Hoewel DC-technologie in de gebouwde omgeving nog vrij nieuw is er op het niveau van hoogspanningsverbindingen voor transport van elektriciteit over grote afstanden is er al langer sprake van commerciële toepassing van DC. Voorbeeld is de NorNed kabel (2008), de onderzeese DC verbinding tussen Noorwegen en Nederland over 580 km. Maar voordat DC met enige schaalgrootte een plek kan krijgen in de gebouwde omgeving zal de technologie eerst nog verder ontwikkeld moeten worden.
Er is een aantal trends die de ontwikkeling van DC-netten in de gebouwde omgeving aanjagen. De meest belangrijke trend is de elektrificatie van het energiesysteem. De toename in elektrische voertuigen, warmtepompen, en elektrisch koken zorgen voor een toename in de piekbelasting, wat het huidige netwerk overbelast. Ook decentrale opwek kan zorgen voor overbelasting van het net. Dit kan worden beperkt door het net slim aan te sturen. Daarin heeft gelijkspanning het voordeel dat informatie benodigd voor het slim aansturen van apparaten over de elektriciteitskabel zelf gestuurd kan worden en er geen extra fysieke verbinding nodig is zoals bij AC. Ook is het lokaal balanceren van het spanningsnet makkelijker, door gebruik te maken van ingestelde bandbreedtes om het spanningsniveau te limiteren. Daarbij werken accu’s van elektrische auto’s, zonnepanelen en ledverlichting allemaal al op gelijkspanning, waardoor omzetting niet nodig is. Andere trends die bijdragen zijn de toename van digitalisering en draagbare apparaten die ook op gelijkspanning worden geladen en verbeterde vermogenselektronica. Dat laatste is belangrijk omdat DC-netten alleen met vermogenselektronica kan worden beveiligd terwijl AC-netten ook mechanisch kunnen worden beveiligd.
Buiten de bijdrage die DC-netten in de energietransitie kan leveren, hebben DC-netten nog een aantal technische voordelen zoals besparing van energie, ruimte en materialen, verlenging van levensduur van componenten en minder storingen van de elektrotechnische omvormers. Echter zijn er ook nadelen aan gelijkspanningsnetten, waarbij de meest prominente de achterstand is die het op wisselspanningsnetten heeft. Zowel op het gebied van de doorontwikkeling van componenten als aanwezigheid van kennis en kunde bij installateurs loopt DC achter. Ook wet- en regelgeving en normalisatie en standaardisatie omtrent gelijkspanning is nog lang niet op het niveau als dat van wisselspanningstechnieken. Verder is het gezien het hele systeem op AC is ingericht erg moeilijk om om te schakelen.
De uitgangspositie en de potentie van gelijkspanning verschilt per marktsegment. TKI Urban Energy maakt daarbij doorgaans een onderscheid in de volgende marktsgementen: woningen en utiliteitsgebouwen, glastuinbouw, laadinfrastructuur, openbare verlichtingsnetten en lokale DC-netten.
Op het gebied van het gebied van gelijkspanning werkt TKI Urban Energy nauw samen met Stichting Gelijkspanning Nederland (SGSN). SGSN is van mening dat gelijkspanning een zinvolle bijdrage aan de energietransitie kan leveren. SGSN doet dat door kennis van DC te verzamelen en verspreiden. Dit doet zij door projecten te initiëren en eraan deel te nemen. De SGSN spant zich actief in om lessons learned uit diverse projecten voor iedereen inzichtelijk te maken. Zoals Pepijn van Willenburg, voorzitter van de SGSN zegt: “De gelijkspanningswereld is sterk in ontwikkeling en zal er volgend jaar weer anders uit zien dan nu. Voor ons ligt er een uitdaging om bijeenkomsten te blijven organiseren met technische inhoudelijke diepgang met onze volgers van het eerste uur en tegelijkertijd nieuwe mensen aan te trekken. De energietransitie zullen we met z’n allen moeten gaan doen en daarbij het belang van DC niet vergeten.“
Roadmap Gelijkspanning
Op verzoek van TKI Urban Energy heeft Berenschot in 2018 een roadmap opgesteld voor DC in de gebouwde omgeving. De doelstelling van deze roadmap is om inzicht te verschaffen in het huidige en toekomstige potentieel voor DC in Nederland en daarnaast in welke innovaties daartoe moet worden ingezet. Ook is inzicht gewenst in de internationale ontwikkelingen waar Nederland een bijdrage aan kan leveren. In 2020 heeft Berenschot een verdere verdieping en actualisatie aangebracht op deze roadmap. Dit heeft geresulteerd in een vijftal whitepapers, die voor elke van de bovengenoemde marktsegmenten uiteenzet hoe het er op dit moment met gelijkspanning ervoor staat. Daarnaast is er een rapportage opgeleverd die ingaat op de toepassing en ontwikkeling van gelijkspanning algemeen.
Woningen & Utiliteit
DC-toepassingen in woning en utiliteit (bedrijfsgebouwen) kunnen ervoor zorgen dat er mogelijk minder energieverliezen optreden, materiaal uitgespaard kan worden en dat apparatuur makkelijker gestuurd kan worden, actief dan wel passief. Deze sturing heeft als potentieel voordeel een betere afstemming met opwek achter de meter en het voorkomen van congestie op het net. De adoptie van DC in woningen en utiliteit heeft daarbij wel een aantal knelpunten namelijk (1) normalisatie, (2) veiligheid en (3) stimulans voor consumenten (gebouwgebruikers en -eigenaren). Zoals geschetst in het onderstaande figuur is de toepassing van gelijkspanning in woningen en utiliteit nog niet ‘market ready’ en lijkt dit lastiger te zijn in woningen dan in utiliteit door de hoge complexiteit in woningen. De verwachting is de gelijkspanning op het gebied van woningen en utiliteit pas tussen 2025 en 2035 market-ready zal zijn.
Glastuinbouw
DC-toepassingen in de glastuinbouw kunnen ervoor zorgen dat materiaal langer meegaat en dat apparatuur kan reageren op veranderende spanning, waardoor beschikbare capaciteit beter geregeld kan worden en er minder energieverliezen optreden. De adoptie van DC in de glastuinbouw heeft daarbij wel een aantal knelpunten namelijk (1) hoge financiële risico’s, (2) achterlopende adoptie van LED, (3) ontbreken van een proof-of-concept en (4) hoge investeringskosten en complexiteit van een lokaal net. Deze knelpunten zorgen er niet alleen voor dat een DC-net nog niet geïmplementeerd is, maar ook dat er nog maar weinig geëxperimenteerd wordt in deze sector. Hoewel in de roadmap van 2018 verwacht werd dat gelijkspanning in de glastuinbouw market-ready zou zijn in 2020 is deze verwachting in de update opgeschoven naar 2025 door de weinige ontwikkelingen op dit gebied (zie figuur).
Laadinfrastructuur
Gelijkspanningstoepassingen in de laadinfrastructuur kunnen ervoor zorgen dat er minder energieverliezen optreden, materiaal uitgespaard wordt en langer mee gaat, en dat de laadinfrastructuur kan reageren op de belasting op het net. Bij gelijkspanningstoepassing in laadinfrastructuur zijn er wel een aantal knelpunten, namelijk: (1) de huidige software van elektrische auto’s, (2) beschikbaarheid en kosten van onderdelen en (3) het genereren van een ‘level playing field’ in tenders. Het snelladen gebeurt op sommige plekken al op gelijkspanning, daarmee valt te beargumenteren dat de techniek market ready is. Hiermee ligt de status van de technologie voor op de geschetste tijdlijn in figuur 4. Er zijn echter verschillende manieren om gelijkspanning in laadinfrastructuur toe te passen (lokaal DC-microgrid tussen zon-Pv en elektrische auto en een DC-laadplein) en beide zijn nog niet even ver in ontwikkeling.
Openbare verlichting
De toepassing van gelijkspanning in de openbare verlichting (OVL) zorgt ervoor dat er meer vermogen binnen bestaande netten getransporteerd kan worden waardoor parallelle benutting van OVL-netten mogelijk wordt. Daarnaast gaat de levensduur van de ledlampen in het net omhoog en is powerlinecommunicatie (PLC) mogelijk waardoor adaptieve verlichting wordt gefaciliteerd. De adoptie van DC in OVL heeft daarbij wel een aantal knelpunten voor de adoptie namelijk (1) kosten van DC-componenten, (2) regelgeving rondom parallelle benutting en (3) vertrouwen en bekendheid. De marktadoptie lijkt de verwachte trend te volgen, maar monitoring hierop is niet direct aanwezig. Het type projecten is nog relatief kleinschalig en gericht op demonstratie. Dit houdt in dat de technologie ‘market ready’ is, maar nog geen marktaandeel heeft van >10% zoals weergeven in de tijdlijn.
Lokale DC-netten
DC-toepassingen in lokale DC-netten kunnen er in potentie voor zorgen dat er minder energieverliezen optreden en bestaande en nieuwe netten beter worden benut, waardoor materiaal uitgespaard wordt. De adoptie van DC in lokale netten heeft daarbij wel een aantal knelpunten namelijk het ontbreken van (1) MKBA, (2) ketenintegratie, (3) experimenteerruimte en (4) erkende meetapparatuur. De afgelopen jaren is er weinig gebeurt op het gebied van lokale DC-netten. De marktadoptie van lokale DC-netten loopt volgens het geschetste beeld in de Roadmap. Er wordt voorlopig niet verwacht dat dit marktsegment ‘market ready’ zal zijn.
Een overzicht van alle projecten binnen het kader van TKI Urban Energy kan gevonden worden via de projectenapplicatie van de Topsector Energie.
Bekijk hieronder een aantal video's waarin verschillende onderdelen worden toegelicht.