02 Energiegebruik

Energiegebruik

Tijdens deze les gaan we kijken naar de eerste stap bij de realisatie van EMS: het in kaart brengen van het energiegebruik.

Lesonderwerpen

Energie meten

Energieprofiel

Energiebesparingen

Daarvoor moeten we weten hoe we energie meten. Ik zal uitleggen wat een energieprofiel is. Tot slot gaan we kijken naar energiebesparingen.

Lesdoelen

Aan het eind van deze les kan de student:

• benoemen hoe je energiegebruik meet
• belangrijke factoren benoemen voor verschil in energieprofielen
• een simpel energieprofiel maken
• voorbeelden van energiebesparing benoemen

Energie meten

We willen energie in [kWh] weten

of soms in [J]

Multimeter meet [A] en [V]

Energie wordt aangegeven met de eenheid [kWh] of [J]. Maar met een multimeter meet je de stroomsterkte in [A] en de spanning in [V]. Hoe kom je dan op de energie uit?

Overigens hoeven we niet handmatig te meten. Tegenwoordig zijn er meters die in de meterkast geplaatst worden en alle data digitaal doorsturen.

Wat meet je met de eenheid [W]?

Een kleine tip. Bedenk eens wat je meet met de eenheid [W].

Antwoord:

Vermogen

Energie meten

We willen energie in [kWh] weten

of soms in [J]

                                                            E = P · t              &            P = U · I

                                                   [kWh] = [kW] · [h]              [W] = [V] · [A]

                                                   of   [J] = [W] · [s]

Multimeter meet [A] en [V]

Om van de stroomsterkte en spanning naar de energie te komen heb je twee formules nodig: E=Pxt en P=UxI. 

Wat gebruikt meer energie?
Een laptop van 300 W voor 4 uur aan,
of een oven van 3 kW die een kwartier aan staat?

1. Laptop
2. Oven

Een oefening of jullie deze formules kunt gebruiken. Je hebt net met je multimeter gemeten en komt op de volgende gegevens uit.

Berekening:

• laptop:
  E = 300 W x 4 h = 1200 Wh
• oven:
  E = 3000 W x 0,25 h = 750 Wh

Wat gebruikt meer energie?
Een 10 A waterkoker in het stopcontact voor 5 minuten aan zetten,
of een mobieltje met 2 A en 5 V in 2 uur opladen.

1. Waterkoker
2. Mobieltje

Een ander voorbeeld.

Berekening:

• waterkoker:
  E = 230 V x 10 A x 1/12 h = 192 Wh
• mobieltje:
  E = 5 V x 2 A x 2 h =20 Wh

Energie meten

Er zijn energieslurpers en energiesluipers:

• Waterkoker
• Inductieplaat
• Föhn

• Koelkast
• Kerstverlichting
• TV

Als je het energiegebruik van verschillende huishoudelijke apparaten meet zie je twee verschillende groepen: de energieslurpers en de energiesluipers. Energieslurpers gebruiken veel energie door een hoog vermogen. Maar ze staan vaak niet zo lang aan. Energiesluipers hebben misschien een laag vermogen, maar staan juist lang aan. Hierdoor gebruiken ze veel energie.

Energie meten

Slimme meter meet [kWh] ieder 15 min of 1 uur

Laat stroomgebruik vanuit het net zien

Tegenwoordig heeft haast iedereen een slimme meter die het energiegebruik bepaalt. Deze meet de stroomsterkte en spanning en berekent vervolgens de energie. Dit op de plek waar de aansluiting zit met het elektriciteitsnet: de meterkast. Het wordt door de energieprovider omgerekend tot de energiekosten. Vaak kan je dit digitaal inzien.

Let op dat krachtstroom (400 V) net iets anders gemeten moet worden dan enkel fase (230 V).

www.consumentenbond.nl

Ga naar de volgende website en beantwoord de volgende vragen. Hier heb je tien minuten de tijd voor

Opdracht 2.1

1. Wat is er slim aan een slimme meter?
2. Wanneer wordt een slimme meter uitgelezen door de energieleverancier?
3. Hoe werkt een slimme meter?
4. waar zijn de P1 en P2-poort voor?
5. Waarom is een slimme meter handig in de energievoorziening van de toekomst?
6. Hoe wordt de privacy gewaarborgd met een slimme meter?
7. Hoe geldt dat voor de energieverbruiksmanager?

Antwoorden:

1. De slimme meter geeft zelf digitaal de standen door aan de energieleverancier en de netbeheerder.
   
2. één keer per jaar voor het opmaken van de jaarrekening. 12 keer per jaar voor een verbruiks- en kostenoverzicht (voor jezelf). Bij een overstap naar een andere leverancier of verhuizing. Bij beheer of onderhoud van het energienet, als dat nodig is.
3. via een mobiele telefoonnetwerk (GPRS of CDMA) worden de standen doorgegeven.
4. Poort-1 is voor het aansluiten van een energiemeter. Poort-2 is om de gasmeter op aan te sluiten.
5. Omdat energieprijzen meer zullen fluctueren. Hier kan je op inspelen, maar om dat te regelen heb je een slimme meter nodig.
6. De meter is getest op hacks en ODA's moeten je toestemming vragen en dit door geven aan de netbeheerder.
7. Het bedrijf achter een verbruiksmanager heeft zijn eigen voorwaarden betreft privacy.

Energieprofiel

Grafiek van al het energiegebruik in de tijd (jaar/week/dag)

Variatie in:

• dag vs. nacht
  
• week vs. weekend
• lente, zomer, herfst en winter
• residentieel, commercieel en industrieel

Wanneer je het energiegebruik voor een bepaalde tijd hebt gemeten, kan je dit in een grafiek plaatsen. Dit noemen we een energieprofiel. De periode waarover wordt gemeten is vaak een dag of week en soms een heel jaar. De energieleverancier meet bijvoorbeeld over een heel jaar om de energierekening te bepalen.

In dit energieprofiel zie je dag- en nachtritmes; hoe laat iemand opstaat, eten maakt en naar bed gaat. Je ziet verschil tussen de werkdagen en het weekend. In het weekend staan mensen bijvoorbeeld later op en zijn ze de hele dag thuis. Meet je over een heel jaar, dan zie je ook seizoenverschillen. Dit is voornamelijk terug te zien in de verlichting en de verwarming.

Tot slot is er ook onderscheid te maken tussen een woonhuis (residentieel), een kantoorpand (commercieel) en een fabriek (industrieel). Hierna een paar voorbeelden.

Energieprofiel

In deze twee afbeeldingen zien jullie typische energieprofielen van en residentieel gebouw. Het vermogen is uitgezet tegenover de tijd - in dit geval een dag. Het oppervlakte onder de grafiek geeft de totale energie (E=P·t) en de pieken geven aan wanneer de meeste energie wordt gevraagd.

In de eerste afbeelding zie je duidelijk twee pieken die overeen komen met het ochtendritueel (09:00) en het avondeten (20:00). Dit zijn de momenten dat er het meeste energie wordt gebruikt. Welke apparaten dit zijn is niet meteen duidelijk, maar je kunt je daar wel een voorstelling van maken.

In de tweede afbeelding is er wel een onderscheid gemaakt tussen de verschillende apparaten. Hiervoor zijn dus extra metingen verricht. Ook hier zijn het ochtendritueel en avondeten duidelijk te herkennen, al blijft het energiegebruik gedurende de dag hoger dan in het andere voorbeeld. Als we kijken naar de verschillende kleuren zien we kookapparatuur vooral rond 18:00 worden gebruikt, verlichting en audiovisueel in de avond en de douche vooral in de ochtend. Ook zie je dat koude apparaten vrijwel constant is, terwijl de andere apparaten 's nachts minder zijn. 

Energieprofiel

In de volgende energieprofielen zie je links een typisch commercieel energieprofiel en rechts het gasverbruik van een industrieel gebouw. Hierbij is de tijdsperiode een dag en zijn de verschillende dagen weergegeven met verschillende kleuren.

In het voorbeeld links is een duidelijk verschil tussen de werkdagen en het weekend te zien. Het energiegebruik gedurende de dag is vrij constant totdat het gebouw sluit. Op maandag en woensdag is dit later dan op dinsdag en donderdag.

In het voorbeeld rechts zie je dat er in het weekend geen gas wordt gebruikt. Doordeweeks is er een duidelijke piek om 08:00. Daarnaast is er een piek om 04:00 die overeen komt met het opstarten van de installaties.

Energieprofiel

Vergeet niet, energiegebruik kan ook in andere vormen dan elektriciteit:

• warm tapwater
• motoren op (bio-) brandstof
• verwarming

Behandel deze in een aparte energieprofiel

In het merendeel van de gevallen wordt er alleen gekeken naar elektriciteit. Gezien de problemen rond het elektriciteitsnet en de ambities om te elektrificeren is dat niet gek. Maar houdt ook rekening met andere vormen van energie.

Aardgas wordt nog steeds op veel plekken gebruikt om te verwarmen. Ook kunnen industriële panden gebruik maken van andere brandstoffen en restwarmte. Net zoals in het vorige voorbeeld kunnen deze in kaart gebracht worden met een aparte meting. 

Energieprofiel

Op basis van het energieprofiel kan je bepalen hoeveel zonnepanelen, windmolens, batterijen ed. nodig zijn.

Het systeem moet voldoen aan de totale energievraag en het maximale vermogen (energie in korte tijd).

Nu het energieprofiel bepaalt is kan je bepalen hoeveel zonnepanelen, windmolens, batterijen e.d. nodig zijn. De energieproductie moet voldoen aan de totale energievraag en het maximale vermogen. Dit is waar we in de volgende lessen naar gaan kijken. Dus het is belangrijk dat je energieprofielen kunt 'lezen'.

Opdracht 2.2

Maak in excel een energieprofiel van een dag bij jou thuis. Doe dit op basis van de lijst standaard energiegebruik van elektrische apparaten. Maak een lijst met alle apparaten in jouw huis. Noteer het vermogen wanneer het apparaat aan staat (zie voorbeeld). Maak vervolgens een grafiek van het totale vermogen en beantwoord de volgende vragen:

1. Om welke dag gaat het?
2. Op welk moment wordt het meeste en het minste energie gebruikt?
3. Hoeveel energie is er in totaal gebruikt?

Zie voorbeelddocument

Energiebesparing

Om het energiesysteem zo klein mogelijk te houden kan met het energieprofiel al gekeken worden naar energiebesparingen.

Ook kan er gekeken worden om het maximale vermogen te verkleinen (peak shaving) door minder apparaten tegelijk aan te hebben.

Voordat we verder gaan naar de energieproductie kunnen er misschien al besparingen ingevoerd worden. Met het energieprofiel kan het energiegebruik kritisch geanalyseerd worden. Inefficiënties kunnen aan het licht komen. Door deze besparingsmogelijkheden gelijk te herkennen is er ook minder energieproductie en -opslag nodig. Dit scheelt dus direct in de energierekening en in de materiaalkosten.

Daarnaast kan er gekeken worden naar 'peak shaving'. Door minder apparaten tegelijk aan te hebben kunnen de pieken in het vermogen kleiner worden. Deze apparaten kunnen misschien op een ander tijdstip gebruikt worden. Er wordt dan wel evenveel energie in totaal gebruikt, maar doordat het niet op één moment valt is er een minder grote opslagcapaciteit en omvormers nodig. Dit scheelt dus in materiaalkosten.

Voorbeelden van energiebesparing

Voorbeelden:

• lichten en/of verwarming uit in kamers waar je niet bent
• verwarming lager zetten
• apparaten uit i.p.v. op stand-by
• energiezuinige apparaten kopen

Welke maatregel zorgt voor de grootste besparing?

1. Thermostaat een paar graden lager zetten
2. Verlichting uit doen als je de kamer uit loopt
3. Wasmachine aan zetten als het zonnig is
4. Een zuinigere koelkast kopen

Uitleg:

• Verwarmen kost veel energie. De verwarming een graad lager zetten kan 8% schelen in stookkosten. 
• Verlichting gebruikt weinig elektriciteit.
• Elektriciteit gebruiken tijdens zonnig weer werkt alleen met een variabel energiecontract (de prijs van stroom is dan laag door de vele zonnepanelen in NL).
• Een zuinigere koelkast kopen heeft een terugverdientijd van 10 jaar of meer.

Lesonderwerpen

Energie meten

Energieprofiel

Energiebesparingen

We hebben deze les besproken hoe energie gemeten wordt. Dit kunnen jullie nu aan de hand van de formules uitleggen. Meet je het energiegebruik over een bepaalde tijd, dan krijg je een energieprofiel. Jullie kunnen hier nu informatie uit halen. De belangrijkste gegevens zijn het totale energiegebruik en de pieken. Ook hebben jullie zelf een energieprofiel gemaakt. Verder hebben we kort gekeken naar besparingen.