Reading time: 5 minutes
Author:
Wim Cardinaels is projectmanager van Linear en werkt voor Energyville, het samenwerkingsverband dat Vito, de KU Leuven en Imec verenigt voor onderzoek naar duurzame energie en intelligente energiesystemen. Binnen Linear bundelen Vlaamse researchinstellingen, netbeheerders, energieleveranciers, telecombedrijven, leveranciers van toestellen en de overheid hun krachten om een doorbraak voor smart grids te realiseren.
Om in de toekomst over te kunnen schakelen naar een duurzame energievoorziening, zijn verschillende veranderingen nodig, onder meer in gedrag en infrastructuur. Het Vlaamse onderzoeksproject Linear neemt die onder de loep. Belangrijk is dat het comfort van gezinnen voorrang krijgt op de noden van het systeem, maar tegelijkertijd moet het ook technisch en economisch interessant blijven voor energieleveranciers en netbeheerders.
Schone energiebronnen zoals wind of zon zijn niet stabiel: windturbines leveren alleen elektriciteit als het waait, fotovoltaïsche installaties als de zon schijnt. Dat staat haaks op ons huidige elektriciteitssysteem waarin we energie verbruiken wanneer het ons uitkomt. Nu wordt het net nog ieder moment in evenwicht gehouden door elektriciteitscentrales die hun productie aanpassen aan de energievraag. Deze manier van regelen heeft jarenlang uitstekend gefunctioneerd met enkele tientallen centrales, nucleaire en fossiele, voor miljoenen consumenten.
Maar nu willen we de energiemix vervangen door intermitterende bronnen. We kunnen ook niet meer spreken van tientallen centrales want consumenten worden pro-sumenten. Vlaanderen telt ongeveer twee miljoen gebouwen en meer dan 230 duizend fotovoltaïsche installaties voor zes miljoen inwoners. Aangezien zonnepanelen niet meer energie zullen produceren omdat ons verbruik plots stijgt, is het de uitdaging om zo veel mogelijk verbruik te verschuiven naar periodes met veel energie.
De energiesector maakt al jaren gebruik van flexibele energieverbruikers, grote bedrijven die hun energieverbruik binnen een bepaalde tijdsperiode kunnen aanpassen. Nieuwe ondernemingen beginnen nu ook de flexibiliteit bij kleine bedrijven te oogsten. Deze bedrijven hebben immers te kleine vermogens om direct door de transmissienetbeheerder aangesproken te worden, maar hun geclusterde flexibiliteit is wel voldoende interessant om op de energiemarkt te verzilveren. Binnen het onderzoek van Linear trekken we deze redenering door naar nog kleinere vermogens, op huishoudniveau.
Flexibiliteit op huishoudniveau brengt heel andere uitdagingen met zich mee dan op bedrijfsniveau, want het vermogen en de gebruiksfrequentie van huishoudelijke toestellen is beperkt. Maar vele kleintjes maken groot en zijn daarom niet minder relevant. Voorlopig ontbreken nog heel wat bouwstenen om het concept te doen werken, zoals IT-architecturen, schaalbaarheid, privacy, standaarden, betaalbare plug-and-play technologie en een goede gebruikersinteractie. Ook is het financiële voordeel niet duidelijk en moet de regelgeving aangepast.
Smart start
Het Linear-project (Local Intelligent Networks for Energy-Active Regions) voert in Vlaanderen een grootschalige veldtest uit waarbij 240 woningen zijn uitgerust met een energiemanagementsysteem van Fifthplay. Dit vormt de centrale gateway in de woning. Het leest de gegevens van de slimme meters, verzamelt het kwartierverbruik van meetpluggen, wisselt stuurparameters uit met de slimme toestellen en communiceert alle data via de aanwezige internetverbinding naar de Linear-server. Via een tablet kunnen deelnemers hun eigen prestaties volgen. Linear startte in 2009 met academisch onderzoek en test op dit moment twee interactiemodellen in reallife.
Het eerste interactiemodel toont de deelnemers een tariefstructuur met zes tariefblokken per dag waarbij voor iedere dag de prijzen opnieuw worden berekend op basis van de energiemarkt, netbelasting en voorspelde zonne- en windproductie. 55 gezinnen werken met dit model en krijgen de gemaakte winst uitbetaald als beloning voor hun dagelijkse discipline. Gezinnen met tarieven aanmoedigen om hun elektriciteitsverbruik naar goedkope tijdstippen te verschuiven, is al in veel smartgridprojecten beproefd, maar de impact lijkt na verloop van tijd vrij beperkt.
Het tweede interactiemodel heeft een smart start-systeem. Dit testen we bij 185 gezinnen met 460 slimme toestellen zoals wasmachines, droogautomaten, vaatwassers, elektrische boilers en zeven elektrische wagens. De gebruiker geeft bij het instellen in wanneer het apparaat ten laatste klaar moet zijn. Hij programmeert de vaatwasser bijvoorbeeld om acht uur ’s ochtends met als deadline zes uur ’s avonds. Als het gekozen programma twee uur duurt, zal het toestel uiterlijk om vier uur ’s middags uit zichzelf starten zodat het comfort van de gebruiker gegarandeerd blijft. Tussen acht en vier kan het Linear-systeem het apparaat op het gunstigste moment aanzetten. Er is dus acht uur flexibiliteit.
De eerste resultaten geven aan dat gebruikers het tweede interactiemodel met smart start gemakkelijker volhouden. In essentie leren zij een nieuwe gewoonte aan: het ingeven van een deadline bij het instellen van het toestel, vergelijkbaar met het ingeven van startuitstel als je optimaal gebruik wilt maken van het nachttarief. De deadline wordt samen met de powertrain – het geschatte energieverbruik in tijd van het gekozen programma – naar het Linear-systeem gecommuniceerd. Op basis van de beschikbare flexibiliteit plannen de algoritmes het optimale starttijdstip.
Betere benutting
Dit optimale tijdstip is afhankelijk van de actieve businesscase. Om te testen, selecteerde Linear vier scenario’s waarin de flexibiliteit de meeste meerwaarde biedt voor de energieleverancier en/of netbeheerder. De eerste businesscase is day-ahead portfoliomanagement. Gezinnen kunnen inspelen op de prijsvariatie in de energiemarkt. Hun toestel schakelt in bij het goedkoopste tarief (veel energie beschikbaar) en blijft uit bij het duurste tarief (weinig energie beschikbaar).
De tweede case is wind balancing. Leveranciers kunnen afwijkingen tussen de voorspellingen van de dag voordien en de werkelijke productie van windenergie corrigeren door realtime toestellen in te schakelen of uitgeschakeld te houden. Dit biedt enerzijds extra mogelijkheden om het transmissienet in evenwicht te houden, en anderzijds laat het toe om onbalanskosten te vermijden, wat de eindklant op zijn factuur zal merken.
Het derde scenario is transformatorveroudering. Linear schakelt slimme toestellen in tijdens periodes waarin de transformatortemperatuur laag is, dus als er weinig energieverbruik is. Hierdoor neemt de levensduur van de transformator toe. Door zo het vermogen in tijd te spreiden, is er een betere benuttingsgraad en hoeft de netbeheerder geen zwaardere wijktransformator voor het piekverbruik te installeren.
De vierde businesscase is lijnspanningscontrole. Netbeheerders stellen de vertrekspanning aan de transformator zo in dat de aansluitspanning van de woningen aan de normen voldoet. Maar die oefening is een stuk moeilijker als huizen zelf energie leveren, bijvoorbeeld met fotovoltaïsche panelen, en zo de spanning verhogen. Als de spanning ‘in de buurt’ stijgt, bijvoorbeeld bij veel zon, schakelt Linear de slimme toestellen in, totdat de spanning op de lijn weer lager is. We vermijden hiermee dat er extra kabels nodig zijn tussen de woningen en de transformator.
Niet vanzelfsprekend
De implementatie van het Linear-platform is gestart in 2012. In de homelabs van Energyville in Genk, Iminds in Gent en Laborelec in Linkebeek hebben we het eerst uitgebreid getest. Sinds april 2013 is het systeem actief bij de deelnemers. De kinderziektes hebben we ondertussen opgelost en de resultaten van de verschillende businesscases volgen eind dit jaar.
In afwachting daarvan kunnen we al concluderen dat het slim maken van een woning vandaag de dag niet vanzelfsprekend is. Er zijn nog nauwelijks huishoudelijke apparaten op de markt die de klant vlot zelf kan integreren in zijn thuisnetwerk. Door de gespecialiseerde technici die nodig zijn voor de installatie zijn de kosten te hoog. Linear heeft alvast device abstraction en interfaces geïmplementeerd voor de realtime interactie tussen huishoudtoestellen en businesscases. Als toestelfabrikanten werk maken van een nieuwe generatie apparaten die aan te sturen zijn via tablet of smartphone, zijn we weer een stapje dichter bij smart grids.
