Kennis-‐ en Innovatieagenda 2016-‐2019 TKI

TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 TKI URBAN ENERGY Solar & Smart Energy Solutions Innovaties rondom opwekking van zonnestroom, warmte en koude, energiebesparing, en integratie en intelligente sturing van het energiesysteem in de gebouwde omgeving. 1 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Inhoudsopgave Voorwoord 4 1. Visie & ambitie 1.1. Uitgangssituatie en ontwikkelingen 1.2. Visie 1.3. Analyse transitie lokale energiehuishouding 1.4. Ambitie 5 5 5 9 10 2. Marktgedreven onderzoekagenda 2.1. Resultaten eerste innovatieagenda 2.2. Programmalijnen 2.3. Hoofdlijnen routekaarten 2.4. Valorisatie 11 11 13 15 16 3. Programmalijn 1: Zonnestroomtechnologie (PV) 3.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen 3.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen 3.3. Routekaart/ innovatieaanpak 3.4. Relatie NWO/STW, ECN en TNO programma’s 17 17 18 19 21 4. Programmalijn 2: Warmte-­‐ en koude-­‐installaties 4.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen 4.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen 4.3. Routekaart/ innovatieaanpak 4.4. Relatie met NWO/STW, ECN en TNO programma’s 22 23 23 24 26 5. Programmalijn 3: Multifunctionele bouwdelen 5.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen 5.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen 5.3. Routekaart/ innovatieaanpak 5.4. Relatie NWO/STW, ECN en TNO programma’s 27 27 28 29 31 6. Programmalijn 4: Flexibele energie-­‐infrastructuur 6.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen 6.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen 6.3. Routekaart/ innovatie aanpak 6.4. Relatie met NWO/STW, ECN en TNO programma’s 32 32 34 36 39 7. Programmalijn 5: Energieregelsystemen en -­‐diensten 7.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen 7.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen 7.3. Routekaart/ innovatie aanpak 7.4. Relatie NWO/STW, ECN en TNO programma’s 40 40 42 44 45 8. Structurele samenwerking 8.1. TKI Urban Energy ecosystemen 8.2. PPS projecten en fieldlabs 8.3. Cross-­‐overs 8.4. Regionale partners en MKB steunpunt 47 47 47 49 50 2 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 8.5. Overheden 8.6. Internationalisatie 8.7. Human Capital Agenda (HCA) 51 51 53 9. Organisatie en financiën 9.1. Een nieuwe gefuseerde TKI 9.2. De TKI-­‐organisatie 9.3. Financiële middelen Kennis-­‐en innovatieagenda 2016-­‐2019 54 54 54 55 Bijlage 1: de vraag aan de hand van een aantal praktijkcasus Casus: hoog-­‐efficiënte, tweezijdig werkende zonnepanelen Casus: de warmtebatterij Casus: multifunctionele dakelementen met PV-­‐functionaliteit Casus: het flexibel maken van elektriciteitsnetten Casus: CEMS & HEMS, central & home energy management systems 56 56 57 58 59 60 3 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Voorwoord
Deze Kennis-­‐ en Innovatieagenda van de TKI Urban Energy biedt inzicht in de essentiële innovatieve ontwikkelingen binnen het werkgebied van opwekking van zonnestroom, warmte en koude, energiebesparing in de gebouwde omgeving, en integratie en intelligente sturing van het energiesysteem. De agenda adresseert de meest relevante onderwerpen over de gehele keten en bouwt voort op eerdere Kennis-­‐ en Innovatieagenda’s. De TKI Urban Energy is de bundeling van drie TKI’s (EnerGO, Solar Energy en Switch2SmartGrids) die in de afgelopen periode (2012-­‐2015) nog elk een eigen Kennis-­‐ en Innovatieagenda (K&I-­‐agenda) hebben uitgevoerd. De samenwerking tussen deze drie TKI’s heeft in 2015 al geleid tot een gezamenlijke programmering voor de tenders. Met de voorliggende gezamenlijke K&I-­‐agenda zijn de belangrijkste thema’s van de drie individuele TKI’s nu geïntegreerd tot een samenhangend geheel. Deze K&I-­‐agenda is tot stand gekomen op basis van een sterke betrokkenheid vanuit de markten (vraag en aanbod). De TKI Urban Energy heeft dankbaar gebruik gemaakt van de input vanuit de verschillende gremia waarmee permanent wordt gecommuniceerd. Dit zijn de dagelijkse contacten met deelnemers in de TKI’s en consortia die projecten uitvoeren, adviesgroepen en programmaraden. Het concept van deze Kennis-­‐ en Innovatieagenda is in een speciaal daartoe georganiseerde bijeenkomst op 30 april 2015 met ongeveer 90 stakeholders besproken en daar is ook waardevolle feedback ontvangen die is verwerkt in de definitieve agenda. In dit document worden op verschillende plaatsen bedrijven en organisaties genoemd. Deze dienen als illustratie van het soort bedrijven en organisaties dat aansluiting heeft gevonden of kan vinden bij de onderwerpen in deze agenda en de lijsten zijn dus zeker niet uitputtend. In 2015 is in de gezamenlijke programmering het onderwerp “systeemintegratie” opgenomen, inclusief het daarbij behorende budget. In deze Kennis-­‐ en Innovatieagenda is het onderwerp “systeemintegratie” integraal verwerkt in nagenoeg alle programmalijnen. Ook in het budgetteringsvoorstel is daarmee rekening gehouden. 4 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 1. Visie & ambitie
1.1. Uitgangssituatie en ontwikkelingen De veranderingen die het energiesysteem de komende decennia zal ondergaan brengen vele nieuwe kansen en uitdagingen met zich mee. Niet alleen in Nederland, maar in een groot deel van de wereld gaan belangrijke verschuivingen optreden in de energievoorziening. In de gebouwde omgeving wordt door energiebesparing de energievraag (zeker voor de warmtevoorziening) sterk ingeperkt terwijl parallel daaraan het energiesysteem “slimmer” zal worden geregeld om een balans te houden tussen variabele vraag en variabel energieaanbod vanuit wind en zonne-­‐energie. Ook de warmtevoorziening zal grote veranderingen ondergaan. Informatietechnologie en benutten van “big data” zijn niet meer weg te denken. Al deze ontwikkelingen komen samen in het bredere domein van de gebouwde omgeving, het werkgebied van de TKI Urban Energy (de bundeling van de TKI’s EnerGO, Solar Energy en Switch2SmartGrids). Het potentieel om binnen de gebouwde omgeving een groot deel van de benodigde energie duurzaam op te wekken, vooral door inzet van zonne-­‐energie en verschillende warmteopties, is groot. Energieopslag in allerlei vormen wordt daarbij essentieel, net zoals nieuwe manieren om het energiesysteem meer vanuit een integrale aanpak intelligent te managen. Gebruikers en partijen in de bouw-­‐, energie-­‐ en installatieketen zijn zich nu nog beperkt bewust van de komende veranderingen. Als de partijen zich er wel bewust van zijn vertaalt zich dat nog niet altijd tot actieve betrokkenheid omdat productontwikkeling tijd vergt en er uitzicht moet zijn op markttoepassing. Het articuleren van de (toekomstige) vraag is van groot belang voor het sturen van ontwikkelingen en innovaties. Inzet van nieuwe producten en diensten ter vervanging van traditionele energiestromen biedt nieuwe kansen en samenwerking met partijen in de voorhoede is van belang. Deze ontwikkelingen moeten worden geplaatst binnen een internationale context, want deze transformatie van het energiesysteem vindt op veel plaatsen in de wereld plaats. Daarmee worden samenwerken met koplopers, internationale samenwerking en commercieel opereren extra belangrijk. Het biedt kansen voor gezamenlijke innovatieprojecten, maar evenzeer voor export van in Nederland ontwikkelde kennis, producten, systemen en diensten. 1.2. Visie Visie op hoofdlijnen In 2050 is de energievoorziening, naast betaalbaar en betrouwbaar, ook duurzaam (nagenoeg CO2-­‐
neutraal).1 Deze ambitie is alleen te realiseren door in te zetten op grootschalige energiebesparing in de gebouwde omgeving en door de resterende energievraag duurzaam in te vullen. De energiebesparingsopgave is een integraal onderdeel van nagenoeg alle programmalijnen van deze Kennis-­‐ & Innovatieagenda. De duurzame elektriciteitsopwekking gebeurt vooral decentraal in de vorm van zonnestroom en via een aantal grootschalige windenergielocaties. De warmtebehoefte in de gebouwde omgeving wordt voor een groot deel gedekt door hernieuwbare bronnen (bodem, zonne-­‐energie en bio-­‐energie). Aardgas, maar ook groen gas (gas uit biomassa en synthetisch gas, mogelijk via Power2Gas, of solar fuels), zal worden gezien als een zeer waardevolle grond-­‐ en brandstof voor toepassingen die goed 1
Conform Europese richtlijnen (80-­‐95% CO2 reductie t.o.v. 1990). 5 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 passen bij de specifieke eigenschappen van die energiedrager, vooral voor hoogwaardig gebruik en flexibiliteit, zoals levering van veel energie in een kort tijdsbestek op ieder gewenst moment. Zonnestroom is voor de elektriciteitsvoorziening één van de belangrijkste opwekkers geworden en kan door inzet van slimme concepten rond opwekking, opslag en distributie (inclusief geavanceerde vraagsturing) voor het grootste deel van het jaar zorgen voor een stabiele voorziening. De warmtevoorziening voor de gebouwde omgeving wordt daarbij onder gemiddelde omstandigheden verzorgd via (duurzame) elektrificatie (vooral via warmtepompen in combinatie met thermische opslag), door andere vormen van duurzame warmte, zoals bodemenergie en bio-­‐energie en (waar beschikbaar) restwarmte. Duurzame energie biedt de kans om de energievoorziening efficiënt decentraal in te richten, waarbij opwekking, opslag en gebruik fysiek dicht bij elkaar zijn gebracht. Het energienet is niet langer alleen een distributievoorziening, maar is ontwikkeld tot een intelligent systeem waarbinnen op basis van goed datamanagement vraag, aanbod en opslag optimaal worden ingezet. Bovenstaande ontwikkeling van het energiesysteem is gevisualiseerd in figuur 1. Figuur 1: Ontwikkeling van het energiesysteem (bron TKI EnerGO) 6 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Energiecomponenten zullen standaard zijn uitgerust met een digitaal interface (cyber physical systems) en alle daarbij behorende interacties: mens-­‐machine-­‐ en machine-­‐mens-­‐, maar zeker ook machine-­‐machine-­‐toepassingen zullen ongekende hoeveelheden data gaan produceren. Data wordt een nieuwe grondstof die ons in staat stelt het duurzame energiesysteem betrouwbaar, betaalbaar en ook toegankelijk te houden. Ontwikkeling rond warmte en energiebesparing Bijna 40% van ons totale energiegebruik bestaat uit warmte2. Daarmee is de warmtevraag aanzienlijk groter dan de vraag naar elektriciteit. Warmte wordt gevraagd voor het verwarmen van huizen en kantoren, het verzorgen van tapwater, maar ook voor de verwarming van kassen en bij industriële processen. Het grootste deel van de warmtevraag betreft lage temperatuur warmte (of koude) tussen 20 en 60°C. Voor de industrie is wél hoge temperatuur warmte nodig. Ten behoeve van de warmtevraag moet er op jaarbasis (jaarvolume), op uurbasis (capaciteit) en momentaan (vermogen) voldoende energie worden geleverd. De warmtevoorziening kent een heel specifiek vraagpatroon met een hoge vraag in koude periodes. Het energiesysteem moet daarin kunnen voorzien. Een sterk doorgevoerde energiebesparing in de bestaande gebouwde omgeving3, grootschalige introductie van nieuw verwarmingstechnieken, zoals warmtepompen, zonnewarmte, warmteopslag, en een toename van (slimme) warmtenetten zullen de inzet van gas doen afnemen. Deze ontwikkelingen vragen innovatieve concepten die voor de warmtevoorziening in de gebouwde omgeving geleidelijk en gedeeltelijk de plaats van aardgas zullen innemen. De introductie van deze nieuwe warmteoplossingen zorgt ook voor een verdere integratie van de warmtesysteem met het elektriciteitssysteem, waarbij slimme oplossingen efficiënt (moeten) zorgen dat onderling pieken in vraag en aanbod opgevangen worden.
De verschuiving van gas naar duurzame decentrale warmtesystemen biedt kansen voor lokale werkgelegenheid en de toeleverende industrie. Met o.a. voorheen de HR ketel heeft de Nederlandse industrie aangetoond ook internationaal toonaangevende vindingen te kunnen leveren. Ontwikkelingen rond elektriciteit Ook in de elektriciteitsvoorziening zullen grote verschuivingen optreden. De trend naar het op grote schaal zelf opwekken van elektriciteit door huishoudens en bedrijven met vooral PV is inmiddels ingezet4. De belangrijke drijvende kracht hierbij vormt de spectaculaire en voortdurende kostendaling van zonnestroom. In het geval van huishoudens (in iets mindere mate bij bedrijven) is de fractie opgewekte zonnestroom die direct wordt gebruikt veelal vrij laag (typisch enkele tientallen procenten); mede ten gevolge van de huidige salderingsmogelijkheid is er geen financiële prikkel om die fractie te verhogen. Bij een gewijzigd vergoedingssysteem zullen hierin door de inzet van energieopslag, het intelligent sturen van elektrische apparaten en de ontwikkeling van elektrisch vervoer grote verandering kunnen gaan optreden. Innovaties op het gebied van PV zorgen voor steeds hogere rendementen bij gelijktijdige kostenreductie en verbreding van de toepassingsmogelijkheden. Dit alles zal zeer grootschalige inzet van PV mogelijk maken. De Nederlandse industrie, in nauwe samenwerking met de kennisinstellingen, speelt op deze gebieden internationaal een belangrijke en op onderdelen, leidende rol. Zij levert onder meer geavanceerde (productie)technologie en 2
1324PJ werd in 2012 ‘primair’ gebruikt voor warmtevoorziening, ofwel 38% van totale primaire energiegebruik van 3500PJ. Bron: RVO Uit Energieakkoord: Voor 2030 wordt voor gebouwen gestreefd naar ten minste gemiddeld label A; nu is dat nog gemiddeld D/E. 4
Doel van het Energieakkoord is minimaal 1 mln huishoudens die in 2020 voorzien in eigen energieopwekking (op jaarbasis). 3
7 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 oplossingen voor innovatief gebruik van PV-­‐systemen. De innovaties zijn dus niet alleen van direct belang voor de duurzame elektriciteitsopwekking in de gebouwde omgeving in Nederland, maar ze vormen ook een uitstekende basis voor export naar de rest van de wereld. Ontwikkelingen rond energienetten, ICT en data Grootschalige toepassing van duurzame energiebronnen, digitalisering, monitoring en besturing op afstand, inzet van data en elektrificatie van de maatschappij waaronder de implementatie van honderdduizenden of mogelijk op termijn zelfs miljoenen elektrische voertuigen en een kosteneffectieve energie-­‐infrastructuur leiden tot grotere fluctuaties in het aanbod van en de vraag naar energie, waardoor grotere prijsfluctuaties zullen ontstaan op de energiemarkt. Daarnaast zijn grote investeringen in de bestaande energie-­‐infrastructuur noodzakelijk en kan de toepassing van intelligentie binnen de energienetwerken deze investeringen matigen. Door de introductie van ICT en benutting van “Big data” in het energiesysteem ontstaan meer en nieuwe mogelijkheden voor het balanceren van vraag en aanbod en kan de energie-­‐infrastructuur kosteneffectief worden ontworpen en beheerd. Het traditionele model dat volledig gebaseerd is op sturing vanuit de vraag kan nu aangevuld worden met meer flexibele vraagrespons en middelen voor opslag en conversie van energie. Dit alles moet leiden tot minder CO2-­‐emissie, meer concurrerende prijzen en het aantrekkelijker maken van (meer) duurzame energie. We kunnen daarbij steeds meer gebruik maken van onvoorstelbare hoeveelheden data; Big Data is de term voor deze collectie data sets. Niet alleen in volume maar zeker ook in snelheid, en die snelheid zal verder toenemen. Kernbegrippen hierbij zijn: grip krijgen, opslag, doorzoeken, analyseren, privacy, veiligheid, standaardiseren, delen en visualiseren. Ontwikkelingen in de rol van de consument en andere partijen in het energiesysteem Met al deze te verwachten ontwikkelingen zal ons energiesysteem binnen de gebouwde omgeving een sterke verandering doormaken. Dat geldt in eerste instantie voor de rol van ‘de consument’: van passieve eindgebruiker van energie naar een meer proactieve consument van energiediensten. Maar ook de rollen van de andere partijen die betrokken zijn bij de energievoorziening gaat veranderen, deels gedwongen door nieuwe spelers in deze markt. De directe afstemming tussen vraag en aanbod van energie wijzigt in een complex systeem waarbinnen flexibel aanbod en flexibele vraag bij elkaar tot een stabiel systeem moeten leiden. De veranderingen van de situatie in de bestaande bouw zijn ingrijpender dan in de nieuwbouw, waarvoor immers al vanaf ongeveer 2020 strenge eisen zullen gelden ten aanzien van het energiegebruik en de inzet van duurzame energieopwekking. Door die eisen zal het energiegebruik al zo ver zijn teruggedrongen dat in de meeste gevallen kan worden volstaan met uitsluitend een elektriciteitsaansluiting van de individuele woning. Door slimme inzet van data en ICT kan het gebruik daar nog wel verder worden geoptimaliseerd in relatie tot eigen opwekking en kunnen nieuwe diensten voor consumenten en andere partijen in de energievoorziening worden ontwikkeld. De grote uitdaging vormen dus de ontwikkelingen in de bestaande gebouwde omgeving en de economische kansen die daarmee worden geboden. 8 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Figuur 2: Glocalisering van het energiesysteem 1.3. Analyse transitie lokale energiehuishouding De impact van de energietransitie op de gebouwde omgeving is groot. Diverse ontwikkelingen zijn daarbij van grote betekenis: − Het Energieakkoord voor Duurzame Groei, door meer dan 40 partijen ondertekend, heeft een aanzet gegeven voor een grote aanpassing van het energiesysteem. Nederland neemt via het Energieakkoord haar verantwoordelijkheid om structureel de verandering in te zetten naar uiteindelijk een energieneutrale gebouwde omgeving in 2050. Gelet op het trage tempo waarin veranderingen in de gebouwde omgeving normaal plaats vinden is dat een ambitie met verstrekkende gevolgen. Het zorgen voor een brede betrokkenheid van belanghebbende partijen is, door de omvang en diversiteit van de sector, een serieuze opgave. Deze betrokkenheid is echter zeer relevant voor het innovatieproces en de vertaling van innovaties naar toepassing. − Het terugtrekkende gassysteem. Los van de recente ontwikkelingen in Groningen is al langer bekend dat de voorraden aardgas raken uitgeput en dat Nederland in de komende jaren van een gasexporteur een importeur zal worden. Deze verandering leidt mede tot een heroverweging van de rol van gas voor verwarming in de gebouwde omgeving. Hierbinnen passen de innovatieve oplossingen die worden beoogd. − Met de (gedeeltelijke) elektrificatie van de warmtevoorziening en met de beweging tot meer energiebesparing, decentralisering van de energievoorziening (veel meer lokale duurzame opwekking) en de opkomst van elektrisch vervoer, zal het huidige elektriciteitsnet niet langer meer volstaan. En zijn er intelligente oplossingen noodzakelijk om het elektriciteitsnet flexibeler te maken en kostbare verzwaringen te matigen of te voorkomen. Deze ontwikkelingen dwingen ons tot het vinden van nieuwe en innovatieve oplossingen. Deze raken zowel energiebesparing en energieopwekking (zowel warmte als elektriciteit) als het slim(mer) benutten van het energiesysteem. De gebouwde omgeving in de brede betekenis (dus inclusief de fysieke infrastructuur) zal vanuit deze transitie-­‐uitdaging de komende decennia grote veranderingen moeten doorvoeren en innovatieve oplossingen moeten toepassen. Dit vormt het overall werkveld van de TKI Urban Energy. 9 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 1.4. Ambitie De TKI Urban Energy richt zich op een combinatie van twee doelen: − zowel direct als indirect bijdragen aan de transformatie van de energievoorziening in de gebouwde omgeving in brede zin (zoals op onderdelen geformuleerd in het Energieakkoord). Hierbij gaat het vooral om energiebesparing, de inzet van lokaal opgewekte duurzame energie en het optimaliseren van het energiesysteem, waarbij wordt geanticipeerd op de veranderende rol van de gebruiker van dat energiesysteem; − bijdragen aan de innovatiekracht van het Nederlandse bedrijfsleven zodat dat met succes concurrerende, geavanceerde producten en diensten kan leveren aan klanten in binnen-­‐ en buitenland en de economische kansen van de mondiale energietransitie kan verzilveren (zoals onder meer gekwantificeerd in hoofdstuk 3.1). Daarbij mede vorm gevend aan de human capital agenda en stimulering van internationalisering. De combinatie van deze twee doelen leidt tot een versterking van de positie van het Nederlandse bedrijfsleven. Binnen het werkgebied van TKI Urban Energy bestaan al diverse sterke economische sectoren. Denk daarbij aan de Nederlandse machine en apparatenbouwers voor zonnecelproductie, de verwarmings-­‐ en ventilatie-­‐ industrie en leidende bedrijven op het gebied van ICT, regeling en management van energiesystemen. Allemaal sectoren met een sterke exportpositie, en ook gericht op een groeiende thuismarkt en bijdrage aan de energietransitie. Het MKB aandeel binnen de betrokken bedrijfssegmenten is relatief groot. Alle projecten en activiteiten die binnen de TKI worden uitgevoerd of door de TKI worden geïnitieerd dienen bij te dragen aan het realiseren van deze doelen. Concreet impliceert dit dat de energietransformatie door betrokkenheid van de TKI een versnelling ondergaat en dat het Nederlandse bedrijfsleven een impuls ervaart voor haar activiteiten op dit terrein (over de gehele waardeketen). 10 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 2.
Marktgedreven onderzoekagenda Gegeven de snelheid waarmee de komende jaren grote veranderingen in ons energiesysteem zullen plaatsvinden, observeren we een hiaat in de aansluiting bij veel partijen in de markt. De ’sense of urgency’ en de ‘sense of opportunity’ worden nog onvoldoende gevoeld in de maatschappij. De economische crisis van de afgelopen 7 jaar speelt daarbij zeker een rol. Veel bedrijven en organisaties zijn nu vooral gericht op de korte termijn. Met ‘koplopers` is een goede interactie, maar het ‘peloton’ verdient extra aandacht. In de komende periode zal prioriteit worden gegeven aan het versterken van de band met de belangrijke marktpartijen. Zij zullen worden aangemoedigd te anticiperen in het innovatieproces en resultaten sneller toe te passen. Het huidige beleidsinstrumentarium, zoals o.a. de DEI-­‐regeling (Demonstratie Energie Innovaties), helpt daarbij. 2.1. Resultaten eerste innovatieagenda In 2012 zijn voor de Topsector Energie de eerste innovatieagenda’s opgeleverd voor de periode 2012-­‐
2015. In 2015 hebben de TKI’s EnerGO, Solar Energy en Switch2Smartgrids de tenders gebaseerd op een gezamenlijke programmering en is besloten om vanaf 2016 verder te gaan als een gefuseerde TKI met een geïntegreerd programma onder de naam TKI Urban Energy. De resultaten – op hoofdlijnen-­‐ van de afgelopen periode 2012-­‐2015 worden onderstaand gemeld. Ontwikkeling TKI Solar Energy vanaf 2012 Bij de oprichting van de TKI Solar Energy in 2012 opereerde de Nederlandse zonnestroom (PV) sector goeddeels zonder structurele brede onderlinge samenwerking en zonder duidelijke gezamenlijke doelen en ambities. Nu, 3 jaar later, is daarin veel in positieve zin veranderd. Als één van de weinige landen in Europa zijn binnen de Nederlandse innovatieagenda duidelijke doelen geformuleerd voor de ontwikkeling van PV-­‐technologie (kosten, rendementen, toepassingen, etc.), voor de toepassing van PV-­‐systemen (geïnstalleerd vermogen en bijdrage aan de elektriciteitsvoorziening) én voor de ontwikkeling van de PV-­‐sector in het algemeen (banen, omzet en export). Mede hierdoor zijn Nederlandse bedrijven ondanks de wereldwijde crisis in de PV-­‐maakindustrie ten gevolge van overproductie in staat geweest om zich te blijven positioneren voor de verwachte groei in de tweede helft van het decennium. Daarmee staat zonnestroom nu op de kaart als een optie met groot potentieel voor de Nederlandse duurzame elektriciteitsvoorziening, zelfs voor de kortere termijn, zoals binnen het Energieakkoord. Binnen de TKI Solar Energy werken meer dan 120 private en publieke partijen samen in innovatieprojecten en -­‐programma’s, en wordt gewerkt aan innovaties met impact voor de exportpositie van Nederland én voor toepassing in Nederland. Enkele in het oog springende innovaties uit de afgelopen jaren zijn: − unieke technologie, materialen en ontwerpconcepten voor hoog-­‐rendement achterzijde-­‐contact silicium zonnecellen en –modules (in productie bij meerdere bedrijven in Azië en het Midden-­‐
Oosten) die tevens als basis dient voor het maken van lichtgewicht en/of schaduwtolerante stroomproducerende bouwelementen; een belangrijk voordeel in de complexe gebouwde omgeving; − technologie voor tweezijdig werkende siliciumzonnecellen en –panelen (in productie in de VS, op basis van Nederlandse apparatuur en processen), voor toepassing in veldopstellingen en in de infrastructuur, met een tot 20% hogere opbrengst en mogelijkheden voor gebruik in Noord-­‐Zuid richting; 11 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 sheet-­‐to-­‐sheet en roll-­‐to-­‐roll productietechnologie voor het maken van dunne film materialen die een scala aan nieuwe (zowel kristallijn-­‐silicium als dunne film) PV-­‐toepassingen mogelijk maken; − diverse oplossingen voor esthetisch aantrekkelijke integratie van PV in gebouwen en voor opbrengstoptimalisatie van systemen die onder niet-­‐ideale omstandigheden moeten werken (bijvoorbeeld wanneer PV op grote schaal wordt toegepast in de bestaande bouw). Ontwikkeling TKI Switch2SmartGrids vanaf 2012 In 2014 heeft TKI S2SG de oorspronkelijke vier programmalijnen aangescherpt naar twee nieuwe programmalijnen: 5: 1. Energiemanagement voor flexibiliteit van energiesysteem. 2. Informatie en control systems voor flexibiliteit in de energie-­‐infrastructuur. Enkele ‘highlights’ uit het projectenportfolio van TKI S2SG zijn: ‒
ontwikkeling van diensten op het gebied van opslagsystemen in combinatie met zon-­‐PV; ‒
een algoritme dat gebruik van netwerkcapaciteit voorspelt op de TU/e campus; ‒
een ‘energy manager’ op een bedrijvenpark; ‒
instrumentatie voor ‘slimme’ onderstations; ‒
op het gebied van ‘electrical vehicle supported smart grids’: • ‘power module for fast chargers’ • ‘power module for smart grids functions’ (‘peak shaving’ en ‘vehicle to grid’) • ‘combined fast charger with PV inverter’. TKI S2SG heeft vanaf haar oprichting een sterke band met verschillende universiteiten en TNO, later ook met enkele HBO instellingen. TKI S2SG richt zich daarbij sterk op Centers of Excellence (CoE’s) voor smart grids. MKB-­‐ers zijn vertegenwoordigd in vele van de ruim 30 innovatieprojecten; in financiële omvang is dit vergelijkbaar met de inbreng van grote bedrijven. TKI S2SG werkt intensief samen met andere TKI’s binnen TSE en daarbuiten, zoals met CLICKNL (Topsector Creatieve Industrie) en TKI’s EnerGO en Solar Energy in de Green Deal Smart Energy Cities. Met TKI Gas bij het opstellen van het TKI-­‐programma Systeemintegratie, en met ICT Roadmap vanwege het toenemende belang van ICT in het toekomstige energiesysteem. Ontwikkeling TKI EnerGO vanaf 2012 De omgeving van TKI EnerGO was in 2012 zeer gefragmenteerd, in de onderzoekswereld maar vooral in het bedrijfsleven. Aan de kant van de industrie zijn er enige tienduizenden bedrijven met activiteiten die aan het EnerGO programma kunnen worden gelieerd. Er is nu een duidelijker profilering in het veld met onderscheid tussen kernspelers en overige betrokkenen. Diverse koploperbedrijven hebben in de afgelopen periode projecten gestart binnen het TKI programma, waarmee de eerste resultaten gerealiseerd zijn. Voor een aantal ontwikkelingslijnen wordt gestreefd naar meerjarig commitment van koplopers waarbij TKI ondersteuning en andere inzet (TNO, NWO/STW, Horizon 2020) gericht gecombineerd worden om via resultaten op korte en middellange termijn de grote benodigde doorbraken te realiseren. Deze aanpak is door de TKI EnerGO als eerste voor compacte conversie en opslag ingezet. −
5
In 2012 en 2013 bestond het Innovatieprogramma van TKI S2SG uit de volgende vier programmalijnen: Producten & diensten, Virtuele infrastructuur, Fysieke infrastructuur en Institutionele & sociale innovatie. 12 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Een vijftal “highlights” tot nu toe zijn: −
−
−
−
−
Geheel nieuwe compacte thermische opslag concepten hebben het niveau van test/demonstratie op woningschaal bereikt. Er is een cluster van projecten dat met TKI-­‐, TNO-­‐, TU/e-­‐ en Horizon 2020-­‐financiering en bedrijfsinbreng, werkt aan compacte thermische opslag. Nieuw type warmtepomp geschikt voor de bestaande bouw wordt ontwikkeld. De nieuwe warmtepomp ontwikkelt van works-­‐like-­‐real experiment via fits-­‐like-­‐real prototype naar een produceerbaar en verkoopbaar apparaat. Op individuele gebruikerswensen gericht decentraal comfortsysteem met een aanzienlijk energiebesparings-­‐ (tot 50%) en comfortverbeteringen voor utiliteitsbouw ontwikkeld en beproefd. Nieuwe geïntegreerde energierenovatie concepten, toepasbaar bij bestaande woningen en utiliteitsgebouwen om nul-­‐op-­‐de-­‐meter te realiseren, worden ontwikkeld. Een prototype geodata platform voor een dynamische energie atlas is ontwikkeld voor ondersteuning van planning van de ontwikkeling van het energiesysteem op wijkniveau. In de afgelopen jaren hebben ca. 100 bedrijven en organisaties (koplopers) zich aangesloten als formele deelnemer bij de TKI EnerGO. 2.2. Programmalijnen Binnen de TKI Urban Energy is gekozen voor een 5-­‐tal hoofd-­‐programmalijnen. Deze zijn gekozen op basis van de impact die zij hebben op de ambities zoals verwoord in 1.4. en omdat ze een onderlinge verbondenheid kennen: opwekking, energiebesparing, integratie en slim omgaan met het energiesysteem, inclusief de infrastructuur, vormen de verbinding voor de gewenste innovatieve beweging. We kiezen er voor om, binnen de bescheiden middelen die kunnen worden ingezet, prioriteit te geven aan onderwerpen die een zo groot mogelijk effect hebben op de energietransformatie in de gebouwde omgeving maar ook een goede basis hebben binnen de Nederlandse industrie (van machinebouwers en toeleveringsindustrie tot toepassers) en de kennisinstellingen. Er is dus bijvoorbeeld gekozen voor de verdere ontwikkeling van zonnestroomtechnologie omdat we in Nederland een groeiende vraag naar zonnestroomsystemen kennen, maar ook beschikken over een goede kennisinfrastructuur en excellente bedrijven die deze technologie internationaal kunnen commercialiseren in de vorm van o.a. productiemachines, nieuwe materialen en flexibele oplossingen voor gebouw integratie. Het zelfde geldt voor onderwerpen als verwarmingstechnologie, systeemintegratie, regelingen en smart grids. 13 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Programmalijn#5#
Energieregelsystemen#
en#?diensten#
Programmalijn#2#
Warmte?#en#koude?#
installaBes#
Programmalijn#1#
Zonnestroomtechnologie#(PV)#
Programmalijn#4#
PL#2#Koude#en#
Flexibele#energie?#
Warmte#
infrastructuur#
Programmalijn#3#
MulBfuncBonele#
bouwdelen#
Figuur 3: Scope en werkvelden van de TKI Urban Energy De vijf programmalijnen, zoals in figuur 3 schematisch weergegeven zijn: − Programmalijn 1: Zonnestroomtechnologie (PV) − Programmalijn 2: Warmte-­‐ en koude-­‐installaties − Programmalijn 3: Multifunctionele bouwdelen − Programmalijn 4: Flexibele energie-­‐infrastructuur − Programmalijn 5: Energieregelsystemen en -­‐diensten Van deze 5 programmalijnen zijn verschillende doorsnijdingen te maken. Vanuit een ketenbenadering is een rangschikking te maken van activiteiten van productietechnologie, via componenten en subsystemen naar systeemintegratie en toepassing. Een andere doorsnijding kan gemaakt worden via een onderscheid tussen installatie-­‐, gebouw-­‐, gebiedsniveau en gebruiker. Samenvattend kunnen (ter illustratie) de programmalijnen ook als hieronder worden gepositioneerd. Plaatsing Programmalijnen
Installatie
Productietechnologie
Gebouw
Gebied
Gebruiker
PL1$
PL2$
Componenten en subsystemen
PL3$
Systeemintegratie en toepassing
PL4$
PL5$
Figuur 4: Plaats van de 5 programmalijnen binnen de waardeketen en de fysieke omgeving 14 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 2.3. Hoofdlijnen routekaarten Met alle programmalijnen wordt ingezet op een aantal kernproducten en het invullen van kennishiaten. Hiermee wordt een gefocusseerde aanpak bereikt. In de volgende hoofdstukken wordt meer ingegaan op de hoofdlijnen van de ‘kaart’. De gedetailleerde routekaarten worden binnen de programmalijnen ontwikkeld en up-­‐
to-­‐date gehouden aan de hand van de ontwikkelingen en de actualiteit. !  TKI%programma%
In veel gevallen is de aanpak er één !  R&D%individuele%bedrijven%
waarbij vanuit de ontwikkelde !  Sprong%naar%andere%technologie%%
%%%door%samenwerking%met%TKI%
kennis producten in verschillende generaties naar de markt kunnen 2012%
2016%
2020%
worden gebracht. Figuur 5: Visualisatie van het productontwikkelingsproces Het einddoel (in de routekaarten) staat voorop, maar de tussenstappen zijn zeker zo relevant om de industrie voldoende aansluiting te bieden om verschillende generaties naar de markt te brengen. Dit biedt ruimte voor bedrijven om met de tussentijdse state-­‐of-­‐the-­‐art producten omzet te genereren die noodzakelijk is voor verdere investeringen en onderzoek. Markteisen*/*
presta-e.eisen*
*
*
*
*
P1*
P3*
P4*
Producten:**
.  Systemen*
.  Apparaten*
.  Componenten*
.  Materialen*
.  Diensten*
Research*
*
*
*
*
*
P2*
T1*
1
3
T2*
T4*
T3*
T*
4
8
4
7
2
5
5
Goede voorbeelden van deze aanpak zien we in de PV-­‐industrie waar Nederlandse machinebouwers telkens met nieuwe productgeneraties in de mondiale top marktleiders blijken. Hetzelfde geldt voor verschillende vormen van installatie-­‐apparaten zoals warmteterugwinning, warmtepompen en opslagsystemen. Figuur 6: Schematische aanpak ontwikkeling routekaarten 15 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 2.4. Valorisatie Valorisatie van ontwikkelde kennis en technologie zal een permanent aandachtspunt blijven. Daarbij gaat het enerzijds om het instrumentarium en anderzijds om het activeren en begeleiden van bedrijven in het valorisatieproces. Het instrumentarium sluit tegenwoordig redelijk aan bij de behoefte voor ontwikkeling over de verschillende TRL-­‐niveaus in het innovatieproces van fundamenteel onderzoek tot demonstratie. Daarbij verwachten we dat de NWO/STW programmering aansluiting vindt bij de lagere TRL-­‐niveaus van de relevante programmalijnen (TRL=Technology Readiness Level) van de TKI Urban Energy. De activiteiten van TNO en ECN vormen de brug naar meer toegepast onderzoek. Het EZ-­‐innovatie-­‐instrumentarium is vooral gericht op de TRL-­‐niveaus in de middencategorie; SDE+ innovatiemiddelen zullen (door het karakter en de criteria waaronder ze kunnen worden ingezet) vooral de hogere TRL-­‐niveaus adresseren, waaronder de demonstratiefase. Tot slot biedt de DEI-­‐regeling (Demonstratie Energie Innovaties) mogelijkheden om specifieke innovaties grootschalig toe te passen. Het instrumentarium voor de demonstratiefase is van belang om koploperprojecten en bedrijven in staat te stellen de innovatieresultaten zo snel mogelijk naar de markt te brengen. Het begeleiden van bedrijven in het valorisatieproces is complex. De ondersteuning van bedrijven door intermediaire partijen krijgt steeds meer aandacht. Het recent opgerichte MKB Steunpunt Energie en Chemie zal hierbij extra capaciteit kunnen inzetten om vooral het MKB beter aan te laten sluiten op zowel de TKI programma’s als op de valorisatiekansen. Voorbeelden van verschillende casussen worden gegeven in de bijlagen. 16 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 3.
Programmalijn 1: Zonnestroomtechnologie (PV) Deze programmalijn richt zich op het ontwikkelen en implementeren van goedkope, efficiënte en duurzame zonnestroomtechnologie. Daarbij gaat het om productieprocessen en -­‐apparatuur en materialen voor geavanceerde zonnecellen, -­‐panelen en -­‐folies , om de overige (elektrische) systeemcomponenten en complete systemen, om meetmethoden en –instrumenten en om strategieën voor onderhoud en –beheer. De nadruk van deze programmalijn ligt daarmee op het eerste deel de waardeketen, zie onderstaande figuur. Programmalijn 3 is complementair hieraan en richt zich vooral op delen verderop in de keten (systemen en toepassingen geïntegreerd in de gebouwde omgeving). !
!
Fabricagetechnologie!
materialen,!processen!
en!apparatuur!
!
Fabricage!en!testen!
WAARDEKETEN!
componenten!voor!(eind3)!
toepassingen!en!integra6e!
!
Demonstra2e!en!toepassing!
componenten!en!(sub)systemen!in!!
gebouwde!omgeving,!infrastructuur,!
vrije!veld!en!energiene<en!
!
Systeemintegra2e!
combina6e!en!regeling!van!componenten!
en!(sub)systemen!in!gebouwde!omgeving,!
infrastructuur!en!energiene<en!
!
!
!
Primair!speelveld:!!
•  Wereld!
!
Ambi2es:!!
•  versterking!NL!industrie!en!
export!
•  beschikbaar!maken!innova6es!
voor!gebruik!in!NL!en!daarbuiten!
Primair!speelveld:!!
•  Nederland!en!Europa!
!
Ambi2es:!
•  bijdragen!aan!realisering!doelen!
Energieakkoord!
•  versterking!NL!bedrijfsleven!en!
benu<en!exportkansen!
Figuur 7: Waardeketen zonnestroomtechnologie in de context van toepassing in de gebouwde omgeving 3.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen De mondiale markt voor PV-­‐systemen is in het afgelopen decennium zeer sterk gegroeid en bedraagt naar verwachting 60 gigawatt-­‐piek (GWp) in 2015. De totale omzet van de PV-­‐sector bedraagt momenteel ongeveer 100 miljard € per jaar. In de periode tot 2020 wordt een verdere toename tot 100∼120 GWp per jaar verwacht, onder meer gedreven door de snelle opkomst van markten in Azië (China, India) en de VS. Daarmee komt een einde aan een periode van overcapaciteit in de productie van zonnepanelen met bijbehorende prijserosie en geringe vraag naar nieuwe productietechnologie. De uitdaging én de grote kans voor de Nederlandse PV-­‐sector is om innovatieve oplossingen te leveren aan deze groeiende mondiale maakindustrie, in het bijzonder geavanceerde en concurrerende cellen, panelen, productieprocessen en –apparatuur, en materialen voor PV-­‐halffabricaten en eindproducten. Azië en het Midden-­‐Oosten zijn belangrijke doelregio’s in verband met hun huidige rol of plannen. Daarnaast is het de ambitie om bij te dragen aan de totstandkoming van nieuwe, high-­‐end productiefaciliteiten voor cellen en panelen in Nederland en Europa. Dit wordt gedreven door de wens om meer economische vruchten te plukken van de groei van de mondiale maakindustrie en om een nieuwe vorm van energieafhankelijkheid te voorkomen. 17 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 In onderstaande tabel zijn de belangrijkste ‘Key Performance Indicators’ van de Nederlandse PV-­‐sector weergegeven. Tabel 1: Indicatoren van de omvang van de Nederlandse PV-­‐sector (afgeronde getallen). Bron: TKI Solar Energy Indicator Eenheid Elektriciteitsproductie Geïnstalleerd vermogen Totale omzet Export Werkgelegenheid PJe GWp Miljard € Miljard € FTE Bereikt in 2014 4 1,1 0,7 0,1 5.000 Doelstelling voor 2020 2030 18 60 6 20 2 4 1 3 10.000 15.000 Potentieel in 2050 230 80 7,5 5 30.000 De markt voor generieke PV-­‐technologie is grotendeels mondiaal van karakter. De markt voor specifieke uitvoeringsvormen (bijvoorbeeld voor gebouwintegratie) kent een meer regionaal karakter; Programmalijn 3 richt zich in het bijzonder op deze laatste markt. 3.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen Nederlandse bedrijven en onderzoeksorganisaties spelen (in relatieve én absolute zin) een belangrijke rol in de zeer competitieve en snel innoverende mondiale PV-­‐sector. Daarbij gaat het tot nu toe in het bijzonder om het leveren van productieprocessen, -­‐apparatuur en –materialen voor cellen en panelen en elektrische systeemcomponenten. Nederlandse PV-­‐technologie is te vinden in de producten van een groot aantal leidende producenten van zonnecellen en –panelen. Het innovatie-­‐ecosysteem in Nederland op het gebied van PV-­‐technologie wordt gekenmerkt door een goede organisatie en vruchtbare samenwerking tussen academische onderzoekgroepen (TUD, TU/e, UvA, RUN, RUG, UT, UU, FOM-­‐Instituut AMOLF), hogescholen, (TO2) instellingen voor toegepast onderzoek en technologieontwikkeling (ECN en TNO) en een groot aantal (met name MKB) bedrijven. Daarbij zijn twee focusgebieden met bijbehorende infrastructuur gevormd: 1) het Solliance samenwerkingsverband voor dunne-­‐film PV-­‐technologie, bestaande uit TNO, ECN, TU/e, TUD, Holst Centre, imec (BE), U Hasselt (BE), FZ Jülich (DE) en hun industriepartners en 2) het consortium voor kristallijn-­‐silicium PV-­‐technologie in het Silicon Competence Centre (SiCC) project, op dit moment bestaande uit ECN, TUD, FOM-­‐Instituut AMOLF, UU en hun industriepartners. De deelname van hogescholen in TKI-­‐projecten neemt sterk toe, zeker nu de meeste hogescholen een lectoraat op een met PV verwant gebied hebben ingesteld. Ter illustratie een selectie van een aantal bedrijven dat actief is op het gebied van geavanceerde PV-­‐technologie: Tempress, Levitech, Eurotron, SoLayTec, ASMI, DSM, Roth&Rau, Meco, Alinement, HyET Solar, SunCycle, LineSolar, VDLETG, Dutch Space, TSM, RHDHV, Rimas, Smit Thermal Solutions, Yparex, CCM, Eternal Sun, IAI Industrial Systems, Lamers High Tech, Heliox, Solland Solar, en Solned (het merendeel hiervan betreft MKB-­‐bedrijven). Daarnaast is er een snel toenemende belangstelling voor hybride dunne-­‐film/kristallijn-­‐silicium PV-­‐
technologieën, voor het maken van tandemstructuren die het rendement van PV-­‐panelen op termijn (na 2020) voorbij de limieten van de individuele technologieën kunnen brengen (zie onderstaande figuur). Bij succesvolle ontwikkeling van wafer-­‐silicium/dunne-­‐film hybride tandemtechnologieën kan de trend van stijgende rendementen die we in de afgelopen decennia hebben gezien in de periode 2020-­‐2030 worden voortgezet. 18 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 s"
hybride
25"
silicium"
15"
dunne"
films"
10"
Wafer&silicium&-&
high-end&mono&
Wafer&silicium&-&
mainstream&mono&
Wafer&silicium&-&
mainstream&mul4&
Dunne-film&CIGS&
Dunne-film&CdTe&
2020"
2018"
2016"
2014"
2012"
2010"
2008"
2006"
2004"
0"
2002"
5"
2000"
Rendement"(%)"
20"
Dunne-film&aSi/
µcSi&
Dunne-film&aSi&
Jaar"
Figuur 8: Rendementsontwikkeling van commercieel verkrijgbare zonnepanelen Funderend en lange-­‐termijnonderzoek op het gebied van geavanceerde PV-­‐conversieconcepten vindt op dit moment vooral plaats als onderdeel van de NWO Propositie bij het FOM-­‐Instituut AMOLF en bij universiteiten (TUD, TU/e, UU, RUN, RUG, UvA, UT), in nauwe samenwerking met ECN en Solliance. 3.3. Routekaart/ innovatieaanpak Overkoepelend doel is om in 2020 oplossingen commercieel beschikbaar te hebben waarmee: -­‐ zonnestroom kan concurreren in grote delen van de totale elektriciteitsmarkt (inclusief het commerciële segment); -­‐ een breed scala aan toepassingen kan worden bediend; -­‐ kan worden voldaan aan scherpe duurzaamheids-­‐ en kwaliteitscriteria. Dit doel wordt gerealiseerd via het adresseren van de volgende belangrijke drivers: -­‐ het verlagen van de productiekosten van cellen, panelen/folies, overige systeemcomponenten en complete systemen, door toepassing van innovatieve productieprocessen en gerelateerde -­‐
apparatuur, en door toepassing van voor de sector nieuwe materialen en nieuwe productconcepten; -­‐ het verlagen van de opwekkosten (Levelized Cost of Electricity, LCoE) door het verhogen van het conversierendement, het verhogen van de elektriciteitsproductie per Wp (ook op plaatsen die niet ideaal zijn georiënteerd en schaduwrijke plaatsen), het verlengen van de levensduur van systeemcomponenten en het verlagen van kosten voor onderhoud en beheer; -­‐ het vergroten van de toepasbaarheid (o.m. verhogen van esthetische kwaliteit, vormvrijheid en de mate waarin een PV product kan worden geïntegreerd in een multifunctioneel bouwdeel); -­‐ verbeteren van de duurzaamheid door het verlagen van het materiaalgebruik, het toepassen van de mogelijkheden tot recycling, door ‘design-­‐for-­‐sustainability’ en door ‘total quality control’. Voor de eindgebruiker zijn de (systeem)opwekkosten een belangrijke parameter. Deze is op een complexe manier gekoppeld aan aspecten die direct via innovatie kunnen worden geadresseerd (zie ook de eerder genoemde drivers), waarbij onderscheid gemaakt kan worden tussen doelen op het 19 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 niveau van PV-­‐panelen/folies en van PV-­‐systemen. In onderstaande tabel worden deze doelen benoemd voor wafergebaseerde kristallijn-­‐silicium PV-­‐panelen (xSi PV), panelen gebaseerd op dunne-­‐
film technologieën (TF PV) en hybride panelen (hybride PV) gebaseerd op een combinatie van xSi PV-­‐ en TF PV-­‐technologieën, alsmede voor complete PV-­‐systemen. Tabel 2: Samenvatting van ontwikkelaspecten en doelen Programmalijn 1: Zonnestroomtechnologie (PV) Panelen Ontwikkelaspecten Productiekosten Rendement Levensduur Duurzaamheid Nieuwe toepassingen Systemen Ontwikkelaspecten Turn-­‐key kosten Energieopbrengst **)
Opwekkosten Levensduur Duurzaamheid Nieuwe toepassingen *)
Doelen (deze voeden tevens Programmalijn 3) 2020 2030 0,3-­‐0,4 €/Wp 0,1-­‐0,3 €/Wp 24% (xSi, hoogste rendement) 32% (hybride tandems, 22% (xSi, laagste kosten) hoogste rendement) 18% (TF, hoogste rendement) 20% (technologieën voor 12% (TF, laagste kosten of laagste kosten of speciale nieuwe toepassingen) toepassingen) 28% (hybride tandems – eerste prototypes) 30 jaar 30-­‐40 jaar Recyclebaar Ontworpen voor duurzaamheid 2-­‐zijdige werking, flexibiliteit Zie 2020, + semitransparantie vormvrijheid, lichtgewicht, en breed kleurenpalet (folies). Optie: geïntegreerde bevestigingspunten en elektrische aansluitingen *)
Doelen (deze voeden tevens Programmalijn 3) 2020 2030 0,6-­‐0,8 €/Wp 0,3-­‐0,5 €/Wp 0,9 kWh/Wp/jr 1,0 kWh/Wp/jr (NL, standaard) (NL, standaard) 1,0-­‐1,1 kWh/Wp/jr 1,1-­‐1,2 kWh/Wp/jr (NL, lage T-­‐coëfficiënt, 2-­‐zijdig) (NL, lage T-­‐coëfficiënt, 2-­‐zijdig) 0,05-­‐0,10 €/kWh 0,03-­‐0,06 €/kWh Nieuwe technologieën Nieuwe technologieën .***)
bankable bankable 30 jaar 30-­‐40 jaar Recyclebaar Ontworpen voor duurzaamheid Gebouw-­‐geïntegreerde PV Zie 2020, + kassen, (BIPV), Infrastructuur-­‐
schakelbare, geïntegreerde PV (I2PV), stroomproducerende vensters tweezijdig werkende systemen. Lange termijn potentieel 0,1 €/Wp >40% (technologieën voor hoogste rendement) 25% (technologieën voor laagste kosten of speciale toepassingen) 40 jaar Ontworpen voor duurzaamheid Zie 2030, + PV-­‐functie volledig geïntegreerd met andere functies Lange termijn potentieel <0,3 €/Wp Zie 2030 0,02-­‐0,03 €/kWh Nieuwe technologieën bankable 40 jaar Ontworpen voor duurzaamheid Zie 2030, + kleding, wegen, etc. *) Lange-­‐termijn doelen indicatief. Niet alle subdoelen kunnen of hoeven gecombineerd te worden in één oplossing **) Opwekkosten worden mede bepaald door de kosten van kapitaal, die in belangrijke mate van externe factoren afhankelijk zijn. ***) Nieuwe technologieën moeten op voldoende schaal gedemonstreerd zijn om bankable te zijn en lage opwekkosten te geven. 20 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 3.4. Relatie NWO/STW, ECN en TNO programma’s Via het onderzoek beschreven in de Propositie voor de Topsector Energie draagt NWO (via FOM en STW) bij aan het innovatieprogramma van de TKI. Het betreft onder meer funderend materiaalonderzoek gericht op generieke PV-­‐technologieën en de ontwikkeling van hybride PV-­‐
concepten waarin wafergebaseerde kristallijn-­‐silicium PV-­‐, dunne-­‐film PV-­‐ en nanotechnologieën worden gecombineerd. Het onderzoek in dit programma betreft met name het reduceren van spectrale verliezen en recombinatieverliezen, het optimaliseren van de lichtabsorptie door toepassing van ‘advanced light management’ technieken en het vervangen van giftige, schaarse en/of dure materialen door milieuvriendelijke, ruim beschikbare en goedkopere alternatieven. Dit programma moet conversierendementen tot 30% of meer op moduleniveau mogelijk maken (hoogste waarde nu: 22%) en op termijn zelfs 40% of meer. Het programma van ECN Solar Energy vormt een integraal onderdeel van het TKI-­‐programma en wordt jaarlijks afgestemd op de prioriteiten binnen de TKI-­‐actieplannen. Het zelfde geldt voor het TNO-­‐
programma, met dien verstande dat de op materiaal-­‐ en productietechnologie gerichte onderzoeksthema’s ook onderdeel zijn van de Solar roadmap van de topsector HTSM (die inhoudelijk aansluit op de hier voorliggende Kennis-­‐ en Innovatieagenda). Het gezamenlijke programma richt zich op de volgende thema’s: − de ontwikkeling van generieke technologieën voor de productie van PV-­‐cellen en -­‐modules (hanteren van fragiele halffabricaten, productieoptimalisatie en -­‐integratie, inspectie en kwaliteitscontrole, integraal ontwerpen van fabrieken en milieuvriendelijk produceren); − de ontwikkeling van specifieke technologieën voor de productie van PV-­‐cellen en -­‐modules (printen, gasfase technologieën, ionenimplantatie, natchemische processen, schoonmaakstappen, interconnectie van cellen, textureren van oppervlakken, laser processen en nanotechnologieën); − de ontwikkeling van nieuwe materialen of het toepassen van materialen die nieuw zijn voor de sector (o.a. absorptiematerialen, transparante geleiders, encapsulanten en diffusiebarrières, antireflectie coatings, conversielagen, substraatmaterialen en nanomaterialen); − de ontwikkeling van innovatieve cel-­‐ en moduleconcepten en nieuwe systeemontwerpen (vermogenselektronica, systeemintegratie met opslag, concentratorsystemen, ...). 21 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 4.
Programmalijn 2: Warmte-­‐ en koude-­‐installaties De doelstellingen van deze programmalijn, die gericht is op warmte/koude voor klimatiseren van ruimtes en voor warm tapwater, zijn: verlagen van het energiegebruik voor warmte/koude opwekking in gebouwen; verhogen van inzetbaarheid en prestaties van duurzame energie systemen voor warmte/koude (o.a. compacter, koppeling met warmteopslag), vooral in de bestaande gebouwde omgeving. Specifieker zijn de doelen bij warmteopslag om: − fluctuerend aanbod en de fluctuerende vraag over de tijd te koppelen en flexibiliseren; − overschot of tekort aan elektriciteit te koppelen aan laden en ontladen warmtebuffers om te voorkomen dat elektriciteitssystemen in onbalans raken ; − verdere groei van hernieuwbare energie in alle vormen mogelijk te maken. De combinatie van duurzame conversie naar warmte met warmteopslag vormt een “warmtebatterij”. Energiemodaliteiten “warmte” en “elektriciteit” worden in het nieuwe systeem beter verbonden. Besparing op energie voor warmte/koude wordt gerealiseerd door regeling van invallende zonnestraling (oriëntatie, afscherming, coatings), thermische isolatie, warmteterugwinning uit afgevoerde warme lucht (ventilatie) en water (via WTW unit of warmtepomp), levering van warmte/koude op de juiste temperatuur alleen dan en daar waar nodig door intelligente regeling en door energie-­‐efficiëntie van componenten en systeemontwerp dat energiezuinig gebruikersgedrag stimuleert. Duurzame warmte / koude voor gebouwen wordt geleverd vanuit een centraal systeem (warmtenet met restwarmte, WKO, geothermie, zonnecollectoren), door gebouwniveau invangen van zonnestraling (zonnecollectoren), of door te onttrekken uit lucht of bodem (warmtepompen). Warmtepompen kunnen ook worden ingezet voor koelen. In een transitieperiode blijft voor bestaande bouw gas deels de basis voor verwarming, vaak in hybride systemen; op termijn is gas in veel omstandigheden niet meer nodig. De effectiviteit van een warmtenet gevoed door duurzame bronnen neemt toe door warmte tijdelijk op te slaan. Om optimaal het totaal aan benodigde energie duurzaam op te wekken, zijn keuzes nodig die er toe leiden dat de lokaal (op de gebouwschil) invallende zonnestraling optimaal benut wordt (warmte en/of elektriciteit), en dat de warmte/koude-­‐installatie (warmtepompen, ventilatie, opslag) optimaal gebruik maakt van (overschotten aan) elektriciteit (van eigen PV of net). In het duurzame decentrale energiesysteem zal de vorm van opslag van warmte/koude afhankelijk zijn van onder meer de duur van opslag, het vermogen en de capaciteit. Voor opslag op kleine schaal (woning) en korte termijn (enkele uren) zullen (boiler)vaten met water een goede optie blijven. Voor langere termijn (seizoen) en grotere schaal (utiliteitsgebouw, wijk) kan ondergrondse opslag (WKO) een goede optie zijn. Voor het afvlakken van (dag-­‐nacht) pieken kan in utiliteitsbouw betonkernactivatie een bijdrage leveren, terwijl de mogelijkheden voor phase change materials (PCM) nog in ontwikkeling zijn. Dat zelfde geldt voor de potentieel zeer compacte, verliesvrije opslag in thermochemische materialen. 22 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 4.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen De ontwikkeling bij de Nederlandse toeleveringsindustrie wordt voor een deel gedreven door de binnenlandse vraag (thuismarkt). Er is echter ook een aanzienlijke export van producten met name in de verwarmings-­‐en ventilatiesector . Deze export richt zich vooral naar landen met vergelijkbare omstandigheden in NW Europa, met Oost Europa als belangrijke potentiele groeimarkt. De Nederlandse markt voor warmtesystemen in de woningbouw kenmerkt zich door relatief kleine systemen: veel individuele systemen in relatief kleine woningen. Voor koopwoningen wordt de vraag uiteindelijk bepaald door particulieren, voor huurwoningen zijn woningcorporaties grote vragende partijen, voor utiliteitsbouw is er een grote variëteit aan gebouweigenaren en beheerders die de vraag bepalen, met het Rijksvastgoedbedrijf als grootste vastgoedeigenaar. In toenemende mate vragen eigenaren en beheerders om prestaties (aansluitend op de wens tot kostenreductie) en prestatiegaranties. Dit speelt als nul-­‐op-­‐de-­‐meter afspraken gemaakt worden, zoals in de het Stroomversnelling initiatief. Dan is het aan de aannemende bouwers en installateurs om te bepalen hoe zij de prestatie realiseren en voor langere termijn kunnen borgen en garanderen. Behalve van de prestaties van componenten en apparaten hangt de systeemprestatie in sterke mate af van het systeemontwerp, de regeltechniek, en de prestatiemonitoring. Hiervoor zijn aannemende bouwers en installateurs afhankelijk van toeleveranciers van componenten, apparaten en regelsystemen. De directe toeleveranciers ontwikkelen de apparaten van de installatie en de systemen en zijn daarbij mede afhankelijk van de componenten leveranciers. In het geval van warmteopslag is ook de chemische industrie weer een toeleverancier voor de componenten producenten. De vraagkant in de keten komt uiteindelijk van woningbouwcorporaties, particuliere huizenbezitters en utiliteitsgebouw bezitters en beheerders plus, met het toenemen van prestatiecontracten, van de aannemers, installateurs en energy service companies. Daarnaast zal ook de verandering in de energienetten invloed krijgen op de vraag naar nieuwe systemen. De aanbodkant in de keten kent verschillende soorten toeleveranciers. De overheid speelt met financiële prikkels en met wet-­‐ en regelgeving een belangrijke rol bij het bepalen van de randvoorwaarden voor de marktprocessen tussen deze partijen. Goede communicatie en het continue betrekken van relevante partijen uit de vraagzijde bij de verdere uitwerking en jaarlijkse programmering blijft prioriteit. 4.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen Bedrijfssector De toeleveringsindustrie in Nederland omvat zelfstandige bedrijven en bedrijven die onderdeel zijn van grote internationale concerns. De situatie bij de warmtepompfabrikanten (focus bij ontwikkeling op de Nederlandse markt wat vervolgens exportpotentie oplevert) is naar verwachting exemplarisch voor de Nederlandse sector die installaties en componenten produceert voor warmte/koude in de gebouwde omgeving. Betrokken Nederlandse (vestigingen van) bedrijven: voorbeelden Verschillende van de volgende bedrijven die zich nu ook op warmtepompen richten, hebben een achtergrond als gasketel-­‐ of boiler fabrikant: Atag, Cooll, ETP, Nefit, Remeha, Intergas, Inventum, Itho-­‐
Daalderop, RTB De Beyer, Techneco, Reduses. Voor ventilatiesystemen zijn o.a. Alusta, 23 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Bergschenhoek, Biddle, BUVA, Brink, Climarad, Holland Heating, Itho-­‐Daalderop, NedAir, Rosenberg, Ubbink, Verhulst en Zehnder belangrijke bedrijven. Nederlandse producenten van zonnecollectoren zijn DSS, HRSolar, Itho-­‐Daalderop, Solesta en Rivusol. Voorbeelden van Nederlandse producenten van boilers zijn Atag, DeJong, Inventum, Itho Daalderop, Quooker, HR Solar, Remeha, Rivusol, Solesta, Zizon. De Nederlands bedrijven betrekken hun componenten voor een deel uit het buitenland. Maar ook Nederlandse producenten van componenten zijn actief als toeleverancier zoals ACS, Hoek Engineering, KennemerSpiralo, Oxycom en Recair. In Nederland zijn Salca, Wendelin en Nedmag en DSM actief of geïnteresseerd in nieuwe toepassingen voor warmteopslagmaterialen. Door toenemend belang van plug en play concepten en van integratie met gevel of dak gaan ook fabrikanten van gevel-­‐ of dakcomponenten een rol spelen voor de installaties (zoals bijvoorbeeld Daklab, Dimark, Dubotechniek/VolkerWessels, Heijmans, Monier, Suntrap, Oranjedak, Triple Solar, Solar Tech). Een belangrijke factor aan de vraagkant zijn ook de netwerkbedrijven, waarvan in Nederland onder meer Alliander actief is bij onderzoek en ontwikkeling. Researchgroepen Een grote academische concentratie op het onderhavige terrein is binnen TU/e. Daarnaast zijn er groepen met beperkter inzet op het onderhavig terrein zoals bij de TU Delft en de universiteiten in Enschede, Wageningen en Maastricht. Bij de TO2-­‐instituten is het onderzoek geconcentreerd bij TNO. Aan diverse hogescholen vindt praktijkgericht onderzoek plaats. Voor warmteopslag (PCM, TCM) en ook voor verbetering van warmtewisselaars met “nanofluids” wordt materiaalkundige kennis en “multi scale” kennis van transport van massa en warmte in apparaten en materialen van toenemend belang. In relatie daarmee zijn nieuwe samenwerkingen gestart waarin diverse academische groepen en expertisegroepen bij TNO zich met hun bestaande hoogwaardige expertise begeven op het terrein van warmte/koude in de gebouwde omgeving . In het recentelijk geopende Darcy Centrum werken de TU/e en UU aan materiaalonderzoek met diverse andere academische groepen. 4.3. Routekaart/ innovatieaanpak Ontwikkelingen worden gericht op kleine, hoog efficiënte componenten geschikt voor de bestaande bouw (woningen en utiliteitsbouw). Het is voor ventilatiesystemen niet alleen van belang dat ze zelf energiezuinig zijn, maar ook dat ze als cruciaal onderdeel van het systeem energiezuinige concepten mogelijk maken. Bij thermochemische materialen is de focus op zouten terwijl wellicht ook alternatieve (inherent stabiele) warmteopslag materialen interessant kunnen worden. Meer specifieke ontwikkelpunten worden hieronder beschreven. Bij alle ondergenoemde innovaties met betrekking tot apparaten en componenten is ook optimalisatie van productietechnieken een onderwerp. Generiek uitgangspunten bij de meer specifieke, onderstaande doelen zijn de volgende. Voor wat betreft installatietechniek voor bestaande woningen moeten de te ontwikkelen concepten/installaties renderen in woningen met een warmtevraag van ca. 25 kWh/m2 (GBO). Economisch sluitende business case ook bij een nog lagere vraag (15 kWh/m2) is de ambitie voor nieuwbouw. Warmtepompen en warmteafgifte − EU regelgeving F-­‐gassen: warmtepompen met andere koudemiddelen; doel: warmtepompen die voldoen aan deze EU regelgeving; 24 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 decentrale inzet warmtepompen: geluidreductie; doel: eerst 25 dB(A) en tenslotte 22 dB(A) in slaapkamer, en tot eerste 30 dB(A) en tenslotte 25 dB(A) in overige verblijfsruimten; − inzet in bestaande bouw: miniaturisatie van componenten als de van warmtewisselaar en totale systeem omvang; doel is om t.o.v. de huidige state-­‐of-­‐the-­‐art te komen tot een halvering van het volume voor de in te zetten apparaten; − betere benutting (rest)warmte; doel: sorptie koeling met lagere T warm water door desorptie; verhoging efficiëntie bij hoge buitentemperaturen en in prijs concurrerend met normale airco. − laag temperatuur warmteafgifte systemen zonder aantasting comfort door koude afstraling. − nieuwe principes/nieuwe toepassingen bestaande technieken die efficiënter, stiller, schoner, compacter en/of goedkoper zijn: thermo-­‐akoestische koeling, sorptiekoeling; warmtewisselaar met nanofluids, magnetocalorische warmtepomp. − betere prijs/prestatie verhouding van de warmtepompen (op geïnstalleerd niveau); doel [€500-­‐
700]/kW. Zonnecollectoren − kostenverlaging: andere materialen, eenvoudiger installaties; doel: kosten reductie bij gelijkblijvende prestaties tot [€ 60,00]/ m2. − verhogen rendement: verbetering vacuüm-­‐isolatie, zon concentratie; doel: rendement verbetering op temperatuursniveau van gemiddeld 60 C van 15% − vergroten toepassing: betere combi met warmteopslag. − verbetering zonnecollector opstellingen voor warmtenetten: verlaging energie voor pompen met 50%. Ventilatiesystemen − comfort vergroten door geluid reductie; doel: geluid – zie warmtepomp en bij tocht-­‐ geen tochtklachten. − installatie eenvoud in de bestaande bouw; doel: plug en play concepten, vermindering ruimtebeslag kanalen; − filtertechnieken voor betere zuivering, laag energiegebruik en onderhoud; doel: halen normen tegen 20% lagere kosten (minder energie en minder onderhoud). − warmteterugwinning bij natuurlijk gedreven ventilatie. − ventileren alleen dan en daar waar nodig, gestuurd door sensoren. Warmte/koude opslag − vaten bij zonneboilers en bij thermochemische opslag: kostenreductie en prestatieverbetering door nieuwe lichtere materialen met toereikende temperatuur bestendigheid; doel: 25% lagere kosten per geproduceerde eenheid dan huidige concepten. − alternatieve technieken legionella bestrijding: energiebesparing en verlagen drempel compacte warmteopslag met TCM; doel: tapwater bereiden en bewaren op gebruikstemperatuur. − PCMs: methoden voor keuze van de juiste PCM, aanpasbare fase overgangstemperatuur (bijvoorbeeld naar seizoen) en verhoging van de warmtegeleiding zonder te veel verlies aan opslagcapaciteit; doel is PCM toepassingen in bouwdelen met marginale kostprijsverhoging van het bouwdeel. − Voor seizoensopslag van warmte met TCM in woningen is het doel dat een systeem (vrijwel) verliesloos (minder dan 5% verlies gedurende opslagtijd van 6 maanden en minimalisatie van parasitaire verliezen) 30 keer ca. 10-­‐14 GJ warmte kan opslaan, wat onttrekbaar is op ca. 60 C met 25 −
TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 een ontlaadvermogen van ca 4 kW ten behoeve van voeden van dagopslag met opslag capaciteit van minimaal 50-­‐100 MJ (voor goed geïsoleerde woning met gemiddeld douchegedrag). Wanneer er geen gekoppelde seizoensopslag-­‐dagopslag wordt gemaakt dient het ontlaadvermogen op minimaal 20 kW te liggen. Kostprijsniveau hiervoor op systeemniveau zou (inclusief zonthermische opwekker) niet boven de 15.000 € mogen uitkomen bij compactheid van de opslag van ca. 1 GJ/m3. − thermochemische materialen: optimale trade-­‐off tussen stabiliteit/performance versus kosten en opslagdichtheid, kosten-­‐efficiënte productiemethoden; ambitie is materialen te ontwikkelen met een potentie tot een compactheid tot 20% t.o.v. water tegen een prijs van [€ 5] / kg − reactorontwerp: hoge energieopslagdichtheid op systeemniveau door de hoeveelheid additioneel materiaal (verdamper, warmtewisselaar, vacuümsysteem etc.) te minimaliseren, maar met voldoende vermogensdichtheid voor gekozen toepassing; verhoging van vermogensdichtheid (tot 20% t.o.v. water) met een efficiënt warmtewisselaarontwerp dat damp en warmtetransport optimaliseert met voldoende energieopslagdichtheid voor de gekozen toepassing; − integrale oplossing voor thermochemische opslag: intelligente laad en ontlaad strategieën en sensoroplossingen om de state of charge vast te stellen. Integratie van componenten en systeemefficiency − prestatieverhoging en bewonersfeedback waar zinvol: monitoring en sturing op afstand. Doel: 20% energiebesparing door alleen betere regeling en onderhoud. − mix warmte/elektriciteit uit zonne-­‐instraling: PVT systemen. Doel: 20% meer rendement uit invallende zonnestraling op beschikbare oppervlak dan toepassing van separate oplossingen. − optimale regeling van componenten rekening houdend met systeemperformance, gebouw, weersomstandigheden en gebruikerswensen; doel: 20% energiebesparing door alleen betere regeling. − emulator als ondersteuning bij gerichte ontwikkeling van componenten en systemen; doel: minder dan 10% afwijking tussen voorspelde prestaties van componenten en hun combinatie in systeem ten opzicht van de in praktijk gemeten prestaties. − kwaliteitsborging prestatie hele gebouw (schil plus installatie). 4.4. Relatie met NWO/STW, ECN en TNO programma’s Via het onderzoek beschreven in de Propositie voor de Topsector Energie draagt NWO (FOM en STW) bij aan het innovatieprogramma van de TKI. Het betreft fundamenteel materiaalonderzoek met de volgende onderwerpen: − stabiele materialen voor verliesvrije compacte warmteopslag; − nanofluids voor warmtewisselaars; − magnetocalorische materialen voor warmtepompen; − coatings voor optimale benutting van straling. Het TNO programma richt zich op de hele breedte van dit onderdeel, zij het dat niet alle deelonderwerpen daar aan de orde komen. Accenten liggen op compacte warmteopslag met TCM, warmtepompen, ventilatie, en systeemintegratie van componenten en regeling. 26 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 5.
Programmalijn 3: Multifunctionele bouwdelen Energiebesparing en grootschalige toepassing van duurzame energie in een dichtbebouwd land als Nederland zijn alleen mogelijk als technologieën daarvoor worden geïntegreerd in de gebouwde omgeving en de civiele infrastructuur (meervoudig ruimtegebruik). Het begrip “integratie” heeft hier betrekking op het combineren van meerdere functies in één element of op het opnemen van een onderdeel van het energiesysteem in een bestaande constructie. Multifunctionele bouwdelen kunnen de implementatie van duurzame energie en energiebesparing gemakkelijker, aantrekkelijker en goedkoper maken. Deze programmalijn richt zich op het integreren van diverse functies tot multifunctionele energiebesparende en/of energieleverende bouwdelen. Ze integreren functies zoals isolatie, duurzame opwekking, afgifte van warmte/koude, energie opslag en ventilatie in bouwdelen. Multifunctionele bouwdelen kunnen worden toegepast in bijvoorbeeld vloeren, wanden, daken, gevels of geluidschermen. Zo’n alles-­‐in-­‐één product beperkt ongemak en (kostbare) (ver)bouw en installatietijd. Ook zorgt het ervoor dat het ruimtebeslag van nieuwe energieoplossingen ín het gebouw beperkt blijft (belangrijk bij bestaande bouw). Via “gestandaardiseerd maatwerk”, een “industriële aanpak” geschikt voor series van 1, wordt aangesloten bij de diversiteit in de bestaande bouw en worden tegelijkertijd kosten beperkt. Dit vraagt om innovatieve oplossingen met de volgende eigenschappen: − esthetisch, architectonisch aantrekkelijk; − comfortabel (geluid, tocht, etc.); − constructief verantwoord; − (ver)bouwtijd versnellend; − eenvoudig te onderhouden; − geschikt voor latere aanpassing i.v.m. verschillen in levensduur en toekomstige wensen; − ook geschikt voor ongunstige gevels of daken (oriëntatie, schaduw, gewicht, vorm); − economisch verantwoord; d.w.z. zichzelf terugverdienend door een stijging van de waarde van het gebouw/kunstwerk en/of door energiebesparing en energieopbrengst; − simpel en effectief te benutten in (nieuwe) ketensamenwerking en industrieel (ver)bouwen. 5.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen De ontwikkeling bij de Nederlandse (ver)bouwsector en installatiebranche wordt voornamelijk gedreven door de binnenlandse vraag (thuismarkt), welke op het gebied van energie sterk afhankelijk is van bouwnormen. Voor export moeten producten voldoen aan de bouwnormen van ontvangende landen. De export richt zich vooral op landen met vergelijkbare omstandigheden in NW Europa, met Oost Europa als belangrijke potentiële groeimarkt. Voor koopwoningen wordt de vraag uiteindelijk bepaald door particulieren, voor huurwoningen zijn woningcorporaties grote vragende partijen, voor utiliteitsbouw is er een grote variëteit aan gebouweigenaren en beheerders die de vraag bepalen, met het Rijksvastgoedbedrijf als grootste. Eigenaren en gebouwgebruikers investeren nog weinig in energiebesparing, ook niet in maatregelen die zich terugverdienen (ref. NEV2014). Het “gedoe” is een belangrijke belemmering, naast onbekendheid en een veelheid aan keuzes waarvan de prestatie onduidelijk is. Multifunctionele bouwdelen bieden een oplossing met een integraal aanbod en snelheid in uitvoering waardoor beter 27 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 inzicht ontstaat en overlast wordt teruggebracht. Prestatiegaranties helpen keuzes te maken en zijn van belang voor financiering op basis van onderbouwde besparing/opbrengst. Dit speelt bijvoorbeeld als nul-­‐op-­‐de-­‐meter afspraken gemaakt worden, zoals in het Stroomversnelling initiatief. Aanleidingen om te investeren in nieuwe bouwdelen zijn er op momenten dat er toch al noodzaak tot renovatie van dak of gevels is. Het versnellen van die investeringen ten behoeve van energietransitie vraagt extra inspanningen die opgenomen zijn en worden binnen het Energieakkoord. Resultaten daarvan worden opgepakt in initiatieven zoals de Brede Stroomversnelling. Een incentive of dwang helpt investeerders: de investering moet de opbrengst op een spaarrekening overtreffen, of een verplichting voor de energieprestatie in de bestaande bouw zodat die verdisconteerd wordt in de vastgoedwaarde. De vraagkant in de keten komt uiteindelijk van verhuurders/ woningbouwcorporaties, particuliere huizenbezitters en utiliteitsgebouw bezitters en beheerders plus, met het toenemen van prestatiecontracten, van de aannemers, installateurs en energy service companies. Deze marktvraag moet nog verder ontwikkeld en expliciet worden. Hiervoor zijn o.a. activiteiten nodig voor het bijeenbrengen van (koplopers uit) partijen van de vraagkant met die uit de aanbodkant, aandacht voor demonstratieprojecten en het creëren van incentives. De aanbodkant in de keten kent verschillende soorten toeleveranciers. Partijen uit de zonne-­‐energiesector zien de noodzaak in en werken aan producten voor BIPV, “building integrated PV”. Multifunctionele bouwdelen voor renovatie met meerdere functies worden ontwikkeld onder leiding van en door een klein aantal innovatieve projectontwikkelaars, aannemers of architectenbureaus. Enkele toeleveranciers van daken en bouwmaterialen hebben ook al in het verleden geïntegreerde producten ontwikkeld. De toeleverende industrie worstelt met de verschillende afzetkanalen en normen voor enerzijds bouwdelen en anderzijds voor installatiecomponenten, die in multifunctionele bouwdelen in één product geïntegreerd zijn. Keuzes moeten gemaakt worden of het product geleverd wordt via de installatiebranche of bouwgroothandel. Afstemming over de uiteindelijk verantwoordelijke over de functionaliteiten is noodzakelijk. De trend naar enerzijds complexere producten en anderzijds prestatiegaranties oor langere periodes (zoals ‘nul op de meter’) vragen, naast producten, ook diensten. Certificering bestaat bijvoorbeeld voor componenten en bouwmaterialen, maar een systeemcertificaat ontbreekt. Ook gericht op deze randvoorwaarden zijn innovaties noodzakelijk. De overheid speelt met financiële prikkels en met wet-­‐ en regelgeving een belangrijke rol bij het bepalen van de randvoorwaarden en de al eerder genoemde incentive voor de marktprocessen tussen deze partijen. 5.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen Betrokken bedrijven zijn te verdelen in bedrijven betrokken bij het plaatsen en installeren van apparatuur en bouwelementen (installatiebranche, bouwsector), de toeleveringsindustrie die bouwdelen met de klassieke functies produceert (daken, gevelpanelen, glas, isolatiemateriaal, enz.) en bedrijven uit de sectoren die de nieuw te integreren energiefuncties produceren (de zonne-­‐
energiesector, de sector van duurzame warmte-­‐ en koudesystemen en de ventilatiesector, de chemische sector voor nieuwe materialen / coatings). Het aantal bedrijven binnen deze sector is groot en de organisatiegraad is beperkt. Daarom wordt gezocht naar de koploperbedrijven die zowel in mogelijkheden als visie aan kunnen sluiten. Ter illustratie een selectie van een aantal bedrijven dat actief is op (het integreren van zonnestroom in) multifunctionele bouwdelen: DSM, Scheuten, Dimark Solar, Oskomera, NBU, BAM, Heijmans, TULiPPS, Peer+, AERspire, Inventum, Trespa, ZigZagSolar, SolarTech, Landstra, Nedcam, AkzoNobel, EmergoHout (het merendeel betreft MKB-­‐bedrijven). 28 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Voor de ontwikkeling van de juiste (systeem) certificaten zijn adviesbureaus en certificeringsbedrijven geïnteresseerd. Voor langjarige prestatiegaranties is mogelijk een rol weggelegd voor (her)verzekeraars, waar dat nu nog niet gebruikelijk is. Onderzoek naar aspecten van multifunctionele bouwdelen is vooral gericht op de hogere TRL-­‐niveaus. Onderzoek aan de TU Delft, bij TNO en ECN richt zich onder meer op onderwerpen zoals schakelbare coatings, toepassing van (voor de sector) nieuwe materialen, zonne-­‐energiecomponenten voor niet-­‐
optimale instralingscondities, milieuaspecten (middels LCA) en levensduur. Daarnaast ondersteunen deze instituten, SEAC en diverse hogescholen in Nederland vele bedrijven bij het ontwikkelen van nieuwe producten op dit gebied. Structurele samenwerkingsverbanden ontstaan er bijvoorbeeld tussen de HvA en ECN en tussen Hogeschool Zuyd en TNO op het gebied van PV voor de stedelijke omgeving, als ook tussen TNO en Avans op het gebied van productietechnologie en materialen voor PV systemen. De Bouwcampus tenslotte biedt een nieuwe kans voor opbouw en uitwisseling van kennis in de bouw en een verbinding tussen de opdrachtgevers en opdrachtnemers in de bouw. Kennis van ‘sociale’-­‐ en gedragseconomische aspecten worden opgebouwd bij partijen zoals TUD, Nyenrode en adviesbureaus in samenwerking met ontwikkelaars, woningcorporaties en lokale overheden. 5.3. Routekaart/ innovatieaanpak Grofweg valt de toepassing van multifunctionele bouwdelen onder te verdelen in vier hoofdgebieden: utiliteitsbouw, woningbouw, glastuinbouw en de civieltechnische infrastructuur. Voor elk van deze toepassingsgebieden kan nog onderscheid worden gemaakt in nieuwbouw en renovatie. Omdat van de gebouwen die in 2050 in Nederland zullen staan het merendeel nu al is gebouwd, is het belangrijk dat de focus van innovaties is gericht op de bestaande bouw, waarbij in sommige gevallen de nieuwbouw als laagdrempelig startpunt kan fungeren. In dit programma worden multifunctionele bouwdelen ontwikkeld om toegepast te worden bij ‘industriële’ nieuwbouw / renovatie, waarbij de bouwdelen (gevels, dak, vloeren, etc.) meerdere functies combineren. Hierbij worden klassieke functies (zoals stijfheid en sterkte, wind-­‐ en waterdichtheid en isolatie) met extra functies als duurzame energieopwekking (van elektriciteit, warmte en/of koude), decentrale energieopslag, warmte/ koude afgifte, ventilatie, klimaatregeling en/of energiemanagement aangevuld. Voor de ontwikkeling van multifunctionele bouwdelen voor de civieltechnische infrastructuur wordt de opwekking van duurzame energie (elektriciteit, warmte en/of koude) gecombineerd met klassieke functies van een civieltechnisch infrastructuurelement zoals stijfheid, sterkte, stroefheid en geluidafscherming. Geïntegreerde oplossingen zullen in één of meerdere opzichten aantoonbaar beter moeten presteren (zoals renovatiegemak, financieel, energieprestatie en/of esthetische kwaliteit) dan separate configuraties. Multifunctionele bouwdelen maken gebruik van de ontwikkelingen in andere programmalijnen zoals PV-­‐technologie in programmalijn 1 of compacte opslag van warmte uit programmalijn 2. Daarbij moeten soms keuzes worden gemaakt voor ontwikkeling van afzonderlijke of geïntegreerde producten. Bijv. wordt een PV-­‐component apart gefabriceerd en dan in of op een bouwdeel geïnstalleerd of worden lagen actief materiaal direct op bouwdelen aangebracht. Van belang voor deze keuzes zijn onder meer produceerbaarheid, levensduur en vervangbaarheid van de samenstellende delen. Belangrijk aandachtpunt voor multifunctionele bouwdelen is compatibiliteit in levensduur. Onderzoek en ontwikkeling op dit punt zijn deels technisch van aard (modulariteit en 29 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 aansluitingen) maar betreffen ook zaken als standaardisatie, uitwisselbaarheid en certificering en (her)verzekering van prestaties. Onderwerpen voor onderzoek op lagere TRL-­‐niveaus zijn: schakelbare isolatie en coatings (van glas en andere façade oppervlakken), integratieaspecten van energieopslag in bouwelementen, combinaties van verschillende materialen onder sterk wisselende fysische omstandigheden. Toegepast onderzoek en technologieontwikkeling (midden TRL-­‐niveaus) zal zich richten op de mogelijkheden van industriële productie, optimale integratie van functies in bouwdelen en het bouwfysische gedrag van deze verschillende gecombineerde onderdelen. Compatibele levensduur, aanpasbaarheid voor toekomstige gebruikswensen en nieuwe generaties producten, milieuanalyses (LCA’s), betrouwbaarheid, geluid, certificering, prestatietesten en garanties zijn tevens onderwerpen die hierbinnen moeten worden opgepakt. Praktijkproeven (hogere TRL-­‐niveaus) met fabricage en toepassing van multifunctionele bouwdelen moeten nader inzicht geven in productieproces, installatiegemak, esthetische kwaliteit, noodzakelijk onderhoud en kosten. Er is behoefte aan praktijkproeven in zowel de utiliteitsbouw, de woningbouw als de civiele infrastructuur. Voor 2020 zijn onder meer de volgende concrete doelen geformuleerd: − Esthetisch aantrekkelijke, flexibel toepasbare (o.m. qua vormen en oppervlakken) oplossingen voor dak-­‐ en/of gevelintegratie van PV beschikbaar tegen marktconforme prijzen (d.w.z. op systeemniveau maximaal typisch 10-­‐20% hoger dan standaardoplossingen); − Stroomproducerende PV-­‐bouwelementen met afwijkende kleuren commercieel beschikbaar, waarbij de opwekkosten slechts beperkt hoger zijn dan voor standaardkleuren; − PV-­‐thermische systemen als bouwelement beschikbaar, waarbij stroomopwekkingsrendement ongeveer gelijk (±10%) is aan dat van vergelijkbare standaard PV-­‐oplossingen; − Prefab-­‐geïntegreerde zonnefolies commercieel beschikbaar in gewelfde en/of lichtgewichtconstructies; − Prototype van een multifunctioneel raam: stroomproducerend, neutraal lichtdoorlatend. − Schakelbare ramen en gevels beschikbaar met als doel: reductie energievraag voor zowel warmte als koeling met minimaal 10%. − Bouwelementen met hoge isolatiewaarden en plug and play inpasbare klimatiseringsunits voor lokale ventilatie, verwarming en koeling beschikbaar. − Betrouwbare en betaalbare systeemcertificering voor multifunctionele bouwdelen, commercieel beschikbaar voor de Nederlandse en bij voorkeur ook voor de Europese markt − Totaal renovatie multifunctionele bouwdelen voor energie-­‐neutrale bestaande bouw commercieel beschikbaar, die binnen een of enkele dagen uitvoerbaar zijn en zich terugverdienen in energie en vastgoedwaarde − Commercieel beschikbare multifunctionele bouwdelen met • lagere kosten dan de som van de toegepaste separate functionaliteiten • integrale benadering van levensduur en vervangbaarheid van de samenstellende delen. • compatibiliteit, modulariteit en gestandaardiseerde aansluitingen 30 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 5.4. Relatie NWO/STW, ECN en TNO programma’s Via het onderzoek beschreven in de Propositie voor de Topsector Energie draagt NWO (via FOM en STW) bij aan het innovatieprogramma van de TKI. Het betreft funderend materiaalonderzoek specifiek gericht op generieke PV-­‐technologieën. Een voorbeeld hiervan is het onderzoek naar Luminescent Solar Concentrators (LSC’s) als basis voor esthetische aantrekkelijke, transparante en/of kleurrijke zonnestroomoplossingen geïntegreerd in ramen, geveldelen, geluidsschermen, etc. De programma’s van ECN en TNO vormen een integraal onderdeel van het TKI-­‐programma en worden jaarlijks afgestemd op de prioriteiten binnen de TKI-­‐actieplannen, met dien verstande dat een gedeelte van deze programma’s wordt uitgevoerd via het samenwerkingsverband Solliance. Verder vindt onderzoek naar toepassing van zonne-­‐energie plaats door SEAC (Solar Energy Application Centre), het initiatief van ECN en TNO op het gebied van zonne-­‐energietoepassingen. Onderwerpen waar deze programma’s zich expliciet op richten zijn onder meer: − specificatie-­‐ en conceptontwikkeling voor de deelsystemen (bijvoorbeeld zonnepanelen), geredeneerd vanuit het integrale multifunctionele bouwdeel: opbrengst onder partiële beschaduwing, elektrische en mechanische veiligheid, levensduur, vorm en afmeting, kleurstelling, etc.; − ontwikkeling van nieuwe systeemontwerpen (functie-­‐integratie van zonnestroom met zonnewarmte, wegdekfunctie, geluidswering, elektriciteitsopslag, lichtdoorlatendheid en/of met andere functies van bouwelementen). 31 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 6.
Programmalijn 4: Flexibele energie-­‐infrastructuur Deze programmalijn richt zich op een toekomstbestendige, flexibel inzetbare energie infrastructuur. Het gaat om de fysieke infrastructuur (elektriciteit, gas, warmte, koude, en hybride varianten hiervan) voor het transport en de distributie van energie en ondergrondse thermische systemen. Innovatie is nodig voor ondersteuning van de complexe keuze waar en wanneer welke infrastructuur het beste past in de transitie naar een duurzame energievoorziening en voor het verbeteren van de infrastructuur zelf. Dat dient te leiden tot uitstellen of reduceren van investeringen in de uitbreiding of vervanging van de bestaande infrastructuur en verlaging van de operationele kosten ten opzichte van een ‘business-­‐as-­‐usual’ scenario. 6.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen Door toenemen van (decentrale) duurzame energiebronnen, technologieën zoals elektrische auto’s, warmtepompen en groen gas, en toenemend gebruik en mogelijkheden van ICT, worden er andere eisen aan de energie-­‐infrastructuur gesteld dan in de afgelopen decennia. Daarbij gaat het niet alleen om energie en vermogen in termen van MW, MWh, m3 en MJ, maar ook om kwaliteitsaspecten, zoals ‘power quality’ in de elektriciteitsvoorziening (frequentie, voltage, ‘hogere harmonischen’) en temperatuurniveaus in de warmtevoorziening. Gaskwaliteit is geen onderdeel van dit programma. De transitie van de gasinfrastructuur en hybride netten in gebouwde omgeving zijn dat wel. Bij gasnetten, die voornamelijk in de jaren ’60 van de vorige eeuw zijn aangelegd, is bij renovatie een vraag belangrijk of de benodigde investering zich nog terugverdient als op termijn gas uit de gebouwde omgeving verdwijnt. Bij een aantal oudere hoge temperatuur warmtenetten is heroriëntatie nodig, doordat de bron van de warmte op termijn verdwijnt door sluiting van energiecentrales of verandering van industriële processen. Het Nederlandse elektriciteitssysteem is zeer betrouwbaar en kan vooralsnog ook de “terug”levering van (zonne)stroom aan. Als de toename van met name zonnestroom, maar ook warmtepompen en elektrisch vervoer heel snel en fors wordt, zijn voor een stabiele elektriciteitsvoorziening wel flexibiliteitsoplossingen nodig. Het verzwaren van de netten zal niet snel genoeg de oplossing kunnen bieden, slimmere en goedkopere oplossingen zijn nodig. Elektrisch vervoer en warmtepompen met opslag kunnen, mits goed geregeld met diensten uit programmalijn 5, ook flexibiliteit leveren. Bij een sterk toenemend aantal elektrische voertuigen, in combinatie met de forse groei van de opslagcapaciteit van batterijen en prijsdaling van batterijpakketten, kunnen miljardeninvesteringen in het verzwaren van de netinfrastructuur voorkomen worden. 200.000 elektrische voertuigen, met 30% volledig elektrische voertuigen, vormen gezamenlijk een energieopslag van 10 GigaWattuur (GWh). Deze opslag komt overeen met de Nederlandse elektriciteitsvraag gedurende enkele uren en kan een belangrijke rol spelen om verzwaring van de elektriciteitsinfrastructuur als gevolg van pieken te matigen of zelfs te voorkomen. Kansen voor betrouwbaarheid door decentrale productie vragen om aanpassing van de huidige veiligheidsregelingen. Deze regelingen zorgen dat lokale productie van zonnestroom afschakelt als het centrale elektriciteitsnetwerk uitvalt. Een oplossing die lokale productie juist benut om de elektriciteitslevering op peil te houden neemt aan belang toe met de toename van die zonnestroom. Delen van het net zouden dan in eilandbedrijf kunnen functioneren. De oplossing moet de veiligheid 32 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 wel garanderen: bij het werken aan het elektriciteitsnet kan dan wel de lokale productie in het betreffende pand of locatie uitgeschakeld worden. Met de toename van zonnestroom wordt ook het gebruik van DC i.p.v. AC in de gebouwde omgeving aantrekkelijker. DC is een logische keuze, niet alleen om technische feiten en argumenten maar ook door de explosieve elektrificatie van onze maatschappij. Componenten worden meer en meer solid state, denk hierbij aan de overgang van gloeilamp naar LED-­‐lamp, de overgang van beeldbuis naar TFT en de toekomstige overgang van transformator naar elektronische varianten. Door solid state zal gelijkspanning onvermijdelijk worden. Keuzes of, waar en wanneer een transitie naar DC nodig en zinvol is, maakt onderdeel uit van de complexe besluitvorming over (her)investering in energie infrastructuur. Zie hiervoor ook onder “concepten en tools voor (her)ontwerp van (hybride) energie infrastructuur” in paragraaf 6.3. De warmtevoorziening is op dit moment nog grotendeels via aardgasnetten en omzetting naar warmte in gebouwen. Complexe keuzes waar en wanneer andere oplossingen zoals energiebesparing en andere energiedragers (elektriciteit, warmte) geschikter zijn, vragen om informatie, concepten en tools. De warmtevoorziening kan enerzijds met individuele oplossingen, zoals warmtepompen. Vooral in compact gebouwde gebieden zijn kansen voor collectieve oplossingen: gezamenlijk gebruik van bodembronnen en restwarmte. Slimme warmtenetten waaraan op vele plekken op verschillende temperaturen warmte geleverd kan worden naast afname op vele plekken, vragen om innovaties in regeltechniek, in beschikbaar maken van meerdere deels nog onontgonnen bronnen (zoals ondiepe geothermie) en ook in diensten en randvoorwaarden. Gebruikers van energie verwachten een stabiele voorziening. Netbeheerders van allerlei aard staan voor de taak die te organiseren. De pull-­‐kant in de keten moet dus komen van netbeheerders, waaronder ook eigenaren en beheerders van lokale systemen voor warmte en koude. Die laatste categorie is divers: naast energiebedrijven ook woningbouwcorporaties, esco’s en lokale energie coöperaties. (Lokale) overheden kunnen de pull kant versterken: een gedreven lokale bestuurder die voor duurzaamheid en betaalbaarheid een daad wil stellen in wijkontwikkeling kan diverse partijen bij elkaar brengen en mogelijkheden scheppen in ruimte en overeenkomsten. De push-­‐kant is er in een aantal vormen: De ICT sector voor data voor flexibiliteit en beslisinformatie voor investeringen (waaronder geo-­‐informatica, GIS) en leveranciers van ICT-­‐oplossingen om de energie-­‐infrastructuur geschikt te maken voor inpassing van de genoemde veranderingen. Maar ook partijen die producten ontwikkelen en produceren die onderdeel uitmaken van de infrastructuur, zoals vermogenselektronica, sensoren, ICT-­‐platforms, lage-­‐temperatuur warmtesystemen, energieopslag en ondergrondse warmtewinning. De overheid speelt met het financiële prikkels en met wet-­‐ en regelgeving een belangrijke rol bij het bepalen van de randvoorwaarden voor de marktprocessen. Van de gas-­‐ en elektriciteitsnetten zijn de kosten gesocialiseerd, voor warmte-­‐infrastructuur nu (nog) niet. Een goed kader voor een eerlijke en optimale combinatie van warmtelevering en energiebesparing is van belang. 33 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 6.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen Bedrijfssector Nederland heeft, in tegenstelling tot veel andere landen, de energie infrastructuur in eigendom gescheiden van de energielevering in de “klassieke” vormen gas en elektriciteit: de zgn. “splitsing”. In warmte is levering en eigendom van de warmtenetten wel gecombineerd. De splitsing geeft Nederland eenvoudiger de mogelijkheid nieuwe oplossingen te implementeren: een extra laag van lokale oplossingen aanvullend op en slimmer dan de conventionele energie levering en die deze waar zinvol (op termijn) kan vervangen. De voorsprong die NL door de “splitsing” kan opbouwen, kan leiden tot bedrijvigheid die exportwaardig is. Het energiesysteem met meerdere bronnen en flexibiliteitsoplossingen lijkt op een internet, maar dan voor energie. De bedrijvigheid die zich hiervoor kan ontwikkelen is enerzijds gericht op de producten en diensten van programmalijn 5 en anderzijds gericht op lokale energie infrastructuren die in deze programmalijn 4 worden ontwikkeld. Deze programmalijn richt zich op beheerders van de fysieke energie infrastructuur. Die beheerders zijn de netbeheerders (van de “klassieke” gas en elektriciteitsnetten) en beheerders van warmtenetten, maar ook relatief nieuwe spelers zoals woningcorporaties en lokale energie coöperatieven. De netbeheerders, verenigd in Netbeheer Nederland, hebben in 2013 een verkenning gepubliceerd over de extra investeringsopgave in de periode tot 2050, met een grote spreiding die toont welke potentie nieuwe oplossingen hebben: 20 – 70 miljard Euro. Woningcorporaties hebben het beheer van gebouw gebonden energiesystemen op een aantal locaties uitgebreid met kleine collectieve systemen en zijn daardoor zelf ook deels beheerder van energiesystemen geworden. Woningcorporaties hebben echter beperkte investeringsruimte. Collectieve warmtesystemen en/of collectieve WKO systemen worden beheerd door diverse typen partijen: energieleveranciers, esco’s (energy service companies), met een variatie van een bedrijf in 100% eigendom van lokale overheid tot een lokaal particulier energiecollectief. Lokale collectieven die actief zijn met bestaande of potentiele warmte-­‐infrastructuur projecten zijn er in Culemborg en Apeldoorn. Woningcorporaties met energiesystemen zijn bijvoorbeeld WonenBreburg en Vestia. De architectuur voor de ICT-­‐infrastructuur als onderdeel van de toekomstige energie-­‐infrastructuur wordt veelal geleverd door grote buitenlandse integrators als Cap-­‐Gemini, IBM, Microsoft etc, maar ook Nederlandse bedrijven voor smart gids implementaties als ICT-­‐automatisering, en IMTECH ICT (nu Axians). Voor het real-­‐time monitoren van de infrastructuur wordt sensortechnologie toegepast van bijvoorbeeld Locamation. Het aanleggen en onderhouden van de fysieke energie infrastructuur, van de kabels en leidingen zelf, wordt in het algemeen niet door de netbeheerder of warmtebedrijf zelf gedaan, maar door civiele aannemers zoals A. Hak en Visser Smit Hanab. Dat geldt ook voor de (slimme) meters en bekabeling voor elektrische laadstations bij die infrastructuur. Deze bedrijven werken ook aan innovatieve oplossingen. Zo is A. Hak bijvoorbeeld o.a. actief in “Blue Energy”, elektriciteit uit de zoet en zout water overgang en levert VSH “de nieuwe warmteweg”. De energietransitie vraagt niet alleen verbetering van fysieke energie infrastructuren, maar bovenal ook keuzen waar welke infrastructuren voor de toekomst nodig zijn. De complexe keuzes waar op welk moment in welke infrastructuur geïnvesteerd moet worden, in afweging met energiebesparing 34 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 en lokale opwekking, vraagt om ruimtelijk inzichtelijke informatie. Geo-­‐informatica biedt de mogelijkheid vele lagen van informatie te presenteren én te combineren met rekenmodellen. Nederland is sterk in geo-­‐informatica. Dit biedt kansen voor het ontsluiten van informatie voor complexe besluitvorming in de transitie van energie infrastructuur op gebiedsniveau en ontwikkeling van tools voor deze besluitvorming. In de ontwikkeling en levering van concepten en tools en advisering van locaties zijn voorbeelden van partijen: Geodan (geoinformatica), het Kadaster, Ecofys, DNV GL, Huygen, I-­‐Real Researchgroepen Academische groepen op het terrein van energie op gebiedsniveau zijn er bij TUD Bouwkunde en Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science, de UU en USI. Bij TU/e werkt de groep Electrical Energy Systems aan o.a. energietechniek, vermogenselektronica en smart grids. Op de UvA wordt in het vakgebied geo-­‐informatica gewerkt aan een dynamische energieatlas. Bij de RTO’s is er gebiedsonderzoek bij TNO. Expertise over de ondergrond is er bij TNO en Deltares. Aan diverse hogescholen vindt praktijkgericht onderzoek plaats. In onderstaande figuren is een overzicht opgenomen van het ecosysteem van Programmalijn 4: Flexibele energie infrastructuur. Deelname van partijen in TKI projecten gestart in de periode 2012-­‐
2014 komt van grote bedrijven (31%), MKB (16%), netbeheerders (26%), kennisinstellingen (18%) en overige partijen, regionale-­‐lokale initiatieven, branches, overheden, anderen (9%). NB: 100% = deelnames van alle partijen in alle projecten samen. Energy'&'water'
Energy'grids'&'APX'
Industry'(incl.'embedded'ICT)'
ICT'&'telecom'
Project'development,'energy'
service,'lease'&'finance'
!!!"
35 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Regional5local(
ini.a.ves(
Engineering,(consul.ng,(
construc.on(
Branches(
Knowledge(
ins.tu.ons(
UU
Warmtenetwerk
BodemenergieNL
Authori.es(
Others(
Figuur 9: Ecosysteem flexibele energie-­‐infrastructuur 6.3. Routekaart/ innovatie aanpak Concepten en tools voor (her)ontwerp van (hybride) energie infrastructuur De eerder genoemde complexe keuzes waar op welk moment in welke infrastructuur geïnvesteerd moet worden, vragen om concepten en tools voor optimalisatie en transitie van lokale energie infrastructuur. In die optimalisatie en transitie is aandacht voor mogelijke besparing op de kosten van renovatie van de energie infrastructuur door: aanpassing van netten, effecten van verandering in energiedrager, DC versus AC, lokale energiebesparing, duurzame opwekking en/of opslag in diverse vormen w.o. warmteopslag en elektrisch vervoer. Systeem integratie met hybride netten kunnen eveneens bijdragen aan flexibilisering van de infrastructuur. Soms is gebruik van gas nog de slimste oplossing voor bijvoorbeeld verwarming van gebouwen, op andere momenten kan de inzet van bijvoorbeeld warmtepompen een slimmere of goedkopere oplossing. De tools zijn geschikt voor het maken van keuzes, om een transitieplanning en financieringsmodellen te maken hoe en wanneer met de bestaande infrastructuur over te gaan naar de gekozen ter plaatse optimale oplossing. Dynamische energie atlas voor bovengenoemde keuzen in lokale energie infrastructuur gekoppeld aan betrouwbare optimalisatierekentools die anticiperen op toekomstige technieken. Monitoring en control van elektriciteitsnetten De route voor de monitoring en control van elektriciteitsnetten richt zich op uitstellen of reduceren van investeringen en het verlagen van operationele kosten van toekomstbestendige elektriciteitsnetten. Met monitoring en control kunnen netbeheerders dreigende congesties tijdig in beeld krijgen (monitoring) en maatregelen nemen (control) om daadwerkelijke congesties te voorkomen. Dat kan door (via de producten uit programmalijn 5) gericht een beroep te doen op spelers in de energiemarkt om hun energievraag of –aanbod in de tijd te verschuiven of door een beroep te doen op “providers” van opslag. Gericht betekent dat flexibiliteit ter beschikking komt waar deze nodig is. Ook kan een netbeheerder in zijn eigen infrastructuur flexibele componenten inbouwen en deze gebruiken om dreigende congesties te voorkomen. Bijvoorbeeld door een deel van de 36 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 elektriciteit “om te leiden” of bestaande verbindingen (tijdelijk) in hun capaciteit te verhogen. Intelligente monitoring, meting en aansturing zullen de betrouwbaarheid van de infrastructuur verhogen en de beschikbare capaciteit beter benutten. Beoogde producten en diensten uit deze programmalijn zijn: − Nieuwe technieken voor de meting van de conditie van de infrastructuur en voor metingen om de behoefte aan flexibiliteit in beeld te krijgen, zowel in omvang als met betrekking tot de locatie, en om daarmee de goede werking van de elektriciteitsnetten te waarborgen. − Nieuwe regelingen en nieuwe rekenalgoritmes die leiden tot betere benutting van de infrastructuur, een hogere betrouwbaarheid en meer mogelijkheden voor de inpassing van duurzame energieopwekking, opslag en elektrisch vervoer. − Intelligente componenten zoals DC interfaces en andere vermogenselektronica, regelbare ‘tapchangers’ (voor transformatoren) voor verbetering van de bedrijfsvoering van de elektrische infrastructuur. − Zelfherstellende functionaliteiten (‘self healing’) en adaptief schakelen voor de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening (‘power quality’) en voor het verminderen de kwetsbaarheid van de infrastructuur. Regelalgoritmen zorgen voor stabiliteit en voorkomen congestie ten gevolge van extreme transportsituaties. De ontwikkeling van diagnostische modellen en methodieken zullen de componentkennis vergroten. − Mogelijkheden om te schakelen bij black outs voor het op een veilige manier mogelijk maken van eilandbedrijf voor panden of wijken met lokale opwekking. Dit vraagt om aanpassing in techniek en in standaarden. Aandachtspunt bij het ontwikkelen van succesvolle toepassingen is, dat met de in te zetten technologie rekening wordt gehouden met verschillen in levensduur en omloopsnelheden van componenten in de elektriciteitsvoorziening (langere levensduur) en ICT componenten (minder lange levensduur). Lage temperatuur warmte-­‐ en koudenetwerken via clusteraanpak Klassieke warmtenetten kennen een centrale bron en meerdere afnemers. Net als bij slimme elektriciteitsnetten is ook in warmtenetten een transitie nodig waarin meerdere bronnen invoeden op het net, zodat optimaal gebruik kan worden gemaakt van diverse lokale warmtebronnen. Ook de toename van het aantal warmte-­‐ en koudesystemen geeft aanleiding tot optimalisatie en onderlinge levering in clusters en gebieden. Het gaat hierbij om: − Concepten en tools voor optimaal ontwerp en uitvoering, waarmee te bepalen is wanneer en hoe het zinvol is om lokale (of individuele) warmte-­‐ en koudesystemen (netwerken) om te vormen naar collectieve duurzame opwekking en in het systeem geïntegreerde opslag. − Ontwikkeling, aanleg of omvorming tot commercieel beschikbare lage temperatuur (LT) thermische netten die via meerdere bronnen en afgifteclusters in de bestaande gebouwde omgeving worden toegepast. Hiervoor zijn optimale drukken en temperaturen, regelstrategieën, (markt)platforms en meet-­‐ en regeltechniek te ontwikkelen voor specifieke integratie van vraag/aanbod profielen in LT warmtenetten met meerdere bronnen en afgifte − LT warmtenetten bieden te lage temperatuur voor directe productie van warm tapwater. Ze kunnen echter wel als bron dienen voor compacte warmtepompen voor warmtapwater. Ontwikkelingen in o.a. compacte warmtepompen vindt plaats in programmalijn 2. 37 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Betere benutting van de ondergrond voor opwekking en opslag van thermische energie Opslag in de ondergrond biedt meer mogelijkheden als dat mag op hogere dan nu reguliere temperatuur (>= 30°C). Om dat mogelijk te maken is belangrijk vast te stellen dat daarbij geen ongewenste processen in de ondergrond ontstaan door die temperatuur: − Onderzoek naar gedrag in de bodem van o.a. vervuiling, water, bodemleven en eventuele delfstoffen bij deze temperaturen (>= 30°C) − Op basis van positieve uitslag van dit onderzoek ontwikkelen van oplossingen voor warmte opslag op deze temperaturen − Ontwikkeling van langdurig betrouwbare bodembronnen voor WKO en hogere temperatuur opslag. Naast opslag in de ondergrond, is de ondergrond ook een bron van duurzame warmte: geothermie. Geothermie vraagt echter forse investeringen vanwege de diepe boringen die nodig zijn om de warmte te onttrekken. Minder diep is de temperatuur lager, maar nog wel hoog genoeg voor lage temperatuur verwarming: − Onderzoek naar temperatuur regimes, kosten, potentiele relaties met ander bodemgebruik (zoals water, delfstoffen), kansen en risico’s voor ondiepe geothermieboringen − Ontwikkeling van commercieel beschikbare geothermiesystemen waarbij warmte wordt onttrokken van 30-­‐ 40°C op een diepte tussen de 500 en 1000 meter. Beschikbaar stellen of leveren van informatie-­‐ en datamanagement Het beschikbaar stellen of leveren van informatie-­‐ en datamanagement sluit aan op de monitoring en control van elektriciteitsnetten, maar richt zich ook op informatie-­‐ en datamanagement voor andere energie infrastructuren. De combinatie met informatie en data uit andere domeinen van de samenleving, zoals ruimtelijke ordening, mobiliteit, wonen en werken wordt toegepast in de concepten en tools voor (her)ontwerp van (hybride) energie infrastructuur. Data worden onder meer gegenereerd door het monitoren met sensoren. Al die data worden door middel van ‘agent’ technologieën geaggregeerd en via ‘datamining’ en analyses gepresenteerd als stuurinformatie voor de energie infrastructuur. De specifieke uitdaging is instrumenten te laten ontstaan voor het meten, verzamelen, transporteren, analyseren, interpreteren en presenteren van data in een smart grid. Beoogde producten en diensten uit deze programmalijn zijn: − ICT platformen, informatiesystemen, slimme meter datamanagement en software voor het analyseren van gegevens uit de infrastructuur. − data en informatie als ‘grondstof’ voor de juiste keuzes in de bedrijfsvoering en het beheer van een flexibele energie infrastructuur. Aandachtspunten bij het ontwikkelen van succesvolle toepassingen zijn: − ‘Frameworks’, eigenaarschap van data en privacy. − Herhaalbaarheid van oplossingen met bijbehorende (internationale) standaardisatie; dit speelt in het bijzonder voor de ICT-­‐aspecten en het datamanagement, maar ook voor oplossingen met sensortechnologie en voor concepten van warmte-­‐ en koudesystemen. − Interoperabiliteit om geografische schalen, verschillende organisaties en systemen te verbinden. − ‘Big data’: data sets die zo omvangrijk, complex en dynamisch zijn dat het (welhaast) onmogelijk is geworden om die te verwerken en te beheren middels handmatige databasemanagement tools of traditionele applicaties. Uitdagingen hierbij zijn focus op precies die data die relevant zijn, dataopslag, doorzoeken, analyseren, delen en visualisatie; 38 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 −
−
−
‘Open data’ en ‘open ICT platforms’: noodzakelijke beperkingen minimaliseren voor hergebruik van data voor meerdere doeleinden, zodat dit nieuwe inzichten en nieuwe verdienmodellen mogelijk maakt. En hier nauw aan gerelateerd: ‘linked open data’, dat samenhang in informatie brengt. Elk concept wint aan betekenis als er meer beschrijvingen aan gelinkt worden. Daardoor krijgt de inhoud van bijvoorbeeld webdocumenten meer betekenis en worden zoekresultaten nauwkeuriger. ‘Resilience’ (beschikbaarheid en veerkracht): de overgang naar decentrale intelligente energienetten betekent vaak meer complexiteit dan in de traditionele energienetten. Omdat elk onderdeel van het systeem onbetrouwbaar kan zijn, is inzet nodig van modellen en analyses om fouten en onderbrekingen te voorkomen, te voorspellen en op te lossen: een proactieve exploitatie. ‘Security’ is een voorwaarde voor betrouwbare energiesystemen. Met ervaringen in ICT-­‐projecten en ‘security by design’ (de beveiliging van de goede werking van het energiesysteem vanuit het ontwerp) als uitgangspunt kunnen ICT-­‐ en energiesector elkaar versterken. ‘Cyber security’ standaarden en onderzoek naar en ontwikkeling van nieuwe methodes van certificeren kunnen security aanvallen minimaliseren: “protectie, ontdekken en adequaat reageren”. 6.4. Relatie met NWO/STW, ECN en TNO programma’s NWO is aangehaakt met programma’s voor zowel programmalijn 4 als 5 als: Smart Energy Systems (SES: 2011, 13 projecten, 6 M€), Uncertainty Reduction in Smart Energy Systems (URSES: 2014, 11 projecten, 6,5 M€), ERA-­‐Net+ Smart Grids (2015, 2,7 M€ incl. 2014-­‐bijdrage EZ innovatiemiddelen TKI Switch2SmartGrids en EU) en heel recent Systeemintegratie (2015: 3,2 M€). Meer maatschappelijk georiënteerde onderzoeksprogramma’s hebben een relatie met met name de beslisconcepten en tools voor energie infrastructuur, zoals Smart Energy in Smart Cities (NWO Maatschappij en gedragswetenschappen, samenwerking met China). Projecten richten zich op duurzame stedelijke ontwikkeling of op slimme oplossingen die leiden tot efficiënter energiegebruik en energiebesparing in steden. TNO heeft in haar programma aandacht voor flexibele energie infrastructuur. De productlijnen van TNO die aansluiten op Programmalijn 4 zijn met name: − Toolbox voor maintenance en (re)design van energienetwerken − Informatie en Control systemen voor flexibiliteit in de energie infrastructuur − Backoffice ICT (Transition driven IT, Datamodelling, IT service architectures, Data management, Grid management) 39 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 7.
Programmalijn 5: Energieregelsystemen en -­‐diensten Het doel van deze programmalijn is het ontwikkelen van (zelflerende) intelligente energieregelsystemen en (ondersteunende) producten en diensten voor energiebesparing en optimaal energiegebruik op gebouw-­‐ en gebiedsniveau. Producten en diensten dienen te zorgen voor het real time regelen van de energievraag en het continu optimaal inzetten van (decentrale) duurzame energie en/of het optimaliseren van het binnenklimaat (ventilatie, temperatuur, licht) in samenhang met het energiegebruik. Ze verbeteren daarmee de energieprestatie als geheel – op gebouw-­‐ en op gebiedsniveau. Specifiek zijn producten en diensten nodig voor: inzage in actueel energiegebruik, het vaststellen en verhogen van de actuele waarde van (decentraal beschikbare) energie en/of de (actuele) waarde van beschikbare ‘flexibiliteit’ in de energievraag (en eventueel ook van het energieaanbod) en het kunnen inzetten van energieopslag voor het balanceren van energievraag en -­‐
aanbod. Deze programmalijn richt zich op innovaties van producten en diensten voor toepassing in de energiemarkt, de werkomgeving van onder andere de commerciële energiebedrijven. Programmalijn 4 (hoofdstuk 6) is bedoeld voor innovaties die kunnen worden toegepast voor het flexibiliseren van de energie-­‐infrastructuur, de werkomgeving van onder andere de regionale netbeheerders. 7.1. Marktanalyse, vraag en waardeketen Met de sterke groei van decentrale energiebronnen en mogelijkheden vraag en aanbod van energie decentraal te organiseren komt energiemanagement steeds meer in de belangstelling. Gebouweigenaren en leveranciers van energiediensten kunnen energieregelsystemen inzetten om opwekking, opslag en gebruik van energie (lokaal) beter te beheersen en de uitwisseling van energie via energiehandel in een gebied – bijvoorbeeld een stadsdeel – te optimaliseren. Innovaties om deze systemen en diensten te ontwikkelen en te produceren komen niet alleen van grote technologieleveranciers en ICT-­‐ en telecom bedrijven maar ook van vele MKB-­‐ers. En ‘nieuwe’ spelers betreden de markt, denk aan Google met NEST en IKEA dat zonnepanelen verkoopt. Maar ook aan Tesla, met niet alleen elektrische auto’s maar recent ook met elektrische opslag voor gebruik in huis. De ontwikkeling van zonnestroom, batterijtechnologie en compacte warmteconversie en opslag (programmalijn 2) maakt een toename mogelijk van apparatuur met eigen (mobiele) energievoorziening en werkplekken met eigen comfort, met kansen voor andere optimalisaties in energiegebruik en flexibiliteit. Niet-­‐technologische aspecten zoals consumentenbenadering, wet-­‐ en regelgeving en nieuwe business modellen verdienen extra aandacht. Er ontstaat ook een nieuwe rol: de aggregator, een dienstverlener die de beschikbare ‘flexibiliteit’ bij consumenten koppelt aan partijen die behoefte hebben aan flexibiliteit, zoals de zogenaamde Programma Verantwoordelijke partijen (in de energiemarkt, zoals Eneco en RWE) en netbeheerders. Door de toepassing van snelle communicatie technieken is het mogelijk om in kortere perioden ongekende hoeveelheden data te versturen, te ontvangen en te verwerken. Data komt o.a. beschikbaar via sensoren in de energie-­‐infrastructuur en wordt gebruikt voor het besturen hiervan met behulp van informatie en actuatoren zodat storingen eerder worden gesignaleerd of zelfs kunnen 40 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 worden voorkomen, zie verder Programmalijn 4. Diezelfde data kunnen echter ook door middel van “agent” technologieën worden geaggregeerd en via data mining, analyses en visualisatie worden gepresenteerd en benut als basis voor nieuwe business modellen en diensten voor zowel de aanbieders als gebruikers van energie. Figuur 10 geeft een eerste aanzet tot een classificatie van de zich ontwikkelende enorme hoeveelheid aan data in de energiewereld. Not)all)data)is)equal)
)
)
)
Security)
Profiles*
Call*detail*
*records*
Smart)grids)
Por>olio**
risk*
Market*
*trends*
Market*feeds*
Data*volume,*velocity,*variety*
)Certainly*not*in*the*u&li&es*
Local*grids*
capabili&es*
Grid*
condi&ons*
Credit*card*TXs*
Weather*
modelling*
Sensor*
data*
Maintenance,*
dependencies*
Fraud*
Predic've)modelling))
of)outcomes)
EDI*
GEO*data*
SWIFT*
Account)
management)
Tekst,*audio*
video’s*
*
Contact*
centers*
CRM)
General*info*
on*supply*&*demand*
Customer**
records*
Tradi&onal*data*&*processing*
Precise,(authorita.ve,(((
well(formed((
Figuur 10: Classificatie van data Social)
Social*network*
data*
*
Services*
*
*
Data*uncertainty*at*scale*
Uncertainty(
(1/veracity)(
Inconsistence,(imprecise,((uncertain,(unverified,(
spontaneous,(ambiguous,(decep.ve(
Primair zijn de gebruikers en lokale producenten (“prosumenten”) van energie en energiediensten de eindklant aan de vraagkant. Voor deze programmalijn zijn het echter ook met name eigenaren en beheerders van lokale systemen voor warmte en koude – en in mindere mate elektriciteit – die de vragende partijen zijn voor innovaties. Dit is een heterogene categorie: naast energiebedrijven ook gebouwbeheerders, woningbouwcorporaties, esco’s en lokale energie coöperaties. Tot slot ontstaan er naar verwachting partijen die op decentraal niveau diensten leveren: aanbieders van energieopslag(diensten) en aggregators die ‘flexibiliteit’ van energieconsumenten opkopen en verhandelen op een energiemarkt/flexmarkt. Ook aan de aanbodkant is er een aantal partijen. Dat zijn leveranciers van technologie (diensten en producten) en leveranciers van data en ICT platformen. Netbeheerders kunnen als faciliterende partij optreden en bijvoorbeeld geanonimiseerde data op een zeker aggregatieniveau beschikbaar stellen aan commerciële partijen die daarmee weer diensten kunnen ontwikkelen. De overheid speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de randvoorwaarden voor de markt en de energiemarktprocessen, bijvoorbeeld door de inzet van financiële en fiscale prikkels en met wet-­‐ en regelgeving (denk aan de aanpassing van de energiewet: STROOM). 41 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 7.2. Nationale uitgangspositie: bedrijven en onderzoeksgroepen Nederland heeft, in tegenstelling tot veel andere landen, de energie infrastructuur in eigendom gescheiden van de energielevering in de “klassieke” vormen gas en elektriciteit: de zgn. “splitsing”. In warmte is levering en eigendom van de warmtenetten wel gecombineerd. De splitsing geeft Nederland eenvoudiger de mogelijkheid nieuwe oplossingen te implementeren: een extra laag van lokale oplossingen aanvullend op en slimmer dan de conventionele energie levering en die deze waar zinvol (op termijn) kan vervangen. De voorsprong die NL door de “splitsing” kan opbouwen, kan leiden tot bedrijvigheid die exportwaardig is. Door de toenemende rol van decentralisatie en de mogelijkheden voor een actieve rol van consumenten is een meer decentrale inrichting van de energiemarkt gewenst, waarbij de rol van de regionale netbeheerder kan veranderen. Denk bijvoorbeeld aan systeemfuncties als congestiemanagement. Het energiesysteem met meerdere bronnen en flexibiliteitsoplossingen lijkt op een internet, maar dan voor energie met kansen voor startende Nederlandse ICT bedrijven. Echter, veel van die geproduceerde data zal “open” zijn waardoor ook grote buitenlandse partijen als Google met bijvoorbeeld NEST hiervan kan profiteren zonder bedrijvigheid in Nederland te genereren. Een breed scala aan bedrijven is verder actief. Naast gebouweigenaren zijn dat leveranciers van energiediensten die energieregelsystemen willen inzetten om enerzijds gebruik te optimaliseren (energiebesparing) en anderzijds om uitwisseling van energie via energiehandel in een gebied – bijvoorbeeld een stadsdeel – te optimaliseren. Voorbeelden zijn de powermatcher en de heatmatcher met bijvoorbeeld een energiedienstenbedrijf (esco) zoals ZONenergie. De eerder genoemde ICT sector met bedrijven als IBM en ICT Automatisering, maar ook telecom bedrijven als KPN ontwikkelen oplossingen voor de inzet van data als basis voor producten en diensten in deze programmalijn, zoals visualisatie van het energiegebruik. Veel van de innovaties om deze systemen en diensten te ontwikkelen en te produceren komen van MKB-­‐ers. De drie TU’s en TNO zijn sterk vertegenwoordigd in onderzoek en ontwikkeling. Ook zien we adviseurs van kennisbedrijven als DNV GL en spin-­‐offs van universiteiten zich op deze markt richten. De behoefte aan faciliteiten is er op dit moment vooral in de vorm van ‘fieldlabs’, waarbij er vooral behoefte is aan een vervolg op de smart grids proeftuinen. Hogescholen als Hanze, HAN, HvA, Zuyd zijn actief op dit gebied Op een aantal hogescholen vinden we CoE’s (Centre of Expertise) op het gebied van energie en ICT. In onderstaande figuur is een overzicht opgenomen van het ecosysteem van programmalijn 5: Energieregelsystemen en –diensten. Deelname van partijen in TKI projecten gestart in de periode 2012-­‐2014 komt van grote bedrijven (30%), MKB (25%), netbeheer (14%), kennisinstellingen (24%) en overige partijen, regionale-­‐lokale initiatieven, branches, overheden, anderen (7%). NB: 100% = deelnames van alle partijen in alle projecten samen. 42 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Energy'&'water'
Energy'grids'&'APX'
Industry'(incl.'embedded'ICT)'
ICT'&'telecom'
Project'development,'energy'
service,'lease'&'finance'
Regional5local(
ini.a.ves(
Engineering,(consul.ng,(
construc.on(
Branches(
Knowledge(
ins.tu.ons(
Authori.es(
Others(
Figuur 11: Ecosysteem van Energieregelsystemen en –diensten 43 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 7.3. Routekaart/ innovatie aanpak Een deel van het programma richt zich op (zelflerende) intelligente energieregelsystemen en –
diensten voor optimaal energiegebruik, gezond en comfortabel binnenmilieu in gebouwen, optimale inzet van duurzame energie, ontsluiting van flexibiliteit en energiebesparing. Dit moet leiden tot opbrengst en kostenoptimalisatie voor de producent en consument van energie en tot lagere pieken in de (lokale) energievraag zodat investeringen in het energiesysteem kunnen worden voorkomen of kunnen worden uitgesteld. Om deze doelen te realiseren zijn producten en diensten nodig die: − de vraag naar energie beïnvloeden (‘demand response’ e.d.) zodat bijvoorbeeld (lokaal) beschikbare zonne-­‐energie gebruikt wordt op het moment dat de zon schijnt (denk aan het opladen van elektrische auto’s om 12:00u in plaats van ’s avonds); − het (decentrale) energieaanbod voorspellen, bijvoorbeeld door korte-­‐termijn weersverwachting, zodat apparaten kunnen inschatten wanneer het een goed moment is om te functioneren (denk aan een diezelfde elektrische auto of een warmtepomp met een warmteopslag die via machine-­‐
to-­‐machine communicatie weet wanneer energie goedkoop en/of in duurzame vorm beschikbaar is om de opslag te laden); − prestatiegaranties leveren, waarmee investeerders een beeld, of zelfs garanties, krijgen over het rendement op hun investering met energiebesparing en/of –handel; − continue optimalisatie van installaties voor een comfortabel binnenmilieu leveren, waarbij door slimme (sensor)data, algoritmes en regelingen afhankelijk van o.a. microklimaat, bezetting, gebruikerswensen, luchtkwaliteit en beschikbare duurzame of goedkope energie continue en zelflerend de installaties worden ingeregeld, en optimale inzet van installaties en bijbehorende (kosten)besparingen worden gegarandeerd. Ook metingen t.b.v. diensten en (preventief) onderhoud horen hierbij; − leiden tot nieuwe energiemarktmechanismes zodat een betere marktwerking ontstaat voor de inzet van decentrale, duurzame energie; − zorgen voor comfort, gezondheid en een goed (binnen)klimaat in gebouwen bij een lager of meer efficiënt energiegebruik; − het energiemanagement in gebouwen of van meerdere gebouwen verbeteren, bijvoorbeeld door vraag en (lokaal) aanbod binnen kleine tijdsintervallen (minuten, kwartieren) te balanceren. Inzet van energieopslag om toenemende fluctuaties in zowel elektriciteitsaanbod als –vraag op te vangen. Nederland heeft slechts een beperkte industrie die actief is in batterijproductie, maar loopt voorop in intelligente batterijmanagement technologie6 en heeft ervaring met niches zoals vliegwielen. Om dit marktsegment te ontwikkelen, moet in de komende jaren geïnvesteerd worden in producten en diensten als batterijmanagement. Enkele voorbeelden zijn: − response op (milli)seconden schaal om sterke spanningsfluctuaties in het elektriciteitsnet te voorkomen als bescherming tegen het automatisch afschakelen van apparaten; − de combinatie van warmtepomp en warmteopslag die gezamenlijk als “warmtebatterij” elektriciteit opneemt op momenten van een overschot in de elektriciteitsvoorziening en de opgeslagen energie op een ander moment in de vorm van warmte vrijgeeft voor gebruik. 6
Rekening houdend met de verwachte prijsdaling van batterijpakketten, voorspellen marktdeskundigen dat elektrische voertuigen in 2018 tegen een gangbare prijs voor het grote publiek beschikbaar zijn. Daarmee komen op middellange termijn tweede hands accupakketten op de markt die inzetbaar zijn voor (tijdelijke) opslag van decentrale opgewekte energie en/of voor energiemanagement in gebouwen. 44 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 specifieke producten die dienen voor het beter benutten van (duurzame) energie, zoals de integratie van elektriciteitsopslag in een zonnestroomsysteem. Overigens, de ontwikkeling van nieuwe batterijtechnologieën (bijvoorbeeld elektrochemische opslag gebaseerd op technologieën ‘beyond lithium-­‐ion’) valt buiten de scope van de TKI Urban Energy maar is wellicht wel een onderwerp dat binnen de TKI Chemie wordt opgepakt. Dit onderwerp is daarom een potentiële cross-­‐over met de TKI Chemie. Oplossingen voor slimme sturing vanuit de auto(batterij) in het net – aansluitend op de zeer recente (april 2015) eerste V2G (vehicle-­‐to-­‐grid) toepassingen) – met bijvoorbeeld een ‘open mobility services platform’, waarmee eigenaren van een elektrische auto hun (auto)batterij korte periodes beschikbaar kunnen stellen voor lokaal netbeheer. Eind 2014 en begin 2015 zijn gesprekken gevoerd over elektrisch rijden, een onderwerp dat net als energieopslag een groei doormaakt en waarin Nederland als gidsland wordt gezien. Dit onderwerp dreigt echter tussen wal en schip te vallen omdat het raakvlakken heeft met meerdere Topsectoren. Inbedding van dit onderwerp, voor zover het de laad-­‐
en ontlaadaspecten betreft, binnen het werkgebied van de TKI Urban Energy ligt voor de hand, omdat de focus voor innovaties ligt aan de ‘auto-­‐zijde’ en ook aan de ‘energiesysteem-­‐zijde’. Dat betreft de verdere inpassing van elektrisch rijden in de energievoorziening met zowel de laadinfrastructuur (programmalijn 4) als met energiediensten voor elektrisch rijden (programmalijn 5). −
Prijsmechanismen en het stimuleren van gebruik van energie dat binnen de eigen ‘gemeenschap’ is opgewekt via dynamische verrekeningen bieden ‘incentives’ om de energievoorziening duurzamer in te richten. Om dit te realiseren, zijn energiemarkten met innovatieve tariefstructuren nodig en toepassingen die in staat zijn snel te reageren op veranderende condities. In dit deel van het programma worden producten en diensten ontwikkeld die leiden tot: − nieuwe marktmodellen met ‘time-­‐of-­‐use’ tarieven die bijdragen tot het verlagen van de energierekening van consumenten; − modellen en praktijkvoorbeelden waarin uitwisseling van energie tussen consumenten of binnen een lokale gemeenschap / energiecoöperatie aantrekkelijk blijkt te zijn – lagere kosten, meer gebruik van de ‘eigen’ energievoorziening, etc. Aandachtpunten bij het ontwikkelen van succesvolle toepassingen in elk van de voornoemde (deel)programma’s zijn: − herhaalbaarheid van oplossingen met bijbehorende (internationale) standaardisatie; − interoperabiliteit om geografische schalen en verschillende organisaties te verbinden; − privacy & security (by design); − gedrag van energie ‘prosumenten’; − ‘open data’ en ‘open ICT platforms’. − eigenaarschap van data. 7.4. Relatie NWO/STW, ECN en TNO programma’s NWO is aangehaakt met programma’s als Smart Energy Systems (SES: 2011, 13 projecten, 6 M€), Uncertainty Reduction in Smart Energy Systems (URSES: 2014, 11 projecten, 6,5 M€), ERA-­‐Net+ Smart Grids (2015, 2,7 M€ inclusief 2014-­‐bijdrage TKI Switch2SmartGrids en EU) en heel recent Systeemintegratie (2015: 3,2 M€). In 2015 volgt een vervolg op URSES in samenwerking met TKI Switch2SmartGrids, TU Delft, Shell en Advanced Metropolitan Solutions waarin wetenschappelijke 45 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 resultaten uit SES en URSES in samenwerking met bedrijven naar een demonstratie-­‐gereed product wordt gebracht. Thema’s in URSES: − ‘Systems for control, management, and reduction of uncertainties in Smart Energy Systems’; − ‘Tools for analysis, development, and maintenance of Smart Energy Systems’; − ‘Behavioral uncertainties’. Maar ook meer maatschappelijk georiënteerde onderzoeksprogramma’s hebben een relatie met Urban Energy, zoals Smart Energy in Smart Cities (NWO Maatschappij en gedragswetenschappen, samenwerking met China). Projecten richten zich op duurzame stedelijke ontwikkeling of op slimme oplossingen die leiden tot efficiënter energiegebruik en energiebesparing in steden. TNO heeft haar vraaggestuurde programma Energie Efficiëntie (VP EE) opgebouwd conform de oorspronkelijke programmalijnen van TKI Switch2SmartGrids. TNO heeft daarbij gezorgd voor voldoende raakvlakken met TKI Solar Energy. De produktlijnen van TNO die aansluiten zijn: − ‘Energy markets and users (‘active user participation’, ‘Market modelling’, ‘Legislation assessement’); − ‘Smart energy systems’ (‘Supply & demand mechanismen, forecasting of flexibility’); − ‘Back-­‐office ICT’ (‘smart grid billing’). In het TNO programma grijpen technische en sociale innovatie in elkaar. Onder technische innovatie vallen (1) ICT-­‐architecturen en de interfaces met de fysieke installaties, (2) (koppelvlakken naar) duurzame en/of decentrale opwek, (3) buffering en opslag ten behoeve van balancering en (4) het bevorderen van de efficiëntie over de energiedragers heen. Sociale innovatie is gericht op de veranderingen in (1) regulering en beleid, (2) de veranderingen in de waardeketens en business modellen en (3) de veranderingen in het gedrag gericht op vraagsturing. 46 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 8. Structurele samenwerking TKI Urban Energy is feitelijk al een samenwerking in zichzelf; een bundeling van de krachten van TKI EnerGO, TKI Solar Energy en TKI Switch2SmartGrids. Deze drie TKI’s zullen vanaf 1 januari 2016 verder gaan als één TKI onder de naam TKI Urban Energy. In dit hoofdstuk worden de verschillende aspecten van deze samenwerking en andere reeds bestaande-­‐ en te verwachten nieuwe samenwerkingsverbanden beschreven. 8.1. TKI Urban Energy ecosystemen De ecosystemen van de drie samenwerkende TKI’s zijn grotendeel complementair en bestrijken tezamen het brede gebied ‘urban energy’, dat wil zeggen een brede waaier van partijen die verbonden zijn aan de thema’s: duurzame energieopwekking, energiebesparing, energieopslag, energiemanagement, infrastructuur en ICT (inclusief Big data) in de gebouwde omgeving in brede betekenis. Op enkele belangrijke onderdelen overlappen ze elkaar echter of zullen ze elkaar in de nabije toekomst (moeten) gaan overlappen, respectievelijk worden ze geïntegreerd. Dat is de essentie van een geïntegreerde aanpak van de energietransitie en levert zowel uitdagingen op het gebied van innovatie als economische kansen. In totaal zijn nu ca. 1400 partijen waarmee wordt gecommuniceerd aangesloten bij het thema Urban Energy. Deelnemers zijn bedrijven die al meerdere jaren tot soms al decennia actief zijn in het energiedomein, bedrijven die al lang bestaan maar relatief nieuw zijn in de energiesector en nieuwkomers, waaronder veel MKB-­‐ers. Verder netwerkbedrijven, universiteiten, hogescholen en andere kennisinstellingen, adviesbureaus, brancheorganisaties, energiecoöperaties en diverse overheden en overheidsorganen en verschillende maatschappelijke organisaties (NGO’s en bijvoorbeeld de Stroomversnelling). Vanaf 2015 wordt gewerkt aan het bij elkaar brengen van de verschillende ecosystemen, wat vanaf 2016 moet leiden tot een gezamenlijk ecosysteem. De insteek is een vorm te ontwikkelen waarin zowel de gebundelde krachten worden benut als de identiteit van deelgroepen herkenbaar zal blijven. Een mogelijke aanpak is ecosystemen per programmalijn te organiseren. De TKI Urban Energy zal open staan voor deelnemers waarmee intensief zal worden gecommuniceerd over de jaarlijkse uitwerking en actualisering van de thema’s uit de innovatieagenda en de jaarprogrammering. 8.2. PPS projecten en fieldlabs De TKI’s zijn sterk verbonden met de projecten waarin de ontwikkelde kennis zijn eerste toepassing kan vinden. Zo zijn vlak voor de oprichting van het TKI S2SG in 2012 twaalf proeftuinen binnen IPIN (Innovatie Programma Intelligente Netten) opgestart. Daarnaast zijn in de afgelopen jaren meerdere kleinere en grote demonstratieprojecten op het gebied van smart grids geïnitieerd. De meeste projecten zijn ontstaan uit samenwerking tussen industriële partijen (MKB en grote bedrijven, netbeheerders) en kennisinstellingen en in een aantal gevallen lokale energiecoöperaties en lokale overheden. TKI S2SG, RVO en Netbeheer Nederland zijn in overleg om het vervolg van deze demonstratieprojecten te organiseren, op de speerpunten van de Urban Energy Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019, en op de planvorming bij de netbeheerders. 47 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Via het samenwerkingsverband in de Green Deal Smart Energy Cities worden deze ervaringen en nieuwe innovaties ook ingebracht in verschillende opschalings-­‐projecten. Op 11 november 2013 is deze Green Deal ondertekend. De 12 deelnemende partijen zijn: 5 TKI’s (Switch2SmartGrids, EnerGO, Solar Energy, Gas, en CLICKNL), 5 gemeenten (Amsterdam, Arnhem, Eindhoven, Enschede, en Groningen), Netbeheer Nederland, en het Ministerie van Ministerie van Economische Zaken. Figuur 12: Inrichting Green Deal Smart Energy Cities In april 2015 is Fase 2, de inventarisatiefase, afgerond. Het streven is dat deze Green Deal en het programma ‘De Stroomversnelling’ de handen ineenslaan, en dat mogelijk uit te breiden met bijvoorbeeld VNG en hun rol in het Energieakkoord. Deze samenwerking is grafisch weergegeven, met daarin een centrale rol voor de (energie)gebruikers van waaruit de vraagzijde en draagvlak voor innovaties wordt aangestuurd. Gesprekken tot nog toe stemmen positief, zodat in de periode 2016-­‐
2019 er een verduurzamingsslag wordt gemaakt op zowel gebouw-­‐ als gebiedsniveau. Besprekingen over de inrichting en financiering van de organisatie voor de verdere uitrol zijn nog gaande7. Onder de naam “Nationaal Actieplan Zonnestroom” (NAZ) werken sinds 2011 private en publieke partijen op het gebied van zonnestroom samen om ambitieuze scenario’s te ontwikkelen voor de grootschalige toepassing van PV in Nederland en om acties te definiëren die moeten worden genomen om barrières daarvoor weg te nemen. De ambities van het NAZ zijn door de TKI overgenomen en aangescherpt, zodat nu kwantitatieve nationale doelstellingen voor zonnestroom beschikbaar zijn, mede als input voor het Nationaal Energieakkoord. In het verlengde hiervan worden vanuit de TKI Solar Energy initiatieven gesteund die zijn gericht op het demonstreren van het brede scala aan verschillende mogelijkheden voor toepassing van zonnestroom: op, of geïntegreerd in gebouwen, geïntegreerd in de fysieke infrastructuur (geluidswallen, wegen, etc.), op andere locaties zoals vuilstortplaatsen en op geselecteerde locaties in het vrije veld (inclusief bedrijventerreinen). Op het gebied van onderzoek en ontwikkeling werken bedrijven en onderzoekinstellingen structureel samen binnen Solliance, het partnerschap voor ontwikkeling van dunne-­‐film PV-­‐technologie en het Silicon Competence Centre (SiCC), het verband voor ontwikkeling van silicium PV-­‐technologie, en het Solar Energy Application Centre (SEAC), een onderzoeksorganisatie gericht op systemen en toepassingen van zonne-­‐energie. Daarnaast nemen Nederlandse partijen deel in het Solar Europe 7
In Q2 van 2015 wordt het vervolg van de GD vastgelegd met daarin de betrokkenheid van partijen. 48 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Industry Initiative (SEII), Europese tegenhanger van de TKI Solar Energy, in het European Photovoltaic Technnology Platform, in de ‘Joint Programs’ van de ‘European Energy research Alliance’ (EERA) en zijn Nederlandse tegenhanger: de ‘Netherlands Energy Research Alliance’ (NERA). Voor de verdere ontwikkeling van warmte-­‐ en koude-­‐opties nemen verschillende Nederlandse partijen deel aan het European Renewable Heating and Cooling Technology Platform (RHCTP). Het initiatief van de Brede Stroomversnelling, gericht op het op grote schaal realiseren van zogenaamde “nul-­‐op-­‐de-­‐meter” concepten, sluit nauw aan bij de ontwikkelingen die binnen TKI EnerGO zijn geïnitieerd. De Stroomversnelling richt zich ook primair op de bestaande bouw en stimuleert industrieel bouwen. De grote opgave voor dit initiatief is te zorgen voor een beheersbare energiebalans, ook na uitvoering van de werkzaamheden waarbij woningen en gebouwen weliswaar op jaarbasis energie-­‐neutraal zullen zijn geworden, maar waarbij de piekbelasting (met name voor verwarming) niet te groot kan worden om onwenselijke investeringen in de energie-­‐infrastuur te voorkomen. Het nationale PPP voorstel COMMIT2DATA bestaat uit drie samenhangende programmalijnen (pre-­‐
competitieve vraag-­‐geïnspireerde kennisontwikkeling; valorisatie; disseminatie) die zich alle richten op ICT-­‐uitdagingen in de data science en data stewardship, en de daaraan verwante technologische uitdagingen, te weten de exponentiële groei van de data en het gebruik & bescherming van data. De intentie van het initiatief is om alle Big Data activiteiten (in eerste instantie binnen de topsectoren) bij elkaar te brengen. De TKI Urban Energy is zeer nauw betrokken bij COMMIT2DATA, waarbij de integratie met name zit in de programmalijnen 4 en 5. 8.3. Cross-­‐overs In de vorige paragraaf 8.2 is al een cross-­‐over met de TKI CLICKNL (Topsector Creatieve Industrie) en met de TKI Gas genoemd via de Green Deal Smart Energy Cities. Verder zijn er meerdere, reeds bestaande crossovers van de TKI Urban Energy met zowel TKI’s binnen als buiten de Topsector Energie, zoals HTSM, Water en het ICT innovatieteam. In de volgende tabel is een overzicht gegeven van bestaande en mogelijk nieuwe crossovers, met aansluitend een korte toelichting per cross-­‐over. Tabel 3: Cross-­‐overs met de TKI Urban Energy CROSS%OVERS
PL1
PL2
PL3
PL4
PL5
Gas
ISPT
CLICKNL
HTSM
ICT3Innovatieteam
Chemie
Water
49 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Programmalijn 1: Zonnestroomtechnologie (PV) − HTSM: Ontwikkeling van nieuwe (nano)technologieën, processen en gerelateerde apparatuur voor de productie van innovatieve zonnestroomproducten (vooral cellen en panelen). Deze ontwikkeling vindt plaats onder één van de 17 roadmaps binnen HTSM: de roadmap Solar Energy. Programmalijn 2: Warmte-­‐ en koude-­‐ installaties − GAS: Groen gas en andere vormen van gas als invoeding van conversiedeel in hybride verwarmingssystemen. − ISPT: nieuwe concepten voor compacte thermische opslag; warmtepomp principes − CLICKNL: Inzichten hoe verbruikers aspecten en ‘gaming’ kunnen worden geintegreerd (via GD) Programmalijn 3: Multifunctionele bouwdelen − CLICKNL: Conceptueel, product-­‐ en industrieel ontwerp van onder meer multifunctionele bouwdelen: ‘Solar Energy meets Dutch Design’. Onder het motto “Volume door verleiding” wordt gewerkt aan innovatieve en flexibele oplossingen voor esthetisch aantrekkelijke integratie van PV in gebouwen, infrastructuurelementen en andere objecten. − Chemie: ontwikkeling van nieuwe batterijtechnologieën. Programmalijn 4: Flexibele energie-­‐infrastructuur − GAS: Hybride infrastructuren. Slim combineren van elektriciteits-­‐, gas-­‐, en warmte/koude-­‐netten. − CLICKNL: Inzichten hoe verbruikers aspecten en ‘gaming’ kunnen worden geintegreerd (via GD) ‒
ICT Innovatieteam: Big data en Security by design (beide in COMMIT2DATA). ‒
HTSM: Inpassen van de laadinfrastructuur voor het laden (en ontladen) van elektrische auto’s. − Water: benutting van water uit de ondergrond voor verwarming/koude doelen (WKO) Programmalijn 5: Energieregelsystemen en -­‐diensten − CLICKNL. Human interaction en co-­‐creatie; hoe maak je een product of dienst die wordt gebruikt door de consument (de klant)? − ICT Innovatieteam. Big data en Security by design (beide in COMMIT2DATA). − HTSM (en ICT Innovatieteam): Energy mobility services (EV). 8.4. Regionale partners en MKB steunpunt De afgelopen jaren zijn meerdere bijeenkomsten georganiseerd in verschillende regio’s van Nederland om de aansluiting met (vooral kleinere) MKB-­‐ers te versterken en ook Hogescholen sterker te betrekken bij nieuwe initiatieven voor innovatieprojecten. Deze aanpak is succesvol geweest zoals blijkt uit het groot aantal MKB-­‐ers dat participeert in de projecten van TKI Urban Energy en haar voorlopers (lees: de programma’s van de TKI’s EnerGO, Solar Energy, en Switch2SmartGrids). Met de oprichting van het MKB Steunpunt Energie & Chemie kan deze betrokkenheid verder worden uitgebreid. De TKI Urban Energy is voornemens om samen met het MKB Steunpunt en mogelijk andere partijen zoals de Duurzame Energie Koepel (koepel van brancheorganisaties waarin ca. 1000 bedrijven zijn vertegenwoordigd) hetzelfde kantoor te betrekken om de samenwerking te versterken. Naast de landelijke aanpak zijn er veel regionale initiatieven zoals Energy Valley met hun MKB ondersteuningsprogramma, maar ook in verschillende provincies worden initiatieven ontplooid. 50 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Doordat de MIT regeling vanaf 2015 ook een regionale component kent zal op verdere samenwerking met provincies worden geanticipeerd. 8.5. Overheden De TKI Urban Energy richt zich voor de toepassingsvraagstukken op de decentrale energiemarkt zodat samenwerking met bijvoorbeeld lokale overheden voor de hand ligt (what’s in a name). De drie onderliggende TKI’s zijn eind november 2013 met 9 andere partners – waaronder de 5 gemeenten Amsterdam, Arnhem, Eindhoven, Enschede en Groningen – gestart met de Green Deal Smart Energy Cities (zie onder 8.2.). De samenwerking met deze en mogelijke andere geïnteresseerde gemeenten zoals Utrecht en Almere wordt voortgezet. Door het Energieakkoord is de belangstelling voor innovaties op lokaal niveau sterk toegenomen. Dit uit zich in een intensivering van contacten op verschillende niveaus binnen de verschillende overheidslagen. Het begrip voor de noodzaak en urgentie om innovaties toe te passen in het veranderende energiesysteem neemt toe, waarbij overheden op alle niveaus ook een rol willen spelen (zie het groeiend aantal regionale energieakkoorden waarin ook telkens wordt verwezen naar het belang van innovaties). Op nationaal niveau zijn de ministeries van EZ, BZK en I&M de belangrijkste spelers voor TKI Urban Energy. Voor de innovatievraagstukken vooraan in de keten (het deel van de activiteiten dat zich onder meer richt op de ontwikkeling van productietechnologie) van de TKI Urban Energy zijn internationale overheden gesprekspartner en in het bijzonder de Europese Commissie. Deze contacten verlopen voor zonne-­‐energie met name via het European Photovoltaic Technnology Platform (EU PV TP), waarin Nederland vanaf de oprichting een actieve en op belangrijke onderdelen leidende rol speelt. Binnen het EU PV TP worden onder meer de Europese prioriteiten voor PV-­‐innovatie vastgesteld en afgestemd op de nationale prioriteiten. Verder wordt vanuit het EU PV TP samenwerking opgebouwd met de Europese bouw-­‐ en smart grids sectoren. Voor de warmteopties is het Europese Renewable Heating and Cooling Technology Platform (RHC-­‐TP) een belangrijk gremium. Ook hier geldt dat er een belangrijke invloed van uitgaat naar EU programma’s. Ten aanzien van normering en standaardisering hebben Nederlandse partijen een belangrijke inbreng in IEC Technical Committees zoals TC82 (PV), TC312 (zonnewarmte), TC113 (warmtepompen). 8.6. Internationalisatie De TKI Urban Energy maakt op het gebied van internationalisatie onderscheid naar: − R&D en innovatie, en − Exportbevordering. De eerste is vooral gericht op samenwerking met een zwaarder accent op onderzoek en ontwikkeling waarbij onderzoeksorganisaties met bedrijven samenwerken. Het tweede onderdeel is gericht op economische groei (export) met het accent op het bedrijfsleven. Strategie, doelgroepen en keuze voor landen zijn verschillend. Bovendien zijn er verschillen per programmalijn. Zo hebben partijen die werken aan innovaties in vooral Programmalijn 1 een zeer sterke internationale focus, terwijl dat (nog) veel minder het geval is voor de andere programmalijnen. R&D en Innovatie Onderzoek, ontwikkeling en innovatie hebben vrijwel altijd een belangrijke internationale dimensie in de zin dat concurrentie op gebied van geavanceerde technologie een mondiaal of op zijn minst 51 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Europees proces is. Projecten in de TKI programma’s worden dan ook langs de internationale maatlat gelegd, bijvoorbeeld door afstemming van TKI doelstellingen en ambities met Europese doelstellingen en ambities via Technology Platforms en door internationale experts in reviewcommissies. Daarnaast wordt op vele gebieden actief samengewerkt met publieke en private buitenlandse partijen, met name via projecten in het Europese 7de Kaderprogramma en zijn opvolger Horizon 2020, via projecten in ERA-­‐NET programma’s waarin lidstaten samenwerken en door participatie in geselecteerde IEA Annexen. Actieve betrokkenheid van de TKI in deze internationale gremia wordt door de TKI Urban Energy bevorderd en er wordt voor gepleit om dit ook vanuit de overheid zoveel mogelijk te stimuleren. De rol en betrokkenheid van het bedrijfsleven kunnen niet genoeg worden benadrukt in dit soort processen. Nederland speelt een zeer actieve (en op onderdelen leidende) rol in verschillende Europese programma’s, samenwerkingsverbanden en initiatieven: − Voor PV is dat o.a. het European Photovoltaic Technology Platform (EU PV TP), het Solar Europe Industry Initiative (SEII), het Solar-­‐ERA.NET, de European Energy Research Alliance (EERA) en de SET-­‐Plan Integrated Roadmap. − Voor warmte-­‐en koudeinstallatietechniek betreft dat: Belangrijke internationale industrie netwerken zijn European Heat Pump Association (EHPA), European Ventilation Industry Association (EVIA) en European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF). Research instellingen met belangrijke activiteiten op dit terrein zijn Fraunhofer ISE, AEE Intech, DTU, KTH, UPC, CEA. Internationale kennisnetwerken waarbij actief wordt aangesloten zijn: IEA-­‐ECES, IEA-­‐SHAC, IEA Heatpump-­‐program. Verder wordt mede richting gegeven aan de Europese PPP Energy-­‐efficient Building (EeB) en samengewerkt met de KIC InnoEnergy. − Bij Multifunctionele bouwdelen gaat het om afstemmingen binnen IEA implementing agreements zoals EBC (Energy in Building and Communities), SHaC (Solar Heating and Cooling), PVPS (Task 13 en Task 15 (Hogeschool Zuyd zelfs operating agent) en ECES. De industrieel-­‐bouwenaspecten passen in de E2B roadmap. − Voor de programmalijn Felexibele infrastructuur zijn belangrijke internationale netwerken IEA / ISGAN (met name partijen die gerelateerd waren of zijn aan Annexen 33, 49, 51, 60,63, 64) en het Europese Renewable Heating en Cooling Technology Platform (RHC-­‐TP). − Voor Energieregelsystemen en diensten bestaat er een goede samenwerking met Smart Grids Flanders. Daarnaast wordt in de Global Smart Grids Federation deelgenomen in 2 werkgroepen, en wordt deelgenomen in ERA-­‐Net+ Smart Grids. Er wordt geparticipeerd in Universal Smart Energy Framework (USEF), een Europees netwerk van experts voor een open architectuur die de implementatie van controle mechanismen en de ondersteunende diensten in verschillende markten mogelijk maakt, aansluitend op bestaande situaties in energiemarkten. Exportbevordering Handelsmissies, gezamenlijke matchmaking (bijv. met Smart Grids Flanders) en export-­‐initiatieven vormen belangrijke instrumenten voor het exporterende bedrijfsleven. Exportondersteuning is vooral gewenst voor het MKB. Grote bedrijven zijn in de regel goed in staat eigen export-­‐initiatieven te nemen. Om echter met bescheiden middelen en inzet enige ondersteuning te kunnen bieden is het essentieel dat er wordt gekozen uit een aantal succesvolle markten. Dat wisselt per programmalijn. Voor programmalijn 1 heeft de betrokken industrie een zeer brede en mondiale focus. Voor de andere programmalijnen zijn de markten sterker afgebakend vanwege de aard van de innovaties, bouwcultuur of energiesystemen. In bijna alle gevallen is Noordwest Europa een goede potentiële 52 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 afzetmarkt. Ook de oost en westkusten van Noord Amerika vormen interessante potentieële export markten. Voor Afrika, Zuid Amerika en Azië geldt dat in mindere mate, tenzij het speciale niche markten betreft. Het lidmaatschap van internationale industrie netwerken zoals Global Smart Grid Federation en de samenwerking met (industriële) partijen uit deelnemende landen in verschillende werkgroepen kan beschouwd worden als indirecte vorm van exportbevordering. Specifiek voor certificering is van belang dat certificaten niet alleen voor de Nederlandse markt worden ontwikkeld, maar ook kansen bieden op relevante exportmarkten, waarvoor samenwerking binnen de EU in Technical Committees van belang is. 8.7. Human Capital Agenda (HCA) Om als energiesector internationaal aan de top te blijven is een goed opgeleide beroepsbevolking met voldoende vakbekwame technische en niet-­‐technische professionals van belang. Het Nationaal Energieakkoord geeft een flinke impuls aan de werkgelegenheidsgroei de komende jaren. De ambitie is om in de periode 2014-­‐2020 ten minste 15.000 extra voltijdbanen te hebben gecreëerd voor een succesvolle energietransitie en duurzame energiesector. Bedrijven transformeren naar een nieuw business model en ICT-­‐gebruik is bijvoorbeeld voor veel nieuwe banen een drijvende kracht. De nieuwe banen en business modellen vragen andere vaardigheden, kennis en houding dan de opleidingen in Nederland voorheen boden en ook nu nog bieden. De curricula in het onderwijs dienen in staat te zijn de jeugd, werkzoekenden en zij-­‐instromers op te lijnen voor de energietransitie. Ook na afronding van een opleiding is het nodig bij te blijven in kennis én competenties om nieuwe producten en diensten te ontwikkelen en toe te kunnen passen. Het centrale doel van de HCA is het creëren van randvoorwaarden voor de werkgelegenheidsgroei tot 2020. In het bijzonder gaat het om: − het vergroten van de (zij)instroom voor voldoende personeel voor de sector energie; − de interesse bij jongeren voor de sector energie inbedden in het Voortgezet Onderwijs; − het huidige opleidingsaanbod vernieuwen zodat het beter aansluit bij de arbeidsmarktbehoefte; − de toegang en de equivalentie van opleidingen voor alle doelgroepen verbeteren. Er is vanuit de Topsector Energie een Plan van Aanpak geformuleerd en vertaald in een concrete Actieagenda. De TKI Urban Energy zal alle nodige inspanningen verrichten om de voorgestelde acties uit te voeren en op die manier een wezenlijke bijdrage te leveren aan de Human Capital Agenda. De TKI Urban Energy zal hieraan aandacht geven middels haar programma, activiteiten en tenders en door actieve participatie in het HCA kernteam van Topsector Energie onder leiding van Marsha Wagner. Belangrijk aandachtspunt vormt de aansluiting van het HBO op de relevante innovatie thema’s. Hier wordt de komende tijd extra aandacht aan gegeven. Ten aanzien van het wetenschappelijk onderwijs lijken er op dit moment minder aansluitingsproblemen. Ten aanzien van het MBO en het VMBO wordt aangesloten bij de verschillende initiatieven die via de sectorplannen en o.a. platforms worden ingericht. Hier worden vooralsnog geen eigen activiteiten voorzien. 53 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 9. Organisatie en financiën 9.1. Een nieuwe gefuseerde TKI 2015 is een overgangsjaar voor de TKI’s Solar Energy, EnerGO en Switch2SmartGrids. Operationeel werken de TKI’s in 2015 al zoveel mogelijk als een geïntegreerde TKI met een gedelegeerd bestuur (zoals in het verleden ook ZEGO, samenwerkingsverband van TKI Solar Energy en TKI EnerGO, werd aangestuurd). De feitelijke verantwoordelijkheden liggen echter in 2015 nog bij de 3 besturen van de individuele TKI’s. Vanaf 2016 zullen de drie TKI’s als één integrale entiteit verder gaan. Dit betekent dat er vanaf dan ook een nieuwe governance van kracht zal zijn. Deze TKI Urban Energy Kennis -­‐ & Innovatieagenda zal vanaf het begin van deze nieuwe entiteit van kracht zijn. Een goede timing dus! Vanaf 2016 zullen de interne aandachtspunten op de volgende onderwerpen worden geprioriteerd (in willekeurige volgorde): − Het verder versterken van kwaliteit en professionaliteit ten aanzien van de taken waarvoor de TKI staat op basis van het gezamenlijke budget. Dat zal een positief effect hebben op onderwerpen zoals: projectbegeleiding, roadmapping, visieontwikkeling en netwerkvorming; − Organiseren en betrekken van het ecosysteem. Dit is essentieel voor een sterk draagvlak in een sector die in beweging komt, waarbij partijen in de bestaande Ecosystemen van de TKI’s Solar Energy, EnerGO en Switch2SmartGrids zich moeten blijven vereenzelvigen met het nieuwe gezamenlijke programma, of in ieder geval delen daarvan. Betrokkenheid via “deelnemerschap” aan de TKI, zoals nu bij het TKI EnerGO het geval is, zal verder worden geëxploreerd. − Communicatie en uitstraling. De wenselijkheid tot bundeling van de drie TKI’s wordt door velen herkend en moet goed en op het juiste moment worden gecommuniceerd. In 2016 zal het samenwerkingsverband onder de nieuwe naam verder gaan; − Organisatie en wijze van financieren in de toekomst. De integratie van 3 TKI’s is ingezet om de noodzakelijke kwaliteit te versterken, niet als kostenbesparende maatregel. De totale omvang van de nieuwe TKI is vergelijkbaar met de som van de 3 originele TKI’s, maar de omvang van de toezichthoudende organen is kleiner. Uitgangspunt is dat de inzet van overheidsmiddelen voor programma-­‐ondersteunende activiteiten minimaal op hetzelfde niveau blijft als in de afgelopen jaren (het gezamenlijke budget van de 3 TKI’s), aangevuld met bijdragen uit de private sector. − Internationalisatie, HCA en samenwerking met het MKB Steunpunt Energie en Chemie. 9.2. De TKI-­‐organisatie De nieuwe TKI-­‐organisatie zal bestaan uit een Stichtingsbestuur, Raad van Toezicht, Strategische Adviesgroepen en een uitvoeringsorganisatie. De projectbeoordeling wordt uitgevoerd door een onafhankelijke beoordelingscommissie. Vanuit het Topteam bestaat de constructie van een AET (voor een deel bestaande uit vertegenwoordigers van het Regieteam) als adviserende en evaluerende schakel tussen de TKI en het Topteam Energie. Dit wordt nadrukkelijk gezien als klankbord voor de TKI, maar ook als een orgaan dat het Topteam goed kan informeren en adviseren over de relevante hoofdkeuzes die gemaakt moeten worden. Daarmee staat het AET op enige afstand van de TKI, maar heeft zij wel degelijk een betrokkenheid op basis van deskundigheid en pluriformiteit om de activiteiten van de TKI te beoordelen. 54 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Strategische Adviesgroepen Vanaf 2016 wordt een adviesgroep per programmalijn voorzien waarin deze Kennis-­‐ & Innovatieagenda wordt geëvalueerd en de jaarprioriteiten worden afgestemd. Deze adviesgroepen functioneren dus tevens als klankbordgroep voor de jaarlijkse programmering en voortgang. Samenstelling van deze Strategische Adviesgroepen zal enigszins dynamisch voortkomen uit de ecosystemen van de drie TKI’s. Stichtingsbestuur Voor het jaar 2015 was een gezamenlijk bestuur gevormd dat bestond uit 2 bestuurders vanuit elk van de oude 3 TKI’s (in lijn met het ZEGO Bestuur in 2014). Formeel was er geen rechtsvorm te besturen, maar bewaakte en bestuurde zij het operationele samenwerkingsverband. Vanaf 2016 zal dit gezamenlijke bestuur In principe doorgaan als het Stichtingsbestuur van de gefuseerde rechtsvorm. Net als de oude 3 TKI’s, zal ook de nieuwe TKI een Raad van Toezicht instellen. Uitvoeringsorganisatie Deze bundelde reeds in 2015 de verschillende functionaliteiten binnen een gezamenlijk team (opgebouwd met mensen uit de programmabureaus van de oude drie TKI’s). Zij vormen gezamenlijk het operationele team dat de verantwoordelijkheden op hoofdlijnen verdeelde. Dit betreft een zeer kleine organisatie en daarom is onderlinge flexibiliteit en inzetbaarheid gewenst. 9.3. Financiële middelen Kennis-­‐en innovatieagenda 2016-­‐2019 Het maatschappelijke belang, de impact op het innovatiedomein en de economische impact van deze Kennis en Innovatieagenda zijn zeer groot. Daar horen ook de nodige middelen bij. Voor de periode 2016-­‐2019 worden de volgende middelen hiervoor noodzakelijk geacht: Tabel 4: financiële middelen noodzakelijk in de periode 2016-­‐2019 2016-­‐2019 TKI Urban Energy TOTAAL privaat EUR 250 miljoen EZ innovatie EUR 165 miljoen SDE+ EUR 80 miljoen
NWO STW
EUR 50 miljoen ECN TNO EUR 40 miljoen TOTAAL publiek EUR 335 miljoen Universiteit Hogeschool + 25-­‐30% EU regio’s
EUR 50 miljoen De hoogte van de benodigde middelen, zoals opgenomen in de tabel hierboven, is in lijn met de in de afgelopen periode door de drie individuele TKI’s gehanteerde budgetten. Aan EZ Innovatiemiddelen wordt relatief iets minder gevraagd, wat wordt gecompenseerd met iets meer SDE+ middelen. Het totaal aan benodigde middelen voor NWO/STW en TNO/ECN is vergelijkbaar met afgelopen periode. Op dit moment heeft de TKI onvoldoende zicht op de precieze 1e geldstroom naar universiteiten en hogescholen die zich specifiek richten op Urban Energy gerelateerde thema’s. In de komende periode zullen deze activiteiten op universiteiten en hogescholen moeten groeien, mede door de groei en het belang van deze onderwerpen, waardoor de 1e geldstroom naar deze groepen de komende jaren met 25-­‐30% moet toenemen. Ten aanzien van Europese-­‐, en regionale-­‐, bijdragen aan projecten op Urban Energy gerelateerde onderwerpen is de verwachting dat jaarlijks ongeveer EUR 10-­‐15 miljoen aan publieke middelen beschikbaar zullen worden gesteld aan Nederlandse partijen. 55 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Bijlage 1: de vraag aan de hand van een aantal praktijkcasus
In dit hoofdstuk wordt een aantal cases aangereikt die als illustratie dienen voor hetgeen wordt beoogd met de gewenste innovaties binnen de TKI Urban Energy, gebaseerd op expliciete vragen uit de markt. Casus: hoog-efficiënte, tweezijdig werkende zonnepanelen
De elektriciteitsopbrengst van zonnepanelen in vrije opstellingen kan tot wel 20% worden verhoogd door ook licht te gebruiken dat via reflecties aan de grond of andere oppervlakken de achterzijde bereikt. In het standaardontwerp kunnen zonnepanelen alleen licht omzetten dat op de voorzijde valt. Met een aangepast ontwerp van de zonnecellen en de panelen waarin ze worden verwerkt kan echter licht van beide zijden worden omgezet. Dit biedt een relatief eenvoudige manier om de elektriciteitsopbrengst van een systeem te verhogen, respectievelijk de opwekkosten te verlagen. Tweezijdig werkende panelen kunnen verder bijvoorbeeld ook worden toegepast in verticale Noord-­‐
Zuid opstellingen, zoals in geluidsschermen. In zulke toepassingen hebben ze een opbrengstprofiel met twee pieken gedurende de dag (een in de ochtend en een in de middag), in plaats van een enkele piek rond het middaguur. Door verschillende profielen te combineren is het mogelijk een meer gelijkmatig totaalprofiel te maken, wat waardevol kan zijn bij zeer grootschalige invoeding van zonnestroom in het elektriciteitsnet. De eerste generatie tweezijdig werkende panelen is ontwikkeld op basis van de bestaande hoog-­‐
rendementstechnologie voor enkelzijdig werkende silicium cellen en panelen die Nederlandse partijen succesvol hebben geleverd aan diverse grote fabrikanten in de wereld. De nieuwe technologie voor tweezijdige cellen en panelen is inmiddels in productie bij het bedrijf Mission Solar Energy in de VS. De panelen zullen worden gebruikt voor de bouw van grote zonnecentrales in woestijnachtige gebieden, alwaar het albedo (het reflecterend vermogen van de bodem) relatief hoog is. 56 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Casus: de warmtebatterij
Ruimtes en tapwater verwarmen kan duurzaam door zonne-­‐
energie en/of warmte uit de omgeving (lucht, bodem) te benutten. Zonneboilers maken gebruik van opslag om zoveel mogelijk zonnewarmte te benutten, ook op momenten dat de zon onvoldoende schijnt. Bij warmtepompsystemen zorgt opslag ervoor dat de warmtepomp niet op piekvraag hoeft te worden ontworpen waardoor deze kleiner en goedkoper kan zijn. In de bestaande bouw is maar beperkt ruimte voor opslagvaten. Bij snelle renovaties is zelfs de wens om installaties in multifunctionele bouwdelen op te nemen, met nog sterkere eis voor compacte installaties. Opslag in de bodem (WKO) kan (nog) niet op de hoge temperaturen die nodig zijn voor tapwater en met name buiten Nederland is de bodem niet altijd geschikt. Watervaten worden nu in gebouwen toegepast voor korte termijn opslag, zoals opslag van zonnewarmte overdag voor gebruik in de avond. Bij de transitie naar een duurzaam energiesysteem in de gebouwde omgeving is er echter de vraag om warmte langer op te slaan (ca. twee weken) zodat een warmtepomp tijdelijk van het elektriciteitsnet kan worden afgeschakeld als er weinig zon-­‐ én windenergie is en anderzijds om gebruik te maken van goedkope elektriciteit als er wel veel van is (‘power2heat ofwel een warmtebatterij). Ook kan daarmee een korte vorstperiode worden overbrugd en bijbehorende piekvraag worden voorkomen. Om die langere termijn opslag mogelijk te maken, wordt gezocht naar compactere oplossingen dan opslag in water. Opslag voor de overbrugging van een seizoen, waarbij zomerwarmte in de winter wordt gebruikt, vraagt zelfs nog grotere capaciteit. Voor seizoensopslag is water ongeschikt a.g.v. grote energieverliezen door geleidelijke afkoeling en het benodigde volume is onhaalbaar groot. Thermochemische materialen hebben voor langere termijn opslag 2 voordelen: opslag kan compacter én het koelt niet langzaam af: het “laden” van de opslag vindt plaats door een chemische reactie (sorptie), waardoor warmte behouden blijft totdat de teruggaande reactie wordt aangezet, het “ontladen” van de warmtebatterij. Onderzoek en ontwikkeling van thermochemische opslag in Nederland is sterk met de start in 2010 van 2 EU FP7-­‐projecten. “E-­‐hub” (Energy-­‐hub for the built environment) beoogt een gebied energie-­‐
neutraal te maken door vraag en aanbod van verschillende aard op elkaar af te stemmen. Het werk aan componenten voor een thermochemische opslagreactor hierin toont dat de principes werken en dat op grote schaal en met groot vermogen warmte kan worden opgeslagen en vrijgegeven. Het daarop aansluitende “EINSTEIN” project, werkt aan innovatieve manieren om benodigde volumes voor opslag op systeemniveau nog verder te verlagen. In het TKI EnerGO project “TESSEL” wordt een opslagsysteem gebaseerd op silicagel gebouwd en getest, en in “Icoon” wordt een reactor gebaseerd op zeoliet in een woning geplaatst en gedemonstreerd, waarbij door een doorzichtige opbouw van de reactor het proces zichtbaar gevolgd kan worden. Het “MERITS” project, wederom een project in EU-­‐
verband, beoogt de nu bekende principes te bundelen om een modulair thermochemisch opslag-­‐
systeem op te leveren dat kan worden gedemonstreerd in verschillende klimaatgebieden in de EU, voor zowel warmte, koude, als warm tapwater. Binnen het TKI EnerGO programma is een breed consortium gestart met een meerjarenprogramma voor een “tweede warmterevolutie”. Verdere ontwikkeling is nodig op zowel systeem, apparaat als materiaal niveau om uiteindelijk marktrijpe producten te ontwikkelen met toenemende compactheid, stabiliteit en kostenreductie. 57 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Casus: multifunctionele dakelementen met PV-functionaliteit
De afgelopen jaren nemen de installatie en het gebruik van zonnestroominstallaties in Nederland sterk toe. Traditioneel worden de gebruikte zonnepanelen op de bestaande dakbedekking gemonteerd. Nadelen van dergelijke oplossingen zijn dat veel mensen ze niet mooi vinden en dat niet alle functionaliteiten van de zonnepanelen (bijvoorbeeld de wind-­‐ en waterdichtheid van de glasplaat) optimaal worden benut. Daarom is er sinds enige tijd een belangrijke ontwikkeling gaande om multifunctionele bouwelementen te ontwikkelen die onder andere ook zonnestroom kunnen opwekken. Hierin wordt het zonnepaneel dus geïntegreerd in een bouwelement of vervangt het een bouwelement. De eerste gebouwgeïntegreerde (BIPV) zonnestroomsystemen waren esthetisch al veel aantrekkelijker dan de standaard zonnepanelen die op een dakbedekking werden gemonteerd, maar de prijs van dergelijke systemen was tot wel 5 keer zo hoog. Daarom is door menig bedrijf gewerkt aan het ontwikkelen van mooie BIPV-­‐systemen die qua prijs in de buurt komen van de standaard ‘op-­‐dak’ zonnepanelen. Ook in Nederland heeft een aantal (start-­‐up) bedrijven met succes aan deze opgave gewerkt (waarvan enkele in TKI-­‐projecten), wat heeft geresulteerd in een aantal mooie, innovatieve oplossingen die tegen een marktconforme prijs geleverd zullen kunnen worden. Figuur 13: dakvullende multifunctionele dakelementen met PV functionaliteit (bron: AERspire) Deze producten zijn inmiddels dicht bij marktintroductie, maar natuurlijk zijn er nog veel wensen en eisen die in deze eerste generatie BIPV-­‐producten nog niet zijn geïncorporeerd. Enkele aanvullende eisen waaraan in de komende tijd nog onderzoek zal worden verricht zijn: -­‐ het verder verlagen van de productiekosten door integratie in bestaande productieprocessen; -­‐ het verder verhogen van het rendement van dergelijke BIPV-­‐elementen, met name voor toepassing op plaatsen met niet-­‐ideale omstandigheden, zoals gedeeltelijke beschaduwing; -­‐ het nog eenvoudiger kunnen monteren van het BIPV-­‐element / multifunctionele bouwelement; -­‐ het verder verlengen van de levensduur van het BIPV-­‐element / multifunctionele bouwelement; -­‐ het esthetisch verder verbeteren van het product en het verhogen van de ontwerpvrijheid voor de architect van het gebouw door meer vrijheidsgraden te introduceren: vorm, kleur, flexibiliteit, randafwerking, etc. 58 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Casus: het flexibel maken van elektriciteitsnetten
Onder het programma van het TKI Switch2SmartGrids zijn in 2012-­‐2014 projecten gestart, die zich richten op flexibiliteit in de elektriciteitsnetten. Het gaat om componenten en systemen, zoals onderstations, kabels en transformatoren. Zie figuur hieronder. 14: componenten en systemen die worden onderzocht op hun bijdrage aan flexibele elektriciteitsnetten Figuur Het tDASA-­‐project richt zich op het ontwikkelen van een methodiek en technologie voor de conditiebepaling van het laagspanningsnet. In het KRIS project slaan netbeheerders, industriële partners en een kennisinstelling de handen ineen voor de ontwikkeling van significant goedkopere instrumentatie voor onderstations. Met een open leverancier onafhankelijk platform dat het mogelijk maakt om gemeenschappelijk onderdelen te benutten voor verschillende functionaliteiten in één en hetzelfde MS/LS-­‐station. In het FLINK project vindt onderzoek plaats naar innovatieve vermogenselektronica voor flexibele verbindingen, die (tijdelijk) in hun capaciteit kunnen worden verhoogd. Programmalijn 4 richt zich op de toepassing van deze en vergelijkbare componenten en systemen. Zijn de componenten en systemen op zich technisch realiseerbaar, hoe ziet de business case eruit als ze toepassing vinden, welke storingen, congesties en investeringen kunnen de componenten en systemen voorkomen? En hoe gedraagt het elektriciteitsnet zich als de componenten en systemen in grotere aantallen en/of in elkaars nabijheid toegepast worden? Bij succesvolle ontwikkeling van de componenten en de systemen en met een betrouwbaar informatie-­‐ en datamanagement om grotere aantallen signalen uit de infrastructuur te verwerken en op te nemen in meet-­‐ en regelkringen, die componenten en systemen aansturen, hebben de netbeheerders mogelijkheden om met hun eigen netten de nodige flexibiliteit te realiseren. Dit naast de mogelijkheid die de netbeheerders straks hebben om, op basis van grotere hoeveelheden eigen sensoren, een beroep te doen op energiediensten van spelers op de energiemarkt volgens programmalijn 5 (energieregelsystemen en –diensten), bijvoorbeeld als een congestie in het elektriciteitsnet dreigt. 59 TKI Urban Energy : Kennis-­‐ en Innovatieagenda 2016-­‐2019 Casus: CEMS & HEMS, central & home energy management systems
Onder het IPIN, Innovatie Programma Intelligente Netten, dat startte net voor de oprichting van het TKI Switch2SmartGrids in 2012, is er in twaalf proeftuinen geëxperimenteerd met intelligente netten. Eén van de proeftuinen was YESCON (Jouw Energiemoment: smart grid met de consument) in de Muziekwijk in Zwolle. Doel was een antwoord op de vraag in hoeverre vraagverschuiving investeringen in de infrastructuur terugbrengt. De techniek omvatte een CEMS (‘central energy management system’) waarmee op basis van beschikbare netcapaciteit, lokaal opgewekte energie en APX “incentives” werden aangeboden aan de consumenten. Het HEMS (home energy management system) bood de interface met de consumenten en met “slim gemaakte” wasmachines en drogers. Dankzij een professionele interactie met consumenten en met techniek biedt de proeftuin een resultaat, dat zich laten samenvatten in de figuur hieronder. De grafiek toont het gebruik van elektriciteit voor wasmachines overdag tijdens de piek in de zon-­‐PV opwekking voor een gemiddeld EU huishouden (zwarte lijn) en voor de gemiddelde proeftuin deelnemer (rode lijn). Met het smart grid lukte het om in de zon-­‐PV piek het gebruik te verhogen en de piek in avondgebruik te verlagen. Schuiven)van)apparatuur)in)de)/jd)
Wasmachine)verschuiving)(gemeten)in)bouwfase)2)en)vergeleken)met)een)Europsees)huishouden))
Figuur 15: grafische weergave van de resultaten van YESCON Een andere IPIN proeftuin was PowerMatching City II (PMC II) in Groningen. Deze biedt, ook vanuit een woonomgeving en op basis van een professionele interactie met consumenten en met technologische innovaties, in haar recente eindrapport een indicatie van de waarde van flexibiliteit van slimme energiesystemen in de NL consumentenmarkt: tussen 1 en 3,5 miljard euro netto contant tot 2040. De waarde komt voort uit besparingen in zowel energiemarkt als netbeheer. Programmalijn 5 richt zich op de schaalvergroting van de flexibiliteit die met de proeftuinen is aangetoond. En van andere flexibiliteit, zoals bedrijven, vastgoed en industrie die kunnen bieden. In lijn met de aanbevelingen uit de proeftuinen zal de aandacht daarbij gericht zijn op kostenverlaging en standaarden, op de redelijke verdeling van kosten en baten en op manieren om de aangetoonde flexibiliteit in de vraag een waarde te geven en de flexibiliteit aan te bieden aan partijen, die ervoor willen betalen. 60