Het gezamenlijke projectt ZO.RRO (Zero Carbon Cross Energy System) wil een volledig CO2-vrije energievoorziening voor de Duitse deelstaat Thüringen realiseren. Hiervoor kijken de projectpartners naar elektriciteits-, warmte- en gasnetwerken. Deskundigen noemen dit “sectorkoppeling”.
Eerdere projecten waren vooral gericht op de levering van energie, waarbij de interacties met systeemdiensten niet werden betrokken. Uit wetenschappelijke analyses blijkt echter dat 20 procent van de CO2-uitstoot wordt veroorzaakt door systeemdiensten die nodig zijn om energiesystemen op een stabiele manier te laten functioneren.
Optimale mix voor Thüringen
De onderzoekers van Fraunhofer IOSB ontwikkelden een complex IT-ecosysteem van hard- en softwareoplossingen voor Thüringen. De eerste stap is het samenstellen van de optimale technologiemix voor Thüringen, zodat de systeemdiensten CO2-vrij kunnen worden ontworpen. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de sectorkoppeling van warmte, gas en elektriciteit. Dit is gebaseerd op een innovatief scenario, “dat wordt gekenmerkt door hernieuwbare energiesystemen en opslag- en waterstoftechnologieën, en een conservatief scenario dat stroom-naar-gas- en gasgestookte centrales in de berekening opneemt”.
“Ons doel is om de energievoorziening van Thüringen in 2050 CO2-neutraal te maken en hiervoor de meest kosteneffectieve variant te bepalen”, legt Steffi Naumann, wetenschapper en projectmanager bij Fraunhofer IOSB-AST, uit. “Als de berekende sectoroverschrijdende technologiemix voldoende is voor een stabiel netbeheer, zal de CO2-emissie die daarbij vrijkomt, worden bepaald. Als een stabiele werking niet mogelijk is, wordt er feedback gegeven aan de planning van het energiesysteem”.
Dit optimalisatiemodel geeft aan welke technologieën “idealiter in een toekomstig technologiepark in Thüringen moeten worden geïnstalleerd, op voorwaarde dat ze zo weinig mogelijk broeikasgassen uitstoten”.
IT-ecosysteem voor zero-emissie
Het onderzoeksteam van Fraunhofer IOSB-AST IT-Systeme richt zich vooral op de bewaking van de huidige CO2-uitstoot, maar ook op het beheer van de flexibiliteitsaanbiedingen voor het operatieve bedrijf. “Als we de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen willen minimaliseren, zijn er IT-systemen nodig. Die moeten de complexe dynamische interacties van energievoorzieningssystemen, die voornamelijk gebaseerd zijn op hernieuwbare energieën, controleren en een veilige en betrouwbare werking te allen tijde te garanderen”, zegt Juliane Sauerbrey, collega van Steffi Naumann in het ZO.RRO-project. “Ze kunnen ook worden gebruikt om bijvoorbeeld prognoses voor de CO2-uitstoot te visualiseren op basis van de energiegebruiksplanning van het energieleveringssysteem en de te leveren bedrijven”.
De onderzoeker en haar team combineren verschillende hardware en software om een complex IT-ecosysteem te creëren. Een sensorsysteem van de ZO.RRO Box levert bijvoorbeeld de verbruikswaarden van elektriciteit en gas. Dit verbruik wordt omgezet in het CO2-equivalent en geeft zo informatie over de huidige CO2-uitstoot. Daarnaast is er een database en een CO2-monitoring tool die de huidige CO2-voetafdruk naar een supervisiesysteem stuurt en het optimalisatiepotentieel tijdens de operatie sneller zichtbaar maakt. Het voordeel van deze live-monitoring is dat de grootste CO2-vervuilers kunnen worden geïdentificeerd. Bedrijven zouden ook financieel voordeel hebben, omdat ze hun CO2-uitstoot kunnen minimaliseren door de kosten van CO2-certificaten te besparen die anders zouden worden gemaakt. “Het bijzondere aan onze tool is, naast de live-bewaking, de aandacht voor de sectorkoppeling”, zegt Sauerbrey.
Onderzoek uitrolbaar naar andere deelstaten
Een ander onderdeel van het IT-ecosysteem is software voor het beheer van flexibiliteitsaanbiedingen. Volgens Juliane Sauerbrey maakt dit “de bestaande flexibiliteit mogelijk om gas-, warmte- en elektriciteitsbelastingen te verschuiven om zo de CO2-voetafdruk te minimaliseren en CO2-vrije systeemdiensten aan te bieden”. De hard- en softwareoplossingen kunnen bijvoorbeeld worden geïnstalleerd in bedrijven, openbare nutsbedrijven, buurten en ministeries.
“Natuurlijk profiteren ook particuliere huishoudens van het nieuwe energieconcept”, benadrukt de onderzoeker. “Een driepersoonshuishouden verbruikt ongeveer 2600 tot 3900 KWh per jaar. Met een emissiefactor van 500g/kWh van de Duitse elektriciteitsmix komt dit overeen met maximaal 1,95 ton CO2 per jaar. Afhankelijk van de ontwikkeling van de CO2-prijs, zijn dat tussen 80 en 350 euro per jaar aan CO2-kosten alleen al voor elektriciteit. Met onze aanpak willen we de CO2-voetafdruk drastisch verminderen en daarmee ook de kosten voor de huishoudens aanzienlijk verlagen”.
ZO.RRO wordt momenteel ontwikkeld in Thüringen. Het is echter straks ook toepasbaar in de andere Duitse deelstaten, benadrukken de wetenschappers. Het project eindigt in december 2021. Dan start de demonstratiefase met bedrijven en andere partners die de IT-systemen gaan testen.
Foto: ZO.RRO projectmedewerker Juliane Sauerbrey voor het door Fraunhofer IOSB-AST ontwikkelde CO2-bewakingsdashboard. © Fraunhofer IOSB-AST/ Martin Käßler
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
