Transitie Roadmap Energie Infrastructuur in Nederland (TREIN-1)
Openbaar eindrapport
Project EOSLT05017 Eindhoven 30 Maart 2010
Transitie Roadmap Energie Infrastructuur in Nederland (TREIN-1) Openbaar Eindrapport van de eerste fase van het TREIN-project
Project EOSLT05017
Penvoerder Projectleider
Technische Universiteit Eindhoven Dr.ir. G.P.J. Verbong
Medeaanvragers
Kema Nederland BV Alliander
Mede-uitvoerders
Gasunie Engineering & Technology (Kema GCS\Gasunie) Centraal Planbureau (CPB)
Projectperiode
1 januari 2007 – 1 oktober 2009
Voor informatie en vragen kunt U contact opnemen met:
[email protected] Het project is uitgevoerd met subsidie van het Ministerie van Economische Zaken, regeling EOS: Lange Termijn uitgevoerd door Agentschap.NL 2
Inhoudsopgave
1. Inleiding en vraagstelling 2. Uitgangspunten en scenario´s 3. De profielgenerator 4. Het elektriciteitsmodel 5. Het gasmodel 6. Het economisch model 7. Reguleringstheorie 8. Economische experimenten 9. Discussie 10. Conclusies en aanbevelingen 11. Relevantie van het onderzoek 12. Publicaties 13. Referenties
p. 4 p. 7 p. 10 p. 12 p. 13 p. 14 p. 16 p. 17 p. 18 p. 20 p. 22 p. 24 p. 24
3
Transitie Roadmap Energie Infrastructuur in Nederland (TREIN-1) 1. Inleiding en vraagstelling De Energietransitie is vooral gericht op nieuwe technologieën (bijvoorbeeld micro-wkk), het optimaal inzetten van energiebronnen, productiemethoden (bijvoorbeeld offshore windparken, biomassa en PV) en de ontwikkeling van nieuwe energietoepassingen (zoals elektrische auto‟s en plug-in hybride auto‟s). De effecten op de infrastructuur zijn echter nog grotendeels onderbelicht gebleven. Andere factoren die van invloed zijn, zijn de internationalisering van de energiemarkt met de bijbehorende handel en doorvoer, de toenemende afhankelijkheid, vermindering van de Nederlandse gasproductie, de komst van mogelijke LNG terminals en gasbergingen. Door de grote investeringen en de lange levensduur is duidelijk dat de huidige energie-infrastructuur een integraal en centraal onderdeel zal blijven uitmaken van de toekomstige duurzame energievoorziening. Wel zullen aanpassingen noodzakelijk zijn om in te kunnen spelen op de veranderingen die noodzakelijk zijn in het kader van de verduurzaming van de energievoorziening. De risico‟s zijn vooral gelegen in de betrouwbaarheid van de infrastructuur en de acceptatie door de markt en overheid. Een ander risico is dat „verkeerde‟ keuzes in de infrastructuur kunnen leiden tot het veel duurder worden van de noodzakelijke infrastructuur. Ervaringen van netbeheerders laten zien dat aanpassingen in het netwerk om elektrische warmtepompen (en bijverwarming) toe te passen, sterk verhogend kunnen werken op de investeringen. In Zutphen, wijk de Teuge, heeft Alliander een netwerk aangelegd voor 184 woningen met elektrische warmtepompen en elektrische bijverwarming. In een normale wijk zou de energie infrastructuur ca € 100.000 hebben gekost (50.000 Elektriciteit en 50.000 gas). In deze wijk ligt nu een elektrische infrastructuur van € 700.000(!), omdat vooral tijdens strenge winters een zeer grote elektriciteitsvraag wordt verwacht. Hoewel dit hoogstwaarschijnlijk een extreem geval is, laten andere voorbeelden, ook van andere netbeheerders, zien dat de benodigde extra investeringen een veelvoud kunnen bedragen van de investeringen die normaal voor de energieinfrastructuur noodzakelijk zijn. Dit is een zeer serieuze factor in de afweging tussen de verschillende energieopties. Essentieel is de vraag hoe de verschillende partijen in het energienetwerk van de toekomst met de mogelijkheden zullen omgaan. Hoe zullen de “prosumers”, die niet alleen consumeren maar ook produceren (al dan niet automatisch) reageren op marktinformatie zoals prijzen. Zelfs de aanname dat ze dit willen staat ter discussie. Welke mogelijkheden hebben netbeheerders om te investeren in nieuwe technieken of welke prikkels moeten ze krijgen om dit te kunnen doen en is het mogelijk om met decentrale investeringsbeslissingen de netten overeind te houden? Wie wordt verantwoordelijk voor het opvangen van verschillen tussen vraag en aanbod bijvoorbeeld door energieopslag? Tot nu toe heeft het onderzoek zich echter nog vooral op het technische deel geconcentreerd. Het TREIN-project richt zich er expliciet op om in de behoefte aan bredere pilot projecten te voorzien, met een focus op de rol en mogelijkheden van regulering. Dit sluit ook uitstekend aan op de recente ontwikkelingen in Nederland, met name het opzetten van zogenaamde proeftuinen om verschillende vormen van smart grids in de praktijk te testen. In de Visie zoals die door het Europese SmartGrids Technology Platform is ontwikkeld, wordt er uitdrukkelijk op gewezen dat voor een succesvolle transitie alle relevante stakeholders betrokken dienen te zijn bij het ontwikkelen en implementeren van SmartGrids. Daarnaast pleit het Technology Platform voor breed opgezette experimenten: ”There is a strong need for pilot projects, not only in the technical sense but also at the markets and organisational level. For example, regulatory regimes should be revised, based on new knowledge about how regulation should work to provide incentives for innovation. New organisational structures can be implemented and monitored for the benefit of all parties, for example allowing network companies to conduct limited commercial activities with respect to long time investments.” (Vision and Strategy, European Technology Platform - SmartGrids Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, Brussels 2006, p. 23)
4
In experimenten, op het technische vlak met nadrukkelijk componenten op het economische en sociale vlak, kunnen concepten worden getoetst, het draagvlak vergroot en de acceptatie van nieuwe technieken, markten en organisaties bevorderd. Een integrale benadering over de verschillende lagen is hierbij cruciaal. Het uitvoeren van dergelijke geïntegreerde experimenten maakt het mogelijk om in de praktijk te leren hoe een transitie naar een duurzame energievoorziening eruit kan zien en wat de effecten van nieuwe decentrale technologie op de netten is. De experimenten spelen een cruciale rol in het verkennen van een transitiepad (of paden) en kunnen zo bijdragen aan een paradigmaverschuiving en het versnellen van het transitieproces. De toekomstige energie-infrastructuur zal dus grote hoeveelheden duurzame (de)centrale energiebronnen op moeten kunnen nemen, transporteren en afgeven. Het kenmerk van deze bronnen en afnemers is dat ze in zekere mate onvoorspelbaar zijn. De verwachting is daarom dat in de toekomst de onzekerheid in de energievoorziening verder zal toenemen, wat de inpassing van duurzame technologieën zal belemmeren. Om dit te onderzoek is het TREIN-project opgezet. TREIN staat voor Transitie Roadmap Energie Infrastructuur Nederland. De algemene vraagstelling voor het TREIN-project luidt: Wat is het effect van nieuwe decentrale technologieën op de bestaande en toekomstige energie-infrastructuur (en vice versa) en op welke wijze kunnen experimenten worden gekozen en vorm gegeven om de transitie naar een duurzame energievoorziening te versnellen? Het TREIN programma bestaat uit drie grote onderdelen, te weten: 1. Opstellen eisen, modelontwikkeling en voorbereiding experimenten; TREIN-1. Dit is het eindverslag van de eerste fase van het TREIN project 2. Opzetten en uitvoeren van experimenten op laboratoriumschaal en (kleinschalige) deelexperimenten in het veld ter validatie, verificatie en verfijnen van de modellen. Deze fase is per 1 oktober 2009 van start gegaan 3. Het uitvoeren van maatschappelijke experimenten om bij gewenste doelfuncties de essentiële stappen te identificeren die een overgang naar de gewenste duurzame energievoorziening kunnen bewerkstelligen (= TREIN-3).
Figuur 1 geeft een overzicht van de verschillende modellen die binnen het TREIN-project worden ontwikkeld en hun onderlinge samenhang. profielgenerator gas en elektriciteit
netwerkmodel elektriciteit
netwerkmodel gas
Optimalisatiemodel Technische modellen (elektriciteit en gas)
Simulatiemodel Reguleringstheorie
Economische Experimenten
Figuur 1: overzicht van de modellen binnen het hele TREIN-project en hun onderling verband. 5
Het TREIN-1 project omvat de volgende onderdelen Het vaststellen van uitgangspunten en scenario‟s voor het project (Kema/TU/e) (2.3) De ontwikkeling van een profielgenerator (Gasunie Engineering, 2.4) Het ontwikkelen van een elektriciteitsmodel (TU/e-E, 2.5) Het gasmodel (Alliander, 2.6) Het economisch of kosten optimalisatiemodel (CPB, 2.7) Het identificeren van de belangrijkste thema‟s met betrekking tot de regulering van energieinfrastructuren (CPB, 2.8) en eerste resultaten economische experimenten (CPB/UvA, 2.9) Discussie en conclusies (2.9 en 2.10)
Scenarios
Future gas/heat demand Future electricity demand Extent of sustainability Future network structures Production possibilities
Customer needs/desires Policy Technical possibilities
Profiles New G network CHP
Electricity model Steady state Transient state Technical boundaries Bottlenecks Possible solutions
Economic Optimalization model
Economically optimized network
Economically optimized network
Gas model Steady state Transient state
New E network
E & G demand & supply Generators,storage, techniques Time? Correlation? Simultanity
Costs existing network/renovation/extension Price new techniques
Optimalization criterion
Old E & G networks
Figuur 2 Samenhang tussen de verschillende in TREIN-1 ontwikkelde modellen
6
2. Uitgangspunten en scenario´s In 2001 is het project Energietransitie van start gegaan met de Visie lange termijn energievoorziening. Twee jaar later hebben Transitieteams 23 paden voorgedragen voor de EnergieTransitie. In 2004 zijn deze transitiepaden herordend en gebundeld tot de huidige zeven transitieplatforms. De thema‟s van deze platforms zijn Duurzame Mobiliteit, Groene Grondstoffen, Ketenefficiency, Nieuw Gas, Duurzame Elektriciteitsvoorziening, Gebouwde Omgeving en Kas als Energiebron. Deze thema‟s zullen richtinggevend zijn voor het lange termijn energiebeleid in Nederland. In verschillende van deze thema‟s speelt de ontwikkeling van de infrastructuur een cruciale rol. In 2008 verscheen het actieplan „Naar een duurzame energievoorziening, Decentrale Infrastructuur‟, een gezamenlijk project van het de platforms Duurzame elektriciteitsvoorziening en Nieuw Gas (2). F
Het Actieplan identificeert een aantal knelpunten waarvoor actie vereist is. Daarnaast worden voor een aantal technische opties verwachtingen uitgesproken over mogelijke penetratie en belangrijkste knelpunten. Op basis van het Actieplan en van eerdere visiedocumenten van de verschillende platforms kan worden geconcludeerd dat bij het formuleren van de scenario‟s nog niet of te weinig rekening is gehouden met verschillende combinaties van toepassingen maar ook niet met de competitie tussen de opties en de beschikbare afzetmarkten. Het meest opvallend is dit voor de toepassing van laagwaardige warmte. In de toekomst lijkt het aantal aanbieders van laagwaardige warmte alleen maar toe te nemen, terwijl het aantal mogelijke afnemers afneemt. De toekomstbeelden krijgen daarmee het karakter van wensbeelden of, positiever geformuleerd, van wat voor mogelijk wordt gehouden mits de omstandigheden en het beleid optimaal zijn voor de betreffende opties. Om uitspraken te kunnen doen over de ontwikkeling van de energie-infrastructuur is het noodzakelijk om over een aantal onderwerpen duidelijke aannames en uitgangspunten vast te stellen die in het vervolg van het project gehanteerd zullen worden. In het kader van onderzoek naar de toekomstige elektriciteitsnetwerken zijn verschillende transitiepaden verkend. Een belangrijk criterium hierbij was het niveau waarop het balanceren van vraag en aanbod plaatsvindt. Met behulp van de transitietheorie zijn een drietal mogelijke transitiepaden in kaart gebracht en verkend (3). Alle drie transitiepaden zijn technologisch mogelijk en leiden tot een substantiële verduurzaming van de energievoorziening. Ook zijn in alle drie paden grote investeringen en aanpassingen in de infrastructuur noodzakelijk. Het meest ingrijpende en interessante transitiepad is dat waarin decentrale opwekking en lokale actoren een vooraanstaande rol spelen. Dit is ook het uitgangspunt bij de beschouwingen over de noodzaak en mogelijkheden van smart grids. Op grond hiervan is in dit project gekozen om te focussen op decentrale opwekking in de Meekswijk, een voor Nederland representatieve referentiewijk. Op grond van een literatuurverkenning en consultatie van stakeholders is een set van scenario‟s ontwikkeld. Deze scenario‟s geven een goede en robuuste weergave van de ontwikkelingen waarvan we nu kunnen verwachten dat ze de grootste impact op de infrastructuur zullen hebben, respectievelijk het meest waarschijnlijk zijn op de korte en middellange termijn (de penetratiegraad). Deze set van alternatieven zal in het vervolg van het project worden gehanteerd (zie onderstaande tabellen 1 en 2). Indien noodzakelijk zijn aanvullingen eenvoudig toe te passen. Een eerste inventarisatie van de al uitgevoerde en geplande experimenten op dit gebied laat zien dat de gemaakte keuzes goed overeenkomen met de ontwikkelingen op dit gebied in Nederland. De nadruk bij de huidige experimenten ligt vooral op technische aspecten. In dit opzicht vormt het TREIN-project een wezenlijke verbreding en verdieping van de zoektocht naar een duurzame, betrouwbare en betaalbare toekomstige energie-infrastructuur.
7
Tabel 1 Overzicht selectie opties en de grootste impact Nr
Omschrijving
Globaal effect
1
Bestaande bouw
Hoge G-vraag
μ-WKK unit met PV en opslag voor elektriciteit absorptiekoeling
Lage E-vraag
Geen thuisladen van elektrische auto 2
Bestaande bouw EWP
Geen G-vraag Verhoogde E vraag
Elektrische airconditioning Geen thuisladen van elektrische auto 3
Bestaande bouw
Globaal gelijkblijvende E- en G-
Conventionele HR-ketel Elektrische airconditioning
vraag
Geen thuisladen van elektrische auto 4
5
Nieuwbouw EWP
Geen G-vraag Verhoogde E vraag (lager dan
Elektrische airconditioning Geen thuisladen van elektrische auto
bij 2)
Nieuwbouw
Verlaging G-vraag, ongeveer
Conventionele HR-ketel Elektrische airconditioning
gelijkblijvende E-vraag
Geen thuisladen van elektrische auto 6
Bestaande bouw μ-WKK unit met PV en opslag voor elektriciteit
Verhoogde G-vraag Verhoogde E-vraag
absorptiekoeling Thuisladen van elektrische auto 7
Bestaande bouw
Geen G-vraag
EWP Elektrische airconditioning
Sterk verhoogde E-vraag
Thuisladen van elektrische auto 8
Bestaande bouw
Globaal gelijkblijvende G-vraag
Conventionele HR-ketel
Verhoogde E-vraag
Elektrische airconditioning Thuisladen van elektrische auto 9
Nieuwbouw EWP
Geen G-vraag Sterk verhoogde E-vraag
Elektrische airconditioning
(echter lager dan 7)
Thuisladen van elektrische auto 10
Nieuwbouw
Verlaging G-vraag,
Conventionele HR-ketel
Verhoogde E-vraag
Elektrische airconditioning Thuisladen van elektrische auto 8
Tabel 2 Overzicht aannames en penetratie opties in 2030 Nr
Omschrijving
Specificaties
Penetratiegraad in 2030
1
Bouwmaatregelen
EPC nieuwbouw = 0,6
Nieuwbouw 25%,
EPC bestaand = 0,9
Bestaand 75% 60% van bestaande bouw, rest
2
μ-WKK
Eff. E = 18% (lhv) Eff W = 89% (lhv)
3
Elektrische warmtepomp
COP=5,0 elektrische
50%, rest
piekverwarming
conventioneel
conventioneel
4
Conventionele HR-ketel
Eff. W = 107% (lhv)
100%
5
Koeling
COP E = 0,8 COP AK = 0,65
80%, rest niet
Capaciteit 0,7 kW (koelte) 6
Elektrische auto
Vraag patroon 7kWh, en maximaal
Indien thuisladen
1 kW in het nachtdal
gebeurt dan bij 50%, rest niet
9
3.
De profielgenerator
Voor een zo groot mogelijk draagvlak voor de uiteindelijke bevindingen van TREIN dienen de profielen realistisch te zijn. In het bijzonder dient expliciet rekening gehouden te worden met alle factoren die nu al onderwerp van de discussies vormen betreffende warmtepompen, micro-wkk, zon-PV en elektrische mobiliteit. Om dit te bereiken bevat de profielgenerator alle relevante dynamische eigenschappen van woningen, typisch bewonersgedrag en de specifieke eigenschappen verwarmingstoestellen. Tevens wordt zowel naar standaard als extreme klimatologische omstandigheden gekeken. Het profiel van de woningen onder standaard omstandigheden levert de informatie over karakteristieke jaarvolumes, het profiel onder extreme omstandigheden levert de informatie over vermogensmaxima ten behoeve van netbeheer. Samengevat moeten de data dus aan de volgende eisen voldoen: Realistische woonwijkgrootte Realistische tijdsresolutie Realistisch gedrag objecten De gekozen methode is een zogenaamde ”bottom-up” aanpak. Op basis van een lijst van eigenschappen van de woningen, bewoners en toestellen wordt een set van tientallen woningen “van de grond af” opgebouwd waarna ze vervolgens allen tegelijk de simulatie periode doorlopen. Hierbij worden parameters zoals thermostaatinstelling, tapwaterprofiel, etc. per individuele woning gevarieerd. Het verwarmingstoestel vult vervolgens de warmtevraag in met een primaire warmtebron (HR ketel, micro-wkk of warmtepomp) en in geval van nood een secundaire warmtebron, zoals een bijstookbrander of elektrisch stookelement. Vervolgens kunnen bovenop deze profielen de elektriciteitprofielen ten gevolge van overig verbruik, zon-PV of elektrische mobiliteit worden toegevoegd. Aan de hand van de op deze wijze verkregen grote set van individuele gas- en elektriciteitsprofielen worden vervolgens gegeneraliseerde (gewogen gemiddelde) profielen voor specifieke groepen eindverbruikers samengesteld. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het profiel voor “nieuwbouw+gezin+warmtepomp” of “bestaande bouw met ketels”. Deze gegeneraliseerde profielen vormen uiteindelijk de basis voor de analyses van de verschillende in dit project gehanteerde scenario‟s en het vinden van optimale marktsituaties. Een voorbeeld van de bijzondere soort analyses dat met de TREIN profielgenerator-tool kan worden gedaan staat weergegeven in onderstaande figuur 3. In dit voorbeeld wordt een “gemiddelde” woonwijk, bestaande uit 100% bestaande bouw uitgerust met respectievelijk 100% Hr-ketels, 100% Stirling micro-wkk en 100% hybride warmtepompen (elektrische warmtepomp met gasbijstook). Deze wijken worden vervolgens onderworpen aan extreme klimatologische omstandigheden, van strenge winter tot hete zomer. Figuur 1 A geeft de gemiddelde gasvraag per woning weer en figuur 1B de bijbehorende belastingduurkromme. Figuur 1B en D geven de gemiddelde elektriciteitsvraag per woning en de bijbehorende belasting duurkromme. Voor de netbeheerder is cruciaal hoe hoog en lang de gas- en elektriciteitspiek zal zijn en vooral ook op welk tijdstip deze nu valt. In dit specifiek voorbeeld (aangeven als 1,2 en 3): 1. De gaspiek valt niet hoger uit met 100% micro-wkk als met 100% Hr-ketels omdat de slimme regeling van de micro-wkk „s nachts de woning minder laat afkoelen. De piek van de hybride ketels is 60% lager als voor Hr-ketels. 2. De piek elektrische belasting valt voor de wijk met hybride ketels 100% hoger uit als voor de wijk met 100% Hr-ketels De piekelelektriciteitsbelasting in de wijk met 100% micro-wkk valt slechts 20% lager uit. 3. De wijk met 100% micro-wkk kan in het extreme geval veel elektriciteit exporteren, vrijwel net zoveel als de maximale vraag. Het extremum kan dus een minimum zijn! De maximale teruglevering vindt echter plaats op koude winternachten en de maximale vraag van de micro-wkk wijk ligt nu in de flank/zomer periode. De bovenstaande bevindingen zijn nog onder voorbehoud. Pas na kalibratie van de profielgenerator aan de hand van praktijkmetingen zal blijken of de effecten beschreven in 1, 2 en 3 inderdaad op de beschreven wijze en met de beschreven sterkte optreden. In de eerste fase van TREIN is primair gefocust op het ontwikkelen van de methodiek en demonstreren van de basisfunctionaliteit. De belangrijkste taak binnen TREIN 2 betreffende de profielgenerator is dan ook het valideren van de output aan de hand van praktijkmetingen. Tevens dient nog een aantal extra “nice-to-have” functionaliteiten te worden toegevoegd zoals koeling, elektrische mobiliteit en zon– PV en “intelligent grid” regelingen op de micro-wkk‟s en warmtepompen. Tevens zal in TREIN 2 sterk de nadruk worden 10
gelegd om de profielgenerator in te bedden in een spelomgeving zodat deelnemers zelf mogen proberen om tot een optimale duurzame toekomst te komen!
1 Gas extreme
gas (m3/h)
0,8
A
0,6 0,4 0,2
A
0 24 1,2
48
72
96
120
144
168
time (h)
gas (m3/h)
1
100% Hr-ketels
0,8 0,6
Gas extreme
B
1
100% micro-wkk
0,4 0,2
100% hybride ketels
0 2
Electricity extreme
Elect (kW)
1,5
C
1 0,5 0 -0,5 24
48
72
96
120
144
168
-1 -1,5 2,5
time (h)
2 Electricity extreme
Elect (kW)
1,5
D
2
1 0,5 0 -0,5
0
20
40
60
80
3
100
-1 % of time
Figuur 3: Voorbeeld output profielgenerator: de gas- en elektriciteitsvraag van drie typen woonwijken met 100% Hr-ketels (zwart), micro-wkk (blauw) en warmtepompen met gasbijstook (rood)) onder extreme klimatologische omstandigheden. Data zowel in ruwe vorm (A en C) als gesorteerd van hoog naar laag oftewel de belastingduurkromme (B en D). De gas- en elektriciteitextremen zijn aangeven met 1,2 en 3, zie tekst voor toelichting.
11
4. Het elektriciteitsmodel Het doel van het elektriciteitsmodel (E-model) is om mogelijke problemen in het elektriciteitsdistributienetwerk te detecteren door de introductie van nieuwe technologieën. Hiervoor worden netberekeningen uitgevoerd op een testnetwerk (het elektriciteitsnetwerk van de Meekswijk) voor verschillende scenario‟s. De input van het E-model bestaat uit: Vermogenprofielen van belastingen en generatoren (geleverd door de profielgenerator, die rekening houdt met energiebehoeftes voor warmte, toestellen, sanitair,…, weersomstandigheden, huiskenmerken zoals isolatie,…) Gegevens over de penetratie van nieuwe technologieën (jaar van introductie, spreiding over de wijk, evolutie van de penetratiegraad) Stijging/daling van de belasting in functie van de tijd (kan ook beïnvloed worden door de nieuwe technologieën) Investeringsbeslissingen (afkomstig van economisch model) Het E-model levert een overzicht van de mogelijke problemen: soort probleem, locatie in het netwerk en tijdstip. Wanneer er problemen zijn, worden er mogelijke oplossingen voorgesteld. Het economische model kiest de beste oplossing of beslist om een klein probleem te laten bestaan en er een boete aan te koppelen. Het elektriciteitsmodel laat toe om te simuleren waar, wanneer er welke problemen optreden in het laagspanningsnet van een woonwijk voor willekeurige (toekomst-)scenario‟s van verbruik en opwekking van elektriciteit. Hiervoor is de elektriciteitsinfrastructuur van de Meekswijk geïmplementeerd in DIgSILENT-PowerFactory. Gebruikmakend van het model is een zelfvoorzienende woonwijk gesimuleerd. Over het algemeen zijn de effecten van decentrale opwekking in het LS-netwerk veelbelovend. Er is echter behoefte aan piekverschuiving. De opslageenheden leiden tot minder energie-uitwisselingen met het hogere net en lagere transportverliezen. Het effect van de lagere transportverliezen wordt echter teniet gedaan door de opslagverliezen. Voor een eenvoudig netwerk is een controlestrategie geïmplementeerd voor de regeling van spanning en frequentie. De simulatieresultaten geven aan dat voor laagspanningsnetten resistieve droop controle beter in staat is (dan inductieve droop controle) om spanningen binnen de grenzen van de netcode te houden, spanningsonbalans te verminderen en in geval van autonome werking de netspanning en netfrequentie te creëren. Labexperimenten zijn nodig om simulatieresultaten te verifiëren. In het vervolg zal een controlestrategie geïmplementeerd worden waarbij verschillende componenten in het distributienetwerk een actieve rol kunnen spelen bij de controle van spanning, frequentie en vermogenstromen ten behoeve van de netkwaliteit en de optimale benutting van het net. TREIN-2 wordt het elektrisch model uitgebreid (invoer van grote verbruikers, controlestrategie voor groter netwerken, controlestrategie rekening houdend met prijssignalen) en zullen de resultaten gevalideerd worden met labexperimenten.
12
5. Het gasmodel In het kader van het TREIN 1 project heeft Alliander onderzocht wat het effect is van nieuwe huishoudelijke- en industriële decentrale energieopwekkers op het ontwerp van (nieuwe) gasen elektriciteitsnetten. Welke aanpassingen zijn eventueel noodzakelijk om micro-WKK (warmtekrachtkoppeling), WKK, elektrische en/of gaswarmtepompen, zonnecollectoren en/of zonnepanelen zodanig in te passen in de conventionele ontwerpen dat de bestaande gasnetperformance op hetzelfde niveau blijft? Vooral dient inzicht te worden verkregen in de gevolgen (technisch en economisch) van de uitgangspunten die nu bij het ontwerpen van gasnetten worden gehanteerd als de geschetste ontwikkelingen optreden. Wanneer de Meekswijk behandeld wordt als een nieuwbouwwijk, kunnen de aanpassingen in het gasnet vooraf worden meegenomen. De daarbij horende kosten worden dan direct meegenomen in de rentabiliteitsberekening voor de gasnetaanleg in de nieuwbouwwijk. Deze kosten zijn relatief laag. Het achteraf doorvoeren van netaanpassingen aan de Meekswijk voor WKK toepassing heeft financieel veel meer impact zou hebben. Uit de berekeningen blijkt dat minimaal rekening gehouden moet worden met extra kosten die een factor 12 tot 14 hoger liggen ten opzichte van een wijk die op voorhand geschikt gemaakt wordt voor WKK toepassing.
13
6.
Het economische model
Het economisch model van TREIN is een combinatie van economische gegevens en relaties enerzijds en technische gegevens en relaties anderzijds (zie figuur 4). De technische relaties beschrijven de natuurkunde van een wisselstroomnetwerk. Dit is noodzakelijk om te bepalen of de gekozen opties wel technisch mogelijk zijn. Het model zoekt vervolgens het minimum van de kosten van het gehele systeem dat voorziet in de vraag naar warmte en de vraag naar elektriciteit. De kosten bevatten zowel de operationele dagelijkse kosten (“opex”) als de investeringskosten of kapitaalskosten (“capex”). De kosten worden daarom gedefinieerd over een periode van diverse decennia, omdat alleen dan de investeringskosten zinvol meegenomen kunnen worden. Via een disconteringsvoet worden de kosten over de tijd optelbaar gemaakt. Het belangrijkste resultaat is dat het GAMS er nu is en gebruikt kan worden. De rekentijd is aanvaardbaar. De onderzochte scenario‟s komen overeen met berekeningen per huishouden met voorbijzien aan het elektriciteitsnet. Het verbruik van een huis heeft betrekking op een modern (goed geïsoleerd) huis en tevens op het gemiddelde van de twee levensstijlen uit de profielgenerator: “Spartaans” en “Cleopatra”. Daarbij is steeds het voortschrijdend gemiddelde genomen van twee opeenvolgende tijdstippen (waar tien minuten tussen zit), zodat benaderde gemiddelden ontstaan over de tijdvakken van tien minuten, in overeenstemming met de netcode.
36B
Afgaande op deze getallen heeft de introductie van micro-WKK geen (neerwaartse) invloed op het maximale netto verbruik van elektriciteit. Dit komt overeen met de uitkomsten van de profielgenerator. Die tonen weliswaar geen samenloop van verbruik van verschillende typen apparatuur maar wel de afzonderlijke maxima, die ook daar vrijwel gelijk zijn bij HR en micro-WKK. Deze zelfde 1,1 kW (of kVA, zie hieronder) is de norm bij netwerken die nu gebouwd worden door Alliander. Tenslotte merken we nog op dat in de derde regel van de tabel de drie waarden hetzelfde zijn en idem in onderste regel; op die twee tijdstippen is er heel weinig warmtevraag.
Figuur 4 De relaties in het economisch model 14
Tabel 3. Extreem elektriciteitsverbruik uit de profielgenerator netto verbruik (kW) definitie tijdstip alternatieven huis Seizoen uur HR mWKK WP 1.1 maximum HR Winter 11 0.5 2.1 0.2 minimum HR lente/zomer 4 0 0.4 1.1 maximum mWKK Zomer 11 1.1 1.1 minimum mWKK Winter 14 0.3 -0.8 1.8 3.8 maximum WP Winter 16 0.4 -0.7 0.2 minimum WP Zomer 3 0.2 0.2 HR=conventionele hoog-rendement ketel; WP=warmtepomp
school HR 35 ? 17 35 35 17
Het werk aan het economisch model zal worden voortgezet in TREIN-2. Het model zal worden uitgebreid met investeringen in o.a. zon-PV, warmtepompen en de extra vraag naar elektriciteit verbonden aan de eventuele komst van de elektrische auto. Met die versie van het model kunnen o.a. de volgende punten in kaart worden gebracht: 1. Bepaling optimale omvang en tijdstip van investeringen in decentrale opwekkingscapaciteit en warmtepompen enerzijds en netwerken anderzijds. Daarbij kan de afhankelijkheid van verschillende parameters (leercurven en CO2-prijzen) expliciet in beeld worden gebracht. 2. De baten van een smart grid (in termen van een kleiner netwerk) kunnen met het model worden bepaald.
15
7.
Reguleringstheorie
Om te komen tot een duurzame energiehuishouding zal er de komende decennia veel geïnvesteerd moeten worden in infrastructuur (uitbreiding bestaande grids of smart grids), (decentrale) opwekkingscapaciteit (micro-WKK, zonPV, stedelijk wind) en andere nieuwe technologieën (warmtepomp, oplaadpunten voor de elektrische auto). Omdat deze investeringen niet door één marktpartij worden gedaan, is afstemming van deze investeringen vereist. Daarbij doet zich de bijzondere situatie voor dat een deel van deze marktpartijen, denk bijvoorbeeld aan Enexis, Stedin en Alliander, gereguleerd wordt door de NMa/Energiekamer. Deze regulering door de Energiekamer beïnvloedt het investeringsgedrag van deze marktpartijen. Een van de belangrijkste issues die in dit verband spelen is dat de toezichthouder zich contractueel onvoldoende vast kan leggen. Daar waar de investeringen door de netwerkbedrijven een horizon kennen van wel 50 jaar, reikt de horizon van de toezichthouder vrijwel nooit verder dan 10 jaar. Het gevolg hiervan is dat de energienetwerkbedrijven een verminderde prikkel zullen hebben om te investeren in relatief risicovolle, maar wel zinvolle, infrastructuur. Denk hierbij bijvoorbeeld aan investeringen in smart grids of grootschalige uitbreidingen van de bestaande distributienetten in verband met warmtepompen en/of de mogelijke komst van de elektrische auto. Het onderzoek heeft laten zien dat de huidige regulering van de Energiekamer is gebaseerd op de gedachte dat de netwerkbedrijven efficiënter moeten gaan opereren. Dit heeft sinds 2001 geresulteerd in een cumulatieve tariefreductie van 6 miljard euro. De huidige wijze van regulering kan echter leiden tot uitstel van investeringen in netwerken, dat wil zeggen er wordt later geïnvesteerd, dan wenselijk of afstel van investeringen in netwerken, dat wil zeggen er wordt minder of niet geïnvesteerd in netwerken. Er zijn op basis van het literatuuronderzoek twee onderzoekvragen gedefinieerd die in TREIN-2 zullen worden onderzocht. De eerste onderzoeksvraag richt zich op de vraag op welke wijze de toezichthouder bij zijn regulering rekening moet houden met onzekerheden. Daarbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan onzekerheid over de toekomstige vraag naar elektriciteit, onzekerheid over de penetratie van decentrale opwekking en/of onzekerheid over de ontwikkeling over de toekomstige ontwikkelingen kosten van (slimme) netten. De tweede onderzoeksvraag richt zich op de vraag of de toezichthouder de netwerkbedrijven toe moet staan om tariefdifferentiatie toe te passen binnen hun verzorgingsgebied. Daarbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan aansluittarieven of capaciteitstarieven die per wijk/stad verschillend zijn. Redenen voor differentiatie kunnen gelegen zijn in kostenverschillen tussen wijken en/of steden en of verschillen in de resterende capaciteit van het netwerk.
16
8.
Economische experimenten
In TREIN-1 is begonnen met de uitvoering van de zogenaamde economische experimenten. Deze experimenten worden gebruikt om inzicht te krijgen in de vraag in welke mate het gedrag van mensen in gecontroleerde situaties overeenkomt met inzichten uit de economische theorie. Op dit moment zijn twee hoofdvragen geformuleerd. De eerste hoofdvraag richt zich op het effect van regulering door toezichthouders, zoals de Energiekamer, op het gedrag van het netwerkbedrijf, in het bijzonder de investeringsbeslissing. De tweede hoofdvraag richt zich op de coördinatie van investeringsbeslissingen tussen enerzijds het netwerkbedrijf en anderzijds investeerders in decentrale opwekkingscapaciteit. In het kader hiervan is in TREIN-1 een eerste experiment uitgevoerd. Dit experiment moet gezien worden als een basisexperiment van waaruit andere experimenten (uit te voeren in TREIN-2) vorm zullen krijgen. Het uitgevoerde experiment richt zich op de wisselwerking tussen de investeringsbeslissing door een netwerkbedrijf en de toetredingsbeslissing van aanbieders. Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan een investering in een netwerk in combinatie met investeringen in decentrale opwekkingscapaciteit. De opzet van het experiment is als volgt: (i) het netwerkbedrijf moet zijn investeringsbeslissing nemen voordat de aanbieders hun toetredingsbeslissing nemen. Het netwerkbedrijf is onzeker of de aanbieders al dan niet toe zullen treden, maar kan daar wel een inschatting van maken. De uitbetalingstructuur van het experiment is zo gekozen dat het voor het netwerkbedrijf niet winstgevend is om te investeren als de aanbieders een meer aantrekkelijke „outside option‟ hebben (of equivalent: als toetreding voor hen minder winstgevend zou zijn). Weliswaar maakt het netwerkbedrijf meer winst zolang de aanbieders hun toetredingsbeslissing niet wijzigen (dat wil zeggen ceteris paribus), maar de meer aantrekkelijke outside option zorgt ervoor dat de aanbieders naar verwachting minder vaak zullen toetreden. Dat resulteert is een lagere winst voor het netwerkbedrijf. De uitkomsten van het experiment zijn als volgt. Aanbieders treden minder vaak toe als hun „outside option‟ aantrekkelijker wordt. Bij een lage investering in het netwerk bedraagt deze afname 6%; bij een hoge investering in het netwerk 31%. Dit is in lijn met de verwachtingen, omdat de aanbieders bij een lage investering in het netwerk meer winst kunnen maken. Er is in dat geval minder concurrentie tussen de aanbieders, omdat de lage netwerkcapaciteit minder verkopen toelaat. Verrassend genoeg investeert het netwerkbedrijf juist vaker (61% ipv 50%, niet significant) als de aanbieders een meer aantrekkelijke „outside option‟ hebben. Deze uitkomst is niet in lijn met de verwachtingen, omdat het aantal aanbieders dat naar verwachting toe zal treden juist daalt. In TREIN-2 zullen op basis van de uitkomsten van het economisch-technisch optimalisatiemodel (dat inzicht geeft in de vraag in welke mate er afhankelijkheid bestaat tussen de investeringen van netwerkbedrijven en aanbieders) en op basis van de resultaten van het theoretisch onderzoek naar de regulering van netwerkbedrijven (dat inzicht geeft in de vraag hoe netwerkbedrijven reageren op verschillende typen regulering) de verdere experimenten worden ingevuld.
17
9.
Discussie
In dit project hebben we getracht om verschillende modellen te ontwikkelen en op elkaar af te stemmen. Dit geldt met name voor de profielgenerator, het elektriciteitsmodel en het economisch optimalisatiemodel. Dit is een tijdrovend en moeilijk proces geweest, omdat er grote verschillen blijken te zijn in uitgangspunten, aanpak en abstractieniveau tussen met name de economische benadering en de technische benadering. De resultaten zijn veelbelovend, hoewel nog niet alle aspecten helemaal zijn uitgewerkt en getoetst. In het economische model zijn technische randvoorwaarden opgenomen die overeenkomen met de principes die bij de uitwerking van het elektriciteitsmodel zijn gehanteerd. Daarbij wordt ook rekening gehouden met de extremen die kunnen optreden in de belasting van de netten. Deze extremen zijn in goede overeenstemming met de waarden die door de profielgenerator worden gegenereerd. Daarnaast zijn de algemene randvoorwaarden, uitgangspunten en scenario‟s voor het vervolg vastgesteld. Duidelijk is geworden dat het realiseren van een echt praktijkexperiment waarin naast de technische aspecten ook expliciet aandacht aan regulering, investeringen en gedrag wordt besteed, van zeer grote waarde zal zijn voor het realiseren van een robuuste en flexibele (intelligente) infrastructuur in de nabije toekomst. De realisering hiervan zal echter nog veel tijd en werk vergen en vraagt een grondige voorbereiding. Dit zal dan ook een van de zwaartepunten in het vervolg van het project moeten worden. Voor een zo groot mogelijk draagvlak voor de uiteindelijke bevindingen van TREIN dienen de profielen realistisch te zijn. Om dit te bereiken bevat de profielgenerator alle relevante dynamische eigenschappen van woningen, typisch bewonersgedrag en de specifieke eigenschappen verwarmingstoestellen. Tevens is zowel naar standaard als extreme klimatologische omstandigheden gekeken. Het profiel van de woningen onder standaard omstandigheden levert de informatie over karakteristieke jaarvolumes, het profiel onder extreme omstandigheden levert de informatie over vermogensmaxima ten behoeve van netbeheer. De gekozen methode is een zogenaamde ”bottomup” aanpak. Op basis van een lijst van eigenschappen van de woningen, bewoners en toestellen wordt een set van tientallen woningen “van de grond af” opgebouwd waarna ze vervolgens allen tegelijk de simulatie periode doorlopen. Aan de hand van de op deze wijze verkregen grote set van individuele gas- en elektriciteitsprofielen worden vervolgens gegeneraliseerde (gewogen gemiddelde) profielen voor specifieke groepen eindverbruikers samengesteld. Deze gegeneraliseerde profielen vormen uiteindelijk de basis voor de analyses van scenario‟s en het vinden van optimale marktsituaties. De bevindingen zijn nog onder voorbehoud. De belangrijkste taak voor de volgende fase van het TREIN-project is het valideren van de output aan de hand van praktijkmetingen. Tevens dient nog een aantal extra “nice-to-have” functionaliteiten te worden toegevoegd zoals koeling, elektrische mobiliteit en zon– PV en “intelligent grid” regelingen op de micro-wkk‟s en warmtepompen. Electricity model
Economic-technical model
short circuit current
power flow
harmonics
voltages
detailed network topology
currents load profile
find such operational and investment decisions with bounded voltage drops and bounded currents with a simple network topology that costs are minimal
Figuur 5 Benadering van de technische randvoorwaarden in het elektriciteitsmodel en in het economische optimalisatiemodel 18
De simulaties met het elektriciteitsmodel laten zien dat over het algemeen de effecten van decentrale opwekking in het LS-netwerk veelbelovend zijn, waarbij moet worden opgemerkt dat er wel behoefte is aan mogelijkheden tot piekverschuiving. Mogelijkheden om elektriciteit op te slaan zou hiervoor ideaal zijn. Het introduceren van opslageenheden in het LS-net leidt tot, zoals te verwachten valt, tot minder energie-uitwisselingen met het MS en HS-net. Dit reduceert de netverliezen maar helaas worden de lagere transportverliezen teniet gedaan door de opslagverliezen. Nader onderzoek zal moeten uitwijzen of er controlestrategieën geïmplementeerd kunnen worden waarbij verschillende componenten in het distributienetwerk een actieve rol kunnen spelen bij de controle van spanning, frequentie en vermogenstromen ten behoeve van de netkwaliteit en de optimale benutting van het net. Wat betreft de gasvoorziening, leek in eerste instantie zich geen problemen voor te doen in de conventionele gasvoorziening, ook niet bij grootschalige toepassing van micro-wkk in huizen. Daarom is de focus in het onderzoek verschoven naar de vraag op welk moment zich wel problemen kunnen voordoen. De resultaten daarvan spreken voor zich en ook hier geldt dat een goede afweging van de ontwerpparameters voor de gasinfrastructuur van groot belang is. Aanpassingen achteraf blijken aanzienlijk duurder uit te vallen. De resultaten tot nu toe laten zien dat het economisch model werkt waarbij de benodigde rekentijd aanvaardbaar is. Om inzicht te krijgen in de optimale omvang en tijdstip van investeringen als ook in de economische voordelen van de toepassing van smart grids (c.q. smart grid componenten), moet het model nog verder worden uitgebreid met de mogelijkheid om te kunnen investeren in o.a. zon-PV, warmtepompen en de extra vraag naar elektriciteit verbonden aan de eventuele komst van de elektrische auto. Studies laten zien dat het huidige reguleringskader niet optimaal is voor innovaties in de energieinfrastructuur (4). Daarom dient gezocht te worden naar mogelijkheden om verbetering in deze situatie te brengen. Maatgevend is daarbij de situatie waarin de investeringen in de netten optimaal zijn afgestemd op de investeringen in decentrale opwekkingscapaciteit. Toezichthouders hebben verschillende mogelijkheden om de investeringen van de netwerkbedrijven beïnvloeden, zoals (i) het toestaan van meer of minder flexibiliteit in hun tariefstelling; (ii) het bieden van een lager of juist hoger rendement voor bepaalde investeringen en (iii) de netwerkbedrijven in meer of mindere mate toestaan om hun kosten door te berekenen aan hun klanten. Het is van groot belang om inzicht te krijgen in de vraag wat het effect van deze strategieën is op de omvang en de tijdigheid van de investeringen door netwerkbedrijven. Economische experimenten in het laboratorium maken het mogelijk om deze ideeën te testen.
19
10. Conclusies en aanbevelingen Het uitgangspunt voor het TREIN-project is dat onze energie-infrastructuur voor grote uitdagingen staat in de komende jaren. Deze uitdagingen zijn niet alleen van technische aard, maar juist ook van maatschappelijke aard. In het bijzonder is behoefte aan inzicht in de wisselwerking tussen maatschappelijke factoren zoals regulering, investeringsgedrag en gebruik van infrastructuur aan de ene kant en de ontwikkeling van de technische energie-infrastructuur aan de andere kant. In het bijzonder is meer kennis nodig over de wijze of, en zo ja hoe, het huidige stelsel van regulering moet worden aangepast of gewijzigd om de noodzakelijke innovaties te stimuleren en mogelijk te maken. Een van de hoofddoelen van het TREIN-project is te begrijpen hoe de interactie tussen regulering en investeringen in opwekkingscapaciteit en netwerken plaatsvindt. Daarnaast is door het grote aantal actoren dat bij deze processen betrokken is en door het complexe karakter van dit vraagstuk, het niet mogelijk om het onderzoek te beperken tot theoretisch onderzoek en simulaties. Hiervoor zijn ook praktijkexperimenten nodig. Het andere belangrijke doel van het TREIN-project is om dit te verwezenlijken. De eerste fase van TREIN-project is een noodzakelijke fase voor de realisering van beide doelen. De algemene conclusie is dat deze fase grotendeels succesvol is afgesloten en dat een goede basis voor het vervolg is gelegd. Concreet heeft het TREIN-1 project de volgende resultaten opgeleverd: 1. Een programma van eisen waaraan het model moet voldoen. Dit omvat onder andere de keuze voor een modelwijk (de zogenaamde Meekswijk), de selectie van de technische opties die worden meegenomen, een set van vraag- en aanbodscenario‟s en een aantal maatschappelijke randvoorwaarden. Daarnaast zijn de relevante modelparameters geïdentificeerd; dit betreft de omvang van de wijk, de karakteristieken van de huidige infrastructuur en de kenmerken van de verschillende opties die mee worden genomen. Micro-wkk, warmtepompen en plug-in elektrische auto‟s, opties met een (potentieel) grote impact op de infrastructuur; worden in elk geval meegenomen; daarnaast worden ook de gevolgen van de implementatie van duurzame opwekkers (PV, wind), mogelijkheden tot opslag en nieuwe netcomponenten in het project verder meegenomen. Daarnaast zijn de belangrijkste thema‟s geïdentificeerd op het gebied van regulering van energieinfrastructuren. Het huidige reguleringskader is niet optimaal voor het stimuleren van innovaties in de energie-infrastructuur. Mogelijke alternatieven zullen verder worden verkend. 2. Op basis van de uitgangspunten zijn vier modellen ontwikkeld voor de modelwijk, drie technische en een economisch optimalisatiemodel. a. Een geavanceerde profielgenerator voor de toekomstige gas- en elektriciteitvraagprofielen, die realistische profielen van de warmte- en elektriciteitsvraag vraag per woning genereert en voldoende tijdsresolutie hebben om nivellering van de gasen elektriciteitspieken te voorkomen. Deze generator is gereed maar moet nog worden gevalideerd b. Een elektriciteitsmodel van de Meekswijk in PowerFactory. Dit model maakt het mogelijk om alle mogelijke situaties te simuleren die zich kunnen voordoen in het elektriciteitsnetwerk, zowel op de zeer korte als op de lange termijn. Dit model zal nog verder worden uitgebreid c. Een gasmodel van de Meekswijk met IRENE, ontwikkeld voor het berekenen en analyseren van gasnetten d. Een economisch optimalisatiemodel voor de Meekswijk. Dit model berekent de optimale combinatie van netwerkcapaciteit en decentrale opwekking in de Meekswijk. Dit model is gereed maar zal nog met extra componenten worden uitgebreid Een andere belangrijk resultaat van het TREIN-1 project is dat deze modellen aan elkaar gekoppeld zijn en resultaten uitgewisseld kunnen worden. Dit is alleen mogelijk door de specifieke samenstelling van de projectgroep en de werkrelaties die zijn opgebouwd in de afgelopen periode. 20
Op dit moment is de maatschappelijke component in het modelleren beperkt gebleven tot het maatschappelijk optimaliseren van investeringskosten. Een andere belangrijke dimensie van dit vraagstuk is hoe de verschillende actoren zich zullen gedragen, al dan niet onder verschillende reguleringskaders. Hiervoor is het noodzakelijk om de modellen aan te vullen met modellen die gedragssimulaties mogelijk maken, bijvoorbeeld voor het gedrag van netbeheerders. Op basis hiervan kan de conclusie worden getrokken dat aan de belangrijkste voorwaarden voor de voortzetting van het project is voldaan. Het voorstel voor de vervolgfase is ingediend en inmiddels ook gehonoreerd. De belangrijkste aanbevelingen zijn vertaald naar de opzet van dit TREIN-2 project. Het TREIN-deel2 kent de volgende onderdelen 1. Een uitbreiding van de in TREIN-1 ontwikkelde modellen door naast de technische en kostendimensie de gedragsdimensie te integreren. 2. Een theoretisch en door middel van economische experimenten onderbouwd overzicht van de belangrijkste reguleringsopties en de technische en maatschappelijke consequenties van elke optie. In het economische optimalisatiemodel is bepaald wat maatschappelijk de meest optimale situatie is. De economische experimenten moeten duidelijk maken in hoeverre deze optimale situatie ook haalbaar is en onder welke voorwaarden (regulering). 3. Een in detail uitgewerkt ontwerp van en draaiboek voor de uitvoering van het maatschappelijk experiment. De voorbereiding hiervan zal in nauwe samenwerking plaatsvinden met een breed samengestelde projectgroep, waarin verschillende stakeholders zoals netwerkbeheerders, energiebedrijven, de Energiekamer en beleidsmakers (SenterNovem, EZ), gemeenten woningbouwcorporaties en andere relevante partijen vertegenwoordigd zullen zijn. Voor de haalbaarheid van het project is het aansluiten bij of het integreren van dit onderzoek in andere als bestaande of op stapel staande projecten waarschijnlijk noodzakelijk. Gezien de lange voorbereidingstijd dient al in een zo vroeg mogelijk stadium met de voorbereidingen hiervan begonnen te worden
21
11. Relevantie van het onderzoek Bijdrage van het onderzoek aan doelstelling, innovatie en visieontwikkeling De bijdrage van dit project aan de doelstellingen Het TREIN-project draagt op de bij aan verschillende speerpunten zoals die inde thema‟s voor de Energietransitie zijn vastgesteld: Duurzame elektriciteitsvoorziening (slimme netten en inpassing van duurzame opties, PV), Gebouwde Omgeving (toekomstige infrastructuur op wijkniveau), Groene grondstoffen/nieuw gas (inpassing van micro-wkk) en Duurzame Mobiliteit (wisselwerking tussen infrastructuur en grootschalige toepassing elektrische auto‟s). De bijdrage aan een innovatie in een internationaal perspectief. Een integrale aanpak zoals die in dit project wordt ontwikkeld, waarbij ook economische, maatschappelijke en technische aspecten worden gecombineerd is uniek. Vooral de rol en het effect van regulering op investeringen is onderbelicht in het huidige onderzoek en de huidige literatuur. Dit is een van de redenen waarom het SmartGrids Technology Platform heeft het uitvoeren van pilotprojecten waarin ook de invloed van regulering wordt meegenomen, geïdentificeerd als een van de grootste leemtes in het onderzoek. Strategische visie Het expliciete doel van TREIN-project is om bij te dragen aan de strategische visie met betrekking tot een duurzame energievoorziening in de toekomst. Daartoe beoogt het TREIN-project om een of meerdere maatschappelijke experimenten op te zetten, c.q. aan bij te dragen om een goed inzicht te krijgen in zowel de technische als de maatschappelijke mogelijkheden en beperkingen van duurzame energietechnologieën, nieuwe netcomponenten, meet- en regeltechniek en dataverwerking enerzijds en reguleringsvraagstukken, economische haalbaarheid/wenselijkheid en sociale acceptatie van nieuwe innovatieve technieken anderzijds. In dit opzicht sluit het project ook zeer goed bij de ambities en uitgangspunten zoals die in de nieuwe Energie Innovatieagenda zijn vastgesteld. Om dit te realiseren is inmiddels de tweede fase van het TREIN-project van start gegaan. Verder kangewezen worden dat het onderzoek naar slimme infrastructuur in Nederlands een sterke stimulans heeft gekregen door het toewijzen van de ENergy KIC door het EIT. De TU Eindhoven (samen met Leuven) zijn daarbij verantwoordelijk voor het thema Slimme gebouwen en Slimme Steden
De versterking van de kennispositie van Nederland Bjdrage versterking van kennis, kunde of onderzoeksfaciliteiten in Nederland. Smart grids is de afgelopen jaren uitgegroeid tot een van de meest prominente onderzoeksthema‟s op het gebied van de energie-infrastructuur wereldwijd.. Internationaal wordt bij universiteiten en kennisinstellingen veel onderzoek gedaan naar afzonderlijke technische, economische en maatschappelijke aspecten. De combinatie van techniek en economie wordt o.a. onderzocht bij KU Leuven (België) en bij Sintef (Noorwegen). Nederland heeft de mogelijkheid en de capaciteit om zich op dit gebied een vooraanstaande positie te verwerven. Het innovatieve van het TREIN- project ligt op de eerste plaats in de integrale aanpak van het vraagstuk, waarbij het niet zuiver om de technologie gaat, maar juist de interactie met de verschillende betrokken partijen (netbeheerders, gebruikers, aanbieders, leveranciers van diensten en producten, maatschappelijke organisaties) en de institutionele context (regelgeving, beleidsdoelstellingen).Daarnaast zullen in het vervolgproject bij de experimenten nieuwe technologieën en (economische) instrumenten worden beproefd in een praktijksituatie. Door deze combinatie van technische kennis van gas en elektriciteitssystemen en de gedegen systeemkennis (inclusief economisch en maatschappelijk) geeft dit een uitstekende positie om de kennispositie op het gebied van systeemkennis te verbeteren. Verspreiding en benutting van kennis, kunde. De kennispositie is deels al verankerd door de opleiding van nieuwe onderzoekers die betrokken worden bij nieuwe projecten en later (voor een deel) medewerker worden bij dit project participerende 22
bedrijven. De toepassing van de ontwikkelde tools voor de dienstverlening van KEMA en Gasunie o.a. in combinatie met het Flex Power Grid Lab in Arnhem waarmee het mogelijk is gedistribueerde systemen integraal te onderzoeken
23
12. Publicaties van het TREIN-project
Aalbers, R., E. Niesten, V. Kocsis, V. Shestalova, G. Zwart, 2009, Optimal Regulation of Network Companies with Differential Service Areas under Asymmetric Information, CPB Research proposal Aalbers, R., E. Niesten, V. Kocsis, V. Shestalova, G. Zwart, 2009, Optimal Regulation of Network Companies under uncertainty of cost and demand under Asymmetric Information, CPB Research proposal B. van Bree, G,P.J. Verbong and G.J. Kramer, A multi-level perspective on the introduction of hydrogen and battery-electric vehicles, Technological Forecasting &.Social Change (2009), doi:10.1016/j.techfore.2009.12.005 Justin Au-Yeung, Greet M.A. Vanalme, Johanna M.A. Myrzik, Panagiotis Karaliolios, Martijn Bongaerts, Jan Bozelie, Wil L. Kling, “Development of a Voltage and Frequency Control Strategy for an Autonomous Low Voltage Network with Distributed Generators‟”, Proceedings 44th International Universities’ Power Engineering Conference – UPEC 2009, 1-4 September 2009, Glasgow, Scotland M. Mes, G.M.A. Vanalme, J.M.A. Myrzik, M. Bongaerts, G.J.P. Verbong, W.L. Kling, "Implementation of Distributed Generation in the Dutch LV Network – Self-Supporting Residential Area", Proceedings 43rd International Universities’ Power Engineering Conference – UPEC 2008, 1-4 September 2008, Padova, Italy Niesten, E., 2010, Identifying Options for regulating the coordination of investments in the distribution network with investments in decentralized electricity generation, CPB Discussion Paper Ten Cate, A., 2009, A Closed Form Expression for the Optimal Capacity of CHP, CPB Memorandum 220. www.cpb.nl J.W. Turkstra and E. Jurdik, Natural gas demand in the domestic sector at extreme weather rd conditions, 23 World Gas Conference, Amsterdam 2006. G.M.A. Vanalme, R.F.T. Aalbers, A. ten Cate, J.M.A. Myrzik, J. van Casteren, G.A. Bloemhof, M. Bongaerts, G.J.P. Verbong, “Transition roadmap for the energy infrastructure in the Netherlands – Development of integrating tools based on a multidisciplinary approach”, th Proceedings 20 International Conference and Exhibition on Electricity Distribution – CIRED 2009, 8-11 June 2009, Prague, Czech Republic G.P.J. Verbong and F.W. Geels, Exploring sustainability transitions in the electricity sector with socio-technical pathways / in Speical Issue: Infrastructures and transitions, Special Issue Editors: Niki Frantzeskaki, Derk Loorbach and Wil Thissen, Technological forecasting and Social Change Verbong, G.P.J., Geels F.W.,Pathways for sustainability transitions in the electricity sector. A multilevel analysis and empirical illustration, Paper for Next Generation Infrastructure (NGI) conference 'Building networks for a brighter future', Rotterdam, 10-12 November, 2008, IEEE.
13. Referenties 1. Vision and Strategy, European Technology Platform - SmartGrids Vision and Strategy for Europe‟s Electricity Networks of the Future, Brussels 2006 2. Platform Duurzame Elektriciteitsvoorziening, Platform Nieuw Gas, Naar een duurzame energievoorziening. Decentrale infrastructuur, Sittard, 2008. 3. Verbong, G.P.J. and Frank W. Geels, F.W, Exploring sustainability transitions in the electricity sector with socio-technical pathways, article accepted for publication in Technological Forecasting & Social Change. 2010 4. Meijer, J.S, 2009, “Regulating Future Distributed Generation” (MSc. thesis), Technische Universiteit Eindhoven
24
