Nieuwe mobiliteitsoplossingen vereisen slimme ICT

De komende jaren zal het Nederlandse wagenpark ingrijpend veranderen. Het percentage elektrische voertuigen is momenteel weliswaar nog zeer klein, maar zal naar verwachting de komende jaren sterk gaan groeien. Dat gaat zonder twijfel leiden tot forse problemen in het elektriciteitsnetwerk van ons land. Er is daarom veel nieuwe kennis en veel slimme ICT nodig om de smart mobility-oplossingen waaraan nu wordt gewerkt straks ook daadwerkelijk mogelijk te maken.

Nog afgezien van de vraag of het grid wel in staat zal zijn om te gaan met de snelle groei van elektriciteit opgewekt door windmolens en zonnepanelen, gaat de vraag naar elektrische energie ook nog eens drastisch veranderen. Het moment waarop met name zonne-energie kan worden opgewekt sluit namelijk niet aan op de tijdstippen waarop de vraag naar elektrische energie wel eens zou kunnen gaan pieken. Elektrische auto’s zullen immers vooral ‘s avonds worden opgeladen, terwijl overdag de meeste zonne-energie wordt opgewekt. Daarom wordt in het kader van het Europese EV-Energy project gekeken naar technieken en tools waarmee deze mismatch kan worden voorkomen of kan worden bijgestuurd.

Energieopslag

Een van de projecten in het kader van EV-Energy is ‘vehicle2neighbourhood’. Dit project concentreert zich rond de Johan Cruyff Arena in Amsterdam. Dit stadion is voorzien van een groot aantal zonnepanelen: 4200 stuks die in totaal 1128 MWp opwekken. Daarmee is de Arena overdag in staat veel meer elektrische energie op te wekken dan het op veel dagen gedurende die uren verbruikt. Het stadion - met een capaciteit voor 68.000 bezoekers heeft - juist in de avonduren behoefte aan een grote hoeveelheid elektrische energie.

Daarom heeft de Arena fors geïnvesteerd in energieopslag. Hierbij wordt gebruik gemaakt van zogeheten ‘2nd life’ batterijen. Deze zijn afkomstig uit elektrische voertuigen van Nissan. Daarnaast kent het opslagsysteem bi-directionele opladers. Daarmee is de Arena in principe klaar voor een wereld waarin overdag via zonnepanelen energie wordt opgewekt, die eerst wordt opgeslagen in batterijen om vervolgens te worden geleverd aan afnemers.

Energie leveren

Afhankelijk van de omstandigheden kan de energie in deze batterijen worden gebruikt voor een aantal doelen. Bijvoorbeeld het (gedeeltelijk) voeden van de elektrische installaties van het stadion in de avonduren. De eventuele extra behoefte aan elektrische energie kan op dat moment worden gedekt via energie die wordt betrokken uit windparken. Maar de Arena is hiermee ook in staat om de elektrische auto’s van bezoekers aan evenementen tijdens de avonduren te laden. Bovendien kan de Arena straks opgenomen worden in een lokaal grid dat het stadion en zijn energieopslag koppelt aan het elektriciteitsnetwerk dat woningen en bedrijven in de omgeving van het stadion van energie voorziet.

De Johan Cruyff Arena wordt hiermee een zogeheten hub in het lokale grid in dit deel van Amsterdam. De investeringen in de energieopslag en bijbehorende installaties kan de Arena terugverdienen doordat het uiteraard geld kan vragen voor de energie die het aan andere partijen levert: automobilisten of bijvoorbeeld het grid dat deze energie weer doorverkoopt aan bedrijven en bewoners. Via speciaal ontwikkelde managementsoftware worden vraag, opslag en aanbod van energie aan elkaar gekoppeld, zodat levering goed en grotendeels geautomatiseerd klan worden gerealiseerd.

Flexibele power

Een tweede initiatief dat in het kader van EV-Energy is uitgevoerd, heeft betrekking op de sterke groei in de vraag naar elektriciteit die het gevolg zal zijn - en nu als soms is - van de verwachte snelle groei van het gebruik van elektrische voertuigen.

Dit FlexPower geheten project zoekt wederom een oplossing voor de mismatch tussen het moment waarop elektriciteit wordt opgewekt en en de tijdstippen waarop deze veelal geleverd dient te worden aan afnemers. Het project - wederom in Amsterdam - onderzoekt methoden om dit probleem op te lossen door de hoeveelheid energie die een elektrische auto van een oplaadbaar ontvangt te variëren. Een van de vragen die de onderzoekers hierbij hadden is: hoe reageert de eigenaar van een elektrische auto daar op?

Het idee is eigenlijk redelijk simpel, maar vereist de nodige geavanceerde (ICT-)technologie. Over enkele jaren zijn veel bewoners van Amsterdam overdag met hun elektrische auto onderweg. Tegen de avond komen zij thuis en willen zij hun auto opladen - klaar voor gebruik de volgende dag. Als de auto’s overdag afwezig zijn, wordt echter de meeste zonne-energie opgewekt. En ’s avonds - als de auto weer ‘thuis zijn’ - is de vraag naar elektrische energie juist maximaal. Die vraag zou op dat soort momenten volgens veel scenario’s zelfs wel eens zo groot kunnen zijn dat het huidige grid deze vraag niet aan kan. Gaan we daarom het grid uitbreiden? Of op tal van plaatsen energy storage toevoegen? Of gaan we kijken naar slimme techniek om vraag en aanbod beter op elkaar af te stemmen?

Peak shaving

In Flexpower is gekeken naar methoden om tot ‘peak shaving’ te komen. Is het bijvoorbeeld technisch mogelijk en voor afnemers acceptabel dat de hoeveelheid elektrische energie die een auto van een oplaadpaal ontvangt wisselt afhankelijk van de hoeveelheid energie die op een bepaald moment beschikbaar is? Met andere woorden: de tijd die nodig is om een Tesla of een Nissan Leaf volledig op te laden kan sterk gaan wisselen afhankelijk van de hoeveelheid energie die op een bepaald moment van de dag op een bepaalde locatie beschikbaar is.

De Flexpower-proef heeft laten zien dat deze vorm van ‘peak shaving’ technisch goed te realiseren is. Ook toont de pilot aan dat eigenaren van elektrische voertuigen hier redelijk goed op reageren. Zij accepteren dat hun auto soms sneller en soms langzamer oplaadt.

Daarnaast laat Flexpower zien dat er straks behoefte gaat ontstaan aan beter inzicht in het netwerk. Dat geldt - uiteraard - voor de netwerkbeheerder, maar ook voor de eigenaren van elektrische voertuigen. Is data over vraag en aanbod van energie in een specifiek stuk van het netwerk bovendien beschikbaar voor derden, dan ontstaan goede mogelijkheden voor bijvoorbeeld betaalde apps en services die de eigenaar van een e-auto inzicht geven in de hoeveelheid energie die beschikbaar is in bepaalde straten of wijken. Wie dan - bijvoorbeeld - graag heel snel zijn auto oplaadt, kan naar een bepaalde straat of wijk rijden waar veel energie beschikbaar is. En in bepaalde wijken waar weinig energie beschikbaar is, kan de vraag afgeremd worden door wellicht de prijs te verhogen waardoor de rijder gestimuleerd wordt om naar een ander deel van de stad te gaan.

Lokaal opwekken

Het kan dus erg interessant worden om van een potentieel probleem - lokaal opgewekte elektriciteit veroorzaakt onbalans in het grid - juist onderdeel van de oplossing te maken. Die oplossing zou dan onder andere kunnen zijn dat lokale wijken en buurten zelf zoveel mogelijk energie gaan opwekken via bijvoorbeeld zonnepanelen. Hoe dit proces in de praktijk werkt en hoe dit verder gestimuleerd, is onderzocht in een derde project waar in het kader van EV-Energy naar is gekeken: het Amsterdam Prosumer-project.

Dit project kijkt heel breed naar lokale opwekking en afname - van technische maatregelen tot sociale aspecten. In niet iedere wijk of straat zijn bijvoorbeeld alle inwoners financieel in staat of bereid om zelf te investeren in zonnepanelen. Ook staan wet- en regelgeving soms nog op onverwachte momenten in de weg.

Algoritmen

Lokale opwekking en betere afstemming van vraag en aanbod gedurende de dag bieden zeer interessante mogelijkheden om de overgang naar elektrisch vervoer in goede banen te leiden. Met de hulp van algoritmen kan vraag en aanbod geoptimaliseerd worden. Er kan lokaal veel meer energie worden opgewekt - en afgenomen. De netbeheerder krijgt hierdoor te maken met onbalans in het net, maar kan dit voorkomen - of sturen - door de vraag naar energie af te remmen door de prijs tijdelijk te verhogen. Terwijl elektrische rijders zelf kunnen kiezen hoe belangrijk snel laden voor hen is en hoeveel geld zij daar dus voor over hebben.

Alle drie projecten hebben laten zien dat er behoefte is aan nieuwe tools. Het gaat dan bijvoorbeeld om hulpmiddelen om overheden te helpen bij stedelijke planning, waarbij de grenzen die traditioneel bestaan tussen disciplines als planning, vervoer en energie doorbroken dienen te worden. Netwerkbeheerders hebben behoefte aan (geautomatiseerde) tools die helpen om op wijk- en straatniveau inzicht te krijgen in vraag en aanbod gedurende de dag. Alleen dan kunnen zij ongewenste pieken in de vraag voorkomen of verminderen. Daarbij hebben zij de hulp nodig van elektrische rijders die - onder andere op basis van prijsprikkels of de snelheid waarmee hun wagen weer ‘vol’ is - zelf kiezen waar en wanneer zij hun auto’s opladen. De toekomst van mobiliteit wordt daarmee steeds meer een spel van slimme en multidisciplinaire ICT.