NEXT: het Internet van Energie

Op steeds meer plekken in Nederland is een tekort aan capaciteit op het energienet, onder meer door de explosieve groei van het aantal duurzame elektriciteitsprojecten, zoals zonneparken. Na smart grids wordt nu steeds meer nagedacht over het Internet van Energie: een mondiaal geautomatiseerd energienet waarop miljarden apparaten zo effectief mogelijk energie uitwisselen. Een geautomatiseerd handelssysteem waarin b2b en e-commerce samenkomen.

De afgelopen maanden was het schering en inslag: de ene netbeheerder na de andere meldde dat in gebieden in Nederland de vraag naar transportcapaciteit groter is dan de beschikbare capaciteit. De problemen met netcapaciteit doen zich op dit moment vooral voor op plekken waar duurzame elektriciteit exponentieel is gegroeid. Onder meer in landbouwgebieden, waar de grond relatief goedkoop is. Bijvoorbeeld in Stadskanaal, waar netbeheerders het net de afgelopen jaren vervijfvoudigden. De vraag verdertigvoudigde echter in een paar jaar tijd.

Zakelijke initiatieven voor duurzame opwek, zoals zonneparken, vragen om veel transportcapaciteit. Die kunnen netbeheerders op korte termijn niet realiseren. Het energienet is nog niet overal berekend op de grote toestroom van terug te leveren energie. De uitbreiding van het net wordt jaren vooruit gepland en het aantal aanvragen voor teruglevering groeit steeds harder. De klassieke oplossing voor capaciteitsproblemen is het leggen van dikkere kabels, maar dat vraagt hoge investeringen die niet gewenst zijn.

Overbelasting van het elektriciteitsnetwerk kan echter ook worden voorkomen door de energievraag te verschuiven in de tijd of door batterijen in te zetten. Een derde van de laadpalen voor elektrische auto’s in Amsterdam geeft sinds vorig jaar extra vermogen af bij zonnig weer. Deze palen zijn zodanig afgesteld dat ze in daluren van het elektriciteitsnet en bij zonnig weer meer stroom geven en gedurende piektijden iets minder. De inzet van buurtenergie en het flexibel laden helpen de groeiende vraag aan het elektriciteitsnet beter te verdelen.

Innovatiedistrict
In de toekomst wordt de verdeling vooral bepaald door zogenoemde energiegrids. In de zomer van vorig jaar heeft het bedrijf ABB in de wijk Hoog Dalem in Gorinchem samen met netbeheerder Stedin en Enervalis al eens een slimme energiemarkt of slim grid ingericht. Zestien huishoudens kunnen daarmee hun zelf opgewekte energie aan elkaar verkopen; ze zijn dus zowel producent als consument. Slimme sensoren lezen de zonnepanelen, warmtepomp, de wasmachine en eventueel elektrische auto uit; zij bepalen of de warmtepomp het water moet opwarmen of afkoelen. De teveel opgewekte energie wordt tijdelijk opgeslagen in een 12 kWh-batterij. De bewoners verhandelen hun energie via blockchain, een elektronisch grootboek waarin alle transacties automatisch worden geregistreerd.

Met de proeftuin Hoog Dalem is onderzocht of je overtollige energie tegen een bepaalde prijs kunt (door)verkopen aan de buren. Of dat je punten kunt verdienen op elke kWh die je binnen een lokale energie markt in- of verkoopt; punten die korting kunnen geven op een e-deelauto of zonnepanelen.

Overigens heeft ons land al ruime ervaring met smart grids. Van 2011 tot 2016 experimenteerden twaalf proeftuinen met smart grids binnen het Innovatieprogramma Intelligente Netten (IPIN). De proeftuinen zijn eind 2015 afgerond.

En al in 2010 claimde het Groningse Hoogkerk een wereldprimeur met het project PowerMatching City. Met dit experimentele systeem konden consumenten vrij elektriciteit uitwisselen. De vervolgfase werd uitgevoerd door Enexis, Essent, Gasunie, Humiq en TNO onder leiding van energiekennisbedrijf KEMA. Ook de Technische Universiteit Eindhoven, de Technische Universiteit Delft en de Hanzehogeschool Groningen waren betrokken bij dit vervolg.

Zo’n veertig huishoudens konden via een dashboard online en realtime energieproductie en -verbruik van hun elektrische apparatuur aflezen. Sommige woningen hadden een micro-WKK (warmte-krachtkoppeling) die naar behoefte elektriciteit en warmte produceerde. De warmte werd zo nodig tijdelijk in een buffervat opgeslagen. Bij andere woningen werd een warmtepomp aangesloten op een warmtevat om flexibel in de wisselende vraag naar stroom en warmte te voorzien.

Aan slimme huishoudelijke apparaten als wasmachines konden de bewoners verder doorgeven dat de was op het gunstigste moment gedraaid moest worden. Ten slotte gaven slimme meters informatie aan de bewoners over hun eigen opgewekte en verbruikte energie. Dat konden ze dan weer vergelijken met de rest van de straat.

De gemeente Rotterdam, netbeheerder Stedin en Siemens Nederland hadden in 2017 eveneens het plan om een omvangrijk slim elektriciteitsnetwerk aan te leggen in Rotterdam. Ook dat netwerk moest helpen om vraag en aanbod van stroom beter op elkaar af te stemmen. Het stadskwartier Merwe-Vierhavens was geselecteerd voor een testuitrol: het innovatiedistrict was aangemerkt als gebied voor experimenten dat een goede combinatie van wonen en werken in nieuwe en verschillende vormen bood.

Onbalans
Ondanks de ambities is het project niet van de grond gekomen. Wel wordt breder nagedacht over de toekomst. Het deze zomer verschenen advies Delta Grid 2050 brengt in kaart hoe ons energienetwerk er straks uit zou kunnen zien. De Energy Innovation Board Zuid-Holland, onder voorzitterschap van de provincie, heeft onafhankelijke specialisten de opdracht gegeven om die visie verder uit te werken.

De delta van Zuid-Holland omvat een wereldhaven, een enorme energie- en petrochemische industrie, een tuinbouwgebied van vijftig vierkante kilometer en een dichtbevolkt gebied met 3,6 miljoen inwoners. Vanwege het grote en diverse energiegebruik op een beperkt oppervlak speelt de infrastructuur een sleutelrol in de transitie naar een duurzaam energiesysteem. Deze infrastructuur ziet er volgens de onderzoekers in 2050 heel anders uit dan nu. Industrie, mobiliteit en glastuinbouw zullen nog steeds een grote rol spelen, maar meer in symbiose met de omgeving.

Bestuurders, bedrijven en bewoners zetten daarom in op een Smart Multi Commodity Grid: een digitaal aangestuurd en verbonden peer-to-peer infrastructuur voor elektronen, moleculen en warmte: het Zuid-Hollandse DeltaGrid.

Digitaal speelt een cruciale rol in het DeltaGrid. Een duurzaam energiesysteem vraagt om slimme coördinatie tussen energiedragers en tussen sectoren. Steeds meer apparaten raken digitaal onderling verbonden en kunnen daardoor hun energiegebruik, productie en reststromen op elkaar afstemmen. Zo ontstaat een energienet waarop miljarden apparaten zo effectief mogelijk en met zo klein mogelijke verliezen energie uitwisselen. Denk aan het inzetten van elektrische auto’s om het net te balanceren, het delen van eigen restwarmte met de buren of het automatisch schakelen tussen stoom, elektriciteit en biogas als energiebron voor een industrieel proces.

De rapporteurs zien twee belangrijke ontwikkelingen. De eerste wordt aangeduid als mainframe, een ultieme energieverzorgingsstaat. Hier bepaalt de overheid hoe het grid gebruikt zal worden, door wie, in welke mate, en wanneer. Patchwork is weer het andere uiterste: een ultieme energievrijstaat waar iedereen zoveel mogelijk met elkaar samenwerkt. Het beoogde Smart Multi Commodity Grid (SMCG) zal vermoedelijk een combinatie van beide worden.

In Zuid-Holland, de provincie met een unieke diversiteit aan gebruikers (industrieën, glastuinbouw, verkeer en vervoer, huishoudens) ligt volgens de onderzoekers een uitgelezen kans om alles met elkaar te verbinden en gebruikers als afnemer én aanbieder te beschouwen: de prosument. De kansen voor een interoperabel energiesysteem in die provincie zijn volgens het onderzoek enorm. Zo komt in het haven-industrieel complex van Rotterdam tweemaal zoveel restwarmte vrij als de totale warmtebehoefte van de 1,6 miljoen panden in de provincie. Zoiets moet je verstandig verdelen.

Het Rotterdamse adviesbureau Kamangir werkt ten behoeve van dit project al aan de integratie van energiedata met de energie die over het net vloeit. Zo zullen de route en andere eigenschappen van een eenheid energie altijd te traceren zijn. Op termijn zullen de fysieke energierealiteit en de datarealiteit steeds meer gelijklopen, en zelfs van dezelfde infrastructuren gebruikmaken. Bijvoorbeeld in de vorm van fotonica, waar een glasvezelkabel zowel energie als data transporteert. Belangrijk werk hierin wordt geleverd door de Photondelta onder leiding van hoogleraar Ton Bacx, verbonden aan de Technische Universiteit Eindhoven.

Met het Internet of Things (voor realtime data), kunstmatige intelligentie (voor voorspellingen) en blockchain of andere distributed ledgers zou het daarnaast mogelijk moeten zijn om betere voorspellingen te maken en bijna realtime te handelen en de onbalansmarkt beperkt te houden.

Cruciale bescherming
Ontwikkelingen in Internet of Energy gaan snel en verlopen grotendeels zonder regie, net als de eerste jaren van het internet. Tegelijkertijd ontstaat een groeiende afhankelijkheid van de miljoenen online energieapparaten om onze toekomstige hernieuwbare en decentrale energievoorziening betaalbaar, robuust en eerlijk te houden.

Het maakt het netwerk echter ook kwetsbaar. De ontwrichting van de Nederlandse samenleving door cyberaanvallen ligt op de loer, waarschuwde de Nationaal Coördinator Terrorismebestrijding en Veiligheid (NCTV) eerder dit jaar. Deels door geopolitieke spanningen, waardoor meer aanvallen te verwachten zijn van landen als Iran, China en Rusland. Systemen van Poolse energie- en transportbedrijven zijn al eens geïnfecteerd met mogelijk zeer destructieve malware (GreyEnergy). In het verleden zorgde andere destructieve malware, zoals Industroyer, voor verstoring van de energielevering in Oekraïne. De groep die GreyEnergy vermoedelijk heeft ontwikkeld, is door het Verenigd Koninkrijk toegeschreven aan Rusland. En dat legt de vinger op een belangrijke zere plek: de bescherming van deze cruciale digitale infrastructuur wordt minstens zo belangrijk als het netwerk zelf.

Verduurzamen
Ook de digitalisering van het net zelf vraagt steeds meer energie. Dit betekent dat niet alleen het duurzame energiesysteem zal digitaliseren, maar ook de digitalisering zelf zal moeten verduurzamen. Bijvoorbeeld door in te zetten op edge computing, fotonica en het inpassen van datacenters in het energiesysteem. Technisch hangt de ontwikkeling van het IoE dan ook samen met die van het Internet of Things (voor de datavoorziening), kunstmatige intelligentie (voor het interpreteren en nemen van beslissingen) en bijvoorbeeld blockchaintechnologie (voor de verwerking van transacties).

Datacentra worden steeds energiezuiniger, maar dit wordt teniet gedaan door de explosieve groei van het datagebruik. Een recente studie laat zien dat bij het uitblijven van een transitie naar duurzame energie, de CO₂-emissies van IT door kunnen groeien tot veertien procent van het totaal. Dat is de helft van de huidige CO₂-emissies van transport of industrie.

De data-industrie is echter niet alleen grootverbruiker van elektriciteit, maar ook een actieve investeerder in de energietransitie. In 2014 sloot Googles datacenter in Eemshaven een contract met Eneco om de elektriciteit van een naburig nieuw windpark en het (destijds) grootste Nederlandse zonnepark af te nemen. Het fenomeen datacenters kan ook een kleinere rol krijgen richting 2050. Het klakkeloos uit handen geven van data aan ‘de cloud’ is volgens sommige experts op zijn retour, en zal gaandeweg worden vervangen door persoonlijke datapods waarbij organisaties en bedrijven tijdelijk toegang krijgen tot data.

Variabele prijzen
Toekomstige ‘electricity service companies’ (ESCO’s) kunnen straks leveren tegen dynamische prijzen. Deelnemers krijgen dan bijvoorbeeld 24 uur van tevoren informatie over gunstige momenten om energie te gebruiken.

Eneco heeft al eens geëxperimenteerd met uurprijzen. Daarbij kreeg een honderdtal klanten via een app variabele leveringskosten van stroom te zien, waarop ze met hun gebruik konden anticiperen. Bij overcapaciteit uit bijvoorbeeld windenergie kregen klanten de stroom zelfs gratis.

Eneco koopt dagelijks stroom in op de APX-markt. De APX-markt is een beurs waar aanbieders (zoals eigenaren van windparken) stroom verkopen en waar vragers (zoals Eneco) stroom kunnen inkopen. De prijzen op de APX-markt zijn continu in beweging en dat krijgen klanten dan ook te zien. Zij kunnen dan bijvoorbeeld een was draaien in speciale ‘daluren’.

Slimme meter
Alle Nederlanders krijgen de komende jaren een slimme meter aangeboden, voor zover ze niet al die hebben. Het is een meter waarvan de standen op afstand kunnen worden uitgelezen door de energieleverancier en de netbeheerder. De grootschalige uitrol is begonnen in januari 2015. Inmiddels hebben ruim drie miljoen huishoudens een dergelijke slimme meter. Jaarlijks komen er daar meer dan een miljoen bij. In 2020 moet het overgrote deel van de Nederlandse huishoudens een slimme meter hebben.

De meters leveren erg veel nuttige data op. Geanonimiseerde gegevens laten bijvoorbeeld zien welke wijken vooroplopen met de aanschaf van elektrische auto’s. Waardoor de noodzakelijke verzwaring van het net veel gerichter kan plaatsvinden.

Bijna 430.000 slimme meters van netbeheerder Liander zijn onlangs voorzien van een signaleringssysteem. Dankzij dit systeem kunnen stroomstoringen veel sneller worden opgelost. Liander zegt hierdoor minder afhankelijk te zijn van klanten die storingen doorbellen. De meter stuurt een signaal naar Liander als deze een stroomstoring ziet.

* Dit artikel verscheen eerder in het oktobernummer van Emerce magazine (#173).