Smart Grids

24 januari, 2020

Oké, ons energielandschap gaat veranderen, we gaan alleen nog maar duurzaam opgewekte energie gebruiken. So what? Daarmee is de kous toch wel af? Nou nee, daarmee is de kous helemaal niet af. Er komt nogal wat kijken bij deze energietransitie. Een onderdeel dat meer aandacht verdient in de hele beeldvorming rondom deze energietransitie, is wat ons betreft het onderdeel ‘slimme netten’.  

Deze slimme netten of Smart Grids moeten een probleem gaan oplossen dat we nu nog niet kennen. Fossiele energiecentrales van nu wekken redelijk continue hun energie op; ze leveren dit vrij constant, dus met een redelijk gelijk vermogen, aan het net. In de nabije toekomst, met heel veel duurzame bronnen als Wind en Zon (zon-PV), zal dat anders zijn. De verschillen tussen klassieke energiecentrales en duurzame bronnen zien we als volgt: De zon schijnt alleen overdag, in de winter korter en als het bewolkt is minder (fel). Het waait niet altijd even hard en aan de kust waait het harder dan in het binnenland. Praktisch gezien betekend dit, dat in de toekomst de hoeveelheid aangeboden energie in verschillende delen van het elektriciteitsnet op veel plaatsen eigenlijk per definitie anders is. Dit is heel lastig, want vraag en aanbod moeten op elk moment met elkaar in evenwicht zijn.  

De netbeheerders in Nederland (net als netbeheerders in andere landen) zijn het er al lang over eens, dat dit sterk wisselende karakter van duurzame bronnen de stabiliteit van het elektriciteitsnet niet ten goede komt. Consumenten en bedrijven zullen het niet accepteren als het elektriciteitsnet bij wijze van spreken uit gaat als de zon onder gaat. De slimme energienetten van de toekomst moeten er voor zorgen dat áls er energie beschikbaar is, dat dan verbruik gestimuleerd wordt en als er minder of bijna geen energie beschikbaar is, dat dan ook het verbruik terug geregeld wordt of energie vanuit andere bronnen beschikbaar komt.  

De inzet van energieopslag, bijvoorbeeld in een accu, is zo’n manier om te helpen energieaanbod en energievraag met elkaar in balans te brengen. Met een accu kan je immers overdag opgewekte energie ’s avonds en ’s nachts gebruiken. Een accu is veel minder geschikt om elektriciteit lang in te bewaren. Met bijvoorbeeld waterstofgas kan je energie die in de zomer is opgewekt in de winter gebruiken, als een alternatieve accu. Ook prijsprikkels zijn misschien een goede manier om mensen en vooral bedrijven te prikkelen om energie te gaan gebruiken als deze overvloedig beschikbaar is. Je kan bijvoorbeeld denken aan een lager energietarief als de zon schijnt en het hard waait. Nachtstroom is in dezelfde toekomst misschien veel kostbaarder dan nu. Een slim net moet samengevat al deze verschillende ‘variabelen’ dus continu met elkaar in balans gaan brengen, om ervoor te zorgen dat het elektriciteitsnet zo stabiel en betrouwbaar blijft als dat het nu is.  

DENKRICHTINGEN 

Er circuleren behoorlijk veel oplossingsrichtingen om deze slimme netten op te baseren. De belangrijkste richtingen hebben elk een eigen ‘regisseur’: 

  • Een grote energie-marktplaats: iedereen (consumenten maar zeker het bedrijfsleven) koopt energie zelf in op een vrije energiemarkt. Prijzen worden elk kwartier berekend. Vraag en aanbod bepalen de prijs, die zal zorgen voor sturing van het gedrag. Als kWh prijzen erg laag zijn, dan loont het om apparaten aan te zetten en/of een grote accu op te laden. Als kWh prijzen hoog zijn, dan is het interessant om energie te leveren.  
  • De netbeheerder bepaalt op wijk- of zelfs op huisniveau hoe veel energie er gebruikt mag worden door fases, groepen of zelfs individuele apparaten aan en uit te zetten.  
  • Je energieleverancier bepaalt (mede) wanneer welke apparatuur in huis wel en niet aan kan op ‘piekmomenten’ in de dag.  

Elke richting kent zijn eigen voor- en nadelen. Daarnaast vertrouwen eigenlijk al deze richtingen heel sterk op een ondersteunende ICT-voorzieningen, die op afstand het systeem sturen en regelen. Hierin schuilen vanuit het perspectief van Stichting Gelijkspanning Nederland twee belangrijke bezwaren.  

  1. Is het wel verstandig om dergelijke kritische besluiten (over het regelen en sturen) extern, dus buiten het eigenlijke energiesysteem, te maken? Is het wenselijk een externe server te laten besluiten over een al dan niet lokaal probleem in beschikbaarheid  
  1. Op basis van welke informatie worden beslissingen genomen en welke acties zijn echt zinvol? In het huidige AC systeem is frequentie a) lastig vast te stellen, door bijvoorbeeld lokaal opgewekte en ingevoede energie en door toenemende power quality problemen en b) is het ook zeer lastig om de frequentie aan te passen, omdat deze heel stabiel is, omdat er veel centrales gekoppeld zijn juist om deze frequentie te stabiliseren.  

In óns toekomstbeeld wil je er in ieder geval voor zorgen dat lokale verschillen tussen vraag en aanbod van energie ook daadwerkelijk lokaal gemanaged kunnen worden. Dit ‘lokale managen’ stelt drie voorwaarden aan de oplossingsrichting:  

  • Het moet relatief eenvoudig zijn om op basis van eenvoudige, niet kostbare sensoren en/of meters heel lokaal een ‘state-of-grid’ vast te stellen. Dit begrip zien we als een indicator voor hoe ‘belast’ het lokale elektriciteitsnet is. Deze sensoren en apparaten zitten idealiter verwerkt in apparatuur zelf, of in aansluitpunten en/of stopcontacten.  
  • Er is maar zeer beperkt contact met internet nodig om dit systeem te laten werken met standaardinstellingen. Gebruikers kunnen via internet niet-kritische instellingen voor eigen apparatuur aanpassen.  
  • Bij een storing in één bepaalde wijk of buurt, moet energievoorziening voor naastgelegen buurten niet in gevaar komen. Idealiter helpen naastgelegen wijken of buurten om de energievoorziening in de bewuste wijk weer op gang te helpen door energie te leveren.  

Gelijkspanningstechnologie, zoals deze nu wordt ontwikkeld in diverse projecten in Nederland,, kan voldoen aan deze voorwaarden.  

  • State-of-grid kan worden vastgesteld door lokaal de (gelijk)spanning te meten. Deze kan varieren rond de 350 Volt DC, zoals deze nu is voorgesteld in NPR 9090. Stijgt de spanning (tot maximaal 380 Volt DC), dan is dat een teken dat er veel energie beschikbaar is en dat energie gebruikt moet worden. Als de spanning daalt tot onder de 350 Volt DC (320 Volt DC als minimum) dan moeten apparaten als de koelkast en verlichting dimmen, om  
  • Zie dit als volgt voor je: de zonnepanelen op je huis gaan veel energie leveren op een door-de-weekse dag. Je bent zelf niet thuis, er is nauwelijks gebruik. De warmtepomp of een boiler meet de netspanning, ziet dat deze heel hoog is en gaat dan deze energie gebruiken om alvast tapwater op te warmen voor koken, (af)wassen en/of douchen in de avond of de daaropvolgende ochtend. Daarmee daalt lokaal de netspanning en blijft het net stabiel. Ook wordt voorkomen dat alle energie van je zonnepanelen terug geleverd wordt aan het net. Dat biedt voordelen voor jezelf én voor het lokale distributienet.  
  • De apparaten zelf lezen de spanning uit en passen, onafhankelijk van elkaar, hun energievraag aan om het net mede te balanceren. Er is lokaal geen computer of regisseur nodig om dit proces te regelen. Instellingen aanpassen.  
  • Elektriciteit kan met vermogenselektronica gestuurd worden. De uitdrukking ‘de weg van de minste weerstand kiezen’, komt uit het wisselspanningsverleden; de weerstand (of impedantie) van een net/kabel/belasting was in het verleden niet aan te passen. Op dit moment kan deze impedantie wél worden aangepast. Zo kan je elektrische energie sturen.  

Deze oplossingen worden op dit moment ontwikkeld, zowel vanuit onderzoek op universiteiten, als ook in toegepast onderzoek van hogescholen en het bedrijfsleven. Gezamenlijk spant iedereen zich in om de nieuwe, en wat ons betreft zeker ook de betere mogelijkheden, zichtbaar én toepasbaar te maken.