Slimme netwerken (smart grids)

Bron afbeelding: Loek Weijts Illustraties en Infographics

In de toekomst zijn velen van ons zowel energiegebruiker als energieleverancier. De energie die wij opwekken en niet zelf gebruiken kunnen we teruggeven aan het net. Deze energie wordt vervolgens gebruikt op locaties waar wel vraag is naar elektriciteit. Er ontstaat dus tweerichtingsverkeer op het net: de verbruiker ontvangt èn levert stroom. Dit vraagt om een slimme infrastructuur. ---- Bron afbeelding: Loek Weijts Illustraties en Infographics

Toenemend verbruik

We worden steeds handiger in het besparen van energie. Desondanks neemt ons elektriciteitsverbruik de komende jaren verder toe. Dit komt doordat we steeds meer elektrische apparaten aanschaffen voor ons huishouden. Ook onze vervoersmiddelen zijn in toenemende mate elektrisch aangedreven: elektrische fietsen, scooters en auto’s. Verder kopen we steeds meer ICT en gaming apparatuur.

Toename duurzame energieproductie

Geschat wordt dat het aandeel duurzaam opgewekte elektrische energie in 2020 ongeveer 35% zal bedragen. Dit gaat voor enorme fluctuaties in het aanbod zorgen. Immers, bij zonnig weer leveren zonnepanelen een piekproductie, en bij harde wind zorgen windturbines voor een maximale opbrengst. Deze piekmomenten corresponderen niet altijd met een piek in de vraag. Om deze energie niet verloren te laten gaan, dient deze tijdelijk opgeslagen te worden. Energie-opslagsystemen zijn echter duur en niet overal inzetbaar.

Prijsgestuurd verbruik

Als alternatief voor opslag, wordt gedacht aan een voorziening waarmee energie verbruik afgestemd kan worden aan het aanbod. Dat kan door prijsprikkels te geven. Bij een lagere prijs kan de consument/producent verleid worden om zijn apparatuur in te schakelen, en om deze bij een hogere prijs juist af te schakelen of in de wachtstand te zetten. Met andere woorden, we moeten ons geroepen voelen om stroomverslindende apparatuur in te schakelen wanneer de zon schijnt of het hard waait. In huishoudens bijvoorbeeld de wasmachines en vaatwassers. We kunnen daartoe worden aangezet door een tijdelijk verlaagd elektriciteitstarief. Om ons hiervan bewust te maken is er datacommunicatie nodig tussen ons, de gebruiker, en de aanbieder. Nog beter is het als deze datacommunicatie door het net, via slimme meters en interfaces, rechtstreeks met onze apparatuur plaatsvindt. Zodat zonder onze tussenkomst onze apparatuur automatisch aan- en afschakelt. Het elektriciteitsnetwerk dient daarom intelligent gemaakt te worden, zowel binnenshuis als buitenshuis.

De werking van een slim netwerk

Een slim netwerk binnenshuis meet het stroomverbruik en kan dit verbruik reguleren. Zo schakelt het slimme netwerk apparaten in wanneer het stroomtarief tijdelijk laag is. Zelf-opgewekte stroom, afkomstig van bijvoorbeeld zonnepanelen of micro-warmtekrachtkoppeling van een HRe-ketel, wordt ingezet voor eigen verbruik, of teruggeleverd aan het net. Het voordeel van zelf-opgewekte stroom is nu dat hierover geen belasting hoeft te worden betaald. Het kan dan toch voordeliger zijn om deze, voor toekomstig eigen gebruik, tijdelijk lokaal op te slaan. Zo kan bijvoorbeeld de accu van de elektrische auto hiermee worden opgeladen. Deze accu kan ook stroom terugleveren als het nettarief hoog is. Voor tijdelijke opslag kan bovendien gebruik worden gemaakt van thermische opslagsystemen. Hierbij worden elektrische warmtepompen voor ruimteverwarming en warm tapwater ingezet. Een slim netwerk zorgt ervoor dat dit allemaal volautomatisch gebeurt, zonder tussenkomst van de consument. Het slimme elektriciteitsnet buitenshuis communiceert met zowel de slimme huishoudelijke- en bedrijfsnetwerken, als met energiebedrijven en decentrale opwekkers als bijvoorbeeld kleinschalige windparken, zonnepanelen en warmtekrachtkoppelingcentrales. Zo kunnen in slimme netten vraag en aanbod beter op elkaar worden afgestemd. Door toename van het elektriciteitsverbruik neemt de belasting van het elektriciteitsnet toe. Er zijn netdelen die overbelast dreigen te raken doordat meerdere en grotere elektriciteitsproducenten elektriciteit op het net invoeden op basis van niet-regelbare bronnen zoals windturbines en zonnecellen. Bovendien zijn er gebieden waar wel veel productie is opgesteld, maar weinig vraag is (zoals Noordwest Duitsland, maar bijvoorbeeld ook Zeeland). Dit vergroot het risico voor overbelasting. Om deze reden dient het net verzwaard te worden. Daarentegen kunnen, door vraag en aanbod meer op elkaar af te stemmen, stroompieken worden afgevlakt. Door bovendien een intelligente ringstructuur in het netwerk aan te brengen wordt deze ook minder gevoelig voor storingen. Bij calamiteiten kan een ring deels afgesloten worden, waarbij de stroomvoorziening vanaf de andere kant kan worden voortgezet. Hierdoor wordt economische schade ten gevolge van stroomuitval voorkomen.

Proeftuinen

Op diverse locaties in Nederland worden proeven gedaan met smart grid technologie. Inmiddels zijn er 26 smart grid proeftuinen in Nederland. Hiervan bevinden zich er 2 in Zeeland. In Tholen bevindt zich het proefproject “Elektriciteitsnet van de toekomst”. Er worden methodes beproefd voor het op afstand bedienen en monitoren van schakelinstallaties in stroomnetten. Doel is om de duur van stroomuitval te beperken bij storingen. In Goes, in de woonwijk Waterstad Goese Schans, worden verschillende energieconcepten getest, waarbij veranderingen in consumentengedrag worden gemeten. Bij een aantal huishoudens worden slimme meters en slimme schakelaars geïnstalleerd. Daarnaast wordt onderzoek gedaan naar de inzet van warmtepompen, intelligente warmte- en koudeopslagsystemen en het gebruik van slimme transformatoren, die zelfopgewekte elektriciteit aan het net terugleveren.

Bron afbeelding: Netbeheer Nederland

Een interactief overzicht van Nederlandse proeftuinen is te zien op: http://www.netbeheernederland.nl/smartgrids/

Smart Energy Systems

In Zeeland is tevens een Special Interest Group “Smart Energy Systems” opgericht. Hierbij zijn betrokken: DELTA Netwerkbedrijf, Provincie Zeeland en HZ University of Applied Science. Doel is het ontwikkelen van smart grid toepassingen in een pilotproject op Schouwen Duiveland.

Internationaal

De resultaten van de proeftuinprojecten worden gebruikt voor de ontwikkeling van een landelijk intelligent netwerk. Een vervolgstap is de integratie hiervan in een Europees netwerk.

Voor wereldwijde ontwikkelingen op het gebied van smart grids, zie de ‘Technology Road Map Smart Grids’ van het International Energy Agency.

“De ICT revolutie begint nu samen te vloeien met de revolutie van gedistribueerde energie. Als je met deze nieuwe technieken de energiebronnen gaat distribueren krijg je een derde industriële revolutie. Die kan de wereldeconomie aanzwengelen en een nieuw tijdperk inluiden. Met een duurzame kwaliteit van leven.” Jeremy Rifkin

Video: The Smart grid explained