Dr. J.H. Brouwer Prof. Dr. G.B. Huitema Ir. R.S. Westerga Ir. H.L.J. Keizers Ir. J. de Koning. Managing Director Energie

Transcriptie

1 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT Meerjarenprogramma O Rxxx Thema Energie Bijstelling 2016 Energie Princetonlaan CB Utrecht Postbus TA Utrecht T F Datum 16 september 2015 Auteur(s) Ir. H.C.L. Vos Dr. J.H. Brouwer Prof. Dr. G.B. Huitema Ir. R.S. Westerga Ir. H.L.J. Keizers Ir. J. de Koning Autorisatie Dr. M.J. van Bracht Managing Director Energie Aantal pagina's 53 Aantal bijlagen Projectnummer /01.02 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan TNO

2 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 2 / 53

3 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 3 / 53 Inhoudsopgave 1 Inleiding Vraaggstuurd Programma Geo Energie Vraag gestuurde programma s Roadmap Sustainable Energy: Duurzame Energie, Systeemintegratie Vraaggestuurd programma Sustainable Energy Vraaggestuurd programma System Integration Vraaggestuurd Programma Urban Energy-Energo Ondertekening... 53

4 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 4 / 53

5 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 5 / 53 1 Inleiding Voor u ligt de bijstelling 2016 van het het MeerJaren Programma (MJP) van het thema Energie, één van de thema s waarop TNO impact wil bereiken. Het MJP Energie is gebaseerd op de ambities, keuzes en uitgangspunten van het TNO Strategisch Plan , zoals dit is aangeboden aan de Nederlandse overheid 2,. Het MJP wordt jaarlijks verder uitgewerkt (en tegelijkertijd waar nodig bijgesteld) tot een jaarprogramma. De hier voorliggende Bijstelling 2016 van het MJP Energie bouwt voort op de ingeslagen weg van de afgelopen jaren, zoals deze zich in het kader van de vraagsturing door de overheid, de Topsector Energie en in samenspraak met de relevante stakeholders heeft ontwikkeld. Met name naar aanleiding van overleg met de overheid en vanwege interne stroomlijning zijn de programma s op onderdelen aangepast. De veranderingen zijn in de programmaomschrijvingen aangegeven. Thema Energie: Van conventionele bronnen naar duurzame energiesystemen De energiesector bevindt zich wereldwijd in een ingrijpende transitiefase: van een gecentraliseerde, vooral op fossiele brandstoffen gebaseerd systeem naar een meer duurzame en meer decentrale energiehuishouding. Het energiesysteem zal het komende decennium hybride worden: een complex systeem van lokale energiesystemen met duurzame bronnen ( zonne-energie, windenergie, geothermie enz.) en fossiele bronnen. De komende decennia zullen fossiele brandstoffen namelijk nog (weliswaar in afnemende mate) belangrijk zijn voor onze energievoorziening. Vooral aardgas zal een belangrijke rol vervullen als transitiebrandstof, vanwege haar flexibele inzetmogelijkheden en relatief lage CO2 emissies. Genoemde ontwikkeling bepaalt in belangrijke mate het energiebeleid van Nederland. Belangrijke aspecten van dat beleid zijn: 1. De implementatie van het nationale energieakkoord, dat als doel heeft de energievoorziening van Nederland verder te verduurzamen (naar 14% duurzaam in 2020 en 16% duurzaam in 2023). Nederland wil deze doelen bereiken door een brede set aan acties, gericht op reductie van het energiegebruik en de introductie van duurzame energiebronnen zoals wind, zon, biomassa, aardwarmte. Afspraken zijn onder meer gemaakt voor de ontwikkeling van windparken op zee, het stimuleren van lokale energieinitiatieven en het sluiten van oude kolencentrales. Het bewaken van de energievoorzieningszekerheid. Door de problematiek in Groningen zal het aandeel aardgas in de energiemix gaan afnemen. Dit betekent dat gezocht zal moeten worden naar alternatieven zoals het vergroten van de efficiëntie van de winning in de Noordzee en/of het vinden van alternatieven voor aardgas zoals het benutten van restwarmte en elektrificatie van door gas gedomineerde processen bij de industrie. 1 Speurwerkprogramma , Thema Energie, uitwerking TNO-rapport, ref. TNO 2014 R11291, 30 september 2014; 2 Zie Trends, Transities, TNO Strategie ;

6 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 6 / 53 Het thema Energie van TNO kan een bijdrage leveren aan het realiseren van genoemd beleid. Haar kennis, van duurzame bronnen (met name geothermie en zonne-energie), van lokale duurzame energievoorzieningssystemen (smart grids, warmte systemen en smart sustainable energy systemen) én kennis met betrekking tot de volledige CCS keten en energiebesparing, is zeer relevant voor de realisatie van de onder 1) genoemde doelen. De TNO-kennis over de Nederlandse ondergrond in combinatie met kennis op het gebied van exploratie- en exploitatietechnieken, on- en offshore en de gasinfrastructuur, is van belang voor het onder 2) genoemde aspect. Tevens beschikt TNO over een brede portfolio aan economische, gedrags- en sociale wetenschappen, die noodzakelijk zijn voor de niet-technische innovaties die voor de realisatie van het beleid noodzakelijk zijn. Het thema werkt samen met partijen uit het bedrijfsleven, de overheid, universiteiten en kennisinstituten in zowel nationaal als internationaal verband, door het initiëren van samenwerkingsverbanden, het vormen van consortia en het (mede) zorg dragen voor een innovatieve, creatieve werkomgeving voor talentvolle onderzoekers en toepassingsgerichte ontwikkelaars. Vraagsturing/Topsector Het onderwerp Energie is door de overheid aangemerkt als één van de negen Topsectoren. TNO Energie neemt in Nederland actief deel aan de Topsector Energie. Dit door een substantiële bijdrage te leveren aan de realisatie van innovatiecontracten binnen de sector. Hierbij wordt intensief samengewerkt met de NERA partners en het bedrijfsleven. Nagenoeg alle kennisontwikkelingsactiviteiten van het thema passen binnen de topsector 3. De innovatieagenda s van de Gouden Driehoek beschrijven belangrijke onderwerpen voor deze samenwerking. TNO, de overige TO2 partners en NWO faciliteren in het opstellen van deze innovatieagenda s. Met de topsector Energie zijn vraaggestuurde programma s afgesproken. De innovatieagenda s van de topsectoren en de strategische kennisagenda s van de departementen zijn het vertrekpunt voor deze vraaggestuurde programma s. Dit zijn (bij voorkeur) publiek-private meerjarige onderzoeksprogramma s waarin de meerwaarde van onze rol tot uiting komt. TNO en Horizon 2020 Op 1 januari 2014 is het nieuwe kaderprogramma voor Europees onderzoek, Horizon 2020 van start gegaan. Het thema Energie sluit met name aan op met name het programma Secure, clean and efficient energy. TNO wil de komende periode haar samenwerking intensiveren met andere Europese kennisinstellingen, met name met de partijen die opereren in EERA (European Energy Research Alliance) en EuroGeoSurveys verband. Horizon 2020 biedt een uitstekende basis om met de beste Europese kennisinstellingen te werken aan oplossingen voor de uitdagingen van vandaag en morgen. Afstemming en samenwerking met onze Europese collega s in joint programs vergroot de synergie tussen nationale en internationale onderzoeksprogramma s waar het Nederlandse bedrijfsleven van kan profiteren. 3 Uitzondering daarbij zijn onderdelen van het programma Geo-Energie (Innovatie van exploratie en productie van gas, geïnduceerde seismiciteit en geothermie) die niet in de programma s van de Topsector zijn opgenomen. De kennisontwikkelingsactiviteiten op deze gebieden vinden plaats onder regie van EZ. Zie hoofdstuk 2 in dit rapport.

7 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 7 / 53 Vraaggestuurde Programma s thema Energie De voorgenomen kennisontwikkeling in de periode is vastgelegd in de volgende Vraaggestuurde Programma s (VP s): Geo Energie: Oplossingsrichtingen en nieuwe technologie voor het op een verantwoorde, veilige en milieuvriendelijke wijze winnen van fossiele energiebronnen, het produceren van geothermische energie en de scheiding en opslag in de ondergrond van CO2. Duurzame Energie: Het slechten van de technische, economische en sociale belemmeringen voor het realiseren van een adaptief en flexibel duurzaam energiesysteem, met als doel het maximaliseren van de inzet van vernieuwbare energie tegen minimale investeringskosten. Systeemintegratie: Concepten voor inpassing van duurzame energie in het energiesysteem naar een multicommodity systeem (gas, elektriciteit en warmte in de combinatie fossiel en duurzaam) vanuit het perspectief van producenten, gebruikers en netbeheerders. Urban Energy-Energo: Technologieën voor installaties en gebouwen met als doel de energieconsumptie in de gebouwde omgeving drastisch te verlagen. Programmering is het tweede jaar van de strategieperiode De inhoud van de VP-programma s 2016 zijn in samenspraak met alle relevante stakeholders tot stand gekomen. De programma s 2016 passen derhalve binnen de genoemde TKI innovatiecontracten (excl. onderdelen van het programma Geo- Energie, zie boven). Met name over de specifieke invulling van het VP Geo Energie is intensief contact geweest met de regievoerder EZ. Bij de selectie van de projecten is tevens rekening gehouden met reeds lopende projecten en aangegane verplichtingen. Hoofdstuk 2 beschrijft het jaarprogramma 2016 van het vraaggestuurd programma Geo-energie. De programma s duurzame energie en systeemintegratie hebben binnen TNO eenzelfde roadmap als basis en zijn daarom met een gezamenlijke inleiding opgenomen in hoofdstuk 3. Het programma Urban Energy-Energo is opgenomen in hoofdstuk 4.

8 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 8 / 53

9 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 9 / 53 2 Vraaggstuurd Programma Geo Energie 2.1 Inleiding De doelstelling van TNO is de versnelling van innovatie en technologieontwikkeling. Enerzijds door het beschikbaar stellen van onderzoeks- en ontwikkelingsmiddelen, anderzijds door het assisteren van onze stakeholders bij de implementatie van de ontwikkelde technologieën. Binnen het vraaggestuurd programma Geo Energie (VP-GE) worden oplossingsrichtingen en nieuwe technologieën ontwikkeld die het mogelijk moeten maken om de transitie naar een duurzaam energiesysteem op een verantwoorde wijze tot stand te brengen. In Nederland zal gas als transitiebrandstof bij dit proces een belangrijke rol spelen. De vraagstelling kan daarmee worden verwoord als: Hoe kan in de toekomst worden voorzien in de (nog steeds) groeiende vraag naar fossiele energiebronnen, hoe kunnen die op een verantwoorde en milieuvriendelijke wijze worden gewonnen en hoe kunnen ze worden ingezet om de transitie naar 100% hernieuwbare energiebronnen mogelijk te maken. In het vraaggestuurd programma Geo Energie is deze vraagstelling vertaald naar 3 deelprogramma s te weten Leveringszekerheid, Veilige en verantwoorde winning en gebruik, en Duurzaamheid. Het deelprogramma Leveringszekerheid richt zich op de ontwikkeling van innovatieve methoden voor de optimale benutting van de beschikbare reserves (conventioneel en niet-conventioneel). De stakeholders voor dit deelprogramma zijn het ministerie van EZ en de industrie die participeert in het TKI Gas. Het deelprogramma Veilige en verantwoorde winning en gebruik richt zich op de ontwikkeling van kennis omtrent de veiligheid en de risico s voor mens en milieu. Dit deelprogramma zal in belangrijke mate gericht worden op de vraagstelling vanuit het ministerie van EZ. Betrokkenheid van de industrie zal beperkt blijven om een onafhankelijke positie voor TNO te kunnen borgen. Het deelprogramma Duurzaamheid richt zich op CO2 reductie door (grootschalige) toepassingen van CO2 opslag, Geothermie en LNG als brandstof. De activiteiten ten aanzien van afvang, transport, gebruik en opslag van CO2 is ondergebracht in het deelinnovatiecontract CCUS van de topsector Energie. Ook de ontwikkeling van LNG als brandstof behoort tot de portfolio van de topsector Energie. Geothermie is op dit moment niet opgenomen in één van de deelinnovatiecontracten. Hiervoor is het ministerie van EZ stakeholder. Het VP Geo Energie sluit aan op de Roadmap Geo-Energy van TNO. Deze Roadmap richt zich op een verantwoorde productie en verantwoord gebruik van fossiele energiebronnen en behelst:

10 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 10 / 53 Het vergroten van de efficiëntie van de opsporing en winning van fossiele brandstoffen middels verbeterde exploratie- en productietechnieken; Het vergroten van de veiligheid en betrouwbaarheid van productie, transport en gebruik van fossiele brandstoffen; Het vergroten van de duurzaamheid van cruciale delen van de (fossiele) energieketen. 2.2 Visie en ambitie Het Nederlandse energielandschap is aan het veranderen, door schaarste, publieke opinie, een streven naar een groeiend aandeel duurzame energie en door internationale politiek. Deze veranderingen brengen veel complexe vraagstukken met zich mee. Deze hebben betrekking op aspecten die onderling sterk afhankelijk zijn: de economische voorspoed van Nederland en van de Nederlandse (nog sterk fossiel afhankelijke) energie-intensieve industrie, veiligheid voor mens en milieu, leveringszekerheid en flexibiliteit van de energievoorziening. De vraagstukken gekoppeld aan fossiele energie, energieopslag, geothermie en CCS vertonen veel onderlinge overeenkomsten. Gemeenschappelijke aspecten zijn: Het vinden van nieuw productie- en opslagpotentieel; Efficiënt gebruik van put en reservoir; Publieke participatie en acceptatie; Veilig gebruik van het reservoir/de ondergrond alsmede veilig transport; Putveiligheid (productie, injectie, abandonnement); Innovatieve boortechnieken; Voorspelbaarheid induced seismicity; Monitoring technologieën om het gebruik van de ondergrond te monitoren en modellen van de ondergrond te valideren. De overeenkomsten in de vraagstukken hebben als consequentie (en voordeel), dat technologie die is ontwikkeld voor een domein, vaak ook toegepast / aangepast kan worden voor een of meer andere domeinen. Zo worden innovatieve productie- en boormethodes die ontwikkeld zijn voor de olie- en gasmarkt nu toegepast in de geothermie en worden ondergrondse monitoring technologieën ontwikkeld voor CO2 opslag nu toegepast in het olie- en gasdomein. Een solide kennisbasis op de juiste focusgebieden levert niet alleen rendement in meerdere domeinen, het kan de Nederlandse spelers en Nederland ook een goede exporteerbare kennispositie/concurrentiepositie opleveren. Nederland is op dit moment op vele vlakken een unieke achtertuin voor spelers in geo-energie: In de Noordzee moeten komende tijd als eerste wereldwijd duizenden putten geabandonneerd worden, hier zijn veilige en betaalbare technologieën voor nodig; De Nederlandse velden zijn aan het eind van hun productieleven met alle uitdagingen van dien (bijv. liquid loading, op welk gebied Nederland nu al leidend is en conferenties organiseert);

11 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 11 / 53 De productiehistorie van het grootste gasveld van Europa (Groningen) leidt tot geïnduceerde seismiek (problemen die waarschijnlijk ook in Zuid-Europa en elders zullen gaan optreden); Creatieve exploratie-technieken zijn nodig om nieuwe velden te vinden; Creatieve productietechnieken zijn nodig om moeilijk produceerbare velden veilig en technisch-economisch verantwoord winbaar te maken; De Nederlandse tuinders zijn actief in geothermie (nu al relatie NL met Indonesië om deze kennis te exporteren); Nederland staat aan de vooravond van het grootste demonstratieproject op het gebied van offshore CO2 opslag en gebruik (ROAD) TNO heeft in de afgelopen jaren / decennia, o.a. door programma s als CATO en ISAPP, alsmede de investeringen uit SMO, een internationaal erkende kennispositie opgebouwd (benchmark 2014, externe commissie, score 8-9 op schaal 1-9) op het gebied van zowel productie en opslag als veiligheid van geoenergie. De ambitie van TNO is om op relevante, goed gekozen niche gebieden bij te dragen aan: Een verantwoorde energietransitie, die recht doet aan zowel de economische als aan de maatschappelijke en duurzame doelstellingen van EZ; Het versterken van de Nederlandse spelers om aan EZ-doelstellingen bij te dragen en tevens een exporteerbare concurrentiepositie op te bouwen; Te zorgen voor voldoende kruisbestuiving van technologieën en financiering (leverage via EU) tussen de diverse onderdelen in de transitie (olie & gas, ccs, geothermie, energieopslag). Hierbij zijn in samenspraak met de stakeholders, R&D onderwerpen vastgesteld die goed aansluiten bij de TNO expertise of die vanuit de TNO context met partners kunnen worden ontwikkeld: 1. Nieuwe technologie en innovatieve methoden voor Exploratie en Productie van fossiele energie, met name gas. 2. Nieuwe technologie voor monitoring en optimalisatie van gaskwaliteit. 3. Kennisontwikkeling met betrekking tot induced seismicity. 4. Ontwikkeling van nieuwe technologie voor monitoring en verbetering van well integrity. 5. Kennisontwikkeling met betrekking tot de beheersing van de publieke onrust/betrokkenheid. 6. Borging van de kennis met betrekking Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) en zo mogelijk rechtsrteekse betrokkenheid bij demonstratieprojecten (in Europees verband). 7. Ontwikkeling van nieuwe technologie en veiligheidsstandaarden voor de toepassing van small scale LNG. 8. Kennisontwikkeling met betrekking tot energieopslag in de ondergrond. 9. Ontwikkeling van nieuwe technologie voor Geothermie.

12 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 12 / 53 In de onderstaande tabel is weergegeven op welke wijze deze R&D onderwerpen bijdragen aan de in hoofdstuk 2.1 genoemde drie deelprogramma s. Tabel 1 In deze tabel wordt middels de zwarte bolletjes aangegeven waar het zwaartepunt van de R&D zal worden gelegd. De open bolletjes betreffen kruispunten waar overlap wordt verwacht. Vanuit het ministerie van EZ is aangegeven dat License to Operate d.w.z. veilige en verantwoorde winning en gebruik van fossiele grondstoffen de komende jaren van groot belang zal zijn. De aardbevingsproblematiek in Groningen en de maatschappelijke onrust die daaruit is voortgekomen zijn daarin leidend. De problematiek van de publieke onrust raakt echter inmiddels ook veel andere activiteiten die samenhangen met het gebruik van de ondergrond als bron (en opslag/buffer locatie) van energie en grondstoffen. Vanuit dit perspectief wordt door het ministerie van EZ een nationaal onderzoeksprogramma ontwikkeld gericht op de ontwikkeling van kennis met betrekking tot de effecten van mijnbouw. Het VP Geo-Energie sluit hierbij aan, met name vanuit de kennis van de opbouw van de ondergrond en de voor deze effecten relevante processen (mechanisch, thermisch, chemisch, etc.) License to Operate is op veel punten in de waardeketen van het gebruik van fossiele energiebronnen aan de orde: (1) tijdens de productie van conventionele reserves, vooral aan het einde van de levensduur van mature fields, (2) tijdens de productie van onconventionele reserves, in het bijzonder als chemicaliën worden toegepast, en (3) gedurende het transport. Ook de kennis van de veiligheid en de betrouwbaarheid van de systemen, installaties en materialen die daarbij worden gebruikt zal worden uitgebreid.

13 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 13 / 53 Door de ontwikkeling en uitrol van technieken met betrekking tot de Leveringszekerheid (deelprogramma security of supply ) ondersteunt TNO de overheid in het realiseren van de vereiste continuïteit in de beschikbaarheid van gas voor het Nederlandse energiesysteem. Dit vergt zowel technologische vernieuwing als aanpassingen in de werkmethodes en moet bijvoorbeeld leiden tot concrete mogelijkheden voor de exploitatie van moeilijk winbare reserves. Daarnaast zal er in de samenwerking met spelers in de energiesector worden gestreefd naar een meer gedeelde (pre-competitieve) kennisopbouw. Een gezamenlijke verantwoordelijkheid van partners en de daarvoor benodigde kennisopbouw geeft Nederlandse spelers in de olie- en gassector een internationaal leidende positie met betrekking tot zowel de winning van onze conventionele reserves als de winning van onconventionele reserves. Het deelprogramma Duurzaamheid (Security) in het kader van geo-energie richt zich op de reductie van CO2 in het energiesysteem middels afvang, hergebruik en opslag van CO2 (CCUS). Energie scenario s zoals bijvoorbeeld ontwikkeld door IEA zien CCUS als een vereiste om aan de klimaatdoelen tijdens de energietransitie periode te voldoen. Ook in verband met de energievoorzieningszekerheid worden schone kolen- en gasgestookte energiecentrales voorzien van afvangtechnologie - gezien als noodzakelijk voor het opvangen van de schommelingen in vraag en aanbod van duurzame energiebronnen. In het verlengde van de ontwikkeling van CO2 afvang- en opslagtechnologie is ook het onderzoek naar nuttig gebruik van CO 2 sterk in ontwikkeling zoals bijvoorbeeld in de glastuinbouw, de olie- en gasproductie en voor de productie van solar fuels. Ook de benutting van LNG als transportbrandstof resulteert in minder uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen dan het gebruik van veel andere fossiele brandstoffen en wordt in die zin gezien als een waardevolle ontwikkeling binnen dit deelprogramma. Naast de ontwikkeling van CCUS en de benutting van LNG is de inzet van geothermische energie een optie voor een klimaat-neutraal gebruik van de ondergrond. Zowel ondiepe als diepe geothermische toepassing hebben bewezen reële opties voor duurzame energie te zijn. De kennisontwikkeling langs de hierboven geschetste lijnen zal overheid en industrie in staat stellen om de winbare reserves op een verantwoorde wijze te produceren en te gebruiken in het Nederlandse energiesysteem zodat de vereiste energiezekerheid kan worden geborgd, de klimaatdoelen kunnen worden gerealiseerd en een essentiële bron van inkomsten kan worden veilig gesteld. 2.3 Geschiedenis en relatie tot de Topsector Energie Het vraaggestuurd programma Geo Energie is de voortzetting van het VP-Energiebronnen in Transitie Beide programma s waren tot op heden een integraal deel van de TKI Gas, met uitzondering van de activiteiten op het gebied van de Geothermie. De kennis die in deze VP s is ontwikkeld dient 2 doelen: 1. Samen met de private partijen die verbonden zijn aan het TKI Gas, worden innovatieve oplossingen ontwikkeld die zijn gericht op het gebruik van gas als transitiegrondstof. Deze oplossingen moeten de realisatie van de duurzaamheidsdoelstellingen van het energieakkoord ondersteunen en zo mogelijk versnellen.

14 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 14 / Het ministerie van EZ heeft bij de ontwikkeling en uitvoering van het energiebeleid behoefte aan state-of-the-art beleidsondersteunende kennis van de winning, de productie en het gebruik van de ondergrond als energiebron. Voorbeelden daarvan zijn het beleid rond de reductie van CO2, de winning van schaliegas en de aardgaswinning in Groningen. Hoewel er sprake is van een grote overlap van de beide doelstellingen, heeft het ministerie van EZ in 2015 vastgesteld dat de kennisontwikkeling voor de beleidsondersteuning niet noodzakelijk in lijn is met de doelstellingen van het energieakkoord. Zoals o.a. is gebleken uit het aardbevingsdossier, is kennis van internationaal niveau op dat gebied van strategische betekenis voor het ministerie van EZ. Op basis van die constatering is er besloten om een deel van de programmering van het VP Geo Energie, onder regie van het ministerie te laten plaatsvinden. Omdat er sprake is van aanzienlijke overlap tussen de kennisontwikkeling relevant voor het TKI Gas en de kennisontwikkeling gericht op de beleidsondersteuning, is het niet mogelijk om een duidelijke splitsing in het VP aan te brengen. Daarom wordt voorgesteld om zowel advies in te winnen over de programmering bij het ministerie van EZ als bij het bestuur van het TKI. Op basis van deze beide adviezen zal de formele goedkeuring door EZ worden gegeven. In tabel 2 is aangegeven welke R&D onderwerpen relevant zijn voor het ministerie van EZ en welke relevant zijn voor (de hoofdlijnen van) het TKI Gas. Tabel 2

15 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 15 / 53 Financiering van de TNO activiteiten binnen de diverse TKI programmalijnen vindt plaats vanuit de SMO 4 middelen. Daarnaast stelt de TKI extra subsidies beschikbaar aan haar programmalijnen, die door alle onderzoekpartners binnen een programmalijn (inclusief TNO) kunnen worden ingezet. Zo werd in 2014 en 2015 subsidie toegekend aan de programmalijnen Upstream Gas en Small scale LNG aanvullend aan de aan TNO verstrekte SMO gelden. In afwachting van een beslissing over het ROAD-project werd ook in 2015 door de Topsector Energie geen financiering anders dan SMO - beschikbaar gesteld voor de CCUS programmalijn. Toekenning van subsidies voor 2016 wordt verwacht in november Naar verwachting zullen er voor 2016 wederom geen extra middelen voor de programmalijn CCUS beschikbaar komen. Wel is er sprake van extra financiering onder een H2020 Eranet-CCS. Een aantal projecten uitgevoerd binnen het VP-GE wordt deels gefinancierd vanuit Europese FP7 en Horizon 2020 programma s. Daarnaast vindt cofinanciering vanuit de industrie plaats. Totale cofinanciering vanuit de industrie en EC-programma s bedroeg in 2014 meer dan 50% van het onderzoeksbudget. Er wordt verwacht, dat private en EC cofinanciering in 2015 op hetzelfde niveau blijven. Jaarlijks wordt een update van het VP-GE ingediend bij EZ na overleg met en advisering door de TKI Gas. Goedkeuring van de SMO gelden vindt plaats door EZ, op basis van het advies van de TKI Gas en het Topteam Energie. Goedkeuring van projecten met TKI-subsidie vindt na indiening middels een open call for tender plaats door de TKI Gas en RVO. 2.4 Programma In het algemeen onderscheidt de positie van TNO zich van de concurrentie door de grote expertise ten aanzien van specifieke niches binnen het toepassingsgebied. Binnen deze niches komt TNO tot innovatieve oplossingen door deze unieke technologische expertise te combineren met kennis van andere markten waarin TNO actief is. TNO werkt op die gebieden waar standaardoplossingen niet beschikbaar of toereikend zijn en de meeste projecten zijn dan ook unieke, eenmalige opdrachten Aanpassingen ten opzichte van Het VP-Geo-Energie is het vervolg op het Programma Energiebronnen in Transitie. Voor een deel keren de projecten die onder het programma in uitvoering waren, terug in het programma Geo Energie Daarnaast is als gevolg van vraagsturing door Topsector en overheid, een algemene verschuiving ingezet, resulterend in een afname van gas gerelateerde activiteiten. Uitgangspunt van deze Roadmap is dat klimaatverandering en energievoorzieningszekerheid (en onafhankelijkheid), een verschuiving naar een groter gebruik van duurzame energiebronnen noodzakelijk maakt. Met name gas is gedurende de overgang naar duurzame energie een essentiële transitiebrandstof. 4 SMO: Samenwerkingsmiddelen Onderzoek: door de overheid aan TNO ter beschikking gestelde kennisinvesteringsmiddelen

16 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 16 / 53 Figuur 1 Energietransitie Tegen deze achtergrond richt de roadmap zich op een verantwoorde productie en verantwoord gebruik van fossiele grondstoffen: Het vergroten van de efficiëntie van de opsporing en winning van fossiele brandstoffen middels verbeterde productie- en exploratietechnieken; Het vergroten van de veiligheid en betrouwbaarheid van productie, transport en gebruik van fossiele brandstoffen; Het vergroten van de duurzaamheid van cruciale delen van de (fossiele) energieketen Samenwerking Bij de uitvoering van het VP GE betrekt TNO diverse partijen waaronder operators, contractors, leveranciers, vervoerders, downstream industriële partners en de energieopwekkingsindustrie. Ook de overheid (nationaal en EU) behoort tot de belangrijkste TNO partners. De overheid en de EU financieren gezamenlijke onderzoeksprogramma s in TNO s portfolio. Samen met de industrie ondersteunen zij gecombineerde financieringsprogramma s zoals TKI Gas (Upstream, CCUS en LNG). De operators onder de huidige klanten van TNO investeren in conventionele velden, alsmede de winning van onconventionele reserves (b.v. zware olie, schaliegas). Klanten van TNO maken gebruik van onze kennis ten aanzien van b.v. slimme en innovatieve exploratie- en productiemethodes en HSE instrumenten. Dienstverlenende bedrijven investeren in monitoring- en slimme productietechnieken. De leveranciers onder de klanten van TNO zijn voornamelijk betrokken bij onze activiteiten ten aanzien van de veiligheid en betrouwbaarheid (b.v. met betrekking tot compressoren, etc.) en de ontwikkeling van innovatieve industriële processen (b.v. technologie ontwikkeling voor CO 2 afvang). TNO heeft sterke samenwerkingsverbanden opgebouwd met internationale onderzoeksinstituten en universiteiten voor de uitvoering van haar R& D-activiteiten. Onder deze instituten bevinden zich Sintef, IRIS en NTNU in Noorwegen, de Universiteit van Berkely, Texas A&M, MIT en de Stanford Universiteit in de Verenigde Staten, CSIRO in Australië, GFZ Potsdam in Duitsland, IFPen in Frankrijk en de Universiteit van Turijn in Italië. Partners werken vaak langdurig samen met TNO op technologiegebieden waarin gedurende vele jaren expertise is opgebouwd.tno vult haar unieke technologiepositie aan met de beschikbaarheid van geavanceerde

17 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 17 / 53 testmogelijkheden zoals bijvoorbeeld op het gebied van blootstelling aan H2S, cryogenic loading, pressure burst testing, en thermisch mechanische belasting. TNO s sterke kennispositie komt tot uiting in de succesvolle participatie in talrijke EC-programma s, waaronder b.v. CO2GeoNet, EC SITECHAR, OCTAVIUS, ECCSEL, CGS-Europe, ECO2 en IMAGE. In een aantal van deze programma s treedt TNO op als programma coördinator. TNO werkt intensief samen met andere TO2 instituten zoals ECN (bijvoorbeeld op het gebied van CCS in CATO) en Deltares (gezien de gezamenlijke historie vindt hier op veel vlakken samenwerking plaats o.a. ten aanzien van monitoring- en modelleer technieken). 2.5 R&D onderwerpen programma 2016 Het VP-GE heeft een sterke koppeling met de programmering van het TKI Gas. Een samenvatting van de relevante hoofdlijnen van het TKI Gas is opgenomen in bijlage 1. Vanuit het projectportfolio van het VP-GE 2015 en de daarbij behorende verplichtingen is in overleg met de stakeholders voor het programma 2016 de relatieve verdeling van de budgetten (in %) op de R&D onderwerpen vastgesteld. Het resultaat daarvan is opgenomen in tabel 3. De volgende paragrafen t/m geven een inhoudelijke toelichting op de beoogde kennisontwikkeling binnen de in de tabel genoemde R&D onderwerpen. Tabel 3

18 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 18 / 53 De relatie tussen de R&D onderwerpen en de respectievelijke TKI s is opgenomen in tabel Innovative E&P Exploratie Noordzee: ontwikkeling van nieuwe play concepts. Optimalisatie mature fields: CO@ EGR/EOR en andere innovatie methoden voor productie optimalisatie. Ontwikkeling van innovatieve efficiënte productietechnologie voor tight gas en shale gas. Ontwikkeling van productietechnologie waarmee end-of-life problemen kunnen worden uitgesteld (salt, liquid loading, compressie). Integratie van productiedata en reservoirmodellen voor productieoptimalisatie en recovery. Kennisontwikkeling met betrekking tot nieuwe stimulatiemethoden als alternatief voor fraccing Induced Seismicity Ontwikkeling van betere (probabilistische) modellen van de relatie tussen gasproductie en aardbevingsrisico (hand aan de kraan). Ontwikkelen van methodes/workflows om met een netwerk van goedkope sensoren meer informatie uit de ondergrond te winnen en tegelijkertijd het publiek meer betrokken te krijgen Well Integrity Ontwikkeling van nieuwe well-technologie om abandonment kosten te reduceren en duurzaamheid te borgen (e.g. natural sealing) Ontwikkeling van inspectie- en monitoringtechnologie voor de detectie van lekkage en het borgen van de integriteit op lange termijn. Ontwikkeling van een betrouwbare methodologie voor risk assessment Carbon Capture, Utilization & Storage Verlaging van de kosten van CO2 afvang door ontwikkeling van 2e en 3e generatie capture technologie voor toepassing in industrie en powersector. Ontwikkeling van opties voor ondergrondse opslag van CO2 met een nadruk op monitoring, verificatie en veiligheid. Ontwikkeling van kennis met betrekking tot CCUS ketenintegratie- en opschalings-issues met specifieke aandacht voor CO2 transportsystemen Conform de uitgangspunten van de Nederlandse overheid zal dit onderzoek worden ingebracht in het Europese samenwerkingsverband met betrekking tot CCUS, ERANET-CCS Geothermie productieproblemen en systemen, wat is nodig voor optimale uitnutting van bekende reservoirs Kostenreductie en verlaging van pre-drill mijnrisico voor geothermie uit ondergrond, ontwikkeling van innovatieve productietechnieken

19 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 19 / 53 Is ultradiepe geothermie mogelijk in Nederland (5- exploratietechnieken, pilot put, verdieping van kennis van de ondergrond, innovatieve productietechnieken. Participatie in publiek-private samenwerkingsverbanden ten behoeve van ketenintegratie Energy Storage Kennisontwikkeling met betrekking tot innovatieve methoden voor ondergrondse energieopslag (compressed air, power-to-heat). Participatie in publiek private samenwerkingsverbanden ten behoeve ketenintegratie Small Scale LNG Ontwikkeling van nieuwe (materiaal-) concepten gericht op gewichtsreductie (bij gelijkblijvende of verbeterde veiligheid). Kennisontwikkeling met betrekking tot veiligheid ten behoeve van risicomanagement en de totstandkoming van internationale normen en standaarden Gas Quality Ontwikkeling van technologie om de kwaliteit van het gas in gasnetwerken te borgen bij de invoering van biogas vanuit gedistribueerde invoerpunten. Technologie voor gasbehandeling gericht op de verwijdering van ongewenste componenten (o.a. CO2, H2S, terpenen, siloxanen, BTX). Ontwikkeling van nieuwe technologische concepten voor de reductie van GHG emissies, w.o. methaanslib Public Concern Ontwikkeling van kennis met betrekking tot de belangen die stakeholders hebben of kunnen hebben bij het gebruik van de (diepe) ondergrond als energiebron of voor (energie-) opslag. Hoe kunnen de resultaten vanuit landelijk wetenschappelijk onderzoek door de stakeholders worden gebruikt voor bijvoorbeeld meningsvorming (burgers), bedrijfsstrategie (bedrijven), beleidsontwikkeling en besluitvorming (overheden).

20 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 20 / 53 Bijlage 1: Samenvatting van de relevante hoofdlijnen van het TKI Gas Upstream Gas De TKI Programmalijn Upstream Gas is georganiseerd op basis van twee types olie- en gasvelden en zes thematische categorieën in een programmamatrix (zie Figuur 3). Production from Mature fields, met aandacht voor het verlengen van de levensduur van olie- en gasvelden en voor de ontwikkeling van alternatieve gebruiksmogelijkheden van lege velden; Exploration in Mature Basins, bedoeld voor de ontwikkeling van verbeterde exploratietechnieken en het vinden van nieuwe gasvoorkomens in weinig onderzochte delen van het Nederlands territoir en gericht op de winning van gas uit zowel conventionele als onconventionele reservoirs. De thematische categorieën omvatten: Exploration and field development Production and Reservoir Management Infrastructure; HSE and Reliable Operation; Hardware (Sensing, Actuation, and Compression); en Societal Impact and Human Capital. Small Scale LNG De TKI programmalijn Small Scale LNG zet actief in op de benutting van LNG als transportbrandstof in Nederland. Hiermee creëert Nederland een kennisvoorsprong op dit gebied in Noord West Europa. Nederlandse bedrijven kunnen hun producten, kennis en diensten als het gaat om de LNG-benutting en de LNG-infrastructuur in

21 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 21 / 53 gaan zetten ter ondersteuning van andere landen die willen overstappen op LNG als transportbrandstof. LNG is makkelijk te transporteren en resulteert in minder uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen dan het gebruik van veel andere fossiele brandstoffen. De transportsector, met name wegtransport en scheepvaart, wordt geconfronteerd met moeilijk haalbare uitstoot-eisen van de EU. LNG gebruikt als brandstof kan in deze gevallen voordelig zijn, aangezien het de uitstoot van broeikasgassen beperkt. Daarnaast resulteert het gebruik van LNG in een stillere motor. Carbon Capture, Utilization and Storage De TKI-Gas programmalijn CCUS (CO2 afvang, transport, utilization en opslag) werd in 2014 opgenomen onder de TKI-Gas als vervolg op het Nederlandse Nationale CCS programma CATO-2. De programmalijn omvat Werkpakketten voor: Afvang; Gebruik; Opslag, Monitoring en Veiligheid; Transport en Ketenintegratie; Policy, Wet- en regelgeving; en Publieke Perceptie en Publieke Communicatie. CCUS wordt van vitaal belang geacht om de doelstellingen voor CO 2 emissies in 2030 en daarna te halen. Zonder de wijdverspreide inzet van CCUS zullen kolenen gasgestookte centrales, samen met een reeks industriële processen, de komende tientallen jaren belangrijke bronnen blijven van CO 2 -uitstoot. Om klimaat doelstellingen te halen dient een succesvolle demonstratiefase (mede gefinancierd door nationale overheden en de EU) te worden gevolgd door een succesvolle commerciële uitrol van CCUS vanaf Echter, ondanks prijzenswaardige pogingen om CCUS technologie te ontwikkelen door middel van demonstratieprojecten binnen het tijdschema, loopt de inzet van Europa achter op die van andere regio s/landen. Dit is voornamelijk te wijten aan de hoge kosten van CCUS vergeleken met ETS prijzen en de beperkte publieke support voor CCUS. Andere economieën maken belangrijke vorderingen bij de ontwikkeling van CCUS, vooral Australië, Canada, China, Noorwegen en de Verenigde Staten van Amerika. Verwacht wordt dat de Nederlandse regering in de herfst van 2014 een visiedocument over CCUS zal presenteren. Gas Acceptatie Samenleving De TKI-Gas programma lijn G.A.S spitst zich toe op de license to operate van de gasvoorziening, en kijkt vooral naar de publieke issues rond gas en de daarmee samenhangende institutionele aspecten van draagvlak. Cruciaal is de factor vertrouwen (trust): kan de samenleving erop vertrouwen dat een ontwikkeling, in dit geval van de gasvoorziening, leidt tot wat nodig en gewenst is? Kan de samenleving die ontwikkeling aan de sector en aanpalende organisaties toevertrouwen? Kan erop worden vertrouwd dat private en overheidsregulering voldoende borgen dat wordt geleverd wat wordt verwacht? En last but not least: biedt gas een propositie die herkend en erkend wordt als antwoord op de wensen, ideeën en behoeften die in de samenleving leven? Of moeten proposities en werkwijzen van de gassector wezenlijk veranderen?

22 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 22 / 53 Groen Gas De TKI-Gas programma lijn Groen Gas beoogt de ontwikkeling van Groen Gas als een ideale transitiebrandstof. Groen Gas bestaat al 25 jaar en heeft een goed imago. Groen Gas maakt gebruik van het distributienet van aardgas en de opslagcapaciteit helpt om vraag en aanbod van duurzaam uit te middelen.

23 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 23 / 53 3 Vraag gestuurde programma s Roadmap Sustainable Energy: Duurzame Energie, Systeemintegratie Inleiding De Roadmap Sustainable Energy van TNO is gericht op de transitie van een fossiel naar een duurzaam energiesysteem. De verduurzaming gaat over de belangrijke facetten: technologie, markt en wet/regelgeving. De doelstellingen voor de verduurzaming worden afgeleid van de doelstellingen op Europees en nationaal niveau, waarin afspraken gemaakt zijn over aandeel duurzame energie, energiebesparing en reductie van CO 2. Daartoe heeft TNO binnen de roadmap twee vraag gestuurde programma s gedefinieerd, die de onderwerpen adresseren die aan de ene kant de opschaling van bestaande en nieuwe innovaties als focus heeft en aan de andere kant focussen op de interacties en relaties tussen de energie-infrastructuren voor elektriciteit, gas en warmte. Het uiteindelijke doel hierbij is voor de maatschappij op de langere termijn een duurzame en betrouwbare energievoorziening te ontwikkelen. Visie en roadmap TNO Visie Sustainable Energy Om bovengenoemde doelstelling te realiseren heeft TNO in haar plan Roadmap Sustainable Energy ( ) een uitdagende visie op de toekomstige energievoorziening beschreven met als hoofdlijn: een hechte samenwerking van Smart Energy Systems ondersteunt een optimale inzet en gebruik van energiebronnen. In 2050 moet een samenhangend systeem niet alleen energieconversie, opslag, transport en distributie integreren, maar ook de tot nu toe onderliggende afzonderlijk opererende energie-infrastructuren van elektriciteit, gas en warmte tot een geheel maken. Samenvattend, het doel van de TNO Roadmap Sustainable Energy is het huidige energiesysteem te veranderen naar een duurzaam, betrouwbaar en geïntegreerd energiesysteem in TNO vormt een brug tussen onderzoek bij universiteiten en toepassing door het bedrijfsleven en de overheid. Het onderzoek van TNO is in het algemeen méér innovatiegericht (het werkelijk toepasbaar maken) dan dat van universiteiten. Bovendien is het steeds multidisciplinair, omdat TNO zo is georganiseerd dat onderzoekers van verschillende disciplines met elkaar samenwerken aan onderwerpen binnen de Roadmaps. Om de weg naar dit toekomstig energiesysteem, mogelijk te maken zijn binnen de Roadmap Sustainable Energy een viertal impactgebieden gedefinieerd. Activiteiten van TNO in deze impactgebieden zullen zich focussen op de ontwikkeling van de essentiële energie-flexibiliteit in het toekomstige geïntegreerde energiesysteem. Energie-flexibiliteit omvat het kunnen schuiven van vraag en/of aanbod in tijd door slimme aansturing of gebruik van opslagmedia. De impactgebieden van de Roadmap Sustainable Energy zijn 1. Develop: de ontwikkeling van duurzame en hybride technologieën van het energiesysteem en de integratie van de duurzame en hybride energiesysteem componenten in bestuurbare en betrouwbare configuraties, creëren van een

24 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 24 / 53 voorspelbare, bestuurbare en efficiënte verbinding tussen de energieinfrastructuren voor elektriciteit, warmte en gas 2. Unlock: het ontsluiten van het potentieel aan energieflexibiliteit in het geïntegreerde, smart, hybride energiesysteem door het creëren en implementeren van zowel wet- en regelgeving voor open en efficiënte marktmechanismen als open technologische standaarden voor verminderen van de ontsluitingskosten. 3. Use: het efficiënt gebruiken van energieflexibiliteit door energiepartijen en relevante stakeholders in de markt. Figuur 1. Impactgebieden van TNO Roadmap Sustainable Energy. Het gebruik van energieflexibiliteit speelt een centrale rol bij elk van de impactgebieden. Om de complexiteit van zeer uiteenlopende technische en sociale innovaties binnen de impactgebieden het hoofd te bieden, is het noodzakelijk de verschillende functies van het energiesysteem van elkaar te scheiden. TNO heeft daartoe het zogenaamde vierlagenmodel ontwikkeld, dat algemeen gebruikt wordt als handvat bij de discussie. In de visie van TNO bestaat een Smart Energy System uit vier lagen (zie Figuur 2). De bovenste laag is die van de Energiegebruikers (zowel bedrijven (B) als eindgebruikers (C)) met daaronder de lagen: Energiediensten, Virtuele Infrastructuur en Fysieke Infrastructuur. Het lagenmodel gaat uit van zogenaamde separation of concerns. Hiermee is het mogelijk om zowel verschillende technologieën verschillende belangen van stakeholders als verschillende type diensten naast elkaar te ontwikkelen. Expliciet zijn de verschillende lagen te omschrijven als: Energiegebruikers. Deze laag omvat de gebruikers, zowel Bedrijven (B) als Eindgebruikers (C). Gebruikers bepalen op welke wijze hun appliances en diensten functioneren. Dit aan de hand van gestelde niveaus van comfort en kosten. Energiediensten (zowel B2B, B2C als C2B). In deze laag vinden we diensten zowel gericht op opwekking, transport, distributie als wel op energie-comfort diensten Virtuele Infrastructuur. Modulaire vertaling van alle aangesloten apparatuur in de fysieke infrastructuur in termen van digitale interfaces. Deze interfaces dienen zowel voor de monitoring & control van de fysieke netwerkcomponenten

25 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 25 / 53 als voor het verzamelen, processen en distribueren van data aan de bovenliggende diensten laag. Fysieke Infrastructuur. Deze laag omvat de fysieke componenten voor de opwekking, opslag, transport en distributie van energie. Deze componenten communiceren hun toestand aan de bovenliggende virtuele infrastructuur. Figuur 2 Vierlagenmodel TNO. Opdeling van complexiteit in onafhankelijke onderdelen. Merk op dat de innovaties binnen het lagenmodel twee kanten op gaan (zie pijlen midden in Figuur 2): van eindgebruiker naar de fysieke infrastructuur en andersom. Op elke laag zijn institutionele en sociale innovaties nodig. Dit betreft innovaties in regelgeving en beleid, op het gebied van business modellen en gericht op het gedrag van eindgebruikers. TNO Roadmap Sustainable Energy Fasering Systeemontwikkeling De transitie van het energiesysteem verloopt incrementeel waarbij het systeem telkens aanpast. Zo gebruiken we als basis voor de programmering van de roadmap een integrated and adaptive energy system development waarin vier fasen op verschillende tijdschaal te onderkennen zijn. Integrated and Incremental Energy System Development Power Gas PLAN DESIGN DEPLOY OPERATE Heat Figuur 3. Fasering in de ontwikkeling van het energiesysteem.

26 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 26 / 53 Fase 1 en 2. PLAN/DESIGN. Het analyseren en waarderen van (sub)systemen door het creëren van rekenmodellen, simulatiemodellen voor technologie en markten. Effect en impact van ontwerpbeslissingen worden hiermee inzichtelijk gemaakt, evenals het bereiken van duurzaamheidsdoelstellingen Fase 3. DEPLOY. Voor het daadwerkelijk uitrollen op grotere schaal van technologie is een (ICT) infrastructuur en architecturen nodig die kostenefficiency en toekomstvastheid garanderen. Fase 4. OPERATE. In de operationele fase zitten de innovaties die de flexibiliteit van het systeem optimaal kunnen inzetten. Het besturen van opwek, conversie, opslag, transport/distributie en vraag door verschillende vormen van control architecturen is hierbij een wezenlijk onderdeel. Daarbij horen ook de (ICT) processen die het mogelijk maken het beheer en accounting op de juiste manier te kunnen uitvoeren. Vraaggestuurde programma s binnen Roadmap De groeiende maatschappelijke vraag naar een sterk samenhangend systeem van soorten en technologieën energieopwekking heeft binnen de Roadmap Sustainable Energy er toe geleid dat naast het oorspronkelijke Vraag gestuurde Programma (VP) Sustainable Energy (voorheen Energie Efficiëntie) een nieuw Vraag gestuurd Programma System Integration ingericht is. Hoewel beide VP s projecten omvatten die de verschillende fasen van systeemontwikkeling adresseren, kennen beiden een focus. Het VP Sustainable Energy richt zich vooral op het ontwikkelen en uitrollen van slimme regel technologieën op grote schaal. In de fasering van systeemontwikkeling ligt dat bij Plan/Design' en Deploy. Voor het grootschalig uitrollen zijn complexe ICT technologieën nodig die het mogelijk maakt kostenefficiënt nieuwe regel technologieën uit te rollen en te beheren en daarbij rekening houdt met de grote verscheidenheid en aantallen van betrokken partijen. Het VP System Integration richt zich vooral op de optimale samenstelling en combinaties van energie subsystemen op verschillende schaal, met hierbij een specifieke aandacht voor het kunnen analyseren (Plan/Design) en besturen (Operate) van deze combinaties. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een optimalisatie van warmtevraag in een regio, rekening houden met beschikbare warmtebronnen en/of gas in combinatie met duurzaam opgewekte elektriciteit, bestuurd door een hybride regelsysteem. Transformatieproces naar een geïntegreerd energiesysteem Naar haar aard volgen de twee programma s VP Sustainable energy en VP System Integration elk een eigen route naar dit geïntegreerde energiesysteem. Deze verschillende routes kenmerken zich door de twee dimensies: Complexity en Scaling. Het VP Sustainable Energy volgt route A waarbij eerst het zwaartepunt ligt in het vergroten van de toepassing schaal, daarentegen volgt het VP System Integration de route B waar eerst ingezet wordt op verhogen van de mate van integratie.

27 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 27 / 53 Figuur 4. Transformatieproces naar geïntegreerd energiesysteem. Route A volgt opschaling en Route B kenmerkt zich door integratie. Doorvertaling naar Tools en Solutions De activiteiten binnen de programma s zijn gebaseerd op bovengeschetste impactgebieden en gericht op de ontwikkeling van van Tools en dragen bij aan de Solutions van de Roadmap. Hierbij worden in de tijd de beschreven systeemfasen gevolgd. Figuur 5. Technology, Tools & Solutions voor de verschillende Impactgebieden van TNO Roadmap Sustainable Energy In Tabel 1 zijn ook de verschillende maturiteit van de technologie (Technical Readyness Level, TRL) en de ontwikkeling van de vraag hiervoor in de markt (Demand Readiness Level, DRL) weergegeven.

28 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 28 / 53 Technology, Tools & Solutions Develop Models and Planning TRL4 TRL6 TRL7 Simulation & Control TRL3 TRL4 TRL6 Facilities Start building HESI LAB Finalize build; First projects Full utilisation (expand) Full utilisation Unlock Use Smart Energy Solutions Solution Orchestration Definition of market ready solutions DRL 4 Targeted solutions for named submarkets DRL7 DRL8 DRL8 Ongoing Ongoing Ongoing Ongoing Tabel 1 Roadmap Tools & Solutions volgens impact gebieden. Voor de volledigheid zijn de eind 2015 beschikbare (2015) TNO technologieën (tools/solutions) voor de verschillende implementatiestadia: plan, design, deploy en control hieronder in Tabel 2 weergegeven. Merk op dat ook TNO technologieën vermeld staan die buiten Roadmap ontwikkeld zijn en beheerd worden. Tabel 2. Overzicht huidige TNO technologieën (tools/solutions) voor de verschillende implementatiestadia van systeemontwikkeling.

29 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 29 / 53 Governance Governance: Organisatie/aansturing van de uitvoering Bij de uitvoering van de projecten binnen het VP wordt 80% van de beschikbare en middelen ingezet in Europese en nationale kennisprojecten (FP7, TKI S2SG, H2020, KIC). Jaarlijks vinden er vanuit het VP geplande vergaderingen en discussies plaats met gremia van stakeholders, zoals bijv. TKI bijeenkomsten, NetbeheerNL, Ecofys, EIT ICT Labs, etc. Samenwerking Op het gebied van Smart Energy Systems werkt TNO met veel partijen samen, zowel in het private als in het publieke domein. TNO ziet het daarbij als haar taak om als schakel te fungeren tussen wetenschap en praktijk, zodat kennis ook daadwerkelijk wordt toegepast in Nederland. TNO onderhoudt contacten met universiteiten en hogescholen die onderzoeksprogramma s hebben op het gebied van smart grids, en gaat samenwerkingsverbanden aan waar dat zinvol is. In het bijzonder vindt input via aan het VP gelieerde deeltijdhoogleraren plaats. Verder is er samenwerking met diverse marktpartijen via de proeftuinen/pilots gericht op Smart Energy Systems. Daarbij vormt TNO de verbinding tussen kennis en toepassing. In al deze proeftuintrajecten bestaat het consortium uit een combinatie van netbeheerders, energiebedrijven, projectontwikkelaars, gemeenten, provincies en ICT-toeleveranciers. Verder werkt TNO samen met internationale partijen in allianties zoals Flexible power Alliance Network (FAN), European Energy Research Alliance (EERA), en participeert zij in Europese Standaardisatie Organisaties zoals de (ESO): CEN/CENELEC, ETSI. Ten slotte vindt samenwerking plaats via Europese onderzoeksprogramma s zoals FP7, Horizon 2020 en EIT/KIC. Daarnaast wordt voor bredere vraagstukken actief samengewerkt met TO2 instituten (o.a. ECN), prominente onderzoekslaboratoria (zoals NREL, Berkeley, PNNL, Fraunhofer, DTU, Pecan Street) en energieplatformen zoals Energy Academy Europe (EAE). Kennispositie en klanttevredenheid De ontwikkeling en betrokkenheid bij internationale projecten laat zien dat de kennispositie op internationaal niveau goed is. Het werk van TNO onderscheidt zich door de multidisciplinariteit. De vertaling van opgedane kennis naar concrete middelen en tooling maakt de kennis van TNO steeds meer toepasbaar voor onze klanten.

30 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 30 / Vraaggestuurd programma Sustainable Energy Inleiding Als drijvende kracht voor de levering van betaalbare, duurzame energie zal een open en competitieve markt van energiediensten gerealiseerd moeten worden. In het onderzoeksprogramma Sustainable Energy van TNO grijpen technische en sociale innovatie op het gebied van Smart Energy Systems in elkaar. Onder technische innovatie vallen (1) ICT-architecturen en de interfaces met de fysieke installaties, (2) (koppelvlakken naar) duurzame en/of decentrale opwek, (3) buffering en opslag ten behoeve van balancering en (4) het bevorderen van de efficiëntie over de energiedragers heen. Sociale innovatie is gericht op de veranderingen in (a) regulering en beleid, (b) de veranderingen in de waardeketens en business modellen en (c) de veranderingen in het gedrag gericht op vraagsturing. De kracht van TNO komt specifiek tot uiting in de integratie van zowel sociale als technische innovatierichtingen. Het VP Sustainable Energy richt zich op bovengenoemde visie met tegelijkertijd de drive om ontwikkelde technologieën, pilots en proeftuinen naar grootschalige toepassingen te tillen. Hierbij geldt een wisselwerking tussen enerzijds een stap in grootschalige uitrol en kosten efficiëntie, gevolgd door een stap naar een Smart Energy System als één geheel (met een toenemende systeemintegratie en complexiteit) Relatie Topsector Energie en beleid overheid Historie Vanaf de oprichting van de TKI s heeft TNO de visie op Smart Energy Systems gedeeld en aangescherpt met de stakeholders in de markt en van de overheden. Zo is bijvoorbeeld het TNO-vierlagenmodel, Energiegebruikers, Energiediensten, Virtuele infrastructuur en Fysieke infrastructuur, geadopteerd door de TKI Switch2SmartGrids en vormde de basis voor het oorspronkelijke TKI programma en -roadmap. Gedurende de looptijd van het VP is de internationale kennispositie van TNO flink versterkt. Dat is onder andere zichtbaar door de deelname in een groot aantal EU projecten. Daarnaast is TNO nauw betrokken bij het Joint Program Smart Grid van EERA (European Energy Research Alliance) en de Action Line Smart Energy Systems van EIT ICT Labs. De afgelopen jaren zijn door TNO belangrijke resultaten behaald op het gebied van de Virtuele Infrastructuur in combinatie met de Services-laag. Onderzoeksresultaten vanuit EU-projecten hebben direct bijgedragen aan de verdere ontwikkeling van een open ICT-architectuur voor inpassing van nieuwe energie-componenten (opwek, opslag en verbruik) en een open dienstenplatform. Met betrekking tot sociale innovatie is ook een belangrijke stap gezet op het gebied van duurzame gedragsverandering door onderzoek naar de drijfveren voor actieve participatie in lokale energie-coöperaties en internationaal onderzoek naar best practices voor Active Demand. Specifiek ten behoeve van dienstontwikkeling is onderzoek verricht naar de verrekening en pricing van nieuwe energiediensten. Adequate verrekening (smart billing) is een essentiële bedrijfscomponent voor de energietransitie. Op het

31 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 31 / 53 gebied van de Fysieke infrastructuur is o.a. gewerkt aan het simuleren van gedistribueerde PV opwek om daarmee belangrijke inzichten te verkrijgen in dreigende instabiliteitssituaties in het grid en mitigerende maatregelen. Daarnaast is er onderzoek geweest naar wet- en regelgeving, bijvoorbeeld op het gebied van belemmeringen die proeftuinen ondervinden als gevolg van het wettelijk systeem. Aansluiting op en evolutie binnen Topsector Energie Binnen de Topsector Energie werkt TNO intensief samen met de TKI Switch2SmartGrids (TKI S2SG). TNO is vanaf het begin zowel in het bestuur als in de Raad van Toezicht vertegenwoordigd. TNO presenteert elk jaar in een vroeg stadium de plannen van TNO op het gebied van smart grids aan het bestuur en stelt dat zo nodig bij op basis van de feedback van het bestuur. In het algemeen is er een uitstekende samenwerking tussen TKI S2SG en TNO. In de vorige strategieperiode waren de programmalijnen van de TKI gericht op het vierlagenmodel zoals door TNO ontwikkeld en ingebracht. TNO heeft ondersteuning geboden bij het herdefiniëren van de programmalijnen van de TKI S2SG. Zo heeft TNO in 2013 en 2014 direct bijgedragen aan addenda bij de innovatiecontracten die dienen als input voor de tenders, projecten en de nieuwe TKI programmalijnen en aandachtspunten: Energiemanagement, en Informatie en Control voor flexibiliteit. Voor 2016 zijn de paragrafen van de TKI s Solar Energy, EnerGO en Switch to Smart Grids gecombineerd tot de paragraaf innovatie Duurzame Energie en Energiebesparing Gebouwde Omgeving (TKI ideego). Zo kent de TKI ideego de volgende vijf programmalijnen: 1. Zonnestroom (PV) systemen. Dit betreft Ontwikkeling en implementatie van Nederlandse kennis en kunde voor wat betreft de ontwikkeling en productie van zonnestroomproducten (d.w.z. cellen, halffabricaten, modules, etc.). 2. Compacte conversie en opslag van thermische energie. Programmalijn gaat over het verhogen van de efficiëntie van de conversie naar warmte en koude voor ruimtes en tapwater, het vervangen van de inzet van fossiele brandstof door duurzame thermische energie en het verhogen van de nuttige inzet van die duurzame bronnen door gebruik van thermische opslag. 3. Multifunctionele bouwdelen. Dit betreft het energieneutraal maken van de gebouwde omgeving in Nederland, door grootschalige implementatie van duurzame energiesystemen (zonnestroom, warmte en koude) én energiebesparing door middel van slimme energierenovatie van gebouwen en civiele infrastructuur (constructies in of aan wegen, spoorwegen etc.). 4. Energieregelsystemen en diensten. Programmalijn betreft het met behulp van energieregelsystemen de waarde van lokaal opgewekte duurzame energie te verhogen. En de waarde van flexibiliteit te verhogen: de mate waarin het energiesysteem opwekking en gebruik aanpast in reactie op (on)verwachte fluctuaties. 5. Flexibele energie-infrastructuur. Dit betreft het verhogen van de bijdrage van de energie infrastructuur aan een duurzame energievoorziening, met een grotere flexibiliteit van deze infrastructuur.

32 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 32 / 53 Programmalijn TKI ideego Focus Zonnestroom (PV) systemen Verhogen van het omzettingsrendement (van zonlicht naar elektriciteit) Verlagen van de integrale kostprijs van zonnestroomproducten. Integrale duurzaamheid TNO Verdere ontwikkeling van SolaRoad, rijweg die ook zonne-energie opwekt: opschaling, nieuwe type wegen en verbetering concept. Energieregelsystemen en diensten Ontwikkelen van zelflerende intelligente energieregelsystemen en (ondersteunende) producten en diensten (meet- en regeltechniek, ICT, open ICT platforms voor nieuwe producten en diensten, prestatiegaranties). TNO Schaalbaarheid van energietechnologieën en toekomstvastheid van standaarden en ICT Architecturen Algoritmiek voor optimalisatie elektriciteitinfrastructuur (Power Control) Flexibele energie-infrastructuur Slimme warmte- en/of koude-netten. Betere benutting van ondergrond voor opwekking en opslag van thermische energie. ICT platformen, informatiesystemen, meet-en regelsystemen, sensors, actuatoren, slimme meter datamanagement, markt control mechanisme, slimme kabels, slimme omzetters ( inverters ), software voor het analyseren van gegevens uit de infrastructuur. Concepten en tools voor optimalisatie en transitie van lokale energie infrastructuur als onderdeel van een duurzame energievoorziening. TNO energie managementsystemen op gebied van Power Control en Heat Control. energiedata (o.a. verbruiksdata) management Elektrisch vervoer interoperabiliteit specificaties en technologie Tabel 3. Voor VP Sustainable Energy relevante ideego programmalijnen met focusonderwerpen. Het TKI ideego bestuur verwacht van TNO dat zij net als afgelopen jaren haar kennisprogramma en projecten afstemmen op de (in dit geval hernieuwde) programmalijnen, speerpunten en essentiële aandachtspunten van het TKI. Daarnaast kan TNO een rol op zich nemen om speerpunten op te pakken die het systeem echt laten werken en die niet worden opgepakt in de lopende TKI (tender) projecten mits dat past in haar strategie en expertise. Hierbij wordt gedacht

33 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 33 / 53 aan bijvoorbeeld het binnen het TKI programma ontwikkelen van meer generieke oplossingen en standaard producten ten behoeve van kostenefficiënte opschaling. Specifiek voor sociaal innovatieve uitdagingen (maatschappelijk, economisch en/of juridisch) is er de TKI-overstijgende STEM regeling (Samenwerken Topsector Energie en Maatschappij) waarin bedrijven, maatschappelijke organisaties en onderzoeksorganisaties met elkaar werken aan een toekomstbestendige duurzame energievoorziening. STEM kent de volgende doelstellingen: Inzicht ontwikkelen in relevant gedrag voor het effectief en efficiënt introduceren van energie - technologische innovaties en ruimtelijke ontwikkelingen in de Nederlandse samenleving. Inzicht krijgen in de wensen en belemmeringen van consumenten en bedrijven ten aanzien van nieuwe technologische innovaties. Inzicht krijgen in potentieel nieuwe toepassingen van nieuwe technologieën Het VP Sustainable Energy sluit hierop aan. Impact De grote impact van het werk in de VP s blijkt uit het feit dat (1) TNO sterk bijdraagt aan de mogelijkheden tot inpassing van duurzame energie, (2) sinds de oprichting van de VP s de omzet in programma s etc. sterk is gegroeid en deze groei zich nog steeds voortzet en (3) doordat kennis en kunde van TNO ligt op het gebied van integrator (zowel technisch als sociaal economisch), TNO nationaal/internationaal gevraagd wordt om te participeren in projecten. De binnen het VP opgebouwde kennis over de afgelopen jaren wordt voor de verschillende programmalijnen van het TKI Switch2SmartGrids (nu ideego) toegepast. Daarmee evolueert de kennis steeds verder. Voorbeelden hiervan zijn: - Ontwerp van een Energy Flexibility Interface (EFI) waarmee op een gestandaardiseerde manier een ontkoppeling is gemaakt tussen de fysieke apparaten en de toepassingen in het smart energy system. EFI is geïmplementeerd in het EF-PI (voorheen FPAI) energy management framework. Standaardisatie-organen (ISO/IEC) zijn erg geïnteresseerd hierin en nodigen uit tot het schrijven van specificaties. Zo ook zijn NREL en Fraunhofer IWES geïnteresseerd in samenwerking met TNO op het gebied van EF-PI compatibiliteit. - Ontwikkeling van warmte management systeem HeatMatcher. In 2015 is de HeatMatcher 2.0 ontwikkeld, getest op het ook ontwikkelde simulatiemodel en tenslotte geïnstalleerd op locatie Louis Davids Carré te Zandvoort. De ontwikkelde kennis en ervaring wordt in 2016 verder gevaloriseerd en gebruikt in nieuwe commerciële trajecten en potentiele nieuwe H2020-trajecten. - In het FP7 project COTEVOS is door TNO gewerkt aan de ontwikkeling van optimale infrastructuur en functionaliteit voor het testen van conformiteit en interoperabiliteit van het opladen van Elektrische Voertuigen. Deze kennis blijkt zeer waardevol te zijn en wordt verder ingezet in o.a. Smart City projecten. - Op het gebied van sociale innovatie vormt het door TNO ontwikkelde Interventiemodel met betrekking tot klantacceptatie de basis van de validatie van Smart Grid Demand Response projecten binnen het EU project Advanced.

34 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 34 / 53 - Op dienstengebied wordt de opbouwde kennis met betrekking tot pricing en billing van flexibiliteit in consumeren en produceren van energie gebruikt voor het inzichtelijk maken van nieuwe energieproposities van het TKI-project Jouw Energie Moment De opgebouwde kennis met betrekking tot wet- en regelgeving in Nederland en in Europa wordt ingezet en verder uitgewerkt in consultancy opdrachten voor energiepartijen en nieuwe EU H2020 -projecten Hoofdlijnen Programma 2016 De basis voor de invulling van de programmering van het VP Sustainable Energy wordt gelegd door het integrated and adaptive energy system development aanpak, zie Figuur. De transitie van het energiesysteem verloopt incrementeel waarbij het systeem telkens aanpast. Zo onderkennen we als basis voor de programmering van de roadmap een doorloop waarin vier fasen op verschillende tijdschaal te onderkennen zijn. Integrated and Incremental Energy System Development Power Gas PLAN DESIGN DEPLOY OPERATE Heat Figuur 6. Fasering in de ontwikkeling van het energiesysteem In de 1 e /2 e fase PLAN/DESIGN worden specifieke energietechnologieën ontwikkeld en geanalyseerd en gewaardeerd door toepassen van modellen. Effect en impact van ontwerpbeslissingen worden hiermee inzichtelijk gemaakt, evenals het bereiken van duurzaamheidsdoelstellingen. De 3 e fase DEPLOY richt zich op het daadwerkelijk uitrollen op grotere schaal van technologieën door middel van een adequate (ICT) infrastructuur en architectuur. Ten slotte in de 4 e fase OPERATE worden innovaties ontwikkeld die de flexibiliteit van het systeem optimaal inzetten. Het besturen van opwek, conversie, opslag, transport/distributie en vraag door verschillende vormen van control architecturen is hierbij een wezenlijk onderdeel. Daarbij horen ook de (ICT) processen die het mogelijk maken het beheer en accounting op de juiste manier te kunnen uitvoeren. Het Hybrid Energy System Integration Lab (HESI Lab) is een belangrijke ontwikkeling als schakel tussen pure simulaties en uitrol in de praktijk. Het HESI lab geeft invulling aan de Technologie impact area (develop/integrate) en zal dienen als plek waar een tiental trajecten naast elkaar gebruik maken van state of the art energie infrastructuur en apparatuur, bestuurd door geavanceerde control systemen en architecturen. Het testen van configuraties en slimme combinaties van een geïntegreerd systeem voordat ze in de praktijk worden gebracht is een belangrijke toegevoegde waarde van het Lab. In 2015 zijn hiervoor de eerste stappen gezet, en in 2016 zal het lab worden gerealiseerd.

35 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 35 / 53 Gerelateerd aan het programma van de Roadmap Sustainable Energy is de programmering van het VP Sustainable Energy als volgt: Impact Area Topic Develop Unlock Use Simulation and Control TRL4 Algoritmes; Built HESI lab (See VP SI) Elektrificatie van Industrie, Transport, Communities SolaRoad TRL 6/7 demonstrati ons Solution Orchestration TRL5/6 Lab Simulaties (1 st large scale hybrid system technical test case) TRL 6/7 HESI demonstration s (1 st small scale highly complex hybrid system technical test case (See VP SI) TRL 8 Operation al DRL4 DRL7 DRL8 DRL8 TRL 6/7 demonstrati ons TRL 6/7 demonstration s TRL 8 Operation al Ongoing Ongoing Ongoing Ongoing Tabel 4. Programmering van VP Sustainable Energy ( ).

36 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 36 / 53 Bijlage: TNO VP Sustainable Energy projecten 2016 Impact gebied Project Beschrijving Develop TKI Smart Cova TKI IDEGO(Intelligente Duurzame Energie voor de Gebouwde Omgeving) TKI Smart Balance FP7 OS4ES (Open System for Energy Management) FP7 Electra(European Liaison on Electricity grid Committed Towards long-term Research Activities). FP7 Dream(Distributed Renewable resources Exploitation in electric grids through Advanced heterarchical Management). FP7 SunSeed (Sustainable and robust networking for small electricity distribution) FlexiForFuture Opschalingstechnologieen SG Standaardisatie Ontwikkeling en demonstratie van technologie in kantoorgebouwen voor gebruik energie flexibiliteit. Ontwikkeling van intelligente zelfoptimaliserende regelsystemen waarmee gebouwen intelligent. Specifiek realisatie van (bedrijf)economische model voor Energy Service Company (ESCO) voor totale energiediensten en inzet van warmtesturingssysteem HeatMatcher. Ontwikkeling van intelligente oplossingen voor gebalanceerde integratie van PV systemen in elektriciteitsnetten door decentrale opwekkers (PV installaties) te voorzien van de standaard eigenschappen van klassieke generatoren (voortbouwend op resultaten verkregen in het Europese VSYNC project). Ontwikkeling van een Distributed Registry voor DER componenten voor een dynamische samenwerking DER-DSO. Lab- en veldtesten. Het project draagt bij aan standaardisatie. Betreft uitvoeren van EERA Joint Program met EU research partners; in het bijzonder het ontwerpen grid toekomst; standaardisatie, control- en monitormechanismen. Betreft (inter) management aanpak voor inpassen duurzame energie op basis van autonome agent based systemen. Beschouwt converged communicatieinfrastructuren voor energiesystemen. Ontwikkeling van een conceptenkader en een integraal flexibiliteits- dienstenmodel dat het mogelijk maakt om verschillende vormen van flexibiliteit te relateren en te kwantificeren. Onderzoek naar benodigde opschalingstechnologieën die het mogelijk maken IT oplossingen voor het energiedomein op te schalen naar regionaal en landelijk niveau Ontwikkelen en borgen kennis standaardisatie op het gebied van Smart Grids. In het bijzonder verzoek van ISO/IEC voor schrijven New Work item Proposal voor EFI (Energy Flexibility Interface) dat geïmplementeerd is in het EF-PI (voorheen FPAI) energy

37 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 37 / 53 Impact gebied Project Beschrijving Unlock SolaRoad FP7 CIVIS (Cities as drivers of social change) TKI JEM 2.0 management framework. Rijweg die zone-energie opwekt. Eerste pilot (fietspad) in Krommenie. Ontwikkelingsrichtingen: opschaling (trajecten over grotere afstand), nieuwe type wegen (zoals busbanen) en verbeteringen aan het concept (bv nieuwe type zonnecellen). Ontwikkelen van enabling technologieën en business modellen (TNO) voor energyoptimized smart cities ; twee pilots in Trento en Stockholm. Demonstratie binnen IPIN project Jouw Energiemoment van nieuwe business modellen gericht op energieflexibiliteit (o.a. opslag voor de meter) en gezamenlijke werking van een smart billingsysteem.

38 TNO-rapport TNO 2015R11211 CONCEPT 38 / Vraaggestuurd programma System Integration Inleiding De invulling van het vraag gestuurde programma (VP) System Integration is afgeleid van de Roadmap Sustainable Energy en bijbehorende visie. Centraal staat de transitie van het fossiele energiesysteem naar duurzaam ingericht systeem. In dit document is de visie uit de roadmap uitgewerkt tot het VP SI programma. Systeemintegratie: Eindverbruik, transportpaden, energiebronnen en schaalgrootte Systeemintegratie houdt zich bezig met onderzoek en ontwikkeling gericht op de optimalisatie van interacties tussen de verschillende energie-infrastructuren in het energiesysteem. De grote systeemintegratie uitdaging ligt bij het op het juiste moment de juiste vorm van eindenergie op de juiste locatie beschikbaar te krijgen, op verschillende geografische schaal. Hiervoor is het nodig om vanaf de bron van energie (hernieuwbare energie, fossiele bronnen, nucleaire energie) met eventuele conversies en opslag hiervan en het transportpad zodanig in te richten dat er voldaan wordt aan benoemde doelstellingen van het systeem. Hiervoor is het nodig de juiste combinaties te vinden: welke bron gebruiken, wanneer en waar, en welke opslag Enkele definities Systeemintegratie of conversies uitvoeren? Of is het nodig de vraag naar eindenergie beïnvloeden? De Systeemintegratie: Ervan uitgaan dat er een mogelijkheid om keuzes te maken, de beperkt aantal vormen van eindenergie nodig aanwezige flexibiliteit in het systeem, verhoogt is (warmte/elek/brandstof) gaat de complexiteit van het geheel. De systeemintegratie over de beste manier om complexiteit zit in de keuzes die in deze die vorm van energie bij de eindgebruiker te combinaties gemaakt moeten worden die gaan krijgen, op het juiste moment. Daarvoor is het leiden tot het gewenste effect in termen van nodig de interacties en relaties tussen de verduurzaming, kosten en betrouwbaarheid. verschillende energiebronnen, de benodigde De juiste combinaties zijn ook de combinaties transportpaden, conversies en/of opslag en die niet alleen de technologie meenemen, eindgebruik te kunnen beïnvloeden, en dat ook maar ook de sociaal economische aspecten en nog eens op verschillende (geografische) bijbehorende wet en regelgeving. schaal. Het om kunnen gaan met deze complexiteit is het onderwerp van Uitdaging voor systeem integratie systeemintegratie. De grootste uitdaging voor systeemintegratie is gedurende en na de transitie in staat zijn om te gaan met de complexiteit van het bepalen van de juiste combinaties en interacties van energiebronnen, transportpaden en eindverbruik van energie die op een bepaalde schaalgrootte mogelijk zijn. Het energiesysteem is niet een groot geheel, en zal ook op verschillende schaal er anders uit kunnen zien. Er zal rekening gehouden moeten worden met lokale verschillen in technische mogelijkheden, bestaande infrastructuur en eindgebruik van energie. Eind-energie: Dit is de vorm van energie die voor eindgebruikers relevant is. Over het algemeen gaat het hier om warmte, elektriciteit en brandstof voor vervoer. Transportpad: Energie in een bepaalde vorm wordt verplaatst via een infrastructuur. Dit kan een (inter)nationale infrastructuur zijn zoals bijvoorbeeld voor gas en elektriciteit, of een lokale infrastructuur voor warmte/koude. Energiebron: Energiebronnen zijn primaire bronnen zoals fossiele grondstoffen, nucleaire bronnen of hernieuwbare bronnen.