Zijn onze energienetwerken klaar voor de opmars van e-vervoer?

Elektrische vervoersoplossingen zijn sterk in opkomst. Hoe kunnen netwerkbeheerders zich hierop voorbereiden? Ben Gemsjäger en dr. Adam Slupinski van Siemens Power Technologies International (PTI) onderstrepen het belang van transparante netwerken en flexibele digitale netwerkmodellen. Ze helpen ons vandaag maatregelen te nemen voor de uitdagingen voor morgen.

Wereldwijd zijn er meer dan één miljard voertuigen, die samen een vijfde van de totale CO2-uitstoot veroorzaken. Door volledig over te stappen naar e-vervoer (op basis van groene stroom) kunnen we de CO2-emissie met zo’n zes gigaton verlagen. Dat is meer dan de jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen in de Europese Unie.

Overbelasting dreigt

Om e-vervoer succesvol te maken, moet de bestaande energie-infrastructuur worden aangepast en uitgebreid. Het plaatsen van oplaadpalen vormt slechts het topje van de ijsberg. Elektrische auto’s verbruiken veel energie. Wat gebeurt er als een groot aantal e-voertuigen tegelijkertijd gebruik maakt van een snellader? “Dan zullen bepaalde netwerken simpelweg overbelast geraken”, zegt Ben Gemsjäger, hoofd Distributie en Decentrale Systeemstudies bij Siemens PTI. Hij onderzoekt samen met collega’s de toekomstvastheid van onze huidige energiedistributienetwerken en kijkt naar mogelijkheden om deze toekomstbestendig te maken.

Dubbele uitdaging

Voor netbeheerders vormt de toenemende e-mobiliteit op twee vlakken een uitdaging. Door het groeiend aantal e-voertuigen dreigt overbelasting van bestaande netwerken. Daarnaast komt steeds meer energie uit hernieuwbare bronnen, maar wind en zon genereren geen constante energievolumes. Bovendien staan windturbines en zonneweiden vaak in landelijke regio’s, terwijl het gros van de energie kilometers verderop, in de grote steden, wordt verbruikt. Stedelijke distributiesystemen zullen in de toekomst in staat moeten zijn om een evenwicht te vinden tussen grote hoeveelheden energie uit gedecentraliseerde en onregelmatige bronnen door veel flexibeler te worden.

Veel onzekerheden

Hoe snel de e-mobiliteit zich gaat ontwikkelen, kan niemand exact voorspellen. Volgens onderzoekers van McKinsey worden e-voertuigen met accu-technologie over maximaal tien jaar goedkoper dan voertuigen met een conventionele verbrandingsmotor. Steeds meer steden maken beleid voor emissiearme vervoerssystemen. Landen als Noorwegen, maar ook China en India, willen snel af van de diesel- en benzinemotoren. Wat niet betekent dat e-vervoer de enige duurzame oplossing is. Wellicht zullen ook synthetische brandstoffen en waterstoftechnologie in de toekomst een rol spelen. De verwachtingen van vervoersdeskundigen hoe ons toekomstige vervoerssysteem eruit gaat zien, lopen uiteen: in 2050 zouden e-voertuigen met accu-technologie tussen de 10% en 95% van de totale voertuigvloot uitmaken. Deze bandbreedte toont dat netwerkbeheerders in hun planning rekening moeten houden met veel onzekerheden.

Privébezit en deelconcepten

Maar netwerkbeheerders kunnen niet achteroverleunen. Grote delen van hun netwerken zijn ontworpen voor een gebruiksperiode van 40 tot 50 jaar. Zaken die vandaag gepland worden, hebben een levensduur tot ca. 2060. Waar en hoe gaan we e-voertuigen opladen? Hoeveel capaciteit is hiervoor nodig? Het feit dat ook sharing-concepten in opkomst zijn, stelt bijkomende eisen aan de infrastructuur. Terwijl privéauto’s vaak ’s nachts worden opgeladen, moeten deelwagens na het gebruik weer snel opgeladen kunnen worden aan krachtige snelladers. Bij persoonlijk wagenbezit speelt oplaadsnelheid een minder grote rol.

Door slim te investeren op basis van voorspellingen kunnen netbeheerders de uitbreidingskosten voor e-mobiliteit minimaliseren.
Dr. Adam Slupinski, hoofd Distributie en Decentrale Systemen bij Siemens PTI

Hoe kunnen netwerkbeheerders zich op deze ontwikkelingen voorbereiden? Dr. Adam Slupinski, hoofd Distributie en Decentrale Systemen bij Siemens PTI, beveelt een stapsgewijze aanpak van integratie van toekomstgerichte oplaadinfrastructuur in het net aan. “Eerst moeten we weten hoeveel energie de toekomstige e-voertuigen nodig hebben en waar deze beschikbaar moet worden gesteld. Op basis hiervan kunnen we netwerken simuleren en deze via langetermijnplanning technisch en economisch versterken. Gaandeweg zullen netbeheerders ontdekken welke energiebronnen eventueel kritisch zijn. Door slim te investeren op basis van voorspellingen kunnen ze de uitbreidingskosten voor e-mobiliteit minimaliseren.”

Energieopslag

Deze aanpak is volgens Slupinski vooral handig voor middenspanningsnetwerken. “In laagspanningsnetwerken zullen we door volumeproblemen en onzekerheid over benodigde oplaadpunten in de toekomst gebruik moeten maken van high-level laadmanagementsystemen. Dergelijke systemen laten distributienetwerken met oplaadpunten communiceren, waardoor het aantal e-voertuigen dat tegelijkertijd kan worden opgeladen beperkt blijft tot wat het netwerk aankan. Wellicht zullen we op termijn meer gebruik gaan maken van decentrale energiesystemen (DES) en batterijopslag. Dit laatste is geschikt om op lokaal niveau de capaciteit te leveren om e-voertuigen op te laden. Energieopslagtechnologie kan netbeheerders de balans en stabiliteit bieden die ze in de toekomst nodig hebben. Men kan hiermee tijdelijke overschotten aan zonne- en windenergie opslaan en tekorten overbruggen als de opgewekte volumes niet toereikend zijn.”

Digitale modellen

Door de complexiteit van de situatie bereiken de huidige methoden voor netwerkanalyse hun grenzen. Netbeheerders hebben volgens Gemsjäger een gedetailleerd en transparant digitaal model van het energiesysteem nodig. “Alleen zo kunnen we efficiënte, betrouwbare en toekomstgerichte infrastructuur plannen. Een digitaal netwerkmodel detecteert niet alleen kwetsbaarheden in bestaande netwerken, maar integreert ook data over bijvoorbeeld de populatie en mobiliteitsinfrastructuur. Het houdt rekening met diverse operationele factoren zoals spanningsregeling en reactief energiemanagement. Het legt de basis voor stress-testen, die inzichtelijk maken wanneer en waar een netwerk zijn grenzen bereikt en hoe we moeten omgaan met toekomstige veranderingen in het energieverbruik.” Daarmee helpen intelligente netwerkmodellen netbeheerders maatregelen te nemen die – welk vervoersscenario zich dan ook ontvouwt – toekomstbestendig zijn. En hoe beter netwerkbeheerders voorbereid zijn op toekomstige, duurzame vervoerstechnologie, hoe sneller deze zich verder kan ontwikkelen.

 

Lees hier het volledige interview met Ben Gemsjäger en dr. Adam Slupinski van Siemens Power Technologies International (PTI) (Engels).