Masterstudenten van de HAN optimaliseren smart grids voor duurzame energie

‘Meet- en regelsystemen zijn een brug naar duurzame energie’, zegt Gopi Logasubramanian, wanneer hij in een interview het belang van slimme controlesystemen benadrukt. Logasubramanian is een internationale student aan de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (HAN) met een buitengewone interesse in smart grid-technologie. En hij is niet de enige.

Logasubramanian is een van de – maar liefst − vijf Master Engineering Systems-studenten (deze studenten volgen de mastertracks Control Systems of Sustainable Energy) die dit jaar afstuderen bij het lectoraat Meet- en Regeltechniek van de HAN; een onderzoeksgroep die gespecialiseerd is in het regelen van energiestromen en zich richt op de energietransitie.

Masterstudent Logasubramanian optimaliseert momenteel een micro grid. Op het dak van de HAN liggen zonnepanelen die gekoppeld zijn aan batterijopslag, een controle-unit en laadpalen voor elektrische voertuigen. ‘Er zijn twee modi waarin het systeem opereert: één waarin het verbonden is met het algemene elektriciteitsnet en één waarin het geïsoleerd is van het net’, legt de masterstudent uit.

‘Mijn doel is om kunstmatige intelligentie te implementeren, zodat de energiestromen verbeterd kunnen worden.’ Het systeem van de masterstudent bepaalt straks het juiste moment waarop de batterijen opladen, of juist ontladen. Dat gebeurt onder andere op basis van weersvoorspellingen, zodat het systeem weet wanneer het energieopwekking kan verwachten.

Intelligente controlesystemen spelen een belangrijke rol in de energietransitie. In de gebouwde omgeving zien we steeds vaker een combinatie van lokaal opgewekte energie, energie van het openbare net, elektrische voertuigen en opslag. Niet alleen laadpalen op de parkeerplaats van een hogeschool, maar hele woonwijken worden voorzien van smart grid-technologie.

Hoe een netwerk voor duurzame energie er op grotere schaal uitziet, weet masterstudent Arjun Nair. Hij doet namens het lectoraat Meet- en Regeltechniek onderzoek  vanuit een sociaal-ecologisch woonproject: Groene Mient. Dit bewonersinitiatief in de Haagse Vruchtenbuurt bevat 33 woningen zonder gasaansluiting. Groene Mient is een living lab. Het vormt een proeftuin voor de ontwikkeling van een experimenteel smart grid in de Vruchtenbuurt, een wijk met zo’n 5000 woningen.

‘In de Groene Mient wekken ze zonne-energie op, maar niet op het moment waarop ze die het meest nodig hebben. De consumptiepiek is doorgaans in de avond wanneer grote apparaten worden gebruikt, zoals warmtepompen’, aldus Nair. De zonne-energie die niet in de buurt gebruikt wordt, stroomt via het elektriciteitsnet de wijk uit. Dat moet anders, vinden de bewoners.

‘In mijn project sla ik de ongebruikte zonne-energie op in een batterij en check ik wanneer huishoudens de meeste energie gebruiken.’ De student onderzoekt twee scenario’s; één waarin elk huis zijn eigen batterij krijgt en één waarin de hele wijk gebruik maakt van een en dezelfde energieopslag.

De student analyseert ook een aantal toekomstscenario’s. In De Groene Mient wordt de energievoorziening geflexibiliseerd. Het bewonersinitiatief werkt bijvoorbeeld aan een vehicle to grid-systeem, waarmee elektrische voertuigen kunnen laden, maar ook energie kunnen leveren aan het net.

Nair kan technische componenten en energiestromen met elkaar verbinden. ‘Wat ik interessant vind is dat hij met een stuk onderzoek bezig is vanuit een meer holistisch perspectief op het grid. […] Hij probeert het hele systeem te begrijpen, niet alleen de batterijen die we willen implementeren’, zegt Suzanne van Dijk van Sterk op Stroom, energiecoöperatie van Groene Mient.

Het hoofddoel is overigens niet om de energievoorziening voor de 33 energie-neutrale woningen van Groene Mient te optimaliseren. Vooral de kennis die uit het studentproject voortkomt, gericht op de hele wijk, is waardevol. ‘Het doel is om met die kennis, waaronder over het meten en regelen van  de energie in het living lab, een slag te maken naar de pilotfase’, aldus Willie Berentsen, bestuurder bij Sterk op Stroom.

Het experimentele smart grid wordt in de toekomst uitgebreid. ‘We willen de ontwikkelfase in 2023 afronden en een serieuze pilot doen, dan schalen we op van - pak 'm beet - 30 naar 300 woningen. Dan passen we alle kennis en ervaring die we met deze dertig huizen hebben opgedaan toe in een vooroorlogse wijk, de Vruchtenbuurt in Den Haag.’

Als het aan Berentsen ligt blijft het niet bij die 300 woningen. ‘Als er in 2025 een haalbare businesscase is - met het leveren van lokaal opgewekte duurzame energie en additioneel daaraan diensten, zoals een deelauto - dan gaan we de exploitatiefase in. Dan wordt de coöperatie Sterk op Stroom een maatschappelijke onderneming die de ambitie heeft om in de vruchtenbuurt 3000 leden van de coöperatie te beleveren.’

Het onderzoek van de HAN-masterstudent speelt een rol in de opschaling. ‘Hij rekent verschillende scenario’s door en kan modelleringen maken op basis van de geplande uitbreiding van het project’, aldus Berentsen. ‘De HAN heeft de tools om het middenspanningsgebied in een model te stoppen. Met de kabelcapaciteit, de capaciteit van de trafo’s en hoe die onderling met elkaar verbonden zijn.’

‘Als zo’n masterstudent ons middenspanningsgebied in de Vruchtenbuurt in het model kan zetten, dan kunnen wij simuleren hoe we de balancering van het net kunnen optimaliseren. […] Dat betekent dat je energiegebruik én opslag, zoals buurtbatterijen die daar komen, kunt sturen. Met andere woorden: je kunt een deel van het middenspanningsnet in West-Den Haag regelen zodat het niet verzwaard hoeft te worden.’

De samenwerking met de HAN is dus van belang om een duurzame Vruchtenbuurt een stapje dichterbij te brengen. De HAN, maar ook kennisinstellingen als de Haagse hogeschool en de TU Delft, spelen een belangrijke rol in Groene Mient. Van Dijk: ‘We zijn een proeftuin maar weten echt nog niet wat er allemaal mogelijk is. Lectoraten zitten op hun eigen expertise en weten welke interessante vragen je kunt beantwoorden met de data-analyse. Er komt regelmatig iets uit de samenwerking waardoor wij weer een puzzelstukje kunnen leggen.’