De ecologische woonwijk Aardehuizen in Olst wordt door Hogeschool Saxion, Universiteit Twente en e-technologiebedrijf Loqio begeleid bij het optimaliseren van het lokale energiesysteem. Met de installatie van individuele e-boilers, laadpalen voor elektrische auto’s en een collectieve buurtbatterij is nieuwe hardware toegevoegd. Voor efficiënt energiegebruik met behulp hiervan is datagedreven sturing de component waar veel van afhangt.
Aardehuizen aan de rand van Olst is een duurzame woonwijk gerealiseerd door collectieve zelfbouw. Het ontwerp en de bouw in 2013/14 van de 23 woningen en een collectief Middenhuis volgde een aantal duidelijke uitgangspunten, zoals oriëntatie op het zuiden, een koude-isolerende gesloten achterzijde, hergebruik van materialen, natuurlijke materialen (o.a. hout), zonnepanelen, begroeide daken, regenwateropvang, smalle, onverharde paden, een eigen moestuin en rijkelijk veel groen. Met houtgestookte ketels, warmtepompen en elektrisch koken kon een aardgasaansluiting achterwege blijven. Aardehuizen dankt zijn naam aan het rond de eeuwwisseling uit Amerika overgewaaide concept van ‘earthships’ waarbij als constructief bouwmateriaal gebruik wordt gemaakt van oude autobanden gevuld en overdekt met sterk aangestampte aarde. In Aardehuizen is ruim de helft van de woningen op deze wijze van een isolerende achterzijde voorzien. De techniek bleek gaandeweg te arbeidsintensief om er alle woningen mee te realiseren. In plaats daarvan ging men over op houtskeletbouw met strobalen als isolerende vulling.
Energiegemeenschap
Bij Aardehuizen nemen bewoners gezamenlijk beslissingen en voeren zij het beheer over de buitenruimte en collectieve voorzieningen. Dit vormt een ideale basis om als energiegemeenschap te gaan functioneren. Door de EU wordt het concept van lokale energiegemeenschappen gestimuleerd. De doelstelling is dat elke stad vanaf 10.000 inwoners in de EU tenminste één energiegemeenschap heeft. Hierbij moet wel bedacht worden dat de definitie van een energiegemeenschap heel breed is en dat er daarom veel verschillende vormen van zijn. Een energiecoöperatie kan bijvoorbeeld windmolens of zonnepanelen exploiteren ver weg van de deelnemende leden, waarvan nauwelijks eigen activiteit wordt verwacht en die onderling ook geen sociale relaties hebben. Zelfs exclusieve opwek van hernieuwbare energie is geen criterium. Essentieel is dat het gaat om een samenwerking tussen burgers en collectief eigenaarschap. Aardehuizen bevindt zich aan het andere eind van het spectrum van energiegemeenschappen, met sterke samenwerking in een sociaal verband, gedeelde identiteit, wonen te midden van of nabij het energiesysteem, puur gericht op hernieuwbare energie.
Samen met een Deense en een Poolse woonwijk is Aardehuizen opgenomen in het Europese onderzoeksproject SERENE gericht op het functioneren van energiegemeenschappen. Voor het Nederlandse aandeel doen Hogeschool Saxion en Universiteit Twente het onderzoek.
Disbalans aanbod en vraag
Vier jaar geleden vergrootte Aardehuizen zijn energiezelfvoorziening. Bovenop de collectieve carport werd voor 70 kWp aan zonnepanelen geïnstalleerd in combinatie met een drietal laadpalen voor elektrische auto’s. Op lokaal (en individueel) niveau speelt de disbalans tussen aanbod en vraag van zonne-energie. Terugleveren aan het publieke net van het overschot aan zonnestroom tijdens piekuren is financieel steeds minder gunstig geworden en met de afschaffing van de salderingsregeling in 2027 wordt het nog slechter.
Een buurtbatterij kan de disbalans in aanbod en vraag van zonnestroom voor een deel opvangen. Aardehuizen heeft een batterij met een opslagcapaciteit van 120 kWh en een vermogen van 33 kW aangeschaft om het surplus van de zonnepanelen op de carport op te vangen. Op 28 juni werd de batterij symbolisch door de burgemeester van Olst-Wijhe in gebruik genomen tijdens de Duurzame Energie Dag Aardehuizen. De buurtbatterij is samengesteld uit 26 modules en kan gemakkelijk nog worden uitgebreid. Drie omvormerunits zetten gelijkstroom om naar wisselstroom. De zonnepanelen, de laadpalen en de batterij hangen samen aan een grootverbruikersaansluiting. Economisch is het geheel ondergebracht in een stichting. De aanschaf is particulier gefinancierd, naast een stukje SDE-subsidie.
Data is het sleutelwoord
In het kader van het genoemde SERENE-project begeleiden onderzoekers van Hogeschool Saxion en de Universiteit Twente de woonwijk Aardehuizen (georganiseerd als Vereniging Aardehuis) naar de ontwikkeling tot (deels) zelfvoorzienende energiegemeenschap. In dat kader zijn de individuele woningen tevens uitgerust met stuurbare elektrische boilers. Projectleider Richard van Leeuwen, lector Sustainable Energy Systems aan Hogeschool Saxion, vertelt dat dit geen eenvoudige klus is geweest. “Het aansluiten en inregelen van de e-boilers, de laders en de buurtbatterij binnen het energiesysteem heeft veel tijd gevergd. De oorzaak ligt in het ontbreken van plug-and-play-standaarden voor energieapparatuur. Als we echt vaart willen maken met de energietransitie moeten we snel naar open-source- en standaardinterfaces.”
Met een aantal workshops boden de onderzoekers tijdens de Duurzame Energie Dag bezoekers inzicht in wat er nodig is voor een (deels) zelfvoorzienend lokaal energiesysteem. Data is daarvoor het sleutelwoord. In samenwerking met technische partner Loqio wordt het stroomverbruik van ‘stuurbare’ apparaten in kaart gebracht. Dit betreft vaatwasser, wasmachine, wasdroger en e-boiler. Elektrisch koken wordt als minder stuurbaar opgevat: je kunt niet van mensen verwachten dat ze het moment van koken uitstellen. De warmtepomp is in dit geval niet opgenomen in de aansturing. “Er zijn in Aardehuizen slechts twee woningen met een warmtepomp en de interface daarvan zorgde voor extra moeilijkheden. In het algemeen is het absoluut zinvol om warmtepompen slim aan te sturen”, licht Van Leeuwen toe.
Piekaanbod matchen
In 23 van de 24 woningen is de meetapparatuur geïnstalleerd. Ook wordt informatie over stroomgebruik opgehaald via een enquête. De data van het stroomgebruik, waaronder ook de gerelateerde CO2-emissies, krijgen de bewoners teruggekoppeld. Doel is het piekaanbod van zonnestroom optimaal te laten matchen met het piekverbruik, vertelden technisch specialist Femme Taken van Loqio en onderzoeker Bart Homan van Hogeschool Saxion. Voor de e-boilers is een meetsysteem en slimme digitale aansturing ontwikkeld en geïnstalleerd die het opwarmen van de watervoorraad regelt in relatie tot de verbruikspatronen. De combinatie van slimme sturing, beperkte warmwateropslag en soms onvoorspelbaar bewonersgedrag kan betekenen dat er voor een douche onvoldoende warm water is. Via een rode knop kunnen bewoners de slimme aansturing altijd doorbreken en de boiler laten werken wanneer dat wenselijk is. “Tot nu toe is dat nog niet een keer gebeurd”, wist Homan.
EV-laden
Het EV-laden bij de vijftig meter lange carport is gekoppeld aan de opwek van de zonnepanelen en de opslag in de buurtbatterij. De batterij faciliteert in de eerste plaats het EV-laden, waarbij de accu’s van elektrische auto’s ook als aanvullende opslagcapaciteit worden benut. Als de batterij volledig is opgeladen (120 kWh) is dat toereikend voor drie EV’s. Al laadt de batterij overdag – vooral tijdens de zonnepiekuren – tegelijk ook weer op. Het laden van zowel de voertuigen als de buurtbatterij wordt middels een energiemanagementsysteem (EMS) automatisch geregeld. Wanneer een of meerdere auto’s op een laadpaal worden aangesloten, regelt het EMS het juiste moment en de snelheid van laden. Een extra rekenfactor kan het voorkeursgedrag van de EV-rijders zijn, eventueel kunnen zij vertrektijd en af te leggen afstand invoeren. Verder kunnen voorspellende data over zonne-opbrengst meegewogen worden. Ten slotte is er de mogelijkheid fluctuerende stroomtarieven als factor op te nemen en te sturen op laden bij zeer lage of soms zelfs negatieve tarieven. Niet alleen financieel voordeel hoeft hierbij het motief te zijn. Op momenten met lage tarieven is er veel aanbod van groene stroom, wat te vertalen is naar een lage CO2-afdruk. Om met fluctuerende stroomtarieven te kunnen werken moet met een energieleverancier een dynamisch energiecontract worden afgesloten.
Voor bewoners van energiegemeenschappen met ideële doelstellingen is het balanceren van eigen opwek en verbruik in de regel het belangrijkste doel van een buurtbatterij. Toch kan terugverdienen op de batterijstroom door te laden als het stroomtarief laag is en terug te leveren aan het net als het stroomtarief hoog is wel degelijk het ontbrekende puzzelstukje zijn in de businesscase van de investering. Het kan ook helpen om in het elektriciteitsnet van een woonwijk de stroompieken voor de bekabeling en de transformatoren af te vlakken. Aardehuizen heeft de ambitie in de volgende fase deze doelstelling in zijn energiesysteem op te nemen.
Dubbele energiebelasting
Een beperking van het energiesysteem met collectieve zonnepanelen in combinatie met een batterij is dat afvoer van surplussen en aanvulling van tekorten binnen de Aardehuizen gemeenschap via het publieke netwerk lopen. Dat betekent dubbele energiebelasting omdat de buurtbatterij en de carport een eigen stroomaansluiting hebben. Er wordt dus energiebelasting betaald voor het laden van de buurtbatterij met stroom vanuit het publieke net. De bewoners betalen vervolgens ook energiebelasting als de stroom vanuit de batterij aan de woningen wordt geleverd. Dit maakt de businesscase voor bijvoorbeeld de ondersteunende inzet van een buurtbatterij tegen netcongestie nu nog ongunstig. “Bedrijven hebben een grote batterij meestal achter hun eigen meter en dan is er niet de situatie van dubbele energiebelasting. Ook zijn de advies- en installatiekosten meestal geen punt voor bedrijven, maar voor bewoners tikken deze kosten wel aan”, zegt Van Leeuwen. De buurtbatterij inclusief bekabeling is pro bono geïnstalleerd door bewoner Joris die over de nodige technische kennis en handigheid beschikt. Advies en begeleiding zijn als onderzoeksproject voor rekening van de twee kennisinstellingen. Normaal zijn deze kosten voor eigen rekening van een energiegemeenschap.
Onderling balanceren
Een andere beperking voor het functioneren als (deels) zelfvoorzienende energiegemeenschap is dat het onderling balanceren van overschotten en tekorten momenteel nog niet mogelijk is. Woningen hebben verplicht een individuele aansluiting voor het afnemen en terugleveren van stroom en een individueel energiecontract bij een energieleverancier. Dat is in Aardehuizen niet anders. Een lokaal energienetwerk, een zogenaamd Gesloten DistributieSysteem (GDS), bestaat nu alleen nog op enkele bedrijvenparken. Een workshopdeelnemer opperde al dat het technisch niet moeilijk is om je zonnepanelen te delen met de buren om bijvoorbeeld allebei een paar uur je elektrische auto op te laden. Meer dan een kabeltje en een schakelaar is er niet voor nodig. Het door de partners geïnstalleerde EMS in Aardehuizen is in principe in staat om deze uitwisseling geautomatiseerd mogelijk te maken en de transacties af te handelen. Zodra de regels veranderen, kan Aardehuizen overgaan op directe onderlinge uitwisseling van stroom.
Menselijk gedrag
Slimme, data gedreven sturing op energiegebruik laat onverlet dat menselijk gedrag een factor voor zuinig en efficiënt energiegebruik blijft. Energiebewust handelen kan het beste worden ondersteund met een digitale app. Pieter Zijlstra, onderzoeker/docent Ambient Intelligence aan Hogeschool Saxion, ontwikkelde in co-creatie met de bewoners een op maat gemaakte app op basis van de data van Homan en Taken. De real-time data geven inzicht in eigen stroomopwekking en -verbruik. Hierbij wordt de graad van zelfvoorziening (opwek) naast de graad van zelfconsumptie gezet. De crux is om de zelfopgewekte stroom zoveel mogelijk zelf te benutten. De opgewekte en verbruikte stroom wordt ook vertaald naar kilogram CO2-emissie. Voor de liefhebbers is er een diepere laag met detailstatistieken. Anders dan standaard energie-apps biedt de app van Aardehuizen naast de individuele overzichten ook een laag met collectieve data. Dit bevordert het functioneren als energiegemeenschap. Zijlstra gaat de app op dit punt nog verder ontwikkelen met voorspellende data zodat het mogelijk wordt notificaties te versturen over het beste moment voor huishoudelijk stroomverbruik. “Notificaties moeten daarbij niet negatief zijn maar een duidelijk handelingsperspectief aanreiken en beperkt in aantal zijn. Je moet oppassen de autonomie van mensen weg te nemen, dat werkt uiteindelijk averechts.”
Een tweede vernieuwing is het toevoegen van een spelelement, zogenaamde gamificatie. Voor de beste energieprestaties van de week kunnen badges worden verdiend. Naast persoonlijke kunnen via de app ook gemeenschappelijke doelen worden gesteld. Het spelelement dient meer stimulerend dan concurrerend te zijn, waarschuwde Zijlstra. “Maak er geen wedstrijd van, want mensen zijn slechte verliezers en schuwen vals spelen niet. Met collectieve doelen moet je oppassen dat je geen buitenbeentje laat ontstaan; iemand die zogezegd niet mee kan komen met betere energieprestaties. Verder zul je de verschillende grootte en samenstelling van de huishoudens en de grootte van de woning moeten verdisconteren.”
Voor het meten van het stroomverbruik wordt een klein kastje aan de betrokken apparaten gekoppeld. En de bedoeling is dat je regelmatig de app of een andere interface raadpleegt voor je de wasmachine of de vaatwasser aanzet. Wellicht wordt dat uiteindelijk als hinderlijk ervaren. Een mogelijkheid is daarom ook om met machine learning collectieve patronen vast te stellen, vertelde Zijlstra. De notificatie kan zich dan uiteindelijk beperken tot een lampje op de kast of een lantaarnpaal in de wijk die groen of rood licht geeft.
Storingsvrij en zelfherstellend
Frans Coenen, die als universitair hoofddocent aan Universiteit Twente onderzoek doet naar de juridische en organisatorische kant van energiegemeenschappen, wees er in zijn workshop op dat de meeste mensen digibeet zijn en dat installateurs van energieapparatuur hen veelal niet wegwijs maken in het juiste gebruik ervan. In dat opzicht ziet hij een duidelijk verschil tussen een energiesysteem waar bewoners (in de regel huurders) kant-en-klaar instappen en een systeem dat bewoners actief zelf helpen opzetten, zoals in Aardehuizen. “Ik weet bijvoorbeeld van een energetisch state-of-the-art woonbuurtje in Hengelo waar de huurders kant-en-klaar zijn ingetrokken. Een bewoner vertelde: ‘Ik heb de thermostaat op 21 gezet en verder kijk ik nooit naar het kastje.’ Zo bereik je de beloofde hoge energieprestatie alsnog niet.”
Evaluerend zegt Van Leeuwen dat de technology readiness van het smart energy system zoals dat in Aardehuizen onder zijn begeleiding is opgezet op niveau 6 ligt (TRL-6) en nog drie niveaus te gaan heeft. “Een storingsvrij, eenvoudig uitbreidbaar en zelfherstellend systeem vergt in de praktijk nu nog veel tijd en daardoor hoge kosten. Ik noemde al het ontbreken van plug-and-play en open source standaarden en software. Cybersecurity is ook een belangrijk aspect, waar we enkele belangrijke oplossingen voor hebben ontwikkeld en geïmplementeerd. En wat energiezelfvoorziening echt een stuk verder zou brengen is alle woningen van een energiegemeenschap achter één virtuele meter.”
In Denemarken is vijftig procent van de bevolking lid van een energiecoöperatie, vertelde Coenen. De decentralisatie, of misschien beter gezegd de verfijning, van onze energiesystemen is nog maar net begonnen. Aardehuizen laat zien hoe je op buurt- of wijkniveau een aanzienlijke mate van zelfvoorziening en zelfconsumptie van energie kunt bereiken. En hoe je daarmee een stap verder zet met een buurtbatterij en slim energiemanagement.
