Slim surfen over intelligente energienetwerken /4 reacties

Wat heeft websurfen te maken met windmolens en zonnecellen? Intelligente energienetwerken vormen het energietransportsysteem van de toekomst en zijn geënt op het internet. Binnen afzienbare tijd surfen we met zijn allen automatisch naar de efficiëntste en goedkoopste energiebron. Visualisatie: European Technology Platform Smart Grids.

Internet is destijds ontwikkeld vanuit de militaire behoefte om een communicatienetwerk te maken zonder telefooncentrales die te bombarderen zijn. Bij ‘smart grids’ krijgen de grote energiecentrales een nieuwe positie

In Nederland is het de afgelopen weken erg stormachtig en de windturbines die wijk A van stroom voorzien draaien op volle toeren. Er is energie in overvloed, dus het plaatselijke energienetwerk neemt geen stroom af van een grote landelijke elektriciteitscentrale. In wijk B elders in de provincie is het bewolkt, er zijn geen windturbines in de buurt en de zonnecellen op de daken zijn volstrekt nutteloos. Een computersysteem rekent voor deze wijk uit wat gezien de energieprijzen voordeliger is: de benodigde energie afnemen van de windturbines bij wijk A, of van één van de grote elektriciteitscentrales?

Toekomstvisie

De geschetste situatie is een toekomstvisie die al over een aantal jaren werkelijkheid kan zijn. De energievoorziening verloopt volgens die visie niet meer uitsluitend centraal en eenzijdig vanaf de grote centrales naar de energieverbruikers. Het energienetwerk wordt interactief: gebruikers kunnen zelf deelnemen aan de energieproductie en overwegen per situatie van welke producent ze energie willen afnemen. Het sleutelwoord in deze is ‘smart grids’, oftewel ‘intelligente netwerken’.

“Het wordt een zelfsturend net, vergelijkbaar met het internet”, vertelt prof.dr.ir. Jan Blom, hoogleraar Elektrische energietechniek bij de faculteit Elektrotechniek. “Internet is destijds ontwikkeld vanuit de militaire behoefte om een communicatienetwerk te maken zonder telefooncentrales die te bombarderen zijn. Bij ‘smart grids’ krijgen de grote energiecentrales een nieuwe positie.” Analoog aan informatiestromen over het internet zouden energiestromen in verschillende richtingen moeten gaan bewegen via ‘knopen’ in het energienet. De energieleverancier aan een gebruiker verandert per situatie en het systeem bepaalt zelf automatisch wat de meest efficiënte weg is die de energie aflegt.

Duurzaamheid

Bij energiegiganten, beleidsmakers en onderzoekers op het gebied van de energievoorziening doet de term smart grid het bloed al enige jaren sneller stromen. Het idee past in de context van een sterk groeiende behoefte aan duurzame energievoorzieningen en een veranderende, steeds competitiever wordende energiemarkt met bewust kiezende gebruikers.
Onlangs haalde de faculteit Elektrotechniek van de TU/e ruim vier miljoen euro binnen met zes projecten op het gebied van ‘smart grids’. De projecten vallen binnen het programma Elektromagnetische Vermogenstechniek, door het ministerie van Economische Zaken geselecteerd als één van de Innovatieve Onderzoeksprogramma’s (IOP) die het subsidieert. Aan het programma nemen naast de TU/e ook de TU Delft (TUD), het ECN (Energy Research Centre of the Netherlands) en belangstellende partijen uit de industrie deel.

Tuinders

Je ziet vaak dat tuinders hun energie verkopen als de energieprijs hoog is. Het wordt dan interessant om niet meer alleen groenten te verkopen

Dr.ir. Johanna Myrzik van de vakgroep Elektromagnetische Vermogenstechnologie leidt twee van de ‘smart grid’-projecten. Het decentraal produceren van energie gebeurt in de praktijk al op verschillende manieren, vertelt ze. “Neem bijvoorbeeld tuinders. Die hebben hun eigen gasturbines waarmee ze elektriciteit produceren voor de continue verlichting van hun kas. De warmte en het koolstofdioxide die hierbij vrijkomen worden meteen ingezet voor de verwarming van de kas en het groeimilieu van de planten.”

De vrijkomende warmte die de tuinders ten goede inzetten, wordt door de centrales noodgedwongen geloosd in rivieren. Omdat de tuinders tegelijkertijd zijn aangesloten op het centrale energienetwerk, kunnen ze hun zelf geproduceerde energie bovendien verhandelen. “Je ziet vaak dat tuinders hun energie verkopen als de energieprijs hoog is”, vertelt Myrzik. “ Het wordt dan interessant om niet meer alleen groenten te verkopen.”

Thuiscentrales

In Noord-Nederland werken energiebedrijven, netbeheerders en verschillende onderzoeksinstanties al samen binnen het programma Smart Power System. Er zijn concrete plannen om decentrale energie-opwekkers in testwijken aan een netwerk te koppelen. Zo lopen er bijvoorbeeld proeven met zogenaamde ‘thuiscentrales’: miniatuur gascentrales die elektriciteit opwekken en de vrijkomende warmte inzetten ter verwarming van het huis.

Om deze micro-warmtekrachtcentrales beter te kunnen besturen komt er onderzoek naar eventuele opslag van warmteoverschotten in boilers of in ondergrondse grindmassa’s voor later gebruik. Slimme integratie van verschillende locale en centrale energiebronnen kan tot flinke bezuinigingen leiden, legt Myrzik uit. “Stel je voor dat de elektriciteit tijdelijk wat duurder is omdat er lokaal weinig wind is. Een computersysteem zou op dat moment de vriezer een half uurtje kunnen uitzetten. Zo’n systeem moet dan op de hoogte zijn van het energiegebruik van alle apparaten in huis en van de marktwaarde en de beschikbaarheid van locale en centrale energiebronnen.”

Problemen tackelen

Voordat het zo ver is moeten er echter verschillende problemen getackeld worden. Zo is nog onduidelijk hoe een dergelijk dynamisch energienetwerk in balans is te houden. “De huidige situatie met grote energiecentrales enerzijds en gebruikers anderzijds is relatief eenvoudig”, legt hoogleraar Blom uit. “Je weet altijd hoeveel energie een bepaalde richting opgaat. Zodra locale bronnen op het net worden aangesloten, moet je kunnen berekenen hoeveel energie de andere kant opgaat. Maar dat valt erg moeilijk te voorspellen. Vergelijk het met een land waar het verkeer altijd één richting is opgegaan en op een dag komt er plotseling tweerichtingsverkeer. Je kunt je voorstellen wat een zooitje dat kan veroorzaken.”

Het onderzoek dat Myrzik leidt is deels gericht op de implementatie van een intelligent managementsysteem op wijk- en huisniveau dat alle informatie omtrent energiegebruikers en energiebronnen op elkaar afstemt. De twee promovendi die hiervoor zijn aangesteld op de TU/e en de TUD onderzoeken bovendien wat de impact is van locale energieverwekkers op het hele netwerk. “Als iedereen in de straat een thuiscentrale heeft, wat heeft dat dan voor invloed op het net? Wat betekent het voor de stabiliteit van het systeem als verschillende windturbines plotseling gaan draaien?”, somt Myrzik op.

Kortsluiting

Een tweede onderzoeksproject betreft de mogelijkheid van kortsluiting. Wat gebeurt er als een graafmachine een elektriciteitskabel kapot trekt en er kortsluiting ontstaat? “Momenteel worden in zo’n situatie locale energieopwekkers onmiddellijk van het net ontkoppeld”, legt Blom het probleem uit. “Maar inmiddels is dat heel onpraktisch, want decentrale opwekkers zorgen al voor een kwart van de gebruikte energie in Nederland.” Onderzoekers bestuderen dus hoeveel stroom er bij kortsluiting gaat lopen en hoe verschillende energieverwekkers hierop reageren. Met moderne vermogenselektronica valt die stroom te begrenzen, maar de vraag is hoe dit het beste kan gebeuren en wat de kritische grenzen zijn in verschillende
situaties.

Genoeg stof ter bestudering dus, maar hoe onderzoek je een netwerk dat nog niet (op grote schaal) bestaat? Computermodellen en bestaande testgegevens bieden slechts ten dele uitkomst. “Kortsluitingtesten zijn geen proefjes die je zomaar even doet”, vertelt Blom. “Er zijn grote stromen en krachten in het spel waarbij apparaten makkelijk uit elkaar vliegen. Zulke testen gebeuren bij de KEMA (Keuring Elektrotechnische Materialen Arnhem) en in eigen testlaboratoria van fabrikanten. Het probleem is dat fabrikanten vaak niet happig zijn op extern onderzoek.”

Micronetwerk

Wel werken de onderzoekers nauw samen met grote energiebedrijven die zijn betrokken bij het opzetten van de testnetten in Nederland en elders in Europa. “Nationaal en internationaal ontstaan nu overal meetprogramma’s”, zegt Myrzik. “Ook de beheerders van dit soort meetprojecten worden bij het onderzoek betrokken. Er is bijvoorbeeld een energiebedrijf dat een vakantiepark met veel zonnecellen wil ombouwen tot micronetwerk. Datzelfde bedrijf heeft aan de onderzoekers van de TU/e en TUD een testnet ter beschikking gesteld, waarin wij samen met het bedrijf ook nieuwe dingen kunnen uitproberen.”

Het onderzoek naar intelligente netwerken heeft nog een lange weg te gaan. Toch laat de implementatie van ‘smart grids’ in Europa volgens Myrzik niet zo heel lang meer op zich wachten. “Ik kan geen tijdslimiet aangeven, omdat alles toch behoorlijke investeringen met zich meebrengt. Maar als het beleid naar een duurzame maatschappij blijft bestaan, denk ik dat wij over tien jaar overgaan van demonstratieprojecten naar grootschalige implementatie.”.