Energiemanagement in je woning: hoe voorzien we alle elektrische apparaten van voldoende stroom? En hoe houden we dat betaalbaar?
De (nabije) toekomst is elektrisch, dat is zeker! We gaan van een energiemix van benzine, diesel en gas naar alles elektrisch (all electric). Er komt dus een moment dat je in je woning een warmtepomp hebt, elektrisch kookt, een thuisbatterij gebruikt en energie opwerkt met je eigen zonnepanelen. Buiten staat je elektrische auto te laden aan het laadpunt aan je woning. Je hele energiehuishouden is dan elektrisch. Maar hoe leiden we al die extra elektriciteit in goede banen? En hoe zorgen we ervoor dat het betaalbaar blijft? Wat is de uitdaging als alles elektrisch wordt in en om je woning?
Naast de totale hoeveelheid stroom die je gebruikt en die dus zal toenemen naarmate je met elektriciteit energie uit brandstoffen vervangt, is het vooral van belang om te kijken naar het vermogen. Apparaten zoals je telefoon, je tandenborstel of je stofzuiger (op batterij) verbruiken maar weinig stroom. Die zie je nauwelijks terug op je energierekening. Het vermogen waarmee ze stroom vragen en daarmee de belasting van het stroomnet is ook gering. Een elektrische auto, een warmtepomp of een elektrische kookplaat gebruiken vele malen meer stroom, en hebben dus ook meer effect op je energierekening. Al staan daar veel grotere besparingen in gas en benzine of diesel tegenover. Maar ze vragen ook veel hogere vermogens. En daar zit de uitdaging in je toekomstige woning, het grote vermogen dat al deze apparaten samen vragen.
Een moderne elektrische auto kan bijvoorbeeld met 11 kilowatt laden. Dat is 55 keer meer vermogen dan je televisie (een televisie vraagt ongeveer 0,2 kilowatt). Bedenk dan dat daarbij ook je warmtepomp nog gebruikt wordt om je huis te verwarmen of om jou van warm water voor de douche te voorzien. Een warmtepomp vraagt gemiddeld zo’n 5 kilowatt aan vermogen. Als deze dus tegelijkertijd met de elektrische auto aan staat, vragen zij samen al 16 kilowatt aan vermogen.
Je hebt vast wel eens gehoord dat je niet tegelijkertijd een wasmachine en droger op dezelfde groep aan kan zetten, want dan slaan de stoppen door. Daarbij gaat het om een stop (zekering, vaak 16 ampère, dat is 3,7 kilowatt) in de meterkast van jezelf. Deze kunnen vaak per zekering minder vermogen aan. Echter, de som van deze zekeringen is groter dan de zekering van de hoofdaansluiting. Het kan dus zijn dat je meer stroom in je woning verbruikt dan je hoofdaansluiting aan kan. Dit komt echter niet vaak voor.
Over de grootte van je aansluiting gaat het volgende voorbeeld. Een aansluiting van een woning heeft in de regel een 1x 35 ampère (een 1 fase aansluiting) of een 3x 25 ampère (3 fasen aansluiting) zekering. Gebruik je dus meer stroom dan deze zekering aan kan, dan zal deze uit gaan en je huis zonder stroom zitten. Hoeveel vermogen kun je met deze twee aansluitingen gebruiken? Bij 1x 35A is dat 8kilowatt, bij 3x 25A is dat 17.2 kilowatt.
Als je dus je auto en je warmtepomp tegelijkertijd aan hebt, gebruik je al 16 kilowatt. Dat is meer dan één van de twee vorige genoemde aansluitingen aan kan, en bijna tegen de grens van de tweede genoemde aansluiting. Met warmtepompen en ladende elektrische auto’s ontstaan er zo heel nieuwe uitdagingen voor je aansluiting.
Waarom is dit nu ineens een uitdaging? Het ging vroeger toch ook goed? Nou, dat zit zo. Dat zit hem in de gelijktijdigheid. De elektrische auto staat vaak wel uren aan een stuk te laden. Dat betekent dus dat hij uren achter elkaar vermogen opneemt uit het stroomnet, via jouw meterkast en kabels. De warmtepomp staat waarschijnlijk ook uren achter elkaar aan op koude dagen, of als je je bad vol laat lopen. Waar vroeger de apparaten minder vermogen vroegen en meestal ook niet tegelijk was dus de kans dat ze samen veel vermogen afnamen een stuk kleiner.
In dit voorbeeld is geen rekening gehouden met verdeling van vermogen over de fases, en ook niet met toekomstige apparaten zoals een thuisbatterij (Zie mijn artikel over: Een thuisbatterij, wat is het en wat kun je ermee?) of laden op goedkope momenten van de dag als er bijvoorbeeld veel zon- en windenergie is. Hoe meer apparaten je toevoegt, hoe groter de piek. Relatief korte piekverbuikers als een wasmachine, droger, koffiezetapparaat of oven zijn ook buiten beschouwing gelaten.
De mogelijke oplossingen: slim en minder slim
Hoe kun je ervoor zorgen dat je aansluiting niet overbelast raakt en de stroom betaalbaar blijft? Dat kan in eigenlijk op twee manieren: slim en minder slim.
Één van de manieren is om bijvoorbeeld je auto in te stellen zodat deze alleen in de nacht mag laden. Op die manier reduceer je de piekvraag rond 18:00 uur, zoals in de grafiek, en wordt het vermogen wat naar de auto gaat verplaatst naar de nacht, wanneer je verder weinig stroom verbruikt.
Je kunt ook je auto instellen om op minder vermogen oftewel langzamer te laden, automatisch of statisch. Afhankelijk van het verbruik op de hoofdaansluiting, kan de auto zich dan aanpassen qua vermogen. Dit is al wat slimmer. Zonder extra techniek ben je wel gebonden aan één apparaat dat dit toepast, omdat anders twee apparaten zich zouden gaan aanpassen aan het totaal vermogen op de hoofdaansluiting, zonder dat ze weet hebben van elkaar dat ze dit doen. Dit kan resulteren in oscillerende effecten en mogelijk tot zulke grote pieken dat de hoofdzekering eruit gaat.
Een andere mogelijkheid is een systeem dat alle, of de meeste, energiestromen in je huis in de gaten houdt, zich bewust is van de grenzen van de hoofdaansluiting, de wensen van de apparaten en de bewoner(s), en daar ook naar kan handelen. Zo zou het dus kunnen zijn dat dit systeem voorrang geeft aan de warmtepomp, om daarna pas de auto te laden. Of als de energie goedkoop is, juist zoveel mogelijk de auto opladen en de thuisbatterij. Het kan ook zijn dat je met een lege batterij van de auto thuiskomt maar over drie uur weer weg moet. Dan zorgt dit systeem ervoor dat je auto toch geladen kan worden en de warmtepomp even een tandje minder doet. Zo’n systeem orkestreert eigenlijk je hele energiehuishouding, zonder dat je hier iets van merkt. Zo’n systeem noemen we in het Nederlands een Huis Energie Management Systeem (HEMS) of in het Engels een Home Energy Management System.
Een HEMS kan de functie vervullen van het in balans houden van je woning wanneer het aankomt op energie. Zo’n systeem kan meerdere slimmigheden combineren en zorgen dat je volledig ontzorgd wordt voor wat betreft de energiehuishouding in je woning. De auto laadt, je huis is warm, het tapwater is op temperatuur, et cetera. En schijnt de zon? Dan gaat de energie eerst in je thuisbatterij en daarna in je elektrische auto. Waait het hard en is de energie goedkoop? Ook dan wordt slim gebruik gemaakt van de beschikbare capaciteit van je aansluiting.
Veranderingen in wet- en regelgeving
Daarnaast wordt een HEMS waarschijnlijk extra interessant omdat er twee veranderingen aan zitten te komen. Die twee veranderingen zijn het afbouwen van de zogenaamde salderingsregeling, waarmee je overtollige opgewekte energie die terug geleverd is aan het energienet niet later netto mag verrekenen, en de wijziging van de tariefstructuur voor je aansluiting op het stroomnet. Bovendien is een HEMS interessant omdat je kunt kiezen voor variabele stroomprijzen.
1. Afbouwen salderingsregeling zonnepanelen
Het hangt al jaren in de lucht, het is ook al jaren vooruitgeschoven, maar het lijkt er toch een keer van te komen. Voor de mensen met zonnepanelen is salderen de heilige graal. De opgewekte zonne-energie, waarvan je het meeste opwekt gedurende 6 maanden, mag terug geleverd worden aan het stroomnet om later in het jaar als het ware alsnog gebruikt te worden. Het tegen elkaar wegstrepen van terug leveren en verbruik heet salderen. En dat is heel gunstig voor mensen met zonnepanelen. Want zonder deze levering zouden ze voor de stroom die bij veel zon aan het net leveren veel minder krijgen dan ze betalen voor de stroom die ze op andere momenten van het net halen. Het maakt de economische keuze voor zonnepanelen interessanter, want de terugverdientijd wordt hierdoor verkort.
Het heeft echter ook nadelen, zoals in de grafiek hierboven ook te zien is. Op een zonnige dag leveren de meeste mensen energie terug aan het net. Zelfs zoveel dat er een overschot ontstaat en het stroomnet het soms niet aan kan. Waar deze problemen zich voorheen beperkte tot grote zonneweides die in dunbevolkte gebieden (dus dunne kabels, want er was nooit behoefte aan veel capaciteit) geplaatst werden, zien we deze problemen ook steeds meer in woonwijken. Door de enorme toename van zonnepanelen in woonwijken, worden de kabels overbelast. Dit resulteert in allerlei problemen, waaronder het fysiek niet meer kunnen terug leveren van de energie. De omvormer van de zonnepanelen schakelt zichzelf uit, omdat hij de energie niet meer kwijt kan (de spanning loopt te hoog op, boven de 253V waar dit volgens de norm tussen de 207 en 253V mag zijn (230V +- 10%)).
Het idee is om het salderen te versoberen met 9% per jaar, vanaf 2024 tot en met 2031. Dit betekent dus dat je na die tijd de terug geleverde energie niet meer op een later moment mag gebruiken en tegen elkaar wegstrepen. Daarmee wordt het interessanter om je eigen zonnestroom zoveel mogelijk zelf te gebruiken.
Het direct zelf consumeren of opslaan van deze energie zorgt er zo dus voor dat de energie niet tegen lage prijzen op het net gezet hoeft te worden. Het opslaan in een batterij, het laden van de elektrische auto of het verwarmen van een vat water is dan een mogelijkheid om het overschot aan lokaal geproduceerde energie direct in te zetten. Het zou ook een opstap kunnen zijn voor het lokaal uitwisselen van energie met de buren, of de wijk.
2. Wijziging van de tariefstructuur aansluiting
In Nederland heb je keuze uit een paar mogelijke capaciteiten voor je stroomaansluiting. De meest gekozen en gebruikte capaciteit is een 1x 35 ampère (een 1 fase aansluiting) of een 3x 25 ampère (3 fasen aansluiting), wat respectievelijke 8 kilowatt of 17,2 kilowatt aan vermogen vertegenwoordigt.
Echter, de hoeveelheid vermogen die je hierdoor uit het net kan halen staat niet (meer) in verhouding met de kosten die hiermee gemoeid zijn. Tot enkele jaren geleden gebruikte bijna niemand zijn aansluiting tot het maximum, laat staan voor meerdere uren achter elkaar. Door de komst van de elektrische auto, de warmtepomp, zonnepanelen en elektrisch koken zien we dat meer mensen hun aansluiting langer met meer vermogen belasten. Hierdoor wordt het stroomnetwerk zwaarder belast, maar ook voor een langere periode.
Netbeheerders, degene die zorgen dat de kabels en alles wat er nodig is om energie naar je huis te transporteren, zien hierdoor ook dat de netten vollopen. Er is steeds minder ruimte en door het verhoogde gebruik neemt ook slijtage toe. Dit vraagt dus om een andere tariefstructuur waarbij er een prikkel komt om het stroomnet niet maximaal te gebruiken. In België hebben ze al de overstap gemaakt naar een andere tariefstructuur. In plaats van een vaste prijs voor een vaste capaciteit, betaal je daar voor het piekvermogen wat je afgenomen hebt. “De kwartierpiek wordt bepaald door elk kwartier jouw verbruik in kWh te meten en dit getal te vermenigvuldigen met 4. Als jouw hoogste kwartierverbruik in een maand bijvoorbeeld 1,5 kWh was, heb je in dat kwartier een piek van 6 kW nodig gehad. Bij de jaarlijkse meteropname wordt het gemiddelde van de laatste 12 maandpieken genomen en hierop wordt jouw bijdrage aan de nettarieven gebaseerd.” Bron: https://intellisol.be/capaciteitstarief-2022/
Dit zou dus een, in mijn ogen, eerlijkere verdeling zijn. Immers, degene die het energienet het meest belast wordt ook het meest (financieel) belast.
Energiemanagement in je woning kan er dan voor zorgen dat deze pieken gereduceerd worden. Door bijvoorbeeld de auto te stoppen met laden als je elektrisch gaat koken, of door de batterij tijdelijk energie aan het huis te leveren als er veel (niet stuurbare) apparaten aan staan.
3. Kiezen voor variabele stroomprijzen
Een derde factor die het nu al interessant maakt om je energiehuishouden slim te sturen is de mogelijkheid om te kiezen voor flexibele stroomprijzen in plaats van vaste. Flexibele stroomprijzen zijn stroomprijzen die wisselen per uur, je betaalt dan de ‘kale’ stroomprijs zoals deze op de groothandelsmarkt verhandeld worden. Waar je normaal een vast tarief hebt per kWh, is hier de stroom dus flexibel per uur.
Naast eigen gebruik van zonne-energie kan het dan interessant worden om een batterij te gebruiken om hele goedkope stroom uit het net in de batterij te laden. In de nacht is de stroom vaak goedkoper dan overdag, maar soms is ook overdag de stroom goedkoop, dan is er meestal veel aanbod van stroom uit zon en wind op het net. Stroomprijzen kunnen dan zelfs naar nul of onder nul gaan, dan krijg je dus geld toe op het gebruiken van stroom (je moet nog wel belasting betalen á 9 cent). Dat zijn natuurlijk de beste momenten om je auto op te laden en je thuisbatterij.
Op 8 augustus 2021 was de stroom om 14:00 uur bijvoorbeeld -8 cent per kWh. Je krijgt dus per iedere kWh die je verbruikt in dat uur 8 cent betaald. De huidige belasting is ongeveer 9 cent, wat betekent dat iedere kWh je netto 1 cent kost. Dat is natuurlijk hartstikke goedkoop! Je kunt vervolgens de energie op dure momenten, in de avond, weer gebruiken zodat je dan niks van het energienet hoeft af te nemen.
Apparaten koppelen en aansturen
Een grote uitdaging in het aansturen van apparaten om op “de juiste momenten” stroom te gebruiken, zit hem in de aansturing van deze apparaten. Ten eerste moeten ze überhaupt aangestuurd kunnen worden en ten tweede moet de interface en het protocol wat hiervoor gebruikt worden bekend zijn. Het HEMS en het apparaat moeten als het ware dezelfde taal spreken. Daarnaast moet het natuurlijk simpel werken en voor een leek makkelijk in te stellen zijn.
Hier zit dan ook de uitdaging. Veel apparaten spreken een andere taal en als je ze wil aansturen moet je dus iedere taal kunnen spreken, met vaak ook nog variaties of dialecten van deze taal. Er is nog veel werk te verzetten om dit meer naar een gestandaardiseerd geheel te krijgen, zodat je niet afhankelijk bent van één fabrikant of leverancier maar dat je apparaten kunt uitwisselen om te voorkomen dat er een lock-in ontstaat.
Hoe worden veel apparaten nu aangestuurd?
Er zijn verschillende protocollen (soort van talen) om een apparaat aan te sturen, zoals bijvoorbeeld Modbus, EEBus, KNX, RESTful APIs, …, etc. Vaak praat het apparaat ook met de systemen van de fabrikant via de cloud.
Ieder protocol maakt gebruik van andere verbindingen en een andere techniek. Soms moet je fysiek aparte draadjes aansluiten, soms simpel aansluiten op je thuisnetwerk, soms vereist het een gebouwbeheersysteem of specifieke software. Oftewel, veel te complex voor de gemiddelde consument die ‘gewoon wil dat het werkt’.
Wat kun je nu al doen?
Enkele fanatiekelingen (Een artikel van mij, in het Engels: How I built a HEMS with solar, a battery and a charge station) zijn zelf al aan de slag gegaan om energiemanagement in de woning mogelijk te maken. Het is nu vooral nog iets voor de early adopters, die of zelf iets gebouwd hebben of een apparaat voor aansturing aangeschaft hebben.
De eerste stappen die mensen nu zetten zijn het verbinden van de laadpaal met de zonnepanelen, of eigenlijk met de slimme meter. De laadpaal kan dan in de gaten houden of er netto energie terug geleverd wordt aan het stroomnet, als dit het geval is zal de laadpaal de auto gaan laden met hetzelfde vermogen als waarmee energie terug geleverd wordt. Hiermee laad je de auto dus volledig op uit eigen zonne-energie. Daarnaast wordt de auto niet met meer vermogen geladen dan de aansluiting aan kan, om zo te zorgen dat als je gaat koken of de warmtepomp aan gaat de auto minder hard gaat laden en de aansluiting binnen de grenzen blijft qua vermogen.
Sommige mensen hebben ook al een thuisbatterij geïnstalleerd, vaak uit interesse of de wil om zelfvoorzienend te kunnen zijn. De batterij werkt dan hetzelfde als de laadpaal, zodra er energie terug geleverd wordt aan het stroomnet zal de batterij gaan opladen. Als er vervolgens energie gebruikt wordt uit het net, dan zal de batterij deze energie leveren zodat dit niet uit het net gehaald hoeft te worden.
Het nadeel van dit soort systemen is dat het vaak stand-alone systemen zijn. Ze werken zelfstandig, alsof ze op een eiland zitten, en praten of communiceren niet met andere systemen. Zou je dus én een laadpaal én een batterij hebben, dan is het dus de vraag welke van de systemen de overtollige energie op gaat slaan. Daarnaast kun je dan ook niet zorgen dat bijvoorbeeld de auto eerst geladen wordt, omdat deze leeg is en je straks moet gaan rijden. Hier komt dus al snel de behoefte voor volledig energiemanagement.
De toekomst
Een huis energie management systeem (HEMS) moet er dus voor zorgen dat alle wensen van de gebruiker meegenomen worden, dat het systeem een overzicht heeft van alle apparaten en wat ze op dat moment doen zodat ze ook slim en efficiënt aangestuurd kunnen worden.
Wat we hiervoor nodig hebben is dat er standaarden zijn voor het aansturen van apparaten, zodat het koppelen van deze apparaten makkelijk wordt en het uitwisselen van bijvoorbeeld een warmtepomp, vaatwasser of laadpaal niet betekent dat je ook een ander aansturingssysteem moet hebben. Dit is wat we noemen interoperabiliteit, de mogelijkheid om apparaten te verwisselen of de koppelen met een ander systeem zonder dat hiervoor extra werk nodig is.
De gebruiker moet zijn wensen in kunnen geven en het systeem moet zorgen dat hier zo goed mogelijk aan voldaan wordt, binnen de grenzen van de aansluiting en met minimalisatie van de kosten. En uiteraard moet dit allemaal veilig zijn. Je wil niet dat een hacker je warmtepomp uit zet of je laadpaal hackt zodat deze jingle bells begint af te spelen.
Afhankelijk van hoe makkelijk het integreren wordt, vanaf de kant van het apparaat gezien wat je wil aansturen, of de kant van de aansturing (de HEMS), zal de adoptie sneller of minder snel gaan.
Conclusie
De techniek is er klaar voor, veel apparaten zijn te koppelen of aan te sturen. Het is dus niet een kwestie van of het kan, maar hoe makkelijk we de integraties kunnen maken. Nu is het nog zo dat ieder apparaat zijn eigen protocol of smaakje van het protocol heeft, dit moet op termijn universeler worden om de adoptiesnelheid te vergroten.
Het eerste waar de gemiddelde consument naar kijkt is of het financieel nu al aantrekkelijk is om de energiestromen in je woning aan te gaan sturen. Ondanks dat het nu al mogelijk is om goedkopere stroom te laden in je auto of je warmtepomp te gebruiken op goedkope momenten, is de marge klein. Daarnaast zijn er nog maar weinig huishoudens die volledige geëlektrificeerd (i.c.m. een warmtepomp, thuisbatterij, elektrische auto, …) zijn en daarmee de behoefte voor continue sturing hebben.
Echter, vanuit duurzaamheidsoogpunt is dit energiemanagement in je woning wél interessant. Je kunt immers je zelfopgewekte stroom van je zonnepanelen meteen in je auto laden, of het boilervat van je warmtepomp mee verwarmen. Daarnaast kun je ermee ook je afhankelijkheid van gas verminderen, iets wat in deze tijd en omstandigheden toch wel steeds vaker een wens is van gebruikers.
De toekomst komt steeds sneller dichterbij, de techniek verandert sneller dan voorheen en het energiesysteem komt steeds meer onder druk te staan. Allemaal ingrediënten die ervoor kunnen gaan zorgen dat, eerder dan we denken, we een omslag moeten maken in hoe we ons huis van energie voorzien en op welke manier we dit aansturen. Wet- en regelgeving kunnen veranderen, waardoor tarieven wijzigen voor je aansluiting of stroomprijzen variabel worden.
Wat er ook gaat gebeuren, het is bijna zeker dat we slimme aansturing van energie krijgen in onze woningen. Deels om alles van stroom te kunnen voorzien en deels om op “de juiste momenten” je auto op te laden of je warmtepomp te laten verwarmen.
Met dank aan Eric van Kaathoven voor het meelezen en schrijven aan dit artikel.
