De uitdagingen van de energietransitie

De groei van duurzame en decentrale energieopwekking stelt beheerders van elektriciteitsnetten voor uitdagingen. Een van de grootste uitdagingen is de balans tussen vraag en aanbod van elektriciteit. De energieopwekking van duurzame energiebronnen zoals zon en wind is niet te regelen, in tegenstelling tot conventionele energiecentrales. En daarbij: de netten zijn van oudsher ontworpen voor eenrichtingsverkeer van centrale naar gebruiker. Nieuwe technologie kan instabiliteit en overbelasting van de netten voorkomen.

Artikel uit Objective 33, mei 2020

De onberekenbare natuur

Volgens het Nederlandse klimaatakkoord moet 70% van de totale energiebehoefte in 2030 worden afgedekt door energie uit hernieuwbare bronnen. Deze energietransitie heeft grote gevolgen voor de netbeheerders, de markt en aangesloten partijen. De hoeveelheid wind- en zonne-energie is moeilijk te voorspellen en fluctueert enorm over de tijd. In de stormachtige maand februari van 2020 werd bijvoorbeeld meer dan twee keer zoveel windenergie opgewekt als in dezelfde maand in 2019, met als gevolg dat in Nederland gedurende een korte periode de energieprijs negatief was. Ook zonne-energie varieert sterk, al is de som van opwekking met zon en wind meestal redelijk stabiel.

CO2-reductie leidt tot meer elektrificatie

De onvoorspelbaarheid van duurzame energie is niet de enige uitdaging waar de netbeheerders mee te maken krijgen. Ook de totale belasting van de netten is in het geding. Het klimaatakkoord moet ook leiden tot drastische reductie van de CO2-uitstoot. In veel sectoren, zoals de bebouwde omgeving, industrie en de mobiliteitssector, betekent dit: overstappen van fossiele brandstoffen op elektriciteit. In de bebouwde omgeving en industrie worden machines en processen geëlektrificeerd om de CO2-uitstoot terug te dringen. Er komen meer en meer elektrische voertuigen op de weg. Elektrificatie heeft, naast warmtenetten, een belangrijke rol in de energievoorziening van de toekomst. De belasting van de elektriciteitsnetten neemt hierdoor zo sterk toe dat de kwaliteit van levering in gevaar komt.

Het is duidelijk dat de energietransitie grote investeringen van de netbeheerders zal vragen. Het is echter de vraag: waar deze te besteden.

Inzicht met data en simulaties

De verregaande elektrificatie, de onberekenbare natuur en de decentrale opwekking leiden tot overbelasting, een mismatch van vraag en aanbod, en spanningsproblemen op het net. Het is duidelijk dat de energietransitie grote investeringen van de netbeheerders zal vragen. Het is echter de vraag: waar deze te besteden. Er wordt hard gewerkt om de toekomst van de energievoorziening in beeld te brengen. Om de klimaatdoelen te bereiken, is in het klimaatakkoord afgesproken dat dertig Nederlandse energieregio’s onderzoeken waar en hoe het best duurzame elektriciteit op land (wind en zon) opgewekt kan worden. Elke regio werkt een Regionale EnergieStrategie (RES) uit. In deze RES komen veel partijen en belangen bij elkaar.

Om de energiestrategieën te toetsen aan de inpasbaarheid heeft onze dochteronderneming Phase to Phase de webapplicatie Vision Cloud Solution ontwikkeld. Vision Cloud Solution berekent, analyseert, beoordeelt en visualiseert geheel automatisch laag- en middenspanningsnetten. Netbeheerders, lokale overheden, woningcorporaties en het publiek krijgen hierdoor op grote en kleine schaal inzicht in actuele en toekomstige knelpunten in hun netten. Hierbij wordt gebruikgemaakt van natuurkundige wetten, wiskundige modellen en statistiek. De modellen worden gevoed met geografische data en andere bronbestanden van de netbeheerder, aangevuld met opensourcedata om verregaande analyses en heldere visualisatie mogelijk te maken.

Een volgende stap is de koppeling met realtime data. Hiervoor zijn nieuwe systemen nodig. Technolution ontwikkelt samen met Enexis en Hyteps de ‘FlexCore’. Dit project onderzoekt een andere manier van kijken naar de benodigde infrastructuur voor de digitalisering van lokale elektriciteitsnetten. De aanpak is vergelijkbaar met een smartphone waarop apps worden geïnstalleerd en gedraaid van verschillende leveranciers. De hardware bestaat uit een lokale gateway voor ‘edge computing’, die via slimme algoritmes wordt gecombineerd met breed toepasbare sensortechnologie. Daarmee wordt de functionaliteit ontkoppeld van de fysieke systemen, zodat uiteenlopende toepassingen zijn te combineren in één systeem. Hierdoor wordt het mogelijk om verschillende soorten data te meten met dezelfde hardwarebasis. De gateway is uitgerust met rekentaken die ervoor zorgen dat alleen relevante data naar de centrale wordt overgebracht.

Systeemintegratie

Door de energietransitie treden ook nieuwe partijen toe tot de sector. Bijvoorbeeld energiecoöperaties en aggregators die optreden namens groepen kleinere energiegebruikers. De samenhang tussen al deze partijen creëert complexe afhankelijkheden. Naast het ontsluiten en analyseren van data en netmodellen zal integratie van de verschillende systemen nodig zijn om de kwaliteit van levering te kunnen waarborgen. Zo werkt Technolution met de Port of Amsterdam aan een pilot voor een lokaal industrieel energienetwerk dat zelf zoekt naar de beste verdeling van de energie tussen de energiegebruikers en -producenten. Doelen zijn het voorkomen van congestie op het net, het verhogen van de duurzaamheid en daarmee het verbeteren van het vestigingsklimaat. Daarvoor legt het systeem actieve koppelingen tussen afnemers, producenten, netbeheerders en overkoepelende instanties.

De toekomst

De energietransitie zal nog voor veel uitdagingen gaan zorgen. Door de verdere integratie van zonnepanelen in de bebouwde omgeving is het bijvoorbeeld moeilijk om de spanning binnen de gestelde toleranties te houden. Dit heeft tot gevolg dat zonnepanelen van particulieren op zomerse dagen regelmatig afschakelen door het opdrijven van de spanning. Met als resultaat: onbegrip bij energiebewuste consumenten, die zien dat hun zonnepanelen juist op zonnige dagen een lage opbrengst geven.

Betrouwbare data, inzicht op basis van gedegen kennis en toekomstbestendige systeemintegratie liggen aan de basis van elke effectieve oplossing voor de energietransitie. Technolution en Phase to Phase werken daarom samen met de energiemarkt aan het verzamelen, ontsluiten en verwerken van goede energiedata. Met onze gecombineerde kennis van de slimme meter dataketens en elektriciteitsnetten kunnen we, met inachtneming van de privacy van de eindgebruiker, de Vision Cloud Solution verrijken met slimme meter data om zo realtime inzicht te krijgen in het elektriciteitsnet. Hierdoor zijn eventuele storingen versneld op te sporen en zijn problemen met de spanningskwaliteit in een vroeg stadium vast te stellen. Wij zijn ervan overtuigd dat verregaande systeemintegratie en realtime inzicht in data de energietransitie zullen helpen verwezenlijken.