koppen’ in het bedrijfsleven, maar ook de verkokerde bouwsector met gebrek aan innovatiekracht vormden de aanleiding voor dit unieke project. Aan Building Brains is subsidie toegekend in het kader van de kenniswerkersregeling (zie kader).
KENNISWERKERSREGELING Het kabinet verwacht met de Kenniswerkersregeling een overbrugging te bieden voor onderzoeksactiviteiten in het bedrijfsleven. Ze wil met de regeling voorkomen dat kenniswerkers als gevolg van de economische crisis worden ontslagen. Daarmee zou waardevolle kennis verloren kunnen gaan (http://regelingen.agentschapnl.nl/ content/kenniswerkers).
De kenniswerkers zijn verdeeld over vier werkpakketten met de volgende onderzoeksthema’s: 1. Smart Evaluation en Innovation; 2. Smart Buildings/BIM; 3. Smart Energy Systems; 4. Smart District/Urban Strategy.
4
TM0411_editorial.indd 4
Ing. Jaap Veerman, Redactieraad en Royal Haskoning
Elk van de werkpakketten wordt aangestuurd door een duo, dat bestaat uit een onderzoeksleider van TNO en een kenniswerker van een deelnemend bedrijf. De onderzoekswerkzaamheden vinden voor het grootste deel plaats op de zogenaamde kennislocaties bij TNO in Delft, Eindhoven en Utrecht. In principe zijn alle kenniswerkers hier vier dagen per week met elkaar werkzaam. Zowel binnen de werkpakketten als tussen de werkpakketten onderling vindt regelmatig en intensief kennisuitwisseling plaats tijdens workshops, presentaties en overleg. Op 29 november 2010 zijn de resultaten van dit project tijdens een feestelijk programma aan het publiek bekend gemaakt met 18 presentaties op SS De Rotterdam. Er is veel werk verzet door de kenniswerkers. Dit heeft geresulteerd in meer interessante informatie dan één thema-uitgave van TVVL Magazine kan bevatten. Voor dit themanummer is daarom gekozen voor een zo breed mogelijk resultatenoverzicht, verdeeld over de vier werkpakketten.
TVVL Magazine | 04 | 2011 EDITORIAL
5-4-2011 11:02:54
SAMENWERKING Van het project Building Brains kunnen we leren dat bedrijven op een goede manier kunnen samenwerken, ook al zijn er soms tegenstrijdige belangen of zijn de bedrijven actief in zeer uiteenlopende marktsegmenten. Het artikel Wat je met gebundelde energie kunt bereiken gunt u een kijkje achter de schermen van werkpakketgroep Smart Energy Systems. In dit artikel leest u hoe deze groep, ondanks ogenschijnlijke belemmeringen, toch tot een goede samenwerking is gekomen. Gewerkt is aan de ontwikkeling van een nieuw hulpmiddel dat het voor organisaties mogelijk maakt om beslissingen te nemen op weg naar een energiezuinige wijk. In Stap voor stap naar een energiezuinige wijk wordt de Quick Urban Energy Scan toegelicht.
SMART GRID Het zal niet lang meer duren of we schakelen onze elektrische apparaten niet meer alleen zelf in of uit. Het elektrisch net van de toekomst zal op een heel andere manier met vraag en aanbod van elektrische energie omgaan. Dit net geeft dan zelf aan òf, en in welke mate, verantwoord en duurzaam energie kan worden geconsumeerd of teruggeleverd. In balans met Smart Grid behandelt de noodzaak, eisen aan en kosten van een Smart Grid-systeem en waarom hierbij een PowerMatcher nodig is. De bijdrage Een slimme koelkast voor slimme netten beschrijft met welke intelligente aanvulling een koelkast kan worden omgevormd tot een apparaat dat kan ‘deelnemen’ aan een Smart Grid en welke voordelen dit biedt voor de gebruiker.
DUURZAAM BOUWEN Op gebouwniveau gaat een aantal artikelen in op de duurzaamsheidaspecten van gebouwen en de wijze waarop de betrokken partijen daarmee om kunnen gaan. Het artikel Duurzaamheidsambities: Gefundeerd kiezen en vastleggen stelt een methode voor die het mogelijk maakt een eenduidige duurzaamsheidsambitie te formuleren en daarmee min of meer uitstijgt boven de al aanwezige duurzaamheids meetlatten. De ontwikkelde methode stelt de gebruiker in staat om uit een breed scala van duurzaamheidsaspecten de streefwaarden te formuleren. Het helpt vervolgens bij het omzetten van streefwaarden in concrete maatregelen en geeft inzicht in de energetische en kosteneffecten van de gekozen maatregel. Maar ook de totale levensduurkosten spelen natuurlijk een rol van betekenis. Al deze aspecten worden door één stuk gereedschap met elkaar in relatie gebracht. Zou dit de optimale aanpak zijn? Is dat genoeg om bijvoorbeeld een succesvolle renovatie te bereiken? Vele andere factoren spelen een rol. Wat moeten we doen om een renovatie ook echt succesvol duurzaam te maken? Maken we wel genoeg gebruik van de ervaringen uit gerealiseerde projecten? Beoordeelt u dit zelf maar na het lezen van Succesvolle duurzame renovatie en Energieneutrale kantoorrenovatie.
DUURZAAM GEBRUIKEN Na de renovatie begint het pas. Dan zal blijken of duurzaam renoveren ook leidt tot een duurzamer gebruik van het gebouw. Dat de gebruiker van een gebouw of woning hierbij de hoofdrol speelt, is algemeen bekend. Elke gebruiker is uniek, met een eigen manier van doen die moeilijk te beïnvloeden is. Vooraf gecalculeerde energievoordelen blijken in de praktijk niet te worden gehaald. De tijd is rijp om meer te focussen op de gebruiker en de wijze waarop deze kan worden geholpen of beïnvloed bij het terugdringen van het energiegebruik. We moeten ons meer gaan bezighouden met de vraag: Hoe creëer je een bewuste bewoner?, aldus het artikel met deze titel.
de oplossing voor ontwerp- en afstemmingsproblemen waardoor de faalkosten zullen dalen en de gebouwen duurzamer zullen worden. De bouwwereld zal zich op het gebied van BIM en virtueel bouwen moeten innoveren. Een doelgerichte definitie van BIM is daarbij onontbeerlijk. De artikelen Innovatie in de bouwsector en Het ene BIM is het andere niet…. werpen licht op deze onderwerpen.
WORDT VERVOLGD Het project Building Brains eindigde officieel op 31 december 2010. Het is een succesvolle formule gebleken en de betrokken bedrijven willen er mee door gaan. Daarom is stichting Building Brains opgericht. Zij zal deze unieke samenwerking continueren en zich richten op de vorming van hét ketenplatform voor de gebouwde omgeving: een kenniscentrum voor een vitale gebouwde omgeving. Ik wil de deelnemers aan Building Brains – ook diegenen die helaas vanwege uiteenlopende omstandigheden de eindstreep niet konden meemaken – hartelijk bedanken voor hun bijdrage aan het gemeenschappelijke doel. U wens ik natuurlijk een leerzaam leesplezier toe.
DEELNEMERS BUILDING BRAINS De 28 deelnemende partijen in Building Brains waren: 3D BluePrint Architects & Engineers, Altran, Aluvisions BV, Arup, ASVB, Ballast Nedam, Calduran Kalkzandsteen BV, Cepezed, CRH Building Materials, Deerns Raadgevend Ingenieursbureau b.v., DHV, DLV glas & energie, GXP Green Power eXchanger, Hazcon hazewinkel consult, Hurks groep, KOW Architecten, Kuijpers installaties, LSW Architecten, NXP Semiconductors, Octalix, Priva, Royal Haskoning, Slavenburg, TNO, TU Delft, TU Eindhoven, Volker Wessels, Yacht.
INNOVATIE EN BIM BIM is een innovatief begrip in de bouwwereld. Het wordt gezien als
TVVL Magazine | 04 | 2011 EDITORIAL
TM0411_editorial.indd 5
5
5-4-2011 11:03:07
Wat je met gebundelde energie kunt bereiken Binnen Building Brains heeft de groep Smart Energy gewerkt aan technische oplossingen voor energieneutrale gebouwen. De samenwerking tussen de bedrijven is niet gemakkelijk verlopen, maar heeft zeker boeiende resultaten en inzichten opgeleverd. In energieneutrale gebouwen gaat het niet alleen om energiebesparing. Net zo belangrijk zijn comfort, kosten en gebruik van duurzame energiebronnen. Er is gekeken naar slimme oplossingen voor gebouwontwerp, binnenklimaat, verlichting, elektrische energie en de gebruikersinterface. Technische automatisering draagt bij aan oplossingen waarin de mens centraal staat. Ing. J. ( Jaap) Priester, interim professional bij Yacht
FOCUS EN WERKWIJZE Smart Energy Systems heeft zich opgesplitst in vier groepen, gebaseerd op de aanwezige expertise en interesse. Die groepen zijn: - Klimaat & Comfort; - Verlichting; - Smart Grid; - Gebruikersinterface. Overkoepelend werken de groepen aan een gezamenlijk platform voor de bedachte functionaliteit: het Building Control System. De werkzaamheden bestaan uit literatuuronderzoek, het combineren en vergroten van de aanwezige kennis en het modeleren en simuleren. Een belangrijk onderdeel is het maken van prototypes. Dit levert de kennis op die nodig is om slimme oplossingen voor energiegebruik te ontwikkelen.
DUURZAAMHEID De groep Smart Energy Systems hanteert het principe ‘People, Planet, Profit’ en pakt energieoptimalisatie aan volgens de Trias
6
TM0411_priester_2033k-.indd 6
Energetica. Energieneutrale gebouwen gaan niet alleen over het verminderen van energiegebruik. Het energiegebruik is een onderdeel van duurzaamheid. Duurzaamheid is de balans tussen comfort, energie en betaalbaarheid. Naast het besparen van energie maakt het benutten van duurzame energiebronnen onderdeel uit van slimme oplossingen.
-omzetting, zoals bodemwarmte, zonnepanelen, zonneboilers en aansluiting op het elektrische net. Na integratie van de verschillende systeemdelen ontstaat een suboptimaal
INTEGRALE AANPAK In de huidige praktijk worden systemen in gebouwen los van elkaar ontworpen en geïnstalleerd. Voorbeelden hiervan zijn verwarming, ventilatie, koeling, verlichting en apparaten. Dit geldt ook voor systemen voor energieopwekking en
TVVL Magazine | 04 | 2011 DUURZAME ENERGIE
5-4-2011 11:04:45
resultaat. Om maximale energie efficiëntie en comfort te behalen is een integralere aanpak nodig, die uitgaat van de behoeften van de mens
DE MENS Aan de basis van het energiegebruik in gebouwen staat de mens. De mens heeft sinds zijn bestaan een aantal behoeften. Dit zijn onder andere de behoefte aan eten, drinken, verwarming, koeling en frisse lucht. Maar de mens heeft ook abstractere behoeften, zoals veiligheid, privacy, sociaal contact en zelfontplooiing. Deze behoeften worden tegenwoordig ingevuld door, onder andere, een gebouw om in te wonen/werken met daarin een aangenaam binnenklimaat, verlichting en een grote diversiteit aan apparaten. Maar ondanks alle oplossingen en technieken, blijven we verbonden met de natuur. We willen graag uitzicht naar buiten, daglicht en hebben nog steeds een bioritme. Als mens streven we naar comfort. Het comfort van de mens is een combinatie van diverse factoren die te maken hebben met het zintuiglijk waarnemen van de omgeving, onze houding/activiteit en onze beleving. Een combinatie dus van fysica, fysiologie en psychologie. Wanneer we werken aan duurzaamheid (en dus ook comfort) moeten we hiermee rekening houden.
GEBOUW Het gebouw is een belangrijke basis om de behoeften van de mens in te vullen. Het gebouw voorziet (in combinatie met andere zaken) in veiligheid, privacy en binnenklimaat. Voor het verkrijgen van een comfortabel binnenklimaat zal een installatie nodig zijn. Vanuit Smart Energy Systems is de vraag gesteld: hoe ontwerpen we een gebouw dat comfortabel en energieneutraal is? Bestaande ontwerpmethodieken, zoals de NEN-ISO 23045, blijken hiervoor niet voldoende geschikt. Er ontbreekt een methodiek die toepasbaar is op bestaande bouw, goed omschreven is, implicaties aangeeft en aandacht geeft aan controle op de uitvoeringskwaliteit. Smart Energy Systems heeft een ontwerpmethodiek ontwikkeld voor het gebouw en de installatieconcepten die deze behoefte invult en die werkt volgens de Trias Energetica. Als basis voor de ontwerpmethodiek is een case study uitgevoerd naar het optimale gebouw. Locatie en budget zijn buiten beschouwing gelaten. Voor de case study is de ‘GreenShed’ ontwikkeld: een gebouw dat wat betreft indeling en afmetingen zowel een kantoorfunctie als een woonfunctie kan vervullen. Uitgangspunt voor de bouwkundige para-
TVVL Magazine | 04 | 2011 DUURZAME ENERGIE
TM0411_priester_2033k-.indd 7
meters was het passiefhuis. Het GreenShedgebouw is als model ingevoerd in een simulatieomgeving. De simulatie geeft inzicht in energiegebruik en thermisch comfort. De simulaties doorlopen verschillende stappen, waarin de parameters gebouworiëntatie, isolatiewaarde, zonwering, glasoppervlak en thermische massa wijzigen. Bij het optimaliseren bleek dat er voor het comfort een klimaatinstallatie nodig is. Deze installatie dient zo te worden ontworpen, dat een minimale hoeveelheid energie nodig is en de energiebehoefte met duurzame bronnen kan worden ingevuld. Over het jaar gezien is het GreenShed-gebouw, inclusief installatie, energieneutraal. Een buffer in de vorm van een net (Smart Grid) is wel noodzakelijk. De Green Shed-methodiek houdt rekening met architectuur, regelgeving en de gebruiker. Een belangrijk aspect van de methodiek is simulatie; automatisering is dus een wezenlijk onderdeel.
IN HET GEBOUW In het gebouw zijn het binnenklimaat en de verlichting van belang voor het comfort. Voor de besturing van comfort en gebouwgerelateerde zaken heeft Smart Energy Systems een platform ontwikkeld, dat dient als prototype voor gebouwautomatisering. Het maken van een prototype heeft als doel kennis te vergaren. Dus, bouwen om te leren of (omgekeerd) leren door te bouwen. De kennis die wordt opgedaan heeft betrekking op de gewenste functionaliteit en de benodigde hardware en software. Op het gebied van gebouwautomatisering is al veel voorhanden, zowel voor kantoren als, in mindere mate, voor woningen. Het nadeel van de huidige oplossingen is vaak de complexiteit, de hoge aanschafprijs, het hoge eigen energiegebruik en de ingrijpende installatiewerkzaamheden vanwege de veelheid aan bekabeling. Dit heeft ervoor gezorgd dat de huidige oplossingen vooral in woningen en renovaties van kantoren/woningen niet vaak zijn toegepast. Een andere reden is dat de installatie en bediening vaak niet gebruiksvriendelijk is. Dit alles heeft geleid tot de volgende belangrijke uitgangspunten voor het ontwerp van het platform: - lage investeringskosten; - minimaal energiegebruik; - eenvoudige installatie; - gebruiksgemak; - comfort. Het maken van een prototype voor de totale gebouwautomatisering vergt veel van de beschikbare middelen (tijd en geld). Bovendien
is het niet nodig voor het verkrijgen van kennis. Dit prototype is gekozen om vooral de verlichting te implementeren en rekening te houden met andere functionaliteiten. Dat is een logische keuze, omdat het aansturen van verlichting relatief goedkoop is en tevens een zichtbaar resultaat geeft. Dit geldt niet voor bijvoorbeeld een klimaatregeling, omdat voor het regelen van klimaat in ieder geval een klimaatinstallatie nodig is. Voor verlichting kennen we een aantal soorten lampen. Van oudsher is er de gloeilamp die nog steeds in gebruik is. Daarnaast zijn er de halogeenlamp, TL-lamp en spaarlamp. En sinds kort heeft de LED-lamp zijn intrede gedaan. De trend in de ontwikkeling van lampen is dat het energiegebruik steeds verder afneemt. Een aankomend verbod op gloeilampen en halogeenlampen zorgt automatisch voor energiebesparing. Met slimme verlichting is daardoor steeds minder energie te besparen. Het financiële voordeel van slimme verlichting door aanwezigheidsdetectie, daglichtafhankelijke dimregeling en automatisch gestuurde zonwering is dus niet erg groot. De winst zit meer in comfort en in kostenbesparing door slimme verlichting te combineren met andere besturingen. Kantoren en woningen zijn in het algemeen voorzien van een systeem voor het regelen van de binnentemperatuur. Maar alleen regelen op de gewenste binnentemperatuur geeft niet altijd het gewenste resultaat. Een veelheid van factoren bepaalt het thermisch comfort, zoals de activiteit en kleding van een persoon, luchttemperatuur, stralingstemperatuur, luchtsnelheid en luchtvochtigheid. In de praktijk wordt er een vereenvoudiging toegepast: aansturing van een apparaat gebeurt door alleen de luchttemperatuur te meten op één of meer plaatsen. Gevolg is een niet optimaal comfort en onnodig energiegebruik. Betaalbare en eenvoudig toepasbare sensoren en klimaatregelaars maken het verbeteren van comfort en verminderen van energiegebruik realiseerbaar voor een grote groep mensen. Smart Energy Systems heeft met behulp van modellen en simulatie inzicht verkregen in een beter regelalgoritme, wat resulteert in een beter thermisch comfort.
ELEKTRISCHE ENERGIE De huidige elektrische energievoorziening is in grote lijnen onderverdeeld in opwekking, transport, en de distributie naar de afnemers. Opslag van elektrische energie is technisch goed mogelijk. Maar als er op industriële schaal elektrische energie moet worden opgeslagen, blijken de kosten daarvan te hoog en het rendement te laag. Dat is dus geen oplos-
7
5-4-2011 11:04:45
sing voor energievoorziening op grote schaal. Vraag en het aanbod van elektrische energie moet in evenwicht zijn. Per definitie is er dus balans. Als die niet aanwezig is, moet er actie worden ondernomen. Bij te weinig vraag zal het aanbod moeten verminderen, bijvoorbeeld door één of meer centrales terug te regelen in capaciteit. Bij te veel vraag zal het aanbod vergroot moeten worden, bijvoorbeeld door één of meerdere centrales extra te laten leveren. Als noodoplossing kan ook een deel van de vraag worden afgekoppeld. De balans wordt dus principieel gehandhaafd door het aanbod aan te passen op de vraag die er is. Dit werkt goed zolang het aanbod stuurbaar is. Vroeger was er een duidelijke lijn tussen aanbieders en gebruikers van elektriciteit. Het huidige elektriciteitsnet ziet er veel complexer uit, onder andere door de opkomst van decentrale opwekkers zoals warmte/krachtkoppeling, windturbines en zonnepanelen. Een groot deel van deze eigen opwekkers maakt gebruik van duurzame bronnen. Ook verschijnen er steeds meer relatief grote verbruikers op de markt, zoals warmtepompen, elektrische kooktoestellen en elektrische auto’s. Dit alles stelt extra eisen aan de capaciteit en de kwaliteit van het elektriciteitsnet. Energie uit duurzame bronnen, zoals wind en zon, is niet goed stuurbaar. Bij het duurzaam omgaan met elektrische energie zal hiermee rekening moeten worden gehouden. Ook moet de vraag van vooral grote verbruikers stuurbaar zijn, zodat de benodigde capaciteit van het netwerk beperkt kan blijven. Het handhaven van de balans door de vraag te sturen, zorgt ervoor dat het aanbod van energie uit duurzame bronnen optimaal benut wordt en de benodigde capaciteit beperkt blijft vanwege gelijktijdige vraag. Naast de bestaande elektrische infrastructuur is een ICT-infrastructuur nodig om de gegevens over de energie (vraag & aanbod) te communiceren. De verbruikers moeten dan de benodigde functionaliteit hebben om slim om te kunnen gaan met de aangeboden informatie. Smart Energy Systems heeft onderzoek gedaan naar gebruikersprofielen van apparaten. Als prototype is elektronica ontwikkeld die ingebouwd in een koelkast de energievraag beïnvloedt op basis van aangeboden informatie (de prijs) over de energie.
DE GEBRUIKER Bewustwording van energiegebruik leidt tot energiebesparing. Energiemeters zijn in huis vaak ergens weggestopt en moeilijk afleesbaar. De meetresultaten worden bovendien weergegeven in hoeveelheden gas/elektriciteit/ warmte. Slechts één maal per jaar biedt een jaaroverzicht inzicht in het verbruik, uitgedrukt
8
TM0411_priester_2033k-.indd 8
Smart Grid
in geld. Dit overzicht is voor de meeste mensen niet erg overzichtelijk en geeft geen inzicht in het verbruik op apparaatniveau. De bediening van de klimaatregeling en thermostaatkranen is voor de meeste mensen veel te technisch en de gebruikte symbolen zijn niet eenduidig. Literatuuronderzoek wijst uit dat door directe feedback een besparing van 10% zonder meer mogelijke is. Technisch kan er al veel door het inzetten van een slimme energiemeter. De netbeheerder moet dan wel de gegevens beschikbaar maken voor de gebruiker en laagdrempelig presenteren. De kosten zijn de belangrijkste drijfveer voor energiebesparing, dus alles moet worden vertaald van technische eenheden naar euro’s. Smart Energy Systems onderzocht hoe een begrijpelijke interface de bewustwording bij de gebruiker stimuleert. Er is een bestaande methode gevolgd: Human Centred Design. Deze methode richt zich op het gebruik van het systeem en het toepassen van menselijke factoren, zoals ergonomie en kennis van bruikbaarheid. Ook terugkoppeling van potentiële gebruikers is vereist en bijstelling aan de hand van de gegeven verbeterpunten. Persona’s kunnen dit proces vereenvoudigen en versnellen. Een persona is een fictief personage dat is gebaseerd op de kennis van de betreffende doelgroep en de ervaring en kennis die is opgedaan in andere gebruikersonderzoeken. Een dergelijk personage krijgt gestalte door
een complete invulling van de persoon: naam, leeftijd, geslacht, gezinssituatie, werk, hobby’s en karaktereigenschappen. Voor de ontwerpers zijn het bijna echte klanten. Belangrijke elementen in de bewustwording en dus ook voor de interface zijn: - continu tonen van actueel verbruik en besparing; - tonen van de eigen historie en vergelijken met de rest van de buurt; - creëren van een competitie-element; - creëren van diagnosemogelijkheden; Om de bruikbaarheid en acceptatie van systemen te vergroten, moet de gebruiker invloed hebben op het functioneren. De gebruiker heeft dus het laatste woord, ondanks de toegepaste automatisering. Het bouwen van een prototype heeft de benodigde kennis voor een goede gebruikersinterface opgeleverd.
BEVINDINGEN Het bij elkaar brengen van mensen met verschillende achtergronden en bedrijfsculturen zorgt voor interactie, die leidt tot ideeën. De mensen moeten wel gemotiveerd worden om kennis te delen en samen te werken. Het bouwen van prototypes en modellen heeft veel kennis opgeleverd. Deze kennis zal op termijn leiden tot innovatieve producten. Ook is er een netwerk gevormd van mensen die goed zijn in hun vak en verder durven te kijken.
TVVL Magazine | 04 | 2011 DUURZAME ENERGIE
5-4-2011 11:04:46
Vertrouw op blauw
Warmtekrachtkoppeling
Zonne-energie
HR-ketels Utiliteit & Industrie
Gasabsorptiewarmtepompen
Buderus Blauw is een gevestigd begrip in de utiliteitsmarkt en in de industrie. Buderus staat voor hoogwaardige en innovatieve verwarmingssystemen. Met jarenlange ervaring in vrijwel alle landen van Europa. Met een krachtige kennis- en serviceorganisatie voor de juiste ondersteuning. En met steeds meer focus op toepassing van energiezuinige en duurzame technologie. Meer weten? Ga naar de nieuwe website of bel de Buderus Infolijn: 0570 602200. Vertrouw op blauw en kies voor de absolute zekerheid van Buderus.
www.buderus.nl
47200140 Adv TVVL 210x297.indd 1 TM0411_buderus_09.indd 9
20-01-11 09:49 5-4-2011 11:51:18
Stap voor stap naar een energiezuinige wijk Duurzaamheid en energiebesparing zijn bijzonder actueel en staan op de agenda van vrijwel elke organisatie. Toch worstelen veel organisaties met het vertalen van deze ambitie naar de praktijk. De vertaling van beleidsambities voor duurzaamheid naar concrete uitvoering van herstructurerings- of nieuwbouwprojecten komt in veel gevallen nauwelijks tot stand. De reden is vaak een gebrek aan overzichtelijke en betrouwbare gegevens en specifieke kennis van duurzame energietechnieken. Er zijn geen instrumenten voorhanden die ondersteuning bieden. Of toch wel? De Quick Urban Energy Scan biedt uitkomst. Ir. N (Nicolle) Celie, Deerns; ir. M.R. (Marc Robert) van Luijpen, Yacht; ir. M. (Mercedes) Sweeb, Yacht
De meeste organisaties slagen er nog wel in om hun ambitie op het gebied van lokale duurzame energie te formuleren. Dat kan een vastgestelde energiebesparing zijn of een beoogde beperking van de CO2-uitstoot. Maar de stap van deze ambitie naar integraal ruimtelijk beleid en de uitvoering hiervan blijkt lastig. In het kenniswerkersproject ‘Building Brains Smart Building Smart District: Energy Neutral’ is een programma ontwikkeld door een samenwerking tussen diverse partijen uit de gehele bouwketen: van planvorming op stedelijke schaal tot installaties in gebouwen. De Quick Urban Energy Scan (QUES) ondersteunt gemeenten en woningbouwcorporaties bij het verkrijgen van inzicht om energiebeleid te maken en dit vervolgens te concretiseren naar herstructurerings- en nieuwbouwprojecten.
of instructies door te nemen. QUES biedt de mogelijkheid om stapsgewijs verschillende scenario’s voor de energievraag, de middelen voor energiereductie en de inzet van duurzame energietechnieken te fornuleren. Als de gebruiker aan de slag gaat met QUES
wordt er eerst een buurt, wijk of gebied ingevoerd. De gebruiker geeft aan wat de gebiedseigenschappen zijn. Er hoeven slechts een paar gebiedskenmerken te worden ingevoerd. Om weerdata te kunnen laden selecteert de gebruiker het KNMI-weerstation dat het
GEBRUIKSVRIENDELIJK QUES is een programma dat op elke computer geladen en gebruikt kan worden. Voor het gebruik is geen specifieke technische kennis nodig. Het programma is zo opgebouwd dat de gebruiker snel inzicht krijgt in de materie, zonder daarvoor uitgebreide documentatie
10
TM0411_celie_2033c.indd 10
-Figuur 1- Resultaten zijn direct in tabel- en grafiekvorm zichtbaar
TVVL Magazine | 04 | 2011 DUURZAAM
5-4-2011 11:06:04
dichtst bij de gekozen locatie ligt. Daarnaast geeft de gebruiker een aantal andere rudimentaire gebiedsgegevens aan, zoals de hoeveelheid vrije ruimte en de oppervlakte van asfaltwegen.
ENERGIEVRAAG EN -REDUCTIE Nadat de gebruiker de gebiedskenmerken heeft ingevoerd, stelt hij een lijst samen van alle woningen en utiliteitsgebouwen in het aangegeven plangebied. In QUES zijn de meest voorkomende gebouwtypen opgenomen: woningen uit de Voorbeeldwoningen van Agentschap NL en utiliteitsbouw vanuit een aantal andere bronnen. Aan de hand van de ingevoerde gebouwen wordt de energievraag van het aangegeven plangebied berekend. In die vraag komen zowel de woningen als de utiliteitsbouw aan bod. Aan de hand van de ingevoerde gegevens kan het programma een eerste inschatting maken van de energievraag van het plangebied. Dit levert een aantal resultaten op: de totale vraag naar elektrische energie, de vraag naar thermische energie en de totale CO2-uitstoot. Die totalen worden direct berekend en in staafdiagrammen weergegeven (zie figuur 1). Als derde stap toont QUES het effect van energiebesparende maatregelen door bijvoorbeeld de renovatie van woningen. Per ingevoerd woningtype wordt aangegeven of er vraagreducerende maatregelen toegepast gaan worden. De gebruiker kan het niveau van de renovatie zelf kiezen.
-Figuur 2- Een korte beschrijving van technieken is beschikbaar
-Figuur 3- Met schuifbalken energiescenario’s bepalen
DUURZAME ENERGIE De vierde stap is het bepalen van de mogelijkheden voor het toepassen van duurzame energie. Door het selecteren van één of meerdere technieken (figuur 2) wordt de potentiële opbrengst van de geselecteerde technieken binnen het plangebied berekend. Daarbij worden ook de ruimtelijke invloeden, de CO2-reductie en de financiële aspecten van verduurzaming kort en bondig weergegeven. Bij windenergie bijvoorbeeld geeft QUES aan welke bijdrage één of meerdere windmolens aan de energielevering biedt. Daarnaast laat het programma zien wat de kosten en de ruimtelijke consequenties zijn van het plaatsen van een windmolen in een bebouwd gebied.
ENERGIEMIXER Als laatste stap kan een gebruiker diverse energiescenario’s en de gevolgen daarvan bekijken en beoordelen (figuur 3). Die scenario’s komen tot stand door het handmatig aangeven van combinaties en percentages van de energietechnieken. Op deze manier slaat QUES een brug tussen
TVVL Magazine | 04 | 2011 DUURZAAM
TM0411_celie_2033c.indd 11
de vaak abstracte ambities op het gebied van duurzame energiemaatregelen en de toepassing van die middelen in de ruimtelijke planvorming. QUES kan ook geraadpleegd worden wanneer de gebruiker uitvoerige informatie over bijvoorbeeld geothermie, opslag, zon, biomassa, energie uit oppervlaktewater of windenergie zoekt.
de energieprestatie van energie-infrastructuur op gebiedsniveau, dus buiten de grens van het gebouwperceel, mee te nemen in de algemene energieprestatie van een gebouw. QUES rekent met vereenvoudigde rekenregels van de EMG. Hiermee biedt het een indicatie van de methodiek. De opgenomen rekenregels zijn gebaseerd op het voornormontwerp (NVN) 7125.
EXTRA ANALYSE Als er in de wijk ook nieuwbouwprojecten worden uitgevoerd, kan hiervoor een extra analyse uitgevoerd worden: de EMG. De EMG staat voor Energieprestatienorm voor Maatregelen op Gebiedsniveau; de toekomstige NEN-norm 7125. Deze norm is een aanvulling op de toekomstige Nederlandse norm Energieprestatie van Gebouwen (EPG), NEN 7120. Het doel van de EMG-rekenregels is om
STAND VAN ZAKEN Eind 2010 is QUES testklaar opgeleverd. Momenteel wordt door stichting Building Brains gezocht naar financiële middelen om het programma verder te ontwikkelen met behulp van enkele pilotprojecten. Informatie over de toekomstige beschikbaarheid van het programma wordt bekendgemaakt op onder andere: www.buildingbrains.eu.
11
5-4-2011 11:06:07
In balans met Smart Grid Het begrip ‘Smart Grid’ staat voor: toegevoegde intelligentie en communicatie voor de verbruikers en opwekkers in ons elektriciteitsnet. Waarom is dit nodig? Wat moet hiervoor gebeuren? Is het duur? Dit artikel schetst een beeld van de toekomst van ons elektriciteitsnet. Het beschrijft de context en laat zien hoe in de gebouwde omgeving effectiever gebruik gemaakt kan worden van duurzaam opgewekte energie met hulp van toegevoegde intelligentie en communicatie voor apparaten en opwekkers. Ing. W.J.F. (Willem-Jan) Kooiman, Kuijpers Installaties Helmond
In het onderzoeksprogramma TNO Building Brains is een pad uitgestippeld naar de doelstelling 20/20/20 2020 van de overheid. Deze doelstelling beoogt om voor 2020 20% CO2-reductie, 20% duurzame bronnen en 20% betere efficiëntie t.o.v. 1990 te realiseren Daarnaast is er een universele toevoeging ontwikkeld voor specifieke apparatuur die in een Smart Grid opgenomen kan worden (zie het artikel ‘Een slimme koelkast voor slimme netten’ elders in deze uitgave).
AANLEIDING Het is 10 september 2010. Prof.dr.ir. J.G.(Han) Slootweg vangt zijn inaugurale rede aan als hoogleraar van de nieuw ingestelde leerstoel ‘Smart Grids’ aan de TU/e. Zijn stelling is: “Het verduurzamen van onze energievoorziening is een uitdaging van ongekende proporties”. Vooral door economische belangen en natuurlijke weerstand tegen verandering komt energietransitie maar moeizaam op gang, ondanks alle goede bedoelingen. Energiegebruik moet minder, moet efficiënter, moet anders. Dit is eigenlijk allang bekend, maar velen onder ons zijn nog niet bereid hier welvaart voor in te leveren. De noodzaak is blijkbaar nog niet groot genoeg. De transitie moet echter wel doorzetten, want de fossiele
12
TM0411_kooiman_2033i-.indd 12
energie wordt in ras tempo duurder en uitstel zal op lange termijn een bedreiging zijn voor de wereldeconomie. Ondertussen neemt de vraag naar elektriciteit toe en krijgen we te maken met een toename in duurzame elektriciteitsproductie. Deze duurzame elektriciteitsproductie kent een groei van 3,5% per jaar (TenneT, december 2010). Duurzame energie uit de bronnen zon en wind is minder goed beheersbaar dan de energie uit elektriciteitscentrales. Wat zijn de consequenties wanneer deze duurzame energiebronnen op grote schaal worden toegevoegd aan ons huidige elektriciteitsnet? Wat moet er gewijzigd worden wanneer deze energie geleverd wordt vanuit verschillende punten in het net en niet vanaf een centraal punt? Ons huidige elektriciteitsnet wordt geregeld op een frequentie van 50 Hz. Zakt deze frequentie dan betekent dit voor de elektriciteitscentrales dat er meer ‘kolen op het vuur’ moeten. Het vliegwieleffect van alle roterende machines bij elkaar zorgt voor voldoende demping van de schommelingen in elektriciteitsproductie en elektriciteitsconsumptie. De meeste duurzame bronnen kennen geen vliegwiel maar een omvormer die luistert naar
de huidige frequentie en zich hierop aanpast. Bovendien is het aanpassen van de productiecapaciteit van duurzame opwekkers in strijd met de doelstelling. Elektriciteit wordt op dit moment gezien als de energievorm van de toekomst. Logisch, want het heeft gunstige eigenschappen: het is universeel inzetbaar, het kan makkelijk duurzaam worden opgewekt en het is makkelijk te transporteren. Voor elektriciteit zijn de volgende trends op te maken: - we gaan steeds meer energie (dus ook elektriciteit) gebruiken; - we gaan meer elektriciteit duurzaam opwekken; - we verschuiven onze energievraag voor warmte en mobiliteit van fossiel naar elektrisch (die overigens met een groot verlies wordt opgewekt uit fossiele energie); - we gebruiken duurzaam opgewekte stroom steeds effectiever; - elektriciteit wordt niet meer alleen vanuit de centrale geproduceerd, maar de productie heeft zich over het hele netwerk in alle lagen verspreid.
PRAKTISCHE BENADERING Kan het huidige elektriciteitssysteem omgaan
TVVL Magazine | 04 | 2011 ENERGIEGEBRUIK
5-4-2011 11:07:19
met deze trends? De basis is immers ruim honderd jaar geleden bedacht. Wat gaat er verkeerd en waar moet op worden gestuurd? En op welke wijze? Dit artikel geeft een praktische benadering om een stabiel elektriciteitsnet te behouden. Daarbij wordt ‘ruimte’ gemaakt voor inpassing van minder goed beïnvloedbare duurzame elektriciteitsopwekkers, zoals zon en wind. Om een evenwicht in het systeem te handhaven is het nodig om de (grote) verbruikers te beïnvloeden. Voor deze invloed is flexibiliteit noodzakelijk. Het grootschalig opslaan van elektriciteit is nog steeds niet economisch rendabel om aan deze wensen tegemoet te komen. Afstemmen en evenwicht vragen communicatie en overleg. De strategie vergt denkwerk. Voor het totaal van netwerk, communicatie en strategisch regelen is het begrip Smart Grid al ingeburgerd. Smart Grid kan gedefinieerd worden als: ‘intelligentie toegevoegd ‘in/aan’ de netwerken in samenspraak met gebruikers (interactief) en apparaten die samen onderhandelen over het efficiënt en effectief gebruik van (schaarse) duurzame bronnen en verbindingen’.
EVENWICHT Ontwikkelaars van Smart Grids streven naar het zo effectief mogelijk gebruiken van duurzaam opgewekte elektriciteit, zodanig dat nog steeds een evenwicht blijft bestaan tussen vraag en aanbod. Waar nu het aanbod reageert op de vraag, stemmen Smart Grids de vraag af op het aanbod van duurzame elektriciteit. Als neveneffect krijgen we hierdoor piekafvlakking (peakshaving). Hierdoor kan de capaciteit van elektrische netwerken beter worden benut en kunnen uitbreidingsinvesteringen worden uitgesteld. Toch zijn er momenten, waarop een piek ontstaat in het net, die een Smart Grid niet kan wegregelen. Denk bij voorbeeld aan de warmtepompen die op een koude dag niet meer uitschakelen en gedurende 24 uur elektriciteit nodig hebben. Dit geldt dan voor alle warmtepompen in een gebied. Hiervoor zijn andere maatregelen nodig, zoals een warmte/ krachtkoppeling of een sterker net. Uiteraard blijft het belangrijk de warmtepompen zo klein mogelijk te houden volgens de filosofie van de Trias energetica. in Hoogkerk (Groningen) draait momenteel met succes een Smart Grid voor 25 huishoudens. Dit systeem werkt met PowerMatchertechnologie, bedacht door ECN. In dit proefproject is het Smart Grid nog vrij kostbaar uitgevoerd met computertechnologie (€20.000,- per huishouden). Het kan echter eenvoudiger.
TVVL Magazine | 04 | 2011 ENERGIEGEBRUIK
TM0411_kooiman_2033i-.indd 13
POWERMATCHER PowerMatcher is niet het enige uitgewerkte Smart Grid-systeem. Maar de ontwikkeling van het systeem is al ver gevorderd. Het is op alle fronten compact en heeft haar effectiviteit inmiddels in praktijktests bewezen.
Toepassing: Powermatcher
Veiling meester
Verzamelaar
Verzamelaar
-Figuur 1- Schema powermatcher
Powermatcher is gebaseerd op het handhaven van een balans op basis van een virtuele prijs. De prijs ontstaat door de vraag- en aanbodcurves van alle deelnemende apparatuur bij elkaar op te tellen. Dit gebeurt in stappen die flexibel te maken zijn. Apparatuur geeft een biedcurve of vraagcurve door aan de verzamelaar. Deze telt de curves alvast bij elkaar op en stuurt het resultaat door naar de veilingmeester die van alle verzamelaars de vraag- en biedcurves ontvangt. Op basis van het snijpunt van beide curves ontstaat een actuele virtuele prijs. Deze prijs is losgekoppeld van de werkelijke prijs, zoals die op de APX ontstaat. Deze virtuele prijs wordt naar alle aangesloten apparatuur doorgegeven. Op basis van de eigen bied- of vraagcurve bepaalt de apparatuur zelf of hij aangaat en hoeveel vermogen hij van het net betrekt. De intelligentie is dus niet centraal opgesteld maar zit in de apparatuur zelf. Dit geeft de mogelijkheid om geavanceerde programma’s te maken voor bijvoorbeeld warmtepompen die tegen overmatig schakelen dienen te worden beschermd. Voor meer informatie zie www.powermatcher.nl.
FINANCIEEL AANTREKKELIJK
Grid, moeten de apparaten aan een aantal voorwaarden voldoen: - spreiding: de elektriciteitsvraag moet uitgesteld kunnen worden door bijvoorbeeld (thermische) opslag of mogelijkheid tot uitgestelde start van bijvoorbeeld een vaatwasmachine; - schaalgrootte: de elektriciteitsvraag moet een redelijke vermogensomvang hebben om economische effectief te kunnen zijn. (zie kader koelkast); - betrouwbaarheid: het proces moet niet verstoord worden onder invloed van een Smart Grid (zie kader warmtepomp).
Wanneer de deelname aan een Smart Grid financieel aantrekkelijk wordt gemaakt, is de drempel om te investeren in Smart Grid nog verder verlaagd. Dit zou bijvoorbeeld mogelijk zijn, wanneer met slimme meters de energieleveranciers per kwartier gaan afrekenen. Daarbij is voor Smart Grid-deelnemers een kostenbesparing mogelijk. Smart Grid-systemen anticiperen immers op een groot aanbod van duurzaam opgewekte energie tegen een lage prijs en mijden de vraagpieken die een relatief hoge prijs met zich mee brengen. Uit onderzoek blijkt dat niet alle apparaten even geschikt te zijn om aan een Smart Grid te koppelen. Om effectief te zijn in het Smart
Het is niet de bedoeling dat duurzame opwekking van zon en wind wordt uitgeschakeld wanneer overbelasting van een lokaal net dreigt. Deze stroom dient zo veel mogelijk het net in te stromen en effectief geconsumeerd te worden. Eventueel kan decentrale warmte/ krachtkoppeling een lokale piek in de vraag (een lokaal tekort in de productie) opvangen. Voor de regelstrategie van Smart Grid is het belangrijk te weten hoeveel vermogen (en energie) op een bepaald moment ter beschikking komt. Uit onderzoek is gebleken dat de productie van zon- en windenergie redelijk
Binnen Building Brains is de ‘Smart Fridge’ ontwikkeld. (zie elders in deze uitgave). Deze standaard koelkast is voorzien van een kleine microprocessor met daarop ‘deeply embedded PowerMatcher’. Dit betekent dat de intelligentie en draadloze communicatie is samengebracht op een printplaatje van 2 bij 5 cm. De laboratoriumtests hebben laten zien dat de Smart Fridge mee kan draaien met het systeem van Hoogkerk. Meedoen in een Smart Grid zal naar verwachting veel minder gaan kosten.
REAL-TIME GARANTIE
13
5-4-2011 11:07:44
GEBRUIKSPROFIEL KOELKAST
OPSLAG ELEKTRICITEIT
De figuren 2 en 3 tonen energieprofielen van twee verschillende koelkasten. Figuur 2 is het energieprofiel van een A-label inbouwkoelkast, figuur 3 die van een dubbeldeurs ‘Amerikaanse’ koelkast met gekoeldwaterdispenser en ijsblokjesmaker. Uit figuur 2 is het volgende opmaken: het maximale elektriciteitsverbruik van deze koelkast is 60 W. De compressor draait maar enkele minuten en is daarna de rest van de uurlijkse interval uitgeschakeld. Deze intervalperiode is regelmatig, ondanks het geregeld openen van de koelkast. De piek is de inschakelpiek van de compressor. Deze is bij toeval gemeten. Deze piek duurt maar ongeveer 0,1 seconde en is normaal voor elektromotoren. De ‘Amerikaanse’ koelkast verbruikt veel meer stroom, tot bijna 300 W. Dit verbruik is vrij constant, zonder intervallen. Voor het maken van ijsblokjes wordt de ijskast in een hogere stand geschakeld, die te zien is als piek. Uit beide grafieken valt op te maken dat de impact van het energiegebruik van een koelkast zeer gering is vergeleken met bijvoorbeeld dat van een warmtepomp. Het aanbrengen van intelligentie die het stroomverbruik afstemt op het stroomaanbod voor de A-label koelkast is daarom alleen zinvol wanneer het alle koelkasten betreft. Daarnaast moet de thermische accumulatie sterk uitgebreid worden met bijvoorbeeld PCM’s (Phase Change Materials) om beter te kunnen sturen. De effectiviteit van intelligente schakelsystemen voor de ‘Amerikaanse’ koelkast is veel groter dan van de A-label koelkast. De ‘Amerikaan’ blijft constant veel stroom verbruiken. Om dit gedrag te beïnvloeden is het aanbrengen van een ‘koudeaccu’ van bijvoorbeeld PCM’s noodzakelijk. Hierdoor gaat het gevraagde vermogen wel omhoog om dezelfde hoeveelheid energie om te zetten per tijdseenheid.
goed voorspelbaar is. Bij toepassing van slimme meters komt deze informatie ook ter beschikking aan Smart Grids. Deze ontwikkeling biedt de mogelijkheid om een real-time garantie af te geven op feitelijke levering van groene stroom. Een Smart Grid biedt de mogelijkheid om inzichtelijk te maken hoeveel en welke energie wordt gebruikt tegen welke prijs. Hiervoor is binnen het Building Brains-programma een gebruiksvriendelijk informatie- en bedieningspaneel ontwikkeld (Feedback and Control panel Cermit).
De kosten van opslag van elektriciteit zijn hoog. De kosten van stroom uit een loodaccu bedragen ongeveer €0,15/kWh, rekening houdend met het maximaal aantal laadcycli, laad- en ontlaadverliezen. Wanneer extra investeringen in PV worden meegenomen ter compensatie van het energieverlies in accu’s, zou de prijs stijgen naar €0,36/kWh. In vergelijking met de all-in stroomprijs van €0,27/kWh voor huishoudens zou dit onrendabel zijn. Voor de elektriciteitsleveranciers- of producenten die met een kostprijs onder de €0,05 rekenen, is opslag al helemaal niet interessant. Andere accu’s maken gebruik van kostbare materialen die de prijs per kWh niet ten goede komen.
-Figuur 2- Energieprofiel van een A-label inbouwkoelkast
-Figuur 3- Energieprofiel van een ‘Amerikaanse’ dubbeldeurs koelkast (zonder label)
14
TM0411_kooiman_2033i-.indd 14
INFRASTRUCTUUR
De volgende partijen spelen een rol bij het realiseren van een informatie-infrastructuur voor Smart Grid: - consumenten; - energieleveranciers; - netwerkbeheerders: het faciliteren van de centrale ‘veilingmeester’ bij ieder verdeelstation; - ICT-netwerkbeheerders: het faciliteren van internetverbindingen (deze rol kan overigens ook worden ingevuld door de elektriciteitsnetbeheerders of kabelexploitanten); - apparatenfabrikanten: het inpassen van de Smart Grid-schakelingen met ingebouwde intelligentie, zoals vaatwassers, wasmachines, warmtepompen maar ook bijvoorbeeld inverters van zonnesystemen; - computerapparatuurfabrikanten: het inpassen van een draadloos Smart Grid-protocol in de huishoudelijke communicatieapparatuur, zoals de homebridge van NXP; - overheid: op diverse niveaus regulering en controle. In dit rijtje blijken de hoofdstructuren voor een Smart Grid gemeengoed te zijn: consu-
TVVL Magazine | 04 | 2011 ENERGIEGEBRUIK
5-4-2011 11:07:49
De warmtepomp van figuur 4 staat opgesteld in een energiezuinige eengezinswoning met een inhoud ongeveer 300 m3. De warmtepomp wordt gestuurd op basis van ruimtetemperatuur en tapwatervraag. De piek in het verbruik is onderdeel van het anti-legionellaprogramma, dat het vat ‘opstookt’ tot boven de 60 °C. In de grafiek is alleen de doorwarming van de cv-leiding te zien, omdat de tapwatertemperaturen niet gemeten zijn. Op het moment van meten was het gebouw nog niet bewoond, zodat tapwatereffecten niet zijn meegenomen. De buitentemperatuur is in deze periode gemiddeld ongeveer 8 °C geweest. Deze warmtepomp blijft relatief lang in bedrijf. Dit komt mede door het 150 liter buffervat. Met het vergroten van de buffer kunnen de intervallen worden vergroot, wat meer flexibiliteit geeft voor Smart Grid-toepassingen. Zo zou theoretisch een periode van meerdere dagen overbrugd kunnen worden met de warmte-inhoud van een buffervat. In een extreem koude periode zou de elektriciteitsvraag gereduceerd kunnen worden. Zo trekken niet alle warmtepompen in de wijk continu 2 kW uit het elektriciteitsnet, los van de andere verbruikers. Hierop is het net in de oudere wijken meestal niet berekend. Erg praktisch is een dergelijk systeem niet, omdat een vat van 12 m3 nodig is voor het opslaan van de benodigde warmte voor een koude dag. Dit vat moet dan op de warmere dagen in ‘dubbel tempo’ weer gevuld worden, wat een extra belasting geeft. Een opslag over meerdere dagen is noodzakelijk en die is gelijk aan de lengte van de vorstperiode. Elektrisch en temperatuur WarmtePomp Door PCMvermogen of TCM (thermochemical materials) toe te passen, is een verkleining van het 50 volume mogelijk. Hiervoor moet vanwege de temperatuursprong (verschil tussen laad- en 45 ontlaadtemperatuur) een exergieverlies voor lief worden genomen.
16 14
25
12
20
6 4 2
10 8 6
0 14:00
16:00
18:00
4 20:00
22:00
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
"PM2 WP El"
Temperatuur (oC)
30
14
8
50
35
E2 WP CV in
40
E5 WP grond in
35
E6 WP grond uit
15
30
10
25
5
20
0
15
12:00
"PM2 WP El" E1 WP CV uit E2 WP CV in E5 WP grond in E6 WP grond uit
10
Tijd (h) op 11 & 12 mei 2010
2
5
0 12:00
45
E1 WP CV uit
Temperatuur (oC)
16
10
12:00
Milieunetwerk, Een partijoverstijgend voorstel voor een Deltaplan Nieuwe Energie, PvdA Landelijke Werkgroep Milieu & Energie, SGP WI Werkgroep Energie, VVD Commissie Milieu & Duurzaamheid. 7. Op weg naar intelligente netten in Nederland, Taskforce, Ministerie van Economische zaken, 2010. 8. Barriers for innovation, Leo van der Geest, Lars Heuts. 9. 100715 interview Essent Smart Grid Hoogkerk, Atelier stakeholders Building Brains WP4 interviews DLEB SG, Mercedes Sweeb en Sander Akerboom, 2010. 10. 100721 interview SG Alliander, Atelier stakeholders WP4 interviews DLEB SG, Mercedes Sweeb en Nicolle Celie, 2010.
40 Elektrisch vermogen en temperatuur WarmtePomp
12
Vermogen (kW)
Vermogen (kW)
ENERGIEPROFIEL ELEKTRISCH GEDREVEN WARMTEPOMP
0 14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
Tijd (h) op 11 & 12 mei 2010
-Figuur 4- Elektrisch gedreven warmtepomp: elektriciteitsverbruik, in en uitgaande temperaturen
menten, leveranciers, internet en overheid. De netwerkbeheerders en apparatenfabrikanten dienen nog een slag te maken. Om de informatiestroom te beperken en niet een nieuw netwerkprobleem te veroorzaken, is het principe van de PowerMatcher even eenvoudig als effectief. Dit systeem maakt de informatie al enigszins anoniem, waardoor deze minder privacygevoelig is. Bij aansluiting op een bestaand communicatiesysteem is het wenselijk dat de data niet wordt verminkt of misbruikt of op een andere manier verloren gaat. Ook dient sabotage door bijvoorbeeld de gebruiker te worden voorkomen. Voor de privacy en veiligheid is binnen Building Brains een richtlijn geschreven. In eerste instantie is deze bedoeld voor slimme meters, maar hij is ook geschikt voor de Smart Gridcommunicatie.
TVVL Magazine | 04 | 2011 ENERGIEGEBRUIK
TM0411_kooiman_2033i-.indd 15
LITERATUUR 1. Intelligent Infrastructures, R. Negenborn, Zofia Lukszo, Hans Hellendoorn, 2010. 2. Sustainable energy without hot air, David Mac Kay, 2008. 3. Smart Energy Strategies, vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, 2008. 4. Transparantie voor onbalanssystematiek, Dienst Toezicht Energie (DTE) en Tennet, 2004. 5. Het grote energieboek voor duurzaam wonen kwestie van organiseren en doen!, Teus Van Eck, 2010. 6. NL krijgt nieuwe energie, CDA Duurzaamheidsberaad, ChristenUnie TPC Duurzaamheid, 2010, Voor welvaart en welzijn in de 21e eeuw, D66 Platform Duurzame Ontwikkeling, GroenLinks
15
5-4-2011 11:07:59
TM0411_16_17_intergas_carrier.indd 16
5-4-2011 11:55:45
398car a