Netcongestie als gevolg van grote pv-velden voor de opwekking van groene energie.

Te weinig energie?

In principe produceren we in Nederland voldoende stroom, maar op dit moment is er een overschot op plekken waar de vraag laag is en andersom. Zo worden er vooral in dunbevolkte gebieden grote pv-velden aangelegd. Omdat energiebedrijven verplicht zijn een maximale capaciteit te reserveren voor het geval van piekmomenten, is een groot deel van het net op deze plekken ‘vol’. Dit betekent dat de situatie is ontstaan dat terugleveren soms niet meer mogelijk is, terwijl gelijktijdig bedrijven geen zwaardere aansluiting kunnen aanvragen vanwege een tekort. Ter Horst: ‘Dit wordt verder versterkt doordat de piekmomenten in verbruik vaak in de ochtend en avond liggen, terwijl pv-panelen juist in de middaguren volop produceren.’ Omdat de tussentijdse opslag van energie duur of complex is, ligt een mogelijke oplossing in het lokaal opwekken, gebruiken en tijdelijk bufferen van energie. Ter Horst: ‘Geen centrale productie van grote hoeveelheden energie dus, maar decentraal en beheersbaar. Gebouwen zijn hierbij in te zetten als de benodigde energiehubs.’

Appartementencomplex

Om te achterhalen wat haalbaar is met de huidige technische mogelijkheden, heeft Eaton een case study gemaakt van een appartementengebouw met de volgende kenmerken:

• oppervlakte: 3.800 m²,
• 38 woningen, verdeeld over acht verdiepingen,
• energiegebruik: 260 kWh/dag,
• energiegebruik exclusief elektrische voertuigen (EV) en warmtepomp (WP): 95.000 kWh/jaar,
• piekvermogen: 50 kW,
• vermogen pv-installatie: 55 kWp,
• opbrengst pv-installatie: 49.500 kWh/jaar,
• netaansluiting: 55 kW (3 x 80 A),
• 10 laadpalen (26 procent van de parkeerplaatsen),
• vermogen laadpalen: 22 kW,
• warmtepompen.

In stapjes wordt bekeken wat het effect is van de verschillende vormen van elektrificatie in combinatie met het opwekken van eigen groene energie. Als eerste het verbruik van de warmtepompen). Het elektrisch verbruik van de warmtepompen maakt het totale energiegebruik weliswaar flink hoger, maar het past nog wel binnen de aansluiting van 55 kW. Merk daarbij op dat de afname van elektriciteit van de warmtepompen redelijk stabiel is met twee pieken in respectievelijk de ochtend en avond, wanneer bewoners opstaan en weer thuiskomen of gaan koken.

Verbruik van warmtepompen.

Laadpalen

Een tweede stap is de stroomafname door de laadpalen. Het gaat hierbij om tien laadpalen met elk een vermogen van 22 kW, waarbij gemiddeld 26 kWh per laadsessie wordt afgenomen. Elk laadpunt wordt gemiddeld 1,5 keer per dag gebruikt, waarmee het dagelijkse verbruik van de laadpalen neerkomt op 390 kWh. De stroomafname door laadpalen is minder gelijkmatig in vergelijking met de warmtepompen: de piek ligt logischerwijs in de avonduren als mensen thuiskomen en hun auto willen laden. Ter Horst: ‘Tel je het verbruik van de warmtepompen en de elektrische voertuigen bij elkaar op, dan kom je vooral in de avond ver boven het maximum van 55 kW uit. Natuurlijk is dit te verbeteren door load balancing. In ons voorbeeld wordt hierbij het maximale vermogen dat de laadpalen afnemen, beperkt tot 30 kW. De auto’s laden dus langzamer dan mogelijk, maar omdat ze hiervoor de hele nacht hebben, levert dit in de praktijk geen problemen op. Ondanks deze maatregel blijft er op bepaalde tijdstippen van de dag een tekort aan elektrische energie’.

Impact van ­elektrificatie en EV load balancing.

Pv-panelen

Het aanbod van elektrische energie afkomstig van pv-panelen verbetert de situatie, maar lost deze nog niet op. Zo is er nog steeds een flink tekort in de avond en begin van de nacht. Juist op die tijdstippen is de vraag immers hoog, terwijl de pv-panelen dan geen stroom produceren. Dit doen zij wel overdag, waarmee het verbruik overdag niet alleen is gedekt, maar rond het middaguur zelfs een overproductie oplevert. Ter Horst: ‘Wanneer we uitgaan van de huidige 55 kW-aansluiting, is er in deze case study dagelijks een gemiddeld tekort van 178 kWh. De oplossing ligt in de tijdelijke opslag van de 200 kWh die de pv-panelen produceren. Deze energie is te gebruiken op de momenten dat er een tekort is’.
Uitgaande van een volle accu, zal deze in het eerste deel van de nacht energie afgeven om hier het verbruik dat niet is gedekt door de 55 kW aansluiting toch in te vullen. Hierna volgt een aantal uren dat de normale aansluiting het zelfstandig aankan. Wanneer de pv-panelen stroom gaan produceren, neemt de accu tot 40 kW energie op (vanwege de gekozen 40 kW inverters). Deze energieopname blijft maximaal 40 kW tot halverwege de middag als het stroomverbruik toeneemt en de pv-panelen steeds minder produceren. Al snel wordt hier de capaciteit van de accu aangesproken – rond 15 uur – om tot aan het einde van de avond in de energiebehoefte te voldoen.

Totaalplaatje met ­energieopslag.

Energiemanagement

De vereenvoudigde case study laat zien dat het met de huidige technische middelen goed te doen is om te voorzien in de energiebehoefte, zonder overbelasting van het net of de noodzaak voor een zwaardere aansluiting. Daarbij komt het voordeel dat dergelijke maatregelen vaak zijn te financieren met subsidies of belastingvoordelen. En er zijn meer voordelen aan deze oplossing. Zo maken de maatregelen het gebouw toekomstbestendig, het gebouw wordt meer waard en verkrijgt een duurzame reputatie.
Ter Horst: ‘Een goede basis, maar de échte toekomst van dergelijke energiehubs – die je natuurlijk ook kunt realiseren in de utiliteitsbouw – ligt in de energiemanagement-software: de verzameling van regelalgoritmes die de beschikbare energie zodanig slim verdeelt dat het energienetwerk maximaal betrouwbaar is. Deze mogelijkheden worden versterkt omdat we naar een tijd gaan waarin de prijzen voor elektrische energie realtime inzichtelijk zullen worden. Dat betekent dat de software het meest gunstige moment kan bepalen om de accu’s vol te laden (wanneer energie goedkoop is of zelfs negatief) en deze kan inzetten in de piekuren wanneer de productie laag en de vraag – maar ook de prijs – hoog is.’

‘Een walhalla voor creatievelingen die op een slimme manier willen verdienen’

‘Het wordt een walhalla voor creatievelingen die op een slimme manier willen verdienen. Door een maximale controle over de energiestromen kun je bijvoorbeeld stroom aan de buurt verkopen via jouw laadpalen. Winkels die stroom gratis beschikbaar stellen, vergroten de verblijftijd van klanten in hun winkel. Verder bestaat er een zogenaamde FCR-markt waarbij FCR staat voor ‘frequency containment reserve’. Dit wordt ook wel ‘onbalansmarkt’ genoemd en betekent dat bedrijven of particulieren energie in voorraad houden en deze beschikbaar stellen wanneer de netfrequentie uit balans dreigt te raken. Het gaat dan wel om grotere vermogens, maar investeren in een groot DC-oplaadsysteem voor eigen gebruik én in te zetten als buffer voor de netbeheerder, kan best wat opleveren.’

Simulatie

Voor bedrijven of organisaties die willen onderzoeken wat op dat vlak mogelijk is, ontwikkelde Eaton een simulatieprogramma. Deze zogeheten ETiB-simulator combineert de vloot elektrische voertuigen, beschikbare footprint (pv-panelen bijvoorbeeld), opslag, EV-laders, de verbinding met het net en de mogelijkheden voor elektrische distributie. Ter Horst: ‘Zoals in elk simulatieprogramma kun je ‘spelen’ met de variabelen om te kijken wat voor jouw gebouw het beste resultaat oplevert. Wanneer je maar een klein (dak)oppervlak hebt met een ongunstige ligging voor pv-systemen, is het bijvoorbeeld wijzer om te investeren in opslag. Op deze manier maak je je gebouw onderdeel van het energiesysteem, wat gunstig is voor zowel de gebouw-eigenaar en de gebruikers zelf, als onze netbeheerders.’

Tekst: Marjolein de wit - Blok
Fotografie: Eaton

Lees meer artikelen in het dossier Zonne-energie installaties