Tijdschrift Milieu
December 2023, nr. 6

Meer weten over energiesystemen betekent beter kunnen verduurzamen

Foto: archief Lotte Top

Lotte Top is projectleider / projectingenieur bij Summit Engineering.

Hoe zijn vraag en aanbod van energie met elkaar in balans te brengen, nu we steeds meer duurzame energie gebruiken waarvan de aanvoer niet constant is? Als student Energy and Environmental Sciences ontwierp Lotte Top hiervoor een nieuw computermodel, dat haar afgelopen voorjaar de Rachel Carson Afstudeerprijs wo opleverde.

Door: Lotte Top

In Nederland werken we intensief aan het verduurzamen van onze energievoorziening. Daarbij sneuvelen records van hoeveelheden opgewekte duurzame energie en elektrificeren sectoren in een rap tempo. Toch blijven er obstakels bij het uitvoeren van deze plannen, zoals overbelasting van het stroomnet, opslag van energie en gebruik van alternatieve brandstoffen. Gelukkig bestaan hiervoor al oplossingen. Maar er blijven uitdagingen, mede door een gebrek aan inzicht in energiesystemen.

Met mijn afstudeerproject in de master Energy and Environmental Sciences aan de Rijksuniversiteit Groningen wilde ik ontdekken hoe we dit inzicht kunnen krijgen. Daarnaast wilde ik graag praktijkervaring opdoen in het bedrijfsleven in combinatie met programmeren. Zo kwam ik terecht bij Summit Engineering, een advies- en projectmanagementbureau dat duurzaamheidsprojecten wil aanjagen.

Onderdelen van een energiesysteem die zijn opgenomen in het model.

Model als praktische bijdrage

Mijn uitgangspunt was dat het onderzoek een praktische bijdrage aan de energietransitie moest leveren. Ik wilde onderzoek doen dat echt impact maakt. En dat is gelukt! Het model dat tijdens het onderzoek is ontwikkeld, ondersteunt nu bedrijven en instellingen bij het bepalen van een verduurzamingsstrategie. Om tot een geschikte tool te komen heb ik gebruikgemaakt van een stapsgewijze aanpak.

Als eerste werden de vereisten van het model bepaald: wat moet het kunnen? Eerst heb ik een duidelijk overzicht gemaakt van de benodigde functionaliteiten van het model. De inspiratie hiervoor kwam van de pragmatische aanpak van het ontwikkelen van webapplicaties op het hbo. Een ongebruikelijke keuze voor dit type universitair onderzoek, maar zeer belangrijk om een model te krijgen dat erg goed aansluit op gebruik in de praktijk.

De volgende stap was het bepalen van de onderdelen waaruit een mogelijk energiesysteem kan bestaan. Uiteraard zijn dit er te veel om tijdens een afstudeeronderzoek uit te werken in een model. Daarom heb ik ervoor gekozen om de systeemonderdelen te selecteren die op dat moment het meeste van belang waren. De energiedragers elektriciteit en waterstof vormen hierdoor de kern van het model, waarbij er verschillende manieren van omzetting en opslag zijn toegevoegd.

Vervanging van een gas- door een elektrische oven verlaagt de CO₂ uitstoot sterk

Vraag en aanbod optimaliseren

Het energiesysteem vertalen naar een wiskundig model was de derde stap. Het model koppelt de energievraag en -opwek van het systeem aan elkaar en kan deze optimaliseren. Verschillende factoren hebben hier invloed op. Denk aan efficiëntie van technieken, beschikbare ruimte voor opwek van energie, emissiefactoren van energiebronnen en bijbehorende kosten. Door het systeem te optimaliseren zijn de kosten en CO₂-uitstoot gerelateerd aan het energiesysteem te minimaliseren. Door aan te geven welk aspect meer prioriteit heeft, kan het model komen tot verschillende indelingen van het systeem.

Een computermodel is gemaakt om het conceptueel model op te lossen. Dit is de zogenoemde tool die het energiesysteem doorrekent en optimaliseert. Het is geschreven in de programmeertaal Python en lost het optimalisatieprobleem op door een extern algoritme te gebruiken. Dit alles gebeurt van uur tot uur, omdat de pieken en dalen in energiegebruik en -opwek op dit niveau bepalend zijn voor de groottes van systeemonderdelen.

Tenslotte is het tijd om het model te testen. Werken de onderdelen en kloppen de resultaten? Dit is getest aan de hand van een casus waarbij verschillende scenario’s zijn doorgerekend. We konden hiervoor zelfs een casus uit de praktijk gebruiken, door de enthousiaste medewerking van een lokaal crematorium.

Crematorium als casus

Een crematorium gebruikt vanzelfsprekend veel energie en biedt genoeg kansen om te verduurzamen. Daarom is er gekeken naar verschillende scenario’s om de resultaten met elkaar te kunnen vergelijken. Denk hierbij aan het vergroten van de opwek van hernieuwbare energie op locatie, elektrificeren van bedrijfsprocessen en het vervangen van fossiele brandstoffen door groene waterstof. Ook de invloed van andere factoren zijn onderzocht, zoals de grootte van de netaansluiting, het plaatsen van energieopslag en goedkopere technologieën in de toekomst.

De testresultaten lieten verschillende systeemoplossingen zien voor verschillende scenario’s. Hierbij keek ik ook naar de verschillen tussen een focus op het minimaliseren van kosten of van CO₂-uitstoot. Zo bleek dat vervanging van een aardgasoven door een elektrische oven de directe CO₂-emissies van het energiesysteem drastisch verlaagt, terwijl de kosten relatief weinig toenemen. Dit komt doordat een elektrische oven energiezuiniger is. Ook zorgt deze elektrificatie voor minder omzetverliezen tussen verschillende energiedragers, zoals het geval is in een systeem dat waterstof gebruikt.

Waterstof en batterijen

Het maken van een grotere netaansluiting, om zo teruglevering van opgewekte energie en elektrificatie mogelijk te maken, is nu vaak niet mogelijk. In dat geval kunnen waterstoftechnologieën en batterijen uitkomst bieden. Hierdoor wordt het systeem duurder maar ook duurzamer. En dit is nu precies het soort afwegingen dat het model inzichtelijk kan maken. Zo kon het bestuur van het crematorium deze informatie goed gebruiken bij het bepalen van zijn verduurzamingsstrategie.

Modellen zijn nooit echt af. Er zijn altijd onderdelen die verbeterd of toegevoegd kunnen worden. Ook de technische informatie in het model moet regelmatig bijgewerkt worden om de markt goed weer te geven. Dit alles is een afweging tussen de benodigde diepgang van het model en de tijdsinvestering om het model te maken en te gebruiken. Het is een tool die op overkoepelend niveau het energiesysteem doorrekent in het beginstadium van een project. Dit betekent dat de uitkomsten van het model niet tot op de decimaal nauwkeurig hoeven te zijn, en dat de afweging tussen nauwkeurigheid en tijd steeds weer gemaakt zal worden om tot een goede weergave van een energiesysteem te komen.

Kennis als aanmoediging

Het onderzoek laat zien dat er meer bewustzijn ontstaat over de uitdaging om energiesystemen te verduurzamen als de juiste kennis beschikbaar is. Dit is de extra stap die nodig is voor bedrijven om duurzame beslissingen te nemen om zo vooruit te bewegen in de energietransitie. Dat mijn onderzoek hieraan bijdraagt en dit met nog meer mensen gedeeld kan worden door de Rachel Carson Afstudeerprijs, is natuurlijk een erg mooi resultaat!

Ontwerp elektrisch crematorium ’t Lief in Beesd

Warning

/var/hpwsites/u_twindigital_html/website/html/webroot/milieu.vvm.info/wp-content/plugins/diziner-core/lib/TwinDigital/Diziner/Core/Post.php

965

Meer weten over energiesystemen betekent beter kunnen verduurzamen (copy)

Vorige pagina

Warning

/var/hpwsites/u_twindigital_html/website/html/webroot/milieu.vvm.info/wp-content/plugins/diziner-core/lib/TwinDigital/Diziner/Core/Post.php

928

Meer weten over energiesystemen betekent beter kunnen verduurzamen (copy)

Volgende pagina

Abonneer je op onze nieuwsbrief

Tijdschrift Milieu is een uitgave van de VVM en verschijnt zes keer per jaar in een oplage van 1.750 exemplaren.

Meer weten over energiesystemen betekent beter kunnen verduurzamen (copy)

Tijdschrift Milieu
December 2023, nr. 6