Een Energie Management Systeem, afgekort een EMS, is een systeem dat ons kan helpen om energiestromen en energiekosten in kaart te brengen en de vraag naar en het aanbod van energie zo optimaal mogelijk op elkaar af te stemmen.

Onderstaande blog is tot stand gekomen na een eerdere publicatie en de vele reacties die dat heeft opgeleverd.

In dit document beschrijf ik de functionele eisen: wat zou een EMS moeten doen, en specifieker wat zou een Huis Energie Management Systeem – HEMS moeten doen? In het tweede deel ga ik dieper in op de techniek: hoe zou dat dan moeten werken?

Wat zou een HEMS moeten doen?

En misschien wat specifieker: Wat is het doel van een HEMS?

Dit kun je samenvatten in de volgende 5 doelstellingen:

1. Kosten voor energie reduceren
   1. De directe kosten voor afname en productie van energie (in kWh)
   2. De kosten voor levering en dan met name het beperken van overbelasting van de aansluiting
2. Impact op het milieu verminderen
3. Minder gevoelig zijn voor sterk wisselende energieprijzen
4. Minder afhankelijk zijn van beleid van regering en energieleveranciers
5. Veiligstellen van persoonlijke behoefte aan energie

En wat zouden dan de voordelen moeten zijn als er een HEMS is?

1. Direct meetbare vermindering van directe en indirecte energie kosten
2. Verbeterde inzage in verbruik en mogelijkheden voor verbetering
3. Verbeterde inzet van de beschikbare middelen

Alles wat we doen in het kader van een HEMS moet dus iets bijdragen aan deze voordelen. Andere opbrengst kan aardig zijn maar als het niets toevoegt aan de punten hierboven, dan verdient het op dit moment geen aandacht.

Andere aandachtspunten:

• Een HEMS moet ook gemakkelijk te implementeren zijn. Willen we allemaal kunnen profiteren dan moet het ook voor de niet-techneut met enige vaardigheid lukken om een (beperkte) implementatie van HEMS in huis te bouwen en aan de praat te krijgen.
• Een HEMS moet onderhoudsvriendelijk zijn en een hoge mate van betrouwbaarheid kunnen bieden. Bij uitvallen van een HEMS mag dit geen gevolgen hebben voor de energie consumptie in de woning.
• Verzamelde data moet bij voorkeur lokaal worden opgeslagen

Uitgangspunt: verkrijg inzage in energieverbruikscijfers

Voordat we een HEMS gaan bouwen moeten we wel eerst inzage hebben in de verbruikscijfers. Maar alleen de jaarlijkse afrekening van de energiemaatschappij is dan onvoldoende. We hebben meer informatie nodig die ons kan helpen om te begrijpen waar de kosten nu naar toe gaan en moeten ons ook een beeld vormen waar verbetermogelijkheden liggen (quick-wins). Het kan geen kwaad om bijvoorbeeld wat frequenter de slimme meter te raadplegen om een beter gevoel te krijgen in energieconsumptie, patronen, pieken e.d. En eigenlijk ligt hier al een eerste stap tot bouw van een HEMS want de slimme meter is een handig instrument in ons HEMS.

Functioneel schema

Een andere stap die we moeten doorlopen is een (functioneel) schema maken van ons eigen energie distributie systeem. Welke energie bronnen hebben we ter beschikking en waar sluiten deze aan op onze energie infrastructuur. De netwerkaansluiting (grid aansluiting) is natuurlijk de belangrijkste maar ook de eigen opgewekte zonenergie hoort hier thuis. Welke verbruikers en opwekkers hebben we en zouden we (al dan niet gegroepeerd) willen meten en besturen? Willen we onderscheid maken tussen het kunnen bemeten en besturen van een warmtepomp, warmwater boilers, laadpalen, verlichting, huishoudelijke machines e.d.? Laten we eens zo’n schema opstellen zodat het duidelijk wordt wat we kunnen aantreffen. In sommige situaties kan de inrichting van de meterkast ons helpen om een plaatje te maken. Maar misschien komen we tot de ontdekking dat onze meterkast niet meer toereikend is als we serieus met een HEMS aan de slag gaan en zal de meterkast aangepast moeten worden voor een goed werkend HEMS.

Een HEMS hoeft zich overigens niet alleen te beperken tot de elektriciteitsinfrastructuur. Voor velen zal ook het sturen op gasverbruik en/of warmte van belang kunnen zijn.

Eigenlijk proberen we met dit functionele schema antwoord te krijgen op de volgende vragen:

• Hoe veel energie wordt er verbruikt?
• Wat is de trend van het verbruik?
• Waar wordt er energie verbruikt?
• Welke variabelen zijn er die dit verbruik beïnvloeden?
• Welke indicatoren kunnen gebruikt worden om data in kaart te brengen en te analyseren?
• Kunnen we het verbruik technische beïnvloeden of moet er menselijk gedrag beïnvloed worden?

Hoeveel energie wordt er verbruikt?

Het analyseren van de energie rekening (en de onderliggende verbruikscijfers) is op zich in Nederland al een uitdaging. Met een HEMS kunnen we dit misschien wat simpeler maken. Maar de energierekening toont ons alleen het totaal overzicht en kan ons geen inzicht geven in de individuele verbruikscijfers van bijvoorbeeld de warmtepomp, de boiler of de laadpaal. Als dat wenselijk is, zijn zogenaamde tussenmeters of sensoren een vereiste. In het schema hierboven zie je deze ook weergegeven. Een goed HEMS moet dus bestaan uit meerdere sensoren in onze installatie. In de meterkast hieronder zie je een aantal van deze tussenmeters die geplaatst zijn in de meterkast om het elektraverbruik te meten. Op dezelfde wijze kunnen er ook gas-, water- of warmtemeters gekoppeld worden.

Pas nu kan het analyseren van verbruik gaan beginnen. Dat kan handmatig door regelmatig (dagelijks, wekelijks, maandelijks) sensoren te raadplegen en de gegevens te noteren. Dat kan in een spreadsheet maar er zijn ook apps die dit kunnen ondersteunen. Hulpmiddelen die de slimme meter kunnen uitlezen (Toon, Enelogic e.d.) kunnen behulpzaam zijn maar nogmaals, die tonen alleen de data van de hoofdmeter en niet de andere sensoren.

Wat is de trend van het verbruik?

Om deze vraag te beantwoorden moeten we over een langere tijd de gegevens vastleggen en kunnen vergelijken. Eigenlijk is minimaal 3 jaar data noodzakelijk om voldoende inzage te krijgen in verbruik en trends. Want veel energieverbruik is seizoen gerelateerd. Ik heb zelf al ruim 13 jaar aan data van mijn energie verbruik en gebruikte daarvoor een app en liep wekelijks naar de meterkast om alle data te noteren. Van een HEMS mogen we verwachten dat deze die taak voor ons uitvoert en op een makkelijk te interpreteren wijze de data presenteert.

Waar wordt er energie verbruikt?

Deels heb ik die vraag in de voorbeelden al beantwoord. Door zwaardere gebruikers apart te meten krijgen we veel inzicht. Maar je kunt daar heel ver in gaan. Er zijn speciale plug-in adapters die zelfs kunnen meten wat het energieverbruik van een enkele televisie, computer of een lamp is. De mate van detaillering bepaal je zelf. De vraag is vervolgens: wat ga je dan met die data doen? Kun je het verbruik van een lamp beïnvloeden? En welke bijdrage levert dat dan aan de gestelde doelstellingen?

Een van de onderwerpen die ik zelf onderbelicht vind is het zogenaamde sluipverbruik of standby verbruik. Terwijl juist hier heel veel energie verloren gaat, soms wel tot 30%. Het is dus interessant om ook deze functie onder te brengen in een HEMS om te zien waar de potentiële besparingsmogelijkheden zich bevinden.

Welke indicatoren zijn er die dit verbruik beïnvloeden?

Voordat we deze vraag beantwoorden moet vastgesteld worden waaruit de energiekosten feitelijk bestaan want niet op elk onderdeel kunnen we invloed uitoefenen:

1. De kale energiekosten, zeg maar de productiekosten voor elke kWh die we straks kopen (of verkopen), ongeacht of dit elektriciteit, gas of warmte is,
2. De opslag (verkoopmarge) die een energieleverancier ons wil doorberekenen voor zijn diensten,
3. De Opslag Duurzame Energie, ook wel ODE genoemd die door het rijk is vastgesteld,
4. De Energiebelasting, wordt ook door het rijk vastgesteld,
5. De netbeheerkosten, de kosten die de netbeheerder ons in rekening brengt voor de aansluiting en de aansluitcapaciteit,
6. De BTW belasting op de geleverde energie en diensten.

Alleen punt 1 en 5 zijn goed te beïnvloeden en de inzet van een HEMS moet er dus op gericht zijn om die kosten in kaart te brengen en te beheersen.

Dan zijn de volgende indicatoren minimaal noodzakelijk:

• Hoeveelheid vermogen die een sensor kan meten,
• Hoeveelheid energie (vermogen x tijd) die wordt afgenomen,
• Tijd is een zeer belangrijke indicator die gemeten moet kunnen worden, zowel tijdstip als tijdsduur,
• Activiteiten (werk, wonen, vakantie, e.d.),
• Weersomstandigheden zoals temperatuur, zoninstraling, wind,
• Sluipverbruik (base-load, standby-verbruik),
• Voor heel specifieke doeleinden kunnen spanning (Volt), stroom (A) en frequentie (Hz) van belang zijn, vooral om de grenzen van installaties te bewaken maar ook om potentiële verbeteringen aan te wijzen in ons eigen elektrische distributie netwerk, ons micro-grid.
• Aantekeningen kunnen maken bij analyses, acties en verbeteringen.

Kunnen we het verbruik technische beïnvloeden of moet er menselijk gedrag beïnvloed worden?

Het laatste punt is natuurlijk geen taak van een HEMS maar het kan er wel bij helpen. Het eerste deel is wel een belangrijk punt: kan een HEMS sturend optreden en hoe wordt dit dan uitgevoerd? In een volgend artikel ga ik hier verder op in en zal ik een aantal voorwaarden beschrijven die van toepassing kunnen zijn op de gebruikte techniek ten behoeve van het HEMS en de energie infrastructuur.