Of de beide TU/e-onderzoekers zelf ook ‘omdenken’ wat betreft hun stroomgebruik? Er wordt beamend geknikt. “Tijdens het schrijven van mijn proefschrift zat ik vaker thuis, en keek ik, voordat ik op de startknop van de wasmachine drukte eerst naar de stroomlevering van de zonnepanelen”, zegt Gijs Verhoeven (rechts op de foto). 

Zijn collega Bart van der Holst verruilt binnenkort zijn appartement voor een koophuis en is al druk bezig met de verduurzaming. “Nu verbruik ik nog vooral veel fossiele brandstof, maar we zijn aan het uitzoeken hoe dat anders kan. Op een flexibele manier”, benadrukt hij lachend. 

Ruim vier jaar geleden begonnen Van der Holst en Verhoeven op dezelfde dag aan hun PhD-avontuur. Dat bleek de start van een intensieve samenwerking, waarin de twee naar oplossingen zochten om het stroomnetwerk gelijkmatiger te belasten. 

Het resultaat mag er zijn. Twee proefschriften vol praktische inzichten en een slimme simulatie waarmee netwerkbeheerders aan de slag kunnen. Van der Holst verdedigt dinsdag 24 februari zijn proefschrift, Verhoeven staat over een paar maanden – op 7 mei – achter de katheder. 

Wachtlijsten stroomaansluiting
Overal in Nederland lopen we tegen problemen aan rondom de levering van stroom. Dat het op sommige plaatsen en momenten te druk is op het stroomnet – ook wel congestie genoemd – heeft grote gevolgen, legt Van der Holst uit. “Niet alleen voor de energietransitie, maar ook voor de economische groei en woningbouw.” 

Hij somt er een aantal op. “Nieuwe bedrijven moeten lang wachten op hun elektriciteitsaansluiting, bestaande bedrijven kunnen niet doorgroeien, nieuwbouwprojecten lopen vertraging door het ontbreken van een aansluiting, opgewekte duurzame energie kan niet altijd worden teruggeleverd en nieuwe laadpalen en windmolens kunnen niet worden aangesloten.”

De grootste problemen doen zich voor in het hoog- en middenspanningsnet, dat gebruikt wordt om elektriciteit over lange afstanden transporteren naar bedrijven en woonwijken. Die problemen in hogere netvlakken merken wij als consumenten ook in het laagspanningsnet, vult Verhoeven aan. 

“Naast die extra druk is onze elektriciteitsvraag ook aan het groeien. We gaan steeds meer elektrisch rijden, koken en verwarmen. En vaak op dezelfde ‘piekmomenten’: tussen 7 en 9 uur ’s ochtend en tussen 17 en 20 uur ’s avonds. Die pieken zijn al zo groot dat netbeheerders deze winter de noodklok luidden: wegens overbelasting zou er op bepaalde momenten mogelijk tijdelijk de stroom uitgeschakeld worden.”

Later laden
Het uitbreiden van de netcapaciteit met extra kabels en transformatoren is noodzakelijk, maar dat kost veel tijd, geld en schaars technisch personeel en wordt daarom niet gezien als kortetermijnoplossing. En dus wordt er onderzoek gedaan op welke manieren netbeheerders efficiënter kunnen omgaan met hun huidige netcapaciteit. 

Samen met TNO en enkele netbeheerders, focusten Van der Holst en Verhoeven zich binnen het project Gebouwde Omgeving Elektrificatie (GO-e) op flexibiliteit om het stroomnet te ontlasten. En daar zit zeker potentie in, zo blijkt uit hun onderzoek.

Verhoeven: “Je kunt denken dat het aanzetten van jouw wasmachine of warmtepomp er niet toe doet op het grote geheel, maar wij laten zien dat flexibel gedrag wel degelijk helpt om het stroomnet te ontlasten.” Dat betekent bijvoorbeeld het later laden van elektrische auto’s, batterijen die tijdelijk energie kunnen opslaan en bedrijven die hun vraag verschuiven.

Complex spel

Om die flexibiliteit mogelijk te maken, gebruiken Nederlandse netbeheerders sinds een paar jaar – als eerste in Europa – twee instrumenten, vertelt Van der Holst. Het gaat hierbij om  capaciteitsbeperkingen, die een dag van tevoren worden toegepast in overleg met de consument. “Je wordt dan tegen een vergoeding op bepaalde momenten van de dag beperkt in de hoeveelheid stroom die je kunt afnemen.” 

Een tweede instrument is de zogenoemde redispatch, waarbij de gebruiker vooraf zelf aangeeft wat hij nodig denkt te hebben. De netbeheerder kan dan doorgeven op welke momenten er minder of meer stroom gebruikt moet worden. Van der Holst bestudeerde in detail hoe deze twee instrumenten gecombineerd kunnen worden om congestie nog effectiever te kunnen aanpakken. 

Hij ziet dat als een spel tussen netbeheerders, elektriciteitsgebruikers en commerciële flexibiliteitsaanbieders. “Elke partij heeft eigen belangen, verwachtingen en informatie. Door hun interacties in een virtuele omgeving te simuleren, kunnen we strategieën onderzoeken die in echte netten moeilijk, kostbaar of risicovol zijn om uit te proberen.”

Want waar een netbeheerder nu een keuze maakt tussen instrument A of B, bekeken Van der Holst en Verhoeven in een grote simulatiestudie wat het oplevert als beide instrumenten tegelijkertijd worden gebruikt. En ze zagen dat daar zeker winst te behalen valt. 

Nieuwe gereedschapskist

Daarnaast onderzocht Van der Holst hoe een netbeheerder kan omgaan met een stukje onzekerheid om zo tot een ideale combinatie van beide instrumenten te komen. “Er zijn vele factoren die invloed hebben op stroomgebruik en dat maakt het precies voorspellen complex. Met deze gereedschapskist hebben netbeheerders nieuwe mogelijkheden om de overbelasting van ons stroomnet beter te reguleren.”

Om flexibel gedrag bij de elektriciteitsgebruiker te stimuleren kan een netbeheerder ook financiële maatregelen nemen, zoals het inzetten van verschillende tariefsoorten. Verhoeven rekende verschillende scenario’s door, met variabele contracten en tarieven. Uit zijn simulaties blijkt dat een combinatie van tarieven en de al eerder genoemde capaciteitsbeperkende en redispatch-contractvormen in een aantal situaties leidt tot een betere spreiding van het stroomverbruik, waardoor de capaciteit flink kan toenemen. 

Flexibel wassen

Maar Verhoeven komt ook direct met een waarschuwing. “Wanneer je gebruikers financieel prikkelt om meer stroom tijdens daluren te gebruiken, kan dat in eerste instantie prima werken om overbelasting te beperken. Maar al snel loop je het risico dat het dal een nieuwe piek gaat worden. Oftewel: steeds meer mensen die op de goedkoopste momenten stroom gaan gebruiken. En onze simulaties laten zien, dat we dan nog verder van huis zijn.”

De twee TU/e-onderzoekers menen dat een tarief gekoppeld aan de hoogte en het tijdstip van het grootste energieverbruik – het gewogen piektarief – een robuustere manier zou kunnen zijn om het stroomverbruik gelijkmatiger over de dag te spreiden. Bovenal pleiten ze voor flexibiliteit. Niet alleen van de elektriciteitsgebruiker, maar ook van de netbeheerder, benadrukt Van der Holst tot besluit. 

“We lopen tegen steeds grotere problemen aan, daardoor moet er nu zeker actie ondernomen worden. Maar timmer de weg die we inslaan niet volledig dicht. We hebben te maken met een dynamisch systeem, en daarom is het essentieel dat we aan de knoppen kunnen blijven draaien. En omdenken loont. Ieder huishouden dat een beetje schuift, kan op wijkniveau al veel helpen.”

Wat zien we op je proefschriftkaft?
“Ik ben nog druk bezig met het ontwerp. Het netwerk van mijn ‘hometown’ Bergen op Zoom komt op de voorkant, en op de achterkant Eindhoven als mijn soort tweede thuis. Tijdens ons project is er een kaart gemaakt die heel Nederland opdeelt in type netwerkbuurten, op basis van gedrag en netwerkbelasting. Dat zijn de verschillende kleuren die je ziet.”

Je bent op een verjaardagsfeestje. Hoe leg je in één zin uit wat je onderzoekt? 
“Hoe het anders gebruiken van elektrische apparatuur overbelasting op het stroomnet kan voorkomen, en hoe een netwerkbeheerder deze flexibiliteit zo optimaal mogelijk kan aansturen.”

Hoe blaas je naast je onderzoek stoom af?
“Vooral door veel te sporten: wielrennen, mountainbiken, padellen. Helaas staat dat laatste even stil door een gescheurde kruisband, ik moet na een operatie nu weer rustig opbouwen.”

Welke tip had je als beginnende PhD-kandidaat willen krijgen? 
“Ik sluit me helemaal bij Bart aan: goede samenwerkingen zijn goud waard.”

Wat is je volgende hoofdstuk?
“Ik ben net klaar met mijn manuscript, en heb nu een nieuwe rol binnen onze vakgroep Electrical Energy Systems. Als onderzoekscoördinator breng ik verschillende wetenschappers binnen de universiteit bij elkaar om met een bredere focus aan innovatieve projecten te werken. Ik hoop een verbindende factor te zijn.”