Energie en mobiliteit in een control crisis?€¦ · Trends en toekomstvisies Er zijn nogal wat...

Lectoraat Meet- en Regeltechniek

Lector dr. ir. Aart-Jan de Graaf

Energie en mobiliteit in een control crisis?

energie en mobiliteit in een control crisis?

Colofon

Hogeschool van Arnhem en NijmegenFaculteit TechniekLectoraat Meet- en RegeltechniekPostbus 2217, 6802 CE ArnhemRuitenberglaan 26, 6826 CC Arnhem

E [email protected] I www.han.nl/lectoren

Realisatie: HAN Marketing, Communicatie en Voorlichting Vormgeving: Bureau Ketel, NijmegenIllustratie voorpagina: Waar gaat het heen? Peter-Frans de Graaf, 2013

ISBN 978-90-820030-2-4

HAN University of Applied Sciences PressArnhem, The Netherlands 2013

Alles in deze uitgave, met uitzondering van materialen van derden, mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotografie, microfilm, geluidsband of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van de auteur en uitgever, mits er zorgvuldig verwezen wordt naar de auteur en de uitgever.

Aan de inhoud van deze uitgave kunnen geen rechten worden ontleend.

2

Inhoudsopgave

Inleiding 4

Trends en toekomstvisies 8

Energie en mobiliteit 14

Control 18

Werkterrein van het lectoraat Meet- en Regeltechniek 24

Tenslotte 32

Referenties 34

3


Inleiding

Meet- en regeltechniek speelt een grote rol in tal van toepassingsgebieden, maar weinig mensen hebben een beeld van wat meet- en regeltechniek is. Daarom begin ik met dat uit te leggen aan de hand van een voorbeeld: de irrigatie van een moestuin, op basis van regen die wordt opgevangen in een regenton (figuur 1a en 1b). Het doel is zoveel mogelijk gebruik te maken van regenwater, en alleen in noodsituaties aanspraak te maken op leidingwater.

De regeling (figuur 1a) zorgt dat er genoeg water in de ton blijft om droge perioden op te vangen en voorkomt dat in natte perioden onnodig water over de tuin gaat. Het is zaak om rekening te houden met de weersverwachtingen voor wateropslag vanwege de regen en verdamping door de zonnewarmte. Verder moet de actuele hoeveelheid water in de regenton bekend zijn. Dat kunnen we zien als een meetprobleem (figuur 1b). Het aantal liters water kunnen we wel op vier verschillende manieren meten: 1) door de hoogte van het waterpeil te meten, 2) door het gewicht van de ton met water te meten, 3) door de waterdruk op de bodem van de ton te meten, en 4) door de instroom en uitstroom van water te meten.

Figuur 1: a) Regeling irrigatie met regenwater, b) Meting watervolume van reservoir – Rick Cox, 2013

4

inleiding

Figuur 2: a) Boulton and Watt centrifugal governor, b) Governor and Throttle-Valve – Creative Commons

Deze vier zouden zelfs gecombineerd kunnen worden voor een robuuster en betrouwbaarder resultaat. De meting is onmisbaar om de regeling mogelijk te maken. Dit voorbeeld heeft veel gemeen met SOPRA, een lokale elektriciteitsvoorziening op basis van zon en wind die we gebruiken voor onderwijs en onderzoek. Dat systeem regelt het elektrisch vermogen en slaat energie op in batterijen zoals de ton regenwater opslaat. Een dieselaggregaat kan extra energie leveren als er te weinig energie van zon en wind beschikbaar is.

Besturing of regeling van een proces of machine is vaak noodzakelijk om gewenste eigenschappen en prestaties te bereiken. In het verleden was dat meestal zichtbaar omdat de meet- en regelfuncties uitgevoerd werden met extra mechanische componenten die op deze wijze tot de juiste werking leidden. Een bekend voorbeeld is de Watt regulator (flyball governor, Boulton & Watt 1788; figuur 2b) waarmee de snelheid van een stoommachine (figuur 2a) werd geregeld, een belangrijke uitvinding die de inzet van een stoommachine heeft verbeterd. Tegenwoordig zijn regelsystemen meestal onzichtbaar omdat de meet- en regelfuncties geïntegreerd zijn in de componenten van de machine of het productieproces. Verder zijn regelingen steeds vaker onderling met elkaar verbonden en functioneren ze deels via het internet. We hebben de situatie bereikt waarin besturing onzichtbaar is en immaterieel, maar meer dan ooit essentieel voor efficiënt en betrouwbaar bedrijf. Een zeer toepasselijk voorbeeld hiervan is ons elektriciteitsnet dat gevoed wordt door centrales die precies

5


gelijk moeten lopen, in verband met de netfrequentie, en onderling de productie moeten afstemmen op basis van verwachte en gemeten consumptie.

Het lectoraat meet- en regeltechniek richt zich op het grensvlak van de elektrische energievoorziening en de automotive toepassingen, twee speerpunten van de HAN, hier samengevat door de begrippen energie en mobiliteit. Deze toepassingen krijgen dankzij elektrische auto’s veel raakvlakken. Het zijn twee thema’s die ons dagelijks leven in grote mate beïnvloeden. De meet- en regeltechniek is daarvoor onmisbaar geworden en moet meegroeien met de ontwikkelingen.

Ik wil dan ook een moment stilstaan bij de belangrijkste maatschappelijke en technologische ontwikkelingen die van invloed zijn op energie en mobiliteit. Daarbij staat de volgende vraag centraal: Is het mogelijk om de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening op peil te houden of moeten we op termijn een terugval verwachten? Het antwoord hangt af van de keuzes die we als samenleving maken.

Na een intermezzo met enkele toekomstvisies uit heden en verleden zal ik terugkeren bij de thema’s energie en mobiliteit. Deze ontwikkelingen en de vraagstelling vormen de context waarin het praktijkgericht onderzoek van het lectoraat plaatsvindt. Het onderzoek richt zich op stabiliteit, robuustheid en dynamisch gedrag van systemen voor de elektriciteitsvoorziening en de mobiliteit. Dit onderzoek komt later ter sprake.

Zorgen voor morgen

We leven in een maatschappij die door diverse invloeden in sterke mate geglobaliseerd is. Voorbeelden zijn: internationale politiek, milieu, wereldhandel, internet, en een uitgestrekt elektriciteitsnetwerk over West-Europa. De gebruikelijke grenzen die voor afstand en onafhankelijkheid zorgden zijn verdwenen. Tegelijkertijd dwingen nieuwe beperkingen (informatie overload, veiligheid en privacy, onzekerheid over de toekomst) ons om verdedigingsmuren op te werpen die er voor te zorgen dat impulsen die ons dagelijks leven beïnvloeden gereguleerd worden en hanteerbaar blijven.

Velen voelen zich gedesoriënteerd, of op zijn minst verontrust, ondanks beweringen dat welvaart en welzijn in ons land op het hoogste niveau ligt. Het lijkt er op dat de jongere generatie zich nauwelijks bezig houdt met de toekomst. Waarom zou je je

6

inleiding

daar druk om maken en je goeie gevoel schaden? Het motto: “Live for today, plan for tomorrow, party tonight” en laat het middelste maar weg. Denk ook aan het gebruik van de YOLO kreet: “You only live once”.

Waarom zouden we ons leven en onze toekomst eigenlijk in de hand willen nemen? Is dat eigenlijk geen symptoom van menselijke hoogmoed en zelfoverschatting, dat sowieso gedoemd is te mislukken? Misschien bent u wel tevreden als anderen zich daar druk over maken. Zolang het goed gaat is dat natuurlijk prima.

Maar blijft het ook goed gaan? Laten we een blik op de toekomst werpen:

Stel, je auto wil ’s morgens vroeg niet starten. Inmiddels is de fossiele brandstof onbetaalbaar geworden en daarom heb je zo’n verbazingwekkende schone elektrische auto gekocht. Er is echter een klein probleem: de elektriciteit is afgelopen nacht uitgevallen en daarom is je auto niet meer opgeladen.Hoe zou jij je voelen als zulke vanzelfsprekende voorzieningen niet meer beschikbaar zijn? Nou, het voelt koud aan, omdat de verwarming van je huis er ook mee gestopt is. Die is immers afhankelijk van de elektriciteit. Nu wordt het tijd om iemand de schuld te geven. Ze hadden er voor moeten zorgen dat alles onder controle is. Zij zijn verantwoordelijk. Maar wie zijn zij eigenlijk?Het gaat om een kleine minderheid van toegewijde mensen, min of meer gepensioneerd (inmiddels bijna zeventig jaar oud). Zij houden de energievoorziening operationeel. Hoe is het mogelijk dat we een zo belangrijke taak aan hen toebedeeld hebben? Je kan toch niet verwachten dat die generatie volledig op de hoogte is van alle nieuwe uitdagingen waarmee we geconfronteerd worden?

Gelukkig zal het allemaal wel niet zo’n vaart lopen. We zijn er toch op tijd bij? Ik kan helaas op dit moment nog geen bevestigend antwoord geven. Maar het Energieakkoord van 6 september 2013 laat zien dat de veranderingen snel kunnen komen (SER, 2013).

7


Trends en toekomstvisies

Er zijn nogal wat veranderingen in gang gezet die van grote invloed zijn op onze persoonlijke en maatschappelijke leefomgeving. Twee ontwikkelingen wil ik in het bijzonder noemen: de energietransitie, de overgang van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen, en de verstedelijking. Welke invloed hebben deze twee ontwikkelingen op onze toekomst?

Uitdaging voor een stabiel elektriciteitsnet

De energietransitie is ingezet met een grote nadruk op het milieu en klimaat. Dit leidde tot meer gebruik van hernieuwbare energiebronnen (zon, wind en biomassa). Samen met de liberalisering van de energiemarkt zorgde dit voor een snelle groei van decentrale opwekking (distributed/dispersed generation DG; Ishenko 2008, p15). Grote hoeveelheden energie worden op het niveau van het distributienetwerk (midden- en laagspanning) ingevoerd (37% in 2012, waaronder 9,4% duurzaam opgewekt en het overige voornamelijk met aardgas door warmte-kracht eenheden; bron: CBS; zie ook figuur 3). Dit heeft consequenties voor het ontwerp en de bedrijfsvoering van distributienetten (Ishenko 2008, p15).

Figuur 3: Elektrische energiebalans Nederland – Rick Cox, 2013

8

trends en toekomstvisies

Warmte-kracht eenheden (WKKs), windturbines en zonnepanelen worden op het niveau van het distributienet elektrisch verbonden. De eerste verbeteren de energie efficiency, door zowel warmte als elektriciteit te produceren. De gebruikelijke richting van transport van energie van centrale naar eindgebruikers keert daarmee om. Verder neemt de variatie en de onzekerheid van de levering van energie toe.

Mobiliteit draait nu grotendeels op fossiele brandstoffen. Maar met de inzet van elektrische voertuigen wordt geprobeerd bij te dragen aan een reductie van de uitstoot van schadelijke stoffen en broeikasgassen. Deze elektriciteit moet natuurlijk wel geleverd worden vanuit de bestaande elektriciteitsvoorziening.

Door de toename van de complexiteit van de energievoorziening rijst ook de vraag hoe het gedrag van dit soort systemen is (Ishenko, 2008, p18). Als er onvoldoende kennis beschikbaar is, lopen we het risico op bedieningsfouten, lokale stabiliteitsproblemen en verkeerde beveiligingsinstellingen. Het kan uitval of schade aan apparatuur opleveren en zelfs ongewenste effecten op globale schaal (oscillaties, kettingreacties en stroomstoringen).

Verstedelijking

In 1950 woonde ongeveer 30% van alle mensen in steden. Men verwacht dat dit percentage tot 60% gestegen is in 2030, en tot 70% in 2050 (verstedelijking is zichtbaar vanuit de ruimte, figuur 4). Dit betekent dat er voorzien moet worden in de primaire levensbehoeften zoals water en voedsel, de afvalverwerking maar ook de energie en mobiliteit van een zeer groot aantal mensen in een geconcentreerd gebied.

Figuur 4: Urbanisatie – Aarde bij nacht (Bron: NASA)

9


De verstedelijking vindt grotendeels plaats in de zich ontwikkelende landen. De groei van de levenstandaard vergroot de energiebehoefte. Dat betekent waarschijnlijk ook dat een groeiend deel van de fossiele brandstoffen naar Azië en Afrika zal gaan. Hierdoor ontstaat extra schaarste en de prijzen van energiedragers (kolen, olie en gas) zullen stijgen.

Door het gebruik van openbaar vervoer (trein, metro en trams), elektrische auto’s en warmtepompen kan de behoefte aan fossiele brandstoffen en de bijbehorende emissie in de steden beperkt worden. Maar dat betekent een stijging in de behoefte aan elektrische energie.

Het Shell-scenario-team stelt in een recent opgesteld rapport dat de groeiende stad zich kan ontpoppen tot een energie-efficiënt paradijs of tot een energie-slurpende hel. Het hangt af van de keuzes die stadbestuurders en stadsbewoners nu maken (samengevat in: Shell Venster, 2013).Opkomende economieën hebben weliswaar meer bewegingsruimte voor een goede stedelijke planning dan de ontwikkelde landen die nog vast zitten in de economische crisis. Toch lijkt het er op dat korte-termijn-politiek en onvoldoende prioriteit voor infrastructuur de overhand hebben. Dit heeft geleid tot energie-inefficiënte agglomeraties. Terwijl compacte steden met goed openbaar vervoer beter zouden zijn.

Toekomstbeelden uit het verleden

Naast dit recente perspectief van Shell en analyses van de VN is het interessant om eens te kijken naar eerder opgestelde toekomstbeelden. Welke kansen en bedreigingen werden toen genoemd?In 1999 brachten de gebroeders Das een prachtig geïllustreerd boek uit over de situatie in Nederland met de titel: ‘Toekomstbeelden’. De eerste alinea van hun voorwoord luidt als volgt:

10


Dit boek weerspiegelt het mengsel van optimisme en pessimisme dat ons niet alleen als auteurs en tekenaars beheerst als we beelden schetsen van de 21ste eeuw. Wil de balans doorslaan in de richting van het optimisme, dan zullen ook beleidsbeslissers zoals onze ministers meer en meer vooruit moeten gaan kijken om niet door de vloed van gecompliceerde toekomstontwikkelingen te worden overspoeld.

(uit: Robbert en Rudolf Das, 1999, Toekomstbeelden)

De auteurs schetsen in hun ogen realiseerbare oplossingen die kunnen bijdragen aan een leefbare samenleving in het Nederland van de 21ste eeuw. Uiteraard krijgt het gebruik van zon- en windenergie en opslag op basis van waterstof prioriteit. Er is ook een grote rol weggelegd voor energie uit getijdenstromen.

Verder terug in de tijd, aan het einde van de 19e eeuw werd het toekomstbeeld sterk getekend door een groot optimisme dat voortkwam uit nieuwe ontdekkingen (de Vries, 1971). Het toekomstbeeld is eenzijdig en belicht vooral de positieve effecten van de nieuwe mogelijkheden. Het is de tijd van Edison, Tesla en Siemens. Zij hebben het fundament gelegd voor onze huidige elektriciteitsvoorziening en het elektrisch vervoer.

Aan het begin van de 5e eeuw is een opmerkelijk geschrift opgesteld door Augustinus, één van de belangrijkste kerkvaders van de vroegchristelijke geschiedenis. Dit geschrift heeft als titel: ‘de civitate Dei ’ – De stad Gods. Het bestaat uit tweeëntwintig boeken georganiseerd in twee delen en wordt beschouwd als een apologetisch werk tegenover het heidendom. Deel II (boeken XI – XXII) legt het accent op de oorsprong, de ontwikkeling en de eindbestemming van twee steden, staten of rijken die tegenover elkaar staan: de stad Gods en de aardse stad.

Ik noem dit geschrift vanwege de analogie met het toekomstbeeld van het Shell-scenario-team en vanwege de sterke invloed die dit werk had op onze Europese geschiedenis (van Oort, 1995; over de bronnen van dit werk). Augustinus’ visie geeft die twee steden namen: Babylon en Jeruzalem. De namen refereren aan een oudere brief van de apostel Johannes uit de eerste eeuw. Ook daar wordt een schets gegeven van beide steden en is het perspectief apocalyptisch.

11


De stad Babylon refereert aan een eerdere stad met de naam Babel (figuur 5a). Nimrod (figuur 5b) is de stichter van deze stad, volgens Flavius Josephus. Hij wordt gekarakteriseerd als een jager, doodslager en slachter. De huidige steden hebben veel weg van deze stad. Met het huidige niveau van verstedelijking wordt verwacht dat er op afzienbare termijn meer dan 50% van de wereldbevolking moet overleven in steden. De huidige steden jagen op vrije ruimte en doden zo de condities voor zelf-voorzienigheid in een mensvriendelijke omgeving.

Figuur 5: a) Toren Babel met b) Nimrod op de voorgrond – 1563 Pieter Bruegel de Oudere

De stad Jeruzalem heeft een andere oorsprong, die ligt in de hemel, bijna zonder een fysieke gesteldheid. Maar, er wordt ook een aards samenleven geschetst met paradijselijke elementen die terugverwijzen naar de eerste paradijstuin. Die paradijstuin heeft een veel groener imago. Daar leven alle wezens, mens en dier, samen als vegetariërs. Het is opvallend om te zien dat de huidige moderne samenleving naar dit ideaal streeft.

Ik interpreteer het toekomstbeeld van Augustinus in de energie context als volgt: Babylon is succesvol door in te spelen op de gretigheid naar economisch gewin op de korte termijn en ten koste van haar wijde omgeving, maar gaat uiteindelijk te gronde. Jeruzalem, gevormd door matiging, zelfbeheersing en verlangen naar een betere toekomst, verschijnt uiteindelijk als overwinnaar. Daar is zelfs het licht van de zon niet meer nodig, want er is een betere (energie)bron.

12


13


Energie en Mobiliteit

Laten we nu de twee thema’s uitwerken die eerder aan de orde gesteld zijn: energie en mobiliteit. Beide onderwerpen zijn sterk afhankelijk geworden van besturings- en regelsystemen.

Grofweg wordt energie voor drie verschillende doelen ingezet: elektriciteit, transport en warmte (zowel voor gebouwen als voor industriële activiteiten). Traditioneel zijn fossiele energiedragers als olie, gas en steenkolen ingezet ter voorziening in de energiebehoefte op grote schaal, hoewel dit historisch gezien een recente ontwikkeling is.

Tot de komst van de stoommachine (in 1777) was transport voornamelijk gebaseerd op mankracht en paardenkracht. De verwarming werd gestookt met turf en hout. Elektriciteit was in het geheel niet in beeld. De hele economie en ecologie was gebaseerd op het lokaal opwekken en lokaal gebruiken van de energie (decentraal).

De huidige voorziening en behoefte aan elektriciteit en warmte is er grotendeels op gebaseerd dat op vaste locaties productie (centraal) en consumptie plaatsvindt (figuur 6). Transport is de enige schakel die daarop een uitzondering is. Door de variabele locatie van de transportmiddelen is ook de behoefte aan energielevering variabel. Met de fossiele brandstoffen als energiedragers kan in enkele minuten getankt worden en is transport in grote mate ontkoppeld van de stationaire wereld.

Figuur 6: Structuur elektriciteitsvoorziening – Met dank aan TUDelft, www.Kennisinbeeld.nl, 2012

14

energie en mobiliteit

Met de ingezette trend om een transitie te maken naar hernieuwbare energiebronnen ligt bij transport en mobiliteit de nadruk op de elektrische aandrijving en voortbeweging. Mede dankzij fiscale maatregelen komt de hybride en volledig elektrische auto steeds meer in beeld. Het opladen van de elektrische buffer kost echter meer tijd en varieert tussen 8 uur en 30 minuten. Experimenteel kan men zeer snel laden in ongeveer 10 minuten. Dat gaat evenwel gepaard met grotere energieverliezen en kan ook de levensduur van de accu’s verkorten.

Het lijkt er op dat we de gewenste ontkoppeling van mobiliteit en de vaste infrastructuur, zoals eerst bij fossiele brandstoffen, kunnen benaderen op individuele schaal. Als we echter op grote schaal overgaan op het snel-laden van elektrische voertuigen dan leidt dat tot extra variatie in de consumptie en stelt dit hoge eisen aan de elektriciteitsvoorziening.

Tegelijkertijd leidt de schaalvergroting van decentrale opwekking van elektrische energie op basis van zon en wind tot grotere fluctuaties die ook nog eens deels onvoorspelbaar zijn. Op dit moment worden deze opgevangen door snelle elektriciteitscentrales die het netwerk balanceren. Helaas werken deze centrales met hun lagere efficiency en hogere uitstoot het positieve effect van duurzame energie tegen.

Daarom oppert men dat de fluctuatie grotendeels kan worden opgevangen met de inzet van het elektrische wagenpark als energiebuffer. Met een miljoen elektrische auto’s moet dat lukken zonder inefficiënte centrales in te zetten. Meet- en regeltechniek is nodig om die buffercapaciteit goed te gebruiken. Belangrijk daarbij is het uitgangspunt dat auto’s voor een groot deel van de tijd geparkeerd staan en gekoppeld kunnen worden aan het elektriciteitsnetwerk. We zien dus een trend ontstaan waarin mobiliteit en energie sterker met elkaar gekoppeld worden.

In de steden verwacht men tevens parkeerproblemen omdat elektrisch laden niet goed aansluit bij het effectief en economisch gebruik van ruimte voor parkeerplaatsen. Het wordt dus belangrijk om naast de buffercapaciteit van de voertuigen ook de beschikbare parkeerplaatsen optimaal te gebruiken. Opnieuw een optimalisatieprobleem waar meet- en regeltechniek een rol speelt.

Als aanvulling op elektrische energie kunnen we denken aan het gebruik van waterstof. Deze kan bij overschot van elektriciteit middels elektrolyse uit water

15


worden geproduceerd, en met een brandstofcel omgezet worden in elektriciteit en worden teruggeleverd aan het netwerk. Ook kan de geproduceerde waterstof ingezet worden voor brandstof hybride voertuigen. Hoewel de efficiency van energieomzetting via waterstof op het eerste gezicht te wensen overlaat is het voordeel van de grotere energiedichtheid in vergelijking met batterijen en het snel tanken van voertuigen juist een stap in de goede richting om de ontkoppeling van energie en mobiliteit te verbeteren.

Om een optimaal gebruik van de voorzieningen mogelijk te maken moeten we de opwekking en behoefte van energie nauwkeurig meten en voorspellen (figuur 7). Dat gebeurt al bij grote elektriciteitscentrales op de langere termijn (van jaren tot dagen) en de korte termijn (van een dag tot een kwartier). Er zijn zelfs plannen om in de richting van minuten te gaan. Nu wordt ook gekeken of de kleine gebruikers en opwekkers meegenomen kunnen worden. De ICT-infrastructuur speelt een grote rol om al deze informatie te verzamelen en de planning af te stemmen op de beschikbare middelen (voertuigen en hun ladingstoestand).

Figuur 7: Voorspelling (D-1 Forecast) en meting (Actual load) van elektriciteitsbehoefte op vrijdag 6 en zaterdag 7 September, (Bron: Tennet)

Deze afstemming sluit naadloos aan op de ontwikkeling van het Smart Grid concept waarin ingespeeld wordt op de verandering van onze elektriciteitsvoorziening (Borlase, 2013). Traditioneel was dit eenrichtingsverkeer van enkele grote producenten (centrales) naar een netwerk van vele kleine eindverbruikers. Nu wordt met windmolenparken en velden zonnepanelen onregelmatige energie aangeleverd op het niveau van het distributienetwerk. Verder worden consumenten zogenaamde ‘prosumers’, die zelf ook een onregelmatige bijdrage leveren aan het opwekken van energie (figuur 8).

16

energie en mobiliteit

Figuur 8: Elektriciteitsnet van morgen – Met dank aan TUDelft, www.Kennisinbeeld.nl, 2012

We zien binnen de elektriciteitsnetwerken grote ontwikkelingen. De integratie van het op grote schaal decentraal opwekken van elektriciteit en de inzet van elektrische voertuigen en warmtepompen kunnen er gemakkelijk toe leiden dat het netwerk overbelast raakt en dat de hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid van de elektriciteit wel eens tot het verleden kunnen behoren. Op dit moment komt het reeds voor dat een gebruiker zijn met zonnepanelen opgewekte energie niet kwijt kan. Door opgelegde beveiligingsmaatregelen schakelt de invoeding uit als de netspanning te veel oploopt of de frequentie te veel afwijkt van de nominale waarde. Dan wordt de beloofde terugverdientijd van ongeveer 10 jaar op de installatie niet gerealiseerd.

17


Control

Energie en mobiliteit worden steeds meer afhankelijk van besturings- en regelsystemen. Er heeft zich een stille revolutie voltrokken van klassieke systemen voor elektriciteit en voertuigen die min-of-meer volledig konden functioneren op een enkele verbrandingsmotor naar een complexe wereld van besturing gebouwd op elektronica en software waarin de fysieke realiteit zich moet voegen naar de visie van de ontwerpers van de besturing.

We zien naast elementaire besturing en regeling nu planning- en control-systemen ontstaan. Middels Smart Metering worden grote hoeveelheden data verzameld om de consumptie door gebruikers in kaart te brengen. Maar het is helemaal niet duidelijk of dit wel zo gedetailleerd hoeft te gebeuren.

Met Smart Appliances wordt geprobeerd om de consumptie te beïnvloeden door Peak Shaving. Pieken in de elektriciteitsvraag worden gereduceerd door huishoudelijke apparatuur zoals wasmachines en drogers op andere tijdstippen te laten inschakelen. Verder kan gebruik gemaakt worden van de toleranties op de temperatuur van koelkast of vriezer om de schakelmomenten of het gevraagde vermogen te beïnvloeden. Ook hier is het onduidelijk of het wel nodig is zo fijnmazig te regelen. Zou het niet genoeg zijn om ons te beperken tot enkele grootverbruikers binnen het huishouden? Zeker als daar de elektrische voertuigen bijkomen.

Met verdere integratie van warmte pompen en elektrische voertuigen op grote schaal wordt een tussenhandel opgezet om bestuurbare consumptie (Demand Side Response) en buffering aan te bieden ten behoeve van de Spinning Reserve, de onbalans markt en de lokale ontlasting van knooppunten (Kamphuis 2013, Kok 2013). Maar wie zorgt er vervolgens voor dat zowel het netwerk stabiel alsook de balans gehandhaafd blijft? Is dat volgens de regels van een marktmechanisme of volgens de regels van meet- en regeltechniek of zelfs volgens een combinatie?

18

control

Capaciteit

Het is maar de vraag of de tastbare werkelijkheid zich laat voorschrijven aan welke regels zij zich moet houden. Rekening houdend met de trends van urbanisatie en de ontwikkeling in de behoefte van de bijbehorende energie en mobiliteit is het de vraag of het allemaal wel past.

Worden stedelijke gebieden met hun concentraties van gebruikers van energie en mobiliteit geen onoverkomelijk probleem qua netwerkbelasting en ruimte voor oplaadpunten van voertuigen? Wat is de energiebehoefte en welke opslagcapaciteit hebben we nodig om de stad leefbaar te houden?

Om de vraagstelling enigszins hanteerbaar te houden kijken we naar de situatie in Nederland.

We hebben op dit moment ongeveer 8 miljoen personenauto’s die voor een gemiddelde woon-werk afstand van ongeveer 25 kilometer ingezet worden. Dat betekent dat er ongeveer 250 kilometer per week gereden moet worden en dat er op twee locaties geparkeerd moet worden. Als we elektrisch zouden rijden, dan is hiervoor ongeveer 45 kWh per voertuig per week aan energie nodig.

Met de huidige beschikbare elektrische voertuigen als uitgangspunt (figuur 9) hebben we een batterijcapaciteit van ongeveer 24 kWh per voertuig waarvan per dag ongeveer 9 kWh gebruikt wordt om te rijden. De overige 15 kWh kunnen we eventueel inzetten als energiebuffer. Stel dat we twee-derde van het totaal aantal voertuigen daadwerkelijk gekoppeld hebben aan het netwerk, dan hebben we per voertuig effectief 10 kWh beschikbaar per dag als energiebuffer.

Figuur 9: Batterijreserve als

elektrische energiebuffer –

Rick Cox, 2013

19


Bij een miljoen elektrische voertuigen hebben we dan een energiebuffer van 10 GWh beschikbaar die over heel Nederland gekoppeld is aan het distributienetwerk. Onze overheid wil dit aantal over ongeveer twaalf jaar bereiken. Dat wil zeggen dat één op de acht voertuigen elektrisch rijdt. Diezelfde voertuigen hebben per week 45 GWh aan energie nodig om te kunnen blijven rijden.

Tegelijkertijd is er in totaal ongeveer 120 TWh elektrische energie per jaar nodig. Dat komt neer op 2,4 TWh per week, of 350 GWh per dag. Dit betekent dat we ongeveer 3% van de dagelijks benodigde elektrische energie als buffercapaciteit hebben bij een miljoen elektrische voertuigen. Die energie moet de volgende dag dan wel extra geleverd worden om de lading weer op peil te brengen. Zou die 3% genoeg zijn om de onbalans op te vangen?

Laten we eens kijken naar de historische gegevens van vrijdag 6 en zaterdag 7 september 2013 (zie figuur 7) gepubliceerd door TenneT. We kunnen daaruit afleiden dat het te leveren piekvermogen ten behoeve van de onbalans respectievelijk 1200 MW en 680 MW is. Verder is de cumulatieve onbalans over de hele dag respectievelijk 12,6 GWh en 6,8 GWh. Dat komt aardig in de buurt van 10 GWh buffer van de miljoen elektrische voertuigen bij een piekbelasting van 1,8 kW per voertuig. Dat zou in principe zelfs met een enkel-fase laadaansluiting per voertuig op te brengen zijn. Het lijkt er dus op dat er een substantiële bijdrage aan de balanshandhaving door de inzet van elektrische voertuigen mogelijk is.

Kunnen we deze elektriciteit ook duurzaam opwekken? In 2012 is volgens het CBS 12,2% van de binnenlandse productie opgewekt met duurzame bronnen. Het meeste is op basis van biomassa (7,0%). Daaropvolgend komt windenergie (4,9%) en onder de overige valt onder meer zonne-energie (0,2%) en waterkracht (0,1%). In 2012 werd circa 5 TWh (5.000.000.000 kWh) aan windenergie opgewekt, voldoende om 2 miljoen van deze elektrische voertuigen van duurzaam opgewekte elektrische energie te voorzien.

Ofwel, er is wel genoeg duurzame energie beschikbaar om alle elektrische voertuigen te laten rijden, maar die energie is er niet altijd op het goede moment. Daarom is het op dit moment niet haalbaar zonder ondersteuning van centrales.

20

control

Wie zorgt er voor dat de balans gehandhaafd blijft op de schaal van een dag, een week en over het gehele jaar? Dat moet uiteindelijk toch gebeuren met centrales die een deel van de tijd niet draaien. Dat betekent een grote aanslag op de opbrengsten van deze centrales. Het gevolg is een hoger tarief voor de elektriciteit uit deze centrales.

Zolang de opslagcapaciteit niet toereikend is voor de variatie van de vraag op jaarbasis zullen de kosten van energie uit de centrales stijgen naarmate de hoeveelheid decentrale energieopwekking toeneemt uit zon en wind en WKK’s. Deze ontwikkeling kon wel eens een negatieve impact hebben op onze energievoorziening. Te denken valt aan de kostprijs van energie voor hen die zelf geen energie kunnen opwekken.

We lieten tot nog toe het op grote schaal inzetten van warmtepompen buiten beschouwing. Hierdoor neemt de behoefte aan elektriciteit in de winter verder toe ten opzichte van de zomer. Het concept van balanshandhaving tussen opwekking en gebruik kan wel eens leiden tot een aanzienlijke kostenverhoging.

Crisis

Enerzijds zien we met de opkomst van Smart Grids en de integratie van hernieuwbare bronnen enorme mogelijkheden om de schadelijke effecten van fossiele brandstoffen te reduceren. Het is echter minder evident dat we op alle tijdschalen in staat zijn de balans tussen opwekking en verbruik te handhaven. En als we niet op tijd handelen dan zijn we misschien wel te laat.

Er zijn vier aspecten die essentieel zijn voor de toekomst van Smart Grids en onze energievoorziening in het algemeen:1. Leveringszekerheid2. Beveiliging en privacy3. Wetgeving en regulering4. Opleiding van personeel

Met de huidige leveringszekerheid als uitgangspunt ligt de lat hoog voor Smart Grids die op basis van decentrale opwekking en opslag een vergelijkbare zekerheid dienen te garanderen. Daarbij komt de extra uitdaging om de beveiliging van de ICT (‘cybersecurity’) zo te organiseren dat deze geen beperking oplegt aan de betrouwbaarheid van het systeem.

21


Door de weidsheid van het elektriciteitsnetwerk ontstaat een nieuwe situatie. We zijn meer afhankelijk geworden van onze buurlanden (Kamp, 2013a). Dat is te zien aan het aandeel import en export van energie (10% netto import in 2010; zie ook figuur 3). Als voordeel geldt dat we het overschot aan duurzame energie van onze buren kunnen importeren.

Als nadeel zien we dat er soms een grote doorvoer van energie ontstaat. Als Duitsland een overschot heeft dat Frankrijk kan gebruiken dan wordt ons elektriciteitsnetwerk extra belast. Nieuwe maatregelen zijn bedacht om dit verschijnsel te kunnen reguleren (Verboomen, 2008). Minister Kamp heeft in een recente brief aan de Tweede Kamer het gebruik van phase-shift transformatoren genoemd om de doorvoer van energie over ons netwerk te beperken (Kamp 2013a).

Anderzijds is juist de wereldwijde toegankelijkheid van de ICT-infrastructuur een reden tot zorg. Als beveiliging niet in goede handen is lopen we het risico dat onze leefomgeving danig verstoord wordt. Recente DDoS-aanvallen op banken maken duidelijk dat de beschikbaarheid van de communicatiemiddelen een risico met zich meebrengt voor het functioneren van de energievoorziening.

Daarnaast levert real-time monitoring van de energieconsumptie van gebruikers nogal wat privacy gevoelige informatie op. Dit heeft er onder meer toe geleid dat de verplichte invoering van Smart Meters in Nederland in eerste instantie is tegengehouden door de Tweede Kamer. Verder zien we een gebrek aan uniformiteit in de nationale en internationale regelgeving op het gebied van energie. De energie-akkoorden sluiten niet op elkaar aan en ieder land heeft zijn eigen keuze gemaakt ten aanzien van het terug leveren van energie. De ene overheid legt de financiële last bij de netwerkbedrijven en de ander bij de consument.

Ook maakt het belastingsysteem onderscheid tussen kleinverbruikers en grootverbruikers. Het gevolg is dat de kleinverbruikers massaal overgaan op zonnepanelen zolang dit belastingtechnisch gestimuleerd wordt. De grootverbruikers betalen marginaal weinig meer dan de groothandelprijs en hebben weinig reden om duurzamer energie te gebruiken.

22

control

De huidige weten regelgeving biedt onvoldoende ruimte om lokale regulering van vraag en aanbod tussen prosumenten onderling te ondersteunen om zo een grotere hoeveelheid energie decentraal op te wekken. Wel zijn er tijdelijke ontheffingen ten behoeve van proefprojecten. Uiteindelijk moet dit bijdragen aan de modernisering van de Elektriciteitswet en Gaswet rekening houdend met ontwikkelingen in de Europese wetgeving (Kamp 2013b).

Er is een enorme behoefte aan nieuwe instroom van goed geschoolde mensen die deze vraagstelling dienen op te pakken. Het huidige kader van de energiebedrijven is vergrijsd en niet voldoende breed opgeleid, en de vervangingsvraag is zeer groot. Het is de vraag of we in staat zijn tijdig te voorzien in deze behoefte voordat we belanden in een situatie van grote terugval in betrouwbaarheid van de energievoorziening. Gelukkig is er dankzij een aantal langlopende innovatie programma’s al veel bijgedragen aan fundamenteel onderzoek. Het IOP-EMVT (Innovatiegericht Onderzoekprogramma Elektromagnetische Vermogenstechniek) en EOS (Energie Onderzoek Subsidie) programma hebben een belangrijke basis gelegd en het IPIN (Innovatie Programma Intelligente Netten) bouwt daarop voort.

23


Werkterrein van het lectoraat Meet- en Regeltechniek

Uit de veelheid van publicaties en promoties kunnen we constateren dat de technische universiteiten van met name Delft en Eindhoven baanbrekend werk verrichten op het gebied van onderzoek naar de vernieuwing van de elektrische energievoorziening. Dit onderzoek bestrijkt de gehele klassieke keten van generatie, transmissie en distributie tot de eindgebruiker zowel in de klassieke verticale (eenrichtings-) structuur als gericht op de toekomstige horizontale structuur (tweerichting) waarin consumenten ook producenten kunnen zijn (zie ook figuur 6 en 8).

Wat kunnen we verwachten van een kleine onderzoeksgroep met deskundigheid op het gebied van meet- en regeltechniek bij de HAN? Dat onderzoek zal principieel praktijkgericht zijn. Dat kan ik illustreren aan de hand van de volgende twee voorbeelden:1. We begonnen klein door een lopend project (SOPRA; figuur 10) te adopteren

en met de bedrijfspartners een functionerende installatie op te leveren (geïntegreerd in het HAN Engineering gebouw). Zonnepanelen en een windturbine leveren duurzame elektriciteit. We kunnen die elektriciteit gelijk verbruiken of opslaan in een batterij voor latere tijdstippen. De installatie is ontworpen om het gebruik van dieselaggregaten en fossiele brandstof flink te reduceren. Regeltechnische kennis leidde daarbij tot een robuuster en stabieler systeem.

2. In een ander project (Fast & Curious; figuur 11) ligt het accent op ontwikkeling van betaalbare gereedschappen (modelvorming en code-generatie) en ondersteuning in een professionele werkwijze (V-cyclus). Kleine bedrijven in de automotive sector maar ook in de robotica en energietechniek willen regelingen ontwerpen in de prototype-fase van hun product zonder daarvoor te veel specialistische kennis nodig te hebben op het gebied van software engineering.

Praktijkgericht onderzoek werkt het best als we steeds de verbinding tussen bedrijven, onderzoek en onderwijs centraal stellen. De vraagstelling komt in eerste instantie van de beroepsgroep die actief is op het gebied van elektriciteitsvoorziening

24

werkterrein van het lectoraat meet- en regeltechniek

of mobiliteit. Het lectoraat meet- en regeltechniek draagt bij aan de realisatie van proefopstellingen en leidt daaruit nieuwe onderzoeksthema’s af. Door docenten en studenten te betrekken bij het onderzoek blijven bedrijven en onderwijs dicht bij elkaar en zullen ze elkaar ook gemakkelijk weten te vinden.

Figuur 10: SOPRA installatie en besturing – Overgenomen met toestemming van Alfen BV, 2013

Figuur 11: Fast & Curious – Ontwikkeltools voor code generatie en regelaar tuning – HAN,

2013

25


Bedrijfsleven

Enerzijds zijn er de netwerkbedrijven (o.a. TenneT, Alliander en Enexis), consultancy en keuringsinstellingen (DNV Kema). Zij willen samen met ons betrokken zijn bij nieuwe ontwikkelingen en zijn met name geïnteresseerd in nieuw talent (de human capital agenda). Dat laten ze ook zien door structureel en blijvend te participeren in de publiek private samenwerking (SEECE: Sustainable Electrical Energy Centre of Expertise) en te investeren in de combinatie van onderwijs en onderzoek. Zij zijn ook nauw betrokken bij het onderzoek op de verschillende instellingen in ons land. Juist de vertaling van fundamenteel naar praktijkgericht onderzoek heeft bij hen de aandacht. Als er waardering is voor het eigene van het beroepsonderwijs dan biedt dat ook kansen om op verschillende opleidingsniveaus bij te dragen aan de actuele kennisontwikkeling en de arbeidscapaciteit in de sector waar de vervangingsvraag steeds nijpender wordt.

Anderzijds is er het midden- en kleinbedrijf. Zij vormen deels de innovatieve kracht die een bijdrage levert aan nieuwe technologie (bijv. brandstof cellen) en toepassing op kleine schaal (bijv. combineren van zonnepanelen en laadpalen). We zien steeds vaker dat zij niet voldoende capaciteit en middelen hebben om zich hun eigen onderzoek te kunnen permitteren. Daarom biedt dit kansen voor het hoger beroepsonderwijs waardoor afstand tussen onderwijs en beroepspraktijk steeds kleiner wordt. Praktische vragen van het MKB vereisen een flexibele instelling om als onderzoeksgroep in de breedte van de problematiek mee te kunnen denken en faciliteiten te kunnen bieden om de haalbaarheid te vergroten en de bedrijfsrisico’s te reduceren. Hier moet steeds een balans gevonden worden tussen kennis en kunde, tussen wetenschappelijke diepgang en probleemoplossend vermogen.

Als voorbeeld noem ik het project HIPERSENSE (figuur 12). Vanuit het wetenschappelijk onderzoek van de afdeling astrofysica van de Radboud Universiteit is een consortium gevormd met bedrijven uit de regio voor de ontwikkeling van een autonoom elektriciteits- en dataverwerkingssysteem voor telescopische waarnemingen. De kennis en kunde die we met SOPRA opdeden passen we toe in een nieuwe situatie en breiden die uit met een energieopslagsysteem op basis van waterstof. Hier wordt kennis op het gebied van systeemontwerp, proces-control, fuel cells en elektrolyse bijgedragen.

26


Figuur 12: HIPERSENSE – Elektriciteitsvoorziening en dataprocessing – Overgenomen met

toestemming van Radboud Universiteit Nijmegen, 2013

Onderzoek

Onze aandacht gaat uit naar de netwerken voor elektriciteitsvoorziening in combinatie met de energie-uitwisseling voor mobiliteit. Centraal staat hoe deze netwerken zo robuust en zelfstandig mogelijk kunnen functioneren. Daarbij beginnen we in de kleine omgeving (huis, straat en wijk).

SOPRA (figuur 10) heeft gedemonstreerd dat we met variabele energiebronnen en opslag een grote mate van leveringszekerheid kunnen bereiken en minder afhankelijk zijn van dieselaggregaten. Tegelijk blijft de TCO (Total Cost of Ownership) omgerekend naar prijs per kilowattuur lager dan de huidige systemen. Dat is zeker het geval wanneer transport van diesel een grote bijdrage levert aan de prijs. De toepassingsmogelijkheden liggen voornamelijk in die gebieden van de wereld waar geen, of geen goede, elektriciteitsnetwerken aanwezig zijn. Dat geldt voor 2,5 miljard wereldburgers.

Het vervolgproject CSGriP (figuur 13) is gestart om een microgrid (op basis van SOPRA) als cel te verbinden met het overige elektriciteitsnetwerk. Dit project is deels gefinancierd met geld uit de topsector energie op het terrein van Smart Grids.

27


We verwachten dat de pieken in energiestromen over het netwerk beperkt worden door de toepassing van lokale opslag en het verschuiven van elektrische belasting in de tijd. Bij uitval van het netwerk kan de cel als autonome eenheid (island-mode; graceful degradation) blijven functioneren zonder de levering van elektriciteit te staken.

Figuur 13: CSGriP logo en wereldwijd netwerk van verbonden cellen – Overgenomen met toestemming van Alfen BV, 2013

Er is een flink aantal bedrijven actief op de combinatie van elektrisch rijden en duurzame energie opwekking. Men verwacht een grote bijdrage van de elektrische voertuigen als buffer en een grote bijdrage van de elektrische energievoorziening aan de mobiliteit. Daarom wordt ook onderzocht hoe de netwerkcellen kunnen voorkomen dat dit tweerichtingsverkeer van grote hoeveelheden energie leidt tot overbelasting van het distributienetwerk.

Als lokale opslag kunnen we naast batterijen ook denken aan de conversie met waterstof. Samen met een vertegenwoordiger van Dutch Fuel Cell consortium brengen we de energiestromen in kaart om te bepalen welke bijdrage waterstof kan leveren aan Smart Grids en mobiliteit.

Tenslotte is er de vraag welke mogelijkheden er zijn om met power electronics en lokale opslag bij te dragen aan nieuwe diensten die zowel de consument als de netwerkbedrijven ten goede komen. Daarbij valt te denken aan verbetering van de power-factor van de netkoppeling. Dit kan gerealiseerd worden door onder meer de

28


beperking van harmonische vervorming in spanning en stroom van de netkoppeling. In samenwerking met de Hanze hogeschool in Groningen werken we aan een voorstel om micro-WKKs gebaseerd op brandstofcellen sneller te laten reageren op variatie in de belasting. Dit project wordt in samenwerking met Alliander, Ceramic Fuel-cells en met steun van GasTerra opgezet. De te gebruiken micro-WKKs hebben een heel hoog rendement omdat ze zowel warmte als elektriciteit leveren. Met opslag van elektriciteit en vermogens elektronica gaan we onderzoeken of het systeem snelle variaties van belasting tussen 500W en 2kW kan opvangen, zodat de inzetbaarheid in kleine toepassingen verbeterd wordt.

Onderwijs

Hanze hogeschool en HAN, met daaraan gelieerd de landelijke expertise centra voor respectievelijk Gas en Elektrische Energie, hebben een natuurlijke affiniteit om samen te werken. HAN en Hanze Hogeschool werken aan de uitwisseling van bachelor- en master studenten. We proberen excellente studenten in Arnhem en Groningen in een leer/werk traject een Europese master Renewable Energy te laten voltooien. Met het NUFFIC werken we aan de uitwisseling met Russische universiteiten door zogenaamde living labs te creëren waar studenten leren in een realistische omgeving op basis van praktische opdrachten, verstrekt door bedrijven.

Door bij te dragen aan maatwerkcursussen voor mensen uit het bedrijfsleven houden we zicht op de thema’s die van belang zijn voor de beroepsgroep. Professionals uit het bedrijfsleven worden ook ingezet bij het geven van de cursussen. Het is daarom ook dat de HAN in samenwerking met UTInnovation, DNV-KEMA en het lectoraat een cursus Smart Grids in het leven heeft geroepen. Deze cursus richt zich naast de technische ontwikkelingen bij grote industriële en infrastructurele projecten ook op het leren opstellen van een roadmap en de business case.

Het lectoraat draagt actief bij aan het bachelor onderwijs door een nieuwe minor te ontwikkelen die verdieping brengt in kennis en kunde op het gebied van meet- en regeltechniek. Deze minor is bedoeld voor studenten elektrotechniek, werktuigbouw, autotechniek en embedded systems engineering. Daarnaast begint dit jaar de nieuwe specialisatie ‘Energy Management’ binnen de Engelstalige master opleiding control systems engineering.

29


De aansluiting met het onderwijs wordt verder geïntensiveerd door docenten en studenten te betrekken bij het onderzoek in het lectoraat. Daarbij spelen proefopstellingen een grote rol. Dat betekent natuurlijk niet dat alles op een 1-op-1 schaal te realiseren valt. Maar het is wel mogelijk om de studenten kennis te laten maken met de principes op basis van eventueel op verkleinde schaal opgebouwde installaties. Zo kan er met acceptabele risico’s op het gebied van veiligheid geëxperimenteerd worden en zien we dat theorie en praktijk een onderling versterkend leereffect op de studenten hebben.

Helaas zijn proefopstellingen zowel qua aanschaf als qua onderhoud prijzig. Als ook nog spaarzaam gebruik gemaakt wordt van installaties wordt meestal gekozen voor modellen en computersimulaties. Mede daarom werken we samen met bedrijven die in dezelfde sector actief zijn. Zo beperken we de kosten door gezamenlijk eigenaarschap en facility-sharing.

30

tenslotte

31


Tenslotte

Laten we nog eenmaal terug gaan naar die eerste stad Babel (figuur 14) In het Akkadisch staat de naam ‘bab-ilu’ voor ‘poort naar god’. Maar in het Hebreeuws is er een interessante woordspeling gemaakt tussen ‘babèl’ en ‘bal-beel’ dat verwarren betekent. Daarom is het is goed om nog eens stil te staan bij de achterliggende doelstelling van de bouw van de toren van Babel.

Laten we een stad bouwen met een toren die tot in de hemel reikt. Dan zullen we ons beroemd maken, en dan zullen we niet over de hele aarde verspreid raken. Maar toen daalde de Heer af om te kijken naar de stad en de toren die de mensen aan het bouwen waren. Dit is één volk en ze spreken allemaal een en dezelfde taal, dacht de Heer, en wat ze nu doen is nog maar het begin. Alles wat ze verder nog van plan zijn, ligt nu binnen hun bereik. Laten wij naar hen toe gaan en spraakverwarring onder hen teweegbrengen, zodat ze elkaar niet meer verstaan. De Heer verspreidde hen van daar over de hele aarde, en de bouw van de stad werd gestaakt. Zo komt het dat die stad Babel heet, want daar bracht de Heer verwarring in de taal die op de hele aarde gesproken werd, en van daar verspreidde hij de mensen over de hele aarde – Genesis 11: 4-9.

Deze geschiedenis bevat veel elementen om over na te denken. Hier kunnen we de start van de urbanisatie herkennen. Bovendien wordt de stad de exponent van het menselijk kunnen en streven, namelijk, het bereiken van de absolute top. We zien hier dat het streven naar deze hoogste doelstelling uiteindelijk verstoord wordt door taalverwarring. Dit is een principe dat ik vaak terugzie in projecten met zeer ambitieuze doelstellingen. De kritische schakel ontstaat in de communicatie tussen de projectmedewerkers. Hoe groter de ambitie des te sterker wordt er langs elkaar heen gewerkt.

32

tenslotte

Dit risico ligt ook zeker op de loer bij het streven naar een allesomvattende oplossing voor onze energievoorziening. We zien dat er verregaande ideeën bestaan om het Smart Grid te laten functioneren op basis van concepten van universele communicatie om vraag en aanbod te matchen. Zou het niet zo kunnen zijn dat dit geheel vroeg of laat spaak loopt door problemen op het gebied van de communicatie en de wirwar van regelaars op alle niveaus?

Ik hoop echter dat we op een iets meer bescheiden schaal een bijdrage kunnen leveren aan de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening. Met semiautonome energienetwerken zouden we zowel de afhankelijkheid van centrale productie als de fluctuatie in de vraag van centraal geleverde energie kunnen verminderen. Lokale opslag van elektrische energie is daarbij essentieel om de gewenste ontkoppeling met de rest van het netwerk te realiseren. Bovendien wordt zo voorkomen dat een zeer grote hoeveelheid energie in een klein gebied geconcentreerd wordt. Dat zal de veiligheid ten goede komen.

Meet- en regeltechniek biedt mogelijkheden om middels vermogenselektronica en computerbesturing betere integratie van zon- en windenergie in het distributienetwerk te realiseren. In de landelijke gebieden is voldoende ruimte om energie lokaal op te wekken, op te slaan en te distribueren via elektrische voertuigen, eventueel via de waterstofroute. Deze voorwaarden zijn aanwezig in de nabijheid van Arnhem, een uitstekende omgeving waar dit werk aangevangen kan worden.

Figuur 14: Toren van Babel,

een waarschuwing voor ons?

(Bron: Creative Commons)

33


Referenties

Geraadpleegde bronnen

Borlase, S. (editor), 2013, Smart Grids, Infrastructure, Technology and Solutions, CRC Press, London, New York, ISBN 978-1-4398-2905-9Das, Robbert, Das, Rudolf, 1999, Toekomstbeelden/Visions of the Future, Tirion Uitgevers B.V., Baarn, ISBN 90 5121 904 0Ishenko, A., 2008, Dynamics and Stability of Distribution Networks with Dispersed Generation, PhD thesis, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, NetherlandsKamp, H.G.J. Kamp, 2013a, Reactie op rondetafelgesprek Energiewende, Ministerie van Economische Zaken, http://www.rijksoverheid.nl/documenten-en-publicaties/kamerstukken/2013/05/24/kamerbrief-met-reactie-op-rondetafelgesprek-energiewende.htmlKamp, H.G.J. Kamp, 2013b, Voortgang besprekingen Energieakkoord, Ministerie van Economische Zaken, http://www.rijksoverheid.nl/ministeries/ez/documenten-en-publicaties/kamerstukken/2013/07/12/brief-aan-de-tweede-kamer-voortgang-besprekingen-energieakkoord.htmlKamphuis, R., 2013, Slim bedrijf van elektriciteitsnetten met ICT, Intreerede prof. René Kamphuis, Technische Universiteit EindhovenKok, J.K.A.H.P.J., 2013, The PowerMatcher: Smart Coordination for the Smart Electricity Grid, PhD thesis, Free University of Amsterdam, AmsterdamMohan, N., Undeland T.M., Robbins, W.P, 2003, Power Electronics, Converters, Applications and Design, Wiley & Sons, Inc., ISBN 0-471-22693-2National Research Council, 2010, Hidden Costs of Energy, Unpriced Consequences of Energy Production and Use, The National Academies Press, Washington DC, ISBN 978-0-309-14640-1Oirsouw, P.M. van, 2012, Netten voor distributie van elektriciteit, tweede druk, Phase to Phase B.V., ISBN 978-90-817983-1-0Oort, J. van, 1995, Jeruzalem en Babylon, Een onderzoek van Augustinus’ de Stad van God en de bronnen van zijn leer der twee steden (rijken), vierde druk, Boekencentrum B.V., Zoetermeer, ISBN 90-239-1104-0SER, 2013, Energieakkoord voor duurzame groei, http://www.ser.nl/nl/publicaties/overige/2010-2019/2013/energieakkoord-duurzame-groei.aspx, 6 September 2013

34

referenties

Shell Venster, mei/juni 2013, Dossier Urbanisatie, Shell Nederland B.V., verwijzend naar http://s01.static-shell.com/content/dam/shell-new/local/corporate/Scenarios/Downloads/Scenarios_newdoc.pdfVerboomen, J., 2008, Optimisation of Transmission System by use of Phase Shifting Transformers, PhD thesis, Delft University of Technology, Delft, NetherlandsVries, L. de, 1971, Knotsgekke uitvindingen van de 19de eeuw, De Haan, Bussum, ISBN 90 228 3955 9

Volledige verwijzingen figuren

1. a) Regeling irrigatie met regenwater, b) Meting watervolume van reservoir – Rick Cox, 2013 - In eigen beheer.

2. Wikimedia, Creative Commons a) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boulton_and_Watt_centrifugal_governor-MJ.jpg b) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1e/Centrifugal_governor.png

3. Elektrische energiebalans Nederland – Rick Cox, 2013, In eigen beheer 4. Urbanisatie – Aarde bij nacht, http://www.nasa.gov/images/

content/712130main_8246931247_e60f3c09fb_o.jpg5. Babel met Nimrod op de voorgrond – Pieter Bruegel de Oudere, 1563

a) http://cdn2.artboom.info/wp-content/uploads/2011/06/1563-Pieter-Bruegel-the-Elder-The-Tower-of-Babel-Detail-The-Lord.jpg b) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pieter_Bruegel_the_Elder_-_The_Tower_of_Babel_%28Vienna%29_-_Google_Art_Project_2.jpg

6. Structuur elektriciteitsvoorziening – Met dank aan TUDelft, www.Kennisinbeeld.nl, 2012

7. Voorspelling en meting van elektriciteitsbehoefte, Tennet http://energieinfo.tennet.org/Load/ExpectedActualLoad.aspx

8. Elektriciteitsnet van morgen – Met dank aan TUDelft, www.Kennisinbeeld.nl, 2012

9. Batterijreserve als elektrische energiebuffer – Rick Cox, 2013 – In eigen beheer10. SOPRA Installatie en besturing – Overgenomen met toestemming van Alfen

BV, 201311. Fast & Curious – Ontwikkeltools voor codegeneratie en regelaar tuning12. HIPERSENSE – Elektriciteitsvoorziening en dataprocessing13. CSGriP logo en wereldwijd netwerk van verbonden cellen – Overgenomen

met toestemming van Alfen BV, 2013

35


14. Toren van Babel, een waarschuwing voor ons? http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pieter_Bruegel_the_Elder_-_The_Tower_of_Babel_%28Rotterdam%29_-_Google_Art_Project.jpg Alle links zijn geraadpleegd op 7 September 2013.

36

Energie en mobiliteit in een control crisis?€¦ · Trends en toekomstvisies Er zijn nogal wat...

Documents

Transcript of Energie en mobiliteit in een control crisis?€¦ · Trends en toekomstvisies Er zijn nogal wat...