EASI Autonome Micro Grids

  • looptijd: 2012 - 2016
  • locatie: Enschede,
  • functie: Energiebewustzijn verhogen, meer flex

EASI: Energy Autonomous Smart Micro Grids

De laatste jaren wordt steeds meer energie geproduceerd op wijkniveau. Bij voldoende (duurzame) opwekking, zoals zonnepanelen, biomassa-installaties en wind-turbines en opslag, is het mogelijk om een zelfvoorzienende omgeving te creëren in een zogenaamd energie-autonome slim micro grid. Dit project richt zich op een dergelijke autonome smart micro-grid.

Probleem

Een wijk kan bestaan uit een verzameling van residentiële gebouwen, maar ook kleine bedrijventerreinen, een campus van de universiteit, een popfestival of een dorp in een afgelegen gebied.

Decentraal opgewekte groene energie wordt niet altijd geproduceerd, als de energievraag groot is. Bovendien is het verbruik ook niet altijd voorspelbaar.

Een energie autonome buurt moet in evenwicht zijn. Het verbrui moet ongeveer gelijk zijn aan de productie.

Mismatches tussen de consumptie en productie kunnen worden overbrugd door energieopslag.

EASI doel

Als er tijdelijk tekort aan energie is, kan het hoofdelektriciteitsnet worden gebruikt voor back-up. Omgekeerd kan overtollige energie aan het Net teruggeleverd worden, als de energieprijs hoog is.

Mocht er een stroomtekort op het hoofdnet zijn, dan kunnen de micro-grids tijdelijk autonoom worden.

Dit betekent dat het autonome elektriciteitsnet moet kunnen overschakelen naar / van het hoofdnet, zonder onderbreking van de voeding. Om dit doel te bereiken moet een ICT-gebaseerde besturingssysteem  worden ontwikkeld.

Uitdagingen

Modellering van een energieneutraal micro grid.

Het type generatoren dat kan worden gebruikt in een omgeving is sterk afhankelijk van de omgeving waarin het wordt gebruikt. Bijvoorbeeld:

  • een buurt met veel boerderijen kan energie opwekken uit bio restmateriaal van dieren en gewassen
  • voor een buurt dicht bij de kust is windenergie misschien een goede optie
  • gebieden in de buurt van een rivier kunnen energie uit water gebruiken

Easi

Een belangrijke uitdaging is het ontwerpen van een model dat de hoeveelheid opgewekte energie kan voorspellen, afhankelijk van de plaatselijke energieopwek, en afhankelijk van het tijdstip en de weersomstandigheden.

Het autonome micro-grid heeft nodig:

  • een systematisch en flexibel model van de elementen van het grid
    • verschillende soorten energie generatoren
    • verschillende statische en dynamische belastingen
    • batterijen en andere energie-opslaginrichtingen
    • ontwikkelde transmissielijnen, switches, etc.
  • een netwerkstructuur

Het stochastische model van de onzekerheden kan vervolgens worden gesuperponeerd op de fysieke laag.

Omdat de vraag afhankelijk is van menselijk gedrag, is ook flexibel gedrag nodig. De mismatch moet gedekt kunnen worden door energieopslag.

Op basis van de stochastische vraag en aanbod modellen kunnen de opties voor de energie-infrastructuur worden afgeleid. ICT-systemen moeten dus kunnen rekenen met diverse vormen van onzekerheden.

Projectpartners

Universiteit Twente, STW en Alliander

Betrokken wetenschappers

 

Partners: 

Universiteit Twente
Gerwin Hoogsteen
T: +31 53 489 37 46
E: g.hoogsteen@utwente.nl
EASI Autonome Energiewijk II

MATCHING VRAAG EN AANBOD

Binnen een autonoom micro-grid, moeten vraag en aanbod in evenwicht zijn.

Deze afweging moet worden gedaan op verschillende niveaus.

  • Als het micro-grid wordt afgesneden van het hoofdnet (autonoom of handmatig bediend) moet het grid toch stabiel blijven tot op het tweede niveau, zodat vraag en aanbod in evenwicht zijn

Bij onbalans kunnen behoorlijk hoge piekspanningen beschadigingen veroorzaken aan de aangesloten apparaten.

Er moeten dus controle strategieën ontworpen worden die hoge energiepieken voorkomen. En accurate modellen van grid componenten.

In een autonoom micro grid, zorgt energieopslag op het hoofdnet voor de buffer voor het balanceren van vraag en aanbod. Losgekoppeld van het hoofdnet, is er geen reserve energie beschikbaar dus daarin moet voorzien worden met batterijen.

Slimme algoritme controle mechanismen moeten de fijnmazige stabiliteit door de meegeleverde batterijen behouden.

Dit algoritme moet snel zijn, omdat het te maken heeft met de real-time schommelingen van vraag en aanbod. Hiervoor worden verschillende methoden getest:

  • een verschuiving van de vraag in de tijd
  • tijdelijk uitschakelen van apparaten (bijvoorbeeld een vriezer)

de resterende mismatch worden bereikt door de energieopslag. Om dit te bereiken, wordt onderzocht:

  • hoeveel opslag nodig is
  • welk type opslag nodig is
  • en wanneer het door het grid gevoed moet worden

Vervolgens moeten de ontwikkelde controlealgoritmes de buffercapaciteit optimaliseren.

Een eerste versie van een dergelijk algoritme (TRIANA) wordt ontwikkeld aan de Universiteit Twente, maar dit algoritme moet worden aangepast voor deze autonome situatie.

  • Om het goede gedrag van de vraag en aanbod in evenwicht mechanismen te garanderen, moet de informatie binnen de micro-grids stromen.
  • Wanneer de micro-grid is aangesloten op het net, wordt een hoger niveau regelalgoritme nodig om voor de invoer / uitvoer tussen de micro-grid data
  • Algoritmen, die nauwkeurige informatie controleren met de fysieke infrastructuur, vormen de Cyber component van het systeem.

University of Twente, CTIT

  prof. dr. ir. Gerard J.M. Smit   www.utwente.nl/energy    g.j.m.smit@utwente.nl    053 4893734