TNO 2015R11211 CONCEPT Postbus 80015 … · Programmering 2016 2016 is het tweede jaar van de...

Energie

Princetonlaan 6

3584 CB Utrecht

Postbus 80015

3508 TA Utrecht

www.tno.nl

T +31 88 866 42 56

F +31 88 866 44 75

TNO-rapport

TNO 2015R11211 CONCEPT

O Rxxx Meerjarenprogramma 2015-2018

Thema Energie

Bijstelling 2016

Datum 16 september 2015

Auteur(s) Ir. H.C.L. Vos

Dr. J.H. Brouwer

Prof. Dr. G.B. Huitema

Ir. R.S. Westerga

Ir. H.L.J. Keizers

Ir. J. de Koning

Autorisatie Dr. M.J. van Bracht

Managing Director Energie

Aantal pagina's 53

Aantal bijlagen

Projectnummer 056.02061/01.02

Alle rechten voorbehouden.

Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk,

fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO.

Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van

opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan TNO,

dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst.

Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.

© 2015 TNO

TNO-rapport | TNO 2015R11211 CONCEPT 2 / 53


Inhoudsopgave

1 Inleiding .................................................................................................................... 5

2 Vraaggstuurd Programma “Geo Energie”............................................................. 9

3 Vraag gestuurde programma’s Roadmap Sustainable Energy: Duurzame

Energie, Systeemintegratie ................................................................................... 23 3.1 Vraaggestuurd programma “Sustainable Energy” ................................................... 30 3.2 Vraaggestuurd programma “System Integration” .................................................... 38

4 Vraaggestuurd Programma “Urban Energy-Energo” ........................................ 47

5 Ondertekening ........................................................................................................ 53


1 Inleiding

Voor u ligt de bijstelling 2016 van het het MeerJaren Programma (MJP) 2015-2018

van het thema Energie, één van de thema’s waarop TNO impact wil bereiken.

Het MJP Energie 2015-20181 is gebaseerd op de ambities, keuzes en

uitgangspunten van het TNO Strategisch Plan 2015 – 2018, zoals dit is

aangeboden aan de Nederlandse overheid2,. Het MJP wordt jaarlijks verder

uitgewerkt (en tegelijkertijd waar nodig bijgesteld) tot een jaarprogramma.

De hier voorliggende “Bijstelling 2016” van het MJP Energie bouwt voort op de

ingeslagen weg van de afgelopen jaren, zoals deze zich in het kader van de

vraagsturing door de overheid, de Topsector Energie en in samenspraak met de

relevante stakeholders heeft ontwikkeld. Met name naar aanleiding van overleg met

de overheid en vanwege interne stroomlijning zijn de programma’s op onderdelen

aangepast. De veranderingen zijn in de programmaomschrijvingen aangegeven.

Thema Energie: Van conventionele bronnen naar duurzame energiesystemen

De energiesector bevindt zich wereldwijd in een ingrijpende transitiefase: van een

gecentraliseerde, vooral op fossiele brandstoffen gebaseerd systeem naar een

meer duurzame en meer decentrale energiehuishouding. Het energiesysteem zal

het komende decennium hybride worden: een complex systeem van lokale

energiesystemen met duurzame bronnen ( zonne-energie, windenergie, geothermie

enz.) en fossiele bronnen. De komende decennia zullen fossiele brandstoffen

namelijk nog (weliswaar in afnemende mate) belangrijk zijn voor onze

energievoorziening. Vooral aardgas zal een belangrijke rol vervullen als

transitiebrandstof, vanwege haar flexibele inzetmogelijkheden en relatief lage CO2

emissies.

Genoemde ontwikkeling bepaalt in belangrijke mate het energiebeleid van

Nederland. Belangrijke aspecten van dat beleid zijn:

1. De implementatie van het nationale energieakkoord, dat als doel heeft de

energievoorziening van Nederland verder te verduurzamen (naar 14%

duurzaam in 2020 en 16% duurzaam in 2023). Nederland wil deze doelen

bereiken door een brede set aan acties, gericht op reductie van het

energiegebruik en de introductie van duurzame energiebronnen zoals wind,

zon, biomassa, aardwarmte. Afspraken zijn onder meer gemaakt voor de

ontwikkeling van windparken op zee, het stimuleren van lokale energie-

initiatieven en het sluiten van oude kolencentrales.

Het bewaken van de energievoorzieningszekerheid. Door de problematiek in

Groningen zal het aandeel aardgas in de energiemix gaan afnemen. Dit betekent

dat gezocht zal moeten worden naar alternatieven zoals het vergroten van de

efficiëntie van de winning in de Noordzee en/of het vinden van alternatieven voor

aardgas zoals het benutten van restwarmte en elektrificatie van door gas

gedomineerde processen bij de industrie.

1 “Speurwerkprogramma 2015-2018, Thema Energie, uitwerking 2015”. TNO-rapport,

ref. TNO 2014 R11291, 30 september 2014; www.tno.nl 2 Zie “Trends, Transities, TNO Strategie 2015-2018”; www.tno.nl


Het thema Energie van TNO kan een bijdrage leveren aan het realiseren van

genoemd beleid. Haar kennis, van duurzame bronnen (met name geothermie en

zonne-energie), van lokale duurzame energievoorzieningssystemen (smart grids,

warmte systemen en smart sustainable energy systemen) én kennis met betrekking

tot de volledige CCS keten en energiebesparing, is zeer relevant voor de realisatie

van de onder 1) genoemde doelen. De TNO-kennis over de Nederlandse

ondergrond in combinatie met kennis op het gebied van exploratie- en

exploitatietechnieken, on- en offshore en de gasinfrastructuur, is van belang voor

het onder 2) genoemde aspect.

Tevens beschikt TNO over een brede portfolio aan economische, gedrags- en

sociale wetenschappen, die noodzakelijk zijn voor de niet-technische innovaties die

voor de realisatie van het beleid noodzakelijk zijn.

Het thema werkt samen met partijen uit het bedrijfsleven, de overheid,

universiteiten en kennisinstituten in zowel nationaal als internationaal verband, door

het initiëren van samenwerkingsverbanden, het vormen van consortia en het

(mede) zorg dragen voor een innovatieve, creatieve werkomgeving voor talentvolle

onderzoekers en toepassingsgerichte ontwikkelaars.

Vraagsturing/Topsector

Het onderwerp Energie is door de overheid aangemerkt als één van de negen

Topsectoren. TNO Energie neemt in Nederland actief deel aan de Topsector

Energie. Dit door een substantiële bijdrage te leveren aan de realisatie van

innovatiecontracten binnen de sector. Hierbij wordt intensief samengewerkt met de

NERA partners en het bedrijfsleven . Nagenoeg alle kennisontwikkelingsactiviteiten

van het thema passen binnen de topsector3.

De innovatieagenda’s van de Gouden Driehoek beschrijven belangrijke

onderwerpen voor deze samenwerking. TNO, de overige TO2 partners en NWO

faciliteren in het opstellen van deze innovatieagenda’s.

Met de topsector Energie zijn vraaggestuurde programma’s afgesproken. De

innovatieagenda’s van de topsectoren en de strategische kennisagenda’s van de

departementen zijn het vertrekpunt voor deze vraaggestuurde programma’s. Dit zijn

(bij voorkeur) publiek-private meerjarige onderzoeksprogramma’s waarin de

meerwaarde van onze rol tot uiting komt.

TNO en Horizon 2020

Op 1 januari 2014 is het nieuwe kaderprogramma voor Europees onderzoek,

Horizon 2020 van start gegaan. Het thema Energie sluit met name aan op met

name het programma “Secure, clean and efficient energy”.

TNO wil de komende periode haar samenwerking intensiveren met andere

Europese kennisinstellingen, met name met de partijen die opereren in EERA

(European Energy Research Alliance) en EuroGeoSurveys verband. Horizon 2020

biedt een uitstekende basis om met de beste Europese kennisinstellingen te

werken aan oplossingen voor de uitdagingen van vandaag en morgen.

Afstemming en samenwerking met onze Europese collega’s in joint programs

vergroot de synergie tussen nationale en internationale onderzoeksprogramma’s

waar het Nederlandse bedrijfsleven van kan profiteren.

3 Uitzondering daarbij zijn onderdelen van het programma Geo-Energie (Innovatie van exploratie

en productie van gas, geïnduceerde seismiciteit en geothermie) die niet in de programma’s van de

Topsector zijn opgenomen. De kennisontwikkelingsactiviteiten op deze gebieden vinden plaats

onder regie van EZ. Zie hoofdstuk 2 in dit rapport.


Vraaggestuurde Programma’s thema Energie 2015-2018

De voorgenomen kennisontwikkeling in de periode 2015-2018 is vastgelegd in de

volgende Vraaggestuurde Programma’s (VP’s):

• Geo Energie:

Oplossingsrichtingen en nieuwe technologie voor het op een verantwoorde,

veilige en milieuvriendelijke wijze winnen van fossiele energiebronnen, het

produceren van geothermische energie en de scheiding en opslag in de

ondergrond van CO2.

• Duurzame Energie:

Het slechten van de technische, economische en sociale belemmeringen

voor het realiseren van een adaptief en flexibel duurzaam energiesysteem,

met als doel het maximaliseren van de inzet van vernieuwbare energie

tegen minimale investeringskosten.

• Systeemintegratie:

Concepten voor inpassing van duurzame energie in het energiesysteem

naar een multicommodity systeem (gas, elektriciteit en warmte in de

combinatie fossiel en duurzaam) vanuit het perspectief van producenten,

gebruikers en netbeheerders.

• Urban Energy-Energo:

Technologieën voor installaties en gebouwen met als doel de

energieconsumptie in de gebouwde omgeving drastisch te verlagen.

Programmering 2016

2016 is het tweede jaar van de strategieperiode 2015-2018.

De inhoud van de VP-programma’s 2016 zijn in samenspraak met alle relevante

stakeholders tot stand gekomen. De programma’s 2016 passen derhalve binnen de

genoemde TKI innovatiecontracten (excl. onderdelen van het programma Geo-

Energie, zie boven). Met name over de specifieke invulling van het VP Geo Energie

is intensief contact geweest met de regievoerder EZ.

Bij de selectie van de projecten is tevens rekening gehouden met reeds lopende

projecten en aangegane verplichtingen.

Hoofdstuk 2 beschrijft het jaarprogramma 2016 van het vraaggestuurd programma

Geo-energie. De programma’s duurzame energie en systeemintegratie hebben

binnen TNO eenzelfde roadmap als basis en zijn daarom met een gezamenlijke

inleiding opgenomen in hoofdstuk 3. Het programma Urban Energy-Energo is

opgenomen in hoofdstuk 4.


2 Vraaggstuurd Programma “Geo Energie”

2.1 Inleiding

De doelstelling van TNO is de versnelling van innovatie en technologieontwikkeling.

Enerzijds door het beschikbaar stellen van onderzoeks- en ontwikkelingsmiddelen,

anderzijds door het assisteren van onze stakeholders bij de implementatie van de

ontwikkelde technologieën.

Binnen het vraaggestuurd programma “Geo Energie” (VP-GE) worden

oplossingsrichtingen en nieuwe technologieën ontwikkeld die het mogelijk moeten

maken om de transitie naar een duurzaam energiesysteem op een verantwoorde

wijze tot stand te brengen. In Nederland zal gas als transitiebrandstof bij dit proces

een belangrijke rol spelen. De vraagstelling kan daarmee worden verwoord als:

Hoe kan in de toekomst worden voorzien in de (nog steeds) groeiende

vraag naar fossiele energiebronnen, hoe kunnen die op een

verantwoorde en milieuvriendelijke wijze worden gewonnen en hoe

kunnen ze worden ingezet om de transitie naar 100% hernieuwbare

energiebronnen mogelijk te maken.

In het vraaggestuurd programma “Geo Energie” is deze vraagstelling vertaald naar

3 deelprogramma’s te weten Leveringszekerheid, Veilige en verantwoorde winning

en gebruik, en Duurzaamheid.

Het deelprogramma Leveringszekerheid richt zich op de ontwikkeling van

innovatieve methoden voor de optimale benutting van de beschikbare reserves

(conventioneel en niet-conventioneel). De stakeholders voor dit deelprogramma zijn

het ministerie van EZ en de industrie die participeert in het TKI Gas.

Het deelprogramma Veilige en verantwoorde winning en gebruik richt zich op de

ontwikkeling van kennis omtrent de veiligheid en de risico’s voor mens en milieu. Dit

deelprogramma zal in belangrijke mate gericht worden op de vraagstelling vanuit

het ministerie van EZ. Betrokkenheid van de industrie zal beperkt blijven om een

onafhankelijke positie voor TNO te kunnen borgen.

Het deelprogramma Duurzaamheid richt zich op CO2 reductie door (grootschalige)

toepassingen van CO2 opslag, Geothermie en LNG als brandstof. De activiteiten

ten aanzien van afvang, transport, gebruik en opslag van CO2 is ondergebracht in

het deelinnovatiecontract CCUS van de topsector Energie. Ook de ontwikkeling

van LNG als brandstof behoort tot de portfolio van de topsector Energie.

Geothermie is op dit moment niet opgenomen in één van de

deelinnovatiecontracten. Hiervoor is het ministerie van EZ stakeholder.

Het VP “Geo Energie” sluit aan op de Roadmap “Geo-Energy” van TNO. Deze

Roadmap richt zich op een verantwoorde productie en verantwoord gebruik van

fossiele energiebronnen en behelst:


Het vergroten van de efficiëntie van de opsporing en winning van fossiele

brandstoffen middels verbeterde exploratie- en productietechnieken;

Het vergroten van de veiligheid en betrouwbaarheid van productie,

transport en gebruik van fossiele brandstoffen;

Het vergroten van de duurzaamheid van cruciale delen van de (fossiele)

energieketen.

2.2 Visie en ambitie

Het Nederlandse energielandschap is aan het veranderen, door schaarste, publieke

opinie, een streven naar een groeiend aandeel duurzame energie en door

internationale politiek. Deze veranderingen brengen veel complexe vraagstukken

met zich mee. Deze hebben betrekking op aspecten die onderling sterk afhankelijk

zijn: de economische voorspoed van Nederland en van de Nederlandse (nog sterk

fossiel afhankelijke) energie-intensieve industrie, veiligheid voor mens en milieu,

leveringszekerheid en –flexibiliteit van de energievoorziening.

De vraagstukken gekoppeld aan fossiele energie, energieopslag, geothermie en

CCS vertonen veel onderlinge overeenkomsten. Gemeenschappelijke aspecten

zijn:

Het vinden van nieuw productie- en opslagpotentieel;

Efficiënt gebruik van put en reservoir;

Publieke participatie en acceptatie;

Veilig gebruik van het reservoir/de ondergrond alsmede veilig transport;

Putveiligheid (productie, injectie, abandonnement);

Innovatieve boortechnieken;

Voorspelbaarheid induced seismicity;

Monitoring technologieën om het gebruik van de ondergrond te

monitoren en modellen van de ondergrond te valideren.

De overeenkomsten in de vraagstukken hebben als consequentie (en voordeel), dat

technologie die is ontwikkeld voor een domein, vaak ook toegepast / aangepast kan

worden voor een of meer andere domeinen. Zo worden innovatieve productie- en

boormethodes die ontwikkeld zijn voor de olie- en gasmarkt nu toegepast in de

geothermie en worden ondergrondse monitoring technologieën ontwikkeld voor

CO2 opslag nu toegepast in het olie- en gasdomein.

Een solide kennisbasis op de juiste focusgebieden levert niet alleen rendement in

meerdere domeinen, het kan de Nederlandse spelers en Nederland ook een goede

exporteerbare kennispositie/concurrentiepositie opleveren.

Nederland is op dit moment op vele vlakken een unieke ‘achtertuin’ voor spelers in

geo-energie:

In de Noordzee moeten komende tijd als eerste wereldwijd duizenden

putten geabandonneerd worden, hier zijn veilige en betaalbare

technologieën voor nodig;

De Nederlandse velden zijn aan het eind van hun productieleven met alle

uitdagingen van dien (bijv. liquid loading, op welk gebied Nederland nu al

leidend is en conferenties organiseert);


De productiehistorie van het grootste gasveld van Europa (Groningen) leidt

tot geïnduceerde seismiek (problemen die waarschijnlijk ook in Zuid-Europa

en elders zullen gaan optreden);

Creatieve exploratie-technieken zijn nodig om nieuwe velden te vinden;

Creatieve productietechnieken zijn nodig om moeilijk produceerbare velden

veilig en technisch-economisch verantwoord winbaar te maken;

De Nederlandse tuinders zijn actief in geothermie (nu al relatie NL met

Indonesië om deze kennis te exporteren);

Nederland staat aan de vooravond van het grootste demonstratieproject op

het gebied van offshore CO2 opslag en gebruik (ROAD)

TNO heeft in de afgelopen jaren / decennia, o.a. door programma’s als CATO en

ISAPP, alsmede de investeringen uit SMO, een internationaal erkende

kennispositie opgebouwd (benchmark 2014, externe commissie, score 8-9 op

schaal 1-9) op het gebied van zowel productie en opslag als veiligheid van geo-

energie.

De ambitie van TNO is om op relevante, goed gekozen niche gebieden bij te

dragen aan:

Een verantwoorde energietransitie, die recht doet aan zowel de

economische als aan de maatschappelijke en duurzame doelstellingen van

EZ;

Het versterken van de Nederlandse spelers om aan EZ-doelstellingen bij te

dragen en tevens een exporteerbare concurrentiepositie op te bouwen;

Te zorgen voor voldoende kruisbestuiving van technologieën en

financiering (leverage via EU) tussen de diverse onderdelen in de transitie

(olie & gas, ccs, geothermie, energieopslag).

Hierbij zijn in samenspraak met de stakeholders, R&D onderwerpen vastgesteld die

goed aansluiten bij de TNO expertise of die vanuit de TNO context met partners

kunnen worden ontwikkeld:

1. Nieuwe technologie en innovatieve methoden voor Exploratie en Productie

van fossiele energie, met name gas.

2. Nieuwe technologie voor monitoring en optimalisatie van gaskwaliteit.

3. Kennisontwikkeling met betrekking tot induced seismicity.

4. Ontwikkeling van nieuwe technologie voor monitoring en verbetering van

well integrity.

5. Kennisontwikkeling met betrekking tot de beheersing van de publieke

onrust/betrokkenheid.

6. Borging van de kennis met betrekking Carbon Capture, Utilization and

Storage (CCUS) en zo mogelijk rechtsrteekse betrokkenheid bij

demonstratieprojecten (in Europees verband).

7. Ontwikkeling van nieuwe technologie en veiligheidsstandaarden voor de

toepassing van small scale LNG.

8. Kennisontwikkeling met betrekking tot energieopslag in de ondergrond.

9. Ontwikkeling van nieuwe technologie voor Geothermie.


In de onderstaande tabel is weergegeven op welke wijze deze R&D onderwerpen

bijdragen aan de in hoofdstuk 2.1 genoemde drie deelprogramma’s.

Tabel 1

In deze tabel wordt middels de zwarte bolletjes aangegeven waar het zwaartepunt

van de R&D zal worden gelegd. De open bolletjes betreffen kruispunten waar

overlap wordt verwacht.

Vanuit het ministerie van EZ is aangegeven dat “License to Operate” d.w.z. veilige

en verantwoorde winning en gebruik van fossiele grondstoffen de komende jaren

van groot belang zal zijn. De aardbevingsproblematiek in Groningen en de

maatschappelijke onrust die daaruit is voortgekomen zijn daarin leidend. De

problematiek van de publieke onrust raakt echter inmiddels ook veel andere

activiteiten die samenhangen met het gebruik van de ondergrond als bron (en

opslag/buffer locatie) van energie en grondstoffen. Vanuit dit perspectief wordt door

het ministerie van EZ een nationaal onderzoeksprogramma ontwikkeld gericht op

de ontwikkeling van kennis met betrekking tot de effecten van mijnbouw. Het VP

Geo-Energie sluit hierbij aan, met name vanuit de kennis van de opbouw van de

ondergrond en de voor deze effecten relevante processen (mechanisch, thermisch,

chemisch, etc.)

”License to Operate” is op veel punten in de waardeketen van het gebruik van

fossiele energiebronnen aan de orde: (1) tijdens de productie van conventionele

reserves, vooral aan het einde van de levensduur van mature fields, (2) tijdens de

productie van onconventionele reserves, in het bijzonder als chemicaliën worden

toegepast, en (3) gedurende het transport. Ook de kennis van de veiligheid en de

betrouwbaarheid van de systemen, installaties en materialen die daarbij worden

gebruikt zal worden uitgebreid.


Door de ontwikkeling en uitrol van technieken met betrekking tot de

Leveringszekerheid (deelprogramma “security of supply”) ondersteunt TNO de

overheid in het realiseren van de vereiste continuïteit in de beschikbaarheid van

gas voor het Nederlandse energiesysteem. Dit vergt zowel technologische

vernieuwing als aanpassingen in de werkmethodes en moet bijvoorbeeld leiden tot

concrete mogelijkheden voor de exploitatie van moeilijk winbare reserves.

Daarnaast zal er in de samenwerking met spelers in de energiesector worden

gestreefd naar een meer gedeelde (pre-competitieve) kennisopbouw. Een

gezamenlijke verantwoordelijkheid van partners en de daarvoor benodigde

kennisopbouw geeft Nederlandse spelers in de olie- en gassector een

internationaal leidende positie met betrekking tot zowel de winning van onze

conventionele reserves als de winning van onconventionele reserves.

Het deelprogramma Duurzaamheid (Security) in het kader van geo-energie richt

zich op de reductie van CO2 in het energiesysteem middels afvang, hergebruik en

opslag van CO2 (CCUS). Energie scenario’s – zoals bijvoorbeeld ontwikkeld door

IEA – zien CCUS als een vereiste om aan de klimaatdoelen tijdens de

energietransitie periode te voldoen. Ook in verband met de

energievoorzieningszekerheid worden “schone” kolen- en gasgestookte

energiecentrales – voorzien van afvangtechnologie - gezien als noodzakelijk voor

het opvangen van de schommelingen in vraag en aanbod van duurzame

energiebronnen. In het verlengde van de ontwikkeling van CO2 afvang- en

opslagtechnologie is ook het onderzoek naar nuttig gebruik van CO2 sterk in

ontwikkeling zoals bijvoorbeeld in de glastuinbouw, de olie- en gasproductie en voor

de productie van “solar fuels”.

Ook de benutting van LNG als transportbrandstof resulteert in minder uitstoot van

CO2 en andere broeikasgassen dan het gebruik van veel andere fossiele

brandstoffen en wordt in die zin gezien als een waardevolle ontwikkeling binnen dit

deelprogramma. Naast de ontwikkeling van CCUS en de benutting van LNG is de

inzet van geothermische energie een optie voor een klimaat-neutraal gebruik van

de ondergrond. Zowel ondiepe als diepe geothermische toepassing hebben

bewezen reële opties voor duurzame energie te zijn.

De kennisontwikkeling langs de hierboven geschetste lijnen zal overheid en

industrie in staat stellen om de winbare reserves op een verantwoorde wijze te

produceren en te gebruiken in het Nederlandse energiesysteem zodat de vereiste

energiezekerheid kan worden geborgd, de klimaatdoelen kunnen worden

gerealiseerd en een essentiële bron van inkomsten kan worden veilig gesteld.

2.3 Geschiedenis en relatie tot de Topsector Energie

Het vraaggestuurd programma “Geo Energie 2015-2018” is de voortzetting van het

“VP-Energiebronnen in Transitie 2011-2014”. Beide programma’s waren tot op

heden een integraal deel van de TKI Gas, met uitzondering van de activiteiten op

het gebied van de Geothermie. De kennis die in deze VP’s is ontwikkeld dient 2

doelen:

1. Samen met de private partijen die verbonden zijn aan het TKI Gas, worden

innovatieve oplossingen ontwikkeld die zijn gericht op het gebruik van gas

als transitiegrondstof. Deze oplossingen moeten de realisatie van de

duurzaamheidsdoelstellingen van het energieakkoord ondersteunen en zo

mogelijk versnellen.


2. Het ministerie van EZ heeft bij de ontwikkeling en uitvoering van het

energiebeleid behoefte aan state-of-the-art beleidsondersteunende kennis

van de winning, de productie en het gebruik van de ondergrond als

energiebron. Voorbeelden daarvan zijn het beleid rond de reductie van

CO2, de winning van schaliegas en de aardgaswinning in Groningen.

Hoewel er sprake is van een grote overlap van de beide doelstellingen, heeft het

ministerie van EZ in 2015 vastgesteld dat de kennisontwikkeling voor de

beleidsondersteuning niet noodzakelijk in lijn is met de doelstellingen van het

energieakkoord. Zoals o.a. is gebleken uit het aardbevingsdossier, is kennis van

internationaal niveau op dat gebied van strategische betekenis voor het ministerie

van EZ. Op basis van die constatering is er besloten om een deel van de

programmering van het VP Geo Energie, onder regie van het ministerie te laten

plaatsvinden.

Omdat er sprake is van aanzienlijke overlap tussen de kennisontwikkeling relevant

voor het TKI Gas en de kennisontwikkeling gericht op de beleidsondersteuning, is

het niet mogelijk om een duidelijke splitsing in het VP aan te brengen. Daarom

wordt voorgesteld om zowel advies in te winnen over de programmering bij het

ministerie van EZ als bij het bestuur van het TKI. Op basis van deze beide

adviezen zal de formele goedkeuring door EZ worden gegeven.

In tabel 2 is aangegeven welke R&D onderwerpen relevant zijn voor het ministerie

van EZ en welke relevant zijn voor (de hoofdlijnen van) het TKI Gas.

Tabel 2


Financiering van de TNO activiteiten binnen de diverse TKI programmalijnen vindt

plaats vanuit de SMO4 middelen. Daarnaast stelt de TKI extra subsidies

beschikbaar aan haar programmalijnen, die door alle onderzoekpartners binnen

een programmalijn (inclusief TNO) kunnen worden ingezet. Zo werd in 2014 en

2015 subsidie toegekend aan de programmalijnen Upstream Gas en Small scale

LNG aanvullend aan de aan TNO verstrekte SMO gelden. In afwachting van een

beslissing over het ROAD-project werd ook in 2015 door de Topsector Energie

geen financiering – anders dan SMO - beschikbaar gesteld voor de CCUS

programmalijn. Toekenning van subsidies voor 2016 wordt verwacht in november

2015. Naar verwachting zullen er voor 2016 wederom geen extra middelen voor de

programmalijn CCUS beschikbaar komen. Wel is er sprake van extra financiering

onder een H2020 Eranet-CCS.

Een aantal projecten uitgevoerd binnen het VP-GE wordt deels gefinancierd vanuit

Europese FP7 en Horizon 2020 programma’s. Daarnaast vindt cofinanciering vanuit

de industrie plaats. Totale cofinanciering vanuit de industrie en EC-programma’s

bedroeg in 2014 meer dan 50% van het onderzoeksbudget. Er wordt verwacht, dat

private en EC cofinanciering in 2015 op hetzelfde niveau blijven.

Jaarlijks wordt een update van het VP-GE ingediend bij EZ na overleg met en

advisering door de TKI Gas. Goedkeuring van de SMO gelden vindt plaats door EZ,

op basis van het advies van de TKI Gas en het Topteam Energie. Goedkeuring van

projecten met TKI-subsidie vindt na indiening middels een open “call for tender”

plaats door de TKI Gas en RVO.

2.4 Programma 2015-2018

In het algemeen onderscheidt de positie van TNO zich van de concurrentie door de

grote expertise ten aanzien van specifieke niches binnen het toepassingsgebied.

Binnen deze niches komt TNO tot innovatieve oplossingen door deze unieke

technologische expertise te combineren met kennis van andere markten waarin

TNO actief is. TNO werkt op die gebieden waar standaardoplossingen niet

beschikbaar of toereikend zijn en de meeste projecten zijn dan ook unieke,

eenmalige opdrachten.

2.4.1 Aanpassingen ten opzichte van 2011-2014

Het VP-Geo-Energie 2015-2018 is het vervolg op het 2011-2014 Programma

Energiebronnen in Transitie. Voor een deel keren de projecten die onder het 2011-

2014 programma in uitvoering waren, terug in het programma Geo Energie 2015-

2018. Daarnaast is als gevolg van vraagsturing door Topsector en overheid, een

algemene verschuiving ingezet, resulterend in een afname van gas gerelateerde

activiteiten.

Uitgangspunt van deze Roadmap is dat klimaatverandering en

energievoorzieningszekerheid (en –onafhankelijkheid), een verschuiving naar een

groter gebruik van duurzame energiebronnen noodzakelijk maakt. Met name gas is

gedurende de overgang naar duurzame energie een essentiële transitiebrandstof.

4 SMO: Samenwerkingsmiddelen Onderzoek: door de overheid aan TNO ter beschikking gestelde

kennisinvesteringsmiddelen


Figuur 1 Energietransitie

Tegen deze achtergrond richt de roadmap zich op een verantwoorde productie en

verantwoord gebruik van fossiele grondstoffen:

Het vergroten van de efficiëntie van de opsporing en winning van fossiele

brandstoffen middels verbeterde productie- en exploratietechnieken;

Het vergroten van de veiligheid en betrouwbaarheid van productie,

transport en gebruik van fossiele brandstoffen;

Het vergroten van de duurzaamheid van cruciale delen van de (fossiele)

energieketen.

2.4.2 Samenwerking

Bij de uitvoering van het VP GE betrekt TNO diverse partijen waaronder operators,

contractors, leveranciers, vervoerders, downstream industriële partners en de

energieopwekkingsindustrie. Ook de overheid (nationaal en EU) behoort tot de

belangrijkste TNO partners.

De overheid en de EU financieren gezamenlijke onderzoeksprogramma’s in

TNO’s portfolio. Samen met de industrie ondersteunen zij gecombineerde

financieringsprogramma’s zoals TKI Gas (Upstream, CCUS en LNG).

De operators onder de huidige klanten van TNO investeren in

conventionele velden , alsmede de winning van onconventionele reserves

(b.v. zware olie, schaliegas). Klanten van TNO maken gebruik van onze

kennis ten aanzien van b.v. slimme en innovatieve exploratie- en

productiemethodes en HSE instrumenten.

Dienstverlenende bedrijven investeren in monitoring- en slimme

productietechnieken. De leveranciers onder de klanten van TNO zijn

voornamelijk betrokken bij onze activiteiten ten aanzien van de veiligheid

en betrouwbaarheid (b.v. met betrekking tot compressoren, etc.) en de

ontwikkeling van innovatieve industriële processen (b.v. technologie

ontwikkeling voor CO2 afvang).

TNO heeft sterke samenwerkingsverbanden opgebouwd met internationale

onderzoeksinstituten en universiteiten voor de uitvoering van haar R& D-activiteiten.

Onder deze instituten bevinden zich Sintef, IRIS en NTNU in Noorwegen, de

Universiteit van Berkely, Texas A&M, MIT en de Stanford Universiteit in de

Verenigde Staten, CSIRO in Australië, GFZ Potsdam in Duitsland, IFPen in

Frankrijk en de Universiteit van Turijn in Italië.

Partners werken vaak langdurig samen met TNO op technologiegebieden waarin

gedurende vele jaren expertise is opgebouwd .TNO vult haar unieke

technologiepositie aan met de beschikbaarheid van geavanceerde


testmogelijkheden zoals bijvoorbeeld op het gebied van blootstelling aan H2S,

cryogenic loading, pressure burst testing, en thermisch mechanische belasting.

TNO’s sterke kennispositie komt tot uiting in de succesvolle participatie in talrijke

EC-programma’s, waaronder b.v. CO2GeoNet, EC SITECHAR, OCTAVIUS,

ECCSEL, CGS-Europe, ECO2 en IMAGE. In een aantal van deze programma’s

treedt TNO op als programma coördinator.

TNO werkt intensief samen met andere TO2 instituten zoals ECN (bijvoorbeeld op

het gebied van CCS in CATO) en Deltares (gezien de gezamenlijke historie vindt

hier op veel vlakken samenwerking plaats o.a. ten aanzien van monitoring- en

modelleer technieken).

2.5 R&D onderwerpen programma 2016

Het VP-GE heeft een sterke koppeling met de programmering van het TKI Gas.

Een samenvatting van de relevante hoofdlijnen van het TKI Gas is opgenomen in

bijlage 1.

Vanuit het projectportfolio van het VP-GE 2015 en de daarbij behorende

verplichtingen is in overleg met de stakeholders voor het programma 2016 de

relatieve verdeling van de budgetten (in %) op de R&D onderwerpen vastgesteld.

Het resultaat daarvan is opgenomen in tabel 3. De volgende paragrafen 3.5.1 t/m

3.5.9 geven een inhoudelijke toelichting op de beoogde kennisontwikkeling binnen

de in de tabel genoemde R&D onderwerpen.

Tabel 3


De relatie tussen de R&D onderwerpen en de respectievelijke TKI’s is opgenomen

in tabel 2.

2.5.1 Innovative E&P

Exploratie Noordzee: ontwikkeling van nieuwe “play concepts”.

Optimalisatie mature fields: CO@ EGR/EOR en andere innovatie methoden

voor productie optimalisatie.

Ontwikkeling van innovatieve efficiënte productietechnologie voor tight gas en

shale gas.

Ontwikkeling van productietechnologie waarmee end-of-life problemen kunnen

worden uitgesteld (salt, liquid loading, compressie).

Integratie van productiedata en reservoirmodellen voor productieoptimalisatie

en recovery.

Kennisontwikkeling met betrekking tot nieuwe stimulatiemethoden als

alternatief voor fraccing.

2.5.2 Induced Seismicity

Ontwikkeling van betere (probabilistische) modellen van de relatie tussen

gasproductie en aardbevingsrisico (hand aan de kraan).

Ontwikkelen van methodes/workflows om met een netwerk van goedkope

sensoren meer informatie uit de ondergrond te winnen en tegelijkertijd het

publiek meer betrokken te krijgen.

2.5.3 Well Integrity

Ontwikkeling van nieuwe well-technologie om abandonment kosten te

reduceren en duurzaamheid te borgen (e.g. natural sealing)

Ontwikkeling van inspectie- en monitoringtechnologie voor de detectie van

lekkage en het borgen van de integriteit op lange termijn.

Ontwikkeling van een betrouwbare methodologie voor risk assessment.

2.5.4 Carbon Capture, Utilization & Storage

Verlaging van de kosten van CO2 afvang door ontwikkeling van 2e en 3e

generatie capture technologie voor toepassing in industrie en powersector.

Ontwikkeling van opties voor ondergrondse opslag van CO2 met een nadruk op

monitoring, verificatie en veiligheid.

Ontwikkeling van kennis met betrekking tot CCUS ketenintegratie- en

opschalings-issues met specifieke aandacht voor CO2 transportsystemen

Conform de uitgangspunten van de Nederlandse overheid zal dit onderzoek worden

ingebracht in het Europese samenwerkingsverband met betrekking tot CCUS,

ERANET-CCS.

2.5.5 Geothermie

productieproblemen en systemen, wat is nodig voor optimale uitnutting van

bekende reservoirs

Kostenreductie en verlaging van pre-drill mijnrisico voor geothermie uit

ondergrond, ontwikkeling van innovatieve productietechnieken


Is ultradiepe geothermie mogelijk in Nederland (5-

exploratietechnieken, pilot put, verdieping van kennis van de ondergrond,

innovatieve productietechnieken.

Participatie in publiek-private samenwerkingsverbanden ten behoeve van

ketenintegratie.

2.5.6 Energy Storage

Kennisontwikkeling met betrekking tot innovatieve methoden voor

ondergrondse energieopslag (compressed air, power-to-heat).

Participatie in publiek private samenwerkingsverbanden ten behoeve

ketenintegratie.

2.5.7 Small Scale LNG

Ontwikkeling van nieuwe (materiaal-) concepten gericht op gewichtsreductie

(bij gelijkblijvende of verbeterde veiligheid).

Kennisontwikkeling met betrekking tot veiligheid ten behoeve van

risicomanagement en de totstandkoming van internationale normen en

standaarden.

2.5.8 Gas Quality

Ontwikkeling van technologie om de kwaliteit van het gas in gasnetwerken te

borgen bij de invoering van biogas vanuit gedistribueerde invoerpunten.

Technologie voor gasbehandeling gericht op de verwijdering van ongewenste

componenten (o.a. CO2, H2S, terpenen, siloxanen, BTX).

Ontwikkeling van nieuwe technologische concepten voor de reductie van GHG

emissies, w.o. methaanslib.

2.5.9 Public Concern

Ontwikkeling van kennis met betrekking tot de belangen die stakeholders

hebben of kunnen hebben bij het gebruik van de (diepe) ondergrond als

energiebron of voor (energie-) opslag.

Hoe kunnen de resultaten vanuit landelijk wetenschappelijk onderzoek door de

stakeholders worden gebruikt voor bijvoorbeeld meningsvorming (burgers),

bedrijfsstrategie (bedrijven), beleidsontwikkeling en besluitvorming

(overheden).


Bijlage 1: Samenvatting van de relevante hoofdlijnen van het TKI

Gas

Upstream Gas

De TKI Programmalijn Upstream Gas is georganiseerd op basis van twee types

olie- en gasvelden en zes thematische categorieën in een programmamatrix (zie

Figuur 3).

Production from Mature fields, met aandacht voor het verlengen van de

levensduur van olie- en gasvelden en voor de ontwikkeling van alternatieve

gebruiksmogelijkheden van lege velden;

Exploration in Mature Basins, bedoeld voor de ontwikkeling van verbeterde

exploratietechnieken en het vinden van nieuwe gasvoorkomens in weinig

onderzochte delen van het Nederlands territoir en gericht op de winning van gas uit

zowel conventionele als onconventionele reservoirs.

De thematische categorieën omvatten:

Exploration and field development

Production and Reservoir Management

Infrastructure;

HSE and Reliable Operation;

Hardware (Sensing, Actuation, and Compression); en

Societal Impact and Human Capital.

Small Scale LNG

De TKI programmalijn Small Scale LNG zet actief in op de benutting van LNG als

transportbrandstof in Nederland. Hiermee creëert Nederland een kennisvoorsprong

op dit gebied in Noord West Europa. Nederlandse bedrijven kunnen hun producten,

kennis en diensten als het gaat om de LNG-benutting en de LNG-infrastructuur in


gaan zetten ter ondersteuning van andere landen die willen overstappen op LNG

als transportbrandstof. LNG is makkelijk te transporteren en resulteert in minder

uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen dan het gebruik van veel andere

fossiele brandstoffen. De transportsector, met name wegtransport en scheepvaart,

wordt geconfronteerd met moeilijk haalbare uitstoot-eisen van de EU. LNG gebruikt

als brandstof kan in deze gevallen voordelig zijn, aangezien het de uitstoot van

broeikasgassen beperkt. Daarnaast resulteert het gebruik van LNG in een stillere

motor.

Carbon Capture, Utilization and Storage

De TKI-Gas programmalijn CCUS (CO2 afvang, transport, utilization en opslag)

werd in 2014 opgenomen onder de TKI-Gas als vervolg op het Nederlandse

Nationale CCS programma CATO-2. De programmalijn omvat Werkpakketten voor:

Afvang;

Gebruik;

Opslag, Monitoring en Veiligheid;

Transport en Ketenintegratie;

Policy, Wet- en regelgeving; en

Publieke Perceptie en Publieke Communicatie.

CCUS wordt van vitaal belang geacht om de doelstellingen voor CO2 emissies in

2030 en daarna te halen. Zonder de wijdverspreide inzet van CCUS zullen kolen-

en gasgestookte centrales, samen met een reeks industriële processen, de

komende tientallen jaren belangrijke bronnen blijven van CO2-uitstoot. Om klimaat

doelstellingen te halen dient een succesvolle demonstratiefase (mede gefinancierd

door nationale overheden en de EU) te worden gevolgd door een succesvolle

commerciële uitrol van CCUS vanaf 2020. Echter, ondanks prijzenswaardige

pogingen om CCUS technologie te ontwikkelen door middel van

demonstratieprojecten binnen het 2015-202 tijdschema, loopt de inzet van Europa

achter op die van andere regio’s/landen. Dit is voornamelijk te wijten aan de hoge

kosten van CCUS vergeleken met ETS prijzen en de beperkte publieke support

voor CCUS. Andere economieën maken belangrijke vorderingen bij de ontwikkeling

van CCUS, vooral Australië, Canada, China, Noorwegen en de Verenigde Staten

van Amerika. Verwacht wordt dat de Nederlandse regering in de herfst van 2014

een visiedocument over CCUS zal presenteren.

Gas Acceptatie Samenleving

De TKI-Gas programma lijn G.A.S spitst zich toe op de license to operate van de

gasvoorziening, en kijkt vooral naar de publieke issues rond gas en de daarmee

samenhangende institutionele aspecten van draagvlak. Cruciaal is de factor

vertrouwen (trust): kan de samenleving erop vertrouwen dat een ontwikkeling, in dit

geval van de gasvoorziening, leidt tot wat nodig en gewenst is? Kan de

samenleving die ontwikkeling aan de sector en aanpalende organisaties

toevertrouwen? Kan erop worden vertrouwd dat private en overheidsregulering

voldoende borgen dat wordt geleverd wat wordt verwacht? En last but not least:

biedt gas een propositie die herkend en erkend wordt als antwoord op de wensen,

ideeën en behoeften die in de samenleving leven? Of moeten proposities en

werkwijzen van de gassector wezenlijk veranderen?


Groen Gas

De TKI-Gas programma lijn Groen Gas beoogt de ontwikkeling van Groen Gas als

een ideale transitiebrandstof. Groen Gas bestaat al 25 jaar en heeft een goed

imago. Groen Gas maakt gebruik van het distributienet van aardgas en de

opslagcapaciteit helpt om vraag en aanbod van duurzaam uit te middelen.


3 Vraag gestuurde programma’s Roadmap

Sustainable Energy: Duurzame Energie,

Systeemintegratie

Inleiding

De Roadmap Sustainable Energy van TNO is gericht op de transitie van een fossiel

naar een duurzaam energiesysteem. De verduurzaming gaat over de belangrijke

facetten: technologie, markt en wet/regelgeving. De doelstellingen voor de

verduurzaming worden afgeleid van de doelstellingen op Europees en nationaal

niveau, waarin afspraken gemaakt zijn over aandeel duurzame energie,

energiebesparing en reductie van CO2. Daartoe heeft TNO binnen de roadmap

twee vraag gestuurde programma’s gedefinieerd, die de onderwerpen adresseren

die aan de ene kant de opschaling van bestaande en nieuwe innovaties als focus

heeft en aan de andere kant focussen op de interacties en relaties tussen de

energie-infrastructuren voor elektriciteit, gas en warmte. Het uiteindelijke doel hierbij

is voor de maatschappij op de langere termijn een duurzame en betrouwbare

energievoorziening te ontwikkelen.

Visie en roadmap

TNO Visie Sustainable Energy

Om bovengenoemde doelstelling te realiseren heeft TNO in haar plan Roadmap

Sustainable Energy (2015 -2018) een uitdagende visie op de toekomstige

energievoorziening beschreven met als hoofdlijn: een hechte samenwerking van

“Smart Energy Systems” ondersteunt een optimale inzet en gebruik van

energiebronnen. In 2050 moet een samenhangend systeem niet alleen

energieconversie, opslag, transport en distributie integreren, maar ook de tot nu toe

onderliggende afzonderlijk opererende energie-infrastructuren van elektriciteit, gas

en warmte tot een geheel maken. Samenvattend, het doel van de TNO Roadmap

Sustainable Energy is het huidige energiesysteem te veranderen naar een

duurzaam, betrouwbaar en geïntegreerd energiesysteem in 2050. TNO vormt een

brug tussen onderzoek bij universiteiten en toepassing door het bedrijfsleven en de

overheid. Het onderzoek van TNO is in het algemeen méér innovatiegericht (het

werkelijk toepasbaar maken) dan dat van universiteiten. Bovendien is het steeds

multidisciplinair, omdat TNO zo is georganiseerd dat onderzoekers van

verschillende disciplines met elkaar samenwerken aan onderwerpen binnen de

Roadmaps.

Om de weg naar dit toekomstig energiesysteem, mogelijk te maken zijn binnen de

Roadmap Sustainable Energy een viertal impactgebieden gedefinieerd. Activiteiten

van TNO in deze impactgebieden zullen zich focussen op de ontwikkeling van de

essentiële energie-flexibiliteit in het toekomstige geïntegreerde energiesysteem.

Energie-flexibiliteit omvat het kunnen schuiven van vraag en/of aanbod in tijd door

slimme aansturing of gebruik van opslagmedia. De impactgebieden van de

Roadmap Sustainable Energy zijn

1. Develop: de ontwikkeling van duurzame en hybride technologieën van het

energiesysteem en de integratie van de duurzame en hybride energiesysteem

componenten in bestuurbare en betrouwbare configuraties, creëren van een


voorspelbare, bestuurbare en efficiënte verbinding tussen de energie-

infrastructuren voor elektriciteit, warmte en gas

2. Unlock: het ontsluiten van het potentieel aan energieflexibiliteit in het

geïntegreerde, smart, hybride energiesysteem door het creëren en

implementeren van zowel weten regelgeving voor open en efficiënte

marktmechanismen als open technologische standaarden voor verminderen

van de ontsluitingskosten.

3. Use: het efficiënt gebruiken van energieflexibiliteit door energiepartijen en

relevante stakeholders in de markt.

Figuur 1. Impactgebieden van TNO Roadmap Sustainable Energy. Het gebruik van energie-

flexibiliteit speelt een centrale rol bij elk van de impactgebieden.

Om de complexiteit van zeer uiteenlopende technische en sociale innovaties binnen

de impactgebieden het hoofd te bieden, is het noodzakelijk de verschillende

functies van het energiesysteem van elkaar te scheiden. TNO heeft daartoe het

zogenaamde vierlagenmodel ontwikkeld, dat algemeen gebruikt wordt als handvat

bij de discussie. In de visie van TNO bestaat een Smart Energy System uit vier

lagen (zie Figuur 2). De bovenste laag is die van de Energiegebruikers (zowel

bedrijven (B) als eindgebruikers (C)) met daaronder de lagen: Energiediensten,

Virtuele Infrastructuur en Fysieke Infrastructuur. Het lagenmodel gaat uit van

zogenaamde “separation of concerns”. Hiermee is het mogelijk om zowel

verschillende technologieën verschillende belangen van stakeholders als

verschillende type diensten naast elkaar te ontwikkelen.

Expliciet zijn de verschillende lagen te omschrijven als:

Energiegebruikers. Deze laag omvat de gebruikers, zowel Bedrijven (B) als

Eindgebruikers (C). Gebruikers bepalen op welke wijze hun appliances en

diensten functioneren. Dit aan de hand van gestelde niveaus van comfort en

kosten.

Energiediensten (zowel B2B, B2C als C2B). In deze laag vinden we diensten

zowel gericht op opwekking, transport, distributie als wel op energie-comfort

diensten

Virtuele Infrastructuur. Modulaire vertaling van alle aangesloten apparatuur in

de fysieke infrastructuur in termen van digitale interfaces. Deze interfaces

dienen zowel voor de monitoring & control van de fysieke netwerkcomponenten


als voor het verzamelen, processen en distribueren van data aan de

bovenliggende diensten laag.

Fysieke Infrastructuur. Deze laag omvat de fysieke componenten voor de

opwekking, opslag, transport en distributie van energie. Deze componenten

communiceren hun toestand aan de bovenliggende virtuele infrastructuur.

Figuur 2 Vierlagenmodel TNO. Opdeling van complexiteit in onafhankelijke onderdelen.

Merk op dat de innovaties binnen het lagenmodel twee kanten op gaan (zie pijlen

midden in Figuur 2): van eindgebruiker naar de fysieke infrastructuur en andersom.

Op elke laag zijn institutionele en sociale innovaties nodig. Dit betreft innovaties in

regelgeving en beleid, op het gebied van business modellen en gericht op het

gedrag van eindgebruikers.

TNO Roadmap Sustainable Energy 2015-2018

Fasering Systeemontwikkeling

De transitie van het energiesysteem verloopt incrementeel waarbij het systeem

telkens aanpast. Zo gebruiken we als basis voor de programmering van de

roadmap een ‘integrated and adaptive energy system development’ waarin vier

fasen op verschillende tijdschaal te onderkennen zijn.

Integrated and Incremental Energy System Development

PLANDESIGN

DEPLOYOPERATE

Power Gas

Heat

Figuur 3. Fasering in de ontwikkeling van het energiesysteem.


Fase 1 en 2. PLAN/DESIGN. Het analyseren en waarderen van (sub)systemen

door het creëren van rekenmodellen, simulatiemodellen voor technologie en

markten. Effect en impact van ontwerpbeslissingen worden hiermee inzichtelijk

gemaakt, evenals het bereiken van duurzaamheidsdoelstellingen

Fase 3. DEPLOY. Voor het daadwerkelijk uitrollen op grotere schaal van

technologie is een (ICT) infrastructuur en architecturen nodig die kostenefficiency

en toekomstvastheid garanderen.

Fase 4. OPERATE. In de operationele fase zitten de innovaties die de flexibiliteit

van het systeem optimaal kunnen inzetten. Het besturen van opwek, conversie,

opslag, transport/distributie en vraag door verschillende vormen van control

architecturen is hierbij een wezenlijk onderdeel. Daarbij horen ook de (ICT)

processen die het mogelijk maken het beheer en accounting op de juiste manier te

kunnen uitvoeren.

Vraaggestuurde programma’s binnen Roadmap

De groeiende maatschappelijke vraag naar een sterk samenhangend systeem van

soorten en technologieën energieopwekking heeft binnen de Roadmap Sustainable

Energy er toe geleid dat naast het oorspronkelijke Vraag gestuurde Programma

(VP) Sustainable Energy (voorheen Energie Efficiëntie) een nieuw Vraag gestuurd

Programma System Integration ingericht is.

Hoewel beide VP’s projecten omvatten die de verschillende fasen van

systeemontwikkeling adresseren, kennen beiden een focus. Het VP Sustainable

Energy richt zich vooral op het ontwikkelen en uitrollen van slimme regel

technologieën op grote schaal. In de fasering van systeemontwikkeling ligt dat bij

‘Plan/Design' en ‘Deploy’. Voor het grootschalig uitrollen zijn complexe ICT

technologieën nodig die het mogelijk maakt kostenefficiënt nieuwe regel

technologieën uit te rollen en te beheren en daarbij rekening houdt met de grote

verscheidenheid en aantallen van betrokken partijen. Het VP System Integration

richt zich vooral op de optimale samenstelling en combinaties van energie

subsystemen op verschillende schaal, met hierbij een specifieke aandacht voor het

kunnen analyseren (Plan/Design) en besturen (Operate) van deze combinaties.

Denk hierbij bijvoorbeeld aan een optimalisatie van warmtevraag in een regio,

rekening houden met beschikbare warmtebronnen en/of gas in combinatie met

duurzaam opgewekte elektriciteit, bestuurd door een hybride regelsysteem.

Transformatieproces naar een geïntegreerd energiesysteem

Naar haar aard volgen de twee programma’s VP Sustainable energy en VP System

Integration elk een eigen route naar dit geïntegreerde energiesysteem. Deze

verschillende routes kenmerken zich door de twee dimensies: Complexity en

Scaling. Het VP Sustainable Energy volgt route A waarbij eerst het zwaartepunt ligt

in het vergroten van de toepassing schaal, daarentegen volgt het VP System

Integration de route B waar eerst ingezet wordt op verhogen van de mate van

integratie.


Figuur 4. Transformatieproces naar geïntegreerd energiesysteem. Route A volgt opschaling en

Route B kenmerkt zich door integratie.

Doorvertaling naar Tools en Solutions

De activiteiten binnen de programma’s zijn gebaseerd op bovengeschetste

impactgebieden en gericht op de ontwikkeling van van Tools en dragen bij aan de

Solutions van de Roadmap.

Hierbij worden in de tijd de beschreven systeemfasen gevolgd.

Figuur 5. Technology, Tools & Solutions voor de verschillende Impactgebieden van TNO

Roadmap Sustainable Energy

In Tabel 1 zijn ook de verschillende maturiteit van de technologie (Technical

Readyness Level, TRL) en de ontwikkeling van de vraag hiervoor in de markt

(Demand Readiness Level, DRL) weergegeven.


Technology, Tools &

Solutions

2015 2016 2017 2018

Develop

Models and

Planning

TRL4 TRL6 TRL7

Simulation &

Control

TRL3 TRL4 TRL6

Facilities Start

building

HESI LAB

Finalize

build;

First projects

Full

utilisation

(expand)

Full

utilisation

Unlock

Smart Energy

Solutions

Definition of

market

ready

solutions

DRL 4

Targeted

solutions for

named

submarkets

DRL7

DRL8 DRL8

Use

Solution

Orchestration

Ongoing Ongoing Ongoing Ongoing

Tabel 1 Roadmap Tools & Solutions volgens impact gebieden.

Voor de volledigheid zijn de eind 2015 beschikbare (2015) TNO technologieën

(tools/solutions) voor de verschillende implementatiestadia: plan, design, deploy en

control hieronder in Tabel 2 weergegeven. Merk op dat ook TNO technologieën

vermeld staan die buiten Roadmap ontwikkeld zijn en beheerd worden.

Tabel 2. Overzicht huidige TNO technologieën (tools/solutions) voor de verschillende

implementatiestadia van systeemontwikkeling.


Governance

Governance: Organisatie/aansturing van de uitvoering

Bij de uitvoering van de projecten binnen het VP wordt 80% van de beschikbare en

middelen ingezet in Europese en nationale kennisprojecten (FP7, TKI S2SG,

H2020, KIC). Jaarlijks vinden er vanuit het VP geplande vergaderingen en

discussies plaats met gremia van stakeholders, zoals bijv. TKI bijeenkomsten,

NetbeheerNL, Ecofys, EIT ICT Labs, etc.

Samenwerking

Op het gebied van Smart Energy Systems werkt TNO met veel partijen samen,

zowel in het private als in het publieke domein. TNO ziet het daarbij als haar taak

om als schakel te fungeren tussen wetenschap en praktijk, zodat kennis ook

daadwerkelijk wordt toegepast in Nederland. TNO onderhoudt contacten met

universiteiten en hogescholen die onderzoeksprogramma’s hebben op het gebied

van smart grids, en gaat samenwerkingsverbanden aan waar dat zinvol is. In het

bijzonder vindt input via aan het VP gelieerde deeltijdhoogleraren plaats. Verder is

er samenwerking met diverse marktpartijen via de proeftuinen/pilots gericht op

Smart Energy Systems. Daarbij vormt TNO de verbinding tussen kennis en

toepassing. In al deze proeftuintrajecten bestaat het consortium uit een combinatie

van netbeheerders, energiebedrijven, projectontwikkelaars, gemeenten, provincies

en ICT-toeleveranciers. Verder werkt TNO samen met internationale partijen in

allianties zoals Flexible power Alliance Network (FAN), European Energy Research

Alliance (EERA), en participeert zij in Europese Standaardisatie Organisaties zoals

de (ESO): CEN/CENELEC, ETSI. Ten slotte vindt samenwerking plaats via

Europese onderzoeksprogramma’s zoals FP7, Horizon 2020 en EIT/KIC.

Daarnaast wordt voor bredere vraagstukken actief samengewerkt met TO2

instituten (o.a. ECN), prominente onderzoekslaboratoria (zoals NREL, Berkeley,

PNNL, Fraunhofer, DTU, Pecan Street) en energieplatformen zoals Energy

Academy Europe (EAE).

Kennispositie en klanttevredenheid

De ontwikkeling en betrokkenheid bij internationale projecten laat zien dat de

kennispositie op internationaal niveau goed is. Het werk van TNO onderscheidt zich

door de multidisciplinariteit. De vertaling van opgedane kennis naar concrete

middelen en tooling maakt de kennis van TNO steeds meer toepasbaar voor onze

klanten.


3.1 Vraaggestuurd programma “Sustainable Energy”

3.1.1 Inleiding

Als drijvende kracht voor de levering van betaalbare, duurzame energie zal een

open en competitieve markt van energiediensten gerealiseerd moeten worden. In

het onderzoeksprogramma Sustainable Energy van TNO grijpen technische en

sociale innovatie op het gebied van Smart Energy Systems in elkaar. Onder

technische innovatie vallen (1) ICT-architecturen en de interfaces met de fysieke

installaties, (2) (koppelvlakken naar) duurzame en/of decentrale opwek, (3)

buffering en opslag ten behoeve van balancering en (4) het bevorderen van de

efficiëntie over de energiedragers heen. Sociale innovatie is gericht op de

veranderingen in (a) regulering en beleid, (b) de veranderingen in de waardeketens

en business modellen en (c) de veranderingen in het gedrag gericht op

vraagsturing. De kracht van TNO komt specifiek tot uiting in de integratie van zowel

sociale als technische innovatierichtingen.

Het VP Sustainable Energy richt zich op bovengenoemde visie met tegelijkertijd de

drive om ontwikkelde technologieën, pilots en proeftuinen naar grootschalige

toepassingen te tillen. Hierbij geldt een wisselwerking tussen enerzijds een stap in

grootschalige uitrol en kosten efficiëntie, gevolgd door een stap naar een Smart

Energy System als één geheel (met een toenemende systeemintegratie en

complexiteit).

3.1.2 Relatie Topsector Energie en beleid overheid

Historie 2011 -2015

Vanaf de oprichting van de TKI’s heeft TNO de visie op Smart Energy Systems

gedeeld en aangescherpt met de stakeholders in de markt en van de overheden.

Zo is bijvoorbeeld het TNO-vierlagenmodel, Energiegebruikers, Energiediensten,

Virtuele infrastructuur en Fysieke infrastructuur, geadopteerd door de TKI

Switch2SmartGrids en vormde de basis voor het oorspronkelijke TKI programma en

-roadmap. Gedurende de looptijd van het VP is de internationale kennispositie van

TNO flink versterkt. Dat is onder andere zichtbaar door de deelname in een groot

aantal EU projecten. Daarnaast is TNO nauw betrokken bij het Joint Program Smart

Grid van EERA (European Energy Research Alliance) en de Action Line Smart

Energy Systems van EIT ICT Labs.

De afgelopen jaren zijn door TNO belangrijke resultaten behaald op het gebied van

de Virtuele Infrastructuur in combinatie met de Services-laag. Onderzoeksresultaten

vanuit EU-projecten hebben direct bijgedragen aan de verdere ontwikkeling van

een open ICT-architectuur voor inpassing van nieuwe energie-componenten

(opwek, opslag en verbruik) en een open dienstenplatform. Met betrekking tot

sociale innovatie is ook een belangrijke stap gezet op het gebied van duurzame

gedragsverandering door onderzoek naar de drijfveren voor actieve participatie in

lokale energie-coöperaties en internationaal onderzoek naar best practices voor

Active Demand. Specifiek ten behoeve van dienstontwikkeling is onderzoek verricht

naar de verrekening en pricing van nieuwe energiediensten. Adequate verrekening

(smart billing) is een essentiële bedrijfscomponent voor de energietransitie. Op het


gebied van de Fysieke infrastructuur is o.a. gewerkt aan het simuleren van

gedistribueerde PV opwek om daarmee belangrijke inzichten te verkrijgen in

dreigende instabiliteitssituaties in het grid en mitigerende maatregelen. Daarnaast is

er onderzoek geweest naar weten regelgeving, bijvoorbeeld op het gebied van

belemmeringen die proeftuinen ondervinden als gevolg van het wettelijk systeem.

Aansluiting op en evolutie binnen Topsector Energie

Binnen de Topsector Energie werkt TNO intensief samen met de TKI

Switch2SmartGrids (TKI S2SG). TNO is vanaf het begin zowel in het bestuur als in

de Raad van Toezicht vertegenwoordigd. TNO presenteert elk jaar in een vroeg

stadium de plannen van TNO op het gebied van smart grids aan het bestuur en

stelt dat zo nodig bij op basis van de feedback van het bestuur. In het algemeen is

er een uitstekende samenwerking tussen TKI S2SG en TNO.

In de vorige strategieperiode 2011- 2014 waren de programmalijnen van de TKI

gericht op het vierlagenmodel zoals door TNO ontwikkeld en ingebracht. TNO heeft

ondersteuning geboden bij het herdefiniëren van de programmalijnen van de TKI

S2SG. Zo heeft TNO in 2013 en 2014 direct bijgedragen aan addenda bij de

innovatiecontracten die dienen als input voor de tenders, projecten en de nieuwe

TKI programmalijnen en aandachtspunten: Energiemanagement, en Informatie en

Control voor flexibiliteit.

Voor 2016 zijn de paragrafen van de TKI’s Solar Energy, EnerGO en Switch to

Smart Grids gecombineerd tot de paragraaf innovatie Duurzame Energie en

Energiebesparing Gebouwde Omgeving (TKI iDEEGO). Zo kent de TKI iDEEGO de

volgende vijf programmalijnen:

1. Zonnestroom (PV) systemen”. Dit betreft Ontwikkeling en implementatie van

Nederlandse kennis en kunde voor wat betreft de ontwikkeling en productie van

zonnestroomproducten (d.w.z. cellen, halffabricaten, modules, etc.).

2. “Compacte conversie en opslag van thermische energie”. Programmalijn gaat

over het verhogen van de efficiëntie van de conversie naar warmte en koude

voor ruimtes en tapwater, het vervangen van de inzet van fossiele brandstof

door duurzame thermische energie en het verhogen van de nuttige inzet van

die duurzame bronnen door gebruik van thermische opslag.

3. “Multifunctionele bouwdelen”. Dit betreft het energieneutraal maken van de

gebouwde omgeving in Nederland, door grootschalige implementatie van

duurzame energiesystemen (zonnestroom, warmte en koude) én

energiebesparing door middel van slimme energierenovatie van gebouwen en

civiele infrastructuur (constructies in of aan wegen, spoorwegen etc.).

4. “Energieregelsystemen en –diensten”. Programmalijn betreft het met behulp

van energieregelsystemen de waarde van lokaal opgewekte duurzame energie

te verhogen. En de waarde van flexibiliteit te verhogen: de mate waarin het

energiesysteem opwekking en gebruik aanpast in reactie op (on)verwachte

fluctuaties.

5. “Flexibele energie-infrastructuur”. Dit betreft het verhogen van de bijdrage van

de energie infrastructuur aan een duurzame energievoorziening, met een

grotere flexibiliteit van deze infrastructuur.


Programmalijn TKI iDEEGO

Focus

Zonnestroom (PV) systemen Verhogen van het omzettingsrendement (van

zonlicht naar elektriciteit)

Verlagen van de integrale kostprijs van

zonnestroomproducten.

Integrale duurzaamheid

TNO

Verdere ontwikkeling van SolaRoad, rijweg die

ook zonne-energie opwekt: opschaling, nieuwe

type wegen en verbetering concept.

Energieregelsystemen en –diensten Ontwikkelen van zelflerende intelligente

energieregelsystemen en (ondersteunende)

producten en diensten (meet- en regeltechniek,

ICT, open ICT platforms voor nieuwe producten

en diensten, prestatiegaranties).

TNO

Schaalbaarheid van energietechnologieën en

toekomstvastheid van standaarden en ICT

Architecturen

Algoritmiek voor optimalisatie elektriciteit-

infrastructuur (Power Control)

Flexibele energie-infrastructuur Slimme warmte- en/of koude-netten.

Betere benutting van ondergrond voor

opwekking en opslag van thermische energie.

ICT platformen, informatiesystemen, meet-en

regelsystemen, sensors, actuatoren, slimme

meter datamanagement, markt control

mechanisme, slimme kabels, slimme omzetters

(‘inverters’), software voor het analyseren van

gegevens uit de infrastructuur.

Concepten en tools voor optimalisatie en

transitie van lokale energie infrastructuur als

onderdeel van een duurzame

energievoorziening.

TNO

energie managementsystemen op gebied van

Power Control en Heat Control.

energiedata (o.a. verbruiksdata) management

Elektrisch vervoer

interoperabiliteit specificaties en technologie

Tabel 3. Voor VP Sustainable Energy relevante iDEEGO programmalijnen met focusonderwerpen.

Het TKI iDEEGO bestuur verwacht van TNO dat zij net als afgelopen jaren haar

kennisprogramma en –projecten afstemmen op de (in dit geval hernieuwde)

programmalijnen, speerpunten en essentiële aandachtspunten van het TKI.

Daarnaast kan TNO een rol op zich nemen om speerpunten op te pakken die het

“systeem echt laten werken” en die niet worden opgepakt in de lopende TKI

(tender) projecten mits dat past in haar strategie en expertise. Hierbij wordt gedacht


aan bijvoorbeeld het binnen het TKI programma ontwikkelen van meer generieke

oplossingen en standaard producten ten behoeve van kostenefficiënte opschaling.

Specifiek voor sociaal innovatieve uitdagingen (maatschappelijk, economisch en/of

juridisch) is er de TKI-overstijgende STEM regeling (Samenwerken Topsector

Energie en Maatschappij) waarin bedrijven, maatschappelijke organisaties en

onderzoeksorganisaties met elkaar werken aan een toekomstbestendige duurzame

energievoorziening. STEM kent de volgende doelstellingen:

Inzicht ontwikkelen in relevant gedrag voor het effectief en efficiënt introduceren

van energie - technologische innovaties en ruimtelijke ontwikkelingen in de

Nederlandse samenleving.

Inzicht krijgen in de wensen en belemmeringen van consumenten en bedrijven

ten aanzien van nieuwe technologische innovaties.

Inzicht krijgen in potentieel nieuwe toepassingen van nieuwe technologieën

Het VP Sustainable Energy sluit hierop aan.

Impact

De grote impact van het werk in de VP’s blijkt uit het feit dat (1) TNO sterk bijdraagt

aan de mogelijkheden tot inpassing van duurzame energie, (2) sinds de oprichting

van de VP’s de omzet in programma’s etc. sterk is gegroeid en deze groei zich nog

steeds voortzet en (3) doordat kennis en kunde van TNO ligt op het gebied van

integrator (zowel technisch als sociaal economisch), TNO nationaal/internationaal

gevraagd wordt om te participeren in projecten. De binnen het VP opgebouwde

kennis over de afgelopen jaren wordt voor de verschillende programmalijnen van

het TKI Switch2SmartGrids (nu iDEEGO) toegepast. Daarmee evolueert de kennis

steeds verder.

Voorbeelden hiervan zijn:

- Ontwerp van een Energy Flexibility Interface (EFI) waarmee op een

gestandaardiseerde manier een ontkoppeling is gemaakt tussen de fysieke

apparaten en de toepassingen in het smart energy system. EFI is

geïmplementeerd in het EF-PI (voorheen FPAI) energy management

framework. Standaardisatie-organen (ISO/IEC) zijn erg geïnteresseerd hierin

en nodigen uit tot het schrijven van specificaties. Zo ook zijn NREL en

Fraunhofer IWES geïnteresseerd in samenwerking met TNO op het gebied van

EF-PI compatibiliteit.

- Ontwikkeling van warmte management systeem HeatMatcher. In 2015 is de

HeatMatcher 2.0 ontwikkeld, getest op het ook ontwikkelde simulatiemodel en

tenslotte geïnstalleerd op locatie Louis Davids Carré te Zandvoort. De

ontwikkelde kennis en ervaring wordt in 2016 verder gevaloriseerd en gebruikt

in nieuwe commerciële trajecten en potentiele nieuwe H2020-trajecten.

- In het FP7 project COTEVOS is door TNO gewerkt aan de ontwikkeling van

optimale infrastructuur en functionaliteit voor het testen van conformiteit en

interoperabiliteit van het opladen van Elektrische Voertuigen. Deze kennis blijkt

zeer waardevol te zijn en wordt verder ingezet in o.a. Smart City projecten.

- Op het gebied van sociale innovatie vormt het door TNO ontwikkelde

Interventiemodel met betrekking tot klantacceptatie de basis van de validatie

van Smart Grid Demand Response projecten binnen het EU project Advanced.


- Op dienstengebied wordt de opbouwde kennis met betrekking tot pricing en

billing van flexibiliteit in consumeren en produceren van energie gebruikt voor

het inzichtelijk maken van nieuwe energieproposities van het TKI-project Jouw

Energie Moment 2.0.

- De opgebouwde kennis met betrekking tot weten regelgeving in Nederland en

in Europa wordt ingezet en verder uitgewerkt in consultancy opdrachten voor

energiepartijen en nieuwe EU H2020 -projecten.

3.1.3 Hoofdlijnen Programma 2016

De basis voor de invulling van de programmering van het VP Sustainable Energy

wordt gelegd door het ‘integrated and adaptive energy system development’

aanpak, zie Figuur. De transitie van het energiesysteem verloopt incrementeel

waarbij het systeem telkens aanpast. Zo onderkennen we als basis voor de

programmering van de roadmap een doorloop waarin vier fasen op verschillende

tijdschaal te onderkennen zijn.


PLANDESIGN

DEPLOYOPERATE

Power Gas

Heat

Figuur 6. Fasering in de ontwikkeling van het energiesysteem

In de 1e/2

e fase PLAN/DESIGN worden specifieke energietechnologieën ontwikkeld

en geanalyseerd en gewaardeerd door toepassen van modellen. Effect en impact

van ontwerpbeslissingen worden hiermee inzichtelijk gemaakt, evenals het bereiken

van duurzaamheidsdoelstellingen. De 3e fase DEPLOY richt zich op het

daadwerkelijk uitrollen op grotere schaal van technologieën door middel van een

adequate (ICT) infrastructuur en architectuur. Ten slotte in de 4e fase OPERATE

worden innovaties ontwikkeld die de flexibiliteit van het systeem optimaal inzetten.

Het besturen van opwek, conversie, opslag, transport/distributie en vraag door

verschillende vormen van control architecturen is hierbij een wezenlijk onderdeel.

Daarbij horen ook de (ICT) processen die het mogelijk maken het beheer en

accounting op de juiste manier te kunnen uitvoeren.

Het Hybrid Energy System Integration Lab (HESI Lab) is een belangrijke

ontwikkeling als schakel tussen pure simulaties en uitrol in de praktijk. Het HESI lab

geeft invulling aan de Technologie impact area (develop/integrate) en zal dienen als

plek waar een tiental trajecten naast elkaar gebruik maken van state of the art

energie infrastructuur en apparatuur, bestuurd door geavanceerde control systemen

en architecturen. Het testen van configuraties en slimme combinaties van een

geïntegreerd systeem voordat ze in de praktijk worden gebracht is een belangrijke

toegevoegde waarde van het Lab. In 2015 zijn hiervoor de eerste stappen gezet, en

in 2016 zal het lab worden gerealiseerd.


Gerelateerd aan het programma 2015 -2018 van de Roadmap Sustainable Energy

is de programmering van het VP Sustainable Energy als volgt:

Impact Area Topic 2015 2016 2017 2018

Develop

Simulation

and Control

TRL4

Algoritmes;

Built HESI

lab (See VP

SI)

TRL5/6 Lab

Simulaties

(1 st large

scale hybrid

system

technical

test case)

TRL 6/7 HESI

demonstration

s (1st small

scale highly

complex

hybrid system

technical test

case (See VP

SI)

TRL 8

Operation

al

Unlock

Elektrificatie

van Industrie,

Transport,

Communities

DRL4 DRL7 DRL8 DRL8

SolaRoad TRL 6/7

demonstrati

ons

TRL 6/7

demonstrati

ons

TRL 6/7

demonstration

s

TRL 8

Operation

al

Use

Solution

Orchestration

Ongoing Ongoing Ongoing Ongoing

Tabel 4. Programmering van VP Sustainable Energy (2015- 2018).


Bijlage: TNO VP Sustainable Energy projecten 2016

Impact gebied Project Beschrijving

Develop

TKI Smart Cova Ontwikkeling en demonstratie van

technologie in kantoorgebouwen voor

gebruik energie flexibiliteit.

TKI IDEGO(Intelligente Duurzame

Energie voor de Gebouwde

Omgeving)

Ontwikkeling van intelligente zelf-

optimaliserende regelsystemen waarmee

gebouwen intelligent. Specifiek realisatie

van (bedrijf)economische model voor

Energy Service Company (ESCO) voor

totale energiediensten en inzet van

warmtesturingssysteem HeatMatcher.

TKI Smart Balance Ontwikkeling van intelligente oplossingen

voor gebalanceerde integratie van PV

systemen in elektriciteitsnetten door

decentrale opwekkers (PV installaties) te

voorzien van de standaard eigen-

schappen van klassieke generatoren

(voortbouwend op resultaten verkregen in

het Europese VSYNC project).

FP7 OS4ES (Open System for

Energy Management)

Ontwikkeling van een Distributed Registry

voor DER componenten voor een

dynamische samenwerking DER-DSO.

Lab- en veldtesten. Het project draagt bij

aan standaardisatie.

FP7 Electra(European Liaison on

Electricity grid Committed Towards

long-term Research Activities).

Betreft uitvoeren van EERA Joint Program

met EU research partners; in het bijzonder

het ontwerpen grid toekomst;

standaardisatie, control- en monitor-

mechanismen.

FP7 Dream(Distributed Renewable

resources Exploitation in electric

grids through Advanced

heterarchical Management).

Betreft (inter) management aanpak voor

inpassen duurzame energie op basis van

autonome agent based systemen.

FP7 SunSeed (Sustainable and

robust networking for small

electricity distribution)

Beschouwt converged communicatie-

infrastructuren voor energiesystemen.

FlexiForFuture Ontwikkeling van een conceptenkader en

een integraal flexibiliteits- dienstenmodel

dat het mogelijk maakt om verschillende

vormen van flexibiliteit te relateren en te

kwantificeren.

Opschalingstechnologieen Onderzoek naar benodigde opschalings-

technologieën die het mogelijk maken IT

oplossingen voor het energiedomein op te

schalen naar regionaal en landelijk niveau

SG Standaardisatie Ontwikkelen en borgen kennis

standaardisatie op het gebied van Smart

Grids. In het bijzonder verzoek van

ISO/IEC voor schrijven New Work item

Proposal voor EFI (Energy Flexibility

Interface) dat geïmplementeerd is in het

EF-PI (voorheen FPAI) energy


Impact gebied Project Beschrijving

management framework.

Unlock

SolaRoad Rijweg die zone-energie opwekt. Eerste

pilot (fietspad) in Krommenie.

Ontwikkelingsrichtingen: opschaling

(trajecten over grotere afstand), nieuwe

type wegen (zoals busbanen) en

verbeteringen aan het concept (bv nieuwe

type zonnecellen).

FP7 CIVIS (Cities as drivers of

social change)

Ontwikkelen van enabling technologieën

en business modellen (TNO) voor “energy-

optimized smart cities”; twee pilots in

Trento en Stockholm.

TKI JEM 2.0 Demonstratie binnen IPIN project “Jouw

Energiemoment van nieuwe business

modellen gericht op energieflexibiliteit (o.a.

opslag voor de meter) en gezamenlijke

werking van een smart billingsysteem.


3.2 Vraaggestuurd programma “System Integration”

3.2.1 Inleiding

De invulling van het vraag gestuurde programma (VP) System Integration is

afgeleid van de Roadmap Sustainable Energy en bijbehorende visie. Centraal staat

de transitie van het fossiele energiesysteem naar duurzaam ingericht systeem. In

dit document is de visie uit de roadmap uitgewerkt tot het VP SI programma.

Systeemintegratie: Eindverbruik, transportpaden, energiebronnen en schaalgrootte

Systeemintegratie houdt zich bezig met onderzoek en ontwikkeling gericht op de

optimalisatie van interacties tussen de verschillende energie-infrastructuren in het

energiesysteem. De grote systeemintegratie uitdaging ligt bij het op het juiste

moment de juiste vorm van eindenergie op de juiste locatie beschikbaar te krijgen,

op verschillende geografische schaal. Hiervoor is het nodig om vanaf de bron van

energie (hernieuwbare energie, fossiele bronnen, nucleaire energie) met eventuele

conversies en opslag hiervan en het transportpad zodanig in te richten dat er

voldaan wordt aan benoemde doelstellingen van het systeem. Hiervoor is het nodig

de juiste combinaties te vinden: welke bron

gebruiken, wanneer en waar, en welke opslag

of conversies uitvoeren? Of is het nodig de

vraag naar eindenergie beïnvloeden? De

mogelijkheid om keuzes te maken, de

aanwezige flexibiliteit in het systeem, verhoogt

de complexiteit van het geheel. De

complexiteit zit in de keuzes die in deze

combinaties gemaakt moeten worden die gaan

leiden tot het gewenste effect in termen van

verduurzaming, kosten en betrouwbaarheid.

De juiste combinaties zijn ook de combinaties

die niet alleen de technologie meenemen,

maar ook de sociaal economische aspecten en

bijbehorende wet en regelgeving.

Uitdaging voor systeem integratie

De grootste uitdaging voor systeemintegratie is

gedurende en na de transitie in staat zijn om te

gaan met de complexiteit van het bepalen van

de juiste combinaties en interacties van

energiebronnen, transportpaden en

eindverbruik van energie die op een bepaalde

schaalgrootte mogelijk zijn.

Het energiesysteem is niet een groot geheel,

en zal ook op verschillende schaal er anders

uit kunnen zien. Er zal rekening gehouden

moeten worden met lokale verschillen in

technische mogelijkheden, bestaande

infrastructuur en eindgebruik van energie.

Enkele definities Systeemintegratie

Systeemintegratie: Ervan uitgaan dat er een

beperkt aantal vormen van eindenergie nodig

is (warmte/Elek/brandstof) gaat

systeemintegratie over de ‘beste’ manier om

die vorm van energie bij de eindgebruiker te

krijgen, op het juiste moment. Daarvoor is het

nodig de interacties en relaties tussen de

verschillende energiebronnen, de benodigde

transportpaden, conversies en/of opslag en

eindgebruik te kunnen beïnvloeden, en dat ook

nog eens op verschillende (geografische)

schaal. Het om kunnen gaan met deze

complexiteit is het onderwerp van

systeemintegratie.

Eind-energie: Dit is de vorm van energie die

voor eindgebruikers relevant is. Over het

algemeen gaat het hier om warmte, elektriciteit

en brandstof voor vervoer.

Transportpad: Energie in een bepaalde vorm

wordt verplaatst via een infrastructuur. Dit kan

een (inter)nationale infrastructuur zijn zoals

bijvoorbeeld voor gas en elektriciteit, of een

lokale infrastructuur voor warmte/koude.

Energiebron: Energiebronnen zijn primaire

bronnen zoals fossiele grondstoffen, nucleaire

bronnen of hernieuwbare bronnen.


Regionaal zijn er al grote verschillen in mogelijkheden om energie lokaal te

produceren en te gebruiken, door bijvoorbeeld de aanwezigheid van industrieën die

restwarmte kunnen leveren aan de gebouwde omgeving of de lokale winning van

zonne energie. Het wel of niet bestaan van een warmtenet heeft invloed op gebruik

van gas. Deze verschillen zorgen ervoor dat er andere combinaties van deze

elementen ‘de juiste oplossing’ zijn. Er bestaat dan ook geen een enkele duurzame

oplossing. Het zoeken is naar de optimale combinatie voor een afgebakende

geografie en de groei in de tijd van dit gebied. Anders gezegd: in de loop van de tijd

kan een regionaal systeem worden uitgebreid met meer bronnen van energie of

meer afnemers.

De benadering voor de systeemtransitie is afgeleid van de TNO Roadmap

Sustainable Energy. Voor systeemintegratie is het belangrijk niet alleen de

ontwikkelingen van harde technologie te volgen (DEVELOP), maar ook de interactie

met de economische aspecten hiervan en de impact op wet en regelgeving

(UNLOCK) en het toepassen in de praktijk (USE). Deze drie perspectieven vormen

samen de een rode draad in de verdere programmering van het VP. In Figuur 7 is

dit uitgewerkt.

Energy System

Integration

DEVELOP: Technology

UNLOCK: Economics

Policies

USE: Solutions

Systeemintegratie: DEVELOP

Energy System Integration (ESI) gaat technologisch gezien over het plannen en

analyseren van verschillende combinaties van energiebronnen, conversies/opslag

van energie en het eindgebruik en de daarbij behorende regeltechnische systemen

voor de continue besturing hiervan in het energie systeem. Typische doelen zijn

het optimaliseren van het systeem op basis van duurzame en economische

doelstellingen door middel van complexe algoritmiek en besturingsmodellen.

Systeemintegratie: UNLOCK

ESI gaat over de economische impact van de transitie van het energiesysteem.

Door de toename van betrokken partijen in de opwek, transport, opslag en

distributie van energie zijn de economische interacties ook complexer. Het efficiënt

omgaan met investeringen in het systeem is van groot belang voor de ontwikkeling

van kosten van energie. Maar er liggen ook nieuwe kansen voor nieuwe partijen.

Typische onderwerpen in dit perspectief zijn dan ook de optimalisatie van gedeelde

Figuur 7. Drie gebieden van systeemintegratie die samen de rode draad van het VP vormen


(infrastructuur)kosten en het analyseren van business modellen voor nieuwe

producten en diensten in de markt.

ESI gaat over de identificatie van potentiele belemmeringen voor de ontwikkelingen

van het systeem. Wet en regelgeving mogen niet in de weg staan van wat een

energiemarkt zelf kan oplossen. Typische onderwerpen zijn hier het adviseren over

bestaande en nieuwe wet en regelgeving.

Systeemintegratie: USE

Gericht op de gebruikers die in de waardeketen een bepaalde rol spelen. In eerdere

DEVELOP en UNLOCK zijn de mogelijkheden gecreëerd en belemmeringen

weggenomen, in USE worden ze daadwerkelijk door stakeholders gebruik en

toegepast.

3.2.2 Relatie Topsector en beleid overheid

Historie

Binnen de Topsector Energie bestaat nog geen TKI Systeemintegratie. Vorig jaar

(2015) is wel de eerste aanzet geweest tot het definiëren van een thema

systeemintegratie binnen de topsector energie. De programmering in 2015 van dit

VP is afgestemd met dit thema.

Voor TNO is 2015 het eerste jaar waarin dit programma actief is geweest, waarin

de aantal lopende en nieuwe projecten van TNO gebundeld zijn onder de

systeemintegratie programmering.

Het onderwerp systeemintegratie heeft de aandacht van de overheid en van de

markt, als zijnde de volgende stap in de verdere verduurzaming van het

energiesysteem, waar nog veel vragen bestaan en onderzoek nodig is om de juiste

beslissingen te kunnen nemen.

Aansluiting op en evolutie binnen Topsector Energie

Na de initiële programmering van het thema systeemintegratie binnen de topsector

energie in 2014/2015 is deze herzien in 2015. In plaats van de oorspronkelijke

programmalijnen ‘hybride infrastructuren, opslag en conversie en keteninteracties’

zijn twee (drie als je systeemintegratiestudies meetelt) nieuwe programmalijnen

gedefinieerd:

Power2X;

Energieopslag inclusief management systemen;

Nieuwe kansen (uit systeemintegratiestudies)

Deze programmering is gebaseerd op de resultaten van een viertal eerder dit jaar

uitgevoerde (aanbestede) studies5.

De achtergronden van deze topsector programmering komen overeen met de visie

van TNO in systeemintegratie. De perspectieven technologie, markt en

wet/regelgeving komen hierin terug, evenals de notie dat er op verschillende

schalen systeemintegratieaspecten optreden (lokaal, regionaal en nationaal).

5 http://www.rvo.nl/subsidies-regelingen/studies-systeemintegratie-tse


Waar het bij de topsector in eerste instantie gaat over de technologische

ontwikkelingen van subsystemen (conversie en opslag), ligt bij TNO de focus op de

inpassing van dergelijke subsystemen in het grotere energiesysteem.

Impact

Specifieke resultaten met impact van het VP Systeemintegratie in 2015, gebaseerd

op de programmering in 2015:

- Ontwikkeling van analyse modellen voor geïntegreerde energiesystemen. Het

TNO project DiDO is hier een goed voorbeeld van. Deze activiteiten leiden tot

nauwere samenwerking met Energy Academy Europe en ECN in dit verband.

Ook in Netbeheer NL verband wordt deelgenomen aan de modellen werkgroep

waar netbeheerders, bedrijven en kennisinstellingen zich hebben verenigd

rondom dit onderwerp. Concreet zijn de eerste stappen gezet voor het opzetten

van het Shared Innovation Program HESI met EAE en ECN, waarvan de

Memorandum of Understanding in 2015 getekend zal zijn.

- Hybride regelsystemen in het project CHESS, waarin de meerwaarde van de

combinatie van warmte en elektriciteit wordt onderzocht door simulaties van

netwerken en bijbehorende regelsystemen. Mede als gevolg hiervan zijn samen

met internationale partijen Horizon 2020 projectvoorstellen ingediend.

- Vergroening van gassystemen: Ontwikkeling van Gas flow modellen en

ontwikkeling van sensoren voor het bepalen van calorische waarde van

gassamenstelling.

- HEGRID. Rondom de integratie van warmtesystemen en elektriciteit

infrastructuur is HEGRID een voorbeeld van een EIT KIC ICT LABS project dat

de ontwikkelde technologie in de markt valoriseert.

- Wet en regelgeving. Hoogleraarschap van Annelies Huygen en begeleiding

AIO. De nieuwe stroomwet voorstellen worden door TNO beoordeeld.

- Business Plannen voor het Energie System Integration LAB in Noord

Nederland.

- Ontwikkelen van een warmte flow model, gebaseerd op het gas flow model. Het

kunnen modelleren en simuleren van bestaande en nieuwe infrastructuren voor

gas, warmte en elektra is een belangrijke schakel in de beslisprocessen voor

infrastructuurpartijen.

- TNO Extern rapport ‘Energie voor Duurzame Groei dat de nadruk legt op de

drie perspectieven economie/markt, technologie en wet/regelgeving als het

gaat om flexibilisering van het systeem. Rapport wordt in Nederland gelanceerd

in september 2015.


3.2.3 Hoofdlijnen programma 2016

Zoals in de inleiding over de roadmap is aangegeven wordt de basis voor de

invulling van de programmering gelegd door het ‘integrated and adaptive energy

system development’ aanpak (zie Figuur 8). Het VP verbindt aan deze fasering de

ontwikkeling van specifieke tools, solutions en technologieën.

Figuur 8. De ontwikkeling van solutions, tools en technologieën afgeleid van de fasering in system

development.

Een belangrijk aspect voor systeemintegratie is de integrale benadering vanuit de

verschillende energievormen: elektriciteit, gas en warmte, en de benadering vanuit

de drie perspectieven technologie, markt en wet en regelgeving.

Per fase van systeemontwikkeling kunnen we met deze onderverdeling de

hoofdlijnen definiëren6.

Programmalijn Models, Planning and Simulation

Deze lijn is gebaseerd op de fase PLAN/DESIGN. Het analyseren en waarderen

van combinaties van (sub)systemen door het creëren van rekenmodellen,

simulatiemodellen voor technologie en markten. Effect en impact van

ontwerpbeslissingen worden hiermee inzichtelijk gemaakt, evenals het bereiken van

duurzaamheidsdoelstellingen. Er wordt rekening gehouden met de impact van

slimme technologieën uit de OPERATE fase. Ook van belang is het feit dat het hier

niet alleen gaat om technologie, maar vooral ook over de economische impact en

de invloed van wet en regelgeving op de evolutie van het systeem (.

In het VP is aandacht voor de doorontwikkeling van de instrumenten die nodig zijn

om analyses van energiesystemen te kunnen maken. Hiervoor zijn

doorontwikkelingen nodig van modellen, simulaties van geïntegreerde systemen,

met technologische, economische en wet/regelgeving aspecten gecombineerd. Het

verkrijgen en analyseren van data is hierbij ook van groot belang.

6 Fase DEPLOY is vooral voor het VP Sustainable Energy van belang. Voor het

daadwerkelijk uitrollen op grotere schaal van technologie is een (ICT) infrastructuur

en architecturen nodig die kostenefficiency en toekomstvastheid garanderen. Deze

fase krijgt vooral aandacht in het VP Sustainable Energy.


System Solutions: Technology, tools and instruments

PLANDESIGN

DEPLOYOPERATE

Architecture Driven Design

Implement, Deployment, Configuration

Tools

related

(Dynamic) Modelling & Simulation

DistributedControl

Mechanisms

Power Gas

Heat


Een overzicht van de onderwerpen in deze programmalijn staat in onderstaande

Tabel 5. De structurering hiervan is afgeleid van de technologieën, tools en

solutions uit de Roadmap Sustainable Energy.


Develop Asset Investment

Planning

Develop

socio,

economic

and legal

simulation

tool

1 st socio

economic

and legal

test case

1st technical

and socio,

economic &

legal test

case

Innovatio

n

program

fully

operation

al

Models and

Simulation

Heat Flow

Model

Heat/Hybri

d Flow

Model

Hybrid

Models

Shared

Innovation

Program Energy

System

Integration

MoU SHIP

HESI

Program

Developme

nt /

Partners

Execution of

projects /

adjustment of

program

Impact on

national

agenda

Unlock Wet en

Regelgeving

Consultancy Consultanc

y

Consultancy Nieuwe

Stroomwe

t

Energy System of

the Future

National

Reports

National

Reports

National

Reports

National

Reports

Use Smart

Communities

Develop

Energie

Plans,

translate

ambitions

into

realizable

projects

First

projects on

Island(s)

Expand

projects

Next step

in

Sustainab

le Islands

Tabel 5. Programmering voor de PLAN/DESIGN fase voor VP Systeemintegratie

Programmalijn Control Architectures and Facilities

Deze programmalijn is gebaseerd op de fase OPERATE. In de operationele fase

zitten de innovaties die de flexibiliteit van het systeem optimaal kunnen inzetten.

Het besturen van opwek, conversie, opslag, transport/distributie en vraag door

verschillende vormen van control architecturen is hierbij een wezenlijk onderdeel.

Daarbij horen ook de (ICT) processen en standaarden die het mogelijk maken het

beheer en accounting op de juiste manier te kunnen uitvoeren. Hier ook van belang

zijn de doorontwikkeling van besturingsmechanismen voor geïntegreerde

energiesystemen en bijbehorende lab-simulaties.

Het Hybrid Energy System Integration Lab (HESI Lab) is een belangrijke

ontwikkeling als schakel tussen pure simulaties en uitrol in de praktijk. Het HESI lab

geeft invulling aan de Technologie impact area (develop/integrate) en zal dienen als

plek waar een tiental trajecten naast elkaar gebruik maken van state of the art

energie infrastructuur en apparatuur, bestuurd door geavanceerde control systemen

en architecturen. Het testen van configuraties en slimme combinaties van een


geïntegreerd systeem voordat ze in de praktijk worden gebracht is een belangrijke

toegevoegde waarde van het Lab. In 2015 zijn hiervoor de eerste stappen gezet, en

in 2016 zal het lab worden gerealiseerd.

De onderwerpen voor deze programmalijn staan in onderstaande Tabel 6.


Develop HESI Lab (as part of

SHiP HESI)

Built lab See VP SE 1st small

scale highly

complex

hybrid

system

technical

test case

SHiP

HESI

fully

operation

al

Integrated control

architectures and

algorithms

TRL 4

Algorithms

for

heat/hybrid

TRL5/6

Lab

simulations

TRL 6/7

HESI

Demonstrati

ons

TRL 8

Operatio

nal

Integration (ICT)

Standards

Develop Develop Develop Develop

Application of (sub)

components

TRL4 Demonstrati

on HESI Lab

Tabel 6. Programmering voor de OPERATE fase in VP Systeemintegratie


Bijlage TNO VP System Integration projecten 2016

Impact

gebied

Project Beschrijving

Develop DIDO Energie Transitie

Model

Ontwikkeling en toepassing van dynamisch

energie transitie model.

Heat Networks 2015 Op basis van het flowmodel van gas de

vertaling naar een warmtenetwerk flowmodel

Power2USE Modellen en simulaties van Vierde generatie

district verwarming/Koeling netwerken (4

DHCN) met actieve besturing

EU-DYNET Internationaal project voor de toepassing van

dynamische energie modellen in Europa

Miniature Gas Sensor Ontwikkeling van fysieke sensor voor meting

van calorische waarde van gassamenstelling

Dynamic Balancing Gas

Network

Ontwikkeling van gas flowmodel voor

regionale netbeheerders

CHESS Hybrid Energy

Management

Ontwikkeling van regelalgoritmiek, modellen

en simulaties voor energievoorziening met

twee verschillende energiedragers (E+H)

Unlock Boegbeelden Agenderen van belangrijke punten op de

nationale energie agenda

Use Ameland Duurzaam Samenwerken aan de invulling van het

transitie pad voor de eiland regio’s

INTERREG 5B - SIGN UP Transitie pad en concrete verduurzaming

projecten met en voor de lokale communities

op de eilanden in de Noordzee regio

I4D Smart Community &

Solar

Stimuleren van lokale energievoorziening in

ontwikkelingsgebieden


4 Vraaggestuurd Programma “Urban Energy-Energo”

4.1 Inleiding en doelstelling

De Roadmap Buildings & Infrastructures van TNO richt zich binnen dit VP op de

verduurzaming van het energiegebruik van gebouwen. Dit door ontwikkeling van

technologie voor de reductie van het energieverbruik en de integratie van duurzame

energie. Doelstelling is te komen tot volledig energie neutrale gebouwen of zelfs

energie producerende gebouwen.

De Roadmap Buildings & Infrastructures is in 2015 nader afgestemd met de

Roadmap Sustainable Energy. De laatste richt zich op het totale energiesysteem en

netwerken. Deze afstemming heeft voor de Roadmap Buildings & Infrastructures

geleid tot het stopzetten van de activiteiten op wijkniveau.

De activiteiten binnen dit VP betreffen de ontwikkeling en validatie van innovatieve

technieken op het gebied van installatietechniek, de integratie van duurzame

energie opwekking, de realisatie van warmte opslag en de ontwikkeling van

multifunctionele bouwmaterialen. In samenhang zullen deze technologieën op

termijn tot volledig energie neutrale gebouwen of zelfs energie producerende

gebouwen leiden.

4.2 Achtergronden

In Nederland en veel andere Europese landen is ca. 35% van het primaire

energiegebruik, 50% van het grondstoffenverbruik en circa 30% van het vervoer,

watergebruik en CO2-uitstoot gerelateerd aan de gebouwde omgeving. Mede

gedreven door Europese regelgeving stellen overheden, bedrijven en burgers

steeds hogere eisen aan het reduceren van de energieconsumptie, het opwekken

van duurzame energie, het sluiten van grondstofketens en het terugbrengen van de

CO2-uitstoot. Een kentering is op mondiaal niveau echter nog niet zichtbaar. De

ultieme nationale en Europese ambitie ten aanzien van de gebouwde omgeving is

een klimaat neutrale gebouwde omgeving medio deze eeuw en een circulaire

economie voor materialen.

Het Energieakkoord voor duurzame groei omvat stappen in de richting van een

energievoorziening die in 2050 volledig klimaatneutraal is. Voor 2030 wordt voor

gebouwen gestreefd naar ten minste gemiddeld label A. In het Energieakkoord is

het streven voor de gebouwde omgeving voor 2020 om ten minste de doelstellingen

uit de Europese energie-efficiëntie richtlijn (EED), de herziening van de richtlijn

energieprestatie van gebouwen (EPBD) en de richtlijn Ecodesign te realiseren, en

verder:

bestaande bouw: 300.000 bestaande woningen en andere gebouwen per jaar

minimaal twee labelstappen laten maken;

nieuwbouw: bijna energieneutraal vanaf 2020 (en vanaf 2018 reeds voor

overheidsgebouwen) conform EPBD-richtlijn;

huur: gemiddeld label B in de sociale verhuur en minimaal label C voor 80%

van de particuliere verhuur in 2020;


utiliteitsgebouwen: energiebesparende maatregelen met een terugverdientijd

van minder dan vijf jaar dienen uitgevoerd te worden, conform Wet

milieubeheer.

Investeringen in energie-efficiëntere producten, productietechnieken en

hernieuwbare energie worden beschouwd als van essentieel belang om deze

ambities te verwezenlijken.

Terugbrengen van het netto primair energiegebruik in de gebouwde omgeving tot

(bijna) nul zou Nederland jaarlijks miljarden euro’s besparen die we nu besteden

aan kolen, olie en gas. Bovendien zou het tienduizenden nieuwe banen creëren in

de bouw en toeleverende industrie. Door fors in te zetten op energiebesparing en

een slimme uitrol van hernieuwbare energie worden de energiekosten voor burgers

en bedrijven beheersbaar gehouden. Daarbij moet worden bedacht dat de energie-

rekening van een gemiddeld huishouden 5 tot 6 procent van het huishoudinkomen

bedraagt (voor huishoudens met een laag inkomen ligt het percentage nog hoger).

Het Innovatieprogramma Energiesprong, uitgevoerd in opdracht van het Ministerie

van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties heeft met marktpartijen Nul-op-de-

meter prestatiecontracten afgesloten. Bij een “Nul Op de Meter” nieuwbouwwoning

zijn de in- en uitgaande energiestromen voor gebouw gebonden energiegebruik

(ruimteverwarming, -koeling, warm tapwater gebruik) en het gebruik van

huishoudelijke apparatuur (incl. verlichting) op jaarbasis per saldo nul. Hierbij geldt

tevens dat:

Op basis van de EPG norm moet de woning voor het gebouw-gebonden

energiegebruik een EPC hebben kleiner dan 0;

Aanvullend daarop levert de woning een minimum hoeveelheid elektriciteit per

jaar voor de afdekking van het elektriciteitsgebruik van huishoudelijke

apparatuur;

Gebiedsmaatregelen (conform EMG) worden toegepast om tekort aan

opwekkingenmogelijkheden voor huishoudelijk verbruik van een individuele

woning te compenseren; de externe duurzame energie wordt opgewekt binnen

een straal van 10 kilometer rondom de woning.

De prestatiegarantie in de contracten betreft minimaal de energieprestatie volgens

bovenstaande definitie. Aanvullend worden prestatiegaranties verwacht op het

gebied van binnenmilieu.

Reductie van het energiegebruik en de toenemende inzet van duurzame

energiebronnen kan niet los gezien worden van de behoeften van de

eindgebruikers in de gebouwde omgeving. De wisselwerking tussen eindgebruiker

en gebouw/installatie is een dominante factor voor het uiteindelijke energiegebruik

in energiezuinige of energie producerende gebouwen. Essentiële randvoorwaarde

voor een succesvolle transitie is dat het comfort- en gezondheidsniveau in

gebouwen toeneemt, of op zijn minst gelijk blijft en dat de gebruiker/bewoner hier

een centrale rol in krijgt

De kennisontwikkeling van TNO, gekoppeld aan TKI EnerGO, en diens opvolger

Urban Energy, om bij te dragen aan bovenstaande doelen en ontwikkelingen wordt

in aparte paragrafen beschreven voor:

Installaties

Gebouw en binnenmilieu


Onderdeel ‘Installaties’ sluit nauw aan bij TKI Urban Energy lijn Warmte- en koude

installaties, onderdeel ‘Gebouw en binnenmilieu’ bij Multifunctionele Bouwdelen.

Onderwerpen uit de TKI Urban Energy lijn Energieregelsystemen en -diensten zijn

hier geïntegreerd in de drie onderdelen.

De activiteiten worden voor een belangrijk deel vergroot doordat ze gematcht zijn

met financiering uit EU kaderprogramma/ Horizon 2020 projecten en KIC

InnoEnergy projecten. Daarnaast vinden activiteiten plaats om technologie te

ontwikkelen die de basis vormt om met bedrijven gezamenlijk door te ontwikkelen,

in een aantal gevallen met ondersteunende financiering uit iDEEGO tenders

(tenderregeling van de gezamenlijke TKI’s in 2015 die in 2016 de TKI Urban Energy

vormen).

4.3 Installaties

Compacte thermische opslag

Om een energie producerende gebouwde omgeving mogelijk te maken is inzet van

decentrale duurzame energiebronnen noodzakelijk. Voor een zo effectief mogelijke

inzet is optimale integratie een vereiste. Cruciaal is de ontwikkeling van een

compacte technologie waarmee het mogelijk is om de onvermijdelijke

ongelijktijdigheid van vraag en aanbod vrijwel verliesvrij te overbruggen.

Bij de huidige opslagtechnologieën gaat warmte verloren tijdens de opslagperiode,

zijn vaak grote investeringen gemoeid en is veel ruimte noodzakelijk.

Thermochemische opslag is een technologie die in potentie deze nadelen niet

heeft. De technologie is echter nog niet marktrijp. Naast componenten systeem-

ontwikkeling is ook behoefte aan fundamentele materiaalontwikkeling. Door TNO

wordt in consortia binnen diverse Europese en Nederlandse projecten gewerkt aan

(compacte) thermische energieopslag, waarbij de focus van de werkzaamheden ligt

op componenten systeemontwikkeling. Hiervoor worden nieuwe numerieke

modellen ontwikkeld, mock-ups gebouwd en numerieke modellen gevalideerd.

In dit verband wordt gewerkt aan:

Verhoging van de energie opslag dichtheid op systeemniveau

Verhoging ratio vermogen/capaciteit

Vergroten laad- en ontlaadsnelheid

Vergroten systeem-opbrengst door ontwikkelen nieuwe materialen waarmee de

laadtemperatuur verlaagd wordt (dehydratatie temperatuur)

Verbetering energiemanagement, life-time en state-of-charge, intelligente laad-

en ontlaadalgoritmen

Verbetering systeem- en gebouwintegratie door de ontwikkeling van nieuwe

materialen, componenten en systemen.

Compacte energieconversie

De meeste nieuwe HVAC technologieën worden ontwikkeld voor de nieuwbouw. Dit

omdat inpassing dan veel eenvoudiger is en de nieuwbouw wettelijk minimale

prestaties kent. De bestaande bouw is (in potentie) echter de grootste markt. Voor

de bestaande bouw is het noodzakelijk om extra aandacht te besteden aan

inpassing van zowel nieuwe als ook van efficiënte bestaande technologieën.


In dit verband wordt gewerkt aan:

Inpassing van bestaande technologie in de bestaande bouw in het bijzonder

bouwfysische en systeemintegratie van PV en zon thermische componenten.

Ontwikkeling van de volgende generatie warmtepompen en airconditioners die

tot een factor 3 beter presteren dan de huidige apparaten. Belangrijke

aandachtspunten hierbij zijn onder andere het compacter en energiezuiniger

maken van de systemen en een reductie van prijs en geluidsniveaus. Dit kan

mogelijk door toepassing van het magneto calorische principe gecombineerd

met permanente magneten. Hierdoor is vrijwel geen primaire energie meer

nodig om warmte of koude te produceren.

.Ventilatie en filtersystemen

De nieuwe generatie woningen zijn vergaand geïsoleerd en luchtdicht. Vanuit

beheersing en borging van een goede luchtkwaliteit vereisen dergelijke woningen

nieuwe ventilatiesystemen. Systemen die qua prestaties hoog betrouwbaar, fail-

save en gebruiksvriendelijk zijn. De huidige ventilatiesystemen, maar ook de

filtersystemen voldoen daar nog niet aan. Doelstelling is om de binnenluchtkwaliteit

te verbeteren en energie te besparen door de toepassing van gebouw-

geïntegreerde, hoog betrouwbare ventilatie- en filtersystemen. Dit is extra van

belang voor nearly-zero-energy woningen en utiliteitsgebouwen. In dit verband

wordt gewerkt aan:

Filtersystemen met een langere standtijd, lager energiegebruik, betere

scheidingsefficiency en kosteneffectief gebaseerd op multi-cyclonen.

4.4 Gebouw en binnenmilieu

In dit deelprogramma zullen beperkte activiteiten ondernomen worden met

betrekking tot energieprestatiebeoordeling en –monitoring, en met betrekking tot

binnenmilieukwaliteit en ventilatie. Deze onderwerpen komen uitgebreider aan de

orde in een vraaggestuurd programma dat aangestuurd wordt door de ministeries

IM en, voor dit onderdeel, BZK. Hier ligt de focus op Instelbare materialen voor

regulering van absorptie/reflectie van zonnestraling. Tevens wordt deelgenomen

aan demonstratieprojecten op woningen utiliteitsbouwschaal om verschillende

innovatieve technieken gezamenlijk met marktpartijen uit te ontwikkelen, nieuwe

systeemconcepten te ontwikkelen en tevens zowel de zowel technische- als

gebruikerskwaliteit van nieuwe technologieën te evalueren en te verbeteren.

Instelbare materialen

De toepassing van instelbare coatings op de gebouwschil lijkt potentieel interessant

om de energievraag van nieuwe en bestaande gebouwen te reduceren. De coating

wordt ‘instelbaar’ gemaakt door nieuwe pigmenten toe te voegen. Voorbeelden van

de toegevoegde functionaliteit is extra warmte/infrarood absorptie in de winter en

juist infrarood reflectie gedurende de zomer. Op deze manier wordt zowel de

warmte als de koude vraag positief beïnvloed.

Ontwikkeling nieuwe pigmenten voor instelbare coatings: infrarood

absorptie bij lage temperaturen, infrarood reflectie bij hoge temperaturen

Ontwikkeling van nieuwe gebouwschil elementen met een geïntegreerde

onzichtbare thermische zonnecollector, gebaseerd op instelbare coatings.


4.5 Samenwerking en strategische partnering

Behalve dat TNO actief meewerkt in het ecosysteem van de TKI Urban Energy

wordt ook actief deelgenomen aan de volgende belangrijke Europese

netwerken/organisaties:

ECTP/E2Ba

Het Europese PPP E2Ba is door bedrijven opgericht om het energiebeleid en

industriebeleid hand in hand met elkaar te laten gaan, zodat terugdringen van het

energiegebruik in de gebouwde omgeving samengaat met versterking van het

bedrijfsleven. Deze aanpak is ondersteunend aan de overheidsambities. Binnen

E2B zit TNO in de steering board, industrial advisory group en het scientific

committee en heeft bijgedragen aan de opzet van de nieuwe organisatiestructuur

van ECTP/E2Ba.

KIC InnoEnergy

De Knowledge Innovation Community InnoEnergy richt zich op de doorontwikkeling

van nieuwe technologie tot producten en diensten. De co-locatie Benelux richt zich

op energie in de gebouwde omgeving. In deze KIC werken kennisinstellingen en

industriële partijen samen om de innovatie driehoek (onderwijs, onderzoek,

business) op het gebied van duurzame energie te versterken. TNO is full partner in

de KIC InnoEnergy.


5 Ondertekening

Utrecht, 16 september 2015

Dr. M.J. van Bracht

Managing Director thema Energie

TNO 2015R11211 CONCEPT Postbus 80015 … · Programmering 2016 2016 is het tweede jaar van de...

Documents

Transcript of TNO 2015R11211 CONCEPT Postbus 80015 … · Programmering 2016 2016 is het tweede jaar van de...