Smart grid


Een smart grid kan gedefinieerd worden als een elektriciteitsnetwerk, dat het gedrag en de acties van alle verbonden gebruikers intelligent verenigt. De gebruikers van het netwerk kunnen generatoren, consumenten, of beide zijn. Smart grids doen dit om te voorzien in een duurzame, economische en zekere levering van elektriciteit (ETP SmartGrids, 2010). Deze vereniging van gedrag wordt gedaan door een tweezijdige uitwisseling van informatie en vermogen tussen leveranciers en consumenten, met gebruik van intelligent toezicht op communicatie en beheersystemen (European Commission, 2012). Technisch gezien is het niet eenvoudig te zeggen wanneer een grid 'smart' is. De meeste elektriciteitssystemen, in ieder geval die met hoge voltages, hebben controlesystemen en gegevensverzamelingen(SCADA) om de betrouwbaarheid van de levering te verzekeren. Distributienetten worden traditioneel op een passieve manier beheerd en daarom refereren smart grids meestal naar ontwikkelingen in dit deel van het elektriciteitsnet.

De huidige definitie van een smart grid is doorgaans een combinatie van drie aspecten van het distributiedeel van het net. Het eerste aspect is de technische kant, de installatie van smart grid apparatuur. Figuur 1 geeft een indruk van hoe de technische kant van smart grids eruit kunnen zien. Het tweede aspect is de technisch-economische aard, namelijk het real-time operationeel beheer van deze apparatuur (Geelen et al., 2013). Het derde aspect, alleen van institutionele aard, zijn de mogelijke veranderingen van de rol en functie van actoren door operationele veranderingen. Deze drie aspecten zullen nu verder worden toegelicht.


Figuur 1. Een smart grid. Bron: Geelen et al., 2013

Technische aspecten: smart grid apparatuur

Het meeste technische aspect van een smart grid zijn de apparaten en informatie en communicatie systemen, die geïnstalleerd zijn om interacties mogelijk te maken. De smart meter wordt vaak genoemd als onderdeel van de smart grid, het is een factor die het mogelijk maakt voor dit soort systemen om te functioneren (dit verschilt echter wel in real-live gevallen). De smart meter is een digitale meter, die het mogelijk maakt om eindgebruikers te controleren. Hij verschilt van traditionele elektriciteitsmeters, omdat hij digitaal de consumptie en productie meet in intervallen van 15 minuten. Deze data kan gecommuniceerd worden met verschillende actoren. Ten eerste naar de consument, die zijn consumptie erdoor zou kunnen aanpassen. Ten tweede naar de verkoper van elektriciteit, om de prijsniveaus voor consumptie te bepalen en mogelijk een dynamisch tarief te kunnen voorstellen. Ten derde is de informatie van de smart meter interessant voor de beheerder van het distributienet (DSO), die ook dynamische prijzen kan hanteren op basis van de kwaliteit en betrouwbaarheid van het net. Als laatste is de gemeten elektriciteitsconsumptie interessant voor nieuwe actoren, zoals aggregators (een tussenpersoon van de producent en de handelaar) en 'electricity service companies' (ESCO's), die dit kunnen gebruiken om contracten voor de eindgebruiker op te stellen, die de gebruiker in flexibiliteit voorzien met directe controle en/of dynamische prijzen. De informatie over gebruik en prijssignalen zijn de belangrijkste componenten van de 'homeostatische feedback', die Schweppe voor ogen had en centraal voor elke smart grid.

Naast gebruik van de smart meter zijn er verschillende andere apparaten die inzicht en automatisering mogelijk maken met in-home displays en in-home automatisering. Naast apparatuur in huishoudens, zijn er gedistribueerde energiebronnen (DER). Dit zijn verschillende types eenheden voor de lokale opwekking, consumptie en opslag van elektriciteit. Deze kunnen buiten huis geplaatst worden. Voorbeelden hiervan zijn zonnecellen en warmte-krachtinstallaties. Voor opslag bestaan batterijen en elektrische auto's. Deze eenheden kunnen zorgen voor flexibiliteit van het net en het verbruik verhogen van zelf opgewekte elektriciteit.

Technisch-economisch aspect: Real-time beheer en controle

Naast de genoemde smart grid apparatuur, zijn er methodes om de werking van deze apparatuur te beheren, doordat gedistribueerde energiebronnen en smart meters niet direct efficiënt werken na de installatie. De installatie van zulke apparaten wordt voordelig, wanneer het gecombineerd wordt met een contract voor variabele prijzen, directe controle en automatisering (Aghaei and Alizadeh, 2013; Faruqui et al., 2010; Geelen et al., 2013). Deze interactie tussen apparaten wordt ook wel flexibiliteit aan de vraagzijde genoemd, of Demand Response (DR). Demand Response staat voor de activiteit dat de vraag naar elektriciteit kan reageren op gebeurtenissen als prijsveranderingen of directe controle. Ook wordt wel de term 'demand side flexibility' gebruikt, omdat de veranderingen in de vraag naar elektriciteit niet het enige aspect is van smart grids, maar ook de productie en opslag aan de vraagkant. Elektrische flexibiliteit kan omschreven worden als een aanhoudende vermogensaanpassing op een gegeven moment voor een gegeven tijd van een specifieke locatie (Eid et al., 2015a). Gedistribueerde energiebronnen, zoals elektrische auto's, zonnecellen, warmte-krachtinstallaties en opslag eenheden zijn mogelijke leveranciers van elektrische flexibiliteit (Eid et al., 2015b). Er zijn verschillende doelen waarvoor elektrische flexibiliteit kan worden gebruikt, bijvoorbeeld voor economische, milieu- en netwerk doelen (Conchado et al.,2011). De levering van flexibiliteit door de eindgebruiker wordt per definitie gezien als één van de grote toevoegingen van een smart grid, doordat het zorgt voor betrouwbaarheid, betaalbaarheid en duurzaamheid Faruqui et al., 2010.

Institutionele aspecten: de mogelijke verandering van de rollen van actoren en marktmodellen

Traditioneel beheert de TSO de balans van vraag en aanbod in een nationaal elektriciteitssysteem en dze gebruikt ICT om het voltage en de frequentie bij te houden, zonder in strijd te zijn met de beperkingen van het transmissienet. Zoals hiervoor beschreven, bevat het concept van de smart grid eenzelfde real-time beheer in het distributienet. Omdat dit voorheen niet bestond, blijft het de vraag welke actor verantwoordelijk zou moeten zijn voor het beheer van deze flexibiliteit en hoe dit zou moeten worden gecoördineerd, wanneer dit door meer actoren gedaan zou worden. Voorbeelden van deze gedecentraliseerde concepten van het beheer van elektriciteitssystemen zijn al door anderen gepresenteerd (NREL, 2004; Pérez-Arriaga et al., 2013).

De situatie in Nederland

Om de duurzaamheidsdoelstellingen te halen, staat het beleid in Nederland steeds meer 'bottum-up' initiatieven toe voor de lokale productie en beheer van energie. Een wet uit 2014 staat bijvoorbeeld een verlaagde energiebelasting toe voor duurzame energieopwekking, in handen van een gemeenschap. Dit wordt ook wel de 'postcode regeling' genoemd. De partijen die hiervoor in aanmerking komen zijn energiecoöporaties en Verenigingen van Eigenaren, die gezamenlijk een zonne-energiecentrale bezitten, en gevestigd zijn in het postcodegebied rond de centrale.

In de 'Experimenteer AMVB' worden ontwikkelingen aangemoedigd omtrent afwisselende prijzen voor netwerk en elektriciteit retail (ACM, 2015). Dit maakt het mogelijk voor Verenigingen van Eigenaren en energiecoöporaties om lokale energiesystemen te bouwen en te laten werken. Naast de verschillende energiecoöporaties in Nederland, zijn 30 smart grid pilot projecten uitgevoerd sinds 2012. De projecten werden gesubsidieerd door de overheid en om de omvang van het experiment te vergroten, is het toegestaan dat deze buiten de Nederlandse regelgeving om functioneren. De verschillende projecten geven nieuwe inzichten in de technische mogelijkheden voor energiemanagement en de benodigde aanpassingen in de regelgeving om dit te laten werken. Binnen ieder project zijn één DSO en vele andere actoren zoals handelaren, IT leveranciers en lokale energiecoöporaties betrokken.

Bronnen

ACM, 2015, ACM, 2015. Hoe beoordeelt de ACM de tarieven van experimenten.
Aghaei and Alizadeh, 2013, Aghaei, J., Alizadeh, M.-I., 2013. Demand response in smart electricity grids equipped with renewable energy sources: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 18, 64–72.
Conchado et al.,2011, Conchado, A., Linares, P., Lago, O., Santamaría, A., 2011. How much should we pay for a DR program? An estimation of network and generation system benefits. Madrid.
ETP SmartGrids, 2010, ETP SmartGrids, 2010. Smart Grids: strategic deployment document for Europe’s electricity networks of the future, Strategic Deployment Document
Eid et al., 2015a, Eid, C., Codani, P., Chen, Y., Perez, Y., Hakvoort, R., 2015a. Aggregation of Demand Side flexibility in a Smart Grid : A review for European Market Design, in: 12th International Conference on the European Energy Market (EEM). Lisboa, pp. 1–5.
Eid et al., 2015b, Eid, C., Codani, P., Perez, Y., Reneses, J., Hakvoort, R., 2015b. Managing electric flexibility from Distributed Energy Resources : A review for incentives , aggregation and market design, Working Paper. Delft.
European Commission, 2012, European Commission, 2012. Directive 2012/27/EU of the European Parliament and of the Council of 25 October 2012 on energy efficiency, amending Directives 2009/125/EC and 2010/30/EU and repealing directives 2004/8/EC and 2006/32/EC
Faruqui et al., 2010, Faruqui, A., Harris, D., Hledik, R., 2010. Unlocking the €53 billion savings from smart meters in the EU: How increasing the adoption of dynamic tariffs could make or break the EU’s smart grid investment. Energy Policy 38, 6222–6231.
Geelen et al., 2013,
Geelen et al., 2013, Geelen, D., Reinders, A., Keyson, D., 2013. Empowering the end-user in smart grids: Recommendations for the design of products and services. Energy Policy 61, 151–161. doi:10.1016/j.enpol.2013.05.107
NREL, 2004; Pérez-Arriaga et al., 2013, NREL, 2004. Aggregated Dispatch of Distributed Generation Units Aggregated Dispatch of Distributed Generation Units Final Report. New York.

Bronnen-check

Geelen et al., 2013, Geelen, D., Reinders, A., Keyson, D., 2013. Empowering the end-user in smart grids: Recommendations for the design of products and services. Energy Policy 61, 151–161. doi:10.1016/j.enpol.2013.05.107

Laatste wijziging: 07-02-2017
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.