Het plan van aanpak vermeld kort welke eindproducten het project kent (zie §3.4). Al deze producten zijn opgeleverd. In dit hoofdstuk worden de
deelvragen op volgorde beantwoord. Het belangrijkste product, de demonstratie, wordt als laatste besproken.
6.1. Onderzoeksresultaten
Er is onderzoek gedaan naar de energievraag van consumenten, welke aanpassingen hierop kunnen bijdragen aan piekreductie en hoe deze aanpassingen kunnen worden bereikt (operationalisering). Deze paragraaf geeft een antwoord op de eerste drie deelvragen.
6.1.1. Gebruikersprofielen
Er zijn profielen opgesteld voor een kantoor (50 FTE) en voor een-, twee- en vierpersoonshuishoudens. Een profiel bevat meerdere apparaten, die zijn verdeeld in manuele en geregelde apparaten (zie ook het procesverslag over het opstellen van gebruikersprofielen, §5.4.1).
Voor geregelde apparaten gelden de volgende variabelen:
• Verbruik (piek)
• Ingestelde temperatuur (onder- en bovengrens)
• Dode tijd
• Omgevingstemperatuur
• Isolatie
• Vermogen
Het verbruik wordt gemeten in Watt, als het apparaat is ingeschakeld (dat is de piek). De ingestelde temperatuur geeft de grenswaarden aan waarbinnen de temperatuur moet blijven. De dode tijd is de tijd die verstrijkt voordat het in- of uitschakelen1 van het apparaat merkbaar is in de temperatuur (hier zit
doorgaans een vertraging in). De omgevingstemperatuur wordt opgegeven als zijnde de buitentemperatuur of als een constante waarde. De isolatiefactor geeft aan hoeveel warmte (of koude) er na een bepaalde tijd verloren gaat. Het vermogen is de snelheid waarmee het apparaat de temperatuur kan
aanpassen. Meer (wiskundige) informatie over deze waarden is te vinden in bijlage III.
Voor manuele apparaten gelden de volgende variabelen:
1 De software (beschreven in §6.2) ondersteunt een verschillende waarde voor bij het
• Verbruik
• Gebruik per dag (aantal keer)
• Tijdsduur per keer dat het apparaat wordt gebruikt
Als het apparaat beschikt over een timerfunctie, komen hier nog de volgende variabelen bij:
• Aantal keer dat de timerfunctie wordt gebruikt (factor)
• Ingestelde tijd
Als de timerfunctie wordt gebruikt, wordt het apparaat automatisch
ingeschakeld nadat de ingestelde tijd is verstreken (vanaf het moment dat deze wordt ingesteld). Bij het gebruik per dag, tijdsduur per keer en de ingestelde tijd is het gemiddelde en de standaarddeviatie gegeven.
In ieder profiel zijn de apparaten opgenomen die een grote bijdrage leveren aan het totale verbruik, of waarvan verwacht wordt dat zij grote pieken kunnen veroorzaken. Het verbruik van alle overige apparaten is samengevat onder de zogenoemde ‘base load’. Dit is een constant aantal watt dat het (gesommeerd) verbruik aangeeft van deze apparaten.
De volledige gebruikersprofielen zijn te vinden in bijlage IV. Bij sommige waarden is een bronvermelding gegeven. Overige waarden zijn geschat.
6.1.2. Mogelijke aanpassingen op de energievraag
Aanpassingen op het energieverbruik zijn in te delen in het verhogen of verlagen van de energievraag en in het verplaatsen hiervan. Bij een verplaatsing wordt de elektriciteit eerder of juist later gebruikt. Het aan- en uitzetten van apparaten zorgt vanzelfsprekend voor een hogere respectievelijk lagere energievraag. Het verbruik kan worden verplaatst door apparaten op een ander tijdstip te gebruiken of door het setpoint1 van geregelde apparaten
(verwarming, airconditioning, koelkast, vriezer…) tijdelijk aan te passen. Het aan- en uitzetten van apparaten heeft logischerwijs het meeste effect bij apparaten die veel energie verbruiken. De groep apparaten die in totaal het meeste energie verbruikt zijn de apparaten voor wassen/schoonmaken [KNIG07]. Hieronder vallen onder ander de wasdroger, wasmachine en vaatwasser.
Concrete voorbeelden voor het verminderen van het energiegebruik omvatten het vermijden van de wasdroger voor het drogen van schone was (in het bijzonder bij droog en warm weer) en het wassen van meer vuile was tegelijk. De apparaten hoeven nu minder vaak te draaien voor dezelfde hoeveelheid was. Voor het verhogen van het energiegebruik is het omgekeerde van toepassing.
1
Het verplaatsen van energiegebruik kan met dezelfde apparaten (het tijdstip dat de wasdroger wordt gebruikt kan bijvoorbeeld worden verplaatst). Ook kunnen hier geregelde apparaten worden ingezet, zoals de airconditioning.
Laatstgenoemde is doorgaans een grote energieverbruiker, maar is in een relatief klein aantal huishoudens aanwezig en wordt alleen gebruikt bij een hoge buitentemperatuur. De koelkast en vriezer worden het hele jaar door gebruikt. Na de apparaten voor wassen/schoonmaken vormen ze de grootste groep [KNIG07].
Als het setpoint van een apparaat tijdelijk wordt aangepast, zal dit direct na de aanpassing het meeste effect hebben omdat de temperatuur dan nog niet binnen de nieuwe grenswaarden valt. Als het setpoint weer terug wordt gezet naar de oude waarde, zal dit ongeveer het tegenovergestelde effect hebben als direct na de originele aanpassing van het setpoint.
6.1.3. Mogelijke interventies
In de vorige paragraaf zijn mogelijke aanpassingen in de elektriciteitsvraag gegeven. In deze paragraaf worden de hypothesen vermeld die iets zeggen over de mate waarin bepaalde ingrepen (op microniveau) een aanpassing in de energievraag (op macroniveau) bereiken. Hieruit volgen interventies, waarin wordt aangegeven wanneer welke ingreep wordt gedaan, en bij welk apparaat. Aanpassen van elektriciteitsprijs
De prijselasticiteit van de vraag naar elektriciteit is naar verwachting -0,2 [NATU08]. Dit betekent dat een prijsverhoging van 10% leidt tot 2% minder verbruik. Prijswijzigingen met piekreductie als doelstelling zullen, net als de pieken, tijdelijk zijn. In deze wetenschap kunnen consumenten besluiten hun apparaten op een ander moment te gebruiken. Prijswijzigingen zullen zorgen voor een gedeeltelijke verplaatsing van de vraag. Een belangrijke factor is de tijd die een consument heeft om op de prijswijzigingen te reageren. Als deze tijd erg kort is, zal het effect kleiner zijn.
De hypothese is dat een tijdelijke prijsverhoging zal zorgen voor een
vermindering in de energievraag, die in het begin het hevigst zal zijn. Na afloop van de prijswijziging zal er een tijdelijke stijging in de vraag waarneembaar zijn. Een verlaging van de prijs zal exact het tegenovergestelde effect hebben. De prijselasticiteit zal per apparaat verschillen.
De interventie, die op deze hypothese is gebaseerd, is het wijzigen van de elektriciteitsprijs bij een geconstateerd onbalans. De prijswijziging is geldig voor alle consumenten en wordt ingevoerd bij een instelbare hoeveelheid onbalans (bijvoorbeeld een 2% grotere vraag dan de verwachting). Het percentage dat de prijs wordt gewijzigd is ook instelbaar. Er kan slechts één prijswijziging tegelijk actief zijn.
Automatisch aanpassen van setpoint
Om de temperatuur binnen de grenswaarden te houden worden geregelde apparaten door de regelaar herhaaldelijk in- en uitgeschakeld. Het setpoint kan via domotica worden aangepast, zodat het energieverbruik wordt beïnvloed. Deze mogelijkheid wordt bekeken voor apparaten die koelen, vanwege hun grote bijdrage aan de totale elektriciteitsvraag.
Bij een verhoging van het setpoint wordt het apparaat direct uitgeschakeld, totdat het nieuwe setpoint is bereikt. Bij een verlaging van het setpoint wordt het apparaat direct ingeschakeld. Als het aangepaste (verlaagde) setpoint is bereikt zal de regelaar het apparaat weer herhaaldelijk in- en uitschakelen om de temperatuur te behouden.
Figuur 11: Elektriciteitsverbruik van een geregeld apparaat tijdens een ingreep De energievraag van een groot aantal (gelijksoortige) geregelde apparaten, tijdens een tijdelijke verhoging van het setpoint, nadert naar de grafiek in bovenstaand figuur. Het vasthouden van het aangepaste setpoint kost minder energie, omdat dit setpoint dichter bij de omgevingstemperatuur ligt1.
De ingreep kan in groepen worden uitgevoerd. Hiermee wordt bedoeld dat de consumenten in een aantal groepen worden verdeeld en dat de ingreep eerst op één groep wordt uitgevoerd. Als het setpoint terug wordt gezet, wordt tegelijkertijd de ingreep in de tweede groep in gang gezet. Dit geeft hetzelfde effect als het uitvoeren van de ingreep op één groep, maar dan met een langere tijdsduur (zo wordt de overlast over de consumenten verdeeld). Hoe groot het effect zal zijn hangt af van de omgevingstemperatuur en het apparaat waarop de ingreep wordt uitgevoerd. Door het ontbreken van
voldoende informatie over het energieverbruik, valt een goede hypothese niet te stellen.
Voor de interventie wordt uitgegaan van een aanpassing van het setpoint, van een ingesteld aantal graden. Deze wordt (net als het aanpassen van de
elektriciteitsprijs) uitgevoerd bij een instelbare hoeveelheid onbalans. Het aantal groepen is ook instelbaar. Als er slechts één groep is, wordt de ingreep op alle huishoudens tegelijk uitgevoerd. Overigens worden er alleen verhogingen van
1 Dit is niet geldig als het setpoint hoger is dan de omgevingstemperatuur. In dit geval
het setpoint uitgevoerd. Doordat de apparaten dan minder hoeven te koelen, verbruiken zij minder elektriciteit. Bij een verlaging van het setpoint gaan zij meer elektriciteit verbruiken. Dit laatste is niet ethisch, omdat er dan stroom wordt verkocht aan consumenten, waar zij helemaal niet om hebben gevraagd. Automatisch aanpassen van ingestelde tijd
Consumenten kunnen in sommige gevallen een timerfunctie gebruiken om apparaten na een ingestelde tijd in te schakelen. In dit geval kan vooraf al iets worden gezegd over het energieverbruik. Er wordt in dit geval uitgegaan van domotica die deze gegevens kan leveren. Ook wordt er aangenomen dat het bekend is hoe lang een apparaat aan zal staan en dat het gebruik van overige apparaten hier niet door wordt beïnvloed. Er kan nu gesteld worden dat een piek ontstaat als veel apparaten op hetzelfde tijdstip staan ingesteld. De piek kan worden afgevlakt door aanpassingen te maken in de ingestelde tijden. Als een apparaat op een drukke tijd wordt ingepland, kan het nuttig zijn de ingestelde tijd aan te passen. Onderstaand figuur geeft een concreet voorbeeld waarbij een apparaat precies op een piek wordt ingepland. Het energieverbruik van het nieuw in te plannen apparaat is met zwart aangegeven. Door het tijdstip uit te stellen, wordt de piek breder en blijft de hoogte gelijk.
Figuur 12: Voor de ingreep Figuur 13: Na de ingreep
Door dergelijke aanpassingen zullen acties van de top worden afgeschoven. De hypothese is dat de pieken daardoor langer duren, maar minder hevig zijn (het stroomverbruik is dus stabieler).
Het ingestelde tijdstip wordt alleen aangepast op het moment dat het apparaat wordt ingepland. De consument weet nu zo snel mogelijk dat er een interventie wordt gedaan. Als een apparaat wordt ingepland, wordt gekeken naar het stroomverbruik dat al is vastgesteld. Als er meer apparaten op dezelfde tijd staan ingepland, wordt gecontroleerd of het ingestelde tijdstip kan worden aangepast. Het doel van deze verschuiving is om de hoogste stroomvraag van alle apparaten tezamen zo laag mogelijk te houden, in de tijd dat het apparaat
is ingeschakeld1. Voor het verplaatsen van het tijdstip van inschakelen wordt een marge ingesteld. De verschuiving mag deze marge niet overschrijden.
6.2. Demonstratie
De ontwikkelde software geeft een antwoord op de vraag wat het effect is van de mogelijke interventies (de vierde deelvraag). Doordat de software het effect laat zien via een grafische gebruikersinterface, noemen we dit de demonstratie. Om de demonstratie succesvol uit te voeren zijn de volgende onderdelen benodigd:
• Het ‘EnergyDemand.jar’ bestand. Dit bestand bevat de applicatie zelf.
• De simulatietoolkit, die bestaat uit de bestanden ‘colt.jar’ en ‘repast.jar’. Deze bestanden staan in de ‘lib’ subdirectory.
• Het ‘profile.xsd’ bestand, voor het valideren van gebruikersprofielen.
• Één of meerdere gebruikersprofielen, volgens het xml formaat dat is beschreven in ‘profile.xsd’.
Bij het opstarten van de software (via het EnergyDemand.jar bestand), wordt onderstaand venster getoond:
Figuur 14: Het hoofdscherm
De gebruiker moet beginnen met het instellen van de demonstratie. De
volgende stap is het starten van de simulatie (tijdens deze simulatie worden ook de interventies getoond). Tot slot kunnen de resultaten worden bekeken. Nadat deze stappen zijn uitgevoerd kunnen de instellingen eventueel worden
gewijzigd en kan er een nieuwe simulatie worden gestart. Het venster met de resultaten kan open blijven staan; aan het einde van een simulatie wordt deze automatisch bijgewerkt met het meest recente resultaat.
Figuur 15 toont het dialoogvenster waar alle benodigde waarden worden ingesteld. Dit venster wordt weergegeven met de knop ‘instellingen’ (in het hoofdscherm).
1 Hier wordt uitgegaan van een constante voorspelling (een constant stroomverbruik is
Figuur 15: Het dialoogvenster 'instellingen'
In het bovenste gedeelte wordt de simulatie ingesteld. Het onderste gedeelte gaat over de interventies. Er kunnen gebruikersprofielen worden ingeladen (dit zijn de xml bestanden) om zo de samenstelling te bepalen van de groep consumenten die moet worden gesimuleerd. Bij ieder profiel kan het aantal agents worden opgegeven. In bovenstaand voorbeeld wordt een kleine woonwijk gesimuleerd met 45 huishoudens, waarvan15
éénpersoonshuishoudens.
De tijdsduur van de simulatie wordt ingesteld in een geheel aantal uren (met een minimum van een uur). De simulatie houdt rekening met één externe factor, namelijk de buitentemperatuur. Deze wordt opgegeven in graden Celcius. Negatieve waarden en kommagetallen zijn toegestaan.
In het onderste gedeelte van het instellingenvenster moet altijd één interventie worden gekozen. Per interventie gelden specifieke instellingen. Voor de interventie ‘aanpassen van de elektriciteitsprijs’ gelden de volgende instellingen:
• Grenswaarde
• Hoogte van prijswijziging
• Reactietijd
De grenswaarde is de relatieve hoeveelheid onbalans waarbij de interventie in werking treedt. Voor de interventie ‘automatisch aanpassen van setpoint’ gelden de volgende instellingen:
• Grenswaarde
• Hoogte van de aanpassing
Voor de interventie ‘automatisch aanpassen van ingestelde tijd’ kan alleen een marge (in minuten) worden ingesteld. Dit is de maximale aanpassing in de ingestelde tijd.
Als de gebruiker alles naar wens heeft ingesteld, kan hij deze valideren en opslaan met de ‘Ok’ knop. Vervolgens kan de simulatie worden gestart en kunnen de resultaten worden bekeken. Onderstaand figuur toont het resultatenvenster.
Figuur 16: Het resultatenscherm
In de grafiek wordt de tijd op de x-as getoond. Het verbruik (in Watt) staat op de y-as. De gesimuleerde elektriciteitsvraag wordt getoond door de rode lijn en de vraag na toepassing van de interventies door de blauwe. Daar waar geen interventie actief is vallen de rode en blauwe lijnen samen. In het voorbeeld wordt een interventie gedaan als reactie op een lage energievraag. In de periode die volgt blijft de blauwe lijn dichter bij de voorspelling (aangegeven door de grijze, horizontale lijn). Hoe groot het verschil is, wordt onderin het venster weergegeven als een relatieve en absolute hoeveelheid (dit is dus het effect van de interventie). Overigens kunnen deze waarden ook negatief zijn. In dat geval werkt de interventie averechts.
De voorspelling valt niet in te stellen, maar wordt berekend op basis van het (statistisch) gemiddelde elektriciteitsverbruik. Dit is dus de beste voorspelling die de PV partij op kan stellen.
7. Conclusies en aanbevelingen
Het doel van het project is het onderzoeken van de mate waarin ingrepen op micro-niveau kunnen bijdragen aan het reduceren van de pieken in de
elektriciteitsvraag op macro-niveau en wat de beste strategie zal zijn om dit te bereiken. In dit hoofdstuk wordt aangegeven in hoeverre deze doelstelling is gehaald. Er wordt geëvalueerd hoe het project is verlopen en er worden aanbevelingen gedaan voor eventuele vervolgprojecten.
7.1. Conclusies
Om de doelstelling te bereiken is een onderzoek uitgevoerd dat is opgedeeld in vier deelvragen. Deze vragen moeten een beeld geven van de
elektriciteitsvraag van diverse consumentengroepen, mogelijke aanpassingen in de vraag en mogelijke interventies om deze aanpassingen te bereiken. Tot slot wordt onderzocht wat het effect zal zijn van deze interventies, in diverse situaties.
Voor het in kaart brengen van de elektriciteitsvraag van diverse
consumentengroepen bleek onvoldoende informatie beschikbaar. Vooral over de frequentie en de tijdsduur dat consumenten hun apparaten gebruiken zijn weinig gegevens voor handen. Om toch een indruk te geven van de
elektriciteitsvraag zijn er gebruikersprofielen opgesteld die deels zijn gebaseerd op schattingen. Dit heeft vanzelfsprekend een negatief effect op de validiteit van de profielen.
Op de elektriciteitsvraag zijn diverse aanpassingen mogelijk, die we verdelen in aanpassingen aan de totale vraag en aan het tijdstip van afname. De vele denkbare aanpassingen hebben logischerwijs de meeste invloed bij apparaten die veel elektriciteit verbruiken. De groep apparaten voor wassen/schoonmaken gebruikt de meeste energie. Hierna volgen de koelkast en vriezer [KNIG07]. Aanpassingen waar de consument niet of nauwelijks last van zal hebben zijn kleine aanpassingen in de ingestelde temperatuur (setpoint) van verwarming, airconditioning, koelkast en vriezer. Een andere mogelijkheid zijn aanpassingen in ingestelde tijden (bijvoorbeeld een wasmachine die ’s nachts moet gaan draaien).
Er zijn drie interventies opgesteld waarvan wordt verwacht dat zij een grote bijdrage kunnen leveren aan piekreductie. Het gaat om een variabele elektriciteitsprijs, het automatisch aanpassen van het setpoint en het aanpassen van de ingestelde tijden. Voor deze interventies gelden nog een aantal variabelen. Met behulp van de ontwikkelde software kan gezocht worden naar de ideale waarden.
Om te onderzoeken wat het effect is van de interventies, is een applicatie ontwikkeld die de interventies kan toepassen op een gesimuleerde
elektriciteitsvraag. In de applicatie kunnen de variabelen, die bij de interventie horen, worden ingesteld. Aan het einde van een simulatie wordt weergegeven wat het effect van de interventie is geweest. Als er valide gebruikersprofielen
beschikbaar zijn, kan de ideale strategie worden bepaald door op gestructureerde wijze bepaalde instellingen uit te proberen.
Het project heeft middelen opgeleverd waarmee snel kan worden onderzocht welk effect ingrepen op microniveau kunnen hebben op piekreductie in de elektriciteitsvraag. Er is echter onvoldoende informatie over de
elektriciteitsvraag van consumenten, om tot een betrouwbaar resultaat te komen. Valide gebruikersprofielen kunnen worden gezien als de ontbrekende schakel binnen het onderzoek. Wel is gebleken dat er diverse methoden denkbaar zijn om onbalans in de elektriciteitsvoorziening te verminderen. Van de opgestelde interventies wordt verwacht dat dit de methoden zijn met het grootste effect.
7.2. Aanbevelingen
Zonder valide gebruikersprofielen zal het onderzoek geen volledig resultaat op kunnen leveren. De aanbeveling die hieruit volgt is het onderzoeken van deze elektriciteitsvraag. Het is van belang de belangrijkste consumentengroepen te identificeren en te onderzoeken welke apparaten zij bezitten. Ook moet worden onderzocht hoe vaak en hoe lang zij deze apparaten gebruiken.
Als er met valide gebruikersprofielen verder wordt gewerkt, zal dit inzicht opleveren in het potentieel en de mogelijkheden voor piekreductie in de elektriciteitsvraag. Dit inzicht kan worden meegenomen met klantencontact (voor klanten binnen de utility markt) en bij het opstellen van offertes over dit onderwerp.
Het verder onderzoeken van de mogelijkheden die slimme meters in combinatie met domotica kunnen bieden is de tweede aanbeveling. Met de komst van de slimme meters ontstaan er mogelijkheden voor energieleveranciers om zich te onderscheiden van de concurrentie. Dit wordt gestimuleerd door het ministerie van Economische Zaken, omdat verschil in de aangeboden diensten gezien kan worden als een laatste stap in de liberalisering van het marktmodel. Het is aan te raden om nieuwe protocollen binnen de domotica te blijven
onderzoeken1. Ook kan er onderzocht worden naar mogelijkheden om consumenten bij deze techniek te betrekken. Het huidige project gaat uit van een (over het algemeen) passieve consument, die niet teveel hinder van het systeem moet ondervinden. Als een consument actief wordt betrokken, ontstaan er meer mogelijke interventies, die wellicht een direct nut voor de consument kunnen hebben (vanuit de visie dat de automatisering het leven gemakkelijker maakt).
Als laatste aanbeveling kan worden gegeven dat er gelet moet worden op het draagvlak van de slimme meter. Consumenten zijn kritisch en kunnen in deze techniek een bedreiging zien voor hun privacy (omdat de meter automatisch gegevens doorstuurt). Waarschijnlijk kunnen de zorgen voor een groot deel