Digitaal ‘vangnet’ maakt weg vrij voor elektrische auto’s laden zonder overbelasting stroomnet

Door het opladen van elektrische auto’s lokaal slim aan te sturen en een digitaal ‘vangnet’ toe te voegen, kunnen veel meer elektrische auto’s probleemloos geladen worden binnen zonder overbelasting van het stroom. Dat blijkt uit proeven uitgevoerd bij de parkeerplaatsen van het hoofdkantoor van a.s.r. verzekeringen in Utrecht, bij het provinciehuis in Zwolle en op de campus van de Universiteit Twente. Het 4-jarige onderzoeksproject SmoothEMS met Gridshield, een samenwerking van de Universiteit Twente, Kropman, Amperapark, MENNEKES eMobility, a.s.r. verzekeringen en ElaadNL, wordt hiermee succesvol afgerond.

Energiemanagementsysteem
De gecombineerde inzet van een gebruikersvriendelijk energiemanagementsysteem in combinatie met een beveiliging die de levering van elektriciteit veilig stelt bij dreigende overbelasting, leidt tot een verbetering van het gebruik van de eigen aansluiting op het stroomnet. Overschrijding van de technische of administratieve vermogensgrens wordt zo gegarandeerd vermeden. Dat is de hoofdconclusie van het project SmoothEMS met Gridshield. Zowel het lokale energiemanagementsysteem (SmoothEMS) als het ontwikkelde digitale vangnet (Gridshield) blijken goed te functioneren na uitvoerige tests en zijn klaar om op meer locaties ingezet te worden.

Het SmoothEMS is een energiemanagementsysteem dat voor de verdeling van de beschikbare stroom expliciet de behoeftes van gebruikers, zoals het laden van elektrische auto's, meeneemt.

3 locaties
De werking is onderzocht op 3 locaties met laadplekken die sterk verschilden in type laadgedrag: het hoofdkantoor van a.s.r. verzekeringen in Utrecht, bij het provinciehuis in Zwolle en op de campus van de Universiteit Twente. In al deze gevallen werd het opladen van elektrische auto’s gecombineerd met het opwekken van stroom uit zonnepanelen en de inzet van batterijen. Het energiemanagementsysteem maakt lokale optimale afstemming van opwek en afname van stroom op locatie mogelijk, wat gunstig is voor de stroomrekening maar ook om lokale overbelasting en netcongestie te voorkomen. Elektrische auto’s worden dan dus sneller opgeladen als er meer stroom beschikbaar is van de zonnepanelen en/of de stroomvraag van bijvoorbeeld warmtepompen voor het kantoor laag is.

In het project is op basis van statistische analyses de laadbehoefte van de verwachte gebruikers gemodelleerd om een goede inschatting te kunnen maken. Bovendien is, waar mogelijk, zelf invloed gegeven aan de gebruikers via een ontwikkelde app. Hierbij bleek dat aanvankelijk de gebruikers redelijk slechte inschattingen maakten van hun behoeftes, met tot wel 44 procent overschatting van de energiebehoefte. Gedurende het project kregen gebruikers meer kennis van hun elektrische auto door middel van feedback en daalde dit naar 33 procent. Het energiemanagementsysteem zelf bleek robuust te zijn en kon goed omgaan met deze overschatting. Het benaderde het optimale resultaat waarbij de gebruikersinput voor meerwaarde zorgde.

Extra technisch vangnet
De mate waarin en de manier waarop de gebruikerskenmerken meegenomen kunnen worden, hangt af van de omvang van de populatie en de aard van de laadlocatie. Op het grote terrein van a.s.r., waar een stabiele groep elektrische rijders komt, kan volstaan worden met modellen op basis van de registratie van aankomst en vertrek. Bij de kleinere locaties is het relevanter om input van de gebruikers op te vragen.

De komst van energiemanagementsystemen gaat ook gepaard met twee risico's, namelijk technisch falen en mogelijke cyber- security kwetsbaarheden. Deze risico's worden verkleind door de ontwikkeling van het Gridshield: een ‘software-zekering’ die de grenzen van de hoofdaansluiting op het stroomnet bewaakt. Via verzenders in de middenspanningsruimte en ontvangers in alle grote verbruikers – laadpalen – ontstaat een technisch vangnet voor het elektriciteitsnet dat de kans op overbelasting minimaliseert. Wanneer er teveel stroom tegelijk gevraagd dreigt te worden en het totaal verbruik een vooraf geprogrammeerde grenswaarde overschrijdt, worden instructies van het Gridshield naar alle bijbehorende laadpalen gestuurd. Dat gaat via een communicatiekanaal dat cybersecure is. De instructies bestaan uit een opdracht tot het verminderen van de stroomvraag.

Instructies
Hierbij is de eerste stap relatief groot en elke volgende stap kleiner. Op deze manier wordt enerzijds een snelle respons verkregen en anderzijds vermeden dat de inzet van het Gridshield onnodig groot is. De ladende auto’s krijgen als gevolg van de Gridshield- opdracht tijdelijk minder of, in extreme situaties, helemaal geen stroom. De laadpalen reageren bij ontvangst van een instructie van het Gridshield binnen enkele seconden, zo blijkt uit de proeven.

Direct na het bereiken van een veilige vermogensbelasting veranderen de GridShield-instructies. Om te voorkomen dat onnodig streng wordt ingegrepen in het laden, wordt direct met kleine stapjes afgetast of weer meer vermogen toegekend kan worden. Door de kleine stapgrootte en door een op de locatie afgestemde spelingsruimte te gebruiken wordt de situatie voorkomen waarin laadsessies onnodig bij- en afgeschaald worden, wanneer de beschikbare capaciteit nog beperkend is. De impact van de inzet van het Gridshield op laadsessies blijkt verwaarloosbaar klein. Dit komt doordat de beperking slechts geldt bij dreigende overbelasting, wat door inzet van het energiemanagementsysteem in normale omstandigheden al voorkomen wordt.

De resultaten van het project SmoothEMS met Gridshield en het vervolg werden besproken in een interactief symposium in het provinciehuis in Utrecht.