Juni 2012
Welke smart grid-techniek is lonend in gebouwinstallaties?
Decentrale elektriciteitsopwekkers als warmtekracht en zonnepanelen zijn financieel-economisch gezien de meest aantrekkelijke gebouwgerelateerde smart grid-technieken. Ook het aanbieden van reservevermogen met een noodstroomvoorziening kan interessant zijn. Daarna komen technieken voor peakshaving en verschuiving van de elektriciteitsvraag. Het bufferen van elektriciteit achter de meter is nog niet aantrekkelijk. Dat verandert zodra accu’s goedkoper worden of de elektriciteitsprijzen heftiger gaan fluctueren.
TVVL werkte in 2011 aan een visie op smart grids. Een internetpoll leerde dat bijna iedereen het eens is over de waarde die smart grids hebben voor ‘people, planet en profit’. Voor het verduurzamen van de maatschappij wordt het steeds belangrijker om consumptie, opslag en distributie van energie af te stemmen.
Op gang geholpen door professor Wil Kling van de TU Eindhoven verdiepten de TVVL-deelnemers zich tijdens drie workshops in vragen als: ‘Hoe zorgen we er voor dat fluctuerende duurzame energietoevoer en consumptie ons energienet niet verstoren?’ en ‘Hoe beperken we de distributie van energie zodat onze netten niet te zwaar worden belast?’ Als vakvereniging is het voor TVVL interessant te weten welke praktische problemen er nu eigenlijk zonder smart grid ontstaan. En welke gebouwgebonden installatietechniek ‘past’ in een smart grid? Wat zijn daar de kosten en baten van? Tijdens het nieuwjaarssymposium in januari werden leden en belangstellenden bijgepraat.
Probleem?
‘Als smart grid de oplossing is, wat is dan eigenlijk het probleem?’ prikkelde professor Sjef Cobben van de TU Eindhoven de zaal. Naast zijn positie als hoogleraar is Cobben in dienst bij netbeheerder Liander en dus goed in staat het vraagstuk te overzien. Het probleem, en meteen de key-business van de netbeheerders, is dat vraag en aanbod van elektriciteit in balans moeten komen. En daar zien de netbeheerders problemen opdoemen.
Decentraal opgewekte elektriciteit – zon, wind, warmtekracht of microwarmtekracht – is in opmars en moet goed worden ingepast. Hetzelfde geldt voor grote nieuwe verbruikers als warmtepompen en laadfaciliteiten voor elektrische auto’s. Tegelijkertijd moet de elektriciteitslevering, die in Nederland heel betrouwbaar is, betrouwbaar blijven. Nadat Cobben het probleem duidelijk had geschetst, concludeerde hij ondubbelzinnig: ‘Ja. Smart grids zijn de oplossing.’
Power quality
Naast de smart grid-problematiek signaleert Cobben dat de spanningskwaliteit op het net onder druk komt te staan. ‘De compatibiliteit van toestellen en installaties met het elektriciteitsnet wordt een onderwerp. Er zijn steeds meer componenten en dat wil wel eens hikken.’
Een betrouwbaar elektriciteitsnet is de verantwoordelijkheid van de netbeheerders. Die omvat ook de power quality. Cobben legt uit dat de zuivere sinusvormige spanning kan worden vervormd door hogere harmonischen, dips en transients. Ook het optreden van te hoge spanningen, fluctuaties in de spanning of onderbrekingen ervan, vallen onder de noemer power quality.
Spaarlampen en schakelende voedingen kunnen het net ‘vervuilen’. En omdat de drie fasen vaak niet goed zijn gebalanceerd, kan er een flinke stroom door de nuldraad lopen.
Steeds meer toestellen zijn gevoelig voor de power quality. ‘Een kleine harmonische vervorming kan een apparaat al op hol laten slaan’, stelt Cobben. ‘Of een pv-installatie schakelt zichzelf af omdat iemand een stofzuiger aanzet. De pv-installaties zijn beveiligd tegen eilandbedrijf wanneer de netspanning wegvalt, maar soms is die beveiliging zo scherp afgesteld dat die reageert op de spanningsdip bij het inschakelen van de stofzuiger.’ Een ander probleem zijn de hogere harmonischen. De derde harmonische bijvoorbeeld zorgt voor overbelasting van motoren en condensatoren.
Volgens Cobben moet er nog veel worden gestandaardiseerd: ‘Denk aan communicatieprotocollen om elektriciteitsverbruikers aan of uit te schakelen. En er zijn geen goede regels over toestellen die het net vervuilen. Dan zijn er nog discussies over ledlicht en blindvermogen, en of dat slecht is of niet. Die helpen de ontwikkeling niet.’
Gelijktijdigheid
De afgelopen dertig jaar zijn netbeheerders steevast uitgekomen met een gelijktijdigheid van 10 procent. Het elektriciteitsnet, bijvoorbeeld in een woonwijk, werd uitgelegd met de aanname dat 10 procent van de aansluitwaarde van elke woning werd doorberekend. Die aanname gaat nu niet meer op. Voor pv-opwekkers is de gelijktijdigheid zelfs 100 procent. In wijken met warmtepompen wordt nu al rekening gehouden met 60 procent gelijktijdigheid; bij microwarmtekracht tasten netbeheerders nog in het duister. Van oplaadpunten voor de elektrische auto weet Cobben nu al dat die bij een gelijktijdigheid tussen 40 en 60 procent een probleem gaan worden. De conclusie lijkt heel duidelijk dat die ontwikkelingen een zwaarder net vereisen. Cobben vindt het in dat licht begrijpelijk dat een leverancier van pv-stroom daarom eigenlijk niet het hoogste tarief voor kan vragen.
Netverzwaring is de simpele, maar dure oplossing. De smart grid-oplossing is het spreiden van het gebruik, oftewel het verlagen van de gelijktijdigheid. Daarbij valt te denken aan laadschema’s voor elektrisch vervoer. Maar Cobben heeft zijn twijfels over het spreiden van de vraag met prijsprikkels: ‘Wie wil dat?’
Ook onafhankelijk deskundige Michiel van Bruggen ontkwam er in zijn presentatie niet aan om de behoefte aan slimme netten nog een keer te motiveren: ‘Pieklast, spanningskwaliteit en voorspelbaarheid zijn de kritische onderwerpen. In woonwijken met warmtepompen, met een vermogen van 2 of 3 kW en een elektrische bijstook van 6 kW, ontstaan forse belastingen. Zeker wanneer het echt koud wordt.’
Hetzelfde ziet Van Bruggen gebeuren bij elektrisch vervoer, met huisaansluitingen van 3 kW en laadpalen van 11 kW. De spanningskwaliteit komt in het geding omdat er steeds meer regelacties op het net plaatsvinden. Ten slotte wordt de voorspelbaarheid van de elektriciteitsvraag een aandachtspunt. ‘Op de elektriciteitsmarkt worden vraag en aanbod continu in balans gebracht, maar er moet altijd relatief duur reservevermogen beschikbaar zijn om met die onvoorspelbaarheid om te gaan. Als de onvoorspelbaarheid groeit, is meer reservevermogen nodig.’
Het is de vraag of er effectieve elektriciteitsbuffers voor gebouwinstallaties beschikbaar zijn.
Business?
Het midden- en kleinbedrijf lijkt nog niet veel met slimme netten te doen. Epko Horstman van het Business Center Energie Innovatie vroeg zich af of dat komt doordat de Taskforce Slimme netten alleen grote projecten subsidieert. De toehoorders reageerden lauw op die stelling, wat de vraag oproept of smart grids überhaupt mogelijkheden voor E- en W-gebouwinstallateurs bieden. Op die centrale vraag gaf Michiel van Bruggen, onafhankelijk deskundige op het gebied van verbruiksprofielen en rapporteur voor de TVVL-workshops, antwoord.
Van Bruggen: ‘Om wat voor een smart grid te betekenen, moet een gebouwinstallatie iets doen met elektriciteitsproductie, peakshaving of buffering van elektriciteit.’ De workshops leverden een geprioriteerde lijst met gebouwgerelateerde technieken die een rol zouden kunnen spelen in een smart grid. Een aantal maatregelen, zoals daglichttoepassingen of zomer-nachtkoeling, is weliswaar energiebesparend, maar ‘doet’ niet specifiek iets met slimme netten. Daarom selecteerde Van Bruggen alleen de echte smart grid-maatregelen.
Zoekend naar goede businesscases zette Van Bruggen de verdienmogelijkheden op een rij. De meeste meerwaarde is te behalen door te handelen in reservevermogen. Dit kan bijvoorbeeld met noodstroomvoorziningen. Met handel in energie is ook geld te verdienen, net als met energiebesparing. Een gebouwinstallatie die voorkomt dat het net moet worden verzwaard, is vast iets waard. De vraag is alleen hoe dat wordt vastgesteld en verrekend. Hetzelfde geldt voor het verminderen van netverliezen door kleinere afstanden tussen opwekker en verbruiker. Van Bruggen rekende verschillende voorzieningen door op basis van een referentiekantoorgebouw (van Agentschap NL) en de elektriciteitsprijzen uit 2008 en 2010. Die prijzen zijn de fluctuerende tarieven, zoals die op de APX golden. 2008 was daarin een roerig jaar met veel spreiding in de tarieven en een gemiddelde van 78 €/MWh. 2010 was een jaar met gematigde prijswisselingen en een gemiddelde van 49 €/MWh. Met die twee scenario’s berekende Van Bruggen de waarde van elektriciteitsproductie, peakshaving en buffering.
Voor duurzame energieopwekking met windmolens, zonnepanelen of warmtekracht blijkt de financiële besparing tussen de 5 procent voor windmolens en 30 procent voor warmtekracht te liggen. Voor peaks-having, het verschuiven van de belasting (afschakelbaar vermogen) naar momenten met een laag tarief, is de financiële besparing tussen de 2 en 10 procent. Bij peakshaving blijft het energiegebruik op zichzelf gelijk. Alleen het tijdstip waarop de elektriciteit wordt gebruikt, verschuift naar de momenten met een gunstig tarief. Van Bruggen ziet hier mogelijkheden voor de slimme meter. Die biedt namelijk de mogelijkheid om productie of apparaten aan te sturen. Daarnaast kan de slimme meter de belasting limiteren. Het bufferen van elektriciteit in bijvoorbeeld accu’s levert, even afgezien van omzettingsverliezen, een voordeel van 3,5 procent bij de hevig fluctuerende prijzen van 2008. In het prijsstabiele 2010, was met eigen elektriciteitsbuffer een voordeel van 2 procent te realiseren. Elektriciteitsbuffers worden opgeladen wanneer het tarief laag is en ontladen wanneer het tarief hoog is. De vraag is alleen of er effectieve elektriciteitsbuffers voor toepassing in een gebouwinstallatie beschikbaar zijn. De vliegwielen die in de VS worden toegepast om een net te stabiliseren, hebben een hoge opslagcapaciteit. Het nadeel is dat ze slechts slechts een minuut of vijf overbruggen. En waterstof heeft met 25 procent nog een te laag omzettingsrendement. Los van het opslagmedium, maakte Van Bruggens analyse duidelijk wat de opbrengsten kunnen zijn. Een opslagmedium van 1 kWh vertegenwoordigt een waarde tussen de 8 en 16 euro, afhankelijk van de fluctuaties in de elektriciteitsprijs.
Friso Lippmann van Royal Haskoning maakte duidelijk dat geschikte opslagmedia van elektriciteit nog duur zijn. Batterijen, vliegwielen, supercondensatoren en waterstof hebben de gewenste responstijd van enkele seconden, maar de kosten liggen tussen de 100 en 1.000 €/kWh. Het wordt pas interessant om elektriciteit achter de meter op te slaan wanneer accuprijzen flink dalen. Maar ook de tariefstructuren zouden moeten veranderen. Door de salderingsregeling tot 5.000 kWh is het voor kleinverbruikers niet zinnig om elektriciteit achter de meter op te slaan.
Tekst: Rik Vollebregt
Fotografie: Industrie