We staan aan het begin van de energietransitie waarin we overschakelen van fossiele energie naar groene, schone energie. De provincie Noord-Brabant laat momenteel een onderzoek uitvoeren naar het energiesysteem van de toekomst. Onderzocht wordt hoe de infrastructuur voor energie aangepast kan worden om de transitie naar 100% duurzame bronnen mogelijk te maken. 

Hoe dat systeem eruit komt te zien is nog niet helemaal duidelijk. Hebben we genoeg aan wind- en zonne-energie of zetten we ook andere duurzame energiebronnen in? Hoe leg je infrastructuur aan voor bronnen die we nog niet gekozen hebben? En welke rol heeft data in het vormgeven van een nieuw energiesysteem? Gerard de Leede, hoogleraar Smart Energy aan de Jheronimus Academy of Data Science, geeft een kijkje in de toekomst.
 

Duurzaam, decentraal en digitaal

We beginnen met wat we al wel weten: “Dat zijn de drie D’s”, zegt de Leede: “het energiesysteem gaat omkeren naar duurzaam, decentraal en digitaal”. We zijn gewend om een constante energiestroom geleverd te krijgen uit fossiele energiecentrales. Die energie komt uit één centrale die stroom levert aan bijvoorbeeld een woonwijk. Maar met zon en wind als duurzame energiebronnen, ontvangen we stroom decentraal uit buitengebied en van daken. Daarbij zijn we voor wind- en zonne-energie afhankelijk van weer en seizoenen, dag en nacht. “Zon en wind zijn flexibele bronnen, de maatschappij heeft ook een flexibele vraag naar stroom. Dus je moet iets bedenken om energie op te slaan en de verdeling digitaal slim te regelen”.
 

Welke energiebronnen kiezen we?

De energietoevoer komt straks van veel meer kleine ‘energiecentrales’ verspreid door de provincie. Dat maakt de infrastructuur complex, zeker omdat nog niet duidelijk is welke energiebronnen we kunnen gebruiken en hoe die energiemix eruit komt te zien. 

Volgens de Leede zijn zon en wind op dit moment eigenlijk de enige reële opties. “Sinds 2007 zijn zonnepanelen zo’n tien keer goedkoper geworden,” zegt de Leede. “Met verbeterde technieken kunnen we per vierkante meter steeds meer zonne-energie opwekken. We zien prijsdaling van windenergie van 6 % en zonne-energie van 8 %. Die prijzen dalen zo hard dat kernenergie daar niet aan kan tippen. En thorium, een mogelijk duurzame en veilige vorm van kernenergie, kost tientallen jaren en heel veel geld om te ontwikkelen”. De Leede verwacht wel een opkomst van hernieuwbare brandstoffen, zoals waterstof, die worden gemaakt met duurzaam opgewekte stroom. “Technisch kan het, maar financieel is het nog niet interessant. Er is veel aandacht voor waterstof, maar onderzoek wijst uit dat ook hier minimaal vijf tot tien jaar nodig is om dit op grote schaal te ontwikkelen”. 

De provincie Noord-Brabant onderzoekt op dit moment de mogelijkheden voor kernenergie op lange termijn als onderdeel van de toekomstige energiemix. 
 

Ontwikkeling prijsindex diverse technieken op basis van een studie aan Jheronimus Academy of Data Science
 

Opwek, infrastructuur en opslag in het slimme energiesysteem

De infrastructuur voor ons huidige energiesysteem bestaat voornamelijk uit hoogspanningsmasten, ondergrondse kabels en aardgasleidingen. Afhankelijk van de keuze voor energiebronnen, moeten we die infrastructuur aanpassen. Opslag van energie is in elk geval een belangrijk onderwerp in het gesprek over het energiesysteem van de toekomst. Als we straks te maken hebben met flexibele energiebronnen zoals wind en zon, kan het zijn dat we bijvoorbeeld op zonnige dagen heel veel stroom opwekken via zonnepanelen. Volgens de Leede is het belangrijk dat we op zulke momenten het net niet overbelasten. “Als je de stroom niet meer aan het net kwijt kan, moet je het zelf gebruiken of opslaan,” zegt hij. Opslaan van energie kan elektrisch met batterijen of chemische opslag door van elektriciteit hernieuwbare brandstof te maken zoals waterstof, die je ook kunt transporteren. 
 

Smart energy

Een mooi voorbeeld is het gebruik van een elektrische auto als opslagvorm. Je kunt nu al bij sommige automodellen zonnestroom van je eigen dak terugleveren aan het net door de auto te ontladen bij een slimme laadpaal en daar geld mee verdienen. Voor 8000 nieuwe laadpalen in Brabant en Limburg zou deze techniek mogelijk moeten zijn. Volgens de Leede is slimme technologie nodig om continue te kunnen kijken hoeveel energie wordt opgewekt en hoeveel stroom waar nodig is. Slimme techniek en data kunnen helpen het aanbod van energie te matchen met de vraag ernaar en stroom uit verschillende bronnen te reguleren. 

“Er komen online handelsplatformen die je kunt vergelijken met online marktplaatsen van bijvoorbeeld particuliere vakantiehuisjes. Iemand heeft een opweksysteem en een ander heeft een afnamesysteem. Het handelsplatform koppelt aanbod en vraag en checkt wat de energie op dat moment waard is op de markt. Zo’n handelsplatform maakt deals per dag, halve dag of per kwartier. Tekorten en overschotten van elektriciteit worden eerst onderling verhandeld. Als de deelnemers een overschot hebben, kunnen ze het kwijt aan de beurs. De grote energiebedrijven krijgen hiermee enorme concurrentie omdat een handelsplatform voortdurend de best mogelijke deals kan maken, terwijl de huidige energieleveranciers dat per jaar kunnen doen. Een handelsplatform kan op die manier goedkopere stroom verhandelen of overschotten van stroom van deelnemers op de best mogelijke momenten verkopen.
 

Aftoppen

Er is nog een andere manier om te voorkomen dat het net overbelast raakt. Hoogleraar de Leede vergelijkt een zonnige dag voor het energiesysteem met de zwarte zaterdag voor toeristen. De snelweg is op normale dagen breed genoeg, maar op bepaalde vakantiedagen staat het muurvast met verkeer. “Voor die paar dagen ga je de snelweg niet aanpassen. Zo geldt dat ook voor het net. Op zonnige dagen kun je er voor kiezen om de omvormer van je zonnepanelen in te stellen op 65%. Dat heet aftoppen en daarmee verwerk je dus 35% van de opgewekte energie niet”. Op jaarbasis verlies je daarmee ongeveer 2% van je energie-opwek. Als je samen met anderen energie opwekt binnen een gebied, kan je dit verlies gaan verdelen: congestie managementsysteem op gebiedsniveau, noemt men dat. 

“In Duitsland is het in de wet geregeld dat op dagen dat er veel zonne- en windenergie wordt opgewekt, duurzame energie voorrang krijgt op fossiele stroom. Maar in Nederland mogen netbeheerders als Enexis partijen geen voorrang geven. We zijn nu pas bezig om te kijken hoe we de wet kunnen aanpassen om het net niet te overbelasten. Het kost heel veel tijd om het wetsvoorstel te maken. Het gevolg is bijvoorbeeld dat windmolens soms worden stilgezet, of zonneprojecten niet kunnen worden gerealiseerd, omdat het net anders overbelast wordt. Het is een onzichtbaar probleem voor inwoners van Nederland,” aldus De Leede.
 

Kunstmatige intelligentie gebruiken voor een nieuw energiesysteem

Het net moet altijd in balans zijn, zegt de Leede. Met flexibele bronnen is het gebruik van data belangrijk voor het energiesysteem van de toekomst. Bij de Jheronimus Academy of Data Science worden modellen ontwikkeld die voorspellen hoe het energiegebruik en de energie-opwek de komende dagen zal verlopen. “Je kunt een model met kunstmatige intelligentie leren welke weersomstandigheden hoeveel energie opleveren en de weersvoorspellingen gebruiken om ook de energie-opwek beter te voorspellen. Met de inzet van deze modellen kun je fouten beheersen en kosten verminderen. De voorspellingen worden steeds beter en stellen ons in staat om reservecapaciteit in te zetten bij weinig opwek, of af te schakelen bij een teveel aan opwek. Bij elke aanpassing leert het model bij”.
 

Grootste uitdaging 

Met alle kansen en mogelijkheden om tot een duurzaam energiesysteem te komen, ontbreekt nog een ding volgens de Leede, en dat is de regie. “We hebben allerlei losse componenten beschikbaar zoals zonnepanelen, windmolens, data, modellen, infrastructuur, maar we hebben geen regie in Nederland. Zie het als een orkest: we hebben op dit moment afzonderlijke musici die heel goed zijn, maar de dirigent ontbreekt”. De vier componenten die geregisseerd moeten worden, zijn: 

1.    Opwek: wind, zon en andere energiebronnen

2.    Opslag: elektrisch of middels conversie naar brandstoffen

3.    Infrastructuur: kabels en leidingen

4.    ICT: handelsplatformen, slimme technieken, inzet van data en modellen: ‘internet of energy’

Volgens de Leede is de overheid de enige partij die de regie kan nemen om deze componenten tot een nieuw energiesysteem te maken. “Bedrijven kunnen de regie niet nemen, want dat zou leiden tot monopolisering. Netbeheerders lijken in eerste instantie geschikt voor het nemen van een regie-rol, maar die hebben weinig ervaring met innovatie en dat hebben we wel nodig in een transitie. Bovendien zijn netbeheerders beperkt in hun bevoegdheden en kan hun optreden marktverstorend worden”. Op Europees niveau regelt de Clean Energy Package de energiebeschikbaarheid en inrichting van de markt met alle ruimte voor duurzame energie. En dat is belangrijk volgens de Leede: “Energie moet met gelijke rechten voor iedereen beschikbaar en verhandelbaar zijn”. 
 

Gerard de Leede is hoogleraar bij Jheronimus Academy of Data Science (JADS), een samenwerking tussen de Technische Universiteit Eindhoven en Tilburg University.