Energieberekeningen
Om deze pagina goed te begrijpen is het belangrijk om eerst de modelstructuur goed te begrijpen. De energieberekeningen zijn de belangrijkste berekeningen in dit model. Standaard wordt ieder uur voor alle buurten en andere energie assets de energievraag en aanbod per energiedrager berekend en bijgehouden. Dit kan zowel in de simulation runtime, oftewel de live grafieken, of in een keer voor ieder uur van een jaar. Een overzicht van de belangrijkste modelkarateristieken is te vinden in onderstaande tabel.
| Overzicht | Omschrijving |
|---|---|
| Tijdstap | energiebalansberekeningen per uur voor alle uren in één jaar |
| Schaalniveau | berekeningen per buurt en per energie-asset voor grotere energie-assets |
| Energiedragers | Elektriciteit, warmte, aardgas, motorbrandstoffen en waterstof |
| Grootschalige energie assets | Windmolens, zonnevelden, HSM-transformatoren, grootschalige batterijen, warmtenet |
| Kleinschalige energie assets (per buurt) | Zon op dak, huishoudens, bedrijven, auto's, bedrijfswagens, trucks, batterijen, aardgasketel, (hybride) warmtepomp |
De energiebalans wordt berekend in een vaste volgorde. Beginnende met de vraag en opwek voor de verschillende sectoren en energiedragers (stap 1-5). Vervolgens wordt in stap 6-8 de inzet van verschillende flexibiliteitsoplossingen berekend. De stappen worden in onderstaand overzicht verder uitgelicht. Voor de bronnen van de data, profielen en aannames kijk bij data en aannames. Voor de hoeveelheid van de verschillende energie-assets binnen een buurt in verschillende scenario's kijk ook naar de uitleg onder knoppen en sliders.
1. Warmtevraag
Stap 1 in de energieberekeningen per uur is om op buurtniveau de warmtevraag te berekenen. Dit gebeurt op basis van de huidige gasvraag in buurten voor kleinverbruikers (CBS data) en grootverbruikers (combinatie data omgevingsdienst en gegevens op gemeente niveau). Vervolgens wordt deze gasvraag uitgesplits in een gedeelte ruimteverwarming, warm tapwater en gas voor processen in de industrie. De warmtevraag voor ruimteverwarming en tapwater wordt daarna gebruikt als input voor de warmteopwek. De warmtevraag wordt uitgesplits naar een vraag per uur op basis van de verbruiksprofielen 2022 zoals opgesteld door MFFBAS en weerdata (temperatuur per uur) vanuit KNMI.
2. Warmteopwek
Stap 2 in de energieberekeningen is de warmteopwek. Op basis van de warmtevraag uit stap 1. en de verdeling van warmteopwek methodes voor zowel de huishoudens als de bedrijven wordt de warmteopwek berekend. Er zijn vier technieken waarmee aan de warmtevraag voldaan kan worden, gasketels, all-electric warmtepompen, hybride warmtepompen, en het warmtenet. - Gasketels geven een vrij eenvoudige berekening waar de warmtevraag per uur wordt vermenigvuldigd met de efficiëntie van gasketels om tot de aardgasvraag per uur te komen - All-electric warmtepompen werken op een soortgelijke manier, waar de warmtevraag per uur wordt vermenigvuldigd met de Coefficient of performance of COP om tot de elektriciteitsvraag per uur te komen. Deze COP is afhankelijk van de brontemperatuur (in dit geval de buiten temperatuur) en de benodigde aflevertemperatuur. Deze wordt dus ook per uur berekend wat zorgt voor een veel hoger gebruik op momenten dat de buiten temperatuur erg laag is. - Hybride warmtepompen zijn een combinatie van warmtepompen en gasketels. Hybride warmtepompen schakelen om als de COP van de warmtepomp te laag is, wat tot hoge elektriciteitskosten en netbelasting leidt. Dit gebeurt bij een vaste COP van 2.6, wat is gebaseerd op het energietransitie model en aansluit bij kostenberekeningen voor het meest efficiënte moment van deze omschakeling. - Voor warmtenetten nemen wij hoge temperatuur netten aan waarbij zowel de warmtevraag voor ruimteverwarming als tapwater door warmte uit het net geleverd kan worden. Dit resulteert dus in warmtenetten die de som van de warmtevraag van alle aansluitingen plus de verliezen in de buizen moeten leveren.
3. Mobiliteitsvraag
Stap 3 in de energieberekingen per uur is de mobiliteitsvraag, en de resulterende vraag naar brandstoffen of elektriciteit. Als eerste wordt de mobiliteitsvraag per uur berekend door profielen (o.a. op basis van het Albatross model) te vermenigvuldigen met het aantal auto's, bedrijfswagens, en vrachtwagens. Voor elektrische voertuigen wordt op basis van deze mobiliteitsvraag per uur laadprofielen opgesteld, waarbij voertuigen laden op basis van hun ritten en state-of-charge. Voor brandstofvoertuigen is de vraag per uur uitgemiddeld op de totale vraag per jaar, dit om wel een overzicht te geven van de hoeveelheid in de energiegrafieken per uur, maar niet te exact te willen zijn over wanneer er getanked wordt omdat het specifieke moment van tanken niet belangrijk is, in tegenstelling tot het moment van laden voor elektrische voertuigen.
4. Basislast elektricieitsvraag
De basislast elektriciteitsvraag is de vraag van alle apparaten in huishoudens, bedrijven, en utiliteit die niet onder de mobiliteits -of warmtevraag valt. Oftewel, de elektricteitsvraag onafhankelijk van stap 2 en 3, waar extra vraag door warmtepompen en elektrische voertuigen wordt toegevoegd. De basislast wordt berekend op eenzelfde manier berekend als de warmtevraag, waar het jaartotaal van de elektriciteitsvraag in buurten voor kleinverbruikers (CBS data) en grootverbruikers (combinatie data omgevingsdienst en gegevens op gemeente niveau) wordt vermenigvuldigd met de 2022 profielen van MFFBAS. Hiermee wordt een adequate middeling bereikt die geschikt is voor analyses op buurtniveau met een groot aantal verbruikers per buurt.
5. Elektriciteitsopwek
Eletriciteitsopwek is onderverdeeld in 4 categoriën - Zop op dak kleinschalig: De totale hoeveelheid opgesteld vermogen zon op dak wordt per buurt bepaaldt door de huidige data en scenario instellingen. Vervolgens wordt dit totaal vermenigvuldigd met een gemiddeld opwekprofiel per kWp opgesteld vermogen op basis van hetzelfde weerjaar als de temperatuur. - Zon op dak grootschalig: De totale hoeveelheid opgesteld vermogen zon op dak wordt per buurt bepaaldt door de huidige data en scenario instellingen. Vervolgens wordt dit totaal vermenigvuldigd met een gemiddeld opwekprofiel per kWp opgesteld vermogen op basis van hetzelfde weerjaar als de temperatuur. - Zon op land: De totale hoeveelheid opgesteld vermogen zon op land is een samenvoeging van zon in zoekgebieden, restruimten en overig, en wordt per buurt bepaaldt door de huidige data en scenario instellingen. Vervolgens wordt dit totaal vermenigvuldigd met een gemiddeld opwekprofiel per kWp opgesteld vermogen op basis van hetzelfde weerjaar als de temperatuur. - Windturbines: Het totale aantal windturbines per buurt wordt bepaaldt door de huidige data en scenario instellingen. Vervolgens wordt per wind turbine gekeken naar de hub hoogte om de windsnelheid op deze hoogte te bereken o.b.v. de windsnelheid op 10m hoogte vanuit KNMI weergegevens. Vervolgens wordt deze snelheid ingevoerd in een power curve functie voor een typische windmolen. De resulterende opwek is gecalibreerd op een gemiddeld jaartotaal wind in Nederland.
6. Netbelasting
De netbelasting wordt uitgerekend door de opwek af te trekken van de vraag. Vervolgens wordt op buurtniveau bepaald of de belasting boven of onder de maximale belasting van de buurt komt. Hierbij is dus een totale maximale belasting per buurt aangenomen, wat een vereenvoudiging is ten opzichte van de daadwerkelijke nettopologie.
7. Slim laden en demand-side management
Slim laden en demand-side management werken in deze versie alleen nog om overbelasting op het net te voorkomen. Bij overbelasting aan de afname kant kan slim laden een rol spelen. Bij slim laden zullen voertuigen hun elektriciteitsvraag tot maximaal 6 uur uitstellen afhankelijk van de ruimte in het net. Mocht er na 6 uur nog steeds geen ruimte zijn zullen de voertuigen alsog deze vraag gaan inhalen om er zeker van te zijn dat ze niet zonder te hebben geladen aan hun volgende rit beginnen. Deze methode is een vereenvoudiging ten opzichte van bijvoorbeeld bedrijventerrein modellen waar individuele auto's en trucks worden gesimuleerd, zodat het algoritme exact rekening kan houden met de laadvraag en ritpatronen van deze individuele voertuigen. Op grotere aantallen zoals in het geval van buurten kunnen we aannemen dat voertuigen deze laadvraag tot 6 uur kunnen uitstellen.
7. Batterijen
Net als slim laden worden batterijen in deze versie alleen ingezet om overbelasting op het net te voorkomen. In de realiteit zullen bedrijven ook op andere manieren als de spotmarkt en onbalansmarkten aan hun batterijen willen verdienen, wat de business case en aansturing zal aanpassen. Daarnaast is het batterijalgorithme nog niet geoptimaliseerd aangezien er geen voorspelling van toekomstig gebruik en aanbod wordt gedaan. In plaats daarvan wordt op basis van de afgelopen dagen gekeken of het waarschijnlijk is dat er op de gesimuleerde dag afname of opwek congestie op zal treden. Als dit het geval is zal in het geval van opwek congestie de batterij ontladen zodat er ruimte is de batterij te vullen bij te veel opwek. In het geval er afname congestie is zal de batterij zich juist vullen, zodat deze kan ontladen in het geval van een hoge vraag.
8. Curtailment
Als er na slim laden en de batterijen nog steeds sprake is van opwekcongestie zal curtailment worden toegepast. Dit betekend dat de opwek van duurzame bronnen zal worden afgekoppeld tot deze geen congestie meer veroorzaken. Dit gebeurt op dit moment alleen voor de kleinschalige opwek van zon omdat er geen data is over de aansluitcapaciteit van grootschalige opwek locaties.