EV batterijen kunnen jaarlijks honderden miljoenen aan netverzwaring en mega-tonnen aan CO2 uitstoot voorkomen – dan moeten we wel nu gaan afspreken hoe we dat gaan realiseren.
De toename in elektrische voertuigen (EVs) en inzet van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie veroorzaken een steeds grotere druk op het elektriciteitsnet. Naar verwachting leidt dit in de nabije toekomst tot het vaker optreden van elektriciteitsuitval en verlies van overproductie uit hernieuwbare energiebronnen.
Netverzwaring vergt echter een kosten- en tijdsintensief proces, waardoor netbeheerders op zoek zullen moeten gaan naar slimme oplossingen. Naast slim laden is er over de laatste jaren steeds meer aandacht voor bi-directioneel laden van Electrische Voertuigen (EV’s).
Bi-directioneel laden
Door een tweerichting laadverbinding tussen het voertuig en het elektriciteitsnet (V2G) mogelijk te maken kan de EV batterij worden ingezet voor de tijdelijke opslag van hernieuwbare energie. Door de energie tijdelijk op te slaan kunnen grote pieken op het net in de ochtend- en avonduren worden voorkomen (zie onderstaande afbeelding).
Wereldwijd hebben er al meer dan 100 demonstratieprojecten voor V2G plaatsgevonden, maar grootschalige opschaling blijft uit. In 2022 heeft nlmtd een verkennend onderzoek uitgevoerd naar de ontwikkeling van bi-directioneel laden in Denemarken, waaruit een nationaal systeem ontwerp nodig blijkt – in samenwerking met een groot aantal belanghebbende partijen (zie onderzoek Energinet).
“Er is onduidelijkheid over de rollen, verantwoordelijkheden en belangen van de verschillende partijen, en we zien geen brede interesse vanuit hen om bij te dragen aan deze grootschalige systeemontwikkeling. We hebben niets aan nog meer pilots en proefprojecten – maar hebben urgente behoefte aan systeem design met alle stakeholders.”
Denemarken is echter niet het enige land dat capaciteitsproblemen op het elektriciteitsnet verwacht. Ook in Nederland is het elektriciteitsnet aan haar limiet (zie Capaciteitskaart Nederland). Rekening houdend met de Nederlandse ambitie van 70% meer duurzame energie uit het Klimaatakkoord (2019) en een verwachtte groei van 0,2 naar 1,9 miljoen EVs in 2030, zal deze druk ongekend toenemen als we ons niet anders gaan gedragen. TenneT verkondigde begin dit jaar dat als gevolg hiervan de leveringszekerheid van elektriciteit al vanaf 2030 in het geding komt [1].
Via het open innovatie platform Rethinking Energy brengt nlmtd verschillende partijen binnen de energiesector bij elkaar om snel tot effectieve en integrale oplossingen te komen. Door kennis met elkaar te delen, op nationaal en internationaal niveau, versnellen we de energietransitie.
Afstudeeronderzoek naar bi-directioneel laden (V2G) in Nederland
In de afgelopen maanden schreef Janine haar afstudeeronderzoek bij nlmtd – voor de master Innovation Sciences aan de TU Eindhoven. Hierin richtte ze zich op de ontwikkelingen rondom bi-directioneel laden (V2G) in Nederland. Door in gesprek te gaan met verschillende Nederlandse belanghebbende partijen werd in kaart gebracht welke rollen deze innemen en hoe zij door het identificeren van potentiële waarde verder gemotiveerd kunnen worden om bij te dragen aan een grootschalige systeemontwikkeling van V2G.
Onderstaande afbeelding geeft allereerst een vereenvoudigde weergave van het door haar geïdentificeerde V2G ecosysteem, met daarin de posities van de rollen die belanghebbende partijen kunnen aannemen en de relaties tussen deze rollen.
Uit het afstudeeronderzoek volgde daarnaast een aantal inzichten rondom de verwachte waarde – de baten min de kosten – die V2G oplevert voor belanghebbende partijen en de onderlinge discussies die hierover plaatsvinden.
Huizen, gebouwen, bedrijven(terreinen) en wagenparken
Allereerst is er de verwachting dat V2G met name via laadpunten van huizen (via V2H) en bij gebouwen, bedrijven(terreinen) of wagenparken (via V2B) zal plaatsvinden, eerder dan via publieke laadpunten (V2P). De EV staat over het algemeen en voor het grootste deel van de tijd namelijk thuis of op het werk geparkeerd. Ook kunnen op deze plekken makkelijker geïntegreerde oplossingen worden aangeboden, waar we bij publieke inzet nog voor grote uitdagingen staan met betrekking tot interoperatibiliteit van verschillende typen laadpalen, EVs en energiesystemen.
Om gebruik van eigen/lokale energieopwek bij huizen, gebouwen, bedrijven(terreinen) of in de buurt van wagenparken te vergroten kan de bi-directionele EV allereerst achter de meter worden ingezet, bijvoorbeeld door pieken in de lokale productie van zonne-energie tijdelijk op te vangen.
In Nederland geldt leveringszekerheid van net-elektriciteit op dit moment alleen voor huishoudens. Opslag van eigen geproduceerde zonne-energie via V2B kan voor bedrijven dus een slimme oplossing gaan bieden om hun toekomstige elektriciteitsvoorziening te waarborgen. Ook kunnen grootverbruikers bi-directionele EVs in het eigen energiesysteem inzetten om boetes voor piekbelasting te voorkomen.
EV aggregator
In een volgende stap kan er vanuit V2H of V2B een V2G connectie worden gerealiseerd. Een aggregator bundelt in dit geval de capaciteit of het vermogen van meerdere EVs en biedt dit vervolgens aan op de verschillende elektriciteitsmarkten:
- de energiemarkten waar energie wordt verhandeld (MWh) een dag van te voren op de day-ahead of de dag zelf op de intra-day markt;
- de onbalansmarkten (FCR) waar last-minute vermogen aan kan worden geboden voor het balanceren van het hoogspanningsnet (minimaal 1MW); en
- de lokale congestiemarkten, voor het voorkomen van lokale congestie op het laag- en middenspanningsnet.
De partij die de aggregator rol inneemt beheert vaak een groot aantal EVs en/of laadpalen. Daarnaast moet de aggregator een officiële rol in de energiemarkt innemen (als Balancing Service Provider) om hier vermogen of capaciteit aan te kunnen bieden. Producenten of leveranciers van zonne- of windenergie kunnen de geaggregeerde capaciteit via V2G gebruiken om de onbalans die zij zelf op het net veroorzaken op te heffen. In de meeste gevallen moet dit in combinatie met een batterij om de minimale bieding (1 MW) voor deze markt te behalen.
Door gebruik te maken van slimme algoritmes kan een aggregator de beschikbare EV batterijen zo optimaal mogelijk inzetten. Op kleinere schaal verwachten EV beheerders, autofabrikanten en/of laadpaalbeheerders ook een vergelijkbare rol in gaan nemen, waarin zij de flexibiliteit van EVs beschikbaar stellen voor energie marktpartijen.
Netbeheerders
De beheerder van het Nederlandse hoogspanningsnet (TSO) ziet voor zichzelf met name een faciliterende rol in het toekomstige V2G ecosysteem, waarin ze de betrokken partijen zoals netbeheerders, energieleveranciers en autofabrikanten bij elkaar brengt. De TSO kan een coördinerende rol aannemen en bijdragen aan het opzetten van een open data platform om V2G transacties in de verschillende elektriciteitsmarkten te managen en controleren. Het voordeel van V2G voor de TSO is dat het aanbod van V2G op de onbalansmarkt de prijzen in deze markt verder naar beneden kan brengen, wat balancering van het net goedkoper maakt.
Volgens het meest recente Horizon Europe SCALE V2G/V2X project in Rotterdam kunnen de pieken die zonnepanelen veroorzaken op het laagspanningsnet door inzet van de EV batterij met zo’n 14% worden beperkt [2]. Ook wezen verschillende onderzoeken uit dat inzet van V2G een kostenbesparing van zo’n 30% kan opleveren voor de netbeheerder [3]. Een inschatting op basis van berekeningen voor de UK toont aan dat Nederland honderden miljoenen per jaar aan netuitbreidingskosten zou kunnen besparen met behulp van V2G [4]. De inzet van V2G voor het beperken van congestie op het laagspanningsnet bevindt zich op het moment echter nog in een testfase. Indien de lokale netbeheerder (DSO) V2G wil gaan inzetten – om pieken op het laagspanningsnet met behulp van een lokale aggregator te reguleren – moet er nog een flinke digitialiseringsslag plaatsvinden. Volgens de DSO zal er een digitaal meet- en controlesysteem moeten komen dat inzicht geeft in de belasting op transformer en/of zelfs kabel niveau.
De TSO en DSOs zullen daarnaast intensief moeten gaan samenwerken op gebied van data uitwisseling om te voorkomen dat het aanbieden van V2G services voor onbalans op het hoogspanningsnet niet leidt tot extra pieken op het laagspanningsnet en vise versa.
Autofabrikanten (OEMs)
Een aantal OEMs biedt al vehicle-to-vehicle (V2V) of vehicle-to-load (V2L) connecties aan. Net als V2V en V2L kunnen autofabrikanten V2H, V2B of V2G straks als extra service gaan aanbieden bij de auto, eventueel in ruil voor een gedeelte van de opbrengsten.
Er zijn twee manieren om bi-directioneel laden mogelijk te maken: AC en DC laden. Binnen Nederland wordt er met name getest met AC laden, waar de omzetting van AC naar DC in de auto zelf plaatsvindt. Dit betekent dat er extra kosten zijn voor de autofabrikant, maar er weinig aanpassing nodig is in de laadinfrastructuur. In andere landen wordt er juist veel met DC laden getest. Dit vergt minder technische complexiteit. Wanneer de omvormer in de auto wordt geplaatst is er complexe software nodig en moet er getest worden met netcodes. De keuze voor AC of DC moet op Europees/internationaal niveau worden gemaakt door de OEM branchevereniging.
EV eigenaar en/of gebruiker
De EV eigenaar en/of gebruiker kan in eerste instantie V2H al gaan inzetten voor het vergroten van zelf-consumptie van eigen opgewekte groene energie. Voor de eigenaar van de EV zijn met name zorgen rondom het eventueel optreden van batterij degradatie bij gebruik van V2H, V2B of V2G. Daarnaast levert de EV gebruiker bij aanbieden van flexibiliteit een stukje mobiliteit in en onstaan er zorgen omtrent de verminderde range.
Autofabrikanten kunnen deze zorgen deels wegnemen door voor batterijen te kiezen met een groter aantal cycles, wat vanuit zowel kosten als milieu opzicht veruit voordeliger is en range anxiety voorkomt. Ook is er transparantie nodig met betrekking tot het laadgedrag van de EV om het effect op de batterij inzichtelijk te maken. Aggregators kunnen slimme algoritmes ontwikkelen die batterij degradatie minimaliseren. Daarnaast moeten zij slimme contracten met de gebruikers afsluiten en ervoor zorgen dat de marges hoog genoeg zijn om de gebruiker zijn/haar EV beschikbaar te laten stellen voor V2G services.
Overheid / Maatschappij
De inzet van V2G services heeft niet alleen voordelen voor bovenstaande partijen, maar kan ook enorme voordelen opleveren voor de gehele maatschappij. Allereerst worden enorme kosten die we voor netuitbreiding zouden moeten gaan maken beperkt, zonder dat de leveringszekerheid van ons toekomstige energiesysteem in het geding komt. De inzet van V2G zal het gebruik van meer hernieuwbare, goedkope energie stimuleren en daarmee de algehele energieprijzen naar beneden brengen. Ook zal de nationale CO2 uitstoot verminderen door het voorkomen van netverzwaring en het voorkomen van fossiele backup productie. Uit een onderzoek voor het elektriciteitssysteem van de UK bleek bijvoorbeeld dat de inzet van V2G hier op nationaal niveau al tussen de 1.8 en 5.2 mt/jaar aan CO2 emissies kan voorkomen (ten opzichte van 0.1 en 0.2 mt/jaar voor slim laden) [5].
Het behalen van deze enorme maatschappelijke voordelen vraagt echter om de huidige V2G vraagstukken omtrent dubbele energiebelasting, interoperatibiliteit en standardisatie, digitalisering van het elektriciteitsnet en data uitwisseling tijdig op te lossen.
De uitgevoerde onderzoeken in Nederland en Denemarken vragen om het vormen van een gezamelijke visie door alle belanghebbende partijen, niet alleen op nationaal maar ook op Europees niveau. Ieder land in Europa kampt met dezelfde problemen en zoekt daarbij naar oplossingen voor hetzelfde vraagstuk.
Binnen Rethinking Energy zien we kansen om van elkaar te leren. Door open te innoveren en kennis over mogelijke oplossingen met elkaar te delen kunnen we de implementatie van bi-directioneel laden (V2G) versnellen.
Mocht je interesse hebben in meer informatie over bi-directioneel laden (V2G) in Nederland en Denemarken, of Rethinking Energy, contacteer dan:
[1] TenneT (januari 2023). Rapport Monitoring Leveringszekerheid. Link.
[2] Brinkel, N. B. G., Schram, W. L., AlSkaif, T. A., Lampropoulos, I., & Van Sark, W. G. J. H. M. (oktober 2020). Should we reinforce the grid? Cost and emission optimization of electric vehicle charging under different transformer limits. Applied Energy, 276, 115285. Link
[3] Automotive-Online.nl (september 2022). Piekbelasting kwart minder door V2G inzet EVs. Link.
[4] PWC (september 2021). Waarde en weg voorwaards. RVO. Link.
[5] Aunedi, M., & Strbac, G. (September 2020). Whole-system benefits of vehicle-to-grid services from electric vehicle fleets. In 2020 Fifteenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER) (pp. 1-9). IEEE. Link
