inspiration series: de toekomst van energie...4. de toekomst an energie hoewel we al geruime tijd...

D E T O E K O M S T V A N E N E R G I E1.

DE TOEKOMST VAN ENERGIE

I N S P I R A T I O N S E R I E S :


ZONNE-ENERGIEPAGINA 6

BLOCKCHAINPAGINA 12

BATTERIJENPAGINA 7

HET INTERNET OF THINGSPAGINA 14

SMART GRIDPAGINA 8

WATERSTOFPAGINA 17

KUNSTMATIGE INTELLIGENTIE PAGINA 18

FUSIEPAGINA 20

BIG DATAPAGINA 10

2.O

6.O

3.O

7.O

4.O

8.O

9.O

1O.O5.O

1.O

INHOUD

WINDENERGIEPAGINA 5


Nu de vraag naar energie toeneemt en traditionele energiebronnen het milieu blijven bedreigen, gaat duurzame energie een steeds grotere rol spelen. Het Britse Carbon Brief, een website over de laatste ontwikkelingen op het gebied van klimaatwetenschap en klimaat- en energiebeleid, meldt bijvoorbeeld dat steenkool in het VK in mei 2016 voor het eerst in 100 jaar een paar dagen geen stroom leverde. Bovendien werd 5,4 procent van de elektriciteitsvraag tussen april en september geleverd door zonne-energie, terwijl steenkool slechts 4,7 procent voor zijn rekening nam. Dit is een prachtig voorbeeld van hoe duurzame energiebronnen een steeds grotere rol gaan spelen in de toekomst van energie. Dankzij nieuwe ontwikkelingen kunnen we steeds vaker een beroep doen op wind- en zonne-energie. Zonnepanelen en windturbines maken nu gebruik van de modernste technologie om energie op te wekken, die vervolgens wordt opgeslagen in accu’s voor later gebruik. Blockchain zorgt voor energiezekerheid en slimme netwerksystemen automatiseren de efficiëntie. Wetenschappers zijn bovendien bezig met onderzoek naar kernfusie, waarmee onbeperkte schone energiewinning mogelijk is. Anderen experimenteren met waterstoftechnologie voor auto’s en openbaar vervoer. De toekomst van energie ziet er veelbelovend uit.

INLEIDING


Hoewel we al geruime tijd energie uit duurzame bronnen

produceren, is dit nog steeds op veel kleinere schaal dan

onze energiewinning uit fossiele brandstoffen. Door het

gebruik van deze conventionele energiebronnen wordt

enorm veel schade aangericht aan het milieu. Gelukkig

worden we ons steeds meer bewust van de hoge prijs die we

hiervoor betalen. De toekomst vraagt om verandering en de

transitie naar duurzame, groene energie is onvermijdelijk.

Windenergie was een van de eerste duurzame bronnen die

men begon te exploiteren; denk aan het tijdperk van zeilen

en windmolens. Het is dan ook logisch dat moderne wind-

turbines tot de eerste en grootste producenten van duur-

zame energie behoren. China, de VS en Duitsland lopen op

dit vlak voorop, maar hun conventionele windturbines moe-

ten nog enkele verbeteringen ondergaan.

WINDENERGIE

De Spaanse startup Vortex Bladeless hoopt dat hun windtur-

bines net zo populair worden als zonnepanelen. Deze lange,

kegelvormige en wiekenloze turbines produceren energie

door vorticiteit, een soort wervelingen of draaikolken van

lucht. Ze zijn gemaakt van koolstof- en glasvezels en zijn

zo ontworpen dat ze zoveel mogelijk luchtwervelingen ver-

oorzaken. Aan de onderkant van de turbine bevinden zich

twee magneten die de kegel in beweging houden, ongeacht

de windsnelheid. De door het geschommel ontstane kineti-

sche energie wordt door een wisselstroomgenerator in elek-

triciteit omgezet. Omdat deze windturbines geen wieken

hebben, zijn ze goedkoper om te bouwen en te onderhou-

den. Ze zijn echter 30% minder efficient dan conventionele

windmolens. Toch hebben ze bewezen uitstekende ener-

giegeneratoren te zijn en omdat ze minder plaats innemen,

kunnen ze dichterbij elkaar staan. Het is uiteraard van

1.O

“We hebben veel vertrouwen in de toekomst van de windenergiemarkt. De technologie blijft verbeteren, de prijzen blijven dalen en de behoefte aan schone, duurzame energie - waardoor de koolstofuitstoot afneemt, onze lucht schoner wordt en waarmee we nieuwe banen en industrieën kunnen creëren - wordt elk jaar groter.”- Steve Sawyer, de secretaris-generaal Global Wind Energy Council (GWEC)


cruciaal belang om ze op de juiste manier - en in gebieden

met bijna constante wind - te installeren.

Het Verenigd Koninkrijk werkt al aan een gigantisch wind-

molenpark voor de noordwestkust van Engeland. Na vol-

tooiing in 2021 is dit offshore windmolenpark het grootste

ter wereld. Maar er zijn ook verschillende keerzijden; naast

de hoge bouwkosten vormen deze windmolens name-

lijk een bedreiging voor dieren. De trillingen van de turbi-

nes kunnen de trekroutes van walvissen verstoren en de

Windturbines zijn er in allerlei soorten en maten en ontwer-

pers houden zich natuurlijk ook bezig met de esthetische

aspecten van deze machines. NewWind, bijvoorbeeld, is een

Frans bedrijf dat de Wind Tree ontwikkelde, een structuur

die lijkt op een boom en bestaat uit kleine turbines in plaats

van bladeren. De boom is 11 meter hoog en kan 15 straatlan-

taarns het hele jaar door van elektriciteit voorzien. De wind-

bomen zijn ware kunstwerken en zijn met name ontworpen

voor privétuinen en openbare parken. In Parijs zijn ze al op

verschillende plaatsen te zien.

wieken zijn gevaarlijk voor vogels. Volgens een studie van

de Deense regering en verschillende energiebedrijven zijn

deze bedreigingen echter minimaal. Verwijzend naar de

twee grootste windmolenparken ter wereld, beide gele-

gen uit de kust bij Denemarken, kwamen wetenschappers

tot de conclusie dat een offshore windmolenpark veilig is.

Zeevogels vliegen zelden tegen de wieken en hoewel het

zeeleven op de plek waar de windmolenparken worden

gebouwd misschien tijdelijk afneemt, is men er zeker van

dat de dieren na voltooiing terugkeren.

Bron: cleantechnica.com/2013/11/07/renewable-energy-charts-renewable-energy-facts/

Wereldwijde windenergie-capaciteit

300

250

200

150

100

50

01996 1997 1998

Gigawatt

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

14 17 2431 39

48 5974

94121

159

198

238

283

107,66,1

Klik voor video

https://www.youtube.com/watch?v=GpeD4pl1h9Y


ZONNE-ENERGIE“De technologie voor duurzame energie, met name op het gebied van zonne- en windenergie, heeft de afgelopen jaren een exponentiële efficiëntieverbete-ring laten zien die voldoende is om een economisch concurrentievermogen te bereiken en, in steeds meer gevallen, netpariteit.”- Het World Economic Forum (WEF)

2.O

Duurzame energie is al jaren een dure keuze. Maar dat is

aan het veranderen, omdat zonne-energie in sommige

delen van de wereld goedkoper is geworden dan steenkool.

Bovendien worden er het komende decennium verdere

prijsdalingen verwacht.

De technologische vooruitgang zorgt ervoor dat zonne-ener-

gie een ware vlucht neemt en binnenkort wonen we mis-

schien in steden waarvan de energie volledig door de zon

geleverd wordt. Dat is althans wat medeoprichter van Tesla,

Elon Musk, in gedachten heeft. Musk transformeerde het

afgelegen Amerikaans-Samoaanse eiland Ta’u met 5.300

zonnepanelen en zestig Tesla-batterijen in een duurzame

gemeenschap, waardoor een eind kwam aan de afhanke-

lijkheid van dure, gevaarlijke en vervuilende dieselgenera-

toren. De accu’s kunnen genoeg stroom opslaan om de bijna

800 inwoners van Ta’u - zelfs bij slecht weer - drie dagen

lang ononderbroken van elektriciteit te voorzien.

Voor overheden overal ter wereld is Ta’u een bron van inspi-

ratie. Zo heeft het Verenigd Koninkrijk in 2009 een wet uit-

gevaardigd om het gebruik van duurzame energie tegen

2020 te verhogen. Duitsland doet hetzelfde door duizenden

zonnepanelen te plaatsen, in de hoop het energiesysteem

van het land te transformeren en tegen 2050 over te scha-

kelen op exclusief gebruik van duurzame energie. En niet

alleen ontwikkelde landen omarmen zonne-energie. Zo

realiseerde Tanzania bijvoorbeeld ‘one million solar homes’,

een initiatief waarbij eind 2017 een miljoen huishoudens

toegang kregen tot zonne-energie.

De populariteit van zonne-energie verspreidt zich wereld-

wijd. Toch zijn er nog steeds mensen die hun traditionele

netsysteem niet graag vervangen, omdat zonne-energie niet

constant is en er hightech batterijen nodig zijn om continu

stroom te kunnen leveren. De voormalige CEO van Microsoft,

Bill Gates, is van mening dat de toekomst van zonne- en

windenergie niet rendabel is. Hij zegt dat de energie die we

gebruiken betrouwbaar en continu moet zijn, maar als de

zon niet schijnt, wordt het hele proces complexer vanwege

de behoefte aan opslag en latere distributie. Gates vindt dat

zonne-energie een goede aanvulling is op andere bronnen,

maar als belangrijkste energiebron vindt hij het niet ideaal.

Maar een team van Chinese wetenschappers werkt aan een

oplossing. Ze hebben een prototype ontwikkeld dat zonne-

panelen in staat stelt om energie op te wekken, zelfs wan-

neer het regent. Hun innovatie bestaat uit een zonnepaneel

verrijkt met een grafeenlaag die energie opwekt uit regen-

druppels. De elektronen van grafeen kunnen zich namelijk

verbinden met de ionen in water, waardoor energie vrijkomt

die later wordt omgezet in elektriciteit.

Door dit soort ontwikkelingen zal zonne-energie langzaam

maar zeker de belangrijkste energiebron ter wereld worden.


BATTERIJEN“Omdat we fossiele brandstoffen gebruiken is er geen behoefte aan energieop-slag in onze netten. Maar zodra duurzame energie op grotere schaal gebruikt gaat worden, hebben we grote, duurzame batterijen nodig met hoge capaciteit, die zonne-energie overdag kunnen opslaan en ‘s nachts vrijgeven, om via het net naar andere huishoudens en industrieën te worden getransporteerd.”- Zhi Wei Seh, wetenschapper aan het Institute of Materials Research and Engineering ( IMRE)

3.O

De gevolgen van de opwarming van de aarde dwingen

steeds meer mensen om alternatieve energiebronnen als

wind- of zonne-energie te overwegen. Maar zelfs de groot-

ste voorstanders van duurzame energiebronnen weten dat

we zonder hightech batterijen - als de zon niet schijnt of

als het niet waait - nog steeds afhankelijk zijn van fossiele

brandstoffen. Alleen als duurzame energie op de juiste

manier wordt opgeslagen, kan deze ons tijdens windstille

of bewolkte dagen van stroom voorzien. Batterijen zijn dus

essentieel voor de toekomst van energie.

Een ontdekking van wetenschappers van Harvard, die een

batterij ontwikkelden die theoretisch tien jaar mee kan

gaan, is misschien dé game changer. Het team, onder lei-ding van Ray Gordon en Michael Aziz, creëerde een ‘redox

flowbatterij’ die lithium-ionbatterijen qua kosten en milieu-

veiligheid overtreft. De flowbatterij bestaat uit twee reser-

voirs, die elk een voorraad positieve of negatieve vloeibare

elektrolyten opslaan. Wanneer deze positieve en negatieve

elektrolyten langs elkaar stromen, produceren ze energie.

Hoewel lithium-ion batterijen duurder zijn, denkt Elon

Musk dat ze efficiënter zijn. Bovendien is hij van plan om de

kosten met 35 procent te verlagen. Zijn Tesla Gigafactory in

Nevada produceert deze batterijen voor Tesla voertuigen en

om duurzame energie van zonnepanelen op te slaan.

Volgens Musk kan de de hele wereld met 100 Gigafactories

op duurzame energie draaien. Hij gelooft dat het aantal

accu’s dat in 2018 in Tesla Gigafactories geproduceerd zal

worden groter zal zijn dan het aantal accu’s dat in 2013

wereldwijd werd geproduceerd.

Musk heeft inmiddels al een serieuze concurrent, Zhi Wei

Seh, een wetenschapper van het Institute of Materials

Research and Engineering (IMRE) in Singapore. Hij is bezig

met het ontwikkelen van een nieuwe lithium-zwavelbat-

terij die vijf keer zoveel energie kan opslaan als een lithi-

um-ionbatterij. Volgens Zhi Wei Seh zijn deze batterijen niet

alleen efficiënt in grotere energienetwerken, ze kunnen ook

apparaten als laptops en smartphones van stroom voorzien.

Bovendien zijn lithium-zwavelbatterijen veel goedkoper

dan de huidige alternatieven, hoewel hun levensduur korter

is. De batterijen komen naar verwachting over enkele jaren

op de markt.


“Het is niet de technologie die ons tegenhoudt. Kan ik morgen in elk huis slimme meters installeren en energie besparen? Absoluut. Maar tot nu toe is er geen enkele financiële reden geweest om dit te doen.”- Richard Kauffman, voorzitter van Energy and Finance voor New York

Een smart grid - of slim netwerk - combineert meerdere

technologieën en apparaten met sensoren in één effectief

systeem. Veel landen beginnen de voordelen van de trans-

formatie van slimme netwerken te zien en herstructureren

hun bestaande netwerk om van deze voordelen te kunnen

profiteren. Het Verenigd Koninkrijk is zich er bijvoorbeeld

van bewust dat de verouderende infrastructuur van het land

vaak niet voldoet aan de energievraag van de consument,

wat regelmatig leidt tot stroomuitval. In samenwerking met

de toonaangevende IT-provider Cisco hoopt de overheid de

broodnodige upgrades van het netsysteem te versnellen. Dit

is cruciaal, vooral gezien het feit dat in 2020 naar verwach-

ting maar liefst 50 miljard apparaten verbonden zijn met het

Internet of Things. Mike Norfield, CEO van smartUC, wijst

erop dat hun verouderde netsysteem bovendien kwetsbaar

is voor cyberaanvallen.

Niet alleen het Verenigd Koninkrijk maakt zich zorgen

over het verouderde elektriciteitsnet van het land. Veel

andere overheden wereldwijd zien de noodzaak om over

te schakelen op slimme nettechnologie. Neem San Diego,

California en Jacksonville, Florida als voorbeeld. Deze twee

steden werkten samen met de Business Innovations Unit

om bewustwording te creëren onder het publiek en het

belang van groene energie te benadrukken. De toekomst

van energie draait immers niet alleen om het besparen

van energie, maar ook om het opwekken en opslaan ervan.

Door bijvoorbeeld 4.000 LED-lampen te installeren wist elke

stad $350.000 per jaar te besparen. In de stad Texas zijn in

sommige wijken sensoren en slimme meters geïnstalleerd

om gegevens over het energieverbruik te verzamelen. Deze

gegevens geven precies aan op welke gebieden er verbete-

ring nodig is, zodat de stad de functionaliteit van het net

kan verbeteren.

SMART GRID

4.O

4

5

6

7

8

10

9

2

1

Brazilië: $204 miljoen

Frankrijk: $265 miljoen

Australië: $360 miljoen

Duitsland: $397 miljoen

Spanje: $807 miljoen

VK: $290 miljoen

Japan: $849 miljoen

VS: $7,09 miljard

China: $7,32 miljard

Zuid-Korea: $824 miljoen3


Top tien landen op basis van federale smart grid investering, 2010

Maar het implementeren van slimme technologie in het

bestaande netsysteem kost tijd en geld. Daarom financie-

ren het Department of Energy en het Pacific Northwest

National Laboratory een project waarin - in een real-world

omgeving – getest wordt hoe slimme technologieën met

bestaande infrastructuur samenwerken. Alexis Abramson,

directeur van het Great Lakes Energy Institute aan de Case

Western Reserve University en een van de leden die betrok-

ken is bij het experiment, zegt dat ze verschillende soorten

gebouwen gebruiken om de functionaliteit van smart grid-

technologie te testen. Het experiment wordt uitgevoerd op

twee oudere gebouwen die dienen als echte laboratoria.

Met behulp van de software van het Department of Energy/

Pacific Northwest National Laboratory zullen de onder-

zoekers gegevens als “prijspunten en stressniveaus op het

net monitoren om het energieverbruik van de gebouwen te

automatiseren.”

Bron: Zpryme research & consulting


In hoeverre big data de toekomst van energie herdefinieert,

hangt af van hoe efficiënt we zijn in het verzamelen, ana-

lyseren en toepassen ervan. Met de enorme hoeveelheden

ongestructureerde data die gegenereerd worden door onze

apparaten en sensoren konden we tot nu toe niet veel. We

hebben moeten wachten op technische innovaties om

data echt als een bruikbare bron van informatie te kunnen

benutten.

Energiedata beperkt zich natuurlijk niet alleen tot ver-

bruiksmetingen. Big data kan ons vertellen waar we wind-

molenparken het best kunnen plaatsen of welke locaties

het grootste zonnepotentieel hebben. Data kan ook richting

geven aan onze investeringen, ons helpen bij het plannen

van slimme netwerken en slimme meters voor individuele

woningen mogelijk maken. Sterker nog, de meest vooruit-

strevende energiebedrijven zijn met big data al veel verder

BIG DATA

gegaan dan de bescheiden doelstelling om het verbruik

te meten. Industrieleiders als de Vermont Electric Power

Company (VELCO) bieden creatieve oplossingen waarbij big

data slechts een hulpmiddel is.

Ons elektriciteitsnet is ontworpen voor permanente ener-

giebronnen als energiecentrales en niet voor periodieke

groene energiebronnen. Hoewel duurzame energiebronnen

de toekomst zijn, zijn ze vaak ook moeilijk te managen.

Wind- en zonne-energie produceren bijvoorbeeld alleen

stroom op zonnige of winderige dagen. Bovendien zijn er

geavanceerde accu’s en slimme netwerken nodig om deze

energie op te slaan en te verdelen. Groene energiebronnen

worden beïnvloed door slecht weer, temperatuurschomme-

lingen en tal van andere uitdagingen die om informatie - en

vooral inzicht - vragen.

“Het doel is om data om te zetten in informatie en informatie in inzicht.”- Carly Fior ina, voormalig CEO van Hewlett-Packard

5.O


Alleen big data kan in real time - en vanuit een grote ver-

scheidenheid aan bronnen - actiegerichte informatie geven

over complexe kwesties. Jason Bordoff schrijft in The Wall Street Journal: “Nergens in de energiesector is de impact van big data revolutionairder dan in de werking van het

elektriciteitssysteem. Hier gaat het een steeds belangrijker

rol spelen en zal het steeds meer duurzame energiebronnen

integreren.” Maar deze gecompliceerde dans van vraag, aan-

bod, bronmeting en optimalisatie vraagt om nieuwe bena-

deringen voor de manier waarop we informatie verzamelen

en analyseren.

Als de energievoorziening van een regio bijvoorbeeld hoofd-

zakelijk hydro-elektrisch is, vragen langdurige droogten of

zware overstromingen om een snelle reactie. In Vermont,

waar men in de afgelopen zes jaar maar liefst acht weer-

rampen heeft meegemaakt, is weersvoorspelling voor ener-

giebedrijven van cruciaal belang. Omdat VELCO zich daar

wel degelijk van bewust was, ontwierp het energiebedrijf

het Vermont Weather Analytics Centre (VWAC). In samen-

werking met IBM volgt en voorspelt de VWAC ongunstige

weersomstandigheden en koppelt het deze aan vraag- en

aanboddata om de energievoorziening beter te kunnen

managen.

Big data zorgt er dus ook voor dat onze energiebronnen goed

worden beheerd. In alle gevallen - van enorme olievelden

met honderden booreilanden en windparken met tientallen

turbines tot gigantische zonneparken - moeten managers

in real time weten wanneer er iets misgaat. Alleen door het

verzamelen en analyseren van productiegegevens kunnen

we een nauwkeurig beeld krijgen van het huidige aanbod

en wanneer er iets fout gaat onmiddellijk actie onderne-

men. Bovendien moeten managers de prestaties van onze

groene energiebronnen kunnen aanpassen om de productie

te optimaliseren.

Zo gebruikt het Winsight360-systeem van Siemens big data

om de besturing van de offshore turbines aan te passen.

Het systeem evalueert de temperatuur van de lucht en de

turbine, de windsnelheid en de huidige energiebehoeften.

Vervolgens past het systeem de verticale hoek van de bla-

den aan zodat ze sneller kunnen draaien en tegelijkertijd

de belasting van de turbine regelen om schade te voorko-

men. Het resultaat is 4 procent meer vermogen per jaar, een

enorme winst voor groene energie.

Bron: www.apogaeis.com/blog/how-big-data-is-adding-a-bigger-advantage-in-the-energy-and-power-sector/

Big data levert op diverse manieren een positieve bijdrage aan de energiesector:

Data samenwerking

Zichtbaarheid van de supply chain

Energiebehoud Klantervaring & meer betrokkenheid

Verbeterde monitoring & efficiëntie

Analyse van toekomstige risico’s & mogelijkheden

Big data


Blockchain is het gedecentraliseerde, digitale grootboeksys-

teem achter Bitcoin. In Blockchain worden transacties op

een veilige manier vastgelegd waarna ze niet meer gewij-

zigd kunnen worden. Blockchain wordt door middel van

geavanceerde cryptografie beveiligd waardoor het hacken

van deze keten vrijwel onmogelijk is.

Maar Blockchain heeft inmiddels bewezen veel meer te zijn

dan alleen een grootboek.

Stel je een toekomst van energie voor waarin alle huizen en

gebouwen zonne- of windenergie kunnen opwekken. Als

je denkt dat dit vergezocht is, kijk dan eens naar de zon-

nedakpannen die Elon Musk pasgeleden op de markt heeft

gebracht. Ze lijken veel op gewone of leistenen dakpannen,

maar ze leveren zoveel energie op dat je er elke dag je elek-

trische auto mee op kunt laden. Deze energieproducerende

BLOCKCHAIN

huizen en gebouwen zullen uiteindelijk volledig in hun

eigen energiebehoeften kunnen voorzien en soms zelfs een

overschot produceren.

Slimme meters kunnen ervoor zorgen dat deze overtollige

stroom weer aan het net wordt verkocht, waardoor een echt

slim systeem van energieproductie en -distributie mogelijk

wordt, waarin energie onderling tussen huizen in een buurt

of stad verhandeld wordt.

Onze huidige systemen zijn voor het managen van derge-

lijke transacties echter niet toereikend en zonder probleem-

loze, eenvoudige, transparante en veilige transacties kan

deze toekomst er niet komen.

Maar nu hebben we Blockchain.

“Oh, dit is een gedeelde economie. Dit is Airbnb, dit is Uber, dit is 21e eeuw.”- Brooklyn bewoner Michael Guerra, beschrijft het Brooklyn Microgrid, aangedreven door Blockchain

6.O


In Duitsland zijn het energieopslagbedrijf Sonnen en

TSO Tennet, een Duitse dochteronderneming van het

Nederlandse energiebedrijf, bezig met de implementatie

van een systeem dat gebruik maakt van Blockchain om

energie-overdracht te beheren. In deze ‘Sonnen commu-

nity’ kunnen leden overtollige energie delen met mensen

die stroom nodig hebben. Als ze hun batterijsystemen aan

het net koppelen, worden ze door Sonnen beloond met een

gereduceerd- of bodemtarief voor elektriciteitslevering.

Ook in andere landen maken energiebedrijven gebruik van

Blockchain. Het Amerikaanse LO3 Energy, een bedrijf dat

zich bezighoudt met alternatieve energie, heeft bijvoor-

beeld een Brooklyn microgrid gecreëerd. Aangedreven door

Blockchain en slimme meters decentraliseert het de ener-

giemarkt. Zonne-energie die in het ene huis wordt gepro-

duceerd, wordt verkocht aan een ander huis dat het nodig

heeft. Zo stromen energie en geld automatisch, in real time

en met een onuitwisbare, veilige, transparante registratie,

letterlijk van de een naar de ander. En omdat dit systeem

het traditionele net uitbreidt in plaats van vervangt, kan

het tijdens onderbrekingen stroom blijven leveren, wat

zorgt voor een grotere energiezekerheid. Lawrence Orsini,

de oprichter van LO3, legt uit: “Blockchain is een echt goed

communicatieprotocol voor wat we willen doen. Mensen

kunnen nu keuzes maken en beslissingen nemen over hoe

ze aan de energiemarkt willen deelnemen: peer-to-peer

markten, buurtmarkten of andere interessante en nieuwe

businessmodellen.”

Als laatste voorbeeld hebben we SolarCoin. Bij woningen of

gebouwen met zonnepanelen maakt SolarCoin voor de beta-

ling voor elk megawattuur geproduceerde zonne-energie

gebruik van Blockchain. SolarCoins worden net als Bitcoins

‘gemijnd’, maar in dit geval worden ze door zonne-energie

gegenereerd. Hun waarde is nu nog maar $0.06 per mega-

watt, maar naarmate het aantal klanten groeit zal de waarde

van SolarCoins stijgen. In de nabije toekomst kunnen we

door iets goeds te doen voor het milieu misschien ook nog

veel geld verdienen.

Michael Guerra, een inwoner van Brooklyn, zegt: “Oh, dit is

gedeelde economie. Dit is Airbnb, dit is Uber, dit is 21e eeuw.”

Wij denken dat hij gelijk heeft.


HET INTERNET OF THINGS “Steeds meer apparaten, fabrieken, verlichtingssystemen, gebouwen, trans-portsystemen, slimme steden en gemeenschappen worden via het internet met elkaar verbonden en beheerd. Brains in the Cloud gaat het energiever-bruik in toenemende mate optimaliseren. Meer IoT-sensoren en -apparaten zullen meer controle mogelijk maken en op termijn meer besparen.”- Gene Wang, CEO en medeoprichter van People Power

veranderingen ondergaan. Modernisering van het net om

het intelligenter te maken, kan de frequentie en duur van

stroomonderbrekingen aanzienlijk verminderen, de gevol-

gen van natuurrampen beperken, het onderhoud van de

energieleverende systemen versimpelen en deze in geval

van storingen sneller herstellen.

Het slimme netwerk maakt energieopwekking, -transmis-

sie en -distributie mogelijk en bovendien wordt het sys-

teem uitgebreid met digitale aansturing en monitoring,

waardoor real-time informatie over het net beschikbaar

komt. Het volgt in feite de ‘vitale statistieken’ van netten -

zoals spanningsstabiliteit - om ‘netstilstand’ te voorkomen.

De ontwrichtende gevolgen van het Internet of Things

(IoT) worden veroorzaakt door de miljarden aangesloten

sensoren en apparaten die onvoorstelbare hoeveelheden

gegevens produceren en deze over netwerken verspreiden.

In de energiesector is het gebruik van data van slimme

netwerken en slimme meters een uitstekende manier

om het net efficiënter te laten werken en klanten te hel-

pen om zowel hun kosten als hun energieverbruik terug te

dringen. Navigant Research rapporteert bijvoorbeeld dat

de cumulatieve inkomsten uit commerciële en residen-

tiële IoT-producten en -diensten in 2025 naar verwachting

meer dan $750 miljard per jaar zullen bedragen. Maar om

gebruik te kunnen maken van de nieuwe technologie moet

de verouderende elektrische infrastructuur ingrijpende

7.O


zonne- en windenergie opwekken en stroom terugvoeren

naar het net. Dit kan leiden tot spanningsfluctuaties die

het net kunnen beschadigen en storingen kunnen veroor-

zaken. Het netwerk van PMU’s biedt real-time snapshots

die dergelijke schommelingen detecteren en kan “stroom

om problemen heen leiden. Bovendien biedt het accu’s die

overtollige energie opslaan en later beschikbaar stellen

aan het netwerk om aan de vraag van de klant te voldoen.”

Met slimme meters die aangesloten zijn op een slim ener-

gienetwerk kunnen energieleveranciers de energiestroom

naar gebouwen effectiever beheren. Consumenten hebben

dankzij deze systemen toegang tot hun eigen gegevens

waardoor ze hun energieverbruik en kosten beter kunnen

monitoren.

De geavanceerde technologieën omvatten Phasor

Measurement Units (PMU’s) of synchrophasors die leve-

ranciers helpen om de stabiliteit van het net te beoorde-

len en onderbrekingen automatisch te rapporteren. De

slimme meters geven consumenten meer inzicht in hun

stroomverbruik.

De Universiteit van Tennessee in Knoxville heeft, in samen-

werking met het Nationaal Laboratorium van Oak Ridge,

een systeem van GPS-gesynchroniseerde sensoren inge-

zet om de spanningsfrequentie van het elektriciteitsnet in

real time te meten. Synchrophasors brengen de frequen-

tie van het sensornetwerk in het elektriciteitsnet in kaart,

zodat systeembeheerders het dynamische gedrag kunnen

volgen. De PMU’s zijn nuttig omdat steeds meer klanten

BI Intelligence schat dat het aantal geïnstalleerde slimme meters in 2020 wereldwijd maar liefst 930 miljoen zal bereiken.

Bedrijven zullen tegen 2035 naar verwachting $157 miljard besparen door slimme meters te gebruiken.

Geschatte aantal geïnstalleerde slimme meters wereldwijd

Bron: Pike research, IBIS World,USITC, European Commison, Northeast Group, Ernst & Young, NewsReleases 2010-2015, BI Intelligence estimates 2015

Milj

oene

n ge

ïnst

alle

erd

Vijf jaar (2015-2020)Samengestelde jaarlijkse

groei 15%

1.000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

2014 2015 2016 2017 2018E 2019E 2020E


Geschatte jaarlijkse besparingen dankzij slimme meters geïnstalleerd tussen 2015-2020

Bron: European Commision 2014, BI Intelligence Estimates 2015

Exclusief meters geïnstalleerd na 2020

het gebruik van duurzame technologieën. Maar als reactie

hierop vertelt Lyndon Rive, vice-president van Tesla voor

energieproducten, de AFR dat “het bedrijf 100-300 mega-

wattuur batterijopslag zou kunnen installeren. Daarmee

zouden de stroomtekorten die verantwoordelijk waren voor

de prijspieken en storingen in de toekomst voorkomen kun-

nen worden.”

Met nieuwe slimme technologie kan de elektriciteitssector

het beheer van de stroomvoorziening verbeteren en ervoor

zorgen dat het licht altijd kan blijven branden.

We kunnen de energiekosten niet alleen verlagen, we kun-

nen energie zelfs gratis gebruiken.

Consumenten de mogelijkheid geven om ongebruikte

energie op te slaan en vervolgens terug te verkopen aan

het net is een beginpunt van het ‘gratis energie voor ieder-

een’-tijdperk. Helaas is niet iedereen het daarmee eens.

The Guardian meldt dat frequente stroomonderbrekingen

in Zuid-Australië sinds september 2016 tot een politieke

rumpus over energiebeleid hebben geleid waarbij de fede-

rale regering de oorzaak van de storingen toeschreef aan

Milj

arde

n (U

SD)

$12

$10

$8

$6

$4

$2

$0-

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

2033

2034

3035


De meeste systemen voor vervoer, productie, verwarming

en koeling werken op fossiele brandstoffen. Maar dank-

zij de nieuwste wetenschappelijke doorbraken zou water-

stof de schone energie van morgen kunnen zijn. Een team

van wetenschappers van Penn State and Florida State

University heeft een katalysator ontwikkeld om waterstof

te produceren door middel van een ingenieus, energiezui-

nig watersplitsingsproces. Volgens Yu Lei, promovendus bij

Penn State, is het proces volledig milieuvriendelijk. “Mensen

zijn op zoek naar een goede katalysator die water efficiënt

kan splitsen in waterstof en zuurstof. Tijdens dit proces

komen er geen milieuonvriendelijke nevenproducten vrij.”

Hoewel het idee van watersplitsing misschien niet nieuw

is, gebruiken standaard industriële splitsingsmethoden pla-

tina als katalysator voor het proces. Hoewel platina bijna

perfect is als katalysator, is het schrikbarend duur. Met een

veel goedkopere katalysator zou waterstof een haalbaar

alternatief voor fossiele brandstoffen kunnen zijn. Mauricio

Terrones, hoogleraar natuurkunde, materiaalwetenschap-

pen, techniek en scheikunde aan Penn State, heeft onlangs

bekend gemaakt dat ze eindelijk een alternatief hebben

gevonden: molybdeendisulfide (MoS2).

MoS2 werkt echter als een halfgeleider in zijn stabiele fase.

Dit beperkt zijn vermogen om elektronen te geleiden en

vervolgens ook zijn vermogen om het water-splitsings-

proces te katalyseren. Maar het team slaagde erin om

dit probleem op te lossen door middel van een wolf-

raam-molybdeen legering. Ze combineerden MoS2 met

wolfraam om een dunne folie te maken van lagen grafeen

en wolfraam-MoS2. “In deze legeringen vindt een uitste-

kende overlapping plaats van orbitalen, wat de reactie effici-

enter maakt. Dit gebeurt niet met de zuivere componenten.

In dit voorbeeld is de hybride beter dan de zuivere compo-

nenten,” verklaarde Jose L. Mendoza-Cortes, hoogleraar

techniek en wetenschappelijk computergebruik aan Florida

State University.

Bij het watersplitsingsproces wordt een zeer kleine hoeveel-

heid stroom toegepast op een in water ondergedompelde

elektrode. De protonen in de oplossing worden op het opper-

vlak van de katalysator geabsorbeerd. Vervolgens komen

twee protonen samen om een waterstofbel te creëren die

opstijgt naar het wateroppervlak, waardoor de waterstof

vrijkomt. De waterstof kan dan verzameld worden om als

schone energiebron gebruikt te worden.

Bedrijven als BMW, Anglo American, Shell, Toyota en

Hyundai zien een enorm potentieel in waterstofcellen,

vooral omdat ze veel minder vervuilend zijn dan hun ben-

zine of batterij-equivalenten.

WATERSTOF

8.O

“Energie is de belangrijkste kwestie van onze tijd en voor energie zijn brand-stofcellen van cruciaal belang. En voor brandstofcellen is waterstof het be-langrijkst.”- Yu Lei, een Wet Process R&D Intern bij Micron Technology en promovendus bij Penn State


KUNSTMATIGE INTELLIGENTIE

9.O

Slimme netwerken, slimme meters en een groot aantal met

het IoT verbonden apparaten die het centrale systeem voor-

zien van data over energieverbruik, kunnen kwetsbaar zijn

voor aanvallen en manipulatie van informatie. Opkomende

KI-technologieën zijn mogelijk het antwoord op deze uit-

daging. Door bijvoorbeeld gegevens van slimme meters

en sensoren te bekijken, kunnen geavanceerde machine

learning technieken het gedrag van individuele apparaten

en accu’s voorspellen. Bovendien kunnen meetapparaten

op het net – in plaats van op de centrale server – de druk

op de server verminderen, omdat meting alleen op locatie

nodig is, niet voor elk apparaat.

Shawn Chandler, senior lid van het Instituut voor Elektrische

en Elektronische Ingenieurs (IEEE), is van mening dat KI in

staat is het gebruik van energieopwekking en -opslag door

de consument te optimaliseren. “Automatisch beheer met

KI, zoals het verplaatsen of plannen van een bepaald ener-

giegebruik naar een specifieke vraagperiode, kan voor de

consument bijvoorbeeld leiden tot lagere servicekosten.

KI kan een consument op basis van real-time detectie ook

waarschuwen of informeren. Denk daarbij aan een defect

apparaat in de woning, of een kapotte elektriciteitskabel op

een geplande route, of het aanbevelen van keuzes en dien-

sten, zoals instellingen voor energiegerelateerde appara-

tuur, vervangingen of upgrades.”

Chandler wijst erop dat “het gebruik van KI als cruciaal kan

worden beschouwd voor het beheer van de Energy Cloud,

[een gedecentraliseerd netsysteem] omdat het aantal con-

trolepunten in het net van vele tienduizenden naar hon-

derden miljoenen, of zelfs miljarden stijgt.” Naarmate de

trend naar duurzame energie zich voortzet, zullen er meer

fluctuaties en onregelmatige piekbelastingen in het elektri-

citeitsnet optreden, aangezien dit meestal intermitterende

bronnen zijn. Dit heeft tot gevolg dat netbeheerders van

stroomverdelingsnetwerken hindernissen ondervinden die

volgens hen alleen met KI overwonnen kunnen worden.

“Veel aspecten van het nutsbedrijf zullen ervan profiteren, maar KI heeft met name een groot potentieel om het gebruik van gedistribueerde energiebron-nen, elektrische voertuigen en het IoT te coördineren en optimaliseren.”

- Shawn Chandler, senior l id Instituut voor Elektr ische en Elektronische Ingenieurs


In 2016 zijn Adaptricity, AEK, Alpiq, en Landis+Gyr samen

met het kanton Solothurn in Zwitserland gaan onderzoe-

ken hoe KI het elektriciteitsnet kan optimaliseren, bewa-

ken en besturen in een proefproject genaamd ‘SoloGrid’.

Het project wordt uitgevoerd in de stad Riedholz, een

gemeente in Solothurn.

De testfase duurt 18 maan-

den waarbij in ongeveer

veertig eengezinswoningen

in Riedholz gebruik wordt

gemaakt van zogenaamde

GridSense technologie.

GridSense is ontwikkeld door energieleverancier Alpiq,

samen met de Scuola Universitaria Professionale della

Svizzera Italiana (SUPSI). De kern van de GridSense tech-

nologie bestaat uit verschillende algoritmen die intermitte-

rend netbelasting, elektriciteitsverbruik en -opwekking en

elektriciteitsprijs meten. Ze leren het gedrag van elektrici-

teitsverbruikers, waardoor GridSense het stroomverbruik

kan optimaliseren. Dit wordt bereikt door balansverdeling en

door piekbelastingen in het elektriciteitsnet te verminderen.

De bedrijven maken ook gebruik van DPG.sim software

om de decentrale dynamiek in het net te simuleren. Deze

software is ontwikkeld door Adaptricity, een spin-off van

het Swiss Federal Institute of Technology. Met het vermo-

gen om een aantal netscenario’s voor analyse te simuleren,

leren deze slimme algoritmen van het proefnet in Riedholz.

De test zal naar verwachting laten zien hoe de nieuwe tech-

nologie – die gebaseerd is op machine learning algoritmen

– warmtepompen, huishoudelijke batterijen en zelfs laad-

stations voor elektrische voertuigen bestuurt en hoe de

meetgegevens van fotovoltaïsche systemen worden geïnte-

greerd om de functionaliteit en prijs te optimaliseren.

Klik voor video

© GridSense 2018

https://www.youtube.com/watch?v=dypG_P1jzPk


In kernfusie smelten twee kernen van de waterstofatoom-

isotopen - deuterium en tritium – samen, waardoor een

enorme hoeveelheid energie vrijkomt. Het proces is echter

niet zo eenvoudig als het klinkt. Aangezien beide kernen

positief geladen zijn stoten ze elkaar af, maar als ze extreem

snel bewegen wanneer ze botsen, versmelten ze met elkaar.

Op de zon is dit een natuurlijk proces, maar hier op aarde

zijn bijzonder sterke magneetvelden nodig die een speci-

fieke vorm moeten hebben om de opgejaagde deeltjes in

de fusiebrandstof of plasma in goede banen te leiden. Het

turbulente gedrag van plasma is tot op heden bij nagenoeg

elk kernfusie-experiment een probleem geweest. Voor het

proces is een grote hoeveelheid energie nodig om plasma

op te warmen tot zon-achtige temperaturen - meer dan

100 miljoen graden Celsius. Om zulke hoge temperaturen

te bereiken, gebruiken wetenschappers twee methoden:

FUSIE

1O.O

“We moeten meer doen met geavanceerde biobrandstoffen. We moeten meer doen met koolstofafvang en -vastlegging. We moeten meer doen met geavanceerde nucleaire technologieën. We moeten meer doen met kernfusie, in hemelsnaam.”- John Holdren, Teresa en John Heinz Hoogleraar Mil ieubeleid aan de Kennedy School of Government

Kernfusie wordt al meer dan veertig jaar zonder suc-

ces nagestreefd, te beginnen met de ontwikkeling van de

Tokamak-reactor. Een team van wetenschappers uit de sov-

jet unie onder leiding van Igor Tamm en Andrei Sacharov

ontwierp een apparaat dat een magnetisch veld gebruikte

om warm plasma in stand te houden em een fusiereactie

mogelijk te maken.

Fusieonderzoekers van het Princeton Plasma Physics Lab

zijn ervan overtuigd dat de haalbaarheid van fusie binnen-

kort moet worden aangetoond “zodat fusie-energie kan wor-

den geïntegreerd in de planning van onze energietoekomst.”

En er is een goede reden om fusie-energie als optie te onder-

zoeken, want het is schoon, koolstofvrij en produceert wei-

nig afval.


David Kingham, de directeur van Tokamak Energy, is vrij

enthousiast over zijn nieuwe reactor die plasmatemperatu-

ren van meer dan 15 miljoen graden Celsius kan produce-

ren. Binnenkort hoopt hij een temperatuur van 100 miljoen

graden te bereiken. “De ST40 is ontworpen om 100 miljoen

graden Celsius te bereiken en binnen een factor tien van

energie break-even condities te komen. Om nog dichter bij

het break-even-punt te komen – waar het plasma genoeg

energie produceert om fusie te katalyseren – moeten de

plasmadichtheid, temperatuur en insluitingstijd nauw-

keurig op elkaar worden afgestemd,” stelt hij. Het doel van

Tokamak Energy is duidelijk: tegen 2025 voor het eerst elek-

triciteit produceren, zodat fusie-energie tegen 2030 zijn

plaats kan innemen in het slimme netwerk.

magnetische opsluiting en inertiële opsluiting. De eerste

benadering maakt gebruik van magnetische velden om

plasma te verhitten en onder controle te houden. De tweede

methode maakt gebruik van krachtige lasers waarmee vol-

doende energie opgewekt wordt om fusie mogelijk te maken.

Zodra de enorm hoge temperaturen zijn bereikt, worden de

positief geladen deeltjes gedwongen om zo snel te bewegen

dat ze elkaar niet meer kunnen afstoten. Vervolgens wekt

de fusie genoeg energie op om de eigen hitte in stand te

houden, waarna we de overtollige warmte kunnen gebrui-

ken om stoomturbines aan te drijven. De uitdaging is dat we

reactoren nodig hebben waarin we deze extreem hoge tem-

peraturen kunnen bereiken.

Naarmate de vraag naar energie toeneemt en fossiele brandstoffen milieuproblemen blijven veroorzaken en langzaam

maar zeker opraken, worden duurzame energiebronnen een steeds meer voor de hand liggende oplossing. Met slimmere

infrastructuur, waaronder slimme netwerken, sensoren en slimme meters, kunnen we een intelligent systeem bouwen dat

voor een intermitterende stroomvoorziening zorgt die stabiele elektriciteit levert. KI en Blockchain zullen ervoor zorgen

dat onze slimme netwerken beveiligd zijn en de ontwikkelingen in kernfusie beloven schone en overvloedige energie

waarmee we wind- en zonne-energie in de toekomst kunnen aanvullen. De weg naar schonere energie is niet eenvoudig,

maar deze technologische innovaties zorgen ervoor dat de obstakels een voor een uit de weg geruimd worden.

CONCLUSIE


Ben je klaar voor een reis naar de toekomst van jouw sector?

In onze inspiratiesessies zien we hoe de huidige technologische ontwikkelingen alles wat je dacht te weten over jouw (bedrijfs)leven veranderen. Boek een sessie en laten we de toekomst samen verkennen.

Ga voor meer informatie naar:richardvanhooijdonk.com

Inspiratie sessies van trendwatcher & futurist

RICHARD VAN HOOIJDONK

All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by

any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information

storage or retrieval system, without permission in writing from the publisher.

Dutch officeHoofdstraat 252 3972 LK Driebergen Netherlands

+ 31 85 3030792

+ 31 6 41330000 [email protected]

UK office Kemp House, 152 City RoadLondon EC1V 2NXUnited Kingdom

+ 31 85 3030792

© 2018 Richard van Hooijdonk

Bezoek richardvanhooijdonk.com voor interessante content, video’s en boekingen.Deze whitepaper is ook in het Engels verkrijgbaar. Bezoek onze website.
https://www.richardvanhooijdonk.comhttps://www.richardvanhooijdonk.com/en

inspiration series: de toekomst van energie...4. de toekomst an energie hoewel we al geruime tijd...

Documents