De impact van warmtepompen op het elektriciteitssysteem
Warmtepompen vragen een groot vermogen, van 2 kW (hybride) tot 6 kW (all-electric) per woning. Bij aanhoudende koude zullen veel warmtepompen tegelijkertijd draaien. In een bestaande woonwijk vraagt het in veel woningen toepassen van warmtepompen al snel om verzwaring van het lokale stroomnet, tegen hoge kosten. In 2030 tellen warmtepompen op tot 2.5 tot 3.5 GW nieuwe piek elektriciteitsvraag landelijk[1]. Het toepassen van inflexibele warmtesystemen kan/zal op koude dagen leiden tot een hoge piek in de elektriciteitsvraag. Als dat samenvalt met een week met weinig elektriciteit uit wind- of zonneparken, dan kan dit veel elektriciteit vragen uit back-up centrales. Dit vraagt om extra back-up opwek voor koude dagen zonder wind. De extra elektriciteitsvraag van all-electric warmtepompen kan al voor 2030 om extra gascentrales vragen.¹
Het flexibel aansturen van deze warmtepompen kan een oplossing vormen. Flexibiliteit is in dit verband de mogelijkheid om de vraag naar en het aanbod van elektriciteit te veranderen, te verschuiven of uit te smeren in de tijd. Zo wordt het mogelijk om pieken af te vlakken als de capaciteit van het elektriciteitsnet dreigt te worden overschreden. Ook kunnen pieken en dalen in opwek uit zon en wind worden opgevangen.
De warmtepomp als bron van flexibiliteit
Verschillende apparaten in de gebouwde omgeving bieden de mogelijkheid om deze flexibiliteit te leveren. De warmtepomp kan flexibiliteit bieden door terug te schakelen in vermogen, eerder te starten met verwarmen of over te schakelen op verwarming op gas (in het geval van hybride warmtepompen). Het uitgangspunt is niet dat de consument zelf continu de thermostaat hoger of lager moet zetten. IT-oplossingen zijn nodig om dit proces te automatiseren, waarbij het comfort van de consument het uitgangspunt is.
De studie Flexibiliteit in de gebouwde omgeving: wegwijzer voor ondernemers² wijst de warmtepomp aan als een kansrijke technologie richting 2025 als bron voor flexibiliteit (zie ook figuur 1). Het apparaat is hiervoor technisch geschikt, er zijn (in potentie) beperkte kosten voor het ontsluiten van flexibiliteit en het marktvolume van warmtepompen zal richting 2025 en daarna aanzienlijk toenemen. De geaggregeerde flexibiliteit van alle warmtepompen kan dan een aanzienlijke rol spelen in het verlagen van de kosten van de energietransitie.
¹ Flexibiliteit en warmte in de Gebouwde Omgeving (2020), een rapport dat TenneT samen met een aantal marktpartijen heeft opgesteld in het kader van het E-TOP programma.
² Flexibiliteit in de gebouwde omgeving: wegwijzer voor ondernemers (2021), een rapport door DNV GL en TNO in opdracht van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland op verzoek van TKI Urban Energy.
Het flexibel aansturen van warmtepompen biedt kansen voor alle betrokkenen:
- Huishoudens: Kunnen met hun warmtepomp inspelen op dynamische energieprijzen en nettarieven. Ze kunnen hun verbruik van zelf opgewekte energie vergroten en daarmee hun energierekening verlagen. Dit is zeker interessant nu de salderingsregeling in de komende jaren wordt afgebouwd.
- De warmtepompleverancier: Kans om zich in de markt te onderscheiden met een product met nieuwe functionaliteiten. Connectiviteit van warmtepompen dient ook ontwikkeld te worden voor monitoring, smart maintenance etc.
- De energieleverancier, onafhankelijke aggregators, Balance Responsible Parties (BRP): kansen om (additionele) diensten te leveren aan kleinverbruikers. Meer handvatten om onbalans in het eigen portfolio te voorkomen.
- De regionale netbeheerder: Minder piekbelasting van stroomnet, waardoor netverzwaring kan worden voorkomen of uitgesteld kan worden. Door deze investering te voorkomen, blijft het stroomnet betaalbaar (maatschappelijke kosten).
- De nationale netbeheerder: Dient extra back-up vermogen te organiseren voor koude periodes zonder zon en wind. De nationale systeemkosten komen uiteindelijk als maatschappelijke kosten bij de burger terecht. Ze bedragen 125 - 200 Euro per woning per jaar. Flexibele warmtesystemen zullen de vermogensvraag verlagen, waarmee 3-4 back-up gascentrales minder nodig.³
De haalbaarheid van flexibele warmtepompen
Vele pilots laten zien dat het technisch allang mogelijk is om warmtepompen slim aan te sturen. In 2011 ging het project Couperus Smart Grid¹ hier al mee aan de slag. Er is sinds 2011 veel kennis opgedaan waar de markt op kan voortbouwen. Er zijn veel kennis & inzichten opgedaan over de wijze waarop flexibele apparaten zoals warmtepompen aangestuurd kunnen worden, de wijze waarop connectiviteit hardwarematig georganiseerd kan worden, de huidige en toekomstige businesscase bij het slim aansturen van een warmtepomp en de mate waarin warmtepompen (die reeds zijn geïnstalleerd en die nu worden verkocht) ‘connected’ zijn en in hoeverre deze ook flexibel aan te sturen zijn. In de bijlage is een overzicht bijgevoegd met relevante publicaties en innovatieprojecten op het vlak van de slimme aansturing van warmtepompen.
Toch zijn er nog maar weinig bedrijven die commercieel succes op dit vlak boeken. Juist binnen woningen en bedrijfsgebouwen komt de flexibele aansturing van apparaten lastig van de grond. Het vraagt om een nauwere samenwerking tussen bedrijven uit de energiesector, installateurs en leveranciers van gebouwsystemen, en de eigenaren en gebruikers van gebouwen. Eerdere innovatieprojecten brachten een aantal kritische succesfactoren in kaart voor het toepassen van flexibiliteit uit de gebouwde omgeving.
³ Couperus Smart Grid was een innovatieproject van Eneco, IBM, Itho Daalderop, Vestia, Provincie Zuid-Holland, Stedin en TNO onder het Innovatieprogramma Intelligente Netten (IPIN) van RVO.
Wat is er nog nodig?
Op de vraag wat ervoor nodig is om een schaalbare businesscase te bereiken, concludeerde Accenture⁴ dat het aan de kostenzijde van belang is dat de kosten voor de waardeketen van flexibiliteit zo laag mogelijk worden gemaakt en de complexiteit voor de eindgebruiker beperkt wordt. Dit kan door het aantal schakels in de waardeketen te verlagen en als markt toe te werken naar standaarden voor informatie-uitwisseling. Op dit moment bestaat er nog geen eenduidige manier om warmtepompen in woningen flexibel door externe partijen te laten aansturen. Dit vraagt nu veel maatwerk, waardoor dit wel mogelijk is bedrijfsgebouwen en industrie, maar er geen haalbare businesscase overblijft bij deze toepassing binnen woningen.
TKI Urban Energy, RVO en Flexiblepower Alliance Network (FAN) pleiten voor het gebruik van open standaarden/protocollen voor het flexibel aansturen van verschillende apparaten (zoals warmtepompen, elektrische auto’s en batterijsystemen). Daarmee wordt de interoperabiliteit geborgd. Dat betekent dat het mogelijk wordt om gemakkelijk verschillende merken, typen en soorten apparaten (plug & play) gezamenlijk op te nemen in één regelcircuit en op een later moment apparaten te vervangen of toe te voegen. Ook ontstaat bij eigenaren en gebruikers van deze assets de mogelijkheid om te wisselen tussen leveranciers van ‘flexdiensten’. Zo wordt een lock-in situatie voorkomen en dragen standaarden bij aan de opschaling en herbruikbaarheid van resultaten. Nationaal worden er in verschillende projecten praktijkervaringen opgedaan met aansturing van deze apparaten. Internationaal wordt er gewerkt aan formele standaardisatie van een protocol voor deze toepassing. Maar het is ook nodig dat fabrikanten van flexibele apparaten, aanbieders van ‘flexdiensten’ en overige betrokken stakeholders deze communicatie / interoperabiliteit op eenduidige wijze door ontwikkelen. Hier is wel afstemming en regie voor nodig.
Richting 2025 wordt de warmtepomp als kansrijke technologie gezien voor flexibele aansturing. De verwachting is dat er dan ook steeds meer krapte ontstaat op de stroomnetten in de wijken. Het aantal verkochte warmtepompen stijgt hard. Het is voor de klant & maatschappij wenselijk dat zoveel mogelijk van de warmtepompen die geïnstalleerd gaan worden daadwerkelijk slim aan te sturen zijn.
⁴ Flexibele inzet warmtepompen voor een duurzaam energiesysteem (2021), een rapport door DNV GL en TNO in opdracht van het Flexiblepower Alliance Network (FAN) en TKI Urban Energy.
Relevante publicaties en projecten op het vlak van de slimme aansturing van warmtepompen
-
Dit rapport beschrijft de businesscase bij het slim aansturen van een warmtepomp, met oog voor verdeling van baten & lasten in de hele keten. Ook met aandacht voor de wijze waarop connectiviteit hardwarematig wordt georganiseerd. Het rapport eindigt met een roadmap.
Rapport wordt in dit webinar gepresenteerd en besproken. -
Dit rapport schetst een realistisch beeld van de verdienkansen bij slimme energiediensten. Er wordt ingegaan op verdienmodellen en kritische succesfactoren voor een goede businesscase.
Rapport wordt in deze video gepresenteerd. -
Dit rapport gaat in op de wijze waarop flexibele apparaten zoals warmtepompen aangestuurd kunnen worden, beschrijft de verschillende protocollen om deze aansturing te doen en de routes waarlangs die aansturing kan plaatsvinden. Er is aandacht voor de aankomende Europese standaard S2.
Rapport wordt in deze video gepresenteerd. -
Deze Flexmonitor studie beschrijft de mate waarin warmtepompen (die reeds zijn geïnstalleerd en die nu worden verkocht) ‘connected’ zijn en in hoeverre deze ook flexibel aan te sturen zijn.
Rapport wordt in deze video gepresenteerd. -
Een grondige analyse van Tennet (met marktpartijen) naar de rol die warmtepompen kunnen spelen in het betaalbaar houden van het elektriciteitssysteem. Met oog voor besparing op systeemkosten én voor baten bij de consument. Met oog voor ontwikkeling richting 2030.
-
Dit rapport beschrijft drempels en uitdagingen uit de praktijk bij het ontsluiten van energieflexibiliteit in de gebouwde omgeving. Met aandacht voor ontwerp van slimme energiediensten (en het belang van standaarden daarbij), installatie en uitvoering.
Relevante innovatieprojecten rondom flexibele warmtepompen in woningen/wooncomplexen
-
In dit project onderzoeken en ontwikkelen The FCTR E en Peeeks een flex-module als toevoeging op het bestaande e-home concept van The FCTR E. Met het beoogde pilotproject willen Peeeks en THE FCTR E de elektriciteitskosten van warmtepompen voor huishoudens in een e-home optimaliseren.
Partners: The FCTR-E, Peeeks -
Het consortium wil zorgen dat een veel groter deel van de lokale zonnestroom direct wordt benut in woningen en flatgebouwen. Dit wil men doen door systemen die stroom kunnen verdelen, opslaan en verhandelen aan elkaar en aan verschillende apparaten in de woningen en gebouwen te koppelen.
Partners zijn: ED.mij, Generic Media, Iederzon, LENS, Spectral, Ymere. -
Doel van het project is het werkingsprincipe aantonen van de geaggregeerde aansturing van huishoudelijke assets voor het leveren van flexibiliteit aan het elektriciteitsnet. Het consortium sluit aan bij de ontwikkeling om kleinere vermogens (> 1MW) aan te bieden op de regel- en reservemarkt van TenneT.
Partners: Vandebron, IBM Nederland -
De ontwikkeling van een Home Energy Management Systeem en aansturing van verschillende apparaten om netbelasting te voorkomen.
Partners: TU Eindhoven, Alliander, Laborelec, Technolution -
Door middel van software wordt in wooncomplex Couperus een Smart Grid aangelegd. Dit Smart Grid kan de energievraag vanuit de warmtepompen sturen. Deze sturing is afhankelijk van informatie over de beschikbare energievraag en netcapaciteit.
Partners zijn: Eneco, IBM, Itho Daalderop, Vestia, Provincie Zuid-Holland, Stedin en TNO. -
Couperus is een bekend oud voorbeeldproject dat specifiek keek naar warmtepompen. Verdere oudere projecten (<2015) zijn achterwege gelaten.
Daarnaast zijn er meerdere projecten met aansturing van warmtepompen in kantoren. Dit gaat doorgaans via bestaande gebouwbeheersystemen (GBS). Omdat woningen geen GBS’en hebben, zijn deze projecten minder relevant en derhalve niet meegenomen in dit overzicht.
Juist binnen woningen en bedrijfsgebouwen komen de slimme energiediensten lastig van de grond, omdat het hier om achter-de-meter oplossingen gaat. Dat vraagt om een nauwere samenwerking tussen bedrijven uit de energiesector, installateurs en leveranciers van gebouwsystemen, en de eigenaren en gebruikers van gebouwen.
TKI Urban Energy en Flexiblepower Alliance Network (FAN) zijn daarom de ‘Smart Energy Community voor woningen & bedrijfsgebouwen gestart’, waarbij specifiek wordt ingegaan op dit marktsegment. In verband met de huidige coronamaatregelen deze community vooralsnog niet fysiek samenkomen. De Smart Energy Community is daarom in de vorm van een webinarreeks gegoten. De verschillende webinars en bijbehorende presentaties zijn hier terug te kijken.