Je leest:

Samenwerking in een smart grid

Samenwerking in een smart grid

Huizen in Hoogkerk testen smart grid concepten

Auteur: | 1 april 2011

Op het eerste gezicht zie je niets bijzonders aan Hoogkerk, een dorp in de gemeente Groningen. Een wijk werd echter een jaar geleden omgedoopt tot ‘PowerMatching City’. Hierdoor zijn vijfentwintig huizen nu voorzien van nieuwe, ‘slimme’ systemen om zo te testen hoe een smart grid in het echt werkt.

De verwachting is dat we in de toekomst meer gebruik gaan maken van duurzame energiebronnen. Op zichzelf al een goed streven, maar het opwekken van duurzame elektriciteit en het gebruik ervan loopt vaak niet synchroon. De zon schijnt nou eenmaal het felst midden op de dag terwijl vaak juist ‘s morgens vroeg veel stroom gevraagd wordt. Dit is één van de redenen om een smart grid te realiseren. Zo’n ‘slim netwerk’ kan het gebruik en de productie van elektriciteit doorlopend op elkaar afstemmen.

Klinkt als een goed idee, maar hoe werkt dat in de praktijk? Dat is precies wat ‘PowerMatching City’ laat zien. Vijfentwintig huizen in Hoogkerk zijn uitgerust met allerlei duurzame decentrale opwekkingsmethodes om elektriciteit te genereren. Een slim regelsysteem zorgt ervoor dat apparaten die stroom op het juiste moment gebruiken. In het filmpje hieronder komen de gebruikte concepten allemaal voorbij.

Zelf zorgen voor warmte en stroom

Voor het duurzaam opwekken van stroom zijn de huizen zelf bijvoorbeeld voorzien van zonnepanelen en (kleine) windturbines. Daarnaast hebben sommige woningen een micro-warmtekrachtkoppeling (micro-WKK). Een soort mini energiecentrale, waar zowel elektriciteit als warmte wordt opgewekt. De meeste micro-WKK’s werken met een zogenaamde Stirlingmotor. Die heb je in meerdere varianten, maar het basisprincipe is hetzelfde.

De Stirlingmotor

Gas wordt van buitenaf verwarmd, waardoor het uitzet en zuiger A naar links gaat. Als zuiger A daarna weer naar rechts komt (zuiger B gaat omhoog), wordt het gas naar de koele ruimte geduwd, via regenerator. Dat is een poreus materiaal dat warmte opslaat. Zuiger B komt daarna naar beneden en duwt het gas door de regenerator, waar het de opgeslagen warmte opneemt. Hierdoor hoeft het in de volgende cyclus minder verwarmd te worden.

Doordat de zuigers zijn aangesloten op een dynamo, wordt bij het heen en weer bewegen stroom opgewekt. Er is alleen een energiebron nodig voor het verwarmen, zoals aardgas. De Stirlingmotor wordt daarom vaak ingepast in een HR-ketel, omdat daarin al aardgas wordt verbrand. Dan wordt een micro-WKK ook wel HRe-ketel genoemd. Er is in zo’n ketel wel meer aardgas nodig, maar omdat er ook stroom wordt opgewekt, hoef je die niet meer van het energiebedrijf te kopen. Naar schatting bespaar je op deze manier zo’n 20% energie.

Een andere decentrale opwekker is de warmtepomp, die werkt als een soort omgekeerde koelkast. Het mooie van de warmtepomp is het rendement. Op twee plekken komt er energie het systeem binnen: om de pomp te laten draaien en om de vloeistof te verwarmen. Dat laatste is echter ‘gratis’ energie, want de warmte komt uit de buitenlucht. Het systeem levert hierdoor uiteindelijk meer energie op dan dat het kost (rendement van meer dan 100%). Helaas zijn de apparaten vrij prijzig, maar als je ze direct bij je nieuwbouwwoning aanschaft, heb je het geld er binnen een aantal jaar uit.

h4. De Warmtepomp Warmte uit de (buiten)lucht wordt naar binnen gezogen om een speciale vloeistof te verwarmen die daardoor verdampt. Een compressor perst die damp samen, waardoor de temperatuur stijgt. Het warme gas komt dan terecht in de condensor. Daar condenseert het tot vloeistof waarbij het warmte afgeeft. Die warmte wordt in huis gebruikt.

Zowel de (hybride) warmtepomp als de HRe-ketel zijn in Hoogkerk aangesloten op een warmtebuffer. Dat wil zeggen dat de geproduceerde warmte niet rechtstreeks het huis in gaat, maar eerst wordt opgeslagen. Hierdoor wordt het aanbod van warmte losgekoppeld van de vraag. De HRe-ketel kan nu voortdurend warmte produceren (dan werkt de Stirlingmotor het best) en de warmtepomp kan aan de slag zodra er elektriciteit is (als de zon ineens schijnt). Alle warmte wordt bewaard totdat het nodig is in huis.

Hybride

In principe werkt de warmtepomp ook als het buiten vriest, maar tijdens piekmomenten kan het dan toch lastig worden. Daarom wordt de pomp vaak gecombineerd met een HR-ketel, die kan dan bijspringen als het nodig is. Dan spreek je van een hybride warmtepomp.

Vraag en aanbod

Met de handige decentrale opwekkers zijn we er nog niet, want al die stroom moet wel op een goede manier gebruikt worden. Daar is de ‘PowerMatcher-technologie’ voor bedacht. De methode is gebaseerd op een multi-agentsysteem, waarin intelligent agents samenwerken om een probleem op te lossen. Elke ‘agent’ komt daarbij op voor zijn eigen belangen, waardoor ‘automatisch’ de meest optimale oplossing tot stand komt.

Zo’n ‘agent’ is in feite een computerprogramma, dus het hele multi-agentsysteem kan zich op één computer bevinden. Maar in dit geval zijn de agents de computerprogramma’s van de slimme huishoudelijke apparaten, de elektriciteitsopwekkers en het centrale regelsysteem. Dat zie je in de illustratie hieronder.

Elk apparaat heeft zijn eigen ‘agent’ (computerprogramma). Die vertelt het ‘groepshoofd’ – of direct ‘de veilingmeester’ – hoeveel stroom het apparaat wil hebben of juist te bieden heeft. De ‘veilingmeester’ houdt deze berichten in de gaten en geeft door wat de prijs is. Vervolgens kan een apparaat ‘kiezen’ of het de stroom wel op niet koopt/levert.

Het systeem is opgezet als onderhandelingssysteem, vandaar de woorden als ‘bod’ en ‘prijs’. Het is als het ware een markt van vraag en aanbod, waarbij elektriciteitsopwekkers stroom aanbieden en apparaten daar een bod op doen. De prijs wordt beïnvloed door de omstandigheden: schijnt de zon bijvoorbeeld volop, dan zal de stroom van het zonnepaneel goedkoper zijn, waardoor die stroom het eerst verkocht wordt. Aan de andere kant zal de wasmachine-agent even wachten met stroom kopen als de prijs hoog is. Zo zorgt het PowerMatcher-mechanisme ervoor dat vraag en aanbod op elkaar wordt afgestemd.

Werkt het ook?

Met de proef in Hoogkerk wordt onderzocht of de PowerMatcher-techniek een goede manier is om duurzame decentrale energieopwekking optimaal in te zetten. Daarnaast willen de onderzoekers kijken of concepten als warmtepompen en HRe-ketels goed werken bij zonne- en windenergie. Dat zijn namelijk deels onvoorspelbare energiebronnen en de vraag is of de apparaten – in combinatie met de warmtebuffer – een huis desondanks altijd van warmte kunnen blijven voorzien.

Lees over het combineren van elektrische auto’s met smart grids in het Kennislinkartikel ‘Elektrische auto’s: slim en schoon’
Flickr: Yuriy Akopov

De resultaten van de proef worden deze maand verwacht. René Kamphuis, onderzoeker bij Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN), zegt dat het systeem goed blijkt te werken. “In het voor- en naseizoen konden onverwachte pieken en dalen in de productie van de zonnepanelen worden ‘weggeregeld’: het was geen probleem als de panelen minder opbrachten dan verwacht. Dat werkte ook bij windenergie in de zomer. Die bleek goed te voorspellen voor de volgende dag, maar op kwartierbasis was het veel moeilijker. Met de buffer werd dit echter opgevangen en was het niet nodig piekcentrales in te schakelen,” aldus Kamphuis.

De bewoners stelden zich in ieder geval over het algemeen positief op, wat te maken kan hebben met de energierekening: die blijkt te dalen. Gezien de resultaten wordt op dit moment gewerkt aan fase II. “De komende twee jaar gaan we kijken naar het op grotere schaal inpassen van elektrisch vervoer en het uitbreiden van de PowerMatcher-technologie,” vertelt Kamphuis. “Net als in de eerste fase, zal worden onderzocht hoe de ‘virtuele energiecentrale’ in Hoogkerk de efficiëntie van elektriciteitsdistributie kan vergroten.”

Het PowerMatching City project is onderdeel van het Europese project ‘Integral’. ECN is daarvan coördinator. In Hoogkerk werken ze samen met Essent, HUMIQ en KEMA.

Zie ook:

Lees meer over duurzame techniek op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/techniek/duurzaam/index.atom?m=en", “max”=>"7", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 april 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.