Het goede nieuws is dat hernieuwbare energie goed is voor bijna 50 procent van de in Duitsland opgewekte elektriciteit. Het slechte nieuws is dat ze niet de flexibiliteit hebben om zich aan te passen aan de fluctuerende elektriciteitsvraag van de dag. Ze leveren alleen elektrische energie als het waait of de zon schijnt. In een perfecte wereld, ingenieurs zouden een manier vinden om de enorme hoeveelheden energie die wordt opgewekt door hernieuwbare energiebronnen op te slaan en de productie en opslag van energie te coördineren. En dat is precies wat ES-FLEX-INFRA, een gezamenlijk project onder leiding van het Fraunhofer Institute for Algorithms and Scientific Computing SCAI, beoogt te doen.

Gefinancierd door de deelstaat Noordrijn-Westfalen, het uitdrukkelijke doel van het ES-FLEX-INFRA-project is om energiesectoren te koppelen om hun infrastructuur flexibeler te maken. De hiervoor ontwikkelde software is bedoeld om energiebedrijven in staat te stellen belastingen te analyseren en te verschuiven, en opslagfaciliteiten integreren in de stedelijke infrastructuur. De TH Köln Hogeschool, Werusys GmbH &Co. KG en Rheinische NETZGesellschaft mbH hebben zich in deze onderneming aangesloten bij Fraunhofer SCAI.

"Wat gebeurt er als de vraag naar elektriciteit groot is maar de zon niet schijnt? Hoe gebruiken we de overtollige energie als de situatie omgekeerd is? Als het aandeel hernieuwbare energie blijft groeien, de conventionele inspanningen van de afzonderlijke energiesectoren om het energieverbruik te optimaliseren, zullen niet langer voldoende zijn. In plaats daarvan, het zal nodig zijn om energiesectoren zoals elektriciteit, natuurlijk gas, stadsverwarming en vervoer, " zegt dr. Bernhard Klaassen, die het project bij Fraunhofer SCAI ondersteunt. "Bijvoorbeeld, het is veel kosteneffectiever en efficiënter om belastingen te verschuiven om de opwekking en het verbruik in evenwicht te brengen, industriële restwarmte te gebruiken en thermische energie op te slaan dan om energie op te slaan in de vorm van elektriciteit."

Efficiëntie verhogen met cross-energy management

Als de verschillende energiesectoren goed op elkaar zijn aangesloten, deze sectorkoppeling kan dienen om ook de productie en opslag van warmte te reguleren. Een onvermijdelijk neveneffect van het opwekken van elektrische stroom, warmte kan zoveel meer zijn dan alleen een afvalproduct. Op z'n best, dit type cross-energy management zou een perfecte combinatie zijn van elektriciteits- en warmteopwekking gecombineerd met de optimale opslag, distributie en gebruik van deze energie. Dit zou de op hernieuwbare energie gebaseerde stroomvoorziening veel betrouwbaarder maken en op weg zetten naar mainstream acceptatie als een levensvatbare, lange termijn oplossing.

De onderzoekers voerden virtuele proeven uit in simulaties om ES-FLEX-INFRA te ontwikkelen als een software-ondersteunde oplossing, maar ze onderzochten ook het echte net van Rheinische NETZGesellschaft onder wisselende belastingsomstandigheden. Hun beoordeling had betrekking op de elektrische stroom, gas- en verwarmingssector.

Enkele van de opties die de infrastructuur flexibeler kunnen maken, zijn onder meer:

• Met behulp van warmtepompen, accumulatoren of roosters om te profiteren van restwarmte en andere warmtestromen die gewoonlijk ongebruikt blijven
• Power-to-gas-oplossingen in de praktijk brengen om methaan op te wekken met overtollige elektriciteit en tegelijkertijd power-to-gas proceswarmte af te tappen voor gebruik in WKK-systemen
• Inkoop en voeding van methaan in gasnetten en opslagfaciliteiten, en het gebruik ervan in warmtekrachtkoppelingssystemen
• Overtollige elektriciteit doorsluizen naar elektrische voertuigen of, via power-to-gas, aan voertuigen die op aardgas rijden

Eerste industriële toepassing in gebruik

"De vraag naar opslag en andere flexibele opties zal blijven groeien. De exit uit fossiele brandstoffen en kernenergie wordt alleen efficiënt en economisch succes als we erin slagen de elektriciteit aan te sluiten, warmte, gas- en transportsectoren, bijvoorbeeld door middel van elektrische mobiliteit of voertuigen aangedreven door aardgas – en profiteren van laadstroom en opslagsynergieën, ’ zegt Klaassen.

De industrie ontdekt de voordelen van sectorkoppeling. Bedrijven onderzoeken de simulatiesoftware die door Fraunhofer SCAI is ontwikkeld om hun planningsinspanningen te ondersteunen, bijvoorbeeld, voor waterstoftoepassingen. Duitslands grootste gaspijpleidingbeheerder, Het in Essen gevestigde Open Grid Europe GmbH (OGE), en anderen gebruiken het al in industriële toepassingen.