Superslim energiesysteem koppelt woningen van eeuwenoude kerk los van elektriciteitsnet

De woningen zijn dan zelfvoorzienend waardoor gebruik van het elektriciteitsnet niet of nauwelijks nodig is. De Open Hofkerk is een 100 jaar oude kerk in Wolfheze die straks zó slim is dat het zelfstandig bepaalt dat de laadpaal pas morgenochtend de elektrische auto oplaadt. Omdat het op basis van historische data weet dat de auto die dag nooit wordt gebruikt, het dan hard gaat waaien en het dus geld oplevert om stroom van het net te gebruiken.

Het energiemanagementsysteem weet op basis van onder meer het jaargetijde en de historische verbruiksdata waarvoor de opgewekte stroom van de zonnepanelen gebruikt moet worden. Ook weet het systeem wanneer de energie opgeslagen moet worden in een batterij en wanneer in de waterstoftanks.

“Uiteindelijk is het de bedoeling zo min mogelijk stroom van het net te gebruiken, tenzij dat geld oplevert,” zegt Pieter Pfeiffer van Schipper Bosch. “De komende jaren moet blijken hoeveel opslagcapaciteit precies nodig is voor zo’n zelfvoorzienend energiesysteem en of het financieel rendabel is. Dat weten we op dit moment nog niet, want er is geen ander voorbeeld van woningen die dit systeem hebben.”
Pfeiffer is projectleider namens Schipper Bosch in het project Open Hofkerk Wolfheze. In dat project is een oude kerk omgebouwd naar 4 appartementen, die samen met 4  nieuwbouwwoningen één elektriciteitsaansluiting hebben, die half zo groot is als gebruikelijk.

De woningen hebben een collectief energiesysteem. De energie die overdag wordt opgewekt met de zonnepanelen kan opgeslagen worden in een batterij, om de dagelijkse pieken en dalen op te vangen. Wat over is aan zonnestroom wordt omgezet in waterstof. Dat kan langer worden bewaard. Wanneer het nodig is, wordt het in een brandstofcel weer omgezet in elektriciteit en warmte.

In het project is de HAN verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de slimme software die nodig is om het energiesysteem aan te sturen. Daarmee is het project een mooi voorbeeld van een publiek-private samenwerking, die in het SEECE-netwerk veelvuldig voorkomt. De software van de HAN moet tegelijkertijd ook duidelijk maken of deze Smart Energy Hub een schaalbaar idee is.

“Om die schaalbaarheid te testen, maakt de HAN een virtuele omgeving,” zegt Pfeiffer. “Het is net alsof de HAN 2 computers ontwikkelt. Met één wordt het systeem in Wolfheze echt bestuurd, de ander is de virtuele omgeving. Dat biedt de mogelijkheid om in de virtuele omgeving op basis van de echte data een variabele te veranderen en te zien welk effect dat heeft. Zo hopen we bijvoorbeeld te ontdekken wat er nodig is om zo’n systeem voor 80 woningen te maken.”

Sinds deze maand zijn 7 van de 8 woningen in Wolfheze bewoond. Alle individuele onderdelen van het energiesysteem werken, alleen het ‘slimme brein’ van het systeem nog niet. Daarom laten de laadpalen voor de elektrische auto’s nog even op zich wachten. Pfeiffer: “Als ze nu allemaal tegelijkertijd zouden gaan laden, gaat dat niet goed vanwege de kleinere gemeenschappelijke netaansluiting. Daarvoor is de slimme software nodig.”

Het Lectoraat Balanced Energy Systems (BES) trekt namens de HAN de kar in de ontwikkeling van de software. “Daar zitten mensen met veel kennis van het modelleren van energiesystemen en kunstmatige intelligentie. Expertise die nodig is om zo’n complex energiemanagementsysteem te maken,” weet Patricia Boogaard. Zij is als projectleider vanuit SEECE betrokken.

BES ontwerpt nu eerst de basisregelaar van het systeem, zodat er energie kan worden opgeslagen of omgezet in waterstof bij een overschot aan zonnestroom. Als de ‘basisregelaar’ werkt, wordt verder gewerkt aan een ‘geavanceerde regelaar’. Daarvoor leggen studenten Embedded System Engineering nu al een basis door de software architectuur te maken op basis waarvan die regelaar kan werken. Ook studenten Elektrotechniek zijn betrokken bij het project.

Boogaard: “De basisregelaar kijkt alleen naar het hier en nu en geeft bij het bereiken van een ingesteld setpoint een signaal dat er energie opgeslagen moet worden, de geavanceerde regelaar kan straks voorspellingen doen en op basis daarvan het energiesysteem aansturen. Die voorspellende factoren zijn energieprijzen, het weer en het gebruikersgedrag.”

Zowel Boogaard als Pfeiffer zien toekomst in Smart Energy Hubs zoals in Wolfheze. Ze kunnen een (tijdelijke) oplossing zijn voor het capaciteitsgebrek op het elektriciteitsnet. In Arnhem en omgeving is het probleem nog niet zo groot dat woningen niet aangesloten kunnen worden. “Maar in Brabant zien we dat al wel,” weet Pfeiffer. “Dan krijg je een andere businesscase. Het is niet langer de vraag: 'Kunnen we de investering terugverdienen? Maar kunnen we wel of niet bouwen'.”

Met Smart Energy Hubs werd op kleine schaal al geëxperimenteerd op bedrijventerreinen. Op woningniveau, zoals in Wolfheze, is dat nog niet eerder gedaan. Mocht het succesvol zijn, dan kan het in de toekomst dus ingezet worden bij grotere projecten. Eén van de problemen die dan nog wel opgelost zou moeten worden, is de Babylonische spraakverwarring.
Veel slimme apparaten spreken nu namelijk een andere taal, waardoor ze elkaar niet begrijpen. “Straks heb je een huis met 8 slimme apparaten én 8 apps, waarmee je ze alleen individueel kan aansturen,” vertelt Boogaard. “Je wil een centrale app, waarmee je het geheel op eenvoudige manier kan aansturen.”

Alleen dan kan de flexibiliteit van het lokale energiesysteem optimaal benut worden. “Op dit moment is er complexe techniek nodig om deze zogeheten systeemintegratie te faciliteren. Om dit te vereenvoudigen zijn algemene communicatieprotocollen nodig. De zogenaamde S2-standaard moet in de toekomst gaan zorgen voor interoperabiliteit. Door implementatie van dit overkoepelend communicatieprotocol kunnen fabrikanten ervoor gaan zorgen dat hun slimme apparaten mee kunnen doen in een energiemanagementsysteem.”

Het project kwam aan bod in de 1e aflevering van de podcast-serie rondom 10 jaar SEECE waarin binnen de energietransitie de benodigde transitie in technologie centraal stond.