Elektriciteitsproductie is vandaag nog gecentraliseerd in grote conventionele centrales, die werken op steenkool, waterkracht, gas en nucleaire brandstof. Zij wekken elektriciteit op voor het hele systeem en transporteren die over grote afstanden.†† Maar in de nabije toekomst zullen we meer en meer gaan naar decentrale energiesystemen. Daarbij gebeurt de opwekking van energie (elektriciteit of warmte) verspreid. Men kan energie dan opwekken waar ze verbruikt wordt en tekorten of overschotten uitwisselen met het hoofdnet.Dergelijke lokale opwekking vergt minder transport en bevordert de doorbraak van milieuvriendelijke technologieŽn zoals windenergie, warmtekracht-koppeling en zonne-energie.Maar er is nog een lange weg te gaan...

Capaciteit van het hoogspanningsnet

Het hoogspanningsnet is gebouwd voor grote centraal aangestuurde productie-eenheden . De spanning op het net wordt stelselmatig afgebouwd van hoog naar laag tot het bij bedrijven en gezinnen wordt geleverd. Het is dus niet gemaakt voor de aansluiting van kleine gedecentraliseerde eenheden zoals WKK's, biogas- en biomassa-installaties, kleinere windmolens

††††††† ††††††† ††††††† ††††††† ††††††† ††††††† ††††††† Bron foto: www.treehugger.com

 

Het hoogspanningsnet geraakt echter stilaan overbelast, ook zonder de decentrale energievoorzieningen ; volgens de International Energy Outlook blijft de elektriciteitsconsumptie tot 2030 stijgen met 3,5% per jaar in de niet-OESO-landen en met 1,2 % in de OESO-landen!

 

De komende vier jaar kunnen er in het noorden van West-Vlaanderen geen grote groenestroomprojecten meer komen. Tot 2014 botsen alle initiatieven rond Oostende, Zeebrugge en Brugge op een flessenhals door capaciteitstekort op het hoogspanningsnet. Aan de basis van dit probleem liggen de windmolenparken op zee. De geproduceerde stroom van die parken moet ongehinderd op het net, waardoor er geen ruimte meer is voor andere initiatieven. De windmolens op zee staan dus vreemd genoeg groene initiatieven op het land in de weg.Het tekort aan capaciteit moet nu weggewerkt worden via een nieuwe hoogspanningslijn tussen Zeebrugge en Zomergem, maar dat zal dus nog vier jaar duren. Ook in de Noorderkempen staan een aantal projecten op stapel, die moeilijk aangesloten geraken op het elektriciteitsnet. Het gaat hier vooral om installaties voor warmtekrachtkoppeling (WKK) in de glastuinbouw.

 

†† Bron figuur: www.elia.be

 

Een eerste noodzakelijke stap is daarom een verhoging van een capaciteit van het hoogspanningsnet.Er moet daarbij grensoverschrijdendgewerkt en rekeninggehouden worden met het toekomstig tweerichtingsverkeer van elektriciteit.

 

Europa

Omdat er in onze elektriciteitsnetwerken geen stroom wordt opgeslagen, moet de netbeheerder er constant in slagen om precies zoveel elektriciteit te produceren als er wordt verbruikt. Variaties in deze delicate balans worden van seconde tot seconde en van minuut tot minuut gecompenseerd binnen het eigen netwerk of door stroom af te nemen of te laten wegvloeien naar het grotere Europese netwerk

†††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† Bron figuur: www.olino.org


Volgens ĎRoadmap 2050í van de European Climate Foundation (ECF) kan Europa zijn elektriciteit in 2050 geheel CO2-vrij opwekken zonder dat de kosten per kilowattuur toenemen.Het principe is als volgt: als het ís winters hard waait, dan leveren de windturbines in pakweg Nederland en BelgiŽ volop elektriciteit. De conventionele elektriciteitscentrales zijn echter weinig flexibel, waardoor je ze niet altijd helemaal kunt terugdraaien. Gevolg is dat de windturbines niet ten volle benut kunnen worden. Het idee is nu om ze toch te laten draaien en het overschot aan elektriciteit aan landen in Zuid-Europa te leveren. Andersom hebben de mediterrane landen zomers een overschot aan zonnestroom, dat ze kunnen afzetten in Noord-Europa waar op dat moment de windmolens minder hard draaien.


Dat vraagt om extra transportcapaciteit binnen Europa, want hoe sterker het Europese net is, des te beter je de lokale overschotten kunt spreiden over een groot gebied. Frankrijk en Spanje, bijvoorbeeld, zijn nu verbonden door hoogspanningslijnen met een gezamenlijke capaciteit van 2000 megawatt. Volgens de ECF-studie moet dit vergroot worden tot 48.000 megawatt. Tussen Noorwegen en Nederland bijvoorbeeld ligt al een gelijkspanningskabel van 600 km lang, maar daarvan moeten er meer komen. Door het vervoer over grote afstanden nemen de kosten van elektriciteit natuurlijk toe, maar niet veel omdat de transportkosten via hoogspanningsleidingen maar enkele procenten van de totale kosten uitmaken. Het
grootste deel van de kosten is voor de opwekking, lokale distributie en belastingen.

 

Intelligent net: Ďsmart gridí

 

Bron figuur: www.consumerenergyreport.com

 

Naarmate het Europese elektriciteitsnetwerk wordt versterkt om aan de toenemende vraag te voldoen en naarmate internationale verbindingen helpen schommelingen in het verbruik op te vangen, staat het stroomnet ook voor een andere, nog grotere uitdaging: de omschakeling naar een decentraal en intelligent, interactief elektriciteitsnet. In de lokale elektriciteitsnetwerken zullen in de toekomst hogere pieken voorkomen in vraag en aanbod als gevolg van het wisselende aanbod van zonne- en windenergie. Ook de wisselende afname van stroom als gevolg van de opkomst van elektrische autoís en warmtepompen draagt bij aan piekvorming. Dat vergt een smart grid, of een slim netwerk, dat vraag en aanbod van elektriciteit beter op elkaar kan afstemmen.

 

Een smart grid isminder eenvoudig te realiseren dan de uitbreiding van het Europese hoogspanningsnet. Gebruikers van elektriciteit moeten in de toekomst met een variabel tarief geprikkeld worden om hun elektrische auto pas later, bijvoorbeeld ís nachts op te laden. Hiervoor zijn intelligente stroommeters nodig die de afname van stroom en het actuele stroomtarief van kwartier tot kwartier bijhouden. Aan de hand van die informatie kunnen mensen hun gebruik bijsturen en de stroomkosten beperken. Dat leidt dan weer tot een aftopping van de pieken in de vraag naar stroom. Ook kunnen de stroomleveranciers van deze informatie gebruikmaken om te allen tijde beter op de vraag te kunnen in te spelen. Verschillende studies schetsen een evolutie naar een elektriciteitsdistributiesysteem dat qua architectuur verwant is met het internet. Het moet een open en schaalbaar systeem zijn, dat zo efficiŽnt mogelijk omgaat met de beschikbare middelen en dat realiseert door de realtime elektriciteitsmarkt zijn werk te laten doen.

Het concept Ďsmart gridí is een combinatie van verschillende factoren:

 betrouwbare integratie van hernieuwbare energie in het net

 mogelijkheid tot energieopslag

 een slimme elektriciteitsmeter bij de consument

 geavanceerde communicatie- en informaticatechnologie

 slimme huishoudtoestellen zoals verwarmingsketels, wasmachines, ...

 

Autonome micronetten

Bron figuur: www.samenlevingentechnologie.be

 

Er worden al jaren pogingen gedaan om af te stappen van het traditionele netmodel; microgrids of autonome micronetten vormen een alternatief. Zij tellen een beperkt aantal verbruikers, bijvoorbeeld een stads- of dorpswijk, op laagspanningsniveau. De lokaal ingeplante energiebronnen verzorgen samen met het distributienet de elektriciteitsvoorziening, maar zij streven een grote onafhankelijkheid van het distributienet na. Zij behouden wel een aansluiting op dit net, maar zouden in principe veelal autonoom moeten kunnen werken.

 

Verscheidene gespreide energiebronnen, zoals fotovoltaÔsche en/of WKK-installaties en microturbines, zijn aangesloten op het micronet. Deze energiebronnen hebben de juiste capaciteit om in normale omstandigheden aan het lokale verbruik te voldoen. Je kan daarnaast opslagsystemen, zoals batterijen of een vliegwielinstallatie, aan het micronet koppelen. Wanneer de lokale vraag de lokale productie overstijgt, wordt energie opgehaald uit de lokale opslageenheden of vanuit het externe distributienet. Wanneer de lokale productie het verbruik overstijgt, kunnen de opslageenheden het overschot opladen of kan de elektriciteit aan het distributienet worden aangeboden. Dit model stoelt volledig op gespreide energiesystemen, waarbij vaak hernieuwbare of relatief schone technologieŽn gebruikt worden.Aangezien de variaties in vraag en aanbod naar energie lokaal worden opgevangen kunnen de energiesystemen gemakkelijker aan het globaal distributienet gekoppeld worden.

 

Energie-opslag

 

Wanneer vraag en aanbod in het elektriciteitsnetwerk niet gelijk zijn, ontstaat er een andere frequentie op het elektriciteitsnet en dat kan de werking van toestellen, die op het net aangesloten zijn, verstoord worden. Er zijn dus voorzieningen nodig om schommelingen te compenseren, reserves of systemen die voor levering of afname van elektriciteit op het net kunnen zorgen, om tijdelijke tekorten of overschotten te compenseren.

Er bestaan vandaag nog geen grootschalige en betaalbare methoden om elektriciteit op te slaan.In BelgiŽ is er het voorbeeld van de pompcentrale van Coo-Trois-Ponts waarbij, op momenten dat er teveel elektriciteit op het net aanwezig is, het water wordt opgepompt naar een hoger gelegen spaarbekken.Bij piekbelastingen gaan de sluizen open en worden generatoren aangedreven door het vallende water. Vraag is echter of dit voor het vlakke Vlaanderen een reŽle optie is. Voor kleinere, autonoom werkende netten, de zogenaamde microgrids, die zich nu aandienen, zijn er volgens sommigen nieuwe opslagoplossingen nodig. Want de microgrids willen zoveel mogelijk de schommelingen tussen vraag en aanbod lokaal opvangen. Anderen stellen dat tot ongeveer 20 % aandeel groene stroom de opslag niet noodzakelijk is, een slim netbeheer echter wel. Duitsland had in 2008 naar verluidt geen probleem bij 15 % groene stroom. Men is het er wel over eens dat opslag op middellange termijn nodig zal zijn.

 

Het onderzoek naar nieuwe batterijtechnologieŽn vordert nu behoorlijk snel. Batterijen blijven echter een relatief klein vermogen hebben, zijn vrij zwaar, gaan niet lang mee en vallen relatief duur uit. In de toekomst kunnen elektrische autobatterijen helpen om de schommelingen van vraag en aanbod van elektriciteit lokaal op te vangen. Als iedereen een elektrische wagen zou hebben, zou dit een enorme opslagcapaciteit opleveren. Die is niet enkel bruikbaar om energie uit het net te trekken, maar ook om eraan af te geven. De voertuigbatterijen kunnen dus het elektriciteitsnet ondersteunen en op korte termijn de frequentie erop helpen regelen.

 

Waterstof als energiedrager heeft ook veel potenties, maar is voorlopig technisch en financieel moeilijk haalbaar. Recente ontwikkelingen op het vlak van energieopslag zijn de supercondensator, het vliegwiel, persluchtopslag en magnetische energieopslag. (Beknopte informatie: Energieopslagtechniek)

 

Slimme meters

 

Dit zijn elektriciteitsmeters in huis die het energieverbruik op het moment zelf (ďreal-timeĒ) vaststelt en de mogelijkheid biedt om het verbruik zowel lokaal als van op afstand te lezen en die tevens kan gebruikt worden om van op afstand het energieverbruik te beperken of de verbruiker aan- en af te schakelen.Slimme meters laten ook toe om afnemers meer informatie te geven over hun verbruik, zodat ze hun gedrag kunnen aanpassen. De facturatie kan sneller en correcter verlopen en fraude kan ook sneller opgespoord worden. Op het vlak van de privacy worden er wel vragen gesteld bij centraal gestuurde systemen met slimme meters.†††††

†††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† Bron foto:www.vreg.be

 

In verschillende Europese landen werden al een aantal projecten van massale plaatsing van slimme meters opgestart en uitgevoerd. Ondermeer Nederland en Frankrijk bereiden een grootschalige invoering voor. ItaliŽ wenst de invoering van slimme meters tegen 2012 al te hebben afgerond. Elk land heeft zijn eigen redenen voor de invoering van slimme meters. Met het in voege treden van de Europese energie efficiŽntierichtlijn en meer bepaald de verplichting tot frequente facturering op basis van reŽle verbruiken, is er wel een belangrijk argument voor de invoering van slimme meters.

 

Slimme huishoudtoestellen

 

Ook aan de verbruikerskant moeten toestellen en machines flexibeler worden door ze automatisch te laten starten en stroom te laten verbruiken op het moment dat die aanwezig en goedkoop is. In huishoudens zit er heel wat rek op het gebruik van bijvb. (af)was- en droogmachines, diepvriezers, Ö. In de industrie zijn er ook heel wat machines die niet constant stroom verbruiken, maar zich in zekere mate kunnen aanpassen aan de beschikbaarheid (en betaalbaarheid) ervan.††

††††††††††††††††††††††

†††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† †††††††† Bron foto: www.elektrozine.be

 

Het smart grid (of slimme elektriciteitsnetwerk) moet op termijn ook elektriciteit leveren voor de groter wordende vloot van elektrische voertuigen. Hun batterijen kunnen voornamelijk buiten de piekmomenten opgeladen worden. Voor huishoudelijke toepassingen biedt het smart grid oplossingen die een stuk verder gaan dan de aloude keuze tussen dag- en nachttarief. Met interactieve elektronische toepassingen in een slim huis kan er voortdurend kosten bespaard worden en is er veel minder sprake van piekmomenten op het distributienet.Hierdoor is er op grote schaal veel minder energieproductie en reservecapaciteit nodig.

 

Slimme politici

De elektriciteitsnetten staan voor enorme uitdagingen. De drievoudige taak: betrouwbaarheid, organisatie van de elektriciteitsmarkt en de integratie van enorme hoeveelheden variabele hernieuwbare energiebronnen zullen enorme investeringen vergen Hierbij zullen vele nieuwe technologieŽn geÔntroduceerd moeten worden. Schattingen over investeringen geven aan dat voor het Europese net het zal gaan over een bedrag van 700 miljard Euro tussen nu en 2030, exclusief de kosten voor elektriciteitsproductie.De uitdagingen op het vlak van onderzoek, techniek, financiŽn en beleid zijn dus enorm.

 

Het onderzoek op het gebied van smart grids in Vlaanderen nam alvast een grote sprong voorwaarts met het Linear-project.Linear heeft als doel om in Vlaanderen ervaring op te bouwen met het invoeren van smart grids en actieve energievraagsturing. .Het project vertrekt van onderzoek, conceptontwikkeling en tests om te resulteren in een veldtest op reŽle schaal.In een eerste fase wordt de technische haalbaarheid getest in 30 gebouwen.In de tweede fase wordt de veldtest uitgebreid, verspreid over Vlaanderen, waarna in de laatste fase bijkomende gebruikers in een residentiŽle woonwijk worden geÔntegreerd.Linear loopt nog tot 2014 en de ambitie is om smart grids tegen 2020 op Vlaams niveau te laten doorbreken.In Hasselt werd de eerste Europese demonstratie van de 'MetaPV Smart Grid' gelanceerd. Concreet worden in 128 rsidentiŽle systemen in Lommel en Opglabbeek getest of de elektriciteit uit zonnepanelen in batterijen kan worden opgeslagen. Daarnaast worden de zonnedaken uitgerust met regelbare omvormers. Daarmee kan de productie van een zonnedak van op afstand worden verminderd als er een overaanbod dreigt.

 

De missie is duidelijk: tegen 2020 willen we een volledig operationeel smart grid in Vlaanderen.Dit vergt vooreerst heel wat daadkracht van het beleid en dan ook liefst op een korte termijn.Er kunnen immers heel wat toekomstige jobs gecreŽerd worden als we een pioniersrol kunnen vervullen in de gigantische uitdaging.Het Vlaams Smart Grid Platform gelooft ook sterkin het enorme potentieel van smart grids als groeimotor voor economische activiteiten en tracht alle relevante spelers uit het bedrijfsleven en onderzoekswereld samen te brengen.Een functioneel intelligent net met decentrale energieproductie zou ook heel wat andere voordelen bieden.Zo zou onze energieafhankelijkheid van grote internationale energieproducenten sterk verminderen met een andere prijszetting als gevolg.Er zou ook heel wat meer groene stroom geproduceerd kunnen worden als er een vlotte input op het stroomnet mogelijk is.Er is ook heel wat mindere productiecapaciteit nodig wanneer de piekmomenten van energieverbruik afgevlakt worden.Erkan echter nu nog heel wat energie bespaard worden en voorlopig lijken we daar in Europa nog niet voldoende in te slagen. Maar al bij al klinkt er toch mooie toekomstmuziek , op voorwaarde dat er voldoende slimme politici op lange termijn denken en durven investeren in die groene toekomst.

 

Bronnen:

www.vreg.be

www.vsgp.be

www.linear-smartgrid.be

www.samenlevingentechnologie.be

www.elia.be

www.engineeringnet.be

www.argusmilieu.be

www.power-link.be

www.ecn.nl

www.econoshock.be

 

 

Tekst: Frederik Lapeirre

 

 

 

ĎSMART GRIDSí VOOR DE ENERGIE VAN DE TOEKOMST