Smart grids SEECE zet in op onderzoek naar energie-management

Naast de Nieuwe Haven in Arnhem werd de afgelopen maanden flink gebouwd; er verrezen vier windmolens en een grasveld werd bedekt met zonnepanelen. Het project levert voldoende energie om 14.500 huishoudens van elektriciteit te voorzien. En dat is niet het enige goede nieuws. De duurzame energietechnologie wordt ook gebruikt voor onderzoek en onderwijs op de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (HAN).

Omdat de molens en zonnepanelen naast de haven gesitueerd zijn, spreken studenten over ‘de havencase’. Deze case werd van september 2021 tot februari onder handen genomen door tweedejaarsstudenten die zich specialiseren in Industrial Power Systems en Embedded Systems Engineering (stromingen in de opleiding Elektrotechniek). Ze bootsten de havencase op schaal na en werkten aan een managementsysteem dat energievraag en -aanbod in balans kan brengen.

“We werkten aan een smart grid-systeem, waarin we het netgetal op nul moesten houden. Dat betekent dat je geen stroom van het net gebruikt, maar de elektriciteit in eigen grid blijft”, legt student Fleur van der Kemp uit. Van der Kemp en haar medestudenten doorgrondden de technologie achter een smart grid-algoritme en maakten hun eigen versie met toepassing van zon- en windprofielen.

De opdracht gaf studenten een waardevolle inkijk in slimme energiedistributie, die de levering van elektriciteit betrouwbaar én betaalbaar houdt. “Het is heel belangrijk om de basis van grid-systemen te snappen”, zegt student Sasha Tryntsolyn. “De manier waarop energie wordt opgewekt, hoe het wordt opgeslagen en uiteindelijk bij de eindgebruiker terechtkomt.” De studenten bundelden hun kennis en leverden eind januari een flink rapport op, wat ze onlangs presenteerden aan de opdrachtgever: het lectoraat Meet- en Regeltechniek.

Het rapport bevat niet alleen informatie over het balanceren van duurzame energie. Als onderdeel van hun havencase-opdracht onderzochten de studenten een systeem dat slimme energienetwerken nabootst. Op de HAN staan zes grote simulatiepanelen van 2 bij 1,5 meter, die onderdeel zijn van HAN W@TTS. Het systeem bestaat onder andere uit zonne-energie-, windenergie-, opslag- en transport-elementen. Het geheel simuleert energienetwerken, van een lokaal smart grid tot het volledige Europese net. Bijzonder aan dit systeem: het gebruikt échte energiecomponenten, zoals een zonnepaneel.

De Elektrotechniekstudenten gebruikten het simulatie-systeem voor hun havencase-opdracht en gingen tegelijkertijd op zoek naar de grenzen van de technologie. “Ze keken of ze de interface, waarmee je alle onderdelen kunt uitlezen en bedienen, zelf opnieuw kunnen maken voor andere praktijkcases”, vertelt onderzoeker en studentbegeleider Patricia Boogaard. “En we wilden weten: is het mogelijk om je eigen smart grid-algoritme te ontwerpen met het systeem?”

De HAN wil de simulatie-technologie klaarstomen voor lectoraatsonderzoek. “Het huidige systeem is prima voor onderwijs, maar als je het wil gebruiken voor onderzoek dan wil je het meer naar je hand zetten. In deze opdracht heb ik aan de studenten gevraagd of dat zou kunnen”, zegt Boogaard. De studenten liepen tegen de grenzen van het systeem aan. Er zat bijvoorbeeld al een algoritme in de batterij dat studenten en onderzoekers niet zomaar kunnen wijzigen.

“De aansturingsmogelijkheden van het systeem zijn dus iets te beperkt om onze ambities mee te realiseren. Uiteindelijk zijn we geïnteresseerd in energiemanagementsystemen waarin je meerdere prioriteiten achter elkaar kunt zetten. Als je te veel elektriciteit opwekt met je zonnepanelen, wil je kunnen zeggen: kijk eerst of er nog warmte nodig is in mijn boiler. Zo ja, stuur het naar de warmtepomp. Zo niet: kijk of mijn auto iets nodig heeft. Zo moet je voorwaarden en prioriteiten kunnen stellen voor het gebruik van energie die je op een moment opwekt, maar niet op hetzelfde moment gebruikt.”

Er is een grote behoefte aan overkoepelende energiesystemen, vertelt Boogaard. “Er zijn wel managementsystemen, maar iedereen kijkt in zijn eigen straatje. Je kunt bijvoorbeeld een laadpaal kopen, inclusief een systeem dat kijkt naar de beschikbare zonne-energie. Maar je wil eigenlijk ook dat je warmtepomp gekoppeld is aan dat systeem. En uiteindelijk wil je ook een systeem áchter de transformator. Dus energiemanagement is veel groter dan wat er commercieel beschikbaar is. En op dat gebied proberen wij stappen te zetten.”

In het volgende semester gaan andere Elektrotechniekstudenten verder met de havencase en de simulatiepanelen. En die staan er niet alleen voor. De HAN is in gesprek met Open Remote, een bedrijf dat onder andere open source-software voor slimme energienetten maakt. “We gaan kijken of we hun managementsysteem kunnen koppelen aan de panelen”, aldus Boogaard. Deze koppeling geeft de HAN vrijheid om onderzoek te doen en geeft Open Remote een proeftuin voor de software die het bedrijf ontwikkelt.

Netbeheerder Alliander gaat ook een rol spelen in het vervolgtraject. Er wordt onder andere een netarchitect beschikbaar gesteld. Hierdoor kunnen studenten en onderzoekers in hun simulaties gebruik maken van elektriciteitsnet-data. “Normaal kunnen we nooit zien hoe het net ter plaatse reageert, omdat we geen inzicht hebben. Maar de windmolens en zonnepanelen bij de haven zijn gewoon aangesloten op het net en Liander heeft programma’s waarin ze alle waardes invoeren. Voor ons is het heel waardevol om die te gebruiken”, zegt Boogaard.

Partijen in het SEECE-netwerk doen veel onderzoek naar energiemanagement en zetten hier steeds meer op in. Het havencase-project is het topje van de ijsberg. Momenteel lopen verschillende subsidieaanvragen voor onderzoeksprojecten en op IPKW wordt een demo-woning ingericht met apparaten waar studenten managementsystemen op los kunnen laten. Zo leren de energie-ingenieurs van morgen niet alleen hoe individuele technologieën werken, maar vooral hoe ze die kunnen samenvoegen in een efficiënt en duurzaam energiesysteem.