In goed geïsoleerde woningen is een warmtepomp voldoende voor warm tapwater en voor ruimteverwarming. Met elektrische bijverwarming voor kortdurend extra vermogen. Dat scheelt in de aanleg van infrastructuur voor aardgas, maar vergt wel veel extra distributiestations en ondergrondse bekabeling voor elektriciteit. Voor alleen al het graafwerk en het aanbrengen van de bekabeling in bestaande woonwijken zijn de komende jaren 10.000 man extra nodig. “Wij denken dat je het ook kunt oplossen”, zegt Olaf van Pruissen van ECN Efficiency & Infrastructure, “als je smartgrid-technologie als de PowerMatcher toepast. Dan hoef je niet zo veel man te laten graven, bovendien vermijd je de hoge kosten voor extra distributiestations en bekabeling”
Een projectontwikkelaar bracht in 2008 energiebedrijf Stedin aan het schrikken met een bouwplan. Het ging om 1400 vrijstaande woningen die geen gasaansluiting zouden krijgen, enkel stroom voor warmtepomp en elektrische bijverwarming, gezamenlijk goed voor 10 kW per woning. Voor deze wijk Hoogdalem bij Gorinchem betekende dit dat Stedin geen 4 maar 22 distributiestations moest bouwen, plus de kosten van een extra tracé en zwaardere kabels in de grond. “Stedin kwam bij ons met de vraag of wij manieren wisten om de piekvraag te voorkomen met ook oog voor het comfort van de bewoners”, stelt Olaf van Pruissen van de unit Efficiency & Infrastructuur. “Wij hebben ze via een simulatie laten zien dat al die extra trafo’s en bijbehorende kabels niet per se nodig zijn terwijl de bewoners nauwelijks comfort inleveren.”
Warmtepomp plus weerstandsverwarming vergen veel extra trafo’s, kabels en tracé’s
Energiebedrijven hebben een leveringsplicht. Dat betekent dat ze altijd genoeg stroom moeten kunnen leveren aan hun klanten. Dus ook in geval van een zogeheten blackstart na een fikse stroomstoring (denk aan minstens 48 uur want helikopter neergestort op hoogspanningslijnen in Bommelerwaard). Van Pruissen: “Een blackstart na zo’n langdurige storing is de nachtmerrie van elk stroombedrijf. Bij alle bewoners in een wijk als Hoogdalem slaat de warmtepomp aan (2,2 kW) en schakelt de elektrische verwarming in (6 kW) om het afgekoelde huis weer op te warmen. Een normaal uitgevoerd distributiestation plus bekabeling zou dit niet trekken; de transformator zou smelten en/of de grondkabels gaan kapot. Natuurlijk, de beveiliging grijpt in en voorkomt schade, maar wel ten koste van het comfort van de afnemers. Want alle woningen zijn (wederom) donker en koud.” 
Grafiek van de belasting van een stroomnet met (groen) en zonder vermogensregeling via PowerMatcher-technologie. Juist die vermogenspiek in het begin boezemt netbeheerders angst in (Illustratie: ECN, klik voor vergroting).
Dat scenario is onbestaanbaar. Dus legt het energiebedrijf extra kabels en transformatorhuisjes aan om aan de uitzonderlijke piekvraag te kunnen voldoen. Dat kost veel geld, te betalen door alle stroomafnemers van het netbedrijf. “Voor dit specifieke project in Gorinchem, 1400 woningen in de wijk Hoogdalem, ging het om een bedrag van circa 1,5 miljoen euro”, zegt Van Pruissen. “Wij konden Stedin in een simulatie met 100 woningen laten zien dat met PowerMatcher-technologie de bewoners in Gorinchem nauwelijks comfortverlies lijden terwijl de impact op de standaard elektrische infrastructuur flink beperkt blijft.”
Smart Proof
Netbeheerders vrezen stroompieken. Behalve de beruchte blackstart is ook het idee van een plots intredende koude in het laatste weekend van de wintersportvakantie een ijzingwekkend idee voor ze. Want dan vragen de thermostaten in alle woningen maandagochtend vroeg binnen een uur om het maximale vermogen. Kan ECN met zijn PowerMatcher-technologie deze pieken omzeilen? En wat zijn daarvan de consequenties voor het comfort van de Hoogdalem-bewoners?
Er was bij Stedin en de andere netbeheerders vooraf veel scepsis over het idee dat een intelligente regeling in staat zou zijn het probleem van de piekvraag te tackelen, zegt Van Pruissen. “Om netbeheerders te laten ervaren hoe de technologie in zijn werk gaat heb ik ze laten deelnemen aan het PowerMatcher-spel.” Dat is een soort Role Playing Game waarbij de speler keuzes maakt bij het hanteren van geld, hardware en bepaalde regelingen om energie te leveren aan afnemers. Van Pruissen: “Dat spel maakt inzichtelijk wat smartgrid betekent. Het zorgt elke keer weer voor begrip en goodwill.”
Couperus
In het kader van het Smart Proofs-project, mede gefinancierd door Agentschap NL, kon ECN het gebouwmodel van de woningen in Hoogdalem verwerken in een simulatie. Daarmee kan Van Pruissen allerlei omstandigheden nabootsen, waaronder de twee nachtmerries van Stedin. PowerMatcher zorgt in dit geval voor een intelligente afstemming van de stroomvraag op de beschikbare netwerk capaciteit. “Daarmee is veel meer te bereiken dan je zou verwachten”, zegt Van Pruissen. “Als je toestaat dat de woningen niet in bijvoorbeeld één uur maar in anderhalf uur mogen opwarmen na een stroomstoring kun je 60 procent van de capaciteit van je distributienet probleemloos schrappen. En als je accepteert dat de kamertemperatuur in eerste instantie 19 in plaats van 20 °C is, mag je zelfs 70 procent schrappen.”
Met PowerMatcher-technologie is het mogelijk flink elektrische energie te besparen bij beperkt comfortverlies: als opwarming van de woning 1,5x langer mag duren, kan de wijk met 60 procent minder elektrische energie toe (Illustratie: ECN).
De uitvoering van het plan in Gorinchem had in 2010 moeten beginnen, maar is diep in de koelkast verdwenen vanwege de financiële crisis. Toch was de Smart Proofs-simulatie voor Stedin niet voor niets. Onlangs werd bekend dat Stedin ECN heeft benaderd om PowerMatcher-technologie toe te passen bij het Pilotproject Smart Grid Couperus in Zuid-Holland waar ook Eneco, ITHO en Ceres/Vestia in willen participeren. Van Pruissen: “Bij dit project gaat het om een appartementencomplex. De warmtepompen zijn kleiner en de kans dat de elektrische verwarming gelijktijdig inschakelt is klein, omdat de bewoner daarvoor eerst op een knop moet drukken. Daardoor is de impact van de PowerMatcher op de aan te leggen infrastructuur minder groot. Desondanks is er bij de samenwerkingpartners veel interesse om deze pilot te starten.”
Koeling en verwarming
In zuidelijker en dus warmere streken liggen trouwens ook uitdagingen: bij airconditioners. Van Pruissen. “Braziliaanse onderzoekers melden dat het in Sao Paulo in de zomer vaak voorkomt dat ’s middags de stroom uitvalt. De vele airconditioners daar trekken dan meer stroom dan het net kan leveren en de beveiliging schakelt alles uit. Hun plan was om een koeltebuffer te maken zodat de elektrische belasting gelijkmatiger is. Als ’s nachts de units in de kantoren en winkelcentra uit zijn, werken de koelaggregaten toch. Dan koelen zij geïsoleerde bakken ijs, voorraden water of bepaalde zouten. In de middag zorgt deze buffer voor de extra benodigde koeling voor de afnemers zodat het net niet wordt overbelast. Juist daar zou de PowerMatcher-technologie een uitstekend alternatief zijn.”
Elektrische weerstandsverwarming of AC-units, het is de PowerMatcher om het even. Elektrische energie zo efficiënt mogelijk benutten, dat is zijn opdracht. Brazilianen of – dichter bij huis: Italianen en Grieken – die het PowerMatcher-spel willen spelen zijn bij Van Pruissen hartelijk welkom.
Contact
Olaf van Pruissen
ECN Efficiency & Infrastructure / Power Systems & Information Technology
Tel.: 022 456 81 24
E-mail: Olaf van Pruissen
Info
Grote concentraties warmtepompen in een woonwijk en gevolgen elektriciteitsnetwerk
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
Principe van Smart Grid: intelligente techniek helpt vooral bij decentrale opwekking van stroom om vraag en aanbod op elkaar af te stemmen (Klik voor vergroting, illustratie: ECN).
