Inhoudsopgave:
Inleiding ... 2
Samenvatting ... 3
Hoofdstuk 1: Theoretisch Kader... 4
1.1 probleemstelling ... 4
1.2 methode van werken... 4
1.3 relevante theorieën ... 5
Hoofdstuk 2:Marktanalyse ... 7
2.1 productie ... 7
2.2 distributie ... 8
2.3 martkvraag en trends ... 10
2.4 marktverwachtingen... 11
2.5 kwaliteitsbewaking ... 12
Hoofdstuk 3:Conceptueel model ... 14
3.1 opslagpunten ... 15
3.2 scenario analyse ... 16
Hoofdstuk 4:Huidige stand van de Technologie... 19
4.1 klassiek batterijsysteem... 19
4.2 redoxflow technologie ... 20
4.3 vliegwielsystemen... 22
4.4 S.M.E.S... 23
Hoofdstuk 5: Kwantitatieve analyse ... 24
5.1 simulatie model ... 24
5.2 beschouwing technologieën ... 26
Hoofdstuk 6: Implicaties... 29
Referenties ... 33
Inleiding
Naar aanleiding van een nieuw product idee is dit afstudeerproject ontstaan. In eerste instantie door het bedrijfsleven, later op eigen initiatief heb ik gedurende het afgelopen jaar een
onderzoek gedaan naar de mogelijke implicaties die de opslag van elektriciteit zou kunnen bewerkstelligen. Hierbij heb ik rekening gehouden met de komende liberalisering van de energiemarkt en zoveel mogelijk geprobeerd de actualiteiten te blijven verwerken. Het resultaat is het verslag dat voor u ligt en zal gelden als afstudeerscriptie voor mijn studie Technische Bedrijfswetenschappen, richting Informatie Technologie.
Het is een langzaam maar leerzaam traject geweest en vooral dankzij mijn begeleider de heer L. Spaanenburg is het geheel tot een goed einde gebracht. Ik hoop dat u met veel plezier dit rapport zult lezen en dat het u een inzicht zal verschaffen in de beginselen van
stroomverziening en een helder beeld schetst van de gevolgen en kansen die opslag hierop hebben.
Lucas van Muiswinkel,
Groningen, september 2002
Samenvatting
De stijgende elektrificatie in Nederland en de geliberaliseerde markt maken de Nederlandse markt voor stroomvoorziening tot een erg dynamische. Verschillende studies zijn het erover eens dat een opslagpunt in de waardeketen van elektriciteit een grote invloed kan hebben.
Na het uitwerken van de waardeketen in een model wordt duidelijk dat er 4 mogelijke punten van opslag zijn
- Bij de producent
- Bij de distributeur (inkoopzijde) - Bij de distributeur (verkoopzijde) - Bij de consument
Als men deze scenario’s analyseert en vervolgens bekijkt welke bestaande technologieën er zijn, blijkt er eigenlijk nog niet één volwassen technologie is die men zou kunnen gebruiken.
Zeker als blijkt na een simulatie dat een buffer bij de consument thuis een afname
bewerkstelligt in de piekvraag is de vraag wat er voor een nieuw product zal moeten komen.
In principe moet er een nieuwe technologie komen voor stroomopslag om het vervolgens te
implementeren in een product voor de consument. Bij voldoende plaatsing in de maatschappij
zullen effecten als piekvraagvermindering en leveringszekerheid gebeuren.
Hoofdstuk 1: Theoretisch kader
1.1 Probleemstelling
In Nederland is de elektriciteitsmarkt vanaf het moment dat er een nationaal netwerk aanwezig was, erg stabiel geweest. De laatste jaren echter, zijn er grote veranderingen ingevoerd en ook op dit moment staat er nog heel wat te gebeuren. Nu al kunnen veel bedrijven zelf hun stroomleverancier kiezen en over anderhalf jaar (januari 2004) kan iedereen dat. Ook op internationaal gebied staat de markt verre van stil. Europese integratie van netwerken en de toetreding van gigantisch grote buitenlandse spelers op de Nederlandse markt voegen nog extra onzekerheid en instabiliteit toe op de toch al steeds dynamischer wordende markt. In vele rapporten en roadmaps worden scenario’s geschetst van hoe men efficiënter om moet gaan met energie en hoe men de integratie van b.v. ‘Groene Stroom’ kan stimuleren. Deze documenten verschillen op een flink aantal punten van elkaar maar over een ding zijn ze het over het algemeen eens:
Het is jammer dat het onmogelijk is om elektriciteit op te slaan.
De combinatie van een vrije markt en een onzekere toekomst op zowel nationaal als internationaal gebied maakt het idee van stroombuffering in de vorm van opslag (ipv het huidige alternatief: piekcentrales) steeds aantrekkelijker. Er zijn nogal wat verschillende alternatieven voor het opslaan van electriciteit en elk van die alternatieven heeft uiteraard voor-, en nadelen. Om nu eens te kijken naar de invloed die een stroombuffer zou kunnen hebben en aan welke eisen een dergelijke oplossing moet voldoen is dit rapport opgesteld. Om in dit project een goeie, onderzoekbare probleemstelling op te zetten zijn
afbakeningsbeslissingen erg belangrijk. Zoals gezegd is de markt aan extreme veranderingen onderhevig waardoor bepaalde aspecten practisch onmogelijk zijn te onderzoeken. Hierdoor zal het onvermijdelijk zijn sommige dingen aan te nemen zoals bijvoorbeeld het systeem van tarieven zoals dat in de toekomst gehanteerd moet worden . Er zal duidelijk aangegeven worden wanneer er sprake is van een onderzocht feit en wanneer van een aanname. Om bovenstaande probleemschets vorm te geven is de volgende onderzoeksdoelstelling opgesteld:
Doelstelling
Beschouwen van de implicaties die het plaatsen van stroombuffers in deze maatschappij zal hebben (nu en na 2004) en het opstellen van voorwaarden waaraan een nieuwe technologie voor het opslaan van stroom minimaal moet voldoen om dergelijke veranderingen te bewerkstelligen.
Vraagstelling
Welke gevolgen zal het plaatsen van stroombuffers hebben in deze maatschappij en aan welke voorwaarden moet een dergelijke buffer voldoen om zulke implicaties te bewerkstelligen?
Het opsplitsen van de vraagstelling leidt tot de volgende deelvragen:
Deel 1:
a) Welke spelers en stakeholders zijn er op dit moment in de markt van de stroomvoorziening?
b) Hoe ziet op dit moment het systeem van productie en distributie er uit?
c) Welk tarievensysteem wordt op dit moment gebruikt?
d) Wat kunnen de gevolgen in huishoudens zijn van een - korte stroomstoring?
- langdurige stroomstoring?
e) Welke veranderingen zullen er optreden na de liberalisering in 2004?
Deel 2:
a) Hoe ziet het model van vraag en aanbod er uit zonder het concept van (tussentijdse) opslag?
b) Wat kunnen de mogelijkheden zijn als mbv bufferwerking een op ict gebaseerd ‘slim’
tarievensysteem geimplementeerd wordt?
c) In hoeverre kunnen de in deelvraag 1d genoemde problemen opgevangen worden dmv een buffersysteem?
d) Welke extra invloeden zal het plaatsen van buffers hebben op - het Grid (dataverkeer, vermindering piekvraag) - het huishouden (dataverkeer, smart homes) Deel 3:
a) Wat is het gemiddelde stroomgebruik van een huishouden per dag, maand en jaar op dit moment?
b) Wat zou nav 3a de minimale capaciteit moeten zijn van een buffer in een huishouden?
c) Wanneer zou het plaatsen van een stroombuffer (aldanniet in een wijk) een afvlakkende werking tot gevolg hebben?
d) Wat zou er nodig zijn om de buffer stroom TERUG te laten leveren aan het Net?
e) Wat zou de prijs van een buffer mogen zijn bij een gegeven terugverdien periode?
f) Welke bestaande technologie zou aan bovenstaande voorwaarden kunnen voldoen?
Het antwoord op deze deelvragen zal impliciet gegeven worden in de komende hoofdstukken.
1.2 Methode van werken
Omdat het bij dit onderzoek om een erg dynamische markt gaat en er veel factoren van onzekerheid zijn, is het moeilijk om een onderzoek op te zetten volgens een strak schema. Er is sprake van exploratief onderzoek waardoor er veel beslissingen tijdens het onderzoek pas genomen konden worden. Na een periode van deskresearch zijn er duidelijke
grensbeslissingen genomen. In principe worden alleen de onderdelen uit de waardeketen van elektriciteitsproductie in beschouwing genomen. Het concept van een waardeketen zal in de volgende paragraaf behandeld worden. Bij het opstellen van de deelvragen is een functionele indeling gehandhaafd waardoor er meteen een duidelijk overzicht ontstaat van de te
behandelen onderdelen.
1.3 Relevante Theorieen
Waardeketens:
Christensen definieert een waardenetwerk in zijn boek ‘the innovator’s dilemma’ als:
“Een genest commercieel netwerk van producenten en markten waarin op elk niveau componenten gemaakt en verkocht worden naar het volgende niveau”
Dit valt uitstekend te vertalen naar de situatie van electriciteit in Nederland. Op het allereerste
niveau zijn er de productiebedrijven die middels conversie van bijvoorbeeld gas of kolen
electriciteit produceren. Vervolgens zijn er distributiebedrijven die deze stroom inkopen en het geschikt maken voor de consument of de industrie. Deze keten zal later uitvoerig behandeld worden middels een conceptueel model.
Conceptueel Modelleren:
Een veelgebruikte bedrijfskundige methode is het conceptueel model. Hierbij wordt grafisch weergegeven hoe bepaalde veronderstelde verbanden tussen eigenschapsbegrippen zich tot elkaar verhouden. In dit onderzoek zal een conceptueel model geintroduceerd worden in het volgende hoofdstuk waarna in hoofdstuk 3 het model gebruikt zal worden als een gereedschap om bepaalde mogelijkheden van buffering te illustreren.
Verstorende Technologieen:
In een stabiele markt met af en toe wat innovaties spreekt men vaak over aanhoudende technologien of ‘sustaining technologies’. Deze innovaties zijn vaak ontstaan door behoeftes van klanten en daarmee altijd gestuurd door de markt. Verstorende technologieen of
‘disruptive technologies’ daarentegen, zijn technologieen die dusdanig anders van aard zijn dat ze een bepaalde markt of marktsegment compleet veranderen. Hierdoor verandert het gehele waardenetwerk en hebben veel gevestigde bedrijven de grootste moeite om de nieuwe standaard te volgen. Deze technologieen kenmerken zich o.a. doordat ze in eerste instantie aftrek vinden in een andere markt dan de mainstream producten en hebben vooral in het begin een vrij lage winstmarge. Ook kunnen ze m.b.t. kwaliteit en prijs nog niet concureren met de bestaande producten. In het onderzoek naar stroombuffering is dit eventueel relevant
aangezien er wellicht een ‘disruptive’ technologie nodig zal zijn om aan de eisen te voldoen die er gesteld zullen worden aan een dergelijke buffer. Op dit moment zijn er in de markt van batterijtechnologieen aanwijzingen dat er dergelijke disruptions op komst zijn. In het vierde hoofdstuk zal een aantal bestaande technologieen behandeld worden waaronder ook zeer vernieuwende concepten. Of een van die concepten daadwerkelijk een nieuwe standaard kan gaan worden of dat er een nieuwe technologie moet komen zal in dat hoofdstuk en het hoofdstuk daarop behandeld worden.
Markt Classificaties:
De markt van electriciteitsproductie is op dit moment sterk aan het veranderen. In de welbekende matrix van Ansoff was er al lange tijd sprake van een bestaand product in een bestaande markt en ook de batterijen markt was lange tijd vooral in het segment linksboven te vinden. De matrix bevat 4 segmenten:
- Een bestaand product op een bestaande markt;
- Een bestaand product op een nieuwe markt;
- Een nieuw product op een bestaande markt;
- Een nieuw product op een nieuwe markt.
Productie bevindt zich gedeeltelijk linksonder op dit moment en dat zal nog meer verschuiven
na 2004. Voor distributie geldt in principe hetzelfde hoewel die bedrijven nu op een dusdanig
andere manier service moeten gaan verlenen dat er misschien zelfs sprake is van een nieuw
product in sommige gevallen.
Figuur 1: Matrix van Ansoff
Buffering en het ‘Bullwhip’ effect:
Het Bullwhip effect slaat op de verhoging van vraagfluctuaties in de waardeketen naarmate men dichter bij de producent komt. Over het algemeen is gebrekkige communicatie tussen de spelers in een waardeketen de oorzaak hiervan. Een slechte afstemming van vraag en aanbod vertaalt zich in een steeds onregelmatiger vraagpatroon hoog in keten. Deze situatie is niet ondenkbaar als men in elk gedeelte van de elektrische waardeketen buffers gaat plaatsen.
Zeker met het oog op de de liberale markt kan dit tot extreme onvoorspelbaarheid leiden wat een enorm efficientie verlies tot gevolg kan hebben.
Bestaand Product Nieuw Product
Bestaande Markt
Niets doen Terugtrekken Consolideren
Groeien (marktaandeel)
Productontwikkeling
Nieuwe Markt
Marktontwikkeling Diversificatie
Hoofdstuk 2: Marktanalyse
Op dit moment bevindt de Nederlands markt zich in een periode van verandering. In de Elektriciteitswet van 1998 is de liberalisering van de markt vastgelegd. Het plan bestond uit een gefaseerde invoering waarbij er een onderscheid gemaakt werd tussen drie groepen afnemers: (a) Grote afnemers (>2MW); (b) Middelgrote afnemers (<2MW maar met een aansluiting van meer dan 3x80 ampère); (c) Kleine afnemers (overige gebruikers waaronder de huishoudens).
De eerste groep werd al meteen in 1998 vrij gelaten in de keuze van leverancier. In 2002 volgde de groep van Middelgrote afnemers en het initiële plan wilde de overigen in 2007 de vrije keus laten. Later is deze deadline bijgesteld naar 1 januari 2004.
In het nieuwe stelsel van tarieven zal de totale elektriciteitsprijs opgebouwd zijn uit drie delen:
- Transportdeel;
- Heffingsdeel;
- Leveringsdeel.
De eerstgenoemde is een landelijk geldend tarief waarvan de opbrengsten gebruikt dienen te worden om het gehele netwerk te onderhouden. Het heffingsdeel is eveneens een landelijk vastgesteld tarief waarin alle milieutoeslagen en bijvoorbeeld ook de BTW is inbegrepen. Het laatste gedeelte van de totale prijs is voor het leverende energiebedrijf.
Opbouw:
In Nederland bestaat er sinds 1989 een strikt onderscheid tussen productiebedrijven en distributiebedrijven.
2.1 Productie:
- Electrabel (voormalig EPON elektriciteits-productiemaatschappij Oost- en NoordNederland)
- EPZ (elektriciteits-productiemaatschappij Zuid-Nederland) - E.ON (voormalig EZH elektriciteitsbedrijf Zuid-holland)
- UNA (energieproductiebedrijf Utrecht, Noord-Holland en Amsterdam) Taken
- Productie van electriciteit
- Importeren van elektriciteit
- Gegarandeerd leveren over het hoogspanningsnet Verantwoordelijkheden
- Voldoende capaciteit hebben om altijd aan vraag te kunnen voldoen Tarievensysteem
- Landelijk vastgestelde tarieven (zowel nu als in de toekomst)
Er is in Nederland een gestage groei te zien in het potentiële vermogen en de daadwerkelijke productie. De vraag echter groeit harder dan het productievermogen en het vermogen van decentrale opwekking (bijvoorbeeld Warmte Kracht Koppelingen). Dit heeft al jaren tot gevolg dat er meer en meer stroom uit het buitenland geïmporteerd dient te worden (zie tabel 1). Ook relatief gezien neemt het percentage geïmporteerde stroom elk jaar toe. De
liberalisering speelt hierin een grote rol omdat landen als Polen en Duitsland veel goedkope
(maar ook vuile) stroom uit kolencentrales kunnen leveren. Aangezien de inkoop van stroom
nu niet meer aan regio gebonden is, zullen tussenhandelaren en in sommige gevallen zelfs de productiemaatschappijen liever stroom uit het buitenland kopen dan het aan de veel duurdere gasgestookte centrales te onttrekken. Het probleem hierbij is tweeledig. Aan de ene kant is het uiteraard niet de bedoeling dat er meer ‘vuile’ stroom verbruikt gaat worden in Nederland. De Nederlandse Gascentrales zouden juist een voorbeeld moeten zijn hoe men efficiënt en relatief schoon stroom kan produceren. Aan de andere kant is het nu zo dat de knooppunten in het grid bijna maximaal gebruikt worden. Met deze bestemming zijn die koppelingen niet gebouwd en het is inmiddels niet zozeer de vraag of er binnen Europa een grote stroomstoring gaat komen maar wanneer die gaat komen. Ook hier heeft de liberalisering een negatieve rol gespeeld. Doordat men meer en meer op efficiency (en daarmee uiteindelijk ook op prijs) moet gaan concurreren is men minder snel geneigd om investeringen te doen in het netwerk.
Hierdoor komt het toch al zwaar belaste grid nog meer onder druk te staan wat een stabiele stroomvoorziening niet ten goede komt.
Perioden Totaal netto productie in mln kWh
Binnenlands verbruik in mln kWh
Aandeel import in verbruik
1995 77724 85641 11393
1996 81669 88665 10588
1997 83103 92000 12632
1998 87477 95421 11815
1999 83069 97549 18440
2000 85771 100604 18915
2001 90412 103495 17283
Tabel 1: Productie electriciteit in Nederland
2.2 Distibutie:
Het aantal spelers op de markt voor distributie is op dit moment nog aan verandering
onderhevig . Er zijn dan ook veel meer energie leveranciers dan producenten en veel van deze bedrijven hebben een veel uitgebreider pakket diensten en producten dan de producenten. In de huidige siuatie zijn de verschillende bedrijven nog regio gebonden en hebben daarmee een geografisch monopolie. Dit geldt al niet meer voor de klanten op de reeds geprivatiseerde markt (grote en middelgrote afnemers).
Huidige leveranciers van elektriciteit:
Bron: http://www.nma-dte.nl/nl/uwbedrijf/overzicht%20vergunninghouders%20elektriciteit.htm
- Centraal Overijsselse Nutsbedrijven N.V.
- N.V. DELTA Nutsbedrijven
- NV ENECO
- Energie Delfland N.V.
- ENECO Energie Zuid-Kennemerland - Energie Noord West N.V.
- ENECO Energie Midden-Holland N.V.
- EnerMosane N.V.
- Essent Energie Brabant B.V.
- Essent Energie Friesland NW-ZO N.V.
- Essent Energie Limburg B.V.
- Essent Energie Noord N.V.
- nv NUON Energielevering i.o.
- NV Nutsbedrijf Regio Eindhoven
- ENECO Energie Weert NV
- Westland Energie Services
- NV ONS Energie - REMU Levering B.V.
- N.V. RENDO
- Intergas N.V.
Hiervan hebben de meeste ook een eigen afdeling voor netwerkbeheer. Er is echter een nieuwe generatie leveranciers/distributeurs op komst die willen profiteren van de
liberalisering. Veelal met behulp van het Internet zullen ze proberen (en dat gebeurt op dit moment al in de markt voor grootverbruikers) een marktaandeel te bezetten dmv een kostenbesparing. In hoeverre deze nieuwe spelers succesvol zijn zal pas blijken in 2004.
Ook buitenlandse grote spelers zoeken een plaats op de Nederlandse markt. Het zweedse Vattenfall heeft inmiddels een kantoor in Rotterdam en natuurlijk is Electrabel (van origine Belgisch) ook een grote speler geworden door verschillende overnames.
Nieuwe vergunningen voor levering aan kleinverbruikers:
Bron: http://www.nma-dte.nl/nl/besluiten/elektriciteit/levering/besluiten2/besluiten.htm
- Cogas Facilitair B.V.
- InfraXS Energy B.V.
- N.V. Nutsbedrijf Regio Eindhoven
- Shell Nederland Verkoopmaatschappij B.V.
- N.V. Nuon Groene Energie - REMU Levering B.V.
- Obragas Energy Services B.V.
- Westland EnergieServices B.V.
- EnerService Maastricht B.V.
- Vattenfall Nederland B.V.
- Energiebedrijf.com B.V.
- RENDO Energielevering B.V.
- N.V. DELTA Nutsbedrijven
- Maatschappij voor Intercommunale Gasdistributie "Intergas" N.V.
- Essent Energie Brabant B.V.
- Essent Energie Friesland B.V.
Taken
- leveren electriciteit
- onderhouden laagspanningsnet Verantwoordelijkheden
- voldoen aan de vraag op elk moment Tarievensysteem
- veiling en termijncontracten voor grote/middelgrote afnemers
- vaste tarieven voor huishoudens tot 2004
2.3 Marktvraag en trends:
Sinds de eerste stap in de liberalisering is de markt in Nederland steeds omvangrijker geworden. Uit importcijfers maar vooral uit handelsvolume is te zien dat de markt van elektriciteit gestaag groeit. Onderstaande grafiek schetst een duidelijk beeld van dit verschijnsel. Het geeft het handelsvolume per jaar weer vanaf de start van de APX tot aan afgelopen juli. Hoewel grillig, de stijging is gedurende die periode altijd gebleven. Ook geeft de grafiek duidelijk weer dat er dit jaar weer een groep bij is gekomen die vrije keuzes van leverancier. De groene lijn vertoont al vanaf het begin een veel sterkere stijging.
Figuur 2: Afname patroon op de beurs Bron: http://www.apx.nl
Naast de trend in de groei van elektriciteit als handelsobject is er ook een duidelijke trend in verbruik te zien. In de figuur hiernaast is duidelijk te zien welk patroon elk soort afnemer volgt. Opvallend is de lijn “overige
bedrijfstakken”. Dit is de al eerder genoemde groeimarkt van elektriciteitsafhankelijke dienst aanbieders. Die trend verklaart ook de nogal explosieve groei in handel in 2002. De markt voor middelgrote verbruikers is enorm gegroeid en juist die groep werd vrij in keuze van leverancier gelaten. Als men die
vergelijking doortrekt naar de situatie in 2004 dan valt er een nog grotere groeistijging te verwachten vanaf januari 2004. Immers gaat het dan om een nog omvangrijker markt die een soortgelijke trend meemaakt als de dienstentak dat had tussen 1998 en 2000.
Figuur 3: grafiek elektriciteitsverbruik Nederland Bron: http://www.cbs.nl
2.4 Marktverwachtingen
Nederland is mede door de enorme gasvoorraad een achterblijver mbt het aandeel van elektriciteit in het totale energie verbruik. Dit verschil is echter steeds kleiner aan het worden door de explosieve groei die bijvoorbeeld de ICT sector heeft meegemaakt in de afgelopen jaren. Deze sector en het groeiende aantal elektrische apparaten in alle huishoudens in
Nederland maakt ons land inmiddels net zo afhankelijk van stroom als de rest van Europa. Dit zal met de explosieve groei van het Internet en internet producten en diensten alleen maar toenemen. Als je deze kennis combineert met de stijgende leveringsonzekerheid is het duidelijk dat er een oplossing moet komen om een bepaald niveau van bescherming in te bouwen in het systeen van vraag en aanbod. In het bedrijfsleven is het nog mogelijk om collectief iets aan deze onzekerheid te doen door bijvoorbeeld een gezamenlijke investering in decentraal vermogen te doen. De huishoudens blijven echter aangewezen op de leveranciers die op hun beurt om bestaansrecht aan het vechten zijn. Deze turbulente situatie vraagt om een technisch en economisch haalbaar plan.
Figuur 4: verbruik aardgas en elektriciteit in Nederland bron: http://www.ecn.nl/document/evn97/node91.html
2.5 Kwaliteitsbewaking
In Californië heeft verandering van de elektriciteitsmarkt ervoor gezorgd dat er een crisis ontstond van ongekende grootte door enorme uitvallen en een stijgende onzekerheid. De prijzen op de spotmarkt voor stroom stegen op sommige dagen tot 1000% en de twee grootste facilitaire bedrijven stonden op de rand van failissement. Of men in Nederland ook zulke taferelen kan verwachten na 2004 is nog altijd de vraag hoewel de meeste
onderzoeksrapporten vooralsnog geen problemen voorzien van die proporties. Het ministerie van Economische Zaken wijt de crisis in Amerika niet zozeer aan de privatisering op zich, maar op bepaalde aspecten en de wijze van implementatie. Zo werd het verplicht voor de grote nutsbedrijven om hun productiecapaciteit te verkopen terwijl het ze verboden was om langetermijn contracten af te sluiten voor afname. De neiging om te investeren werd hiermee afgeremd en dat was het begin van de creatie van ondercapaciteit. Dit bleef een periode redelijk stabiel totdat een aantal zaken tegelijk misgingen. Een hittegolf, een verdubbeling van de prijs van aardgas (grondstof voor veel centrales) en een capaciteitsvermindering bij de waterkrachtcentrales zorgden voor de nu al beruchte crisis. Dit leidde op zijn beurt tot een prijsstijging op de spotmarkt. Deze prijsstijging kon niet worden doorberekend aan de consument door een bevriezing van de tarieven middels een overheidsmaatregel.
Door de groeiende afhankelijkheid van stroom in zowel het bedrijfsleven als de privesfeer is storingsgevoeligheid een belangrijk punt op de agenda van iedereen die met stroom te maken heeft. Grofweg kan men kwaliteit van levering in 3 categorieën indelen:
-leveringszekerheid
-afwijking van de normspanning -netvervuiling
De IEEE heeft in elk van de drie categorieën een normering opgesteld.
Bij leveringszekerheid is er sprake van beschikbaarheid van gewenste energie. Er zijn 2 soorten storingen te onderscheiden in deze categorie. De ‘Interruption’ en de ‘Sustained interruption’ die respectievelijk staan voor een korte storing (tot 1 minuut) en een lange storing (langer dan 1 minuut).
Afwijkingen van de normspanning zijn storingen die vaak minder verstrekkende gevolgen hebben voor bijvoorbeeld bedrijfsprocessen maar die vooral voor industriële toepassingen lastig zijn. Er worden vier categoriën genoemd:
- ‘Sag’of inzakking
- ‘Undervoltage’ of onderspanning - ‘Swell’ of opzwelling
- ‘Overvoltage’ of overspanning
Een inzakking is een daling van het voltage naar 10-90% van de normwaarde gedurende maximaal 1 minuut. Een onderspanningssituatie is een langdurige inzakking dwz langer dan 1 minuut. In het geval van opzwelling stijgt de spanning naar 10-80% boven de normwaarde gedurende een periode van maximaal 1 minuut. Bij een opzwelling langer dan een minuut is er sprake van overspanning.
Netvervuiling heeft betrekking op abnormale afwijkingen van de sinusvorm en van de nominale waarde van de spanning. Ook in dit geval zijn er vier categoriën:
- ‘Transient’ of transienten
- ‘Voltage imbalance’ of spanningsonbalans - ‘Noise’ of ruis
- ‘Harmonic current’ of harmonische stromen
Transienten is een plotselinge, extreem korte, variatie in spanning in 1 richting of oscillerend.
Dit kan tot gevolg hebben dat er schade aan apparatuur ontstaat of dat er data verloren gaat of beschadigd wordt.
Spanningsonbalans is een verstoorde verhouding tussen de positieve en negatieve component van stroom. Gevolg hiervan kan oververhitting zijn.
Ruis bestaat uit ongewenste elektrische signalen en kan signaalfouten, datacorruptie en slijtage van elektrische onderdelen veroorzaken.
Harmonische stromen zijn de stromen bij veelvouden van de basisfrequentie van 50 Hz en veroorzaken vervorming van de spanning, oververhitting en fouten in telecommunicatie.
De impact die buffering kan hebben op kwaliteitsbewaking is immens. Als men bijvoorbeeld alleen al kijkt naar de situatie in Californië en wat een fikse buffercapaciteit in bijvoorbeeld de huishoudens had kunnen voorkomen is het een wonder dat men niet meer op zoek is naar een werkbare projectvorm.
Ook de kwaliteit van stroom kan aanzienlijk verbeterd worden door plaatsing van buffers. In
dit geval zou dan sprak zijn van buffers bij mensen thuis
Hoofdstuk 3: Conceptueel Model
Onderstaand model is een grafische representatie van de elektrische waardeketen zoals die in Nederland op dit moment bestaat. Zoals in een eerder hoofdstuk al is genoemd kan een waardenetwerk gedefinieerd worden als:
“Een genest commercieel netwerk van producenten en markten waarin op elk niveau componenten gemaakt en verkocht worden naar het volgende niveau”
Met behulp van de onderstaande grafische weergave is het gemakkelijker om potentiele knelpunten en veranderingen (en daarmee de mogelijk implicaties) aan te wijzen en eventuele oplossingen te implementeren. Het systeem van vraag en aanbod is in dit model niet
weergegeven maar kan aan de hand van een aantal aanpassingen toch een plek krijgen.
Figuur 5: Conceptueel model van de waardeketen
De waarde creërende activiteiten in dit model worden verricht door productie en distributie, weergegeven in het model als een rechthoek. Tussen en na deze punten is er een mogelijkheid tot opslag. Dit zijn in het model de punten ‘netwerk’, ‘consument’ en
‘industrie’. Elk van deze punten zal in dit hoofdstuk uitvoerig behandeld worden.
Productie
netwerkDistributie
Consu- ment
industrie
Legenda:
Transport via hoogspanning
Grens van het beschouwde systeem
Waarde creërende activiteit
Mogelijk punt van opslag
3.1 Opslagpunten
Netwerk:
In het netwerk is het voor zowel de productie- als voor de distributiemaatschappijen mogelijk om buffers te implementeren (ervanuit gaande dat de technologie het toelaat). Voor
productiemaatschappijen zou het handig zijn om buffers te plaatsen in het systeem aangezien ze op die manier vraag en aanbod zouden ontkoppelen. De enige manier waarop men nu met piekvraag om kan gaan is het plaatsen en gebruiken van piekcentrales. Dit zijn centrales die als een soort noodcapaciteit in het productiepark zijn opgenomen om op fluctuaties te reageren die de normale centrales niet aan kunnen. Het gebruik maken van deze extra capaciteit is vaak duur, milieubelastend en erg energie-inefficient. Als men mbv buffers in staat blijkt om de veel efficiëntere normale centrales gelijkmatiger te belasten, zou dat voor zowel de prijs als voor de betrouwbaarheid erg gunstig zijn.
Voor de distributiebedrijven is het plaatsen van opslagcapaciteit uiteraard ook erg aantrekkelijk. Men zou bijvoorbeeld veel beter netwerk onderhoud kunnen inplannen aangezien men tijdelijk kan draaien op lokaal ingekochte en opgeslagen stroom. Ook het aanschaffen van stroom op de APX is een activiteit die door buffering ondersteund zou kunnen worden. Men hoeft immers niet op te letten of er wel genoeg afnemers zijn op momenten dat de stroom goedkoop is aangezien er bij voldoende buffercapaciteit altijd wel stroom weg gezet kan worden.
Consument:
Bij de consument is er eigenlijk ook sprake van een tweetal mogelijke opslagpunten. Aan de ene kant is er het huishouden en aan de andere kant de wijk/distributeur.
In het huishouden zou een soort accu geplaatst kunnen worden met genoeg capaciteit (en veiligheid) om een heel huishouden bijvoorbeeld een dag of misschien zelfs langer te laten draaien. In de huidige situatie lijkt dit wellicht wat overbodig maar met het oog op de liberalisering in 2004 verandert dit beeld al snel. Een buffer in het huishouden zou een soort
‘smart appliance’ moeten worden die, gesteund door realtime informatie van de stroombeurs, stroom inkoopt op momenten dat het goedkoop is en op dat moment de buffer vult. Op momenten dat er alleen erg dure stroom in te kopen is, zal het huishouden een beroep kunnen doen op de al eerder opgeslagen goedkope stroom.
Men kan natuurlijk ook denken op een iets hoger niveau. Als bijvoorbeeld een woonwijk de beschikking heeft over een collectief buffersysteem dan zou men kunnen denken aan massa- inkoop (zoals dat nu al gebeurt door de grote spelers op de stroommarkt). De wijk als klant zou kortingen kunnen krijgen op grotere hoeveelheden stroom en heeft in die hoedanigheid natuurlijk een veel betere onderhandelingspositie.
Industrie:
Veel bedrijven in de industrie zijn voor verschillende processen afhankelijk van de beschikbaarheid van stroom. Dit heeft tot gevolg dat de meeste bedrijven al voor de liberalisering een voorziening getroffen hadden om een stroomstoring tegen te gaan. Soms collectief ( bijvoorbeeld in een power parc) en soms individueel (denk aan nood-aggregaten en UPS systemen).
Hoewel technologieën die in eerste instantie bedoeld zijn voor plaatsing in het netwerk en/of
bij de consumenten niet meteen geschikt zullen zijn voor implementatie in het bedrijfsleven,
zal er in de toekomst vanuit het bedrijfsleven altijd vraag zijn naar een verhoging van de
zekerheid.
Scenario analyse
Scenario tabel
Producent Distributeur Consument Industrie
1 x x x x
2 x x x -
3 x x - x
4 x x - -
5 x - x x
6 x - x -
7 x - - x
8 x - - -
9 - x x x
10 - x x -
11 - x - x
12 - x - -
13 - - x x
14 - - x -
15 - - - x
16 - - - -
Tabel 2: Verschillende scenaro’s van buffering
Uitleg tabel:
In het model zijn er 4 mogelijke punten van opslag (in onderstaand model aangegeven door een groene stip). Dit geeft een totaal van 16 mogelijke combinaties die elk een ander scenario opleveren. In bovenstaande tabel staan al deze mogelijkheden uitgewerkt waarbij een kruisje betekent dat er wel een buffer aanwezig is en een minteken het tegenovergestelde.
Figuur 6: Conceptueel uitgebreid met punten van opslag
Productie
netwerkDistributie
Consu- ment
industrie
12 10 9 1 3 11 4 15
2 6 5
8 7 14
13
On ze k er h ei d
16
Buffercapaciteit
Figuur 7: plaatsing scenario’s op basis van capaciteit en zekerheid
In bovenstaand schema zijn alle mogelijke scenario’s bekeken op twee aspecten: onzekerheid en buffercapaciteit. Sommige uitersten uit dit extra model zullen bekeken worden op de voordelen en nadelen die een dergelijke situatie teweeg zal brengen. Bij het beschrijven van de volgende situaties wordt er vanuit gegaan dat de buffers technologisch haalbaar zijn. Later kan alsnog beschouwd worden of het in de praktijk werkbaar zal zijn.
scenario 16:
Dit scenario is de beste representatie van de huidige situatie. Er is geen enkele
opslagcapaciteit maar vraag en aanbod zijn redelijk voorspelbaar. Nu er gegaan wordt naar een situatie waarin men de leverancier kan kiezen zal de onzekerheid sowieso toenemen. Mbv buffering is die toegevoegde onzekerheid te temperen
scenario 8:
In het geval van buffering alleen bij de producent zal een situatie ontstaan waarbij er efficient gebruik gemaakt wordt van de productie capaciteit in nederland. Dit zal de prijs wellicht stabiliseren maar niet lager maken. Het grote nadeel van een dergelijke buffer is dat de productiebedrijven nog meer geneigd zullen zijn om stroom te importeren. Dit zal gepaard gaan met een nog zwaardere belasting van het grid op de knooppunten met de rest van europa en zoals al eerder aangegeven is dat onwenselijk.
scenario 12:
Bij het plaatsen van buffers alleen bij de distributiebedrijven zal een versterking van de
marktwerking plaatsvinden. Meer bedrijven zullen proberen door slim inkopen een voordeel
te behalen wat de stroom een hoge handelswaarde zal geven. Een mogelijk nadeel is dat
wanneer men tegelijk zal proberen in te kopen op momenten dat de prijs laag is er meer
fluctuatie zal komen in de vraag.
scenario 1:
In het geval van het plaatsen van buffers op elke mogelijke plek in de waardeketen is de kans op het bullwhip effect (zie paragraaf 1.3) erg groot. De enorme opslagcapaciteit die er in dit geval in de waardeketen wordt opgenomen zal leiden tot een dermate hoge onzekerheidsfactor dat er een grillig verloop in de vraag zal komen. Elke stap terug in de waardeketen (van consument naar producent) wordt dit effect versterkt wat een gezonde marktwerking volledig in de weg staat. Deze situatie is dan ook onwenselijk tenzij er een waterdicht plan komt om de onzekerheid weg te nemen. In een normale voorraadbeheersings situatie zou men zeggen dat een verbetering van de communicatie de onzekerheidsfactor vermindert. Echter in een netwerk dat zo complex is als het elektriciteitsnetwerk (inclusief het systeem van vraag en aanbod) is dat in de praktijk niet haalbaar. Als er dus al buffers dienen te komen dan is het uitermate belangrijk dat er van tevoren bekeken wordt waar ze geplaatst moeten worden. In het grafiekje lijkt het erop dat scenario 14 hiervoor het meest geschikt is.
scenario 14:
In de toekomstige situatie van 2004 (iedereen kiest zijn eigen stroomleverancier) is het nog moeilijker om de vraag te voorspellen. Als men nu bij iedere consument (of een gedeelte ervan) een buffer plaatst wordt die onzekerheid enigszins verminderd doordat er veel minder een piek te zien zal zijn in het verloop. Randvoorwaarde hier is de capaciteit van de
stroomopslag. Bij onvoldoende capaciteit zal de werking weinig tot geen invloed hebben op
de vraag. Bij een te grote capaciteit bestaat het risico van een bullwhip effect zoals bij
scenario 1 al is beschreven.
Hoofdstuk 4: Huidige stand van technologie
Er zijn op dit moment uiteraard al vele vormen van stroombuffering. Naast de klassieke loodaccu technologie zijn er volop nieuwe technologieën in ontwikkeling, elk met voor- en nadelen. Zij kunnen vergeleken worden op de volgende 8 punten:
- Energie-dichtheid (whr/kg);
- Kracht-dichtheid (w/kg);
- Volume-dichtheid (whr/m3);
- Oplaadtijd;
- Mogelijk aantal herlaadcycli;
- Levensduur;
- Gebruikstemperatuur;
- Kosten.
Dit hoofdstuk zal een aantal in het oog springende concepten en technologieën bekijken en vergelijken.
4.1 Klassiek batterijsysteem
Deze systemen maken gebruik van elektrochemische energieopslag waarbij een
gelijkspanning als output geldt. De werking ervan is vrij eenvoudig en kan aan de hand van een voorbeeld het beste uitgelegd worden. De meest gebruikte technologie is die van de loodaccu. Onderstaand plaatje legt de werking ervan uit:
Figuur 8: Voorbeeld loodaccu batterij
Links is een voorbeeld van een simpele loodaccu. Een plaat van lood reageert middels het zwavelzuur (de elektrolyt) met een plaat bedekt met loodoxide. De
loodplaat fungeert in deze reactie als de negatieve pool, de loodoxide voor de positieve pool. In chemische vergelijking:
Pb(s) + SO42- (aq) PbSO4 (s) + 2 e- PbO2 (s) + SO42- (aq) + 4 H+ (aq) + 2 e- PbSO4 (s) + 2 H2O (l)
Deze technologie leent zich bij uitstek voor een modulaire opbouw van de batterij en is daarom in capaciteit afhankelijk van omvang. Nadeel is dat opladen niet
onbeperkt mogelijk is en de batterij dus een beperkte levensduur heeft. Het chemische karakter van de componenten levert een tamelijk zware belasting van het milieu op.
Ook moet men bij gebruik rekening houden met veiligheidsmaatregelen voor
kortsluiting en chemische gassen.
Specificaties in schema:
Variabele Waarde Energie Dichtheid whr/kg 50-170 Wh/kg
Kracht-dichtheid (w/kg) 250 W/kg
Volume-dichtheid 20-50 kWh/m
3Oplaadtijd variabel Mogelijk aantal herlaadcycli +/- 1000
Levensduur 1-3 jaar
Gebruikstemperatuur -20 tot +60 ºC
Kosten laag
Tabel 3: specificaties conventionele technologie
4.2 Redoxflowsystemen
Een op redoxflow gebaseerd buffersysteem is ook chemisch van karakter. De term slaat op het volgende concept: "To flow the substance that initiates reduction and oxidation reactions".
De elektriciteit wordt hierbij echter opgeslagen in de vloeistof en niet in platen. Een
belangrijk kenmerk hiervan is dat de geladen vloeistof jarenlang mee kan gaan zonder verlies van capaciteit. Het levert evenals ‘normale’ batterij technologie gelijkspanning en kan eveneens modulair opgebouwd worden. De capaciteit per liter is echter nog veel lager dan bij loodaccu en de omvang om bijvoorbeeld als lokale opslagbuffer te functioneren is dan ook nogal groot. De plaatjes in 0 en 0 illustreren een en ander.
Specificaties in schema
Variabele Waarde Energie Dichtheid whr/kg ~30 Wh/kg
Kracht-dichtheid (w/kg) 92 W/kg
Volume-dichtheid ~35 kWh/ m
3Oplaadtijd Direct Mogelijk aantal herlaadcycli Groot
Levensduur Lang Gebruikstemperatuur +5 ot +40 ºC
Kosten Hangt af van de totale (modulair
opgebouwde) capaciteit. Hoe groter de capaciteit, hoe lager de gemiddelde kosten
Tabel 4: specificaties RedoxFlow technologie
Figuur 9: Schematisch weergegeven werking van redoxflowcel (uit 0).
Figuur 10: Schematisch weergegeven modulaire opbouw van een redoxflow batterij-systeem
4.3 Vliegwielsystemen
De meest opvallende technologie is die van het vliegwiel. De energie in een dergelijke buffer is opgeslagen als kinetische energie. Het principe is dat een massa in beweging wordt
gebracht door een motor en de massa deze beweging vasthoudt. Door nu gebruik te maken van hoogwaardige kogellagers in een vacuüm blijft de massa in beweging tot er gekozen wordt voor gebruik van de energie in de vorm van elektriciteit. Deze kan gegenereerd worden door de massa te vertragen in een magnetisch veld en die energie middels een converter om te zetten in elektriciteit. Tijdens het opladen van het systeem krijgt de massa weer extra
snelheid.
Natuurkundig is het principe als volgt in een vergelijking samen te vatten:
KE = ½ I ω
2Hierbij is KE: Kinetische energie, I: moment van inertia en ω : de hoeksnelheid. Een eenvoudige dwarsdoorsnede ziet er uit als in 0 weergegeven.
Figuur 11: Dwarsdoorsnede van een vliegwiel voor energie opslag
Vooralsnog zijn er geen commerciële projecten die dit concept interessant maken voor massaproductie en is het een technologie die in hoogwaardige projecten (zoals in de ruimtevaart) gebruikt wordt.
Specificaties in schema
Variabele Waarde Energie Dichtheid whr/kg Laag
Kracht-dichtheid (w/kg) Laag
Volume-dichtheid Laag
Oplaadtijd Zeer snel
Mogelijk aantal herlaadcycli Groot
Levensduur +/- 20 jaar
Gebruikstemperatuur 0 tot 50 ºC
Kosten Vooralsnog zijn de kosten van vliegwielen
erg hoog. Bij meerdere mogelijke
toepassingen zal er misschien massaproductie kunnen plaatsvinden en daarmee een scherpe prijsdaling
Tabel 5: specificaties vliegwiel
4.4 Supergeleidende Magnetische Energieopslag (SMES)
Deze variant is voordelig vanwege het extreem hoge rendement. Omdat men met
supergeleidende magneten in staat is om zeer sterke velden te genereren kan je een vrijwel 0%
verlies opslag creëren. Het nadeel is in dit geval dat de energie dichtheid relatief slecht is in verhouding tot de meeste conventionele technologieën. Hierdoor hebben de meeste
toepassingen op dit moment betrekking op zeer korte opvang van storingen om kwaliteit en betrouwbaarheid te verhogen. Een ander nadeel is dat er een zeer scherpe
temperatuurbewaking moet zijn aangezien het proces sterk gekoeld dient te worden. Hoewel er nog altijd ontwikkelingen plaatsvinden op dit gebied zal deze technologie voor een conventionele toepassing nooit in aanmerking komen.
Specificaties in schema
Variabele Waarde Energie Dichtheid whr/kg Zeer laag (<10 Whr/kg)
Kracht-dichtheid (w/kg) Laag
Volume-dichtheid Zeer laag
Oplaadtijd Zeer snel
Mogelijk aantal herlaadcycli Bijna onbeperkt
Levensduur >50 jaar
Gebruikstemperatuur Zeer laag
Kosten Extreem
Tabel 6: Specificaties SMES
Hoofdstuk 5: Kwantitatieve analyse
5.1 Simulatie model
Om een indruk te krijgen wat voor invloed stroomopslag in de praktijk zal hebben (en ook op welk punt en in welke orde van grootte) is een simulatie in de vorm van een versimpeld electrisch circuit erg handig. Hierbij worden een weerstand en een condensator als volgt geschakeld:
Figuur 12: Schema elektrisch circuit met “buffers”
Hierbij stelt de spanningsbron het aanbod voor van producenten en de condensatoren de eventuele buffers.
Er is geen rekening gehouden met de technische mogelijkheden wat betreft oplaadtijden, ontladen en aantal mogelijk herlaadcycli. Om de simulatie zo realistisch mogelijk te laten zijn en om te kijken of een wisselwerking tussen verschillende opslagpunten de voorspelde
effecten versterkt dan wel verzwakt wordt de volgende schakeling gebruikt naast de standaard schakeling:
Figuuer 13: Elektrische schakeling met mogelijke afname simulatie
In deze schakeling is het mogelijk om aan eventuele piekvraag te voldoen vanuit elk van de mogelijke buffers. Na het uitvoeren van een test met een aantal punten van vraag zijn de resultaten uitgezet in een grafiek.
R
4C
4R
3C
3R
2C
2R
1C
1V
Figuur 14: Grafiek van condensatorspanning uitgezet over tijd
Legenda:
Donkerblauw: buffer c4 Rose: buffer c3 Lichtblauw: buffer c2
Rood: buffer c1
Op de vertikale as staat de spanning over de condensator weergegeven (ofwel de mate waarin de buffer is opgeladen) en de vertikale as stelt het tijdsverloop voor. In de grafiek zie je duidelijk wanneer er een beroep op de buffer(s) gedaan wordt en ook dat de buffers die het verst van de spanningsbron staan als eerste gebruikt worden om het niveau aan te vullen. In de grafiek kan je op tijdstippen t1 t/m t4 zien dat vooral bij t4 er een enorme val in de spanning is. Dit kan vergeleken worden met een moment van piekvraag. Aangezien ook duidelijk is dat zelfs in de laatste buffer (c1, de rode lijn) nog spanning overblijft na deze piekvraag kan je concluderen dat een opslagmoment erg nuttig kan zijn om aan een piekvraag te doen.
0 1 2 3 4 5 6
0 0 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,09 0,1 0,1 0,11 0,11 0,11 0,12 0,12 0,13 0,13 0,13 0,14 0,14 0,14 0,15 0,15 0,16
Figuur 15: Grafiek van condensatorspanning uitgezet over tijd; met adaptieve schakeling
Bovenstaande grafiek is het resultaat als met de verschillende buffers met elkaar koppelt.
Hiermee wordt bedoeld dat bij een piekvraag een beroep gedaan wordt op alle opslagpunten tegelijk ipv achter naar voren. In de figuur komt naar voren dat er per buffer meer reserve
6
overblijft en dus kan een aaneengeschakeld systeem veel flexibeler werken (meer
schommeling opvangen) dan een niet gekoppeld systeem. De vraag is echter of een dergelijke complexiteit geimplementeerd kan worden in het toch al complexe elektriciteitsnetwerk.
Waarschijnlijk is er in dit geval sprake van oversimplificatie en is het verkregen resultaat niet representatief voor de werkelijke situatie.
5.2 Beschouwing technologieën
Na de uitwerking van de verschillende mogelijkheden die er nu zijn (en in ontwikkeling zijn) is het wellicht handig om te kijken in welke scenario’s er sprake is van een realistische mogelijkheid. In onderstaande tabel staat kort weergegeven wat men kan verwachten van elke technologie op een specifieke plaats in de waardeketen. Alle cellen in de tabel zijn
genummerd zodat er per geval gemakkelijk commentaar gegeven kan worden
Alleen
Producent
Alleen Distributie
Alleen Consument
Overal
Conventioneel 1 ongeschikt
2 ongeschikt
3 mogelijk
4 ongeschikt RedoxFlow 5
mogelijk
6 mogelijk
7 ongeschikt
8 ongeschikt Vliegwiel 9
ongeschikt
10 mogelijk
11 ongeschikt
12 ongeschikt S.M.E.S. 13
mogelijk
14 mogelijk
15 ongeschikt
16 ongeschikt
Tabel 8: technologie plaatingsmogelijkheden
1) Een conventionele accu zal nooit genoeg capaciteit hebben om bij de producent van enig nut te zijn.
2) Ook voor distributiebedrijven is een conventionele technologie niet zwaar genoeg 3) Als er gezorgd wordt voor voldoende capaciteit om voor een gehele dag huishoudelijk
gebruik stroom op te slaan, dan is het mogelijk om een conventionele technologie toe te passen. Hierbij moet in acht genomen worden dat milieu-eisen steeds meer
meetellen in de beoordeling van geschiktheid.
4) Zie 1) en 2)
5) Als de technologie zich wat ontwikkeld is het zeer goed mogelijk om grote vermogens op te slaan. In japan bijvoorbeeld zijn er al redoxflowsystemen op proef bij
hydrocentrales. De resultaten daarvan zijn nog niet bekend.
6) Zie 5)
7) Redoxflow is een technologie die altijd te chemisch zal zijn om veilig in een
huishoiuden te plaatsen. Bovendien nemen de huidige installaties een groot volume in beslag, iets wat voor een normaal huishouden niet haalbaar is.
8) Zie 7)
9) De capaciteit voor een op vliegwiel gebaseerde technologie zal nooit genoeg zijn voor
plaatsing bij de producent. Ook zijn de kosten nog enorm op het moment.
10) Er is een toepassing denkbaar voor bij de distributiebedrijven. Echter zolang de kosten nog te hoog zijn zal van een praktijktest geen sprake zijn.
11) De kosten van een vliegwiel zijn extreem hoog. Een vliegwiel die de capaciteit heeft voor een huishouden zal nooit betaalbaar zijn en dus onmogelijk
12) Zie 9) en 11)
13) In Japan zijn er al proeven geweest waarin er sprake is van MegaWhr. Het project was nog verscrikkelijk duur (inefficient ook) maar veelbelovend.
14) Zie 13)
15) SMES is slechts effectief bij enorme hoeveelheden opgeslagen stroom. Aangezien een consument niet veel vermogen nodig heeft is deze optie uitgesloten
16) Zie 15)
Peak-
shaving
UPS Smart Buffer
Kwaliteit levering
Zekerheid levering Conventioneel 1
nee
2 ja
3 ja
4 misschien
5 misschien RedoxFlow 6
ja
7 nee
8 nee
9 nee
10 ja Vliegwiel 11
nog niet
12 nee
13 nee
14 nee
15 nog niet S.M.E.S. 16
ja
17 nee
18 nee
19 nee
20 ja
Tabel 9: Technologie functie mogelijkheden
1) De capaciteit van conventionele technologie is bij lange na niet groot genoeg om peakshaving te bewerkstelligen.Tenzijn uiteraard zoveel batterijen bij consumenten thuis geplaatst worden dat de vereiste capaciteit gehaald wordt. Echter de technologie is dermate milieubelastend dat dit nooit een optie zal zijn
2) Nu al worden conventionele technologieën gebruikt als tijdelijke stroomvoorziening in geval van storing.
3) Een conventionele accu zou uitereaard uitgerust kunnen worden met ICT capaciteiten die hem ‘slim’ zouden maken. Randvoorwaarde is natuurlijk dat er capaciteit genoeg is.om als buffer te functioneren
4) Men zou een filter kunnen plaatsen op een bestaand soort accu.
5) Als men het in grote getale toepast dan kan de zekerheid van levering toenemen.
6) Als de technologie zich wat ontwikkeld is het zeer goed mogelijk om grote vermogens op te slaan. In japan bijvoorbeeld zijn er al redoxflowsystemen op proef bij
hydrocentrales. De resultaten daarvan zijn nog niet bekend.
7) Te zware en chemische technologie. Ook de op en ontlaadtijden zullen te lang zijn 8) Zie 7)
9) Zie 7)
10) In het geval van peakshaving zal ook de leverzekerheid toenemen.
11) Nog niet voldoende capaciteit maar er bestaan projecten om dit te verhogen.
12) Te dure technologie 13) Zie 12)
14) Zie 12)
15) Nog niet voldoende capaciteit
16) In Japan zijn er al proeven geweest waarin er sprake is van MegaWhr. Het project was nog verscrikkelijk duur (inefficient ook) maar veelbelovend.
17) Te omvangrijke capaciteit 18) Zie 17)
19) Het lijkt niet mogelijk om ruisfilters en dergelijke te plaatsen bij buffers van een dergelijk formaat
20) Door de omvang van de capaciteit lijkt SMES de zekerheid van levering te kunnen
verhogen.
Hoofdstuk 6: Implicaties
Als er voldaan is aan alle technische randvoorwaarden en er komen buffers in het netwerk, wat zullen dan de gevolgen zijn voor de bestaande en nieuwe spelers?
Als men kijkt naar de resultaten van de simulatie en de stand van de techniek op dit moment lijkt plaatsing van buffers bij de consument de meest haalbare oplossing. Ten eerste omdat een men daar al snel voldoende capaciteit bereikt om de landelijke voordelen te behalen (peak-shaving, net-ontlasting). Dit bleek uit het feit dat de buffers die het verst van de bron geplaatst staan als eerste worden aangesproken om aan piekvraag te voldoen.
Ten tweede is gebleken dat de huidige technologieën niet voldoen aan een eventuele buffer.
Dit betekent dat er óf een revolutie in een huidige technologie moet komen, óf er moet een nieuwe technologie komen. In beide gevallen lijkt het waarschijnlijk gemakkelijker om een buffer te creëren met zo min mogelijk capaciteit. Aangezien een huishouden gemiddeld ongeveer 5kWhr verbruikt per dag lijkt dat de best haalbare doelstelling. Dit roept een nieuwe vraag op die van belang is voor bijvoorbeeld een ontwikkelaar van een dergelijke nieuwe technologie. Dit hoofdstuk zal proberen uit te werken wat de vereisten zullen zijn om een dergelijk nieuw product te vermarkten dmv een business case.
Product kenmerken:
Terwijl we gaan in de richting van ‘smart homes’ waarin mensen meer en meer rekenen op bepaalde producten en diensten neemt ook de behoefte aan verzekerde levering van
elektriciteit toe. Een mogelijkheid om die zekerheid te verhogen zou een opslagpunt van stroom binnen het huishouden zijn. Deze buffer zal de gebruiker in staat stellen de inkoop van stroom los te koppelen van consumptie net als de meeste gebruiksartikelen en diensten. Dit zal de bewoner in staat stellen om bijvoorbeeld gebruik te maken van het verschil in tarieven tussen dal en piek uren. Naast dit voordeel staat ook de vrije keuze van energie leverancier gepland in januari 2004. Dit geeft een buffer de mogelijkheid ook zelf te bepalen waar de stroom vandaan gehaald wordt.
Het nieuwe product zal aan een aantal kenmerken moeten voldoen. Het zal ten eerste
voldoende capaciteit moeten hebben om mensen in elk geval de garantie te geven geen last te zullen hebben van stroomstoringen. Aangezien een gemiddeld huishouden 5 a 6 Kwhr per dag verbruikt gaan we uit van die hoeveelheid. Ten tweede moet het product voldoen aan
wettelijk gestelde veiligheidseisen. Een derde punt waaraan het nieuwe product zal moeten voldoen is een bepaalde mate van intelligentie. In het geval bijvoorbeeld van het kiezen van leverancier en het bepalen van inkoopmomenten zal behoorlijk wat ICT van toepassing zijn.
Ook een permanente dataverbinding met de buitenwereld zal hiervoor nodig zijn. Een laatste mogelijkheid met een nieuwe technologie is het ‘schoner’ leveren van stroom. Hierbij wordt de staat van de elektriciteit bedoeld zoals bijvoorbeeld ruis en voltagefluctuaties. Met een opslagpunt in huis kan elke vorm van verstoring weg gefilterd worden wat een geheel nieuwe mogelijkheid aan het licht brengt namelijk datatransmissie over het elektriciteitsnetwerk.
Deze relatief nieuwe technologie vereist een ruisloos netwerk en met een smart buffer
uitgerust met filter beschikt ieder huishouden over een dergelijk ruisloze infrastructuur. De
mogelijkheden die dat teweeg brengt zijn eindeloos en vallen buiten de scope van dit project.
Markt verkenning:
In Nederland zijn op dit moment 7 miljoen huishouden die elk per dag 5 Kwh verbruiken. Als men uitgaat van een gemiddeld tarief van 7 cent per kwh dan wordt al snel duidelijk dat het om een omvangrijke markt gaat. Ook de trend van elektrificatie in Nederland lijkt nog niet te stoppen dus het groeipotentieel is enorm.
Er zijn op op het moment 4 producenten actief die allemaal te maken hebben met een zeer duidelijke piekvraag. Ook gaan ze een onzeker toekomst tegemoet waarin het vraagverloop nog onzekerder zal worden en daarmee hoogstwaarschijnlijk ook de piekbelastingen. Uit simulaties is gebleken dat het en masse plaatsen van buffers ver weg van de stroomleverancier grote resultaten oplevert mbt het zogenaamde ‘peak-shaving’. Dit voordeel voor de
producenten zal hen waarschijnlijk zeer positief doen staan t.o.v. dit project.
De distributeurs vormen een ander verhaal. Zij hebben niet echt te maken met piekvraag aangezien ze er slechts voor zorgen dat het netwerk tot aan het huis goed werkt en dat mensen afgerekend worden op de verbruikte energie. Wat echter voor deze maatschappijen een groot voordeel zou zijn is een bijna 100% zekerheid dat mensen nooit zonder stroom komen te zitten. Ze zouden zelfs kunnen fungeren als tussenpersoon om huishoudens te voorzien van een dergelijke buffer als extra service. Met de geintegreerde ict zou dan ook de billing wellicht aangepast kunnen worden aan de situatie in 2004.
Focus van het project:
Met name het bereidwillig maken van de bovengenoemde spelers zal een prioriteit zijn in de beginfase. Hiernaast zal er duidelijk gericht moeten worden op de nieuwe mogelijkheden van het product naast de duidelijke toename van zekerheid. Ook het milieuvriendelijke aspect maakt het product aantrekkelijker. Doordat men in principe weinig tot geen beroep meer hoeft te doen op milieuonvriendelijke piekcentrales zal de CO2 uitstoot al na een korte periode van gebruik verminderen.
Na 2004 zal ook de manier waarop mensen hun rekening krijgen moeten veranderen. Als men het product voorziet van voldoende ICT vermogen om ook de billing te faciliteren onstaat er als het ware een geheel nieuwe dienst. Nu al bestaan er technologieën die bijvoorbeeld zelf een telefoonprovider kiezen naar aanleiding van de op dat moment geldende tarieven. Deze technologie is nog niet gebaseerd op real-time informatie maar het biedt in elk geval een basis voor het eventuele nieuwe billingsysteem (microbilling).
Mogelijke partners:
Om te kunnen voldoen aan alle bovengenoemde eisen zal een nauwe samenwerking met een scala van stakeholders erg belangrijk zijn. Ten eerste zal het product moeten voldoen aan allerlei technische eisen waaronder een aantal veiligheidsbepalingen. Om dit te
bewerktstelligen kan bijvoorbeeld nauw worden samengewerkt met KEMA. In hun elektricititeits roadmap wordt al gewezen op de mogelijke voordelen van opslag en een project dat streeft naar de ontwikkeling van een product dat zulke effecten teweeg zal brengen zal daar uitvoerig bekeken worden. Ook kan men in sommige gevallen hulp van KEMA krijgen in de vorm van r&d en testen.
Een andere mogelijke groep van partners bestaat uit nederlandse providers. Er zal gestreefd worden naar een realtime informatiestroom naar de buffer toe en er vanaf. Om dit te faciliteren zal een partnership gesloten moeten worden met ofwel een grote
telefoonmaatschappij of een grote internetprovider.
Om de nieuwe dienst te kunnen aanbieden, billing, zullen alle distributeurs mee moeten
werken. Ook zullen zij profijt hebben van plaatsing van stroombuffers omdat het netwerk (dat
gedeeltelijk onder hun beheer valt) ontlast wordt.
De producenten zullen voornamelijk baat hebben bij het project als er veel buffers geplaatst worden. In ruil hiervoor zouden ze een deel van de research op zich kunnen nemen.
Ten slotte:
Zoals de figuur op de volgende pagina laat zien gaan we toe naar een toekomst waarin alles binnen een huishouden geintegreerd is. De figuur laat ook duidelijk zien wat er precies mist in het toekomstplaatje van vele bedrijven en mensen. Nergens in het diagram staat een functie opgenomen die ervoor zorgt dat het geheel blijft draaien. Er is zelfs een filter opgenomen om de stroom op te schonen. Een dergelijk filter zou standalone al werken om het
elektriciteitsnetwerk geschikt te maken voor datatransmissie. Het doel van dit project zal
daarom moeten zijn om een bewustzijn te kweken bij de consument dat stroomvoorziening in
elk modern huishouden van vitaal belang is om te kunnen funtioneren, zeker als met toegaat
naar een smart home zoals geschetst in figuur 16.
33
Figuur 16: Schematische weergave van de opzet van een “smart home”
