Om de elektrificatie van het energiesysteem in goede banen te leiden, zullen elektrische apparaten efficiënt moeten omgaan met de beschikbare energie zonder daarbij afbreuk te doen aan het comfort van de gebruiker. Slimme apparaten zijn onmisbaar voor de energietransitie en vormen een belangrijk onderdeel van het antwoord in het oplossen van netcongestie. Dit geldt ook voor de warmtepomp, zo schetst Warmte365 in het Nationaal Warmtepomp Trendrapport 24/25. De (hybride) warmtepomp is als grootverbruiker binnen een huishouden essentieel voor zowel het regelen van een comfortabele warmtevoorziening als voor het bieden van flexibiliteit aan het elektriciteitsnet, zowel binnen- als buitenshuis.

Er zijn twee types warmtepompen te onderscheiden: volledig elektrische warmtepompen en hybride warmtepompen. Volledig elektrische warmtepompen zijn volledig verantwoordelijk voor de warmtevoorziening in huis, terwijl hybride warmtepompen samenwerken met de cv-ketel, zodat de cv-ketel kan bijspringen wanneer de warmtevraag groter is dan wat de warmtepomp aankan.

Voor een gemiddelde woning verbruikt een volledig elektrische warmtepomp ongeveer 3.200 kilowattuur elektriciteit per jaar, wat een gasvraag van circa 1.200 kubieke meter vervangt. Een hybride warmtepomp verbruikt jaarlijks zo’n 1.900 kilowattuur aan elektriciteit en 700 kubieke meter gas. Doorgaans heeft een gemiddeld huishouden, afhankelijk van de isolatiewaarde van de woning, een warmtepomp met een vermogen tussen de 4 en 8 kilowatt nodig. Na de elektrische auto is de warmtepomp vaak de grootste energieverbruiker dat een huishouden kan hebben.

Niet genoeg capaciteit op het elektriciteitsnet
De stijgende populariteit van warmtepompen zal leiden tot een toename van de elektriciteitsvraag. Lokale pieken in de vraag, bijvoorbeeld als iedereen om zes uur ‘s avonds de elektrische auto gaat opladen of de thermostaat hoger zet om het huis te verwarmen, kunnen leiden tot overbelasting van het elektriciteitsnet. Een warmtepomp heeft daarnaast tijd nodig om het huis te verwarmen, meer dan een conventionele cv-ketel met radiatoren. Een warmtepomp verhoogt dus de elektriciteitsvraag van een huishouden over een groot gedeelte van de dag.

Daarnaast speelt gelijktijdigheid van de elektriciteitsvraag van de warmtepomp een grote rol in de belasting van het net. Als het namelijk in huis koud is geldt dat niet alleen voor één huis, maar voor alle huizen met een warmtepomp die op hetzelfde net zijn aangesloten.

Ook voor de grotere warmtevraag, zoals bij kantoorpanden of de industrie, kan een warmtepomp interessant zijn. Echter, de problemen nemen toe omdat deze toepassingen vragen om warmtepompen met nog meer vermogen en zwaardere aansluitingen. Warmtepompen leveren dus twee problemen op voor het net, lokale netcongestie enerzijds en een hoge vraag aan de netbeheerder om aansluitingen te verzwaren anderzijds.

De Capaciteitskaart Elektriciteitsnet van Netbeheer Nederland laat de congestiesituatie voor elektriciteitsafname en -teruglevering zien in verschillende gebieden in Nederland. De kaart maakt de mogelijkheden voor nieuwe of verzwaarde grootverbruiksaansluiting (netaansluiting groter dan drie keer 80 ampère) inzichtelijk. Op de kaart is te zien dat Nederland grotendeels rood gekleurd is voor zowel afname als teruglevering. Dit wil zeggen dat er geen transportcapaciteit is voor (extra) gevraagd transportvermogen en dat er geen ruimte is om klanten het door hun gevraagde transportvermogen aan te bieden. Bedrijven moeten hierdoor lang wachten om hun aansluiting te laten verzwaren of op een andere manier om zien te gaan met de beschikbare capaciteit.

Ook het laagspanningsnet, waarop elektriciteit naar kleinverbruikers zoals huishoudens, bedrijven en maatschappelijke instellingen wordt getransporteerd, heeft te maken met dreigende congestieproblematiek. Kleinverbruikers vragen meer elektriciteitstransport dan het stroomnet aankan.

In het Kamerstuk Probleemanalyse Congestie in het Laagspanningsnet, laat Stephan Brandligt, onafhankelijk coördinator Actieagenda Netcongestie Laagspanningsnetten, weten dat de transportbehoefte op het laagspanningsnet enorm is gestegen. De effecten van deze toegenomen laagspanningscongestie zijn merkbaar op het niveau van een individuele aansluiting en op buurt- of wijkniveau.

Brandligt benoemt een drietal verschillende problemen: onderspanning, overspanning en overbelasting met als gevolg afschakeling van de afnemers. Overspanning op het laagspanningsnet wordt vrijwel altijd veroorzaakt door een overschot aan zonne-energie. Deze overspanning resulteert in beperkt terugleveren en omvormers die zichzelf uitschakelen of terugschalen. Onderspanning ontstaat als gevolg van een te grote vraag aan energie in een wijk doordat bijvoorbeeld alle warmtepompen of laadpalen op hetzelfde moment aan gaan. Lampen gaan hierdoor knipperen en apparatuur kan beschadigd raken.

Als laatste kan er ook grote overbelasting ontstaan doordat er te veel vraag naar capaciteit ontstaat op het laagspanningsnet. Hierdoor schakelen de netcomponenten zichzelf uit om schade te voorkomen en kunnen pas weer functioneren als een monteur die heeft ingeschakeld.

Kan de warmtepomp onderspanning tegengaan?
Onderspanning van minder dan 207 volt ontstaat als de vraag naar elektriciteit te groot is. Deze grote stroomvraag kan bijvoorbeeld worden veroorzaakt door warmtepompen. Onderspanning kan leiden tot een lagere prestatie van het apparaat, zoals het niet snel genoeg kunnen verwarmen met een warmtepomp.

Als er geen actie ondernomen wordt, treffen deze problemen tot 2030 meer dan 350.000 kleinverbruikers die te maken krijgen met onderspanning. Ook zal dan tot en met 2030 de wachttijd voor nieuwe of zwaardere kleinverbruiksaansluitingen toenemen. Zonder aanvullende maatregelen kan deze wachttijd gaan oplopen tot vele maanden, meldt het Kamerstuk Probleemanalyse Congestie in het Laagspanningsnet.

Maarten de Vries, programmamanager Smart Energy Systems bij TKI Urban Energy, licht de impact van warmtepompen op het net toe: “Op de koudste dagen springen veel warmtepompen bij met elektrische elementen. Dat leidt tot een enorme piekvraag doordat warmtepompen bij lage temperaturen minder efficiënt werken. Deze pieken wil je afzwakken of uitstellen vanwege netcongestie, energieprijs en totale systeemkosten.”

Flexibiliteit van het energiesysteem door slimme sturing zou een oplossing kunnen bieden om de piekvraag naar energie terug te dringen. De Vries: “TenneT heeft berekend dat Nederland drie tot vijf minder back-up gascentrales nodig zou hebben als alle warmtepompen slim zouden zijn. TNO benadrukt ook dat een betaalbaar energiesysteem flexibel moet zijn, omdat al die kleine verbruikers samen optellen tot serieuze vermogens.”

Overspanning door zonne-energie
Een onderzoek van Dutch New Energy Research laat zien dat in gebieden met een hoge penetratie van zonne-energie het aandeel elektrische verwarmingsopties hoger is. Dit duidt erop dat congestieproblemen ook aan de aanbodzijde ontstaan en dat slimme sturing van warmtepompen kan bijdragen aan de oplossing van deze problemen. Warmtepompen kunnen aanbodcongestie oplossen door te verwarmen op momenten dat er een overschot aan energie op het net is, zoals bij zonnige dagen met veel zonne-energieproductie.

17,5 procent van alle Nederlandse energie is afkomstig van zonnepanelen. Zonnepanelen wekken allemaal bijna gelijktijdig energie op. Dit zorgt ook aan de aanbodkant van ons energiesysteem voor netcongestie. In wijken stijgt de spanning op het net als er te veel zonne-energie op het net komt die nergens naartoe kan gaan. Als de spanning boven de 253 volt stijgt, gaan omvormers uitvallen of afschalen totdat de energie weer kwijt kan op het net.

Doordat warmtepompen grote hoeveelheden energie kunnen gebruiken, zouden die voor deze aanbodcongestie een oplossing kunnen bieden door te gaan verwarmen op de momenten dat er te veel aanbod van energie is. Zo heeft de zonne-energie een plek om naartoe te stromen en zal er weer plek vrijkomen op het net om de zonne-energie kwijt te kunnen.

Wat is slimme sturing?
Eind 2023 wilde, toenmalig demissionair minister voor Klimaat en Energie, Rob Jetten een verplichting instellen om alle nieuwe warmtepompen in de toekomst slim aanstuurbaar te maken. “Slim betekent dat er geautomatiseerde sturing plaatsvindt om stroom af te nemen binnen de grenzen van het net. Dit biedt mogelijkheden om de lokaal beschikbare netcapaciteit optimaal te benutten en helpt bij het voorkomen van overbelasting tijdens de pieken”, schreef Jetten toen aan de Kamer.

Adriaan van Eck, voorzitter van Flexiblepower Alliance Network, legt dit uit: “Wat een warmtepomp onder andere slim maakt, is het vermogen om mee te bewegen met het energiesysteem. Dit betekent dat een warmtepomp kan inspelen op overschotten of tekorten aan duurzame energie en de netcapaciteit door bijvoorbeeld voor te verwarmen wanneer de energieprijzen laag zijn of er weinig congestie is op het net.”

Om een warmtepomp te kunnen laten reageren op de vraag naar warmte van de gebruiker enerzijds en de beschikbare elektriciteit van het net en eventueel duurzame energiebronnen als de zonnepanelen anderzijds, zal deze moeten kunnen reageren op prikkels van buitenaf.

Een voorbeeld van een prikkel van buitenaf is het dynamische energietarief. Bij een dynamisch energietarief betaalt de klant per uur de prijs voor energie die een dag van tevoren is bepaald. De hoogte van deze prijs wordt gestuurd door de verwachte vraag en aanbod. Als er bijvoorbeeld veel zonuren worden verwacht, dan wordt het dynamische tarief lager. Wordt er veel gelijktijdige afname verwacht, dan wordt het dynamische tarief hoger. Zo kan de energieleverancier inspelen op tekorten en overvloeden op de energiemarkt.

De Vries licht toe hoe dynamische tarieven een rol kunnen spelen bij het verminderen van netcongestie. De Vries: “Met dynamische prijzen wordt het mogelijk om flexibiliteit in te zetten in het nationale energiesysteem, maar netcongestie blijft natuurlijk een lokaal probleem en het is lastig om als consument te weten of dit in jouw buurt speelt. Ik verwacht niet dat netbeheerders consumenten direct zullen aansturen, maar eerder indirect via prijsprikkels, zoals een nieuwe tariefstructuur. Dit maakt het aantrekkelijker om bijvoorbeeld je warmtepomp anders te schakelen. Deze optimalisatie gebeurt binnen het huishouden, natuurlijk rekening houdend met de wensen en comfortgrenzen van consumenten.”

Het brein van de warmtepomp
Andere prikkels in de sturing van de warmtepomp kunnen zijn: het veranderen van de temperatuur binnenshuis, het aanzetten van de douche, maar ook het produceren van energie van de zonnepanelen en de vraag naar energie door andere apparaten in huis. Om deze sturing mogelijk te maken moet de warmtepomp kunnen worden aangestuurd door een brein dat reageert op wat het energiesysteem binnenshuis doet.

Het brein dat de aansturing van de warmtepomp dicteert kan intern worden aangebracht of worden aangestuurd door een extern systeem. Externe systemen worden ook wel energiemanagementsystemen genoemd (EMS).

Waar nog meer voordelen van slimme sturing voor het energiesysteem binnenshuis naar voren komen, is volgens Van Eck bij de samenwerking tussen de laadpaal, warmtepomp, thuisbatterij en, of zonnepanelen. Hierin is al veel mogelijk. Het scala aan slimme sturingsmogelijkheden heeft echter nog veel groeimogelijkheden voordat het zijn optimale bijdrage kan leveren aan de Nederlandse energiemix. “Deze samenwerking biedt een enorme kans om het energieverbruik te optimaliseren en de druk op het elektriciteitsnet te verminderen met de minste impact op het comfort van de gebruiker”, stelt Van Eck.

Kjell van Straaten, data-engineer bij warmtepompfabrikant Weheat, vertelt: “Het is voor de klant ideaal dat wanneer er wordt ingesteld dat het om zes uur ‘s avonds warm moet zijn in huis, het dan ook warm is. Het maakt hierbij niet uit of de warmtepomp al om drie uur ’s middags gaat verwarmen of pas om vijf uur. Wat het beste moment is wordt aan de hand van de stroomprijs of de opbrengst van de zonnepanelen op de achtergrond allemaal uit handen genomen en door onze slimme sturing bepaald.”

Een opgave bij het slim aansturen van woningen is volgens Edwin van Kessel, oprichter van BeNext, dat niet alle apparaten de mogelijkheid bieden om slim aangestuurd te worden. “Niet alle systemen staan toe om slim gestuurd te worden, of slechts beperkt, en dat vormt een risico bij opschalen. Er is nog geen standaard, dus de toegankelijkheid van systemen om aangestuurd te kunnen worden, is essentieel. De flexibiliteit van ons model helpt, maar als een waterpomp of omvormer niet goed aan te sturen is, houdt het gewoon op. Niet alleen een goed beschreven communicatieprotocol is noodzakelijk, ook voldoende functionaliteiten in het apparaat zelf om energieverbruik te verplaatsen, zijn essentieel.”

Innovaties in slimme sturing
Een hindernis in het aanbrengen van slimme systemen in huishoudens is dat fabrikanten vaak hun apparaten alleen laten samenwerken met software of andere apparaten binnen hun eigen systeem. Hiermee wordt een ecosysteem van apparaten gecreëerd die onderling wel slim stuurbaar zijn, maar niet kunnen reageren op prikkels vanuit andere systemen. Dit beperkt de consument in zijn keuzevrijheid om bijvoorbeeld een warmtepomp van merk A te nemen maar een EMS van merk B. Hierdoor wordt de consument afhankelijk van één fabrikant. Producenten stellen dat de reden waarom ze dit doen is om te voorkomen dat er apparaten stuk gaan of sneller slijten door sturing op manieren waarvoor deze niet ontworpen zijn.

Er is echter al software op de markt om dit probleem te verhelpen. Deze software kan uitlezen wat de warmtepomp allemaal kan, hoe de warmtepomp aangestuurd kan worden en hoe dit kan worden doorgestuurd naar bijvoorbeeld een EMS. Deze uitwisseling van informatie wordt het protocol genoemd. Door op deze manier de warmtepompen stuurbaar te maken kan ‘het brein’ later worden toegevoegd en hoeft de warmtepomp niet verantwoordelijk te zijn voor het maken beslissingen op basis van de externe prikkels. Een voorbeeld van een dergelijk protocol is S2, ontwikkeld door TNO.

Wilco Wijbrandi, onderzoeker Energie Flexibiliteit en ontwikkelaar van het S2-protocol bij TNO, legt de slimme sturing als volgt uit: “De warmtepomp heeft gewoon een taak: hij moet zorgen dat het huis en het tapwater lekker warm zijn. Maar vaak zijn er meerdere manieren waarop hij dat doel kan bereiken. Zo kan de warmtepomp bijvoorbeeld direct na het douchen weer nieuw warm water maken, maar het kan ook even wachten tot de zon schijnt of er meer ruimte is op het elektriciteitsnet. Door S2 toe te voegen aan de warmtepomp kan deze vertellen op welke manier water kan worden verwarmd of opgeslagen en hoeveel energie daarvoor nodig is.

“S2 zit een abstractielaag hoger dan alternatieven. S2 kijkt naar het energiegedrag van een apparaat en laat alleen weten wat het apparaat kan doen met de beschikbare energie. Het maakt dus geen beslissingen over waar de energie naartoe moet gaan, dat wordt overgelaten aan het EMS”, gaat Wijbrandi verder.

“S2 doet in het protocol geen aannames over waar je voor optimaliseert, maar legt die verantwoordelijkheid volledig bij het EMS. Op die manier hoef je bij een nieuwe prikkel alleen de EMS te vervangen of aan te passen, wat relatief makkelijk kan omdat het vooral software is. Andere protocollen leggen dit soort dingen wel vast in het protocol, wat betekent dat je voor een nieuwe prikkel dan het EMS, het protocol en het energie flexibele apparaat moet aanpassen. Dat duurt veel langer en het is maar de vraag of fabrikanten voor de hele levensduur van het apparaat nog bereid zijn om die aanpassingen te doen. S2 zet op die manier geen rem op innovatie”, stelt Wijbrandi.

Een andere innovatie in EMS is het gebruik van kunstmatige intelligentie om het energieverbruik te optimaliseren. Als er veel meetpunten zijn voor het gebruik van de warmtepompen zoals de temperatuur per kamer, beschikbare energie en energieprijzen zullen er veel afwegingen moeten worden gemaakt in welke mate van verwarmen op welk moment moet worden ingezet. Kunstmatige intelligentie wordt toegepast om deze beslissingen te maken en te leren van de patronen van de gebruiker. Hierdoor kan er met nog meer efficiëntie worden bepaald wanneer de warmtepomp moet gaan verwarmen, zonder hierbij af te doen aan het comfort van de gebruiker.

Toekomst van slimme sturing
De wachtrijen voor nieuwe aansluitingen en het uitbreiden van aansluitingen op het elektriciteitsnet zijn lang. Nederland heeft de afgelopen jaren flink ingezet op het vergroten van de opwek van zonne-energie, waardoor deze energie op zonnige momenten in overvloed aanwezig is. Slimme sturing van de beschikbare energie is een innovatie waar we niet omheen kunnen. Het slim omgaan met energie is een gedragsverandering maar we niet omheen kunnen. Beide zullen moeten worden ingezet om de druk op het net af te laten nemen omdat deze volgens de netbeheerders alleen maar zal toenemen, waardoor de energietransitie meer zal vertragen dan nodig.

Het huidige kabinet wil meer regelbaar vermogen toevoegen aan het elektriciteitsnet in Nederland door kerncentrales te bouwen en belasting van het net wegnemen door in te zetten op gasproductie uit de Noordzee. Hierdoor zal het gasaanbod – en de gasprijs – worden ondersteund, waardoor meer huishoudens de overstap naar een warmtepomp zullen uitstellen. De impact van warmtepompen op het elektriciteitsnet zal hierdoor minder snel toenemen.

Om de druk op het elektriciteitsnet nu al te verlagen met warmtepompen, zijn stappen als het slimmer sturen van het energiegebruik makkelijker en sneller te maken, terwijl een toekomstig energiesysteem met hernieuwbare opwekbronnen ook niet zonder flexibiliteitsmiddelen kan. Een slimme warmtepomp is daarom een toekomstbestendige oplossing. Netbeheer Nederland zet ook in op flexibiliteit van het bestaande elektriciteitsnet, terwijl er hard wordt gewerkt aan de verzwaring hiervan.

Hans-Peter Oskam, Directeur Beleid en Energietransitie bij Netbeheer Nederland, vertelt: “Ik denk dat voor laadpaden en warmtepompen geldt dat de oplossing in slimme sturing ligt. We zien onze grootste uitdagingen met name wanneer de netten in de straat vol zijn, want Nederlanders zijn ontzettende gewoontedieren. Iedereen komt om vijf uur ‘s middags thuis en zet dan de laadpalen en kookplaten aan, en dan zien we extreme pieken. Een oplossing hiervoor zou bijvoorbeeld zijn dat er toegang wordt gegeven aan de netbeheerder om het vermogen van de warmtepomp te regelen, zoals we ook zien in Duitsland.” In Duitsland is er sinds 1 januari 2024 wel een verplichting om het mogelijk te maken voor de netbeheerder om de warmtepomp op afstand aan te sturen.