Eerste Hulp Bij Onduidelijkheid over Smart Grids: wat je moet weten over het elektriciteitsnet van morgen

Transcriptie

1 Eerste Hulp Bij Onduidelijkheid over Smart Grids: wat je moet weten over het elektriciteitsnet van morgen

2

3 De integratie van hernieuwbare energie, de toenemende elektrificatie en de evoluties op vlak van elektromobiliteit stellen nieuwe eisen aan ons energiesysteem. In de 21e eeuw hebben we duidelijk een aangepast elektriciteitsnet nodig. De transitie naar slimme netten of smart grids werd ruim tien jaar geleden in gang gezet. Tijd om de verschillende facetten van die overgang te bekijken. Wat zijn de uitdagingen, kansen en opties? En waarom blijft flexibiliteit het toverwoord? De grondslagen van het traditionele elektriciteitsnet werden zo n honderd dertig jaar geleden gelegd. Oorspronkelijk werd het elektriciteitsnet ontworpen en uitgerold om elektriciteit (en alleen elektriciteit) te verspreiden van enkele gecentraliseerde generatoren naar ontelbare gebruikers (eenrichtingsverkeer). Vandaag, in de vroege 21e eeuw, moet het elektriciteitsnet veel meer (aan)kunnen. Zo injecteren meer en meer consumenten groene stroom uit zonnepanelen lokaal in het net. En via innovatieve communicatietechnologieën, zoals slimme meters, wisselen elektriciteitsproducenten en gebruikers informatie uit. Slimme netten of smart grids vervoeren naast elektriciteit dus ook informatie en wel via tweerichtingsverkeer. De grondleggers van het elektriciteitsnet in de jaren 1880 konden zich in hun stoutste dromen niet voorstellen welke eisen wij anno 2014 aan hun uitvinding zouden stellen. Wasmachines die aanschakelen wanneer de elektriciteitsprijs het laagst is? Laadpalen voor elektrische wagens? Een vlotte integratie van grote, maar (tot op zekere hoogte) onvoorspelbare hoeveelheden groene stroom in het net? Elektrische energieopslag in waterbekkens? Zoveel nieuwe mogelijkheden en uitdagingen Vandaag zijn elektriciteitsnetten wereldwijd aan een metamorfose bezig. In deze tekst bekijken we achtereenvolgens (1) de evolutie van het elektriciteitsnet, (2) het moeilijke evenwicht tussen vraag en aanbod op dat nieuwe net en (3) de energietransitie, waarvoor Smart Grids Flanders zich actief inzet. SMART GRIDS - Een stand van zaken 3

4 1. Het elektriciteitsnet evolueert 1.1 Waarom hebben we een ander elektriciteitsnet nodig? Even drie feiten op een rij: (1) Er is een grens aan de voorraad fossiele brandstof die we rendabel kunnen ontginnen. Bijgevolg zullen de prijzen blijven stijgen. De druk die schaliegas in de VS tijdelijk uitoefent op de gas- en elektriciteitsprijs verandert daar niets aan. (2) Geopolitiek is het onverstandig om afhankelijk te zijn van de grote aardgas- en petroleumproducerende landen in het Midden-Oosten of de voormalige Sovjet-Unie. (3) Wereldwijd wordt de nucleaire productie vertraagd of uitgefaseerd. De economische en ecologische implicaties van deze drie feiten zijn evident. Onze energievoorziening dreigt in de toekomst duurder te worden en ons leefmilieu wordt verder belast. Dat laatste gaat lijnrecht in tegen de groeiende maatschappelijke wens om de druk op de planeet te verlichten. Het staat ook haaks op alle Europese richtlijnen die lidstaten verplichten tot een duurzaam beleid. Het Europese klimaatplan 2030 vraagt 40% minder CO2-uitstoot en 27% hernieuwbare energie. Om al die redenen moet het aandeel duurzame energie in ons systeem gevoelig stijgen. Het traditionele elektriciteitsnet werd daar echter niet voor ontworpen. 1.2 Kenmerken van het andere, toekomstige net Inzetten op meer duurzame energie is een nobel streven dat het oude elektriciteitsnet voor grote uitdagingen plaatst. Ten eerste betekent meer duurzame energie een toenemende decentralisatie van de energievoorziening. Steeds meer residentiële en industriële energieverbruikers wekken lokaal elektriciteit op, vanuit de ambitie om (deels) zelfvoorzienend te zijn. De integratie van al die hernieuwbare energie in het net vraagt behoorlijke aanpassingen aan de bestaande infrastructuur. Ten tweede is er meer flexibiliteit nodig. Idealiter wordt duurzame energie verbruikt op het moment dat ze voorhanden is, maar de opbrengst uit zonne- en windinstallaties en in mindere mate uit waterkracht of biomassa - is niet alleen veranderlijk maar ook moeilijk voorspelbaar. In hoeverre kunnen (en willen) we als verbruikers ons huiselijk leven, maar ook industriële processen op dit wispelturige aanbod afstemmen? En is er ook flexibiliteit mogelijk aan de productiekant, door de werking van traditionele energiecentrales te sturen in functie van de beschikbare hernieuwbare energie? Ten derde zal elektriciteit in de toekomst een belangrijke rol spelen op terreinen waar ze nu nog marginaal is. Om tot duurzame mobiliteit te komen moet er een doorbraak komen van elektrisch rijden. Ook het aandeel van warmtepompen in de verwarming van gebouwen neemt sterk toe. Hoe zal het net omgaan met deze toenemende elektrificatie? 4 SMART GRIDS - Een stand van zaken

5 Werken aan een doorbraak van elektrisch rijden In juni 2014 reden er wereldwijd zo n half miljoen elektrische voertuigen 1 rond, waarvan de helft in de Verenigde Staten. In België blijft het aantal elektrische wagens op de weg voorlopig zeer beperkt. Eind december 2013 waren er volgens cijfers van de FOD Mobiliteit zo n zuiver elektrische en 590 plug-in hybride voertuigen ingeschreven (amper 0,2% van het volledige Belgische wagenpark)2. Bovendien waren in de meeste landen minder dan 1% van de in 2013 verkochte voertuigen elektrisch, met Nederland (5,6%) en Noorwegen (6,1%) als positieve uitzonderingen. De batterijen in elektrische voertuigen zijn duur en moeten doorgaans na tweehonderd kilometer alweer worden opgeladen. Dat is de hoofdreden dat een doorbraak van elektrisch rijden op zich 1 Volledig elektrische wagens (plug-in electric vehicle, PEV) en Plug-in hybride voertuigen (plug-in hybrid electric vehicle, PHEV), cijfers van website ABB 2 Cijfer uit het tweede jaarverslag van de Proeftuin Elektrische Voertuigen 2013 laat wachten. Het gebrek aan publieke laadinfrastructuur is een tweede belangrijke factor en geeft aanleiding tot een typisch dilemma van de kip of het ei: zonder doorbraak van elektrisch rijden is er geen business case voor laadinfrastructuur, en zonder publieke laadpalen komt er geen doorbraak Volgens de internationale smart grid federatie GSGF zijn volgende stimuli nodig voor een substantiële groei van e-mobiliteit 3 : 1. Een stabiel kader met incentives, zoals belastingsvermindering, gratis parkeermogelijkheid of subsidies voor laadinfrastructuur. Het is belangrijk om de ondersteunende maatregels doorheen de volledige introductiefase aan te houden en slechts gradueel uit te faseren. Nederland en Noorwegen gelden op dit vlak als best practices. In België werd de belastingsvermindering van 30% op de aankoopprijs van elektrische voertuigen eind 2012 alweer stopgezet. 2. Een standaard voor de interfaces tussen het net en de voertuigen; 3. Een verbetering van de batterij technologie. 3 Aanbevelingen uit GSGF Report: Working Group Grid User Interactions And Interfaces, Juni De uitdagingen zijn niet louter technologisch Dat we in de toekomst een ander elektriciteitsnet nodig hebben, mag duidelijk zijn. De barrières die de uitbouw hiervan hinderen of vertragen zijn niet louter technologisch. In feite bestaan er vandaag al oplossingen voor de belangrijkste netgerelateerde uitdagingen. Maar niet alles wat technisch kan, is ook sociaal aanvaardbaar. Een fabriekshal laten draaien (en dus: mensen laten werken) op een zonnige weekenddag, bijvoorbeeld - accepteren vakbonden zo n doorgedreven flexibiliteit? En niet alles wat SMART GRIDS - Een stand van zaken 5

6 technisch en sociaal kan, is economisch gezien realistisch of rendabel. Zo viel de kosten-batenanalyse voor de nationale uitrol van slimme meters slechts in zestien van de achtentwintig Europese landen 1 positief uit. Een groot aantal lopende pilootprojecten rond smart grids focust op het engageren van de eindgebruiker. Want ook op dat vlak is er werk aan de winkel. De consument die sterk gesteld is op z n comfort - moet willen meewerken aan een bewuster energiebeheer en een efficiënter, zuiniger, flexibel verbruik. De evolutie naar een slimmer elektriciteitsnet is met andere woorden een voortdurende zoektocht naar een realistische, haalbare praktijkvertaling van wat er theoretisch en technologisch allemaal kan. 1 Cijfer uit het verslag van de Europese Commissie van 17 juni 2014, Stand van zaken bij de invoering van slimme metersystemen in de EU-27 met bijzondere aandacht voor elektriciteitsmeters. Nederlandse versie online beschikbaar. Slimme meters: 16 Europese landen zeggen ja, België twijfelt Slimme meters zijn één van de middelen waarmee Europa tegen 2020 een 20% hogere energie-efficiëntie wil halen. Slimme meters kunnen elektriciteitsconsumenten snel persoonlijke gebruiksfeedback geven. Dit moet leiden tot een positieve gedragsverandering en een rationeler verbruik. Daarnaast kunnen slimme meters het mogelijk maken dat consumenten hun elektrische huishoudtoestellen van op afstand aansturen via smartphone. Voor distributienetbeheerders vormen slimme meters een bron van real time data en een monitoring-, controle- en sturingsplatform. Lidstaten die op 3 september 2012 geen gemotiveerd standpunt innamen over een nationale uitrol, moeten van Europa 80% van hun meters vervangen tegen Na een grondige kosten-batenanalyse (KBA) aan Vlaamse en Waalse zijde, beslisten de Belgische gewesten tegen een nationale uitrol. Ons land is daarmee één van de zeven lidstaten bij wie de KBA negatief uitviel. Zestien landen engageerden zich wel voor een nationale uitrol tegen 2020, enkele lidstaten waren onbeslist. De KBA s van de verschillende landen laten zich moeilijk vergelijken omdat ze uitgaan van sterk verschillende basisscenario s en wetgevende contexten. Zo variëren de geraamde kosten voor het plaatsen van een slimme meter van 77 tot 766 euro, de baten van 18 tot 654 euro. Gezien de hoge investeringskosten kiest België er voorlopig voor om slimme meters alleen daar te plaatsen waar ze voor een belangrijke meerwaarde zorgen. Tussen april en november 2010 deden de eerste 4750 slimme meters hun intrede in Vlaanderen. Netbeheerders Eandis en Infrax wilden de technische haalbaarheid van de nieuwe generatie verbruiksmeters voor elektriciteit en gas uittesten in reële omstandigheden, in een gezamenlijke praktijkproef. Zowel het communicatieconcept via het gewone elektriciteitsnet (Eandis) als het concept via het breedbandnetwerk van de kabeltelevisie (Infrax) bleek technisch goed te werken. Een efficiëntiestudie verbonden aan de praktijkproef berekende dat slimme meters op Vlaams niveau een gemiddelde jaarbesparing van 3% kunnen realiseren op het elektriciteitsverbruik van de gezinnen. 6 SMART GRIDS - Een stand van zaken

7 1.4 Slimme meters en real time data In een slim elektriciteitsnet wisselen distributienetbeheerders en (residentiële en industriële) consumenten informatie uit via innovatieve communicatietechnologieën. Ook in onderstations en andere netcomponenten verzamelt, logt en verstuurt men allerlei data, bv. over stroom- en spanningswaarden of frequentie. De communicatie tussen de actieve componenten in slimme netten maakt een actief netbeheer mogelijk. Slimme meters zijn een rijke bron van real time data. In theorie kunnen slimme meters door het verschaffen van real time price info consumenten aansporen om elektriciteit te verbruiken op het moment dat deze het goedkoopst is. In de praktijk blijft deze demand/response toepassing voorlopig toekomstmuziek. Door slimme meters kunnen distributienetbeheerders vandaag wel reeds op regelmatige basis het periodieke verbruik van een woning aflezen. Industriële consumenten hebben vaak al langer een AMR (automated meter reading) meter, die gedetailleerde informatie bijhoudt over hun elektriciteitsverbruik per kwartier. Het verschil tussen AMR meters en slimme meters ligt hierin dat alleen de laatste tweerichtingsverkeer van informatie toelaten. Een analyse van gegevens uit slimme meters laat distributienetbeheerders toe om het net voor te bereiden op de komst van elektrische voertuigen en decentrale productie. De gesynthetiseerde informatie komt ook van pas wanneer de netbalans onder druk staat en de netbeheerder de efficiëntie van het systeem moet garanderen. Dan kan hij slimme meters gebruiken als sturingsplatform. Een voorbeeld: op momenten van piekbelasting kan de netbeheerder via slimme meters een stuursignaal geven aan de gebruiker, waarop die automatisch enkele toestellen naar keuze tijdelijk laat afschakelen. Dit concept van flexibiliteit bij residentiële consumenten wordt in Vlaanderen uitgetest binnen het project Linear (zie ook 2.5). Het project rond windenergie in de Waaslandhaven (zie ook 2.4) demonstreert dat vraagsturing ook kan naar industriële consumenten toe. Grotere stroomverbruikers kunnen helpen om windpieken af te vlakken door hun machines flexibel te laten aanschakelen ( load shifting ) door stuursignalen uit slimme turbines. 1.5 Driekoppige uitdaging: datamanagement, -privacy en security Bij nieuwe mogelijkheden horen uiteraard ook nieuwe uitdagingen. De informatiestroom in een smart grid moet zorgvuldig worden beheerd. De enorme hoeveelheid beschikbare gegevens uit slimme meters ( big data ) moet in werkbare syntheses en analyses worden vertaald. Het belang van een accuraat en intelligent datamanagement stijgt. Hiervoor zijn verschillende modellen op de markt. Aan consumentenzijde heerst er bezorgdheid over de vertrouwelijkheid van de informatie waartoe nutsbedrijven via slimme meters toegang krijgen. De realiteit van het Internet of Things (IoT), zeg maar: de draadloze interconnectie van slimme toestellen via Internet, draagt daartoe bij. We leven toenemend in een omgeving waarin toestellen, sensoren, apps, modules, platformen, clouds en netwerken ons omringen en informatie over ons verzamelen. Ook data privacy is dus een belangrijke kwestie. SMART GRIDS - Een stand van zaken 7

8 Op vlak van data security suggereert ENISA, het European Network and Information Security Agency, in een document 2 van december 2013 een brede waaier aan maatregels om de informatiestroom binnen smart grids te beveiligen. 1.6 Het elektriciteitsnet van morgen begon gisteren! Welke technologische investeringen en infrastructuuraanpassingen zijn op lange termijn rendabel? Welke mentaliteitsverandering hebben we nodig, welk juridisch kader en welke standaardisatienormen? Ondanks de vele onbeantwoorde vragen is de evolutie richting smart grids volop op gang. Sinds 2002 heeft Europa zo n 3,15 miljard euro geïnvesteerd in smart grids projecten. 3 Er werden al 238 Europese projecten afgerond en er lopen er nog minstens 221. Heel wat Vlaamse organisaties, kennisinstellingen en bedrijven zijn partner in internationale projectconsortia, bv. bij S3C, Grid4EU, Grid+, EcoGrid, SWIFT, Increase of MetaPV. Sinds 2010 ijveren organisaties als ISGAN (International Smart Grid Action Network) en GSGF (Global Smart Grid Federation) op mondiaal niveau voor een versnelling in de ontwikkeling en implementatie van slimme elektriciteitsnetten. In ons land engageert Smart Grids Flanders zich als voortrekker. Ook het stijgende aandeel van hernieuwbare energie in het distributienet is geen toekomstmuziek, maar een onomstotelijk feit. Zo steeg het geïnstalleerde vermogen groene stroom in Vlaanderen tussen 2010 en met meer dan 130% voor zonne-energie (van tot kw), en met meer dan 65 % voor windenergie op land (van tot kw). Dat zijn enorme sprongen op amper drie jaar tijd. 2. Op zoek naar een nieuw evenwicht 2.1 Energieprijs en klassiek aansluitingsmodel onder druk Het stijgende aandeel groene stroom oefent druk uit op het klassieke elektriciteitsnet. Afhankelijk van de weersomstandigheden produceren zonne- en windinstallaties soms wel en soms geen, soms veel en soms weinig elektriciteit. Daarom spreken we van een veranderlijk (of: intermitterend ), onvoorspelbaar en moeilijk te sturen (want enkel afregelbaar) elektriciteitsaanbod. Bovendien moet de groene stroom worden gebruikt wanneer ze beschikbaar is. Dat zorgt voor aanzienlijke prijsschommelingen op de energiemarkten. Het is al gebeurd dat de marktprijs voor elektriciteit op een zonnige weekenddag - 2 Proposal for a list of security measures for smart grids, ENISA Smart Grid Task Force onder leiding van Konstantinos Moulinos 3 Cijfer uit JRC s Smart Grid Projects Outlook Cijfers van de VREG website, Vergelijking tussen geïnstalleerd vermogen groene stroom in Vlaanderen met datum indienstname tot en met 31/12/2010 en datum indienstname tot en met 31/12/2013. Je vindt hier ook cijfers over het geïnstalleerde vermogen waterkracht, biogas en biomassa, desgewenst opgebroken per gemeente, netgebied of provincie. 8 SMART GRIDS - Een stand van zaken

9 met een laag energieverbruik en een hoog rendement uit zonne- en windinstallaties negatief uitviel door de extreme wanverhouding tussen vraag en aanbod. Aangezien hernieuwbare energie prioritaire nettoegang 5 krijgt, oefent ze ook druk uit op het klassieke aansluitingsmodel. Dat vraagt immers dat de netinfrastructuur is uitgerust om op elk moment het volledige vermogen van hernieuwbare energie te kunnen laten stromen. Omdat de meeste installaties voor hernieuwbare energie maar een beperkt aantal uren op vollast draaien, verplicht het klassieke model met z n strenge netgrenzen tot overdimensionering (zeg maar: onnodig dikke kabels). De kosten daarvan draagt de maatschappij. Een mogelijk alternatief dat rekening houdt met een minimale totale maatschappelijke kost is een slim aansluitingsmodel dat beperktere investeringen vergt en de klassieke netgrenzen behoudt. Bij een dreigende overschrijding van die grenzen kan men lokaal het elektriciteitsverbruik verhogen of men kan de integratie van hernieuwbare energie tijdelijk beperken via automatische sturing. In dit worst case scenario wordt er minder energie omgezet, maar dat beperkte verlies blijft eerder uitzondering dan regel. Zo bekeken is het probleem dat decentrale productie veroorzaakt tegelijk een kans om te evolueren naar een betere netbenutting. Het oorspronkelijke distributienet is erop ontworpen dat verbruikers op het laagste spanningsniveau maar met 30% tegelijkertijd aangeschakeld zijn. Bij hoogspanning is dat 100%, bij middenspanning 80%. Een zekere marge in de dimensionering zit dus ingebakken in het systeem. Smart grid technologieën bieden de dubbele mogelijkheid om bestaande kabels beter te benutten en bij dreigende overbelasting tijdig in te grijpen. 5 Volgens richtlijn 2009/28/EC van het Europese Parlement en van de raad van 23 april 2009, over het stimuleren van het gebruik van hernieuwbare energie Negatieve elektriciteitsprijzen Hoe zit dat?! Het is een eenvoudige economische wetmatigheid dat de energieprijs dramatisch zakt wanneer de vraag klein is en het aanbod groot. Negatieve prijzen zijn minder vanzelfsprekend: zij bewijzen dat er momenten zijn waarop energieproducenten bereid zijn te betalen voor de consumptie van elektrische energie om hun centrale draaiende te kunnen laten in plaats van af te schakelen. Men voorspelt dat negatieve prijzen op de energiemarkten frequenter zullen worden. Dat signaleert een belangrijke kentering. Stonden systeemoperatoren, regulatoren en beleidsmakers vroeger vooral op piekmomenten onder druk om een adequate voorziening te garanderen, dan zijn nu de dalmomenten ook een kostelijk zorgenkind. Eind 2012 bedroeg in België het geïnstalleerde vermogen van windenergie 21,0 % van de minimum- SMART GRIDS - Een stand van zaken 9

10 elektriciteitsconsumptie. Voor zonne-energie was dat 40,3%. Maar in Denemarken, bijvoorbeeld, is het geïnstalleerde vermogen van windenergie 200% van de minimumconsumptie. In Duitsland is het geïnstalleerde vermogen van zonne-energie 102,2% van de minimum consumptie.1 Dergelijke cijfers maken duidelijk hoe problematisch het is wanneer de vollasturen van groenestroominstallaties samenvallen met lage elektriciteitsconsumptie. Negatieve energieprijzen doen zich voor op de elektriciteitsmarkten die op korte termijn verhandelen (nl. de day-ahead markt, de intraday markt en de balancing markt) en die proberen de afwijkingen op te vangen van de voorspelde verhouding tussen vraag en aanbod 1 Cijfers afkomstig uit publicaties van ENTSO-E 2013 op de elektriciteitsmarkten op langere termijn (tot 36 maanden). Op deze korte termijn markten zijn grote prijsschommelingen geen uitzondering. Negatieve prijzen blijven een vrij beperkt fenomeen. In 2012 en 2013 waren er op Belpex (de Belgische day-ahead elektriciteitsmarkt) respectievelijk 7 en 15 uren met negatieve prijzen, telkens gespreid over 3 dagen. Op de Belgische Balancing Market vielen de onbalans tarieven 9,9% van de tijd (2012) en 6,6% van de tijd (2013) negatief uit. De verwachting is echter dat negatieve prijzen frequenter zullen worden. Het is dus onverstandig om hun signaal te negeren. Meer weten? Raadpleeg het Fact Sheet Negative Electricity Market Prices van het KU Leuven Energy Institute. 2.2 Reservecapaciteit en afschakelmogelijkheden Hoewel er geavanceerde en vrij accurate voorspellingsmodellen 6 bestaan, blijft de beschikbaarheid van zonne- en windenergie tot op zekere hoogte onzeker. In mindere mate geldt dat ook voor hernieuwbare energie uit waterkracht of biomassa. Dit stelt een dubbel probleem bij het afstemmen van de energievraag op het -aanbod. Enerzijds is er opslagcapaciteit nodig voor momenten waarop er meer energie beschikbaar is dan er verbruikt wordt (zie 2.3). Anderzijds moeten er reservecapaciteit en afschakelmogelijkheden voor elektriciteitsverbruikers zijn voor momenten waarop er amper zon en wind is. Traditioneel houden elektriciteitsproducenten piekcentrales draaiende om bij te springen wanneer zon en wind het laten afweten. Omdat gas- of stoomturbinecentrales echter niet rendabel zijn wanneer ze geen bepaald aantal draaiuren per jaar halen, hebben E.ON, EDF Luminus en Electrabel sinds 2013 in sneltempo een aantal gascentrales in de mottenballen gelegd. Het afbouwen van reservecapaciteit ondermijnt de leveringszekerheid. Producenten sluiten centrales, terwijl specialisten waarschuwen 6 Voor een technische en economische vergelijking van enkele windvoorspellingsmodellen, zie masterproef Jens Ledoux, Onderzoek naar de bijdrage van (wind)voorspellingsmodellen in de verbetering van de MWh-prijs van windenergie, Katholieke Hogeschool Brugge Oostende (KHBO), SMART GRIDS - Een stand van zaken

11 dat België maar net voldoende centrales heeft om z n piekverbruik te dekken. Als centrales in onderhoud zijn of stilvallen, is ons land afhankelijk van elektriciteitsimport om stroomonderbrekingen te voorkomen. Op piekmomenten kan Elia de netbalans stabiel houden door het aanspreken van drie soorten reserves. 7 De primaire reserve (R1) bestaat uit turbines van bepaalde productie-eenheden die frequentie schommelingen automatisch detecteren en binnen de 30 seconden opstarten om de onbalans te compenseren. De secundaire reserve (R2) wordt ook automatisch aangesproken, binnen de 15 minuten, en omvat een op- of afregelen van bepaalde productie-eenheden van grote netgebruikers. De tertiaire reserve (R3) moet manueel geactiveerd worden, hetgeen typisch slechts enkele keren per jaar gedurende een paar uren gebeurt. Tot voor kort waren er twee soorten tertiaire reserve: (a) tertiaire productiereserve of extra vermogen om te injecteren in het net en (b) tertiaire afnamereserve of een beperking van elektriciteitsafname door gebruikers. Omdat het net slimmer is geworden, is er sinds kort nog een derde vorm van tertiaire reserve mogelijk, namelijk dynamische profielen (R3 DP). 8 Dit bijzondere contracttype laat een nieuw type marktspelers toe om ondersteunende diensten aan te bieden aan netbeheerders. Dynamische profielen stemmen er contractueel mee in om ten allen tijde een bepaald vermogen (injecteerbaar of afschakelbaar) beschikbaar te houden om de frequentieregeling te ondersteunen. Hiervoor ontvangen ze jaarlijks een vergoeding. In ruil voor deze vaste vergoeding kan de netbeheerder maximaal veertig keer per jaar, telkens gedurende twee uur gebruik maken van een bij de dienstverlener gereserveerd vermogen om een grote onbalans weg te werken. 7 Zie de webpagina Ondersteunende diensten op de Elia-website 8 Zie de R3 DP product sheet op de Elia website Vandaag al geld verdienen met smart grids! Het R3 DP (tertiaire reserve dynamic profile) contract kwam er in ons huidige energielandschap, waarin het belang van decentrale spelers toeneemt. Het laat toe dat op het distributie- of transmissienet aangesloten eenheden van decentrale energieproductie, -opslag of demand/respons hun ondersteunende diensten aan Elia aanbieden. Dat aanbod kan ofwel rechtstreeks gebeuren - wanneer ze een vermogen van minimaal 5 MW kunnen aanbieden, ofwel via aggregatoren, die een aantal kleinere klanten (vaak kmo s) verzamelen om samen het minimumvermogen te halen. Het aangaan van een R3 DP-contract is één van de vijf manieren waarop (ook kleine) bedrijven vandaag al geld kunnen verdienen met smart grids volgens Tecnolec1. 1 Jef Verbeeck (VITO/EnergyVille) schreef dit in de nieuwsbrief (juni 2014) van Tecnolec, het technisch kenniscentrum van de elektrosector. SMART GRIDS - Een stand van zaken 11

12 2.3 Opslagmogelijkheden voor elektriciteit Even prangend als het probleem van de leveringszekerheid (via reservecapaciteit) is het vraagstuk van de opslag van elektriciteitsoverschotten. Wanneer zeer zonnige of winderige periodes samenvallen met momenten van laag elektriciteitsverbruik, zou men de beschikbare groene stroom deels kunnen opslaan. Dit kan via elektriciteits- of warmteopslag. Elektrische opslag geniet de voorkeur omdat men groene stroom zo bewaart om op een later tijdstip te gebruiken (buffering). Bij thermische opslag wordt groen opgewekte elektriciteit omgezet in warmte of koude. Die energie kan vervolgens makkelijkst voor thermische toepassingen worden gebruikt, want er bestaat momenteel geen 9 rendabele manier om warmte of koude weer om te zetten in elektriciteit. Elektrische energieopslag kent verschillende vormen. Op basis van het gebruikte mechanisme voor energieomzetting maken we een onderscheid tussen opslagmanieren waarbij er een mechanische omzetting gebeurt (bv. vliegwielen; waterkrachtcentrales met opslagbassins; en CAES of compressed air energy storage ); opslagmanieren waarbij de omzetting chemisch is (bv. power-to-hydrogen; powerto-gas, brandstofcellen, stromingscellen en batterijen) en elektrische opslag die geen omzetting behoeft (bv. SMES of superconducting magnet energy storage ; en supercondensatoren). Technologieën te over dus, maar die veelheid is misleidend. Wereldwijd bedroeg in 2012 het geïnstalleerd vermogen 10 aan elektriciteitsopslag amper 2,2% van de productiecapaciteit. Waterkrachtcentrales met opslagbassins staan in voor ruim 99% van die wereldwijd beschikbare opslagvermogen op grote schaal. België heeft zo n pompcentrales in Coo-Trois Ponts in de provincie Luik en in Plate-Taille (Lacs de l Eau d Heure) in de buurt van Charleroi. Van alle opslagtechnieken die de overige 1% capaciteit leveren zijn CAES (0,18%) en allerlei soorten batterijen (0,27%) mondiaal het meest betekenisvol. Elektrische en hybride voertuigen hebben veelal een lithium-ion of nikkel-metaalhydride batterij. Voor het bufferen van de productie van hernieuwbare energie en in noodstroomtoepassingen zijn vanadium-redox accumulatoren erg geschikt. 9 Voor sommige toepassingen, bijvoorbeeld in de glastuinbouw waar allerlei warmtestromen beschikbaar zijn, zijn thermo-elektrische generatoren wel interessant. 10 Cijfers van het Electric Power Research Institute (EPRI) uit de presentatie Opslagtechnieken voor het net van Frederik Geth (KU Leuven Electa), op de SGF studiedag Energieopslag en smart grids van 4 september SMART GRIDS - Een stand van zaken

13 Ieder huishouden zelfvoorzienend? Een hoopvol Duits voorbeeld Volgens een Duitse studie1 zou een huisgezin haar verbruik van elektriciteit uit het distributienet tot een minimum kunnen beperken door flexibel gebruik te maken van opslag in lithium-ion batterijen en door de overstap te maken naar elektrisch rijden. Uitgedrukt op een tijdslijn zou het gezin tussen 6u en 18u wanneer er opbrengst is uit de zonnepanelen zelfvoorzienend zijn in z n energiebehoeften, en bovendien zowel de lithium-ion batterij als het elektrische voertuig kunnen opladen. Tussen 18u en 24u ontlaadt de batterij zich door de residentiële energievraag. Alleen tussen middernacht en 6u s ochtends heeft dit gezin nog elektriciteit uit het net nodig. Hoewel dit voorbeeld theoretisch van aard is, geeft het wel aan welke meerwaarde flexibele energie-opslag en e-mobiliteit hebben voor het slimme net. 1 M. Braun et al, Photovoltaic Self-Consumption in Germany using Lithium-Ion Storage to increase self-consumed Photovoltaic Energy, in European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2009, Vol Flexibiliteit als toverwoord De toenemende integratie van hernieuwbare energie in het elektriciteitsnet maakt het ooit zo eenvoudige evenwicht tussen de energievraag en het energieaanbod een waar huzarenstukje. Het net van de toekomst veronderstelt flexibiliteit, zowel aan productiekant als aan de consumentenzijde waar een aangepast vergoedingsmodel uiteraard voor een grotere bereidheid tot flexibel verbruik zal zorgen. Ook de zoektocht naar flexibele opslagmogelijkheden gaat noodgedwongen verder. Welke vorm(en) neemt die flexibiliteit bij voorkeur aan? Om dat uit te zoeken lopen er wereldwijd pilooten demonstratieprojecten die allerlei toepassingen en technologieën voor smart grids uittesten. Zowel op Europees als op Vlaams niveau bekijken concrete - zij het in schaal beperkte - projecten de economische en technische haalbaarheid van innovatieve technologieën. Ze meten hun impact op de algemene energie-efficiëntie en de mate waarin de eindgebruiker wordt geëngageerd. Deze projecten worden beschreven en geëvalueerd, zodat de best practices op andere plaatsen herhaald kunnen worden, eventueel op grotere schaal. In de Waaslandhaven loopt bijvoorbeeld een onderzoeksproject waarbij windturbines worden uitgerust met slimme elektronica. Die technologie moet helpen om windpieken flexibel op te vangen via slimme aansturing. Op basis van stroom- of temperatuursmetingen in de elektriciteitskabels van de windmolens krijgen de turbines tijdig een signaal om hun wieken net genoeg uit de wind te zetten om hun vermogen een paar procenten terug te dringen. Een andere slimme techniek is vraagsturing SMART GRIDS - Een stand van zaken 13

14 op basis van het weerbericht. Grote stroomverbruikers in de buurt van de windmolens krijgen dan een signaal om hun machines op te starten ( load shifting ) wanneer er veel windenergie beschikbaar is. Inventaris van Europese en Vlaamse smart grid projecten Sinds 2011 wordt er in Europa jaarlijks zo n 500 miljoen euro geïnvesteerd in projecten rond smart grids. Nieuwsgierig wat er zoal gebeurt op Europees en op Vlaams niveau? De nieuwsbrief van Smart Grids Flanders zet geregeld een (Europees of lokaal) project rond smart grids in de kijker door één van de betrokken partners aan het woord te laten. Op de SGF-website staat een inventaris van al deze mini-interviews. Het Joint Research Center (JRC) van de Europese Commissie beheert een regelmatig bijgewerkte database van Europese smart grid projecten. Hier vind je meer cijfermateriaal en analyses van alle 238 afgewerkte en 221 nog lopende projecten. 2.5 Flexibiliteit aan de consumentenzijde: Linear Hoe krijg je de consument ertoe bereid om energie te verbruiken op het moment dat die voorhanden is? Dat kan door financiële stimuli of door bewustmaking van de ecologische en maatschappelijke voordelen. Je kunt consumenten ertoe aanzetten om bewust een zuiniger energiebeheer te voeren of je kunt via technologie, zoals slimme meters en slimme toestellen, hun energievraag automatisch sturen. Sommige industriële consumenten bv. uit de koel- en vriessector zijn al bereid tot flexibel energieverbruik (via R3 DP contracten, zie 2.2), maar de meerderheid moet nog overtuigd worden. Op huishoudniveau blijkt dat de residentiële consument sterk gesteld is op z n comfort en gewoontes. Men ervaart hier ook geen financiële voordelen van flexibiliteit (geen real time pricing). Voor Linear of Local Intelligent Networks and Energy Active Regions, een Vlaams project dat van start ging in mei 2009, sloegen een twintigtal partners de handen in elkaar. Linear onderzoekt bij 250 Vlaamse testgezinnen hoe het residentiële energieverbruik zo goed mogelijk kan worden afgestemd op de beschikbaarheid van zonne- en windenergie. In het voorjaar van 2014 werd de kaap gerond van flexibele uren met 460 slimme toestellen bij 185 gezinnen. Dit gebeurde op slechts enkele maanden tijd een stevige indicatie van het potentieel voor flexibele energieconsumptie op huishoudniveau. Linear wordt internationaal gelauwerd voor z n interessante onderzoeksniche: automatische demand response via slimme toestellen die tegelijkertijd de gebruiker comfort garanderen en aan Linear flexibiliteit bieden die in verschillende business cases wordt ingezet. 14 SMART GRIDS - Een stand van zaken

15 2.6 Flexibiliteit aan de productiekant: MetaPV Hernieuwbare energie zet de netgrenzen onder druk. Om de hosting capacity van het netwerk te vergroten zou men de distributiekabels moeten versterken. Dat is een dure infrastructuuraanpassing. Ores en Elia lanceerden in het voorjaar van 2014 het project Oostlus in het oosten van Wallonië, waar in aanloop naar 2020 een aantal nieuwe windenergieparken moeten worden aangesloten. De leidingen tussen Bévercé (Malmedy), Butgenbach en Amel worden hiertoe versterkt met twee 110-kV-kringen. Een alternatief voor dit soort dure netaanpassingen is een slim aansluitingsmodel dat de bestaande netgrenzen respecteert. Energieproducenten kunnen daarbij op momenten van piekproductie het vermogen beperken via automatische sturing. Zo gaat er weliswaar tijdelijk hernieuwbare energie verloren, maar men vermijdt congestie op het net of problemen met spanningsprofielen. Ook werken met slimme omvormers is een eenvoudig en goedkoper alternatief voor extra bekabeling. Het Europese demonstratieproject MetaPV toont in twee Limburgse gemeentes aan hoe slimme omvormers van zonnepanelen actief het netbeheer kunnen ondersteunen. Een derde optie is een slim aansluitingsmodel met dynamische netgrenzen, ook wel dynamic line rating of DLR genoemd. Hierbij gaat men in een systeem van realtime line rating kijken welk vermogen distributiekabels aankunnen in functie van de temperatuur. Op koude, winderige dagen kan het net tot 20% meer aan dan de klassieke netgrenzen aangeven. Slim aansluiten met dynamische netgrenzen is een evolutie die in de praktijk waarneembaar is, maar waarrond het regelgevende kader nog onduidelijk is. Het streefdoel van flexibiliteit aan de productiekant is een minimale totale maatschappelijke kost. Het net van de toekomst moet betaalbaar zijn. Men moet de kost van een eventueel productieverlies afwegen tegen de hoge kosten van sommige netaanpassingen. SMART GRIDS - Een stand van zaken 15

16 Groenestroomcertificaten: een moeilijke markt Groenestroomcertificaten (GSC) zijn het belangrijkste instrument waarmee de Vlaamse overheid investeringen in hernieuwbare energie promoot. Sinds de introductie van het systeem zijn er al veel aanvullingen en wijzigingen gebeurd. Die hebben helaas niet kunnen zorgen voor een goede marktwerking op de markt voor GSC. Er is marktmacht bij de aanbieders waar een handvol groenestroomproducenten de markt domineert. Ook aan de vraagkant is er concentratie. Men schat dat 60% van de certificaten 1 eigenlijk niet op de markt komt. De handel die er is, verloopt hoofdzakelijk via bilaterale transacties vastgelegd in langetermijncontracten wat de marktwerking verder verstoort. In 2013 ging 51% van de toegekende GSC naar biomassa- en biogasprojecten. 2 Het aandeel GSC s voor zonne-energie bedroeg dat jaar 34,5%. In absolute cijfers is er tussen 2006 (1356 certificaten) en 2013 (bijna twee miljoen!) een werkelijk spectaculaire toename in het aantal uitgereikte GSC s voor zonne-energie merkbaar. De nettokosten van de opkoopplicht van GSC s voor distributienetbeheerders gingen op zeven jaar tijd dan ook sterk de hoogte in. Aangezien deze kosten worden doorgerekend aan de klant, vormen ze een maatschappelijk gedragen kost. Daarmee blijf de vraag actueel of het Vlaamse GSC-systeem een adequaat promotiemiddel voor hernieuwbare energie is. Een grondige evaluatie dringt zich op. 1 Cijfer uit het Rapport Hernieuwbare Energie van de SERV, gedateerd 4 juni Cijfer uit het marktrapport van de VREG SMART GRIDS - Een stand van zaken

17 3. De energietransitie stimuleren 3.1 Het net van de toekomst is een smart grid Het andere elektriciteitsnet van de toekomst waar we vandaag al volop naartoe werken - zal met recht een slim net mogen worden genoemd wanneer het voldoet aan vier voorwaarden. Het net van de toekomst moet open staan voor allerlei types van energievoorziening, die qua schaalgrootte sterk kunnen verschillen: traditionele energiecentrales, wind- en zonne-energieparken en decentraal opgewekte energie. Het slimme net laat interactie toe tussen de verschillende actoren in het energiesysteem, zodat bijvoorbeeld de netbeheerder problemen op het net kan voorkomen door vraagsturing. Dit gebeurt meestal door vrijwillige vraagrespons acties van de netgebruiker (eventueel via een contract met hun leverancier of ESCO) en pas in laatste instantie door ingrijpen van de distributienetbeheerder. Aan de verbruikerszijde zorgen slimme meters, slimme huizen, elektrische voertuigen en flexibele industriële consumenten voor de nodige flexibiliteit. Zo blijft het transmissie- en distributienet efficiënt en betrouwbaar en zelfs in staat om via zelfsturing netstoringen te verhelpen. Ten slotte worden slimme netten op zo n manier uitgerold dat ze steeds de meest kostenefficiënte oplossing voor toekomstige uitdagingen kiezen. 3.2 Wat komt er morgen op de elektriciteitsfactuur? Traditioneel betalen particuliere consumenten de hoeveelheid elektrische energie die ze verbruiken. Ze krijgen een energiefactuur gebaseerd op hun verbruikte kilowatturen. Het gebruik van de distributienetinfrastructuur en de aanpassingen waartoe verbruikers met een slimme energiehuishouding de netbeheerders nopen, zijn vandaag geen factor in de eindafrekening. Eigenaars van zonnepanelen bijvoorbeeld, zien hun tellers terugdraaien en betalen minder, terwijl zij in feite dubbel gebruik maken van het net en op die manier mogelijk dure infrastructuurinvesteringen nodig maken. Het lijkt logisch dat consumenten in de toekomst niet louter zullen worden afgerekend op hun effectieve elektriciteitsverbruik, maar ook op de capaciteitseisen die zij stellen aan de netinfrastructuur. 3.3 Een complex landschap met Europese interactie Het energielandschap van de toekomst oogt behoorlijk complex. Naast de traditionele spelers energie producenten, energieleveranciers, transmissiesysteemoperatoren, distributienetbeheerders, evenwichtsverantwoordelijken en consumenten - komen er nieuwe actoren bij. Prosumers bijvoorbeeld consumenten die ook zelf energie produceren. Demand-response aggregatoren dienstverleners die meerdere bedrijven op piekmomenten kunnen afschakelen van het elektriciteitsnet om vraag SMART GRIDS - Een stand van zaken 17

18 en aanbod in evenwicht te houden, een dienst waarmee ze transmissienetbeheerders, energieleveranciers en evenwichtsverantwoordelijken helpen. Ook slimme meters en toestellen die voor automatische vraagsturing zorgen, kunnen als actor in het energielandschap worden gezien. Net als ESCo, de Energy Service Company die een totaalpakket energiediensten aanbiedt om de energie-efficiëntie te bevorderen. De interactie tussen deze uitgebreide groep actoren is veelal tweerichtingsverkeer op Europees niveau, waarbij zowel de eigenlijke energievoorziening als de flexibele bewaking van de netstabiliteit prioritair is. 3.4 De energietransitie stimuleren Smart Grids Flanders, de platformorganisatie die bedrijven en organisaties sinds 2010 samenbrengt en verbindt rond het thema slimme netten, is in Vlaanderen één van de voortrekkers van de energietransitie. Die transitie is nodig om ook in de wereld van morgen de beschikbaarheid van betaalbare energie te garanderen, op een energie-efficiënte en milieuvriendelijke manier. De overgang ( transitie ) van een traditioneel elektriciteitsnet en energiesysteem naar een slimme variant kwam tien jaar geleden op gang. Vandaag is een grote versnelling in die overgang technologisch perfect mogelijk, maar er zijn sociale en economische stimuli nodig om de beschikbare technologie effectief te gaan gebruiken. Aangepaste marktmodellen zijn daarbij een belangrijke stap. Smart Grids Flanders, met haar bijna honderd leden, kent als geen ander het Vlaamse en Belgische energielandschap en heeft ambities die buiten de grenzen van deze regio reiken. Het smart grids verhaal is immers wezenlijk internationaal. Via themagroepen, seminaries, (soms meerdaagse) opleidingen, netwerkmomenten, projectondersteuning, partner matching en een maandelijkse nieuwsbrief doet Smart Grids Flanders aan kennisdeling en ondersteuning. We zetten ons 100% in om de knowhow over smart grids te vergroten en de energietransitie te faciliteren. Smart Grids Flanders Koningsstraat Brussel Tel: info@smartgridsflanders.be Deze tekst is een realisatie van Smart Grids Flanders in samenwerking met enkele leden. Indien u suggesties voor verbetering heeft, kan u die melden via Heidi.Lenaerts@smartgridsflanders.be.