De verwachting is dat de vraag naar elektriciteit over de hele wereld enorm zal stijgen nu we overstappen op elektrisch aangedreven voertuigen en warmtepompen voor onze huizen en de enorme digitale transformatie van de samenleving nastreven. Van de opkomende landen wordt ook verwacht dat ze een steeds grotere hoeveelheid elektriciteit gaan gebruiken naarmate ze industrialiseren en hun bevolking steeds meer toegang tot energie geven. Hoewel verwacht wordt dat deze massale omschakeling op elektriciteit de mondiale uitstoot van broeikasgassen aanzienlijk zal verminderen en zal helpen in de strijd tegen de klimaatverandering, bestaat er steeds meer bezorgdheid dat de elektriciteitsnetten niet in staat zullen zijn om aan de toegenomen vraag te voldoen.
Het luiden van de alarmbel
Het Internationaal Energieagentschap (IEA) begon de alarmbel te luiden een verslag het beweert dat het de eerste in zijn soort is. Het werd gepubliceerd in 2023 en stelt dat de wereld tegen 2040 80 miljoen km aan transmissielijnen moet toevoegen of vervangen, gelijk aan alle elektriciteitsnetwerken die vandaag de dag wereldwijd zijn geïnstalleerd, om aan de nationale klimaatdoelstellingen te voldoen en de energiezekerheid te ondersteunen. Het rapport identificeert een grote en groeiende rij projecten op het gebied van hernieuwbare energie die wachten op groen licht om op het elektriciteitsnet te worden aangesloten, en wijst op een waarde van 1.500 gigawatt (GW) van deze projecten die zich in een vergevorderd stadium van ontwikkeling bevinden. Dit is vijf keer de hoeveelheid fotovoltaïsche (PV) en windcapaciteit die wereldwijd in 2022 werd toegevoegd.
“De recente vooruitgang op het gebied van schone energie die we in veel landen hebben gezien is ongekend en reden tot optimisme, maar zou in gevaar kunnen komen als regeringen en bedrijven niet samenkomen om ervoor te zorgen dat de elektriciteitsnetten in de wereld klaar zijn voor de nieuwe mondiale energie-economie die zich aandient. snel in opkomst”, zegt Fatih Birol, uitvoerend directeur van het IEA. “Dit rapport laat zien wat er op het spel staat en wat er gedaan moet worden. We moeten vandaag in netwerken investeren, anders krijgen we morgen te maken met een patstelling.”
Het Wereld Economisch Forum (WEF) dringt er ook bij de wereldleiders op aan om er nota van te nemen. Een onlangs gepubliceerd artikel van Marcus Rebellius, lid van de raad van bestuur van het WEF en een expert die werkt voor een van Europa’s grootste fabrikanten van elektriciteit en elektronische apparaten, geeft aan dat “hoewel de opwekking van schone energie belangrijk is, de digitalisering en uitbreiding van onze elektriciteitsnetwerken ook van cruciaal belang voor de groene transitie. Alleen met slimmere, gedigitaliseerde en uitgebreide elektriciteitsnetwerken kunnen we een koolstofvrij, veerkrachtig en veilig elektriciteitsnetwerk creëren voor een netto-nultoekomst.”
Hij waarschuwt dat het verhogen van de hoeveelheid opgewekte elektriciteit om aan de toenemende vraag te voldoen niet het probleem is, maar dat het belangrijkste probleem is dat het elektriciteitsnet voorbereid moet zijn op het verwerken van grotere hoeveelheden elektriciteit. “Zwakke netwerkinfrastructuur, verouderde problemen en een verouderend systeem kunnen allemaal de groene transitie belemmeren, ongeacht de nieuwste drijvende windturbines of gigantische zonnepanelen”, zegt hij.
Wijzend naar de oplossingen
Netwerken zijn de knelpunten van de energietransitie geworden. Rebellius wijst op verschillende technologische oplossingen die deze knelpunten kunnen helpen oplossen, zoals digitale tweelingen of het gebruik van laagspanningsnetwerken. (Voor meer informatie over digitale tweelingen en het elektriciteitsnetwerk: Digitale tweelingen en het slimme netwerk. Lees voor meer informatie over laagspanningsnetwerken Betaalbare, duurzame elektriciteit voor iedereen.
Andere opties zijn onder meer het enorm vergroten van de mogelijkheden voor energieopslag en de wijdverbreide inzet van slimme netwerktechnologieën over de hele wereld. De IEC Elektropedie definieert het slimme elektriciteitsnet als een elektriciteitssysteem dat gebruik maakt van informatie-uitwisselings- en controletechnologieën, gedistribueerde computers en bijbehorende sensoren en actuatoren, voor doeleinden zoals de integratie van het gedrag en de acties van de netwerkgebruikers en andere belanghebbenden, en om op efficiënte wijze duurzame, duurzame energie te leveren. economische en veilige elektriciteitsvoorziening. Het adopteren van smart grid-technologie wordt door veel experts in het veld gezien als een goedkopere oplossing voor nutsbedrijven dan het uitbreiden of herbouwen van bestaande elektriciteitsnetwerken, waarvoor enorme investeringen nodig zouden zijn.
Een grotere energieopslag is een belangrijke vereiste
In tijden van grote vraag naar elektriciteit moet er direct extra elektrische capaciteit beschikbaar zijn, anders dreigt het elektriciteitsnet uit te vallen. Eén manier om continue en voldoende toegang tot elektriciteit te garanderen, is door energie op te slaan als er een overschot is en deze aan het net te leveren als er extra behoefte aan elektriciteit is. Nutsbedrijven over de hele wereld hebben hun opslagmogelijkheden opgevoerd met behulp van supergrote lithium-ionbatterijen, enorme pakketten die ergens tussen de 100 en 800 megawatt (MW) aan energie kunnen opslaan. Gevestigd in Californië Mos Landing De energieopslagfaciliteit is naar verluidt de grootste ter wereld, met een totale capaciteit van 750 MW. Deze enorme batterijopslagfaciliteiten zullen naar verwachting toenemen naarmate de vraag naar elektriciteit stijgt.
Andere betrouwbare oplossingen voor energieopslag zijn gepompte waterkrachtcentrales, die momenteel ruimschoots verantwoordelijk zijn voor de energieopslag 90% van de wereld‘s huidige energieopslag met hoge capaciteit. Elektriciteit wordt gebruikt om water naar reservoirs op grotere hoogte te pompen tijdens perioden van lage energievraag. Wanneer de vraag het grootst is, wordt het water door lager gelegen turbines geleid en weer omgezet in elektriciteit. Pompopslag maakt het mogelijk de spanningsniveaus te controleren en de stroomkwaliteit in het elektriciteitsnet te behouden.
Een andere optie waar veel over gesproken wordt, is het gebruik van elektrische voertuigen (EV’s) als energiebron om stroom aan het elektriciteitsnet te leveren. Volgens Frances Cleveland, die leiding geeft aan richtlijnen voor cyberbeveiliging en veerkracht in de IEC Systems Committee on Smart Energy (IEC SyC slimme energie), “Er zijn veel onderzoeks- en proefprojecten over de hele wereld die een vorm van bidirectionele energiestroom (opladen en ontladen) inzetten, hetzij als voertuig-naar-net of voertuig-naar-huis met elektrische voertuigen, die in staat zijn om stroom te verkopen aan het hoofdnetwerk en ondersteunen zelfs het energiebeheer van micronetwerken. Een van de drijvende ideeën achter deze projecten is het bieden van een manier om energie uit variabele hernieuwbare bronnen, zoals zonne- en windenergie, in de EV op te slaan voor gebruik op andere momenten. Dit impliceert dat EV’s feitelijk kunnen worden gezien als een soort gedistribueerde energiebron (DER).”
EV’s kunnen opladen wanneer de opwekking van hernieuwbare energie uit wind of zon hoog is of wanneer er minder vraag naar elektriciteit is, bijvoorbeeld wanneer mensen slapen. Maar wanneer de vraag groot is, of er minder energie wordt opgewekt door de wind of de zon, kan de elektriciteit die is opgeslagen in EV-batterijen een bijdrage leveren.
Stand van zaken voor slimme netwerken
Volgens het IEA is in a rapport dat de vooruitgang van slimme netwerken over de hele wereld volgt, zijn er in veel landen over de hele wereld aanzienlijke investeringen in slimme netwerken gedaan – ook al moet er nog veel meer worden gedaan. Er worden verschillende voorbeelden gegeven, waaronder het EU-actieplan Digitalisering van het energiesysteem. De Europese Commissie verwacht tegen 2030 ongeveer 584 miljard euro (633 miljard dollar) aan investeringen in het Europese elektriciteitsnet, waarvan 170 miljard euro (184 miljard dollar) voor digitalisering (slimme meters, geautomatiseerd netbeheer, digitale technologieën voor meting en verbetering van de veldoperaties). Een andere belangrijke bron van informatie over de uitrol van smart grid-technologie is de Smart Grid-index, aangeboden door een toonaangevende nutsgroep in de Azië-Pacific en die wordt gebruikt door veel deskundigen op dit gebied. Volgens Peter Jensen, voorzitter van IEC TC 13, dat normen voor slimme meters opstelt, “biedt de index een uitstekend beeld van de volwassenheid van netsysteembeheerders in verschillende delen van de wereld. Het maakt gebruik van een maatregel voor de modernisering van het elektriciteitsnet, gebaseerd op zeven pijlers”, beschrijft hij. (Voor meer informatie over IEC TC 13, lees Peter Jensen’s interview in e-technologie.)
IEC-normen komen te hulp
IEC-normen helpen energieopslagsystemen te interopereren en te verbinden met het elektriciteitsnet. Ze maken ook de weg vrij voor een veilig en efficiënt gebruik van slimme netwerktechnologieën. IEC TC 4 bereidt normen voor hydraulische turbines voor en heeft gepubliceerd IEC 60193 waarin de vereisten voor pompopslag worden gespecificeerd.
IEC TC 120 is opgericht om normen te publiceren op het gebied van netgeïntegreerde systemen voor de opslag van elektrische energie (EES) ter ondersteuning van de netvereisten. De TC werkt aan een nieuwe standaard, IEC 62933-5-4waarin veiligheidstestmethoden en -procedures zullen worden gespecificeerd voor op lithium-ionbatterijen gebaseerde systemen voor energieopslag. IEC TC 69 bereidt normen voor op het gebied van elektrische energie-/energieoverdrachtssystemen voor elektrisch aangedreven wegvoertuigen die stroom onttrekken aan een oplaadbaar energieopslagsysteem. IEC TC 57 is de IEC-commissie die kernnormen voor het slimme elektriciteitsnet voorbereidt, met name de IEC 61850 serie. Ze houden zich bezig met onderstationautomatisering, tweerichtingsinformatie-uitwisseling, mondiale controlefuncties, integratie van hernieuwbare energie en cyberbeveiliging, om er maar een paar te noemen. IEC TC 13 bereidt belangrijke normen voor op het gebied van het meten en regelen van elektrische energie, voor slimme meetapparatuur en -systemen die deel uitmaken van slimme netwerken.
A subcommissie van IEC TC 8 bereidt normen voor die betrekking hebben op de integratie van hernieuwbare energiesystemen in het elektriciteitsnet. Een van de vier IEC Conformity Assessment (CA)-systemen, IECRE (IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Renewable Energy Applications), is het internationaal geaccepteerde CA-systeem voor alle energiecentrales die energie produceren, opslaan of omzetten uit zonne-energie, windenergie en verschillende vormen van maritieme energie.
De IEC SyC Smart Energy helpt bij het coördineren en begeleiden van de verschillende inspanningen van deze verschillende technische commissies van de IEC. Het werkt bijvoorbeeld aan een document, IEC 63460, dat de architectuur en gebruiksscenario’s beschrijft voor EV’s om netwerkondersteuningsfuncties te bieden. Het grootste deel van deze norm zal zich bezighouden met het identificeren van realistische configuraties voor het opladen en ontladen van elektrische voertuigen, en de communicatie en controle tussen de verschillende actoren, netsysteembeheerders, aggregators, energiebeheer van gebouwen en EV-laadsystemen. De resultaten van dit document zullen hopelijk andere technische commissies van de IEC helpen om rekening te houden met de netondersteuningsmogelijkheden van elektrische voertuigen bij het ontwikkelen van hun eigen normen.
De hoop is dat er op tijd genoeg zal worden gedaan om ervoor te zorgen dat het licht blijft branden terwijl we op weg zijn naar een volledig elektrische en verbonden samenleving. Eén zekerheid is dat IEC-normen en conformiteitsbeoordeling een steeds grotere rol zullen gaan spelen om ervoor te zorgen dat we daar komen.
Auteur: Catherine Bischofberger
De Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC) is een mondiale ledenorganisatie zonder winstoogmerk die 174 landen verenigt en het werk van 30.000 experts wereldwijd coördineert. Internationale IEC-normen en conformiteitsbeoordeling vormen de basis van de internationale handel in elektrische en elektronische goederen. Ze vergemakkelijken de toegang tot elektriciteit en verifiëren de veiligheid, prestaties en interoperabiliteit van elektrische en elektronische apparaten en systemen, waaronder bijvoorbeeld consumentenapparatuur zoals mobiele telefoons of koelkasten, kantoor- en medische apparatuur, informatietechnologie, elektriciteitsopwekking en nog veel meer.
De standpunten en meningen die in dit artikel worden geuit, zijn die van de auteur en weerspiegelen niet noodzakelijkerwijs die van de auteur pv tijdschrift.
Deze inhoud is auteursrechtelijk beschermd en mag niet worden hergebruikt. Als u met ons wilt samenwerken en een deel van onze inhoud wilt hergebruiken, neem dan contact op met: editors@pv-magazine.com.