Een duurzaam energiesysteem: complex om te beheren

Het is 2030. Het gezin Groen is van het gas af. Ze hebben een elektrische auto, elektrische verwarming en een duurzame energieleverancier. De familie Groen verbruikt nu gemiddeld drie keer zoveel stroom als in 2020 toen ze nog aangesloten waren op het gasnetwerk en toen ze nog fossiele brandstoffen gebruikten (zie ook het rapport van het Planbureau voor de Leefomgeving). Drie keer zo veel stroom. Gemiddeld. Op piekmomenten gebruikt de familie Groen zelfs meer. En de familie Groen is niet alleen. De netbeheerder heeft hier tien jaar geleden al rekening mee gehouden. Hij heeft extra kabels aangelegd en hij gebruikt nieuwe manieren om vraag en aanbod op elkaar af te stemmen.

Het is 2030. 70% van de elektriciteit in Nederland wordt, zoals het kabinet heeft gepland, opgewekt met hernieuwbare energiebronnen als zon en wind. Energie wordt centraal en lokaal geproduceerd. Onze landelijke netbeheerder Tennet kan het net niet meer in balans houden zoals in 2020 omdat het energiesysteem heel anders functioneert. In 2020 had Nederland een van de meest betrouwbare energiesystemen ter wereld en door tijdig anticiperen, hebben we dat in 2030 nog steeds.

Willen deze scenario’s werkelijkheid worden, dan moet er nog heel veel gebeuren. In dit artikel leggen we uit waarom.

De energieaanvoer wordt de komende jaren complexer. Op dit moment wordt bijna alle stroom centraal opgewekt. Die stroom gaat het landelijke hoogspanningsnet in. Dit net noemen we ook wel het transmissienet. Decentrale energiebronnen leveren aan het midden- of laagspanningsnet. Dat noemen we het distributienet. Een voorbeeld van centrale opwekking zijn kolen- en gascentrales of grote windparken. Decentrale energiebronnen zijn parken of daken met zonnepanelen, warmte/koudeopslag, geothermie, thuisbatterijen en accu’s van elektrische auto’s. Decentrale energiebronnen maken het aanbod voor netbeheerders onoverzichtelijker. Dat is omdat het aantal energiebronnen op distributieniveau enorm toeneemt. Daarnaast stijgt het aandeel fluctuerende, weersafhankelijke energiebronnen.

Het in balans houden van een netwerk met veel decentrale en variabele energiebronnen vraagt om nieuwe, actievere vormen van netbeheer. De reden is dat de gebruikte hoeveelheid stroom altijd even groot moet zijn als de opgewekte hoeveelheid stroom. Dit balanceren van het net was tot voor kort alleen de taak van de landelijke netbeheerder. In de nieuwe situatie worden regionale netbeheerders belangrijker. Zij zijn verantwoordelijk voor de distributienetten. Omdat daar nu ook energie wordt geproduceerd, ontstaat er tweerichtingsverkeer op het elektriciteitsnet. Daarom moeten de regionale netbeheerders zich actiever gaan bemoeien met het spel van vraag en aanbod.

Het actief beheren van distributienetwerken staat echter nog in de kinderschoenen. Distributienetwerken kunnen bijvoorbeeld miljoenen componenten en miljoenen gebruikers bevatten. Regionale netbeheerders hebben voor het beheer van het net inzicht in die componenten en gebruikers nodig. Digitale toepassingen kunnen hen hierbij helpen (zie ook deel 1 van deze artikelenreeks). Voorbeelden zijn slimme meters of slimme transformatorhuisjes. Kortom, er moet geïnvesteerd worden in het slimmer maken van het net en van de netbeheerders.

Het huidige energienet is nog niet klaar voor de energietransitie. Er is sprake van, wat de Amerikaanse historicus James R. Beniger zou noemen, een crisis of control. Maar er is ook een positieve kant aan controlecrisissen. Ze vormen namelijk een voedingsbodem voor ICT-ontwikkelingen. En die kunnen weer helpen om het energiesysteem meer responsief en beter beheersbaar te maken.

De digitale innovaties van het energiesysteem zijn al aan de gang. De nationale netbeheerder TenneT is bijvoorbeeld in Duitsland betrokken bij een proef met sensoren in auto’s van Volkswagen die informatie opleveren over de te verwachten opbrengst van elektriciteit uit zon. Google experimenteert met zelflerende algoritmen die anderhalve dag op voorhand voorspellen wat zijn windparken aan stroom gaan leveren. Een interessant voorbeeld van actief netbeheer is GOPACS. Dat is een Nederlands netbeheerdersplatform dat op basis van het inkopen van flexibel vermogen uit de markt probeert bij te dragen aan het oplossen van (verwachte) opstoppingen in het elektriciteitsnet. Verder werkt TenneT samen met het bedrijf Sonnen om het elektriciteitsnetwerk vanuit de consument te stabiliseren met behulp van gedistribueerde energieopslag op basis van blockchaintechnologie.

Net zoals de grote energiebeheerders zich nu al voorbereiden op het wisselende aanbod van elektriciteit, slaan ook kleinere verbruikers langzaam aan het innoveren. Er vinden bijvoorbeeld experimenten plaats met zogeheten ‘virtuele energiecentrales’. Zo voert City-Zen in Amsterdam een project uit waarin vijftig huishoudens een batterij kregen en als energiegemeenschap energie leveren en waar nodig extra inkopen. En in de toekomst kunnen energiedata van de slimme meter bijvoorbeeld geïntegreerd worden met virtuele assistenten in woningen, zoals Alexa en Google Home. Dit kan dan leiden tot op kunstmatige intelligentie gebaseerde energiebeheersystemen voor thuis. Denk aan de wasmachine die pas inschakelt wanneer de elektriciteitsprijs gunstig is.

Twintig jaar geleden ging de energiediscussie over privatisering en liberalisering. De huidige discussie gaat vooral over verduurzaming en de veranderende rol daarbij van de regionale distributienetbeheerders en consumenten. Digitalisering wordt gezien als een cruciale randvoorwaarde voor het integreren van hernieuwbare energiebronnen, het slim managen van het net en het faciliteren van een actievere rol voor consumenten. Bij dit alles is echter de grote vraag: hoe kunnen we het elektriciteitssysteem zo organiseren dat het leidt tot een betaalbaar, betrouwbaar, veilig en duurzaam systeem? In het laatste en derde deel van deze artikelenreeks gaan we daarom dieper in op de maatschappelijke uitdagingen die een digitaliserend energiesysteem met zich meebrengt.