Uncertainty Reduction in Smart Energy Systems (URSES)

Transcriptie

1 Uncertainty Reduction in Smart Energy Systems (URSES) Kick off meeting 28 May 2015 Beatrixgebouw Jaarbeurs Utrecht Programmaboekje met overzichten van de gehonoreerde projecten with summaries of all projects in Dutch and English NWO Maatschappij- en Gedragswetenschappen NWO Exacte Wetenschappen Technologiestichting STW Shell Nederland

2 Table of contents Preface by Han La Poutré 3 Program for today, 28 May About URSES 6 The eleven projects 7 * Smart Regimes for Smart Grids 8 * Stable and scalable decentralized power balancing systems using adaptive clustering 10 * Aquifer Thermal Energy Storage Smart Grids 12 * Distributed Intelligence for Smart Power routing and matching DISPATCH 14 * Smart Organisation of (Smart) Energy Systems SO(S)ES 16 * Car as Power Plant 18 * ENergy-Based analysis and control of the grid: dealing with uncertainty and markets ENBARK 20 * PMU Supported Frequency-Based Corrective Control of Future Power Systems 22 * Emerging Energy Practices in the Smart Grid 24 * Realizing the smart grid: aligning consumer behaviour with technological opportunities 26 * Gaming beyond the Copper Plate: scheduling flexible consumption and decentralised generation within distribution constraints 28 Contact 2

3 Preface chairman of the day Han La Poutré Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) and Delft University of Technology The aim of the research program Uncertainty Reduction in Smart Energy Systems (URSES) is to reduce uncertainty in the future energy system, with respect to the energy infrastructure as well as for the different parties involved in it. The fact that researchers conduct these investigations not just by themselves, but also cooperate with private and / or public social partners shows that URSES is a program with special features. This also appears from the special role of Shell, who contributed a substantial part of the overall budget of the program. Another special feature of URSES is that it has a very multidisciplinary character. Researchers with a background in economics and business administration, psychology, law and administration, social sciences, mathematics, ICT, control theory and / or electrical engineering make their contributions. STW and two NWO divisions are contributing to the program and ensure that everything runs well. Various parties, different disciplines, different approaches to the same problem: all good reasons to get acquainted today. The first meeting on May 28 in the afternoon facilitates the eleven research consortia to get to know each other and take notice of the various projects, the questions on which they work and the ways in which they do this. There is also some time for reflection on program-wide issues such as the involvement of the Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS), which provides funding for a number of extra projects. Finally, some interested parties from outside URSES will be there to participate. In addition, in the morning there is a workshop on valorization for the PhD students and post-doctoral researchers involved in URSES. This enables them to reflect on valorization in an early stage and be prepared when it is necessary. Paul Tuinenburg and Tijmen Altena from 'IDfuse' will lend us a helping hand with their expertise on the valorization of project results. In this booklet you will find the program for today. There are also summaries of all the eleven projects in English, as well as in Dutch. I wish you a fruitful day. Han La Poutré

4 Program for today, 28 May 2015 Beatrixgebouw Jaarbeurs Utrecht I) Workshop on knowledge utilization Morning program, exclusively for PhD students and postdocs 9:15 Arrival 9:30 Introduction 'Societal value of research' by Paul Tuinenburg and Tijmen Altena About valorization, the importance of valorization and tools to think about the value of your own research 10:15 Getting started with the valorization of your research Formulating own proposition Discussing in small groups 11:30 Pitch your research How does a pitch work? Getting started with your own pitch Pitches with feedback in small groups 13:00 Closing, to the lunch II) Discussion AMS-call For program leaders only 12:00 Welcome by Han La Poutré 12:10 Explanation Marcus van Leeuwen (NWO) and Stephan van Dijk (AMS) Explanation of the intention of the AMS-participation in the form of a top-up call and discussion about how to proceed Discussion on the desirability and conditions with the project leaders 13:00 Closing, to the lunch 4

5 III) Kick-off meeting URSES For everyone involved with URSES, including some attendees of interested departments 12:30 Walk-in lunch PhDs, post-docs and program leaders join at :30 Welcome by chairman Han La Poutré 14:00 Pitches - quick introduction to all the projects 15:00 Poster Presentations 16:00 Plenary continuation, led by Han La Poutré How can the different projects stay in touch? In what respect can projects learn from each other? Opportunity to exchange ideas and preferences for program-wide knowledge dissemination 16:30 Closing remarks, to the drinks 5

6 About URSES The objective of this program is to contribute to the reduction of uncertainty for actors in the energy chain by developing the science and tools that are needed for smart energy systems (SES). It also aims to provide insight into the causes, character and effects of these uncertainties from a social and behavioural science perspective. This research program thus aims to enable a fast transition to a reliable, affordable, and sustainable energy system. It distinguishes itself from other programs and projects by its multidisciplinary approach, from computer science, (control) technology, social and behavioural sciences, to mathematics and economics. The joint expertise from these disciplines is needed in order to make (parts of the) smart grid systems work. Until now, most initiatives have been mono-disciplinary. This program can build on these by developing the next solutions via a multi-disciplinary approach. URSES started in 2013 and runs until In the beginning of 2014 eleven research projects were granted. For this call a budget of 6.5 million Euros is available, of which 2 million is contributed by Shell. NWO departments of Social Sciences, Physical Sciences and Technology Foundation STW provide the remaining part of the budget. The basic principle is that the research will lead to practical applications. URSES is part of the NWO contribution to the Topsector Energy and of the NWO theme Sustainable Energy. The program is fully consistent with and aligned with the Top Consortium for Knowledge and Innovation (TKI) Switch2SmartGrids, which is part of the Topsector Energy. 6

7 The eleven projects Smart Regimes for Smart Grids led by Maarten Arentsen (University of Twente) Stable and scalable decentralized power balancing systems using adaptive clustering led by Frances Brazier (Delft University of Technology) Aquifer Thermal Energy Storage Smart Grids led by Tamàs Kevicky (Delft University of Technology) Distributed Intelligence for Smart Power routing and matching DISPATCH led by Phuong Nguyen (Eindhoven University of Technology) Smart Organisation of (Smart) Energy Systems SO(S)ES led by Derk Loorbach (Erasmus University Rotterdam) Car as Power Plant - Fuel cell cars creating a detachable decentralized multi-modal smart energy system led by Zofia Lukszo (Delft University of Technology) ENergy-Based analysis and control of the grid: dealing with uncertainty and markets (ENBARK) led by Claudio De Persis (University of Groningen) PMU Supported Frequency-Based Corrective Control of Future Power Systems led by Marjan Popov (Delft University of Technology) Emerging Energy Practices in the Smart Grid led by Gert Spaargaren (Wageningen University) Realizing the smart grid: aligning consumer behaviour with technological opportunities led by Linda Steg (University of Groningen) Gaming beyond the Copper Plate: scheduling flexible consumption and decentralised generation within distribution constraints led by Mathijs de Weerdt (Delft University of Technology) 7

8 Smart Regimes for Smart Grids Main applicant Dr. M.J. (Maarten) Arentsen (University of Twente) / Consortium University of Twente, University of Groningen, Noordelijk Lokaal Duurzaam Energie, Regio Achterhoek, Regio Twente, Stichting SETS, Energiek Vasse, Lochem Energie Samenvatting / Nederlands De onderzoekers willen een geïntegreerd beleidsmatig en juridisch raamwerk ontwikkelen waarin twee onzekerheden worden aangepakt die een overgang naar slimme netten belemmeren: de juridische vormgeving van slimme netten en het beleidsontwerp voor implementatietrajecten van slimme netten op gemeentelijk niveau. Het huidige wettelijke kader is niet ontworpen voor slimme netten. Het is immers gebaseerd op een top-down gecentraliseerd elektriciteitsnetwerk waarin beslissingen rond netten centraal worden genomen. De overgang naar een Smart Energy System (SES) vereist dus een nieuw juridisch en organisatorisch raamwerk, toegespitst op het ontwerp en het beheer van slimme lokale energiesystemen. Zo n nieuw energiesysteem zal waarschijnlijk bottom-up ontstaan gezien (1) de aanhoudende populariteit van lokale energie-initiatieven in Nederland en (2) het energiebesparingspotentieel van woonwijkrenovatieprojecten in combinatie met de toepassing van slimme netten. Renovatie maakt gebruik van state of the art-materialen, -technologieën en -constructies mogelijk. Lokale overheden zijn verantwoordelijk voor ruimtelijke ordening en gebiedsontwikkeling, maar zij beschikken niet over kennis en deskundigheid om deze bevoegdheden te gebruiken om slimme netten in te voeren. Dit onderzoeksproject vult dit gat door het ontwikkelen en testen van een juridisch en een beleidsontwerp voor de inzet van slimme netten bij bouw en renovatie op lokaal niveau. Summary / English This research aims to create an integrated regime that addresses two behavioural uncertainties that impede smart grid developments: the legal design of emerging organisational settings in smart grid configurations and the policy design of smart grid implementation trajectories in municipalities. The current legal framework was not designed for smart grids, as it is tailored to a top down, centralized electricity grid where grid-related decisions are taken centrally. The transition to a Smart Energy System (SES) thus requires a new legal and organisational regime when local electricity systems are designed, maintained or adapted. We expect SES deployment to have a bottom-up character, in view of (1) the continued popularity of local energy initiatives in the Netherlands and (2) the potential of energy efficiency gains of neighbourhood renovation projects in the residential sector in combination with smart grid deployment. Renovation allows for the application of state of the art materials, technologies and constructions. Local authorities are responsible for physical planning and area development, but there is no clear knowledge based regime on these responsibilities in combination with smart grid design and implementation. The suggested project fills this gap by developing and testing the legal design for smart grid deployment in real life situations, in combination with the policy design for construction and renovation at the local level, as an integrated package. 8

9 Researchers Lea Diestelmeijer, PhD student at University of Groningen Imke Lammers, PhD student at University of Twente NWO-project number Duration

10 Stable and scalable decentralized power balancing systems using adaptive clustering Main applicant Prof. dr. F.M.T. (Frances) Brazier (Delft University of Technology) / Consortium Delft University of Technology, DNV Kema, Alliander, Thales Samenvatting / Nederlands Energiesystemen zijn in transitie. Werd in het verleden de energievoorziening bepaald door de vraag in de toekomst zal de vraag het aanbod moeten volgen. Prijzen aanpassen is een middel om dit te bereiken, via een marktensysteem van vraag en aanbod waarin de marktprijs voor een bepaalde periode tot stand komt. Deze markten hebben echter hun nadelen. Een belangrijk nadeel is dat de markten vaak zeer dynamisch zijn en zelfs storend en disruptief kunnen werken. Bovendien zijn de huidige gecentraliseerde markten niet bedoeld om met lokale storingen in het netwerk om te gaan. Deze factoren zijn van invloed op de stabiliteit en voorspelbaarheid van het energiesysteem. Daarom is er behoefte aan gedecentraliseerde, stabiliserende en schaalbare benaderingen om energievraag en aanbod in evenwicht te brengen. Dit onderzoeksproject is gericht op het ontwerpen van gedistribueerde coördinatie- en marktmechanismen hiervoor. We gaan hierbij uit van verspreid aanwezige dynamische clusters van synergetische consumenten en producenten. Deze clusters zijn ontworpen om voor variabele perioden de energietoevoer en -afname te coördineren onder consumenten en producenten, meestal voor een aanzienlijk langere periode dan waar men binnen de reguliere markten rekening mee houdt. Deze lokale 'load balancing' in clusters zorgt zo voor nieuwe, meer betrouwbare oplossingen voor wereldwijde 'load balancing' en kan worden gebruikt in combinatie met (huidige en nieuwe) externe marktmechanismen. Daarbij zijn clusters dynamisch en kunnen zij zich aanpassen aan veranderende situaties waaronder netwerkstoringen. In dit project ontwerpen we nieuwe modellen, technieken en benaderingen voor dynamische clustering en marktmechanismen voor het in evenwicht brengen van energievraag en -aanbod, waarbij onderzoekers op het terrein van technische systemen, informatica en elektrotechniek samenwerken met netbeheerders en ICT- en business consultants. Summary / English Energy systems are in transition. Whereas in the past, energy supply was determined by demand, in future, demand will need to follow supply. Changing prices is a means to this end, via markets in which bids for demand and/or supply determine the market price for a specific period of time. Such markets, however, have their drawbacks. An important drawback is that markets can typically be highly dynamic, even with disruptive or chaotic behaviour. In addition, current centralised markets are not designed to deal with local 10

11 network failures. These factors influence the stability and predictability of the energy system. Therefore, there is a need for decentralised, stabilising, and scalable approaches to balance supply and demand (S/D) of energy. This project focuses on the design of distributed coordination and market mechanisms to this purpose. Distributed dynamic clusters of synergetic consumers and producers are our basic construct. Clusters are designed to coordinate local load balancing for varying periods of time amongst consumers and producers, typically for substantially longer periods than considered in markets. Local load balancing in clusters thus allows for novel, more reliable solutions for global load balancing and can be used in conjunction with (current or novel) external market mechanisms. In addition, clusters are dynamic and can adapt to changing situations, including network failures. This project designs novel models, techniques and approaches for dynamic clustering and market mechanisms for energy S/D balancing, in a cooperation between engineering systems, computer science, and electrical engineering researchers, and network operator, ICT, and business consultants. Researchers Nina Voulis, PhD student at Delft University of Technology Georgios Methenitis, PhD student at CWI NWO-project number Duration

12 Aquifer Thermal Energy Storage Smart Grids Main applicant Dr. T. (Tamás) Keviczky (Delft University of Technology) / Consortium Delft University of Technology, Waternet, Tauw, Priva, KWR, DWA, Provincie Noord-Holland Samenvatting / Nederlands Er zijn ruwweg 2000 installaties voor warmte-/koudeopslag (WKO) geïnstalleerd in Nederland. De verwachting is dat dit aantal binnen tien jaar zal toenemen tot , wat leidt tot een reductie van 11% CO2-uitstoot binnen de gebouwde omgeving, gepaard gaand met een geschatte besparing van 4 miljard euro de komende dertig jaar. Op een wereldwijde schaal is het energiebesparingspotentieel van WKO nog groter. Echter, de huidige prestaties van WKO voldoen niet aan de verwachtingen en het verwachte rendement blijft steken onder het niveau van eerdere prognoses. De tegenvallende daadwerkelijke bijdrage van WKO aan energie-efficiëntie is vooral te wijten aan het functioneren van de techniek en de regelgeving: beide zijn niet berekend op onzekerheden die de aard van watervoerende lagen, interactie met naburige systemen, de variabiliteit van de weersomstandigheden en het gebruik van gebouwen met zich meebrengen. WKO interacteert met de grondwatervoerende laag op een manier die vergelijkbaar is met hoe decentrale elektriciteitsbronnen interacteren met het elektriciteitsnet. Bij WKO echter variëren de verbindingen dynamisch in de tijd en is er sprake van onzekerheid doordat er geen modellen zijn en geen coördinatie is rond de interactie met nabijgelegen systemen. Distributed Model-based Predictive Controllers (DMPC) beloven aanzienlijke voordelen doordat zij zorgen voor een vrijwel optimale werking en regulering van WKO-netten, terwijl ze kritische operationele beperkingen afdwingen. Echter, stochastische onzekerheden met probabilistische tijdsvariërende beperkingen zijn nooit meegenomen in het ontwerp van dergelijk decentraal besturingsnetwerk. Dit onderzoek heeft tot doel een proof-of-concept te leveren voor het potentieel van D-MPC in de ontwikkeling van WKO-systemen in WKO-netten. Summary / English Roughly 2000 Aquifer Thermal Energy Systems (ATES) are installed in the Netherlands. Within 10 years, it is expected that this number will increase to leading to a reduction of 11% in CO2 emissions of the built environment, along with estimated savings of 4 billion euros in the coming 30 years. At a global scale, the energy saving potential of ATES is even bigger. However, current performance of ATES does not live up to expectations and the projected efficiency remains below earlier prognoses. The disappointing actual contribution of ATES to energy efficiency is mainly due to current operation and regulation practices that cannot cope with uncertainties in aquifer characteristics, interaction of neighbouring systems, and variability in weather conditions and use of buildings. ATES interact via the groundwater aquifer in a way comparable to how distributed sources and sinks of electricity are interacting via the electricity grid. In ATES, however, the links are 12

13 dynamically time-varying and plagued by uncertainty due to the absence of models and cooperation regarding interaction of nearby systems. Distributed Model-based Predictive Controllers (D-MPC) promise significant benefits by ensuring near-optimal operation and regulation of ATES grids while enforcing critical operating constraints. However, stochastic uncertainties with probabilistic time-varying constraints have never been incorporated in the design of such a distributed control network. This research sets out to deliver a proofof-concept for the potential of D-MPC in the development of ATES systems into ATES Smart Grids. Researchers Martin Bloemendal, Postdoc at Delft University of Technology Vahab Rostampour Samarin, PhD student at Delft University of Technology Marc Jaxa-Rozen, PhD student at Delft University of Technology NWO-project number Duration

14 Distributed Intelligence for Smart Power routing and matching (DISPATCH) Main applicant Dr. Phuong Nguyen (Eindhoven University of Technology) / Consortium Eindhoven University of Technology, Essent, Eneco, Statkraft, Alliander, Enexis, Cofely, IBM, DNV GL and TenneT Samenvatting / Nederlands Momenteel wordt het elektriciteitsnet bediend door twee afzonderlijke controlemechanismen. Ten eerste worden vraag en aanbod in evenwicht gehouden door de elektriciteitsmarkten. Op deze (geliberaliseerde) markt handelen leveranciers en grootverbruikers in elektriciteit op basis van prognoses, wat resulteert in de toewijzing van capaciteit voor de volgende dag. Deze planning is erg grof in de tijd (intervallen van 15 minuten) en houdt geen rekening met geografische informatie of netwerkbeperkingen in de marktzone. Ten tweede beheren (gereguleerde) landelijke en regionale netbeheerders het net door het systeem binnen veilige grenzen (spanning, stroom, frequentie) te houden op een veel fijnere tijdschaal (van milliseconden tot minuten), terwijl zij zorgen voor de fysieke locatie van toevoer en onttrekkingen aan het net. De massale integratie van hernieuwbare energiebronnen en nieuwe elektriciteitsvragende technologieën, zoals elektrische voertuigen en warmtepompen, daagt het elektriciteitssysteem uit met meer onzekerheden op alle tijdschalen. Dit maakt het steeds moeilijker om de energiestromen real-time te beheren, en vooral om vraag en aanbod in evenwicht te brengen om stabiliteit en betrouwbaarheid op alle tijden en alle plaatsen te garanderen, zonder betrokkenheid van de markt en het inzetten van flexibiliteit. In het DISPATCH-project wordt een gedecentraliseerde impliciete interactie tussen beide mechanismen voorgesteld om de bovengenoemde problemen rond onzekerheid overwinnen. Dit voorstel combineert de 15minutenschema's van de energiemarkten met de veel kortere tijdschema's van netbeheerders. Het te ontwikkelen kader vereist een multidisciplinaire aanpak: elektrische energietechniek, geavanceerde controletheorie, nieuwe ICT-concepten en passende juridische en organisatorische instrumenten worden gecombineerd. Summary / English Currently the electricity grid is operated by two separate control mechanisms. Firstly, demand and supply are balanced by electricity markets. On these (liberalized) markets suppliers and large consumers trade electricity based on forecasts, which results in capacity allocation for the next day. This planning is very coarse in time (15 minutes intervals) and no geographical information or network constraints are taken into account inside the market zone. Secondly, (regulated) grid operators (TSO and DSOs) control the grid by keeping the system within secure bounds (voltage, current, frequency) on a much finer time scale (milliseconds to minutes) while taking care of the physical location of injections and withdrawals from the grid. The massive integration of renewable energy 14

15 sources and new demand technologies, e.g. electric vehicles and heat pumps, challenges the power system because of more uncertainty on all time scales. This makes it increasingly difficult to control the power flows in real-time, and especially to balance supply and demand to guarantee stability and reliability at all times and all places, without involvement of the market and deploying its flexibility. In the DISPATCH project a decentralised implicit interaction between both control mechanisms is proposed to overcome the above-mentioned uncertainty challenges. It combines the 15-minute schedules of the energy markets with the much shorter time schedules of grid operators. The framework to be developed requires a multi-disciplinary approach: not only electrical power engineering, but also advanced control theory and the use of novel ICT concepts as well as appropriate legal and organisational instruments. Researchers Niels Blaauwbroek, PhD student at Eindhoven University of Technology Shahab Shariat Torbaghan, postdoctoral researcher at Eindhoven University of Technology Maryam Hajighasemi, PhD student at University of Twente Dirk Kuiken, PhD student at University of Groningen NWO-project number Duration

16 Smart Organisation of (Smart) Energy Systems (SO(S)ES) Main applicant Prof. dr. D.A. (Derk) Loorbach (Erasmus University Rotterdam) / Consortium Erasmus University Rotterdam, Alliander Samenvatting / Nederlands In dit stadium is het verre van duidelijk hoe de overgang naar een Smart Energy System gestalte zal krijgen. Demografische, economische en ecologische ontwikkelingen leiden tot een toenemende destabilisatie van het gevestigde gecentraliseerde en voornamelijk op fossiele brandstoffen gebaseerde energieregime, waardoor de structurele en systematische onzekerheden voor actoren die werkzaam zijn op regime-, niche- en landschapsniveau groter wordt. Voor de middellange termijn moeten belanghebbenden eerder zien om te gaan met onzekerheden dan dat ze ze kunnen verminderen, wat betekent zij deze onzekerheden moeten benaderen op een verkennende en evolutionaire manier, waarbij wederzijds leren centraal wordt gesteld. Vanuit het transitietheoretisch perspectief is een Smart Energy System te begrijpen als opkomend socio-technisch systeem dat zich ontwikkeld uit de interactiedynamiek tussen externe maatschappelijke drijfveren, innovatie binnen het huidige gecentraliseerde energieregime en opkomende, decentrale energieniches die gepaard gaan met technologische, sociale en / of institutionele innovatie. Wij zullen in nauwe uitwisseling met een verscheidenheid aan praktijkpartijen en consortiumpartner Alliander onderzoeken hoe synergieën en conflicten ontstaan als top-down en bottom-up innovaties elkaar ontmoeten. Vervolgens zullen we de mogelijke uitdagingen en kansen onderzoeken van een ontwikkeling in de richting van SES volgens het minst disruptieve patroon van de mogelijke transitiepatronen (het zogenoemde 'hybride transitiepatroon') en ideeën en suggesties voor institutionele ontwerpen en actorstrategieën ontwikkelen. Summary / English At this stage, it is far from clear how the transition to a Smart Energy System will take shape. Demographic, economic and ecological developments lead to an increasing destabilisation of the incumbent centralized and predominantly fossil-fuel based energy regime, thereby increasing structural and systemic uncertainties for actors operating at regime, niche and landscape level. For the medium term, stakeholders need to cope with uncertainties rather than being able to reduce them, which means that uncertainties need to be dealt with in an exploratory and evolutionary manner, putting mutual learning at centre stage. Taking a transition perspective (Geels and Schot 2007, Verbong & Loorbach, 2012, Smith & Raven 2012), a Smart Energy System can be understood as an emergent socio-technical system developing out of interacting dynamics between external societal landscape drivers, innovation within the current centralised energy regime and emerging, decentralised energy niches that involve technological, social innovation and/or institutional innovation. 16

17 We propose to examine, in close exchange with a variety of practitioners and consortium partner Alliander, how synergies and conflicts emerge when top-down and bottom-up innovations meet. Subsequently we will explore the possible challenges and opportunities for developing towards SES along the least disruptive of the possible transition patterns (the so-called 'hybrid transition pattern') and develop ideas and suggestions for institutional designs and actor strategies. Researchers Marloes Dignum, post-doctoral researcher at Delft University of Technology Rick Bosman, PhD student at Erasmus University Rotterdam Antonia Proka, PhD student at Erasmus University Rotterdam NWO-project number Duration

18 Car as Power Plant - Fuel cell cars creating an integrated, efficient, reliable, flexible, clean, multi modal and smart transport and energy system Main applicant Dr. ir. Z. (Zofia) Lukszo (Delft University of Technology) z.lukszo@tudelft.nl / Consortium Delft University of Technology, GasTerra, Eneco, Stedin, BAM, Q-Park, HyTruck, The Green Village, Shell Samenvatting / Nederlands De brandstofcelauto als elektriciteitscentrale is een paradigmaveranderend concept dat door prof. Ad van Wijk is bedacht. Het heeft de potentie om wereldwijd alle elektriciteitscentrales te vervangen en een geïntegreerd, efficiënt, betrouwbaar, flexibel, schoon en slim energie- en vervoersysteem te creëren. Het concept bestaat eruit dat brandstofcelauto's niet alleen bijdragen aan een efficiënter en schoner transport, maar dat de voertuigen in geparkeerde staat efficiënter elektriciteit kunnen produceren dan het huidige elektriciteitssysteem met als nuttige 'afvalproducten' warmte en zoet water. Wat betreft de technologie kan het energieproductiesysteem worden gevisualiseerd als een vloot van brandstofcelvoertuigen, waar auto's in geparkeerde staat (meer dan 90% van de tijd) met hun brandstofcel elektriciteit, warmte en zoet water produceren; al deze producten kunnen worden ingevoerd in de relevante netten en systemen. Maatschappelijk gesproken zijn de actoren die betrokken zijn bij het ontwerp, de bouw en de exploitatie van een dergelijk systeem parkeerplaatsexploitanten, de lokale elektriciteits-, warmte- en waterdistributiebedrijven, producenten en leveranciers van gas, waterstof, de apparatuur, de systemen en de software fabrikanten, maar ook gemeenten, toezichthouders, beleidsmakers en niet te vergeten de auto-eigenaren / -gebruikers. We onderzoeken de haalbaarheid van een brandstofcelautosysteem waarmee een afkoppelbaar gedecentraliseerd multimodaal energiesysteem kan worden ontworpen. De wetenschappelijke uitdaging ligt in het vormgeven, het beheersen en de werking van een dergelijk socio-technische systeem van de auto als elektriciteitscentrale, dat staat voor een geïntegreerd energie- en vervoerssysteem dat zuinig, efficiënt, schoon, robuust en betrouwbaar is met minimale maatschappelijke kosten in termen van zijn levenscyclus. Summary / English The fuel cell car as power plant, a paradigm changing concept, proposed by Prof. dr. Ad van Wijk, has the potential to replace all electricity production power plants worldwide, creating an integrated, efficient, reliable, flexible, clean and smart energy and transport system. The concept is that fuel cell cars not only contribute to a more efficient and cleaner transportation, but that when parked they can produce electricity more efficiently than the present electricity system and with useful 'waste' products heat and fresh water. In terms of technology, the energy production system can be envisaged as a fleet of fuel cell vehicles, where cars while parked (over 90% of the time) can produce with the fuel cell 18

19 electricity, heat and fresh water, which will be feed into the respective grids. From a social perspective the stakeholders directly and indirectly involved in the design, building and operation of such a system, are car park operators, the local power, heat and water distribution companies, gas suppliers, H2 producers, the equipment, system and software manufacturers but also municipalities, regulators, policy makers and not to forget the car owners/users. This project investigates the feasibility of hydrogen fuel-cell car system to design a detachable decentralized multi-modal energy system. The scientific challenge is in shaping, controlling and operating such a socio-technical system of Car as Power Plant representing integrated energy and transport system that is economic, efficient, clean, robust, and reliable with minimal societal costs over its life cycle. Researchers Esther Lee, PhD student at Delft University of Technology Farid Alavi, PhD student at Delft University of Technology NWO-project number Duration

20 ENergy-Based analysis and control of the grid: dealing with uncertainty and markets (ENBARK) Main applicant Prof. dr. C. (Claudio) De Persis (University of Groningen) / Consortium University of Groningen, TU Delft, DNV-GL, TenneT Samenvatting / Nederlands De energievoorziening is in een transitiefase van het klassieke model, waarin traditioneel opgewekte energie wordt getransporteerd naar industrie en consumenten, naar een gedecentraliseerd model van deels alternatieve energiebronnen en prosumers die zowel energie kunnen consumeren als produceren. Dit vraagt om een fundamentele herziening van de beheersstrategieën van het vermogensnetwerk, waarbij ook economische overwegingen worden betrokken. Zulke nieuwe beheersstrategieën voor slimme vermogensnetwerken moeten het mogelijk maken voor producenten en consumenten om voorzieningen en kosten die samenhangen met de productie en het verbruik van energie op eerlijke en efficiënte wijze te coördineren en delen, en dienen daarnaast robuust te zijn voor onzekerheid. In dit project wordt een kader ontwikkeld om economische factoren direct te koppelen aan de dynamica van fysische vermogensnetwerken. De onderzoekers ontwikkelen een nieuwe aanpak voor de modellering en het beheer van slimme vermogensnetwerken op basis van energie-functies. Het onderliggende wiskundige kader is gebaseerd op de theorie van porthamiltonse systemen. Dit schaalbare wiskundige model van het fysische vermogensnetwerk leent zich direct voor integratie met dynamische prijsstellingsalgoritmes, die het mogelijk maken om economische factoren in het beheer van smart grids mee te nemen. Deze combinatie van economische overwegingen en fysische energiestromen in een unificerend wiskundig kader is nieuw in de wetenschappelijke literatuur, en biedt naar verwachting een goed startpunt hoe toekomstige slimme vermogensnetwerken zullen worden geëxploiteerd. Summary / English Provisioning energy from traditional sources has become increasingly difficult due to several reasons, including new geopolitical scenarios. Environmental concerns and climate changes have also stimulated the interest towards renewable sources of energy such as wind and solar energy. Although today s technologies provide advanced devices for a more efficient exploitation of these resources, interfacing them to the grid still presents several challenges that demand for appropriate control strategies that guarantee stable operation. Any control strategy for future smart grids cannot disregard economical considerations that allow producers and consumers to fairly share utilities and costs associated with the generation and consumption of energy. In this research, we develop a new approach for the modelling, analysis and control of smart grids based on energy functions. Since energy is the main quantity of interest, this is the most natural approach to deal with the problem. The underlying mathematical 20