Intelligente netten & energieopslag Samenvatting Door de opkomst van decentrale opwekkers worden elektriciteitsnetten steeds complexer en moeilijker om technisch te beheersen. ICT kan hier uitkomst bieden door onder andere realtime monitoring van vraag en aanbod en optimaal energiemanagement. ICT kan ook gebruikt worden ter ondersteuning van een flexibelere elektriciteitsmarkt, waarin consumenten bijvoorbeeld ieder gewenst moment over kunnen stappen naar een andere leverancier. Slimme meters en displays bij consumenten kunnen ingezet worden voor efficiënte facturering, energiebesparing en leverancierswissel. Elektriciteitsnetten die met ondersteuning van geavanceerde ICT de beheersing van het elektricteitsnetwerk kunnen optimaliseren en de coördinatie van de energemarkt kunnen ondersteunen worden intelligente netten ( smart grids ) genoemd. Momenteel wordt reeds op regionale schaal hiermee geëxperimenteerd. In de toekomst zullen er waarschijnlijk meer semi-autonome lokale netwerken onstaan, waarbij vraag en aanbod lokaal op elkaar afgestemd worden. Aspecten waar goede oplossingen voor gevonden moeten worden zijn die van de verankering van voorzieningszekerheid, privacy van consumentengegevens en wet- en regelgeving rondom intelligente netten. Inleiding De elektriciteitsvoorziening in Nederland bestaat traditioneel uit een beperkt aantal grote elektriciteitscentrales en regionale distributienetten. Deze zijn door een landelijk transportnet met elkaar verbonden. Sinds 2007 zijn de productie en levering van elektriciteit gescheiden van het beheer van de regionale elektricteitsnetten. Dit gebeurde in verband met de liberalisering van de markt: er moest ruimte komen voor meerdere aanbieders van elektriciteit op hetzelfde net in een vrije markt. Netbeheer moet in de pas blijven lopen met marktontwikkelingen. Het landelijk net wordt beheerd door TenneT en dient om elektriciteit te kunnen importeren, exporteren en over grote afstanden te transporteren en om calamiteiten zoals lokale stroomuitval op te vangen; TenneT is verder verantwoordelijk voor de balanshandhaving van vraag en aanbod in de elektriciteitsvoorziening. De laatste decennia komen er steeds meer decentrale opwekkers van elektriciteit. Een voorbeeld vormen tuinders met hun warmtekrachtkoppelingen (wkk), die hun overproductie van elektriciteit via het net terugleveren. Ook komen er steeds meer duurzame opwekkers zoals windparken, biomassacentrales, zonnepanelen en micro-wkk s. Het integreren van al deze elektriciteitsproducenten en toenemende onzekerheden en variatie in zowel aanbod als vraag naar elektriciteit maken de complexiteit van de elektriciteitsvoorziening steeds groter. Vraag en aanbod moeten immers permanent op elkaar afgestemd blijven om storingen te voorkomen. Deze ontwikkelingen roepen allerlei vragen op inzake technische beheersbaarheid en sturing, tariefstelling van decentraal opgewekte elektriciteit en netbeheer en het recht om aan het net te leveren. Wie is verantwoordelijk voor de betrouwbaarheid, efficiency en de besturing van de elektriciteitsvoorziening? En wie bepaalt de toegang tot het netwerk en de prijzen van de geleverde elektriciteit? Bovendien zijn er nog duurzaamheidsambities: de voorziening moet schoon, betaalbaar en betrouwbaar zijn. Intelligente netten (smart grids) is de aanduiding voor elektricteitsnetten die mede door de inzet van ICT optimaal functioneren en duurzaamheidsambities mogelijk maken. Intelligent kan enerzijds betrekking hebben op de optimale besturing van het netwerk; denk bijvoorbeeld aan realtime monitoring van vraag en aanbod, sensoren voor beveiliging en het traceren van storingen,
energiemanagement in verband met besparing en minimale belasting van het net. Anderzijds kan intelligent betrekking hebben op de coördinatie van de elektriciteitsmarkt; denk aan ondersteuning van energiehandel met informatie over onder andere prijzen en verbruik door middel van slimme meters, apps en displays voor facturering, besparing en momentane leverancierskeuze. Ideaal is een combinatie van beide. Met smart grids kan efficiënter en effectiever op nieuwe marktontwikkelingen worden ingespeeld. Hoe het beheer en de besturing precies ingericht zullen worden, zal de toekomst uitwijzen. Nieuwe wetgeving zal een belangrijke rol spelen om rollen van verschillende actoren te definiëren en ruimte te geven aan nieuwe producten en diensten. Trends & ontwikkelingen Decentralisatie elektriciteitsproductie en lokale netwerken De functies van de energienetten veranderen. Door eigen opwekking kunnen situaties ontstaan waarbij op het niveau van industrieterreinen, woonwijken of vakantieparken minder energie ingekocht hoeft te worden. De functie van distributie naar eindgebruikers verschuift naar het bieden van mogelijkheden om energie terug te leveren of om partijen onderling energie te laten leveren. Ook is het een mogelijkheid om in combinatie met energieopslag en met vraagsturing minder afhankelijk te worden van de openbare energievoorziening en minder gevoelig voor calamiteiten elders. In Nederland loopt een toenemend aantal initiatieven op het gebied van duurzame energievoorziening, vaak in combinatie met functies op het gebied van wonen, werken en transport. Deze initiatieven op het niveau van gemeenten of regio's richten zich doorgaans ook op intelligente netten om de lokale opwekking en het lokale gebruik van energie met elkaar in evenwicht te houden. Voorbeelden zijn smart cities en lokale duurzame energie-initiatieven. Toename en flexibilisering van de elektriciteitsvraag De flexibiliteit van de elektriciteitsvraag zal toenemen omdat mobiliteit en verwarming steeds meer elektrisch worden gevoed. Voorbeelden zijn het lokaal laden van elektrische voertuigen en verwarming met elektrische warmtepompen in plaats van gasgestookte CV-installaties. De uitdaging van intelligente netten is de vraag naar elektriciteit zodanig te sturen en over de tijd te spreiden dat bestaande netten minimaal uitgebreid hoeven te worden. ICT en slimme meters Bij ICT gaat het met name om de ontwikkeling van netwerkarchitecturen, algoritmes en besturingsconcepten. Slimme meters kunnen in eerste instantie gebruikt worden voor het meten van het energiegebruik op afstand. De toegevoegde waarde neemt toe wanneer slimme meters ook gebruikt worden voor energiemanagement door middel van realtime meting, actuele informatie, advisering en besturing van installaties en apparatuur. ICT kan ook de administratieve processen op de energiemarkt ondersteunen. Consumenten kunnen daardoor op elk moment inzicht krijgen in de energieprijzen van verschillende leveranciers en kunnen ieder moment van leverancier wisselen. Intelligente netten kunnen veel energie besparen door realtime monitoring en netwerkmanagement enerzijds en het beschikbaar stellen van markt- en prijsinformatie anderzijds. Integratie energiefunctie met andere functies zoals wonen en elektrisch vervoer
Er zijn raakvlakken tussen intelligente netten en domotica, ICT ter ondersteuning van woonfuncties. Zo kan ICT bewoners ondersteunen bij het gebruiken van energie. Inmiddels bestaat ook intelligente huishoudelijke apparatuur die inschakelt wanneer de elektriciteit goedkoop is. Met van smart agents technology kunnen consumenten in een vergaand geliberaliseerde markt in de toekomst op elk ogenblik de goedkoopste stroom afnemen bij de desbetreffende lokale of regionale leverancier. Raakvlakken zijn er ook met het opladen van elektrische voertuigen in of nabij woningen. Laden kan s nachts als de elektriciteit het goedkoopst is. Dit beperkt de piekbelasting van het net. Er zijn verder mogelijkheden om de accu van het voertuig te gebruiken om via het net energie terug te leveren bij een tekort aan energie en een hoge prijs. De accu van het voertuig kan samen met de accu s van andere voertuigen eventueel ook dienst doen als opslagmedium om de elektriciteitsvoorziening stabiel te houden. Uitdagingen voor smart grids in de toekomst De uitdagingen voor smart grids liggen met name op het regionale niveau. Het gaat er om de elektriciteitsvoorziening vanuit een nieuwe filosofie te ontwerpen, waarbij niet meer enkel gedacht wordt vanuit de centrale productie naar lokale gebruikers maar ook vanuit een brede maatschappelijke betrokkenheid en participatie. De evolutie van de elektricteitsvoorziening zal sterker bepaald worden door institutionele en sociale innovatie. De voorziening zal meer in handen van eindgebruikers komen, die zich lokaal organiseren. Het zal een combinatie worden van centrale en decentrale productie die efficiënt en effectief samenwerken. Relevante spelers bij de ontwikkeling van smart grids voor de toekomst zijn kennisinstellingen, energiebedrijven, regionale netbeheerders, ICT- en energietechniekbedrijven, decentrale producenten, belangenorganisaties en burgers. Volgens bijzonder hoogleraar Smart Grids Han Slootweg betreft het technisch en bestuurlijk ontwerpen van de toekomstige elektriciteitsvoorziening geen technisch-economische maar vooral een politiekmaatschappelijke discussie, omdat waarden zoals duurzaamheid, efficiency, autonomie, privacy, veiligheid en betrouwbaarheid hierbij een grote rol spelen (H. Slootweg, p.11). Belangen spelen ook een rol, omdat verbruikers, netbeheerders en producenten conflicterende belangen kunnen hebben. Om het totale systeem optimaal te laten functioneren biedt ICT veel mogelijkheden. Dit zijn zowel mogelijkheden voor optimale aansturing vanuit het oogpunt van energie-efficiëntie en duurzaamheid als voor het functioneren van de elektriciteitsmarkt en realtime beprijzen en factureren. Hoever een en ander zal gaan zal afhangen van institutionele vernieuwing en politieke keuzes, vastgelegd in nieuwe wetgeving. Bij de toekomstige vormgeving van de energievoorziening zijn de volgende aspecten van groot belang: Voorzieningszekerheid Ondanks alle decentrale opwekkings en opslagmogelijkheden moet de voorzieningszekerheid van de elektriciteitsvoorziening gewaarborgd blijven. Aan dat onderwerp is nog veel onderzoek nodig. Vragen zijn welke ICT-architecturen deze voorzieningszekerheid het beste waarborgen, inclusief de cyber security. Een andere vraag is waar de verantwoordelijkheid hiervoor zal komen te liggen en/of hoe verantwoordelijkheden het beste kunnen worden verdeeld over de spelers in de elektriciteitsvoorziening. Ook zal het ontwerp van een intelligent net zodanig moeten zijn, dat bij uitval van onderdelen van de ICT de fysieke componenten in de elektriciteitsvoorziening in een default veilige modus in bedrijf blijven.
Privacy Realtime monitoring van het elektriciteitsgebruik van consumenten raakt aan privacy-gegevens. Vanwege dit punt is de invoering van slimme meters als verplichting tegengehouden door de Tweede Kamer. Er moet goed nagedacht worden hoe en waar welke informatie uit de slimme meters en andere sensoren wordt opgeslagen en verwerkt, zodat er geen ongewenste effecten ontstaan. Dat kan bijvoorbeeld als criminelen kunnen zien wanneer er minder energiegebruik is. Daaruit kunnen ze afleiden dat eigenaren van woningen niet thuis zijn. Wet- en regelgeving Wet- en regelgeving is van belang om intelligente netten in de toekomst op een goede manier in te richten. Hoe dit moet gebeuren is nog niet duidelijk. Agentschap NL heeft op verzoek van het Ministerie van EL&I in 2011 Handvatten voor toepassing van wet- en regelgeving laten opstellen voor proeftuinen, onder andere onder het Innovatieprogramma Intelligente Netten (IPIN). Verschillende partijen verkennen nu de mogelijkheden voor stroomlijning, optimalisering en modernisering van de Elektriciteitswet 1998 en de Gaswet, alsmede ontwikkelingen in de Europese regelgeving. Beleid Binnen het Innovatieve OnderzoeksProgramma Elektromagnetische Vermogenstechniek (IOP-EMVT) is er vanaf 2002 veel fundamenteel onderzoek gedaan naar diverse technische aspecten van intelligente netten. Voorbeelden van aspecten die aan de orde komen zijn invoeding van onzekere elektriciteitsbronnen, technieken voor netstabiliteit en spanningskwaliteit, normen voor de kwaliteit van de netspanning in verband met stoorsignalen van decentrale opwekkers en apparaten, het op afstand meten van vermogensstromen en het regelen daarvan met slimme sensoren, het algoritmisch voorspellen van onzekere vraag. Binnen het programma EnergieOnderzoekSubsidie (EOS) is er vanaf 2005 veel onderzoek gedaan naar intelligente netten met aandacht voor de ICT-kant, netwerkmanagement, gebruikersgedrag evenals maatschappelijke en marktaspecten. Er zijn verschillende concepten voor intelligente netwerkarchitecturen ontwikkeld, met aandacht voor zowel de energie- als de ICT-infrastructuur. IOP-EMVT en EOS hebben een goede technologische basis gelegd voor het ontwerp van intelligente netten. In 2009 is het (IPIN) opgezet om ervaring op te doen met intelligente lokale netwerken. Daarbij worden alle relevante actoren betrokken, zoals eindgebruikers, netbeheerders, leveranciers van ICT en (slimme) apparaten en woningbouwverenigingen. Er zijn twaalf proeftuinen gefinancierd, die tot 2015 zullen lopen. Belangrijke aspecten zijn de ervaringen met monitoring van gebruikersgedrag, wet- en regelgeving, nieuwe producten en diensten en verdienmodellen. Het Ministerie van EL&I biedt de proeftuinen met het Energierapport 2011 ruimte om lokaal en tijdelijk af te wijken van bestaande weten regelgeving om te experimenteren met smart grids. Zo kan het kan wenselijk zijn om met een rolverdeling tussen marktpartijen te werken die niet volledig past binnen het huidige juridische kader. In die gevallen zullen uitzonderingen op de elektriciteits- en gaswet toegestaan worden voor de duur van de proeftuin, in overleg met de NMa en waar nodig met de Europese Commissie. Het huidige beleid is vooral gericht op het verder opzetten van het innovatiesysteem voor intelligente netten, het organiseren van het spelersveld, de samenwerking met lokale initiatieven, de internationale samenwerking, de wet- en regelgeving en de ontwikkeling van doorgaans internationale standaarden. In het kader van het topsectorenbeleid zal binnen de topsector Energie het Topconsortium Kennis & Innovatie (TKI) Smart Grids opgericht worden. Een TKI is een publiek-privaat partnership naar analogie
van de Technologische Topinstituten. Voorafgaand aan de oprichting van het TKI voor Smart Grids is er een innovatiecontract smart grids opgesteld. De doelen van dit contract zijn het dichterbij halen van de doelstellingen van de Topsector Energie voor een schone, betaalbare en betrouwbare energievoorziening: 1. verminderen van de kosten voor netverzwaringen; 2. verlaging van het energiegebruik bij eindgebruikers van smart grids met 5%; 3. verhoging van de activiteiten van het bedrijfsleven op dit gebied. Experts voorzien een grootschalige toepassing van intelligente netten vanaf 2020. Het businessmodel gaat er van uit dat eindgebruikers en bedrijven onder een steeds flexibeler energievoorziening keuzevrijheid krijgen bij de in- en verkoop van energie en dat ze nieuwe producten en diensten krijgen. Concreet gaat het om nieuwe producten en diensten op het gebied van energiebeheer, vraagsturing, energieopslag, integratie van energie- met woonfuncties en oplaaddiensten voor elektrische voertuigen. De focus ligt op de ontwikkeling van deze producten en diensten. Daarnaast krijgen ook de fysieke en de virtuele infrastructuur de nadruk. Bij het eerste gaat het bijvoorbeeld om opslag en sensoren, bij het tweede om ICT, ICT-architecturen, smart agents en methoden voor datamining. Ook besteedt het innovatiecontract aandacht aan de sociale en institutionele innovatie die nodig is voor een duurzame energievoorziening met smart grids. Recent zijn twee calls voor projecten geopend. Literatuur M.J. Kleijn, A. Mackloet & H. van der Kroon, Green IT: quick scan. Powerpointpresentatie IIC, april 2009. ICT-Office, Vergroening door ICT levert tot 2030 besparing op van 2,8 miljard euro, 20 juni 2012. J.M. Meij (red.), Stroomversnelling de volgende elektrische innovatiegolf, 1999. L. van der Sluis, Opgewekt door de buurt smartgridonderzoek in Nederland, 2011. Han Slootweg, Smart grids fundament voor de toekomstige energievoorziening, 2010. M.J. Blom et al, Maatschappelijke kosten en baten van Intelligente Netten, 2012. Taskforce Intelligente Netten, Op weg naar intelligente netten in Nederland, 2011. Innovatietafel Smart Grids, Innovation Contract Smart Grids, 2012. Ministerie van EL&I, De slimme meter Informatie over de nieuwe energiemeter, 2011. AgentschapNL, Handvatten voor toepassing van wet- en regelgeving, 2011. KEMA, Laat zien wat je in huis hebt? De noodzaak van een display in een woning als aanvulling op de slimme meter, 2011. KEMA, Smart meters in the Netherlands. Revised financial advice and policy advise, 2010.
PowerMatching City PowerMatching City is één van de proeftuinen met intelligente netten. In Hoogkerk in Groningen is in 2009 voor het eerst ter wereld een proef gestart met een slim energienet. In dit netwerk zaten 22 huishoudens, hogerendement ketels, hybride waterpompen, zon-pv installaties, slimme apparaten en twee elektrische voertuigen. In het project participeren onder andere KEMA, Gasunie, een softwarebedrijf, energieleverancier, netbeheerder en enkele kennisinstellingen. Aan het netwerk is ook een marktmodel gekoppeld waarbij gebruikers vrij elektriciteit kunnen uitwisselen en de energieprijzen elke vijf minuten veranderen. In de tweede fase van het project wordt gekeken hoe intelligente netten in te passen zijn in de processen van het energiebedrijf, van het opnemen van de meterstand tot factureren. Verder is er aandacht voor capaciteitsmanagement van het net wat betreft invoeding van duurzame bronnen. Het is typisch een demonstratieproject en een open innovatiesysteem, waarin van alles getest wordt, van de eisen en wensen van gebruikers tot de chips om elektrische scooters op te laden en ICT voor communicatie tussen alle onderdelen in het energienet. Microgrid vakantiepark Bronsbergen in Zutphen Op het terrein van vakantiepark Bronsbergen heeft netbeheerder Liander een semiautonome elektriciteitsvoorziening aangelegd. Het project is gefinancierd door Liander en de EU. Er wordt elektriciteit geleverd door drieduizend vierkante meter aan zonnepanelen op ruim 100 vakantiewoningen. De niet gebruikte energie wordt opgeslagen in accu s. Er wordt geëxperimenteerd met intelligent netbeheer en het op peil houden van het spanningsniveau en de spanningskwaliteit. In de praktijk wordt getest wat de modellen theoretisch voorspellen. Het netwerk functioneert inmiddels goed en kan zichzelf opstarten, over- en terugschakelen van en naar het openbare elektriciteitsnet. De elektriciteitsvoorziening van het openbare net en van het autonome systeem is zo op elkaar afgestemd dat de netverliezen minimaal zijn. Met dit 'microgrid' is een unieke testlocatie ontwikkeld. Liander heeft inmiddels opslag in huizen getest en ook het gebruik van vliegwielen. Meer informatie: Olivier Ongkiehong, Peter van den Berg www.nlinnovatie.nl