Intelligente energiehuishouding op wijk- en woningniveau (EMVT 06111)

Intelligente energiehuishouding op wijk- en woningniveau (EMVT 06111)

Intelligentie voor energie op wijk- en woningniveau: passief of actief. De energie-infrastructuur moet in de toekomst flexibeler, praktischer en intelligenter zijn om aan de  behoeften van gebruikers te kunnen voldoen. Aan de TU/e en de TUD wordt hieraan onderzoek verricht in het kader van het IOP-EMVT.

In de nabije toekomst zal vooral de integratie van duurzame en andere decentrale opwekkers in huizen, wijken en kantoren een grote rol spelen. In dit EMVT-project worden belangrijke stappen gezet om daadwerkelijk tot een integrale energiehuishouding voor de gebouwde omgeving te komen. Decentrale en duurzame energiebronnen worden geïntegreerd in de gebouwde omgeving, en de verschillende bronnen en verbruikersinstallaties kunnen op een intelligente manier elkaar aanvullen en worden gekoppeld.

Energiemanagement
De TU/e en TUD werken in dit project samen met een aantal partners uit het bedrijfsleven om door middel  van ontwerpen, simulatie en testen de haalbaarheid van een integrale energiehuishouding te onderzoeken. Hiervoor is eerst een functionele beschrijving van een integrale energiehuishouding op wijk- en woningniveau ontwikkeld. Tevens wordt onderzoek verricht naar verschillende configuraties, passend bij de functionele beschrijving. Verder zal dit EMVT-project een blauwdruk leveren voor een energiemanagementsysteem dat nodig is om tot optimalisering en efficiëntie verbetering te komen.

Simulatie
Aan de TU Delft is dit onderzoek in het kader van dit EMVT-project al een aantal jaren gaande. Het is gericht op de optimalisatie van installaties op wijkniveau en hoger, evenals de interacties met andere manieren van energieopwekking. Er is gekeken naar welke aspecten meespelen (elektra en verwarming) en er is een macromodel opgesteld. In het DENlab van de TU Delft worden tien huishoudens door middel van 120 m² zonnepanelen en een windturbine van 30 kW van elektrische energie voorzien. Verder zijn er batterijen voor de opslag van elektrische energie en is er een micro-warmtekrachteenheid van 5,5 kW aanwezig. Deze voorzieningen zijn gekoppeld aan een netwerksimulator, om te zien wat deze decentrale opwekking voor consequenties heeft voor het elektriciteitsnet.

Aan de TU Eindhoven is pas een jaar geleden gestart met het onderzoek en heeft zich tot op heden gericht op de technische concepten voor installaties in woningen en gebouwen.

De twee promovendi, één bij de TUD en één bij de TU/e verrichten het grootste deel van het onderzoek en worden daarbij ondersteund door medewerkers uit het bedrijfsleven. Met name vanuit de installatiesector wordt actief bijgedragen.

Robuust
De vraag die in dit EMVT-project naar voren komt is of decentrale energieopwekking wel intelligente oplossingen vereist. Professor Wil Kling: “Eenvoudige oplossingen kunnen ook intelligent en voldoende zijn, zoals het inbouwen van robuustheid in het elektriciteitsnet. Het maakt daarbij dan niet uit wat er wordt aangesloten, gevraagd of ingevoerd.”

Bij het terugleveren van energie aan het elektriciteitsnet speelt ook de power quality (PQ) een belangrijke rol, want het is de vraag hoever kan worden doorgegaan met terugleveren totdat die PQ in gevaar komt. Aan het elektriciteitsnet wordt veel apparatuur gekoppeld die de PQ negatief kan beïnvloeden, terwijl de gebruikers het elektriciteitsnet aan alle kwaliteitseisen willen laten voldoen. Ook dit wordt meegenomen in het onderzoek.

DC-net
Om problemen te voorkomen zou het aanleggen van een DC-net voor het terugvoeden, naast het bestaande AC-net voor de levering, een optie kunnen zijn. Van oudsher is er al een scheiding tussen afname en levering van elektriciteit in Nederland. Deze opzet zou de voorkeur kunnen hebben, omdat de elektriciteitsnetten gebaat zijn bij robuustheid, zodat de leveringzekerheid hoog blijft. Voor gescheiden netten acht Kling de tijd echter nog niet rijp: “Het is te theoretisch voor de bedrijven die deelnemen in dit EMVT-project, want zij zijn niet geïnteresseerd in compleet andere installaties. Dit betekent dat wél met promovendi het onbekende terrein wordt verkend, maar een DC-lab opzetten om onderzoek te doen is niet aan de orde.” Dus wordt er met name gekeken naar hoe de huidige elektriciteitsinstallaties kunnen worden geoptimaliseerd, wat het effect op de PQ zal zijn en hoe de energiestromen kunnen worden beheerst. Dat betekent volgens Kling niet zozeer met technologie bezig zijn, maar met concepten, wat weer aansluit bij de activiteiten van de betrokken bedrijven.

Autonoom
Inmiddels zijn er flinke vorderingen gemaakt op het gebied van autonome elektriciteitsnetten met decentrale energieleveranciers, waaruit is gebleken dat de technische infrastructuur op kleine schaal werkt. Een voorbeeld hiervan is het microgrid in het vakantiepark Fort Bronsbergen bij Zutphen, dat wat betreft energievoorziening autonoom kan opereren. Op grotere schaal, in dichtbebouwde gebieden, zijn er wat meer problemen te verwachten. “Dat was voor ons reden om niet meer exact te definiëren welke configuraties we gaan onderzoeken”, aldus Kling, “maar te kijken naar: wat is de bedoeling van die installaties, wat moet er van bekend zijn, wat kan er worden gemeten en wat kan er in worden gestuurd.”

Kling ziet wel problemen in bijvoorbeeld de toename van elektrisch aangedreven auto’s die moeten worden geladen: “Honderdduizenden ‘laadpalen’ met een vermogen van 3 à 4 kW in Nederland voor elektrische auto’s zijn, gezien de opzet van het huidige elektriciteitsnet, niet mogelijk. Het elektriciteitsnet is uitgelegd op aansluitingen van gemiddeld 1 kW, waardoor grote aanpassingen nodig zijn. Het sturen van het laden kan een oplossing bieden, maar daar zitten beperkingen aan en bovendien moeten die door de gebruiker worden geaccepteerd.”

Coördinator
TU Eindhoven, faculteit Electrical Engineering:
Prof.ir. Wil L. Kling

Uitvoerders
TU Eindhoven, faculteit Electrical Engineering, groep Electrical Energy Systems:
Ir. Ballard Asare-Bediako

TU Delft, faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica, groep Electrical Power Systems:
Laura M. Ramirez Elizondo

Onderzoeksperiode
2007-2014