Duurzame energiesystemen comfortabeler en efficiënter door slimmere algoritmes

De verdere ontwikkeling van slimme energienetwerken, zogeheten smart grids, vormt een essentieel onderdeel van de energietransitie naar duurzame energiebronnen. Het matchen van vraag en aanbod en de mogelijkheden voor opwekking en opslag vraagt om nieuwe en complexe rekenmodellen die de capaciteit van de systemen optimaal benut.

Voor zijn proefschrift  “Towards 100% renewable energy supply for urban areas and the role of smart control” werkte ir. Richard van Leeuwen aan een nieuw energietransitiemodel waarin al die nieuwe elementen samenkomen. Op donderdag 18 mei verdedigde hij zijn proefschrift, waarin hij laat zien hoe het model moet leiden tot minder investeringen in duurzame energiesystemen en energieopslag en een betere benutting en levensduur van installaties.

De toenemende inzet van duurzame energiebronnen als wind, zon en waterkracht alsook biogas heeft grote invloed op de energiemarkt. Behalve een verschuiving van fossiele naar duurzame energie, wordt ook een deel van de vraag geëlektrificeerd, bijvoorbeeld middels warmtepompen voor de thermische behoefte en elektrische voertuigen voor transport.

Slimmere energiemodellen moeten ervoor zorgen dat in die complexere omgeving vraag en aanbod in energie in balans zijn op gezette tijden en daarin sturend kan optreden als dat nodig is. Is de vraag op piekmomenten te beïnvloeden zonder verlies van wooncomfort? Welke apparaten krijgen voorrang? Dat levert complexe regelproblemen op, waarin een balans moet worden gevonden tussen wooncomfort, kosten en belasting van het energienet.

De regelproblemen die daarbij ontstaan zijn nog niet allemaal getackeld. “De algoritmes zijn vaak nog erg complex en niet altijd goed toepasbaar voor de praktijk. Ze vragen veel rekencapaciteit, zeker als er meerdere energiebronnen moeten worden aangewend”, aldus Van Leeuwen. “In mijn promotieonderzoek heb ik een model ontwikkeld waarin zowel warmte als elektriciteit, inclusief alle mogelijke vormen van energie en opslag, zijn meegenomen voor het optimaal benutten van de systeemcapaciteit. Daarnaast heb ik bijgedragen aan de ontwikkeling van een regelsysteem dat op een slimme manier warmtepompen aanstuurt voor woningverwarming zonder dat dit resulteert in hoge elektriciteitspieken en dat kan draaien op een eenvoudige computer.”

Van Leeuwen, sinds 1 april jl. Lector Duurzame Energievernieuwing bij Saxion, ontwikkelde het energietransitiemodel op basis van alle mogelijke vormen van energie binnen het TKI-project MeppelEnergie (Switch2SmartGrids). MeppelEnergie is een gezamenlijk een initiatief van energieleverancier MeppelEnergie, RENDO Duurzaam, Gemeente Meppel, iNRG, TU Delft en de Universiteit Twente.

Het project is gericht op het realiseren van een optimale energievoorziening voor de nieuw te ontwikkelen wijk Nieuwveens Landen, waar 3.400 woningen gebouwd moeten worden. In de wijk wordt een biogas-warmtekrachtkoppeling gebruikt om stroom en warmte te produceren. De warmte wordt gebruikt om een deel van de woningen via een warmtenet van verwarming en warm tapwater te voorzien. De elektriciteit wordt gebruikt om met behulp van warmtepompen warmte en koude te leveren aan een ander deel van de huizen. Met restwarmte uit gezuiverd rioolwater wordt de warmtebalans in de bodem gehandhaafd.