Zonder Internet of Energy is er geen energietransitie

We zijn aan het overstappen van een sterk gecentraliseerde energieopwekking naar een enorm netwerk van heel veel kleine opweksystemen: van zonnepanelen en windmolens tot aan biomassacentrales en warmtenetwerken.

Efficiënt sturen

De eerste initiatieven rondom IoE waren erop gericht om de elektriciteitsvoorziening efficiënt te sturen. ‘Door de energietransitie verschuift het zwaartepunt van het Internet of Energy van de elektriciteitsvoorziening naar sturing van de nieuwe energievoorziening waarin naast elektriciteit, gas en warmte ook waterstof en andere energiedragers samenkomen en waarbij energie wordt opgeslagen of omgezet. De uitdaging komt hierin te liggen om een systeem te ontwerpen dat flexibiliteit borgt tijdens de transitie naar een duurzame gebouwde omgeving, duurzame mobiliteit en een duurzame industrie,’ aldus Wilbrink en Aazami.
Zij trekken daarmee het IoE dus breder, waar anderen vaak nog vooral met sturing en beheer van de elektriciteitssystemen en -netwerken bezig zijn. Zo zegt Kevin Williams, een Amerikaanse specialist en serial entrepreneur op het gebied van energiesystemen, in een blog post: ‘Het Internet of Energy (IoE) is het resultaat van de implementatie van Internet of Things (IoT)-technologie met gedistribueerde energiesystemen. Het doel is om de efficiëntie van de opwekking, de transmissie en het gebruik van elektriciteit te optimaliseren. IoT-technologie maakt IoE mogelijk door netwerken van sensoren te creëren die tal van smart grid-toepassingen hebben. Deze omvatten onder meer stroombewaking, energiebeheer aan de vraagzijde, gedistribueerde opslag en integratie van hernieuwbare energie.’

IoE is een softwarelaag die we over onze energie-infra­structuur heen leggen

Energy Internets

Als we beide zienswijzen samenvoegen, dan komen we dus tot een definitie van het Internet of Energy (Amerikanen en Engelsen spreken overigens vaak liever van ‘Energy Internets’) waarbij op zeer veel posities in de energienetwerken sensoren zijn geplaatst die in staat zijn metingen te verrichten. Deze data geven zij door aan softwaresystemen die vervolgens gebruikt worden voor het analyseren van deze gegevens. Op basis van die conclusies worden de energiestromen aangestuurd die door de energie-infrastructuur gaan. Het IoE is in essentie dus een softwarelaag die we over onze energie-infrastructuur heen leggen. Dit is uiteraard niet één gigantisch softwaresysteem, maar eerder een zeer groot aantal kleinere programma’s die individueel functioneren, maar die via standaard interfaces gegevens kunnen uitwisselen met andere systemen.
Deze gedistribueerde software-aanpak sluit natuurlijk ook goed aan bij de structuur die onze energie-infrastructuur steeds meer aanneemt: een netwerk van netwerken. Anders gezegd: we zijn aan het overstappen van een sterk gecentraliseerde opwekking van energie naar een enorm groot netwerk van heel veel kleinere opweksystemen: van zonnepanelen thuis en windmolenparken op zee tot aan biomassacentrales en van de eerste waterstoffabrieken tot warmtenetwerken die restwarmte van grote industriële ondernemingen en bijvoorbeeld datacenters hergebruiken.

Een van de doelstellingen van EV-Energy was het sturen van de vraag naar elektriciteit voor het opladen van auto’s.

Voorbeelden

Overal in dit netwerk van netwerken zien we dezelfde ontwikkelingen: er worden enorm veel sensoren geplaatst en er wordt op veel plaatsen rekencapaciteit toegevoegd in de vorm van wat we maar even edge-computers zullen noemen. Al deze sensoren en computers zijn verbonden met internet en kunnen daardoor – indien gewenst – met elkaar communiceren. Hierdoor kunnen zij hun meetdata doorsturen naar edge-computers, die vervolgens analyses doen. Ook kunnen deze edge-computers zelf data van andere bronnen opvragen en gebruiken. Ook nemen zij het factureren voor bijvoorbeeld geleverde of tijdelijk opgeslagen elektriciteit voor hun rekening.
Net als het Internet of Things in de beginjaren vaak erg abstract over kwam, geldt dat ook voor het Internet of Energy. Laten we daarom enkele voorbeelden bekijken.
Een eerste voorbeeld is ontwikkeld door een internationaal consortium van technologiebedrijven, netbeheerders en enkele Europese steden. Het project luisterde naar de naam ‘EV-Energy’ en is inmiddels afgerond. Doel was te komen tot een aanpak waarmee gemeentelijke overheden en netbeheerders samen de vraag van burgers naar elektriciteit kunnen beïnvloeden.
Het doemscenario waarvoor netbeheerders zich gesteld zagen, was dat als gevolg van de elektrificering er enorme pieken en dalen zouden ontstaan in de vraag naar elektriciteit. Als we allemaal thuis elektrisch rijden, elektrisch koken en elektrisch verwarmen, leidt dit tot een forse groei in gebruik van elektriciteit vanaf circa 6 uur in de avond. Een van de doelstellingen van EV-Energy was het sturen van de vraag naar elektriciteit voor het opladen van auto’s. Is die vraag in samenwerking met gemeentelijke overheden geografisch te spreiden door bijvoorbeeld de kosten van elektriciteit te variëren al naargelang er elektriciteit beschikbaar is in bepaalde straten? Eenvoudig gesteld: zijn burgers bereid hun auto een paar straten verderop op te laden als de kosten daar bijvoorbeeld 20 of 25 procent lager zijn? ­
Het antwoord bleek: ja. Het is nu aan de markt om dit idee uit te werken tot concrete apps en andere producten en diensten.
Dit is een typisch voorbeeld van het Internet of Energy. De lokale beschikbaarheid van elektriciteit wordt 24/7 via sensoren gemeten. Ook dient de vraag naar elektriciteit gespreid over stad of wijk nauwkeurig in beeld te worden gebracht. Bovendien moet er een rekenmodel zijn dat deze vraag en aanbod bij elkaar brengt en daar een bonus of malus aan koppelt. Dat dient vervolgens vertaald te worden naar gegevens die in een app worden gepresenteerd. Deze app informeert daarmee dus burgers in een straat over de kosten voor het opladen van de auto. Deze kosten kunnen worden gevarieerd op basis van de vraag naar elektriciteit en de beschikbaarheid daarvan. Een gemeente zou hier bijvoorbeeld ook parkeerbeleid (vergunningen, tarieven en dergelijke) aan kunnen koppelen. IoE maakt dit hele spel van vraag en aanbod en het sturen van energieafname in de tijd en plaats mogelijk.

Nederland heeft zwaar geïnvesteerd in duurzame energie: ­zonnepanelen en windmolens.

Congestie voorspellen

Ook Gopacs is een interessant voorbeeld van IoE. Dit is een project van de Nederlandse netbeheerders, vertelt Haike van de Vegte, een Nederlandse energiespecialist. Deze organisaties zijn verantwoordelijk voor onder andere de balans in de netwerken die zij in bezit hebben. Voorheen was dat relatief eenvoudig. We hadden namelijk te maken met een handvol energiecentrales en een handvol netwerken. Bovendien waren die centrales en netwerken vroeger eigendom van dezelfde organisaties. Het op elkaar afstemmen van vraag en aanbod was daardoor goed te doen.
Inmiddels hebben we te maken met netwerken die juridisch losgekoppeld zijn van de centrales. Dat compliceert de zaak al enigszins, omdat afstemming nu minder makkelijk loopt. Bovendien hebben we als land met zonnepanelen en windparken zwaar geïnvesteerd in duurzame energie. De opbrengst van beide bronnen varieert echter enorm en de opwekking is bovendien geografisch sterk gespreid. De opbrengst varieert dus continu. Niet alleen overdag en ’s nachts, maar ook per regio en ook in de tijd; per dag of uur. Schijnt de zon een paar uurtjes, dan hebben we ineens veel meer elektriciteit dan als het even later zwaar bewolkt is. Daarnaast speelt de wind uiteraard een rol. En om de zaak nog eens extra complex te maken, varieert de vraag naar elektriciteit ook nog eens gedurende de dag, de week en de seizoenen – ironisch genoeg juist ook vanwege de elektrificering die we nastreven.
Desondanks moeten de netwerkbeheerders hun netwerk stabiel houden. Daartoe hebben zij complexe modellen ontwikkeld die proberen in te schatten hoe vraag en aanbod van elektriciteit zich zullen ontwikkelen. Dat gebeurt door zoveel mogelijk data te verzamelen. Die gegevens komen bijvoorbeeld van het KNMI, maar ook uit de miljoenen sensoren die in ons land in de energie-infrastructuur zijn opgenomen. Op basis van deze enorme hoeveelheden gegevens kunnen analyses worden gemaakt die voorspellen wanneer zich onbalans dreigt voor te doen in het netwerk doordat vraag en aanbod uit de pas lopen.
Daarbij kunnen we volgens Van de Vegte best een dag vooruitkijken. Dreigt dan onbalans, dan is het zaak om vraag en aanbod toch met elkaar in balans te houden door op het moment van verwachte congestie de vraag tijdelijk te verminderen of het aanbod juist te vergroten. Gopacs helpt hierbij doordat met een aantal grote afnemers van energie afspraken gemaakt zijn dat zij – tegen betaling – op de momenten dat de vraag tijdelijk wat omlaag moet, minder energie geleverd krijgen.

IoE maakt het spel van vraag en aanbod en het sturen van energieafname in tijd en plaats mogelijk

Extra aanbod

Een manier van werken die hier ook kan helpen is door tijdelijk extra aanbod van elektriciteit te regelen. Het Europese Catalyst-project heeft hiervoor ideeën ontwikkeld, vertelt John Booth, de Engelse project manager die destijds het project heeft geleid. Sommige bedrijven gebruiken grote batterijen voor backup-doeleinden. Een deel van de elektriciteit die hierin is opgeslagen, zou tijdelijk en wederom tegen betaling uit die batterijen aan het netwerk kunnen worden geleverd, zodat de beheerder het aanbod aan elektriciteit tijdelijk kan vergroten. Eventueel kan een teveel aan elektriciteit tijdelijk in deze batterijen worden opgeslagen. Het Catalyst-project heeft een methodiek ontwikkeld hoe dit het beste op geautomatiseerde wijze kan worden geregeld.

Veel particulieren en bedrijven maken – vaak zonder het te ­beseffen – allang deel uit van het Internet of Energy.

Alles wordt software

Al dit soort projecten hebben één ding gemeen: alles gebeurt digitaal. Vraag en aanbod worden zorgvuldig gemeten met grote hoeveelheden sensoren. Al die data wordt continu geanalyseerd zodat we goed begrijpen hoe vraag en aanbod zich ontwikkelen. Dreigt er onbalans, dan wordt – wederom digitaal – ingegrepen door de vraag te beïnvloeden of het aanbod aan te passen.
Het Internet of Energy is dus net als het gewone Internet en het Internet of Things een enorm groot netwerk van individuele netwerken en netwerkjes. Zowel burgers als bedrijven maken er straks deel van uit en maken er gebruik van. Elk netwerk dient een specifiek doel: bijvoorbeeld de bestuurder van een auto inzicht geven in de vraag waar oplaadpunten zijn en welke kosten daarmee gemoeid zijn. Hetzelfde geldt voor een agrarisch bedrijf dat heeft geïnvesteerd in een windmolen en overweegt om daar een batterij bij te plaatsen. Met als idee dat als de elektriciteit goedkoop is de batterij maar beter geladen kan worden en de boerderij op netstroom kan functioneren, terwijl op momenten dat stroom duur is, er beter elektriciteit verkocht kan worden. Dit kan alleen als alle gegevens die nodig zijn om dit soort beslissingen te nemen in realtime beschikbaar zijn en door slimme software kunnen worden geanalyseerd.
Het Internet of Energy is voor veel burgers en bedrijven nog een onbekend fenomeen. Daar staat tegenover dat iedereen die zonnepanelen op het dak heeft liggen of laadpalen bij de ingang van het bedrijfspand heeft staan er allang deel van uitmaakt – vaak zonder het te beseffen.
Het Internet of Energy groeit ook nog steeds enorm. Niet alleen doordat bijvoorbeeld wijkbatterijen worden aangeschaft die volledig geautomatiseerd gaan handelen op elektriciteitsmarkten, maar ook omdat we andere infrastructuren aan het digitaliseren zijn. Denk aan waterstof, maar vergelijkbare ontwikkelingen zien we inmiddels ook in de waterhuishouding van ons land waar een tekort aan drinkwater dreigt. Alleen als we vraag en aanbod nog beter en gedetailleerder in beeld krijgen, kunnen we de schaarser worden watervoorraden goed verdelen. De beste manier om dat te doen is het toepassen van het Internet of Things – op de elektriciteitsinfrastructuur, onze in opbouw zijnde waterstofinfrastructuur, maar even zo goed op onze watervoorraden.

Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: iStock

Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.