Oktober 2021

De opmars van DC

Gelijkspanning is om verschillende reden bezig met een opmars. DC kan niet alleen bijdragen aan de energietransitie, het levert ook technische voordelen op. Zo is er minder ruimte nodig, beperkt DC de materiaalbehoefte (koper), hebben componenten een langere levensduur en is de kans op storingen lager. De ontwikkelingen zijn onder meer terug te zien in openbare verlichting en experimenten die worden uitgevoerd binnen smart cities.

Op verzoek van TKI Urban Energy stelde adviesbureau Berenschot in 2018 een roadmap op voor DC in de gebouwde omgeving. Eind vorig jaar is deze roadmap aangevuld, wat onder meer resulteerde in vijf whitepapers over de meest kansrijke marktsegmenten.

Openbare Verlichting

Een van deze kansrijke sectoren is openbare verlichting. Ten eerste biedt het gemeentes de mogelijkheid om een flinke hoeveelheid energie te besparen door de traditionele lichtbronnen te vervangen door leds (die op gelijkspanning werken). Daarnaast biedt het voordelen omdat met DC meer vermogen over de bestaande kabelinfrastructuur is te leiden. Simpelweg omdat er geen extra kortsluitvermogen nodig is, zoals bij AC wel het geval is. Dit betekent dat het bestaande net voorlopig voldoende capaciteit biedt of dat nieuwe netten met dunnere kabels (minder koper) zijn aan te leggen. Daarnaast zijn er bij DC-technieken minder componenten nodig en is de kans op storingen lager, wat een positieve invloed heeft op de onderhoudskosten.
Henry Lootens, die zichzelf graag ‘energy nerd’ noemt en gespecialiseerd is in DC-technieken: ‘De afgelopen jaren zijn binnen deze sector relatief veel pilotprojecten gestart waarin gemeenten overstappen van AC naar DC. Juist bij openbare verlichting is dit goed te doen, omdat het hier veelal gaat om afgesloten netten met maar één toepassing: verlichting. Dat laatste is belangrijk omdat er voor gelijkspanning nog relatief weinig producten zijn ontwikkeld. Het is hierdoor lastig een dynamische en gevarieerde omgeving – zoals een woning – volledig DC in te richten. Bij openbare verlichting bestaat deze beperking veel minder. Je kiest een armatuur en de bijbehorende vermogenselektronica en past deze net zo vaak toe als er lichtpunten in de gemeente zijn.’

Ontwikkelingen

De traagheid van ontwikkelen is een beetje een kip-of-eiverhaal. Ontwikkelingen gaan traag, omdat DC nog onvoldoende grootschalig wordt toegepast; andersom laten grootschalige toepassingen het afweten omdat de keuze nog te beperkt is. Dit leidt ook tot een achterstand op het kennisniveau van installateurs. Op de uitzonderingen na, wachten veel installateurs op het moment dat het rendabel wordt zich hierin te verdiepen.
Lootens: ‘Tevens hangt de traagheid samen met achterstand in de wet- en regelgeving. Vanuit deze hoek vindt er in elk geval nog weinig stimulatie plaats, maar bovenal zijn veel zaken nog niet wettelijk geregeld of genormaliseerd waardoor het niet altijd duidelijk is wat er mag en kan.’
Toch zijn er in het hele land projecten te vinden waar DC wordt toegepast. Onder andere in Alphen aan den Rijn is de gemeente in de wijk Ecolonia overgestapt op DC voor de openbare verlichting. Het gaat hier om ruim honderd lichtmasten die voorzien zijn van leds, maar waarbij de echte innovatie onder de grond zit. Een gelijkspanningsnet is bijvoorbeeld ook te gebruiken als datanetwerk. Hiermee is de openbare verlichting volledig dynamisch te besturen én te beheren; storingen zijn namelijk direct zichtbaar.
Henry Lootens: ‘DC-netwerken voor openbare verlichting bieden tot slot ook mogelijkheden voor koppelingen met bijvoorbeeld duurzaam laden en pv-panelen. Wat wel opvalt, is dat het tot nu toe is gebleven bij relatief kleinschalige projecten en dat er weinig plannen zijn voor opschaling. Daar staat tegenover dat veel projecten ook worden uitgevoerd zónder gebruik te maken van subsidies, wat aangeeft dat DC in de openbare verlichting ‘marktrijp’ is.’

Veel installateurs wachten op het moment dat het rendabel wordt

Batterij-opslag

Een van de voorwaarden om DC vergaand door te voeren in de gebouwde omgeving is de mogelijkheid om een teveel aan opgewekte energie te kunnen opslaan. Bijvoorbeeld bij woningen die hun elektriciteit opwekken met pv-panelen. Gemiddeld gezien kunnen pv-panelen bij een gemiddelde woning met een gemiddeld verbruik de elektriciteitsbehoefte prima dekken. Het probleem zit hem echter in de fluctuaties van zowel het aanbod van energie als de vraag.
Om dit probleem te tackelen zijn onder meer ontwikkelingen gedaan op het gebied van thuisbatterijen, maar de ultieme oplossing lijkt nog niet gevonden. Thuisbatterijen zijn namelijk vooral een buffer voor een dag/nacht-cyclus: dat wat overdag teveel is opgewekt, is op te slaan voor de hierop volgende uren waarin de zon niet schijnt. Het is echter geen seizoensbuffer die een tekort aan zonuren in de winter kan compenseren door het overschot aan geproduceerde elektrische energie in de zomer op te slaan. Hiervoor zijn grotere en complexere systemen nodig die dit overschot bijvoorbeeld chemisch kunnen omzetten in waterstof. Maar dit zijn geen systemen die thuishoren in een woonwijk vanwege het hoge risico, de complexiteit en het feit dat deze systemen beter werken wanneer het om (veel) grotere hoeveelheden energie gaat.
Henry Lootens: ‘Volledige autonomie door het gebruik van een thuisbatterij zie ik dan ook voorlopig niet gebeuren. Om de verschillen in vraag en aanbod op te lossen is het veel belangrijker om afspraken te maken met de netbeheerder. Wat dat betreft is het overschot aan elektrische energie niet het probleem van de particulier, maar van de netbeheerder. Alleen op grotere schaal kun je deze fluctuaties oplossen. En dan gaat het om structureel oplossen; niet om mensen die elkaar bellen met de vraag of ze alsjeblieft met hun elektrische auto willen komen om deze op te laden omdat de thuisbatterij propvol zit.’
Een andere belangrijke bottleneck wanneer het gaat om energieopslag, is het ontbreken van een gecertificeerde kWh-meter. Deze is onder andere nodig om zonnestroom uit grote zonne-installaties direct in accu’s te kunnen opslaan. Ook is het voor snelladers van elektrische auto’s handig wanneer er DC mag worden gemeten.

Smart City projecten

Tot slot de ontwikkelingen op het gebied van smart cities. In principe is dit niet direct DC- of AC-gebonden, maar spelen vooral de ontwikkelingen op het vlak van ICT hierin een rol. Anderzijds maakt gelijkspanning smart city-projecten wel eenvoudiger, omdat DC door het ontbreken van de 50 Hz-frequentie nu eenmaal makkelijker is aan te sturen.
Zo kan DC-apparatuur relatief eenvoudig met elkaar communiceren. Door sensoren in lichtarmaturen te plaatsen en deze onderling te koppelen, zijn grids of mesh-netwerkachtige situaties te creëren voor uiteenlopende doeleinden. Zo is informatie te verzamelen over bijvoorbeeld de luchtkwaliteit in verschillende delen van de stad, het aantal mensen, de hoeveelheid verkeer, het licht- en geluidsniveau enzovoorts.
Op basis van deze gegevens is het mogelijk om direct te reageren door bijvoorbeeld het lichtniveau af te stemmen op de hoeveelheid mensen of de situatie. Maar ook zijn verkeerssystemen zodanig op elkaar af te stemmen dat de kans op filevorming wordt verkleind. Verlichting is daarnaast in te zetten in het kader van ‘crowd control’. Wanneer drukke straten minder ‘gezellig’ worden verlicht en minder drukke straten juist wel, is de kans groter dat mensenmassa’s zich beter verdelen. Ook zijn de systemen te gebruiken voor slim parkeren of om wegen vrij te maken voor hulpdiensten bij calamiteiten.
Wanneer gegevens langere tijd worden verzameld, kunnen zij ook trends blootleggen. Is luchtvervuiling bijvoorbeeld in verband te brengen met weersomstandigheden, tijdstip van de dag, dag in de week of week in het jaar? Mogelijk zijn er dan maatregelen te nemen om pieken af te vlakken of zelfs te voorkomen. In dat geval wordt een DC-netwerk ingezet om informatie te verzamelen en te versturen naar een centraal punt voor latere analyse. Vervolgens is deze opzet natuurlijk ook te gebruiken om het effect van bepaalde maatregelen te monitoren.
Onder andere TNO visualiseerde de verschillende functiegebieden van smart cities met bijbehorende behoeften. Henry Lootens: ‘We zitten op dit moment in een tijd waarin de mogelijkheden van smart cities volop worden verkend. Het is wel verstandig daarbij nut en noodzaak goed in de gaten te houden. Dat iets mogelijk is, betekent niet dat je het ook moet doen. Zeker niet wanneer het uitsluitend om de ‘fun’-factor gaat. Anderzijds is experimenteren ook wel weer érg leuk én nuttig.’