In dit hoofdstuk beschrijven we op basis van literatuuronderzoek wat er bekend is over vraagsturing in elektriciteitsnetten. Vraagsturingsprogramma’s zijn onder te verdelen in de mogelijkheden : er zijn prijs-gebaseerde opties om vraagsturing te stimuleren, en meer beloning gerelateerde opties voor vraagsturing (incentive based). De meeste onderzoeken en programma’s zijn gedaan op het gebied van prijs gebaseerde vraagsturing. Inzichten hiervan worden besproken in de paragrafen 4.2 en 4.3.
De laatste paragraaf 4.4 geeft uitleg over incentive based vraagsturing. We starten in paragraaf 4.1 met een samenvatting van lessen uit vraagsturing elektriciteit met variabele tarieven voor vraagsturing in warmtenetten.
4.1 Samenvatting Lessen uit vraagsturing elektriciteit met variabele tarieven voor vraagsturing in warmtenetten
Weinig is bekend over vraagsturing in warmtenetten, maar we kunnen veel leren van de kennis die is opgebouwd over vraagsturing in elektriciteitsnetten. De mechanismen waarmee op vraag gestuurd kan worden (zoals bijvoorbeeld prijsmechanismen) en de omstandigheden waarin deze mechanismen effectief kunnen zijn (bijvoorbeeld voorspelbaarheid van prijzen), zullen immers grotendeels gelijk zijn. De onzekerheid zit hem vooral in de vraag of en in welke mate deze mechanismen tot hetzelfde effect leiden.
De lessen uit vraagsturing bij elektriciteit met variabele tarieven voor vraagsturing in warmtenetten zijn, dat het aanbieden van verschillende prijsniveaus kan leiden tot de verschuiving of
vermindering van de energievraag, maar alleen als deze tarieven op een juiste manier worden ingezet.:
• Het aantal verschillende prijsniveaus per dag moet beperkt zijn en de precieze prijzen moeten voor langere periodes worden vastgesteld (maximaal één update per maand).
• Daarnaast moeten de piekperiodes kort duren (maximaal een paar uur).
• Het verschil tussen dal- en piektarieven moet voldoende groot zijn. Wat goed werkt in pilots met vraagsturing elektriciteit is wanneer de elektriciteitsprijs tijdens de piek een factor 2 tot 4 keer hoger is dan het daltarief. Het effect op de piekvraag is hoger als er niet alleen piek- en dalprijzen zijn tijdens dagelijkse piekuren maar ook een specifiek tarief geldt voor incidentele pieken. Bij elektriciteit is dat het moment met veel elektriciteitsvraag of weinig aanbod uit zon- en wind energie, bij warmte zou dat bijvoorbeeld kunnen zijn op een koude winterdag.
• Het effect op de reductie van de piekvraag is hoger, wanneer de vraagsturing als reactie op variabele tarieven waar dat kan en wenselijk is geautomatiseerd wordt met regeltechniek ten opzichte van pilots waar dat niet gebeurt.
• Gebruikers kijken niet louter vanuit economisch perspectief naar variabele tarieven. Als variabele tarieven en vraagsturing niet aansluiten bij de dagelijkse routines en gedragingen van gebruikers, dan zal het effect van variabele tarieven tegenvallen.
• Onderzoeken tonen echter ook aan dat er andere motivaties zijn dan alleen kostenbesparing, zoals sociale vergelijkingen me de buurt en bespaarde CO2 uitstoot.
• Onderzoek laten tevens zien hoe het ontwerp en het type informatie dat wordt aangeboden aangepast kan worden na evaluatie door gebruikers, om zo het gebruik ervan te verhogen.
Bij warmtenetten moeten warmtebedrijven zich qua tarieven houden aan het wettelijk kader en de maximale tarieven die worden vastgesteld door de ACM. Het idee van piek/daltarieven past daar
Vraagsturing in warmtenetten 29/55 niet in, want de tarieven mogen wel lager maar niet hoger zijn. Het is wel mogelijk alternatieve tariefstructuren te onderzoeken. Als een warmtebedrijf een pilot wil doen met variabele tarieven, dan moet het toestemming vragen bij de ACM.
Als gebruikers kiezen voor variabele tarieven en de vraagsturing is succesvol, dan dalen de inkomsten voor een warmtebedrijf. Dit kan alleen wanneer hier evenredige financiële voordelen tegenover staan voor het warmtebedrijf door vraagsturing. De waarde van vraagsturing voor het warmtebedrijf bepaalt hoe groot de financiële incentive voor vraagsturing richting gebruikers kan zijn.
4.2 Variabele tarieven: vier verschillende tariefstructuren
We bespreken vier categorieën tariefstructuren, al zijn er meer, zoals het figuur hieronder laat zien.
De categorieën die wij bespreken zijn: Time-Of-Use-prijzen (TOU), Real-Time Pricing (RTP), Critical Peak Pricing (CPP) en Critical Peak Rebate (CPR)
Deze vier tariefstructuren focussen zich op het afvlakken van twee soorten pieken. Ten eerste de pieken per dag en tussen dagen, dus bijvoorbeeld meer verbruik gedurende de avond in het weekend. TOU en RTP worden gebruikt om deze pieken af te vlakken. Ten tweede pieken op
“kritische momenten”, dus bijvoorbeeld als de energieleverancier een grote piek in de vraag verwacht. CPP en CPR worden vaak gebruikt om de pieken van kritische momenten af te vlakken.
.
Figuur 6: uit S3C rapport D1.1 (http://www.s3c-project.eu/Publications.html)
Time-Of-Use (TOU) tarieven verdelen de dag in verschillende tijdsblokken waarop verschillende elektriciteitsprijzen van toepassing zijn. TOU-tarieven kunnen we grofweg opdelen in een
“eenvoudige” en een “complexe” variant. In de ‘‘eenvoudige” variant worden twee (piek- en daluren) tot drie (piek-, gedeeltelijke piek- en daluren) prijsniveaus per dag toegepast, welke vaak vaststaan voor een langere periode (bijvoorbeeld per seizoen). De prijsverschillen tussen deze prijsniveaus, zijn in pilots ongeveer 10 €cent per kWh. In Nederland wordt bij elektriciteit ook piek en daltarieven aangeboden door leveranciers maar daar zijn de prijsverschillen echt heel klein zo’n 2 €cent per kWh.
Vraagsturing in warmtenetten 30/55 In “complexe” TOU-tarieven zien we een groter aantal prijsniveaus die bovendien dagelijks tot wekelijks veranderen. Daarnaast zijn er grotere verschillende in de prijs die men betaalt tussen de prijsniveaus, variërend van TOU prijzen met een verhoging van 16 ct/kWh op de standaardprijs van 23ct/kWh, of juist korting van diezelfde prijs zoals in het figuur hieronder is te zien. Het daarbij genoemde bonus/malus staat voor korting op de energieprijs/extra kosten bovenop de energieprijs:
Figuur 7: van de website https://www.smartgrid-engagement-toolkit.eu/fileadmin/s3ctoolkit/user/guidelines/
GUIDELINEBONUSMALUS.pdf
Het doel van de implementatie van complexe TOU tarieven is dat vraagpatronen voor kortere periodes aangepast kunnen worden. Dat kan nuttig zijn vanwege veranderingen van weersomstandigheden (meer/minder zon/wind in een periode) waarmee je daar meer op kunt inspelen, en bijvoorbeeld de energieprijs laag maken wanneer PV installaties het meeste energie opwekken.
Dynamisch tarief of real-time prijzen (RTP) hebben doorgaans een grotere variabiliteit (meestal vast voor een korte tijdsperiode van -15 tot 60 minuten) omdat prijzen fluctueren als reactie op externe variabelen, b.v. spotprijzen, prognoses, overtollig vermogen van RES en overbelasting van het net.
Om verbruiksvermindering tijdens hoge prijsperiodes aan te moedigen en het risico op hoge rekeningen te verminderen, kunnen eindgebruikers worden geïnformeerd wanneer de prijzen een bepaalde drempel bereiken. Dit tarief is bedoeld om flexibiliteit bij gebruikers te creëren wat kan helpen om de productie in evenwicht te brengen, de netcapaciteit en andere variabelen te beheren met het verbruik in bijna realtime energieprijzen. Een specifiek voorbeeld van grote prijsverschillen in RTP, komt van een Duits project in Mannesheim1, waarbij de energieprijs voor bepaalde perioden werd verdubbeld, en leidde tot een gemiddelde besparing van 10,6%.
1
https://www.smartgrid-engagement-toolkit.eu/fileadmin/s3ctoolkit/user/guidelines/GUIDELINE_CHOOSING_FROM_DIFFERENT_TYPES_OF_MONETARY_INCENTIVES.
Vraagsturing in warmtenetten 31/55 Critical peak Pricing en Critical Rebate
Daarnaast onderscheiden we twee categorieën die zijn ontworpen om de kritische piekvraag te verminderen of om het elektriciteitsverbruik te stimuleren op momenten dat er voldoende elektriciteit is: een extra hoge prijs voor de hoogste pieken (Critical Peak pricing) of een bonus voor mensen die hun energievraag verschuiven naar buiten de hoogste piekuren (Critical Peak Rebate).
Critical Peak Pricing (CPP), die onder bepaalde omstandigheden een kritische piekcomponent aan de elektriciteitsprijs toevoegt als de systeembetrouwbaarheid in het gedrang komt. In veel gevallen wordt een lager tarief toegepast op niet-piekuren (vergeleken met vaste tarieven) om de consumenten te compenseren.
Critical Peak Rebate (CPR) prijsschema's die inverse vormen van CPP-tarieven zijn. Deelnemers worden betaald voor het verbruik dat ze tijdens kritieke piekuren onder hun voorspelde verbruiksniveau houden. CCP wordt meestal gebruikt als uitbreiding op een eenvoudig TOU-tarief.
Binnen deze tarieven kunnen bonus / malus-evenementen worden opgenomen. Bonusevenementen met Critical Peak-kortingen vinden plaats wanneer er een overschot aan energie is, bijv. overtollige energie afkomstig van windparken. Malus-gebeurtenissen vinden meestal plaats wanneer het elektriciteitsverbruik hoog is en de opwekkingsbronnen schaars zijn, zodat Critical Peak Pricing nodig is (Agsten, 2012).
Voor zowel tarieven, CPP als CPR wordt vaak vooraf het aantal en de duur van de kritische gebeurtenissen afgesproken. De exacte momenten waarop kritieke pieken optreden, kunnen echter niet van tevoren worden vastgesteld, omdat deze afhankelijk zijn van markt- en weersomstandigheden. Kritieke piekperiodes komen meestal voor tijdens de gebruikelijke piekperioden op weekdagen en meldingen worden doorgaans de dag ervoor verzonden. Over het algemeen zijn CCP-tarieven bedoeld om piekvraag op kritieke momenten te verminderen.
4.3 Effect van variabele tarieven op het elektriciteitsverbruik
De meeste studies concentreren zich op het analyseren of dynamische prijsstelling effectief is in het verschuiven van de vraag en/of kijken naar mogelijke besparingen voor de eindgebruiker.
Onderstaande figuur toont het gemiddelde percentage voor piekvermindering tijdens piekuren en het besparingspotentieel van verschillende tariefregelingen (TOU, RTP, CPP, CPR), volgens Stromback et al. (2011). Deze cijfers zijn gebaseerd op pilots, dus de resultaten zijn mogelijk niet representatief voor de effecten in de algehele populatie.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen pilots met en zonder geautomatiseerde demand response.
Over het algemeen zijn de piekvermindering van Time of Use (TOU) het laagst, gevolgd door Real Time Pricing (RTP), terwijl Critical Peak Pricing (CPR) en Critical Peak Rebate (CPR) de hoogste piekreductie oplevert. Er moet natuurlijk worden opgemerkt dat de TOU- en RTP-reductie elke dag optreedt, terwijl CPP en CPR alleen optreden tijdens kritieke piekmomenten. Volgens Stromback et al. (2011) leidde elke regeling tot een verlaging van de elektriciteitsrekening voor gebruikers tijdens de duur van de pilot. Deelnemers aan RTP-pilots bespaarden het meeste (gemiddeld 13% op hun elektriciteitsrekening), terwijl de andere regelingen leidden tot een gematigd besparingspotentieel
Vraagsturing in warmtenetten 32/55 tussen 3 en 6%. Toch leidde CPP tot het grootste aantal piekclips, van 16% (geen automatisering) tot 31% (met automatisering).
Figuur 8: effect van het gemiddelde percentage voor piekvermindering tijdens piekuren en het besparingspotentieel van verschillende tariefregelingen (TOU, RTP, CPP, CPR)
De DECC-vraag respons studie (DECC, 2012) meldt een daling van de vraag in de piekperiode tot 22%
voor TOU-tarieven, tussen 5-38% voor CPP-tarieven en tussen 6-21% voor CPR-tarieven. In Breukers
& Mourik (2013) worden piekverminderingen tot 12% genoemd voor pilots met TOU-prijzen;
Bovendien stelt deze studie dat CPP vaak de winnaar is ten opzichte van andere prijsmechanismen in termen van reductie- en verschuivingspotentieel, maar dit moet in perspectief worden geplaatst omdat CPP dit alleen bereikt tijdens de piekdagen (waarbij het aantal piekdagen varieert van 1 tot 18 per jaar) terwijl TOU-regelingen zeven dagen per week van kracht zijn. TOU in combinatie met CPP kan een lastverschuiving bereiken tot 30% (voor een beperkt aantal dagen en uren per jaar) (Breukers & Mourik, 2013).
Een combinatie van TOU en CPP lijkt dus het meest effectief in het afvlakken van de piekvraag.
Verschillende studies laten laat zien dat deze combinatie aan tariefstructuren het meest effectief is als aan een zestal voorwaarden wordt voldaan (Kessels et al., 2016; Stromback et al., 2011).
1) Het aantal verschillende prijsniveaus per dag is beperkt (maximaal 5) en de precieze prijzen