Oplossingen voor netcongestie en efficiënt gebruik van het elektriciteitsnet

Wat is netcongestie?

“Netcongestie kun je vergelijken met 'file' op het elektriciteitsnet”, vertelt TNO-expert Hanna van Sambeek. “We hebben er last van als er meer van het netwerk wordt gevraagd dan het aan kan. Dat kan komen door een te groot aanbod op een bepaald moment, of juist door een te grote vraag. Door de energietransitie stijgen zowel vraag als aanbod van elektriciteit, waardoor de capaciteit van het elektriciteitsnet op steeds meer plekken, op piekmomenten, ontoereikend is.”

Netcongestie is een probleem op alle vlakken in het elektriciteitsnet, zowel hoogspanning (de snelwegen), middenspanning (provinciale wegen) als laagspanning (lokaal in de wijk tot aan de voordeur). Er zijn meerdere oplossingen om de problemen van netcongestie te verminderen. In de basis komen die neer op: uitbreiding van capaciteit of het beter benutten van het elektriciteitsnet.

Uitbreiding netcapaciteit

Netverzwaring is het meest voor de hand liggend als je denkt aan netcongestie. Dit kost echter vele jaren en vergt enorme investeringen, doordat materialen en ruimte schaarser en duurder zijn geworden en we mensen tekort komen om het werk uit te voeren.

Netbeheerders en overheden werken samen in het Landelijk Actieplan Netcongestie (LAN) aan het versnellen van vergunningen en aanleg, het beter benutten van infrastructuur en het aanmoedigen van flexibel gebruik.

Efficiënt omgaan met netcapaciteit

Hanna: “Lokaal energie opwekken met zonnepanelen en het gebruik van warmtepompen helpt de energietransitie, maar het huidige netwerk is er niet voor ontworpen. Warmtepompen die massaal inschakelen op hetzelfde moment en grote hoeveelheden auto’s die rond zes uur ’s avonds laden vormen een zware belasting van het net. Een oplossing hiervoor is flexibiliteit: het beter afstemmen van aanbod en verbruik van elektriciteit.”

Dit is precies waarvoor TNO in nationale en Europese projecten al lange tijd onderzoek naar doet en kennis toepasbaar maakt voor de praktijk.

Oplossingen netcongestie

Om netcongestie op te lossen moet er gekeken worden naar verschillende aandachtsgebieden. TNO ontwikkelt kennis waarmee veranderingen ondersteund worden op drie aandachtsgebieden die een grote rol spelen in het oplossen van netcongestie:

1. Het toekomstige energiesysteem – integraal analyseren en ontwerpen van onze energiesysteem.
2. Marktordening – veranderingen in wet- en regelgeving, en aangepaste organisatie- en samenwerkingsprocessen.
3. Eindgebruikers (huishoudens, bedrijven, energiegemeenschappen en energy hubs) – de rol van voorkeuren, behoeften en gedrag van eindgebruikers in energie aanbod en vraag en het afstemmen van gelijktijdigheid hierin.

1. Energienetten op systeemniveau

Op systeemniveau werkt TNO aan het integraal ontwerpen van onze energie-infrastructuur. Hier worden de elektriciteits-, warmte- en gas- en waterstofnetten niet afzonderlijk benaderd, maar wordt er juist gekeken hoe ze in samenhang te optimaliseren zijn. Op welke plekken in welke gemeenten en wanneer is welke energiebron gewenst – en hoe is dat te realiseren? Welke energie moet waar voorrang krijgen?

Hiervoor combineren we onze domeinkennis van energie met die van industriële processen, gebouwde omgeving, mobiliteit en slimme ICT-systemen. TNO ontwikkelt modellen en tools om opwek, transport, conversie, opslag en verbruik zorgvuldig in het systeem te balanceren en zo leveringszekerheid te bieden. We werken aan oplossingen voor netcongestie die toekomstgereed zijn.

2. Marktordening

Een paar jaar geleden kon de netbeheerder de verwachtingen van aangeslotenen en marktpartijen meestal waarmaken, maar nu dat door netcongestie lastiger wordt zien we dat verwachtingen en verplichtingen naar elkaar toe veranderen. Dit leidt tot voorstellen om wet- en regelgeving aan te passen, maar het vraagt ook om verandering in bestaande organisaties en het opzetten van nieuwe samenwerkingsprocessen (project EIGEN). Daarbij moet worden gewaarborgd dat de elektriciteitsvoorziening betrouwbaar (project met DSS, leveringszekerheid), eerlijk (fair curtailment) en betaalbaar (billy) blijft.

TNO-experts voorzien beslissers in marktordeningsvraagstukken die nu spelen van diepe en brede systeemkennis, maar bieden ook een blik vooruit. Nu moeten we haalbare keuzes maken in marktordening bijvoorbeeld over nettarieven of aansluit- en transportovereenkomsten (artikel KIPenergyhubs22). Kennis en vooruitkijken helpt om veranderingen doordachter door te voeren. Tegelijkertijd werken we aan het uitwerken en doorrekenen van toekomstscenario’s (Jos PBL studie, etc., GO-E) en het analyseren van nieuwe oplossingen (TradeRES, DEMOSES, MEGAMIND, SynergyS). Deze studies helpen stakeholders met het in kaart krijgen van de opgave en het vormen van een visie op hun bijdrage aan de oplossing.

3. Eindgebruikers

Om het huidige elektriciteitsnet beter te benutten moeten we vraag en aanbod beter op elkaar afstemmen. TNO onderzoekt in verschillende projecten de behoeften, voorkeuren en het gedrag van eindgebruikers (huishoudelijke consumenten, bedrijven, energiegemeenschappen en energy hubs) en implementeert diverse oplossingen die de gelijktijdigheid in vraag naar en aanbod van elektriciteit beter op elkaar afstemmen. Door sociaal innovatie onderzoek naar behoeften, voorkeuren en gedrag van eindgebruikers te vertalen naar technische oplossingen voor de praktijk wordt een hoge adoptiegraad van innovaties gerealiseerd.

Flexibiliteit en eindgebruikers

Door energie-efficiëntie en flexibiliteit kunnen we een betere balans in afname en teruglevering (opwek) realiseren. Daarmee gaan we efficiënter om met bestaande infrastructuur en is meer elektrificatie mogelijk. Hieronder volgen vier concrete voorbeelden.

Slim netwerk in huis (HEMS)

Efficiënter omgaan met de capaciteit op het laagspanningsnet is een manier om netverzwaring te voorkomen. Zo ontwikkelde TNO het Europese protocol S2, waardoor alle denkbare elektrische apparatuur van verschillende leveranciers kan communiceren met een zogeheten Home Energy Management System (HEMS). Zonnepanelen, thuisbatterijen, laadpalen en warmtepompen vormen een grote belasting voor het elektriciteitsnet, maar door ze slim aan te sturen en te laten samenwerken is veel winst te behalen. S2 maakt het bijvoorbeeld mogelijk dat je auto langzamer oplaadt op het moment dat de warmtepomp meer stroom nodig heeft. Of de netbeheerder geeft je korting op het nettarief als je aantoonbaar meehelpt het net te ontlasten.

Flex in de gebouwde omgeving

Flexibiliteit met elektrische auto’s en warmtepompen is veelal voldoende aanwezig, maar die wordt nog niet voldoende benut. Zo’n 80% tot 92% van de huishoudelijke consumenten blijkt bereid om de flexibiliteit via apparaten zoals warmtepompen, elektrische auto's, thuis- of buurtbatterijen en zonnepanelen ook daadwerkelijk beschikbaar te stellen om congestie te voorkomen. Daarvoor moeten er wel de juiste prikkels gegeven worden. Dit zijn resultaten uit het project Gebouwde Omgeving Elektrificatie (GO-e). Daarin onderzocht TNO met netbeheerders, technische universiteiten en marktpartijen hoe slimme flexibiliteitsdiensten het elektriciteitsnet kunnen ontlasten. Het GO-e consortium geeft voor het eerst gedetailleerd inzicht in de potentie van flexibiliteit als oplossing voor netcongestie in de gebouwde omgeving. Het project laat zien dat er een grote kans is op congestie in sommige laagspanningsnetten als daar de komende jaren niets verandert.

Energy Hubs

Een groeiend aantal ondernemers op bedrijventerreinen slaat de handen ineen om samen te verduurzamen. Dat maakt hen minder afhankelijk van fossiele brandstoffen, reduceert de CO2-uitstoot en helpt het overvolle elektriciteitsnet te ontlasten. In zogeheten energiehubs kunnen ze opwek en verbruik van groene stroom slim organiseren. De routekaart ‘Samenwerken in energiehubs’ van RVO biedt ondernemers, burgers, wijken, netbeheerders en beleidsmakers een overzicht van de mogelijkheden, vertaalt belemmeringen in acties en biedt handvatten om hiermee aan de slag te gaan.

Gedragsverandering

Consumenten kunnen door gedragsverandering bijdragen aan oplossingen. Dat gebeurt overigens ook op tal van plekken door zelf het initiatief te nemen en met de buurt werk te maken van verduurzaming. Zo vervullen de meer dan 700 lokale energiegemeenschappen met zo’n 120.000 aangesloten burgers een onmisbare rol in het halen van de klimaatdoelstellingen. Energie die lokaal wordt opgewekt en verbruikt, voorkomt kostbaar transport over het elektriciteitsnet en daarmee netverzwaring.