SMART GRID EVOLUTION SAMENVATTING WERKPAKKET 6 MODULAIRE ROUTEPLANNING

Transcriptie

1 SMART GRID EVOLUTION SAMENVATTING WERKPAKKET 6 MODULAIRE ROUTEPLANNING

2 SMART GRID EVOLUTION PROJECT Auteurs: Paul Burghardt, Niek Wijngaards, Klaas Bootsma Versie per Openbare Samenvatting

3 SMART GRID EVOLUTION SAMENVATTING WERKPAKKET 6 MODULAIRE ROUTEPLANNING (MRP) Ondersteuning van beheerste evolutie in gebieden van slimme netwerken op basis van systeemmodellen en scenario-gebaseerde besluitvormingsmethoden. VERSIE 1.0 Het project Smart Grid Evolution (SGE): Developing a service platform for the internet of energy is tot stand gekomen via de regeling TKI:Switch-2-smartgrids: Intelligente Netten onder de Topsector Energie. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) voert deze regeling uit en verschaft daarvoor een subsidie vanuit de Subsidieregeling Energie Innovatie (project referentienummer TESG113013). Modulaire routeplanning (MRP) 03

4 OPSCHALING DOOR FACILITERING VAN LOKALE INITIATIEVEN Het Smart Grid Evolution (SGE) project is opgedragen de voorbereidingen te treffen voor een grootschalige demonstratie van smart grids, waarbij aansluitingen worden betrokken. Gebleken is dat men daarbij een oplossing moet vinden om belanghebbenden te betrekken bij het gezamenlijk ontwerpen van complexe energiesystemen die ieder weer uit vele (deel)systemen bestaan. Men spreekt wel van systems of systems en onderkent dat men bij veranderingsprocessen rekening moet houden met hoe het ene het andere beïnvloedt. Daarnaast leidt de inherente complexiteit van energiesystemen, de onderlinge verwevenheid van de systems-of-systems en de diversiteit van (deel)oplossingen ertoe dat kennis bijeen gebracht moet worden uit vele vakgebieden. Het is een uitdaging om met deze ingewikkelde materie om te kunnen gaan in praktische ontwerpprocessen van energiesystemen in grotere gebieden. Daartoe zijn hulpmiddelen benodigd om de ingewikkelde materie op besluitvormingsniveau hanteerbaar te maken. Werkpakket 6 heeft zich er op gericht hiervoor geschikte hulpmiddelen bij elkaar te brengen en verder te ontwikkelen. Samenwerking met lokale en regionale initiatiefnemers, netbeheerders en experts heeft geleid tot de bevinding dat grootschalige smart grids niet alleen via een top-down blauwdruk gerealiseerd kunnen worden. In feite zal ook een veelvoud aan lokale en regionale initiatieven bottom-up het heft in handen moeten nemen. Men zal in de context van gebiedsontwikkeling met voortschrijdende en op elkaar afgestemde top-down en bottom-up planningen de grootschalige adoptie van smart grid-technologieën moeten zien te bewerkstelligen. De ondersteuning van zulke ontwerpprocessen zal rekening moeten houden met een dergelijke multi-stakeholder problematiek op meerdere niveaus. Gebleken is dat er in de communicatie over mogelijke oplossingen en plannen veel ruis zit door verschillen in kennis en in de veelvormige wijze waarop men initiatieven aanpakt. Hoe kan een ingewikkelde materie, ook nog eens in een ingewikkeld netwerk van betrokkenen, in de hand gehouden worden? MANAGED EVOLUTION Zoals de naam van dit project al aangeeft Smart Grid Evolution is te verwachten dat een evolutieproces van systems of systems zal plaatsvinden. Wanneer men dit stapsgewijze transitieproces beheerst wil laten verlopen, heeft men de ambitie er een managed evolution proces van te maken. Managed Smart Grid Evolution betekent dat men gezamenlijk processen, methoden en technieken toepast om de planning, monitoring en bijsturing van de energietransitie in gebieden ter hand te nemen. De uitdaging voor Openbare Samenvatting 04

5 HOOFDPUNTEN werkpakket 6 Systems of Systems is geweest inzicht te verwerven in beschikbare praktijken en hulpmiddelen hiervoor, na te gaan in hoeverre die in de praktijk geschikt zijn voor de beoogde grootschalige ontwerpprocessen op lange termijn, en het maken van een aanzet voor aanvullende systems of systems hulpmiddelen waar nodig. Dit heeft gedurende een leerproces van drie jaar geleid tot het ontwikkelen van een aanpak voor modulaire routeplanning (MRP) en het voorstel tot de inrichting van een onafhankelijke open kennisbank ( concept bank ) voor (her)bruikbare oplossingen c.q. modules. Met name de concrete samenwerking met initiatieven in gemeentelijk verband heeft de gelegenheid geboden het werk in uitvoering te toetsen en te verbeteren met de zo verworven inzichten. RANDVOORWAARDEN VOOR SUCCES Er worden in Nederland vele initiatieven genomen om de energietransitie in kleinere en grotere gebieden te plannen. Bij de meerjarige planvorming door programmamanagers van gemeenten en regio s worden onder meer burgers, beleidsmakers, bedrijven, woningcorporaties, netbeheerders en kennisinstellingen betrokken. De planningsprocessen zijn er mee gebaat wanneer men ten minste dit zijn randvoorwaarden voor succes - in staat is tot (A) het uitwerken van individuele en gezamenlijke doelen tot meetbare indicatoren; (B) het op een hanteerbare wijze verkrijgen en begrijpen van een grote variëteit aan mogelijke planbare oplossingen (in MRP noemen we dat modules ) ; (C) het schatten van de impact van individuele modules op kengetallen van het gebied; (D) het gemakkelijk kunnen exploreren van diversie systeemconfiguraties, scenario s en planningen; (E) het schatten van de impact op gestelde doelen door configuraties en scenario s waarbij vele modules betrokken zijn en (F) het monitoren en her-plannen na verloop van tijd en realisatie van eerste veranderingen. Deze randvoorwaarden zijn minimale, maar niet voldoende, voorwaarden voor een geslaagde energietransitie. Andere voorwaarden die ontegenzeggelijk een rol spelen betreffen sociale, technische, economische en politieke vermogens van de actoren in een gebied en de bereidwilligheid veranderingen door te zetten. De hierboven gestelde randvoorwaarden voor het planningsproces bieden een structuur voor communicatie over het gevolgde planningsproces en de bekeken elementen daarin: herkenbare en inspecteerbare herbruikbare modules ingepland in scenario s met impact op doelen. Gebleken is dat het in de praktijk nog niet zo gemakkelijk is om aan deze randvoorwaarden te voldoen voor gebiedsplanning. De MRP-aanpak helpt bij het benodigde kennismanagement van een toch hele ingewikkelde materie. MODULAIRE ROUTEPLANNING (MRP) Voor het begeleiden van dit soort meerjaren-veranderingen aan een energiesysteem is de Modulaire Routeplanning aanpak (MRP) uitgewerkt als een manier om aan de randvoorwaarden te kunnen voldoen. MRP is een aanvulling op de bestaande methoden en technieken en volgt Modulaire routeplanning (MRP) 05

6 een aanpak die aansluit bij praktische besluitvormingsprocessen. Om dit te bewerkstelligen is de MRP-aanpak in samenwerking met de gemeente Hof van Twente ontwikkeld en heeft het zich laten inspireren door de door de raad goedgekeurde nota Routekaart naar een energieneutraal Hof van Twente in Door uit te gaan van een concrete casus kon de bruikbaarheid van de aanpak stapsgewijs getoetst en verbeterd worden met een agile aanpak. SYSTEMS OF SYSTEMS MODELLEN In de MRP-aanpak leidt de gezamenlijke uitwerking van doelen en indicatoren tot het doelgericht exploreren van mogelijke scenario s. Elk scenario bestaat uit ingeplande modules en krijgt een score voor de gestelde doelen. Uit de best presterende scenario s wordt een route gekozen voor verdere uitwerking, goedkeuring en implementatie. Na verloop van tijd wordt de voortgang van de route gemonitord en kunnen scenario s opnieuw worden verkend met gebruikmaking van nieuwe of verbeterde modules. Waar mogelijk en gewenst kan gebruik worden gemaakt van energie-transitie rekenmodellen zoals ETM, ETM-MOSES, of Triana (zie werkpakketten 2 en 4) om impact van een of meer modules te berekenen. Daarnaast kunnen ook andere rekenmodellen gebruikt worden: zie voor een overzicht de website van Netbeheer Nederland 1. De MRP-aanpak is gestoeld op een systems-of-systems voorstelling c.q. modellering van energiesystemen in combinatie met scenario-gebaseerde methoden en technieken ter ondersteuning van besluitvorming. De MRP- modules zijn goed gedocumenteerde beschrijvingen van (delen van) energiesystemen met het oog op het maken en monitoren van energietransitie scenario s en planningen. De modules stellen energiesystemen voor als systems die met elkaar in wisselwerking staan. De modules beïnvloeden elkaar en wisselen informatie uit volgens bepaalde spelregels. In de gekozen service-oriented voorstellingswijze van systemen wordt ervan uitgegaan dat de modules diensten (services) leveren en afnemen van elkaar. Zo kunnen volgens dit opbouw- c.q. architectuur-principe grotere en meer complexe systemen van systemen worden samengesteld. Daarbij is het goed mogelijk zowel technische als organisatorische en economische systemen te combineren, wanneer deze door middel van services met elkaar kunnen interacteren. Kortom, modules kunnen uit kleinere modules worden opgebouwd, en kunnen ook weer gebruikt worden om grotere modules samen te stellen. Het zijn als het ware de conceptuele bouwstenen waarmee energiesystemen kunnen worden ontworpen. Van belang is verder dat alle modules kwantitatieve kenmerken hebben waarmee de impact van een module op belangrijke kengetallen voor de besluitvormers worden uitgedrukt, zoals de afname/toename van de hoeveelheid gebruikte fossiele energie, of bijvoorbeeld de afname/ toename van de hoeveelheid CO2-uitstoot. Zulke impactgetallen zijn gebaseerd op de best beschikbare informatie die men weet te verkrijgen uit openbare bronnen. Bij de eerste uitwerking van MRP in het SGE-project heeft vooral dit aspect de nadruk gekregen. Veelal is gewerkt met enkelvoudige oplossingen waarbij het modelleren van de systems-of-systems (de compositie) nog 1 Openbare Samenvatting 06

7 HOOFDPUNTEN niet zo belangrijk was voor de betreffende casus. Wel is gebleken dat de service-georiënteerde compositie van systemen veel belangrijker wordt naarmate smart (micro) grid systemen in volle omvang worden meegenomen in MRP-plannen. De kansen daarvoor nemen in de praktijk toe, wanneer zulke toch relatief onbekende oplossingen meegenomen worden in scenario s met goed bekende oplossingen. MODULES VERPAKKEN EXPERTKENNIS Met deze aanpak wordt mogelijk anders te werk gegaan dan gebruikelijk is in het energie domein, waar veel technische expertise aanwezig is. Op het niveau van de modules waarmee scenarioplanningen worden gemaakt door diverse belanghebbenden, die veelal niet die expertise hebben, wordt bij MRP bewust geabstraheerd van de complexe werkelijkheid van fysieke systemen en netwerken. Weliswaar worden de resultaten van empirisch onderzoek en/of de uitkomsten van wetenschappelijk gestoelde simulaties gebruikt; bij de planningsmodules zijn we alleen geïnteresseerd in de impactgetallen (de delta s van kengetallen) die voor planningsdoeleinden van belang zijn. Om tot de juiste getallen te komen en de juiste gegevens te verzamelen, kan de documentatie van modules in ieder gewenst detail aangeven welke deelsystemen worden gecombineerd, hoe dat werkt en wat daarvan de effecten zijn. Het opstellen en uitwerken van dergelijke documentatie vereist veel technische en wetenschappelijke expertise. Voor planningen is het echter zaak op basis van zulke kennis inplanbare modules op te leveren die bruikbaar zijn in de context van gebiedsplanning, waarbij zo veel mogelijk specialistische kennis op de achtergrond wordt geplaatst. Die kennis wordt wel gebruikt, maar zit als het ware verpakt in de module-beschrijvingen. De diensten c.q. services die modules als geheel kunnen leveren staan op de voorgrond, evenals de impact die een module zal hebben op gestelde doelen en daarbij gebruikte indicatoren. MODULAIRE ROUTEPLANNING IS TRANSPARANT Van belang is dat de modules transparant zijn, doordat zij openbaar gedocumenteerd worden en duidelijk aangeven welke gegevens zijn gebruikt, welke aannames zijn gedaan, en hoe e.e.a. berekend wordt. Zo blijft het altijd mogelijk na te gaan waarop planningen gebaseerd zijn, en is het mogelijk de grondslagen van modules openbaar te bekritiseren en te verbeteren. Met de modularisatie wordt in feite ook een taakverdeling gemaakt tussen experts en planners. Experts weten wat er aan de binnenkant van modules gebeurt en waarom modules in staat zijn bepaalde diensten te leveren en een bepaalde impact te hebben. De planners hoeven dat niet te weten en make van de buitenkant van de modules gebruik om met meer gemak plannen te maken. Deze aanpak heeft geleid tot een gestructureerde manier van beschrijven van modules als herhaalbare, gevalideerde, en verbeterbare, onderdelen van energiesystemen. Zij bevatten de Modulaire routeplanning (MRP) 07

8 HOOFDPUNTEN best beschikbare openbare kennis over de impact van mogelijke oplossingen. De aanpak is bedoeld om experts op het gebied van smart grid-oplossingen beter in staat te stellen een methodische en gestandaardiseerde vertaalslag te maken van beschikbare kennis naar een breder publiek van belanghebbenden. Door de kennis te modulariseren wordt deze beter herbruikbaar en neemt de kans toe dat die op grotere schaal in praktijk gebracht wordt. Met het oog op efficiënt hergebruik wordt voorgesteld dat dergelijke modules publiek gedeeld kunnen worden via een open en onafhankelijke kennisbank, die de groei en verbetering van modules op grond van vrijwillige bijdragen mogelijk maakt. AGGREGATIE VAN PLANNEN Het uitwerken van de modules, modulaire routeplanning en de concept bank in samenwerking met de casus van Hof van Twente heeft geleid tot een goed doordachte aanpak, die ingezet kan worden bij meerdere initiatiefnemers: gemeenten en regio s van gemeenten. De onderliggende systems-of-systems-uitwerking biedt de mogelijkheid tot het aggregeren van de scenario s en routes van verschillende initiatiefnemers. Zo wordt het in gezamenlijkheid mogelijk om een beheerste evolutie naar aansluitingen te realiseren. Al doende worden met een agile werkwijze meer modules vergaard voor publiekelijk hergebruik, wordt de concept bank ingericht en de nodige ondersteunende tooling ontwikkeld. Met behulp van modulaire routeplanning (MRP) wordt het beter mogelijk de stapsgewijze ontwikkeling van energiesystemen in de richting van smart grids mogelijk te maken in grotere gebieden. Zo worden de beoogde grotere demonstratieprojecten mogelijk waarmee de Nederlandse samenleving haar innovatievermogen kan tonen. KENNISMANAGEMENT Al met al draagt werkpakket 6 bij aan het algehele SGE-project vanuit het perspectief van managed evolution van systems of systems. Uit het onderzoek van bestaande hulpmiddelen is gebleken dat een beter kennismanagement en communicatie nodig is om een tijdige opschaling van smart grids mogelijk te maken. Met name de kennisoverdracht vanuit de wetenschap en experts in het energiedomein naar de vele niet-gespecialiseerde belanghebbenden bij lokale initiatieven is zeer gewenst. Verdere uitwerking en toepassing van modulaire routeplanning biedt hiervoor een mogelijke oplossingsrichting. Dit document brengt de belangrijkste elementen uit meerdere werkdocumenten van werkpakket 6 samen waar het work in progress met meer diepgang wordt uitgewerkt (zie de lijst van bijlagen). Deze compilatie vormt tezamen deliverable D6.1 en dient tevens als de publieke samenvatting van de resultaten van werkpakket 6: Systems of Systems. ACKNOWLEDGEMENT: Dit project is tot stand gekomen door een subsidie van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland ( binnen het TKI-programma Switch2SmartGrids. (TESG113013) Openbare Samenvatting 08

9 INHOUDSOPGAVE HOOFDPUNTEN INHOUDSOPGAVE 1 HET SMART GRID EVOLUTION PROJECT 2 DE UITDAGING VOOR GEBIEDSPLANNING 3 DE MODULAIRE ROUTEPLANNING AANPAK 4 HOF VAN TWENTE CASUS 5 FUNDAMENT 6 CONCLUSIES EN VERVOLG BIJLAGEN AFBEELDINGEN AUTEURS: De auteurs werkten aan Werkpakket 6 onder verantwoordelijkheid en penvoerderschap van COGAS B.V. Paul Burghardt - paul.w.burghart@gmail.com +31( 0) ) (inhuur van Thales Nederland BV) Niek Wijngaards - niek@trinso.nl, +31 (0) (inhuur van Trinso BV) Klaas Bootsma - k.bootsma@cogas.nl Met dank aan Wilma Paalman en Guido Wallraven voor de medewerking vanuit de Gemeente Hof van Twente en aan het gehele SGE-team voor de sparring waardoor MRP in aanvulling op alle overige resultaten een onderdeel kon worden van de SGE Methodiek in het algemeen. 09

10 Het TKI Switch2SmartGrids-project Smart Grid Evolution (SGE) wordt getrokken door Cogas BV (penvoerder) met als voornaamste partners Alliander NV en de drie technische universiteiten van Delft, Eindhoven en Twente. Het project wordt verder van advies voorzien door Thales, Siemens, en de MKB-bedrijven Net2Grid en Dr. Ten. De intentie van het SGE-project is in goede samenwerking met netbeheerders, kennisinstellingen en het bedrijfsleven voorbereidingen te treffen voor de opschaling van slimme netwerken c.q. innovatieve energiesystemen in brede zin. Het SGE-project bereidt de opschaling van smart-grids voor door te verkennen wat er in de praktijk gaande is. Er wordt onder meer samengewerkt met het platform kennisdeling van NBNL en de landelijke werkgroep Energietransitie-rekenmodellen (ETRM). Bijzondere aandacht wordt besteed aan relevante standaarden en referentiemodellen (USEF, IEC, SGAM). Onderkend wordt dat een succesvolle (grootschalige) aanpak goed moet aansluiten op de drijfveren en dynamiek van de vele lokale initiatieven die zich vaak in gemeentelijk verband aftekenen. Ook dient de aanpak mee te werken aan de aanpak van digitaal netbeheer en de ontwikkeling van producten en diensten voor klant en markt, daarbij gebruikmakend van technologische ontwikkelingen. De aanpak wordt getoetst aan de praktijk met casussen in Overijssel (met een focus op de gemeente Hof van Twente) waarbij meerdere scenario s worden uitgewerkt. Hiermee treft het SGE-project voorbereidingen voor een voorwaardenscheppend meerjarenprogramma, dat de totstandkoming en uitvoering van lokale projecten faciliteert. Daarin wordt kennisoverdracht van best practices (ontwerpen, rekenmodellen, componenten) gezien als een essentiële voorwaarde voor succes. Daartoe bevat het project de volgende inhoudelijke werkpakketten: WP2: Inbedding in State of the Art, WP3: Conceptueel Ontwerp, WP4: Waardenbepaling, WP5: Technisch Ontwerp, en WP6: Systems of Systems. Deze deliverable (D6.1) beschrijft de resultaten van werkpakket WP6: Systems of Systems. Dit werkpakket heeft als doel vanuit een systems of systems perspectief bij te dragen aan processen, methoden en technieken waarmee de evolutie van een (grootschalig) energiesysteem naar een smart grid beheerst kan verlopen. Hiermee verschaft WP6 een deel van de hulpmiddelen die benodigd zijn om het conceptuele ontwerp van energiesystemen op schaal tot stand te brengen. Dit sluit aan bij WP3 waar men zich geplaatst ziet voor de uitdaging om de ontwerpprocessen op te schalen van kleinschalige projecten naar ontwerpen voor gebieden. De aanpak sluit aan bij werkpakket 4 doordat het gebruik kan maken van de daar ontwikkelde waardenanalyse bij de vaststelling van doelen en indicatoren. Voorts kunnen de door WP4 ontwikkelde simulatiemodellen voor gebieden (ETM-Moses) gebruikt worden om de kengetallen van modules in detail door te rekenen. De door WP6 gebruikte aanpak verschaft ook een methode waarmee door werkpakket 5 geïnventariseerde bouwstenen opgenomen Openbare Samenvatting 10

11 1. HET SMART GRID EVOLUTION PROJECT kunnen worden in planbare oplossingen. Verder is gebleken dat de simulatiemodellen waaraan vanuit de universiteiten is gewerkt in het kader van werkpakket 2 van grote waarde zijn voor het doorrekenen van modules voor onder meer micro-grids en Home Energy Management Systemen (HEMS). In zekere zin staat WP6 haaks op het werk van de andere werkpakketten. Het onderkent volledig het belang van het stappenplan dat in werkpakket 3 is uitgewerkt om tot een conceptueel ontwerp te komen, het belang van de rekenmodellen waarop werkpakket 4 met behulp van werkpakket 2 zich op gericht heeft, en ook het belang van interoperabiliteit, architectuur en standaardisatie waar werkpakket 5 zich op heeft gericht. Het doel van WP6 is geweest de brug te slaan tussen deze expertkennis en het praktische werk van planners aan concrete cases. Dit document gaat eerst in op de uitdaging waartoe WP6 zich zag gesteld. De daaruit voortkomende aanpak voor Modulaire Routeplanning (MRP) wordt beschreven in relatie tot de eerste toepassing daarvan in samenwerking met de gemeente Hof van Twente en haar Routekaart naar een energieneutraal Hof van Twente in Een korte toelichting wordt gegeven over de fundamenten van deze aanpak, waaronder de systems-of-systems modellering, de modules en de kennisbank (concept bank) en de scenario-gebaseerde besluitvormingstechnieken. Dit document sluit af met een bespreking van de behaalde resultaten en geeft een vooruitblik naar de toekomst. Geïnteresseerden die hierover in meer detail willen lezen worden verwezen naar de lijst van bijlagen aan het eind van dit document en worden aangeraden contact op te nemen met de auteurs over het verdere work in progress. MRP wordt in interactie met praktische toepassingen stapsgewijs doorontwikkeld. Figuur 1. Positionering bijdrage WP6 aan de SGE methodiek Modulaire routeplanning (MRP) 11

12 De opgedane inzichten binnen het SGE-project laten zien dat een top-down standaardprogramma om smart grids op te schalen, zich in de praktijk moeilijk laat verenigen met de grote diversiteit van stakeholders die lokaal initiatief, maatwerk en lokaal belang vooropstellen. Het SGE-project is eerder aangewezen een voorwaardenscheppend programma tot stand te brengen dat bottom- up ondersteuning kan bieden aan lokale initiatieven. Met zo n ondersteuningsprogramma kunnen lokale initiatieven sneller en gemakkelijker ontwikkeld worden met een grotere kans op succes. Kenmerkend is dat de drempel wordt verlaagd om gebruik te maken van slimme oplossingen in de breedste zin van het woord. Ook wordt ervoor gezorgd dat de gekozen oplossingen voor een gebied als geheel smart zijn. Het is om die reden ook zaak smart grids te bezien in de context van smart cities. Op de meeste locaties zullen de uiteindelijk beoogde smart grids niet tot stand worden gebracht via één enkel project. Er is in feite een reeks van op elkaar voortbouwende projecten voor nodig, waarmee in de loop van de jaren de gewenste schaal en complexiteit op gebiedsniveau wordt gerealiseerd. Daar is een zekere coördinatie en programmamanagement voor nodig. Zo dragen projecten voor de uitrol van de slimme meter en het treffen van maatregelen vanuit digitaal netbeheer bij aan de totstandkoming van smart grids. In veel gevallen zal de businesscase voor slimme sturing en flexibiliteitsdiensten pas op langere termijn ontstaan, als gevolg van de stapsgewijze opschaling van alle benodigde technische componenten en veranderingen in organisaties en wet- en regelgeving. Op korte termijn is het daarom vooral van belang te anticiperen op de stapsgewijze ontwikkeling van smart grids, en daarin zo verstandig mogelijke keuzes te maken. Met behulp van system-of-systems modellering van de uiteindelijk beoogde configuratie van systemen kan men beter plannen opstellen en monitoren, om daadwerkelijk de algehele functionaliteiten te bewerkstelligen. Het succes van de beoogde opschaling van smart grids tot een grote proeftuin in de komende jaren, hangt in hoge mate af van de mate waarin lokale initiatieven de relevante smart grid-technieken, rollen en diensten opnemen in hun visies, scenario s, planningen en projectontwerpen. Projecten met smart grids zullen moeten concurreren met meer bekende en beproefde projectconcepten waarbij energiebesparing, zonnepanelen, windmolens, warmtepompen en elektrisch vervoer voorop staan. Smart grid-projecten maken pas kans van slagen wanneer overtuigend aangetoond kan worden dat zij aanzienlijke financiële voordelen bieden voor lokale stakeholders op afzienbare termijn. Het streven is om ook de resultaten van proeftuinen en andere smart grid-projecten op zo n manier vast te leggen en te verspreiden dat toekomstige projecten deze gemakkelijk met no-regrets kunnen meenemen bij het maken van integrale systeemontwerpen en roadmaps. Zo ontstaat een permanente leeromgeving met een groeiende waarde. Openbare Samenvatting 12

13 2. DE UITDAGING VOOR GEBIEDSPLANNING Samengevat, ook op basis van de discussies met lokale initiatieven en de dialoog met de casus van Hof van Twente, heeft dit geleid tot de volgende inzichten en uitdagingen: Er is geen strak geleide blauwdruk of plan te maken naar een Nederlands smart grid van aansluitingen. De schaalgrootte en aantal betrokken stakeholders zal leiden tot een veelvoud van kleinere en grotere projecten verspreid over meerdere jaren. Een volledig top-down organisatie en ontwerp daarvan zal waarschijnlijk niet plaatsvinden, toch is dit wel gewenst en mogelijk om afstemming van ontwikkelingen in gebieden mogelijk te maken. Daarom is wel een agile, programmatische, voortschrijdende, evolutionaire planning gewenst. Van belang is dat in zo n programma kennis en leerervaringen uit eerdere projecten effectief doorgegeven worden aan vervolgprojecten. Veranderingen zullen veelal bottom-up ontstaan door initiatiefnemers waaronder gemeenten, regio s en organisaties zoals woningcorporaties, wijken, energie coöperaties en netbeheerders. Initiatiefnemers hebben elk hun eigen doelen, middelen en planningen. Er is behoefte om deze gemakkelijk op te kunnen tellen en te coördineren voor zowel de planning als de monitoring. De top-down gezichtspunten en bottom-up initiatieven kunnen het beste gecombineerd worden in plannen voor energiesystemen op gebiedsniveau, omdat daar de onderlinge samenhang van technische en organisatorische systemen duidelijk zichtbaar gemaakt kan worden. Men kijkt dan niet alleen op microniveau naar projecten (de kleinschalige initiatieven) of op macroniveau (beleid- en ontwerpprincipes) maar op mesoniveau, waar specifieke systemen-van-systemen op elkaar afgestemd kunnen worden. De diensten c.q. services die systemen aan elkaar leveren zijn in feite de verbindingen tussen systemen in een gebied. Initiatiefnemers hebben een beperkt zicht op mogelijke maatregelen die ze kunnen nemen om het energiesysteem veranderen. Naast bekende oplossingen zoals het gebruik van zonnepanelen, zijn smart grid-concepten relatief onbekend. Deze worden daarom regelmatig volledig niet opgenomen in de huidige (gezamenlijke) meerjarenplannen. Initiatiefnemers hebben in beperkte mate kennis van de mogelijke gezamenlijke effecten die hun veranderingen aan het energiesysteem teweegbrengen. Naast voor de hand liggende energetische effecten (hoeveelheid opwek en gebruik) zijn ook andere effecten bij besluitvormingsprocessen van belang zoals de betrouwbaarheid, schaalbaarheid, en betaalbaarheid van het energiesysteem. Dergelijke systeemkwaliteiten vallen al gauw buiten beschouwing. Modulaire routeplanning (MRP) 13

14 2. DE UITDAGING VOOR GEBIEDSPLANNING 6 7 Initiatiefnemers hebben onvoldoende mogelijkheden (tijd, geld, expertise) om zelfstandig en in samenwerking plannen te ontwikkelen, te monitoren en bij te sturen. Veel relatief kleinschalige projecten vinden op zichzelf plaats zonder meer programmatische afstemming op gebiedsniveau. Samenwerking tussen initiatieven kan leiden tot betere vervulling van eenieders eigen doelen en de gezamenlijke doelen. Het evolutieproces strekt zich uit over meerdere jaren, tot tientallen jaren aan toe. Daarmee overschrijdt het proces van opstellen en begeleiden van deze transitie ook meerdere beleidsperioden van openbare bestuurders. Dit betekent dat voortgang per beleidsperiode zou moeten worden gemonitord, en dat men iedere keer weer de doelen heroverweegt en aanscherpt. Ook kan bij iedere nieuwe planperiode gebruik gemaakt worden van wat men van eerdere projecten heeft geleerd, en kunnen de nieuwste kennis en technologie c.q. innovaties worden meegenomen bij de vernieuwing van de plannen. Openbare Samenvatting 14

15 3. DE MODULAIRE ROUTEPLANNING AANPAK De Modulaire Routeplanning-aanpak (MRP) is voortgekomen uit een user-driven ontwikkeling van een oplossing voor de eerder genoemde uitdagingen. De aanpak moet zorgen dat: 3 Een initiatiefnemer what-if situaties kan uitproberen; 3 Alle scenario s gemeten worden met 1 maat; 3 Doelen, indicatoren op maat opgesteld kunnen worden per initiatiefnemer; 3 De initiatiefnemer zijn prioriteiten kan aanpassen; 3 Een scenario is eenvoudig uit te breiden met innovaties en best practices ; 3 Het past in het proces van monitoren en bijsturen van een meerjaren programma; 3 Een initiatiefnemer eenvoudig en snel veel scenario s kan maken, bekijken en vergelijken; 3 Alle getallen transparant zijn: elke berekening en waarde is inspecteerbaar; 3 Scenario s van meerdere initiatiefnemers geaggregeerd kunnen worden, zodat planningen op gemeentelijke en regionale schaal gemaakt kunnen worden. De MRP-aanpak is gebaseerd op het gebruik van modules, waarmee het mogelijk is om veranderingen aan een energiesysteem weer te geven. Modules beschrijven op een gedisciplineerde wijze energiesystemen voor planningsdoeleinden. De modules verschaffen met name de te verwachten delta s op de kengetallen van een gebied. Elke module is gebaseerd op een voorbeeld, of een best practice, een maatregel, een bewezen implementatie, proefproject, of veelbelovende uitkomst van onderzoek door bv. de vier technische universiteiten (4TU s). De beschrijving van een module, en in het bijzonder de meetbare effecten, wordt gevalideerd door peer-review en andere inspectie methoden. Door het validatieproces en de annotatie van bronnen worden kwalitatief volwassen beschrijvingen van energiesystemen bereikt, wat de modules bespreekbaar, hanteerbaar, en herbruikbaar maakt. Een kwaliteitsborgingsproces en een stapsgewijs verbeteringsproces over de modules heen is essentieel voor het succes van de aanpak. Modulaire routeplanning (MRP) 15

16 Figuur 2. Stadia binnen de modulaire routeplanning aanpak In essentie volgt de MRP-aanpak de volgende stadia, zoals getoond in bovenstaand figuur. Deze stadia worden typisch niet eenmalig op volgorde doorlopen, maar meerdere keren ( iteratief ) herhaald, waardoor het uiteindelijke resultaat een verscherping van de doelen is, tezamen met bijgestelde scenario s met ingeplande modules, evaluaties van deze scenario s en het als route gekozen scenario. Openbare Samenvatting 16

17 3. DE MODULAIRE ROUTEPLANNING AANPAK DOELEN VASTSTELLEN In overleg met een initiatiefnemer worden de eigen doelen verbijzonderd en uitgewerkt totdat de doelen te relateren zijn aan meetbare indicatoren. Hiermee worden doelen tastbaar gemaakt en kan de besluitvorming van de initiatiefnemer beter onderbouwd worden. Alhoewel het vaststellen van doelen per initiatiefnemer meer inspanning nodig heeft, wordt daarmee wel tegemoetgekomen aan de specifieke behoeften van een initiatiefnemer. Door daarbij bekende definities van doelen en indicatoren (kengetallen) te hergebruiken, wordt het mogelijk plannen van verschillende initiatiefnemers te vergelijken en te aggregeren. Het is in de MRP-aanpak ook mogelijk een bepaald plan met verschillende doelen en indicatoren te evalueren, zoals een individuele evaluatie op maat versus een evaluatie van gezamenlijk overeengekomen doelen en indicatoren. Onderstaand figuur laat een voorbeeld zien van de relatie tussen doelen en meetbare indicatoren: de richting van de pijlen geeft de berekenwijze weer. Het geheel vormt een zogenoemde doelboom of evaluatieboom. Direct meetbare indicatoren (fossiel aardgas gebruik, opgewekte elektriciteit) gaan over de eigenschappen van een energiesysteem, zoals die in modulen worden beschreven en in een scenario worden berekend. Deze meetbare indicatoren kunnen allerlei waarden c.q. eenheden hebben, zoals 200 miljoen kwh/jaar, 2104 m2 PV-panelen, 20 k, 8,23 ton/jaar CO2, et cetera. Indirecte indicatoren zijn additionele verwerkingen en verrijkingen, die uiteindelijk omgezet worden in genormaliseerde indicatoren (met dezelfde eenheid) zodat ze vergelijkbaar worden. Indirecte indicatoren kunnen ook werken met doelwaarden, waarmee een streven kan worden uitgedrukt. Deze genormaliseerde indicatoren moeten een waarde krijgen tussen 0 en 1 (inclusief 0 en 1), waarbij 1 de hoogste (beste) waarde is. Daarmee hebben ze in feite dezelfde eenheid. Genormaliseerde indicatoren kunnen dan via een gewogen optelling tot scores van doelen omgezet worden: deze weging (bv. 30%, 23% en 47% dat optelt tot 100%) geeft een prioritering van de initiatiefnemer aan. Modulaire routeplanning (MRP) Figuur 3. Voorbeeld van uitwerking van doelen tot meetbare indicatoren. 17

18 Deze techniek om doelen te concretiseren en deze per scenario te kunnen berekenen, is gebaseerd op kennis uit het vakgebied multi-criteria decision analysis (MCDA). In het algemeen kunnen we stellen dat per tijdstap in een scenario het bepalen van de waarden voor direct meetbare indicatoren meer werk is, en het doorrekenen van een doelen-boom minder werk is. MODULES VINDEN EN BESCHRIJVEN Modules verpakken op een conceptueel niveau een of meer goede voorbeelden die daardoor meerdere malen ingepland kunnen worden in een of meer scenario s. Modules worden gebaseerd op best practices, proefprojecten, onderzoek & ontwikkeling, et cetera. Een module beschrijft een verandering aan een energiesysteem en benoemt de fysieke veranderingen, evenals wat daarvan tijdelijk (eenmalig) is en wat blijvend (jaarlijks terugkerend) en de impact van deze veranderingen. Hiertoe behoren ook financiële effecten, zoals investeringen en rendement. De beschrijvingen zijn zodanig dat ze te vermenigvuldigen zijn : als een module n-keer wordt ingepland, is de verandering ook n-keer zo groot. Elke module moet een gevalideerde impact beschrijving bevatten, waarbij de bron en methode voor het bepalen van elke impact wordt beschreven. Door modules zo gedegen te beschrijven, zijn ze herhaalbaar en herbruikbaar. Modules en hun beschrijvingen zijn bij voorkeur open data en zijn ook bruikbaar voor andere werkwijzen en doeleinden dan die van de MRP. Opgemerkt wordt dat het vinden en beschrijven geen sinecure is. Van veel projecten wordt niet alle kennis openbaar gemaakt noch op een gemakkelijk te verwerken wijze ter beschikking gesteld. Het is daarom veel werk om de informatie te vergaren en modules te maken. Het is de moeite om dat te doen wanneer modules veelvuldig hergebruikt worden en het werk van planmakers daarmee beduidend verlicht wordt. Figuur 4. Modularisatie maakt Expertkennis bruikbaar voor ontwerp en planning Openbare Samenvatting 18

19 3. DE MODULAIRE ROUTEPLANNING AANPAK De aanbeveling voor openbare documentatie en onderhoud van modules (in een concept bank) is gedaan omdat de productie en het onderhoud van modules de bijdragen vereist van vele vakgebieden en experts. Wanneer dit niet in openheid gebeurt, stokt de ontwikkeling al snel vanwege discontinuïteit tussen (gesubsidieerde) projecten, financiële overwegingen en ook complicaties met betrekking tot intellectueel eigendom. Dé reden om mee te werken aan deze collectieve voorziening, is dat het positieve invloed heeft op economische ontwikkelingsprocessen van velen en een gunstige voorwaarde voor een tijdige energietransitie. SCENARIO S OPSTELLEN Elk scenario geeft weer hoe een energiesysteem over de tijd verandert. Al de scenario s van een initiatiefnemer gaan uit van hetzelfde uitgangspunt met dezelfde nulwaarden. Dit is een beschrijving van het energiesysteem inclusief de waarden van de meetbare indicatoren. De initiatiefnemer definieert een aantal tijdsperioden waar elk scenario gebruik van moet maken. In een scenario wordt per tijdsperiode vastgesteld hoe vaak een specifieke module wordt ingepland. Een tijdsperiode kan leeg zijn: dan zijn er op dat moment geen veranderingen. Met deze aanpak kan per tijdsperiode van een scenario een beschrijving van het energiesysteem gemaakt worden door de beginsituatie en de veranderingen in voorgaande tijdsperioden (dat wil zeggen: de veranderingen vanwege de ingeplande modules) te combineren met de huidige tijdsperiode. Figuur 5. Voorbeeld van scenario s en ingeplande modules per tijdsperiode. Bovenstaand figuur laat dit schematisch zien zonder deelscenario s te tonen. Twee scenario s hebben elk dezelfde beginsituatie en hebben per periode een aantal ingeplande modules. Scenario s worden in overleg met de initiatiefnemer opgesteld. Kenmerkend voor de MRP-aanpak is dat het makkelijk is om veel scenario s te maken. Het uitproberen van verschillende modules en combinaties van modules leidt tot inzicht in wat er mogelijk is en hoe al die mogelijkheden bij kunnen dragen aan de te behalen doelen. Zoals al is aangeven, kunnen ook deelscenario s op vergelijkbare wijze opgesteld worden. Deelscenario s zijn bijvoorbeeld thematische scenario s (programmalijnen) voor maatregelen die bijvoorbeeld gebaseerd zijn op zon, wind of biomassa. Modulaire routeplanning (MRP) 19

20 SCENARIO S EVALUEREN Zodra er een of meer scenario s opgesteld zijn, kunnen deze geëvalueerd worden. Dit houdt in dat per scenario voor alle tijdsperioden eerst een beschrijving van het energiesysteem opgesteld moet worden. Als eerste stap moet per tijdsperiode een beschrijving van het energiesysteem gemaakt worden door de beginsituatie te combineren met de veranderingen in de voorgaande tijdsperiodes en de huidige tijdsperiode. Daarnaast moet per tijdsperiode de impact uitgewerkt worden: de waarden van de direct meetbare indicatoren. Hierbij moet rekening gehouden worden met blijvende gevolgen van veranderingen (een windmolen staat er de volgende periode ook) en tijdelijke gevolgen (een investering is eenmalig). Door gebruik te maken van de beschrijvingen van de modules is het mogelijk om de beschrijving van het energiesysteem met weinig moeite op te stellen en de waarden te bepalen van de direct meetbare indicatoren. Zodra alle periodes van een scenario zijn voorzien van waarden voor meetbare indicatoren, is het mogelijk om per tijdsperiode de evaluatie- of doelboom (de combinatie van meetwaarden, genormaliseerde indicatoren, wegingen en doelen) verder uit te rekenen. SCENARIO S VERGELIJKEN Zodra er twee of meer scenario s geëvalueerd zijn, is het mogelijk deze te vergelijken. Dit vergelijken houdt in dat de initiatiefnemer de waardes van doelen en indicatoren kan inspecteren: op elk tijdsperiode of alleen de laatste tijdsperiode, per scenario of vergelijkend tussen scenario s. Tevens is het mogelijk, en gewenst, dat de initiatiefnemer de doelen in de doel-boom heroverweegt en prioriteert, bv. door het veranderen van doel-waarden en bijstellen van hun wegingen. Dit is makkelijk te berekenen, aangezien hierbij de scenario s niet structureel veranderd worden (geen modules erbij of eraf) waardoor de direct meetbare indicatoren niet van waarden veranderen. De indirecte indicatoren en doelen kunnen wel van waarde veranderen. Een van de gewenste gevolgen van dit vergelijken van scenario s is dat de initiatiefnemer gevoel krijgt voor wat belangrijk is en wat niet. En ook welk effect eigen doelwaarden en prioriteringen hebben op de (veranderingen van) scores van doelen van scenario s. ROUTE KIEZEN Na het vergelijken van scenario s volgt een keuzemoment voor de initiatiefnemer: is er een scenario dat als route kan worden geadopteerd? Zo ja, dan is er een route gekozen en kan worden nagedacht hoe de ingeplande modules voor de eerste, en eventueel daaropvolgende, tijdsperioden gerealiseerd kunnen worden via projecten of andere uitvoeringsinstrumenten. De wijze van uitwerking van specifieke modules tot specifieke Openbare Samenvatting 20

21 3. DE MODULAIRE ROUTEPLANNING AANPAK projecten en het projectmanagement daarvan valt buiten de scope van de routeplanning zelf. Als er daarentegen nog geen route te kiezen valt, is het verstandig terug te gaan naar een eerder stadium en te proberen andere scenario s te ontwikkelen. MONITOREN De RoutePlanning aanpak kan regelmatig gehanteerd worden om bestaande scenario s te herzien, bijvoorbeeld bij verschuiving van prioriteiten in doelen en wanneer nieuwe modules beschikbaar komen. Hiertoe wordt een additioneel scenario opgesteld dat de gerealiseerde veranderingen omvat. Door dit scenario te vergelijken met de route, kunnen verschillen en overeenkomsten besproken worden. Tevens is het mogelijk de nieuwe situatie te gebruiken als een nieuwe beginsituatie voor nieuw op te stellen scenario s, gebaseerd op de route en andere vorige scenario s en gebruik makend van dezelfde evaluatieboom. Bij het kiezen van een nieuw startpunt is het zaak ook nieuwe nulwaarden te bepalen. Het is van belang te beseffen dat de MRP werkt met doorsnee berekeningen: hierbij wordt bewust uitgegaan van gemiddelde waarden en wordt impact grosso modo berekend. Dat heeft tot gevolg dat er een afwijking kan zijn tussen waarden van direct meetbare indicatoren en metingen in de werkelijkheid: vandaar ook het belang van monitoren. De modules zijn conceptueel van aard: ze beschrijven technieken en impact, maar moeten bij ontwerp en implementatie op maat gemaakt worden, wat kan leiden tot andere impact. Desalniettemin is deze vorm van doorsnee berekeningen uitvoeren goed toepasbaar voor haar doel: het kunnen evalueren van scenario s en vergelijken van scenario s voor een groter gebied op langere termijn met gebruikmaking van diverse oplossingen. Aangezien alle berekeningen werken met dezelfde modules en berekenwijzen, is e.e.a. naspeurbaar en verifieerbaar. Tevens kunnen scenario s van andere initiatiefnemers worden vergeleken, of zelfs opnieuw worden geëvalueerd met de doel-boom van een andere initiatiefnemer. Het kan voorkomen dat het nuttig is om voor een bepaald scenario, deel-scenario of combinatie van modules, preciezere impact te berekenen in de context van (een deel van) het energiesysteem van een initiatiefnemer. Zo kan het nuttig zijn de impact van modules te berekenen op het bestaande elektriciteitsnetwerk en zodoende in te schatten in welke mate er lokale netverzwaring benodigd is. Hiertoe kunnen simulatiemodellen ingezet worden zoals ET-MOSES (zie Werkpakket 4). De resultaten daarvan worden in al de scenario s en beginsituatie verwerkt. Gegeven deze focus kan de Routeplanning gezien worden als een aanvulling op de bestaande modellen voor energietransities (ETRM) 2. 2 Zie 21

22 3. DE MODULAIRE ROUTEPLANNING AANPAK De kracht van de MRP ligt in haar flexibiliteit verkregen door de gehanteerde modulariteit. Een voordeel is het dat het redelijk eenvoudig is om modules in te plannen voor scenario s op bescheidenere of grotere schaal energiesystemen. Daarnaast is het ook mogelijk om scenario s van verschillende initiatiefnemers te combineren en zodoende scenario s op regionale of nog grotere schaal te verkennen. De MRP-aanpak is een van de instrumenten om veranderingen aan energiesystemen te bepalen. Het is binnen het SGE-Project toegepast op de casus van Hof van Twente rondom haar Routekaart naar een energieneutraal Hof van Twente in Een interessant effect van het toepassen van de aanpak is bewustwording bij de initiatiefnemer in doelen en hun uitwerking, mogelijke voorbeelden, en mogelijke varianten van scenario s om doelen te bereiken. Voor meer details over de opzet en werking van de Modulaire Routeplanning aanpak verwijzen wij naar de bijlagen. Openbare Samenvatting 22

23 4. HOF VAN TWENTE CASUS De gemeente Hof van Twente (HvT) heeft in haar Meerjaren Uitvoeringsprogramma Duurzaamheid vastgelegd dat zij in 2035 energieneutraal wil zijn. Dit betekent dat alle energie die in de gemeente per jaar verbruikt wordt, in de gemeente per jaar wordt opgewekt. Om deze ambitie te behalen wordt ingezet op een brede samenwerking met inwoners, bedrijven, organisaties, instellingen en andere overheden (regio, provincie, rijk). De gemeente heeft, mede vanuit de People, Planet en Profit gedachte, de doelstelling om: De doelstelling energieneutraal in 2035 te bereiken; Concreet invulling te geven aan het uitgangspunt samenwerking; De lokale economie te stimuleren; en Een breed draagvlak en bereidheid tot medewerking onder de bevolking te bewerkstelligen. Het SGE-project is medio 2015 in contact gekomen met deze vooroplopende gemeente en gezamenlijk hebben zij besloten om de Modulaire Routeplanning aanpak toe te passen op haar Routekaart naar een energie neutraal Hof van Twente in Hiertoe heeft het SGE-project frequent overleg gehad met Hof van Twente en gezamenlijk de doelen en indicatoren met elkaar afgestemd, de inplanbare modules geïdentificeerd en gedefinieerd, en scenario s opgesteld voor het verkennen van varianten van invullingen van de Routekaart. Dit heeft in het voorjaar van 2016 geleid tot een gezamenlijke presentatie bij een werksessie van Netbeheer Nederland (zie bijlage) voor RVO, TKI en gemeentelijke planners. Ook is in het najaar van 2016 een workshop over MRP van het SGE-project op de Dag van de Duurzaamheid van Hof van Twente gepresenteerd (zie bijlage). Na overleg is de gemeente tot de volgende 6 doelen gekomen, die gezamenlijk het hoofddoel realiseren van een energieneutraal Hof van Twente in Daarnaast heeft de gemeente twee monitoringslijnen geformuleerd: dat zijn geen doelen waarop direct gestuurd kan worden, maar wel kan gemonitord worden wat de progressie is. Al deze concrete doelen en monitoringslijnen zijn via een evaluatieboom uitgewerkt. De evaluatieboom wordt per stakeholder opgesteld, zo ook voor Hof van Twente. De evaluatieboom relateert de concrete doelen via indirecte indicatoren aan meetbare indicatoren. 3 Bedacht door John Elkington en vaak geadopteerd als richtlijn voor maatschappelijk verantwoord ondernemen. 4 Zie en voor het document: 23

24 Figuur 6. Concrete doelen en monitoringsbehoeften Hof van Twente. De gemeente heeft in haar Routekaart een aantal voorbeelden van te nemen maatregelen opgenomen, zie het figuur hierna. Deze maatregelen zijn als voorbeeld bedoeld en zijn in overleg met de gemeente uitgewerkt waarbij de inplanbare modules zijn geïdentificeerd. Daarnaast zijn er additionele modules opgesteld om een variant van de Routekaart op te kunnen stellen waarin smart grid-modules opgenomen kunnen worden. Figuur 7. Voorbeeld tabel Routekaart Hof van Twente met te nemen maatregelen. Openbare Samenvatting 24

25 4. HOF VAN TWENTE CASUS De uitwerking uit de routekaart stelt de tijdsperioden: uitgaand van de situatie van eind 2013 (de nulwaarden ), wordt er vanaf 2014 gepland met de perioden van 4 jaren die eindigen per 2018, 2022, 2026, 2030 en De routekaart schetst de contouren van een mogelijk scenario: dit scenario is genoemd Scenario A: routekaart. Hierin zijn voornamelijk bekende technieken toegepast zoals zonneparken, windparken, warmtenetten, et cetera. Daarnaast is een variant van deze routekaart ingericht, genaamd Scenario B: routekaart variant. In deze variant zijn ook enige smart gridtechnologieën toegevoegd, waaronder Triana micro-grids, HEMS met opslag en sturing. Daar zijn de werkzaamheden van vooral de 3 TU s bij betrokken. In onderstaande figuur is een illustratief voorbeeld 5 van de uiteindelijke uitwerking weergegeven met ruwe getallen. Hierin is te zien hoe de doelen per scenario geëvalueerd zijn (figuur a) en hoe de doelen via een gewogen prioritering tot een eindscore optellen per scenario (figuur b). In deze prioritering is, als voorbeeld, de zwaarste prioriteit (50% van de 100%) gelegd op het 1e doel: reductie van elektriciteitsimport naar 0 kwh/jaar, die daardoor het zwaarst meetelt in de uiteindelijke scenario-score. A B Figuur 8. Voorbeeld van scores van doelen per scenario voor eind periode Het toepassen van de MRP-aanpak bij Hof van Twente heeft geleid tot bewustwording bij Hof van Twente over het kunnen inplannen van alternatieven (zoals slimme oplossingen) en de geëigende technologieën (bv. zonnepanelen en windmolens). Het kunnen plannen en monitoren van een route (gekozen scenario) geeft tevens houvast bij het begeleiden van de energietransitie op korte en lange(re) termijn. Voor nadere informatie over de uitwerking van de casus Hof van Twente, waar in het vervolg op SGE verder aan gewerkt wordt, kunt u contact opnemen met de auteurs. 5 De scenario s worden door Hof van Twente ingericht. Neem voor de laatste stand van zaken contact op met de auteurs. 25

26 De MRP-aanpak steunt op drie pijlers: een (1) systems-of-systems perspectief op energiesystemen, (2) een aanzet tot open data repository c.q. concept bank van planbare modules, (3) en het gebruik van scenario-gebaseerde besluitvormingstechnieken. Alle drie pijlers zijn erop gericht het gemakkelijker wordt mogelijk planningen te maken van energiesystemen door belanghebbenden die niet over alle technische expertise beschikken. Het doel van het systems perspectief is om de structuur, samenstelling en werking van systemen gemakkelijker te begrijpen. Dit maakt het mogelijk modules te ontwikkelen die van elkaars diensten gebruik maken en zo grotere systemen vormen. Door ook een eenvoudige visualisatie aan te bieden, wordt hiermee de basis gelegd voor het bespreken van alternatieve ontwerpen aan de hand van begrijpelijke afbeeldingen. Het doel van de open data repository c.q. concept bank is kennis over deze modules via publiek toegankelijke informatie beschikbaar te stellen voor planners. Tot slot is het doel van de scenario-gebaseerde besluitvormingstechnieken om met de beschikbare modules te kunnen uitrekenen wat de gevolgen zijn van toepassingen van verschillende combinaties van modules in de loop van de tijd. Samen leggen deze drie pijlers de basis van modulaire routeplanning (MRP). De drie pijlers worden hieronder kort toegelicht. Meer diepgaande beschrijvingen zijn uitgewerkt in de werkdocumenten (zie bijlagen). Figuur 9. Fundering van de MRP aanpak Openbare Samenvatting 26

27 5. FUNDAMENT PIJLER 1. CONCEPTUEEL MODEL VAN ENERGIESYSTEEM ALS SYSTEMS-OF-SYSTEMS Energiesystemen zijn complex. Ze bevatten verschillende netwerk infrastructuren, bijvoorbeeld voor gas en elektriciteit. Elk netwerk is zodanig ingericht dat er redundantie is waardoor e.e.a. zo gekoppeld is dat een verbroken verbinding geen al te grote problemen geeft. Het gedrag in de loop van de tijd van een energiesysteem (de dynamiek) is niet gemakkelijk te voorspellen omdat geen enkel energiesysteem los van de anderen bezien kan worden en omdat de systemen elkaar beïnvloeden: alles hangt met elkaar samen. Er is met recht sprake van een system of systems. Volledig onafhankelijke energiesystemen zijn nog een hoge uitzondering (zgn. autarkische energiesystemen). Voor planningsdoeleinden kan deze complexiteit verlammend werken, omdat initiatiefnemers niet zonder meer de benodigde kennis paraat hebben om met deze complexiteit om te gaan. Zo kunnen mogelijke combinaties van systemen over het hoofd gezien worden en kan het zijn dat de effecten van zulke combinaties niet juist ingeschat worden, met mogelijk nadelige gevolgen voor de prestaties en kosten c.q. de businesscase. Binnen een energiesysteem is het gasnetwerk bijvoorbeeld redelijk goed te beheren en beheersen: men kan niet meer gas gebruiken dan er voorhanden is (overvragen leidt niet tot een blackout ) en er wordt nog nagenoeg geen gas terug geleverd aan het gas netwerk. Bij het elektriciteitsnetwerk kan een te grote vraag leiden tot spanningsuitval en daardoor tot een blackout. Bij dit netwerk speelt ook mee dat op grote schaal elektriciteit terug wordt geleverd, bijvoorbeeld door individuele zonnepanelen of windmolenparken. Het elektriciteitsnetwerk is lastiger te beheren en beheersen: het is van belang dat vraag en aanbod altijd in balans zijn. Een onbalans leidt als snel tot over- of onderbelasting en daardoor tot uitval van elektriciteit. Het balanceren wordt verzorgd door allerlei systemen op lokaal, regionaal en nationaal niveau. Het zijn de netbeheerders die dagelijks werken aan een veilig en betrouwbaar energiesysteem als geheel. Om te voorkomen dat bij planningsprocessen de netwerkeffecten ten onrechte verwaarloosd worden, en om er zorg voor te dragen dat de daarvoor benodigde kennis en berekeningen geen belemmering vormen voor het maken van plannen door lokale initiatieven, is het gewenst dergelijke berekeningen zoveel mogelijk vooraf te maken binnen de planbare modules zelf, rekening houdend met alle systeeminteracties binnen de module. Daar waar de combinatie van vele modules die in een plan opgenomen worden aanleiding geeft om het gezamenlijke effect op netwerken te berekenen, dient in feite een module op hoger niveau ontwikkeld te worden met behulp van daartoe geëigende rekenmodellen. Daarbij kan het nuttig zijn te weten of de gekozen combinatie van modules kan leiden tot zodanig grote pieken of dalen dat mogelijk zeer kostbare aanpassingen van de netwerken noodzakelijk zijn. Om dergelijke berekeningen te maken, is het gewenst van een of meer gespecialiseerde Modulaire routeplanning (MRP) 27

28 rekenmodellen gebruik te maken. Die worden onder meer aangeboden door de eerder genoemde landelijke Energietransitie-rekenmodellen (ETRM) werkgroep. De MRP-aanpak werkt met de uitkomsten daarvan voor praktische planningsdoeleinden, maar is zelf geen vervanging voor dergelijke rekenmodellen. De MRP-aanpak maakt het makkelijker de uitkomsten van vele en diverse rekenmodellen met elkaar te combineren voor gebruik in de context van praktische scenario-ontwikkeling en planning. De beschikbare rekenmodellen staan meestal ieder op zich en hebben geen directe interactie met elkaar. Verder is mede op basis van het werk van de Energie Transitie Modellen werkgroep gebleken dat er nog geen standaardisatie is van het begrippenkader over alle modellen heen. De MRP-aanpak onderkent en accepteert dat men in de praktijk met deze state of the art te werk moet gaan. Het modulariseren van kennis uit de modellen is een praktische manier om hiermee om te gaan. De modulaire aanpak is erop gericht per module alle moeilijke (wetenschappelijke en technische) controles en berekeningen vooraf te laten verrichten door experts, om zodoende planners te ontlasten van zulk werk. Alle gegevens, assumpties en berekeningen worden daarbij gedocumenteerd en openbaar gemaakt. Modules zijn transparant en staan open voor verbeteringen. Doordat de modules vele malen hergebruikt kunnen worden, wordt de investering die gedaan moet worden om de modules tot stand te brengen terugverdiend door de verlichting van het werk van planners. Belangrijker nog: wanneer niet met modules gewerkt wordt is de kans groot dat planners met onvoldoende goede oplossingen en berekeningen zullen moeten werken. Alle bovenstaande overwegingen hebben ertoe geleid te kiezen voor een serviceoriented systems-of-systems perspectief op energiesystemen. Dit houdt onder meer het volgende in: Een energiesysteem heeft een buitenkant, waarmee het diensten kan afnemen en leveren en waar beschrijvingen zijn van de eigenschappen van dit energiesysteem. Een energiesysteem kan aan de binnenkant bestaan uit (deel) energiesystemen met onderlinge samenhang. Een module kan opgebouwd worden uit (deel) modules. De binnenkant van een energiesysteem hoeft bij de beschrijving van modules niet altijd uitgewerkt te worden. Een energiesysteem kan ook als black box beschouwd worden. Wel moeten ten minste de uiterlijke kenmerken van het systeem bekend zijn, wil de module waarde hebben voor planningen. Openbare Samenvatting 28

29 5. FUNDAMENT De onderlinge relaties tussen energiesystemen worden weergegeven middels service relaties. Bijvoorbeeld, het ene energiesysteem biedt de service opslag van elektriciteit aan het andere energiesysteem aan (zoals gebruikelijk bij Service-Oriented Architectures). Een service kan verbijzonderd worden met een protocol waarmee fiches worden uitgewisseld. Bijvoorbeeld voor het modelleren van leveringen van elektriciteit, gas en betalingen in euro s. Dit is van belang wanneer men zorg wil dragen voor de interoperabiliteit van de systemen. Eigenschappen van energiesystemen die het gevolg zijn van de samenstellende onderdelen, dienen bepaald te worden met daartoe geëigende rekenmodellen. Eigenschappen van energiesystemen moeten te relateren zijn aan de meetbare indicatoren uit doelbomen die door gebruikers van de MRPaanpak worden gehanteerd. De preferentie is dat dit 1-op-1 klopt: elke meetbare indicator is een eigenschap van het energiesysteem. Met bovenstaande uitgangspunten is het mogelijk om complexiteit te verstoppen. Dit heeft geleid tot een service-oriented beschrijving van energiesystemen. Deze methode met de werknaam Visual Systems-of-systems Discourse Approach (VSDA), maakt het mogelijk om te abstraheren van de fysieke, netwerkwerkelijkheid en het energiesysteem te beschouwen als een systeem bestaande uit systemen passend bij de context van een initiatiefnemer. In plaats van het fysiek elektriciteitsnetwerk als uitgangspunt te nemen, wordt de geografische regio van de initiatiefnemer als een open systeem gezien: een huis, gebouw, straat, buurt, wijk, dorp, stad, gebied, regio et cetera. VSDA heeft een formele grondslag en een eenvoudige tekenwijze. Het is gebaseerd op een subset van de bekende Unified Modelling Language (UML) met nadruk op het samenstellen van componenten. Hiermee wordt het mogelijk onderdelen van energiesystemen en hun samenhang te beschrijven en in een multi-stakeholder-verband te bespreken. Hieronder zijn twee voorbeelden van energiesystemen als VSDA-model getekend. Het ene voorbeeld betreft een standaard woonwijk met huizen met PV-panelen. Het andere voorbeeld betreft een Triana wijk : een vergelijkbare woonwijk nu voorzien van een soft-islanding smart-grid concept (zie Werkpakket 2). Een Triana wijk behoeft nauwelijks elektriciteit van externe bronnen door gebruik van een slim energiemanagementsysteem en de inzet van PV-panelen, een warmtekrachtcentrale en batterijen in elk huis. Modulaire routeplanning (MRP) 29

30 A B Figuur 10. VSDA-beschrijving van (a) gewoon huis en (b) soft island woonwijk. De opzet van de VSDA-beschrijving is zo gekozen dat het mogelijk moet worden om deze door tooling te kunnen ondersteunen. Zo zou men via het aanklikken van een module de samenstellende onderdelen kunnen weergeven, en vervolgens daar weer op inzoomen. Met het schuiven van onderdelen zou men modules kunnen maken die uit meerdere onderdelen bestaan en via hun services gekoppeld worden. Naarmate het makkelijker wordt om VSDA-beschrijvingen te maken en aan te passen, neemt de waarde toe als gedeelde beschrijving tussen experts, initiatiefnemers, technologieleveranciers en andere belanghebbenden. PIJLER 2. AANZET TOT OPEN DATA REPOSITORY VAN PLANBARE MODULES. De concept bank c.q. kennisbank speelt in op de behoefte aan het publiek beschikbaar stellen van inplanbare, herhaalbare conceptuele ontwerpen van oplossingen voor initiatiefnemers en andere stakeholders in het energiedomein. Deze worden gebaseerd op een of meer voorbeeld c.q. best practices. De meeste stakeholders hebben kennis van op dit moment gangbare oplossingen zoals PV-panelen op daken, PVT-panelen, windmolens, et cetera. Andere (slimme) oplossingen voor de energietransitie die meer met smart grids geassocieerd worden, zijn vaak minder of geheel niet bekend. Omdat men vaak bij andere initiatiefnemers kijkt wat die doen, blijven zulke oplossingen helaas ook onbekend. Door een open, publieke, aanpak kan de kennisbank een breder scala van oplossingen beschikbaar stellen aan een breed publiek. Het verschil met bestaande sites is dat de concept bank gelijkvormige beschrijvingen van oplossingen verschaft voor planningsdoeleinden, in plaats van veelvormige beschrijvingen voor diverse doeleinden. Voorbeelden worden verpakt als modules. Modules moeten aan een aantal criteria voldoen: ze moeten herhaalbaar, adequaat omschreven en te valideren zijn. Dit komt beter tegemoet aan de behoefte van initiatiefnemers om alternatieve oplossingen te exploreren. Openbare Samenvatting 30

31 5. FUNDAMENT Herhaalbaar. Is een module als conceptueel ontwerp van een oplossing, zodanig beschreven dat het een bruikbaar uitgangspunt vormt voor het ontwikkelen van een energiesysteem, wellicht in aangepaste vorm? De kwaliteit van een module neemt toe, naarmate het verwijst naar meerdere referentie-implementaties. Daar waar het relatief nieuwe concepten betreft neemt de waarde toe naarmate wordt verwezen naar meerdere publiek toegankelijke ontwerpen en simulaties. Een methode voor het vinden van voorbeelden is gericht op hedendaagse best practices. Deze zijn vaak goed bekend, hebben referentie-implementaties en zijn daardoor relatief eenvoudig te beschrijven als module. Een andere belangrijke bron van voorbeelden vormen innovatieen ontwikkelingsprojecten, bijvoorbeeld zoals verricht door MKB, industrie, universiteiten en gesubsidieerde projecten van RVO. Dit soort voorbeelden zijn wellicht nog geen best practice, maar bieden al wel nieuwe mogelijkheden. Adequaat omschreven. Een module moet zodanig beschreven zijn dat die een schatting geeft van de impact dat de toepassing ervan zal hebben op belangrijke kengetallen. De impact wordt hier uitgedrukt als een delta: de wijziging van de waarde van een meetbare indicator (fossiel gas gebruik, CO2-uitstoot, opwek van elektriciteit, kosten, verdiensten, et cetera). De module wordt verder meer waardevol en bruikbaar als de hoofdcomponenten en saillante onderdelen apart worden toegelicht. Als er voldoende informatie voorhanden is, kan de black box uitwerking omgezet worden in een compositionele beschrijving van de interne structuur van het voorbeeld. De modules worden dan nader uitgewerkt met een VSDA-beschrijving van de module als energiesysteem. Daaraan toegevoegd is documentatie van een rekenmethode om eigenschappen van energiesystemen te kunnen berekenen. De eigenschappen die in modules beschreven worden, zijn de direct meetbare indicatoren uit een evaluatieboom. De impact van een module is een aantal veranderingen, een aantal delta s, van de waarden van direct meetbare indicatoren. Ruwweg kan gesteld worden dat het veel werk is om een module goed te beschrijven, en dat het makkelijk is een module te delen en te gebruiken. Te valideren. De beschrijving van elke module moet door onafhankelijke experts bekeken kunnen worden en waar nodig verbeterd. De beschrijving dient transparant te zijn. Gegevens, assumpties en berekeningen waarmee de impact geschat worden dienen inspecteerbaar te zijn. Zo kan de kwaliteit van een module goed beoordeeld worden en weet men waarmee men rekent. De kennis zal niet perfect zijn, maar zou wel de best beschikbare openbare kennis moeten bevatten. Bij voorkeur wordt ook aangeven in welk ontwikkelingsstadium een module zich Modulaire routeplanning (MRP) 31

32 5. FUNDAMENT bevindt. Is het een oplossing die al vele malen is toegepast en waarvan de prestaties met een grote zekerheid kunnen worden geschat, of is het een relatief nieuwe oplossing die nog relatief meer onzekerheden en risico s met zich meebrengt? De modules die tijdens het SGE-project zijn vergaard zijn nog in ruwe versie gevalideerd. Deze zijn beschikbaar voor hergebruik, zie de Bijlagen. Het idee van de kennisbank is beproefd met de voorbeelden binnen de casus Hof van Twente. PIJLER 3. SCENARIO-GEBASEERDE BESLUIT - VORMINGS TECHNIEKEN De MRP-aanpak is gebaseerd op het principe dat de toekomst onbekend is, maar wel verkend kan worden middels scenario s. Zolang scenario s dezelfde tijdsperiodes bevatten, eenzelfde uitgangspunt (beginsituatie) en op dezelfde manier worden geëvalueerd, kunnen scenario s onderling vergeleken worden. Hiermee wordt het mogelijk om te ontdekken dat een scenario op korte termijn goed lijkt, maar op langere termijn slechter scoort. Of andersom: onderstaand figuur geeft dit idee schetsmatig weer. Door per scenario per tijdsperiode de evaluatieboom te berekenen, wordt het mogelijk om het verloop van de score per doel en/of indicator (meetbaar en indirect) te bekijken. Het figuur geeft voor een denkbeeldig doel de verschillende scores weer van vijf scenario s per opvolgende tijdsperiodes. Figuur 11. Verkennen van de toekomst met scenario s. Openbare Samenvatting 32

33 6. CONCLUSIES EN VERVOLG Werkpakket 6 heeft de problematiek van de adoptie van smart grid-technologieën op grote schaal aangepakt vanuit een systeembenadering. De belangrijkste bevinding is dat deze ambitie beter behaald kan worden door het programmatisch faciliteren en coördineren van een veelvoud aan lokale initiatieven in gebieden. Het werkpakket heeft zich met name gericht op het scheppen van hulpmiddelen waarmee aan de (rand) voorwaarden voor effectieve gezamenlijke planning en monitoring kan worden voldaan. Vanwege de complexiteit van energiesystemen zijn methoden en technieken nodig waarmee belanghebbenden grip kunnen krijgen op de problematiek met een minimum aan expertkennis. De ontwikkelde methoden en technieken richten zich vooral op meer effectieve kennisdeling van mogelijke oplossingen bij het proces van meerjarige planvorming door beleidsmakers en programmamanagers. Met behulp van de planbare modules uit de voorziene openbare kennisbank (concept bank) kan men een voortschrijdende meer jarenrouteplanning maken, monitoren en onderhouden. Figuur 12 Rol van de concept bank en modules in de Modulaire Routeplanning-aanpak. Modulaire routeplanning (MRP) 33

34 6. CONCLUSIES EN VERVOLG Aan de hand van de eerste praktijktoepassingen in Hof van Twente is veel geleerd en is duidelijk geworden welke vervolgacties nodig zijn om het work in progress aan de modulaire routeplanning door te zetten en beschikbaar te stellen aan een groot aantal gebruikers. Inmiddels worden vervolgstappen gezet door toepassing van de MRP-aanpak in projecten in andere gemeenten. Hoewel zulke casus-gestuurde toepassingen die mede van vrijwillige bijdragen gebruikmaken een goede werkwijze is, is het ook voorstelbaar en gewenst dat een toegewijd project tot stand komt waarmee de MRP-aanpak als een open ontwikkeling meer momentum kan verkrijgen. Figuur 13. Doorontwikkeling van de MRP aanpak met eindgebruikers. Openbare Samenvatting 34

35 BIJLAGEN Dit document vormt de publieke samenvatting van de resultaten van werkpakket 6, Systems of Systems en vormt tevens het hoofddocument van SGE Deliverable D6.1. De bijlagen bij deliverable D6.1, die hieronder opgesomd worden, bevatten de uitgewerkte resultaten, geschreven voor een technisch onderlegd publiek. Deze bijlagen zijn vrij op te vragen bij: Drs. Paul Burghardt, Research, Sustainable Systems Developer, Thales Nederland BV, werkpakket leider van WP6: Drs. Klaas Bootsma, Energy & Innovation, Cogas BV: Dr. Niek Wijngaards, Solution Architect, True Information Solutions BV: Bijlage: Visual Systems-of-systems Discourse Approach (VSDA) for Smart Grid Evolution (in het Engels). Deze bijlage werkt de argumentatie uit over de systems-of-systems blik op energiesystemen en introduceert de VSDA-modelleer aanpak. File: D6.1-Bijlage-VSDA-final.pdf Bijlage: MRP Concept Bank & Modules. Deze bijlage geeft kort het idee van de concept bank weer, en geeft een overzicht van modules die tijdens het SGE-project zijn opgesteld. File: D6.1-Bijlage-ConceptBankModules-final.pdf Bijlage: MRP-aanpak: onder de motorkap Deze bijlage geeft inzicht in de werking van de MRP-aanpak, en in het bijzonder de werking van de evaluatieboom met een uitgebreide uitwerking van de indicatoren en doelen. File: D6.1-Bijlage-RoutePlannerAanpak-final.pdf Bijlage: MRP-referentie-implementatie Deze bijlage vormt een referentie-implementatie van de MRP-aanpak, waarmee modules kunnen worden ingepland en geëvalueerd. File: D6.1-Bijlage-HvT-RoutePlanner-spreadsheet-final.xlsx (Microsoft Excel 2016 Spreadsheet) Modulaire routeplanning (MRP) 35

36 BIJLAGEN Bijlage: Modulair bouwen van routekaarten voor de energietransitie Deze bijlage bevat de materialen gepresenteerd op de meeting van Netbeheer Nederland (NBNL) te Den Haag op 16 juni Dit betreft twee presentaties: een verzorgd door het SGE-project, gepresenteerd door Paul Burghardt en een verzorgd door gemeente Hof van Twente en gepresenteerd door Wilma Paalman. File: D6.1-Bijlage-NBNLwerksessie HVT Modulair bouwen van routekaarten.pdf File: D6.1-Bijlage-NBNLwerksessie SGE Modulair bouwen van routekaarten.pdf File: D6.1-Bijlage-NBNLwerksessie verslag.pdf Bijlage: Presentatie Dag van de Duurzaamheid Hof van Twente 5 Oktober 2016 De presentatie legt voor een bestuurlijk publiek uit hoe de MRP-aanpak van dienst kan zijn voor planning in een gemeentelijk of regionaal verband. File: D6.1-Bijlage-DagVanDeDuurzaamheid ModulaireRouteplanner.pdf Openbare Samenvatting 36

37 AFBEELDINGEN Figuur 1. Positionering bijdrage WP6 aan de SGE methodiek 11 Figuur 2. Stadia binnen de modulaire routeplanning aanpak 16 Figuur 3. Voorbeeld van uitwerking van doelen tot meetbare indicatoren 17 Figuur 4. Modularisatie maakt Expertkennis bruikbaar voor ontwerp en planning 18 Figuur 5. Voorbeeld van scenario s en ingeplande modules per tijdsperiode 19 Figuur 6. Concrete doelen en monitoringsbehoeften Hof van Twente 24 Figuur 7. Voorbeeld tabel Routekaart Hof van Twente met te nemen maatregelen 24 Figuur 8. Voorbeeld van scores van doelen per scenario voor eind periode Figuur 9. Fundering van de MRP aanpak 26 Figuur 10. VSDA-beschrijving van (a) gewoon huis en (b) soft island woonwijk 30 Figuur 11. Verkennen van de toekomst met scenario s 32 Figuur 12. Rol van de concept bank en modules in de Modulaire Routeplanning-aanpak 33 Figuur 13. Doorontwikkeling van de MRP aanpak met eindgebruikers 34 Modulaire routeplanning (MRP) 37

38 38 NOTITIES

39 NOTITIES 39

40 SMART GRID EVOLUTION MEDE MOGELIJK GEMAAKT DOOR: