Dutch Power Event - 15 september 2016 Gezonde energietransitie

1. De groene energietransitie
De rol van de virtuele en
fysieke infrastructuur
René Kamphuis, TU/Eindhoven en TNO
Dutch Power, Utrecht, 15 September 2016

2. Contekst
• Externe factoren in bedrijf van elektriciteitsnetten
• Planbaarheid/voorspelbaarheid (enkele uren tot meerdere decennia)
kleiner
− Wind en PV
− Distributie assets
− Productiemiddelen
− Kortere cyclus-tijden
• Groter beroep op de capaciteit door substitutie fossiele
brandstoffen
− Verwarming/airco
− Vervoer
− P2X
• -> Flexibiliteit en aggregatie

3. Valorisatie flexibiliteit op APX in 2003

4. Valorisatie flexibilteit APX 2013

5. Eind gebruikers tarief perspectief

6. Eindgebruikers productie perspectief (PV)
June 10,2014 5

7. Lagen model TNO
Koppeling virtuele en fysieke infrastructuur

8. Er zijn al ICT netwerken
LV
MV
HV/EHV
Network
operations
Market
operations
SCADA
Smart meter
Smart Grids: ICT +
distributed intelligence
and automated
operational
processes
Smart Grids:
ICT +
distributed
intelligence
supporting
demand
response and
(real time)
participation
in energy
markets
ICT
supported
energy
trade
Fysiek
Dedicated
Interoperable
Service Provider
In ICT-‘cloud’
Loosely coupled

9. Dedicated, erg sector specifiek
PAGE 87-10-2013

10. Dedicated: eigen specifieke syntax
PAGE 97-10-2013
• Eind 80er jaren
• Client/server
• Top-down
• Deterministisch
• Statefull

11. Kan ICT het netbedrijf nog slimmer maken ??
• Optimale vraag<>aanbodsturing
• Balancering (commercieel, netbeheer)
• Portfolio management
• Voorkomen congestie en capaciteitsproblemen
• Power quality (V,f)
-> Kneedbare en actievere elektriciteitsnetten
Veel knooppunten
• Residentieel
• MKB
-> Aggregeren en automatiseren op basis van real-time data
-> In het algemeen: kort tijdsvenster

12. Virtuele infrastructuur; aggregatie van flexibiliteit
• Al sinds eind vorige eeuw; bijvoorbeeld WKK tuinbouw
• Bij kleinere verbruikers: pilots vanaf 2006
• Verschillende commerciële use cases
• Portfolio management
• Balanshandhaving op verschillende niveaus
• Synergie flexibiliteit in vraag met duurzaam intermitterend
• Community proposities
• Van Service oriented; niet deterministisch; state-less
tot Agent based; bottom up; soft control

13. Virtuele infrastructuur; aggregatie van flex
• Proeftuinen met aggregatie in verschillende landen
• B: Linear -> tarief sturing
• D: e-Energy programma; 6 grote pilots
• S: Smartgrid Gotland
• DK: Ecogrid Bornholm
• NL: 12 veldtesten binnen IPIN
• F: Nice Grid,
• Commerciële uitrol tot nu toe
• F,D: Snel te starten reserve vermogen (secundair, tertiair)
• Economie en opschaling nog moeilijk
• Enige tientallen Euro per jaar
• Schaalbaar coördinatiemechanisme is nodig
• Opschalen <<->> beheersing complexiteit

14. Interactie topologie
PAGE 1316-9-2016
Locale
besluit-
vorming
Centrale
besluit-
vorming
Een-weg
communicatie
Twee-weg
communicatie
Tarief
Sturing
Directe
Controle
Centrale
Optimalisatie
• Tarief Reactie voor regeling
• Prijzen worden doorgegeven aan klanten
en/of hun geautomatiseerde apparaten
• Er wordt geen locale informatie
gecommuniceerd
• Centrale Controle en Optimalisatie
• Optimalisatie en regeling van centraal punt
• Relevante locale informatie moet naar
centraal punt worden gecommuniceerd
• Direct (Top-Down) Control
• Top-level Actor schakelt devices
• Geen locale informatie gebruikt

15. Differentiëren en belonen van klanten via
dynamische tarieven

16. Prijselasticiteit tarief sturing (Faruqi, VS)
PAGE 1716-9-2016
Piekreductie
Verhouding piek/dal

17. Interactie topologie
PAGE 1816-9-2016
• Transactieve Energie (TE)
• Geautomatiseerde apparaten zijn bij markt
interacties betrokken
• Informatie uitwisseling op basis van
hoeveelheid (bijv.,:vermogen, energie) en
prijs
Locale
besluit-
vorming
Centrale
besluit-
vorming
Een-weg
communicatie
Twee-weg
communicatie
Tarief
Sturing
Direct
Control
Centrale
Optimalisatie
Transactive
Energy
• Tarief Reactie voor regeling
• Prijzen worden doorgegeven aan klanten
en/of hun geautomatiseerde apparaten
• Er wordt geen locale informatie
gecommuniceerd
• Centrale Controle en Optimalisatie
• Optimalisatie en regeling van central punt
• Relevante locale informatie moet naar
centraal punt worden gecommuniceerd
• Direct (Top-Down) Control
• Top-level Actor schakelt devices
• Geen locale informatie gebruikt

18. Transactieve Energie Management Matrix
PAGE 1916-9-2016
Locale
besluit-
vorming
Centrale
besluit-
vorming
Een-weg
communicatie
Twee-weg
communicatie
Tariefsturing
↑ Volledig gebruik potentieel
↓ Onzekere systeem reactie
↓ Markt inefficiency
↑ Vermijdt privacy problemen
Transactieve Energy
↑ Volledig gebruik potentieel
↑ Voorspelbare systeem response
↑ Efficiente markt
↑ Vermijdt privacy problemen
Direct Control
↓ Gedeeltelijk gebruik potentieel
↓ Onzekere systeem reactie
↓ Autonomie problemen
Central Optimization
↑ Volledig gebruik potentieel
↑ Voorspelbare systeem response
↓ Privacy & autonomie problemen
↓ Problemen met schaalbaarheid

19. Transactieve blackstart van een warmtepomp-cluster
PowerMatcher
PAGE 2016-9-2016

20. Opladen EVs in een gebouw
PAGE 2116-9-2016
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
-10
0
10
20
30
40
50
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
MaxCapacity
Sum
Sum-Coord
Price

21. PAGE 2216-9-2016
Onbalans compensatie in Couperus veldtest

22. DREAM (EU FP7) architectuur raamwerk
http://www.dream-smartgrid.eu/
23

23. PAGE 2416-9-2016
Van een groot PowerMatcher cluster Naar nieuwe topologie met twee
clusters
Event
DREAM (EU FP7) architectuur raamwerk

24. PAGE 2516-9-2016
DREAM (EU FP7) architectuur raamwerk

25. PAGE 2616-9-2016
Temperatuur verloop bij load shedding in huizen met een
warmtepomp

26. PAGE 2716-9-2016
State-of-charge bij load shedding in huizen met een batterij

27. PAGE 2816-9-2016
Open System for Energy Services
• Zichtbaar en contracteerbaar maken van (geplande) flexibiliteit
• Door distributed registry system
• Koppelingen naar:
• DG-systeem besturing via
• IEC-61850
• Modbus
• OPC
• Messaging via XMPP
• Actoren
• Commercieel
• Systeem
Versie 1: prototype beschikbaar
Versie 3: test in Hoogdalem ism Stedin
OS4ES EU FP-7 (http://os4es.eu/)

28. PAGE 2916-9-2016
OS4ES architectuur EU FP-7 (http://os4es.eu/)

29. PAGE 3016-9-2016
OS4ES architectuur EU FP-7 (http://os4es.eu/)

30. PAGE 3116-9-2016
OS4ES architectuur EU FP-7 (http://os4es.eu/)

31. PAGE 3216-9-2016
Concluderend
Inzet ICT
• Op welk niveau aggregatie van flexibiliteit
• Nano-grids (achter de meter; zelf-opwek)
• Micro-grids (achter de MV/LV grens)
• Meso-grids (middenspanning)
• Macro-grids (internationaal)
• Schaalbaarbare en op te schalen architecturen
• Partitionering control en data
• Bi-directionele transactive energy
Dank U !
i.g.kamphuis@tue.nl