De ontwikkelingen van slimladen

De elektrificatie van de transportsector is wereldwijd in volle gang. De benodigde infrastructuur om de groeiende vraag naar elektriciteit probleemloos te kunnen faciliteren moet strategisch worden ingericht. Enerzijds om te voorkomen dat het elektriciteitsnet negatieve gevolgen ondervindt van de grotere piekvraag en anderzijds om het gebruik van elektrische voertuigen (EV’s) te stimuleren. Kennis over het slimme opladen van EV’s oftewel ‘smart charging’ is hiervoor noodzakelijk. Daarom zijn verschillende organisaties in Nederland slimladen-projecten gestart die belangrijke aspecten onderzoeken. Het doel van dit kennisdossier is om een overzicht te bieden van enerzijds de ontwikkelingen van deze projecten en anderzijds van de knelpunten van de ontwikkeling van slimladen in Nederland die zijn geobserveerd. Door vervolgens een blik te werpen in de toekomst wordt duidelijk in welke richtingen meer onderzoek vereist is.

Opkomst van elektrische auto’s

Wereldwijd werden er in 2017 meer dan een miljoen elektrische auto’s verkocht, bijna twee keer meer dan in 2016. Naast elektrische auto’s stijgt de verkoop van elektrische bussen en tweewielers ook explosief, die voorlopig hoofdzakelijk in China rondrijden. In totaal zijn er nu meer dan 3 miljoen EV’s verkocht wereldwijd, zoals te zien is in de grafiek van IEA uit het rapport Global EV Outlook 2018. Driekwart van de publieke laadpalen zijn ‘langzame’ laadpalen, terwijl er een grote toename te zien is van snel-laadpalen naast snelwegen. Naast een grotere actieradius is het toegankelijk maken van snel-laden van groot belang in het aantrekkelijk maken elektrisch rijden voor lange afstanden.

plaatje%20iea%20stijging%20ev.png
 

Wat is slimladen precies?

Naast de ontwikkeling van de snel-laadinfrastructuur is het van belang om te voorkomen dat de groeiende vraag naar elektriciteit voor het opladen van elektrische auto’s het elektriciteitsnet verstoort. In plaats van het verzwaren van de elektriciteitsnetten biedt het flexibel laden en ontladen van de aangesloten auto’s mogelijk oplossingen. Als het moment, de snelheid en de richting van het laden slim veranderd kan worden, kunnen pieken in de elektriciteitsvraag en -consumptie effectief worden ingeperkt. Hierdoor zou bijvoorbeeld, in afstemming met de accucapaciteit van de EV, de duurzaam opgewekte energie opgevangen kunnen worden, waardoor deze effectiever kan worden ingezet. Daarnaast zijn er nog andere parameters die van belang zijn in het slim aansturen van het laden en ontladen van EV’s. De variabele prijs van energie en de wensen van de chauffeur van de EV zijn twee parameters die in hoge mate bepalend zijn voor de adoptie van slimladen. In feite vormen deze verschillende parameters een complex optimaliseringsvraagstuk, waarmee wij slimladen definiëren.

Overzicht van slimladen projecten

Er zijn meerdere organisaties die in de afgelopen jaren innovatieprojecten over slimladen in Nederland hebben uitgevoerd of (mede) hebben gefinancierd. ElaadNL is daarbij een van de koplopers, die in de afgelopen jaren 20 projecten heeft uitgevoerd over verschillende onderwerpen binnen slimladen, waaronder het inductieladen, een veelbelovende techniek die voor publieke toepassing nog volop in ontwikkeling is. Een ander ElaadNL project is het onderzoek naar de impact van elektrische bussen op het elektriciteitsnet. Naast ElaadNL zijn er andere slimladen onderzoeks- en projectuitvoerders waaronder RAAK en NKL en een aantal subsidieverstrekkers waaronder TKI Urban Energy, de Europese Commissie en het NWO die in de afgelopen jaren slimladen-projecten (mede) mogelijk hebben gemaakt. Deze projecten zijn ruwweg onder te verdelen in een viertal categorieën, namelijk:

  1. Slimladen en de interactie en integratie met de energie-infrastructuur, zoals het elektriciteitsnet;
  2. Protocollen, standaarden en informatieplatforms voor data-uitwisseling om slimladen te bevorderen;
  3. Ketenoptimalisatie en –professionalisering voor het sneller en efficiënter doorlopen van processen, bijvoorbeeld wat betreft de aanvraag en aanleg van de laadinfrastructuur;
  4. Consumentengedrag: hoe wordt elektrisch rijden door consumenten ervaren, en wat beweegt hen over te stappen op een elektrische auto.

Een overzicht van lopende en afgeronde projecten is te zien in de onderstaande infographic (klik hier voor een vergroting).

Overzicht%20Slimladen%20projecten%20-%20eindversie-%20plaatje.png

Naast TKI Urban Energy financieren de Europese Commissie en NWO meerdere projecten binnen het programma systeemintegratie, waaronder SURF en SEEV4-City . Binnen de categorie ‘chain optimization & professionalization’ heeft RAAK MKB een aantal projecten gefinancierd, waaronder LEVV-LOGIC. Ook het NKL en de Europese Commissie ondersteunen binnen dat programma meerdere projecten. Zo heeft NKL recentelijk een aanvraagportaal gelanceerd dat zowel de vraag als de aanbodkant faciliteert, en co-financiert de Europese Commissie onderzoek naar ultra-snel-laden.

Het Nationaal Data-onderzoek Slimme Laadstrategieën draagt belangrijke informatie aan, omdat het data uit 12 miljoen laadsessies analyseert waarmee slimme algoritmes gemaakt kunnen worden.

Het NWO ondersteunt meerdere projecten binnen het programma over (het modelleren van) klantgedrag, zoals het project SMARTEST, dat tevens onderdeel uitmaakt van het URSES+ programma dat beschreven wordt in dit kennisdossier. Het NKL ondersteunt meerdere projecten binnen het programma dat vooral op protocollen en standaarden gericht is, waaronder het OCPI- Open Charge Point Interface. Dit project richt zich op het makkelijker uitwisselen van data tussen serviceproviders en laadpaaloperators, wat moet zorgen voor betere informatie naar de EV-rijder over de status (beschikbaarheid en locatie) van de laadpalen en inzicht in kosten voor, tijdens en na het laden.

Slimladen projecten van TKI Urban Energy

De projecten van TKI Urban Energy die zich bezig houden met slimladen, bijvoorbeeld Smart Grid In Balans (SGIB) en Power Matching City 2 (PMC2), bevinden zich vooral in het programma dat gericht is op de systeemintegratie. Vaak is het hoofddoel van deze projecten om netverzwaring te voorkomen, door de slimme aansturing van aangesloten elektrische auto’s. Uit deze projecten is informatie vrijgekomen en verzameld over de opwek en het verbruik van energie, protocollen om deze te balanceren, de beschikbare netcapaciteit, weersvoorspellingen, State-of-Charge (SOC) van de autobatterijen en apps voor de eindgebruiker. Daaruit kunnen lessen worden getrokken en vervolgstappen voor onderzoek worden geformuleerd.

  • Er is een 10 kW bi-directionele omvormer ontwikkeld om stroom uit PV direct in te koppelen in de elektrische auto. Daarnaast kan deze ook worden gebruikt voor Vehicle to Grid (V2G), waarin de elektrische auto aan het netwerk levert. Dit systeem wordt momenteel verder uitgebreid om weersvoorspellingen, gebruikersvoorkeuren en netcapaciteit te incorporeren en om meerdere EV’s aan elkaar te koppelen (multiplexing). Zo wordt de beschikbare flexibiliteit aanzienlijk vergroot. Een belangrijke vervolgstap van dit onderzoek is om dergelijke converters standaard te maken bij autofabrikanten of ervoor te zorgen dat ze toepasbaar worden op de EV’s.
  • De gebruikers van slimladen zijn bereid om hun flexibiliteit ter beschikking te stellen tegen een (kleine) financiële beloning, mits men de controle behoudt over het starten en stoppen van het oplaadproces. De financiële voordelen wegen daarin zwaarder mee dan het duurzame karakter van flexibel laden. Men prefereert een automatische aansturing boven een handmatige, omdat dit het handmatig invullen van de instellingen uit handen neemt.
  • Veel autofabrikanten geven de opgeladen status van de batterij (SOC) en andere gegevens van hun elektrische auto niet vrij aan virtuele platforms van derden. Dit verhindert het beschikbaar stellen van de elektrische auto ten bate van slimladen. Dit kan leiden tot een zogenoemde ‘user lock-in’ voor de diensten van de autofabrikant. Dit vormt een potentieel knelpunt voor de uitbreiding van slimladen in de toekomst.

Na de vele pilotprojecten lijkt het tijd voor een volgende stap: projecten op grotere schaal die de situatie in de toekomst beter reflecteren. Het ontwikkelen van de ‘spelregels’ zijn daarin essentieel. Daarin is het van noodzakelijk belang dat zowel de algoritmes voor het balanceren van de energiestromen als de diensten binnen het slimladen op commerciële basis verder worden ontwikkeld. Zo wordt er nieuw terrein betreden en leren we nieuwe lessen. Beide worden hieronder benoemd als vervolgstap.

  • Algoritmes voor het balanceren van energiestromen zijn tot nu toe vooral getest in pilots met enkele EV’s, terwijl het aantal EV’s in de nabije toekomst waarschijnlijk enorm toeneemt. In deze situatie is netverzwaring niet te voorkomen met slechts balanceer-algoritmes: opslag wordt onmisbaar, net als de integratie van de warmte- en elektriciteitsinfrastructuur t.b.v. netstabilisatie. Er moet dus meer ervaring worden opgedaan op grote schaal. Concepten als ‘Car as Power Plant’ zijn in deze context bijzonder interessant. 
  • Een andere vervolgstap is het ontwikkelen van diensten voor slimladen op commerciële basis. Ondanks een paar voorbeelden zoals Jedlix met een positief verdienmodel, zijn er projecten zoals Variabele Netaansluiting waarvan de businesscase niet positief bleek te zijn. Dit komt mede doordat diensten die netverzwaring willen voorkomen pas winstgevend worden op het moment dat er daadwerkelijk netverzwaring mee wordt voorkomen. Daar waar het net de energievraag aankan, is er geen geld beschikbaar om flexibiliteit te belonen. Tot op zekere hoogte is het dus afwachten totdat de opgedane ervaring moet worden ingezet. Ook kan op meerdere manieren invulling gegeven worden aan dit concept. In vervolgonderzoek moet antwoord worden gegeven op welke concepten werken en welke niet.

Naast diensten voor het slimladen zijn er ook initiatieven die inspelen op het delen van mobiliteit. ‘Mobility as a service’ en bijbehorende technologieën gaan in de toekomst een rol spelen. Binnen de projecten van het TKI Urban Energy speelt het Mobility Center daar op in.

Waar moet aan gewerkt worden?

Naast de lessen en vervolgstappen zijn er een aantal randvoorwaarden voor een succesvolle toepassing van slimladen in Nederland. Deze hebben te maken met regelgeving en standaardisatie. PwC heeft in 2017 een rapport gepubliceerd dat de institutionele knelpunten voor slimladen in Nederland blootlegt. Op de korte termijn kunnen de grootste knelpunten worden vermeden of gemitigeerd door een aantal maatregelen. De vier meest belangrijke knelpunten met kortetermijnmaatregelen zijn hieronder opgesomd.

  1. Door de salderingsregeling is het niet financieel aantrekkelijk voor de EV-rijders met eigen zonnepanelen om ‘achter’ de meter zelf opgewekte duurzame stroom optimaal in te zetten in combinatie met de opslagcapaciteit vanuit de auto. Zo ontstaat mogelijk een dubbele piek in het netwerk: een aanbodpiek door de opwek van zonnestroom die niet direct gebruikt wordt en een vraagpiek wanneer de EV wordt opgeladen. Op de korte termijn kan het voor EV-rijders aantrekkelijker worden gemaakt om achter de meter zelf opgewekte duurzame stroom te laden als het salderingsvoordeel verlaagd wordt in verhouding met het genoten voordeel van de eigen opwek-vrijstelling.
  2. Bi-directioneel laden kan leiden tot dubbele energiebelasting, wat een EV-rijder ontmoedigt zijn auto beschikbaar te stellen voor bi-directioneel laden. Op het moment moet de EV-rijder namelijk energiebelasting betalen over alle kWh die in zijn auto wordt geladen. De salderingsregeling voorkomt echter wel dubbele heffing bij kleingebruikers met private laadpalen. Het is onduidelijk in hoeverre dit ook bij (semi) publieke laadpalen wordt toegepast. Een tijdelijke oplossing is om de ‘heen-en-weer’ levering van elektriciteit wordt beschouwd als opslagdienst, waarover geen energiebelasting is verschuldigd. Dit omzeilt wettelijke rompslomp. Een andere kortetermijnoplossing is om saldering mogelijk te maken voor (publieke) laadpalen, waardoor ook alleen over de netto hoeveelheid geladen elektriciteit belasting betaalt hoeft te worden.
  3. Er is onvoldoende stimulans voor de uitrol van laadinfrastructuur met maximale laadcapaciteit voor slimladen. Hoe hoger de capaciteit van de aansluiting, hoe sneller een auto kan opladen en hoe meer flexibiliteit gegenereerd wordt voor de inzet van de auto voor slimladen. Een hoge capaciteit aansluiting is significant duurder dan een lagere capaciteit aansluiting, door een grotere reservering van piekbelasting en een hogere aansluitvergoeding. De tarieven voor de aansluiting worden vastgesteld door ACM. Door deze hogere kosten worden vooral aansluitingen met een lage capaciteit geïnstalleerd in het publieke domein, die diensten binnen slimladen minder tariefruimte kan bieden. Er zijn twee oplosrichtingen voor op de korte termijn, namelijk een kostenveroorzakingsprincipe en een transporttarieven gebaseerd op daadwerkelijk gebruik. Een kostenveroorzakingsprincipe zou het laden met een zwaardere capaciteitsaansluiting (3x63A) minder belasten in het geval de E-rijder kiest voor een tijdelijke ‘geknepen’ aansluiting of bij een slimladen optie. Hij betaalt het hoogste tarief voor snelladen zonder ontsluiting van flexibiliteit. Een andere optie is om de transporttarieven te baseren op het daadwerkelijke verbruik, in plaats van op de rekencapaciteit van de aansluiting. De rekencapaciteit van lichte aansluitingen (3x25A) is namelijk 4kW, terwijl de doorlaatwaarde 17kW nadert. Door de oneerlijke stimulans voor lichte aansluitingen weg te nemen, zal er een prikkel komen voor de keuze van zwaardere capaciteitsaansluitingen.
  4. Volgens de huidige regelgeving mogen netbeheerders alleen tijdelijk congestiemanagement toe passen. Zij zijn verplicht om situaties van transportschaarste zo snel mogelijk op te heffen door te investeren in netverzwaring. Anderzijds is het onduidelijk of zij wel of niet flexibiliteit mogen inkopen bij derden. Hierdoor is het onduidelijk of zij slimladendiensten mogen inzetten binnen de huidige wettelijke kaders. Op het moment is de Europese Commissie bezig om de Europese Richtlijn te herzien waardoor het regionale netbeheerders wordt toegestaan flexibiliteitsoplossingen in te zetten. Na goedkeuring van het Europese Parlement zal deze herziening worden ingevoerd in alle lidstaten.

Eigenaren van elektrische auto’s hebben heldere, consistente informatie nodig over onder andere laadlocaties, prijzen en beschikbaarheid. OCPI biedt hiervoor een goede basis, en wordt momenteel uitgebreider getest in het ECISS project. Verder moeten laadpunten standaard uitgerust zijn met een slimme meter, moeten stekkers gestandaardiseerd zijn en moet de aansluittijd van een laadpunt verkort worden. Deze professionalisering van de laadinfrastructuur is door NKL onderverdeeld in 9 onderwerpen aan de hand waarvan de voortgang kan worden gemonitord. Een ander initiatief is de Basisset Afspraken Laadpaal, gelanceerd door het NKL, waarin eenduidige richtlijnen voor het publiek laden van elektrisch vervoer worden voorgesteld.

Oplossingsrichtingen: een blik op de toekomst

Om de implementatie van slimladen te versnellen moeten op lange termijn een aantal structurele wijzigingen in wet- en regelgeving worden onderzocht en doorgevoerd. Onder deze structurele oplossingen, beschreven in het rapport van PwC, vallen voorlopig (1) een nieuwe marktordering, (2) een set aan suboptimale financiële prikkels en (3) een protocol voor data-ontsluiting en uitwisseling.

  1. Met het doel om flexibiliteit middels slimladen maximaal te benutten moet worden bezien in hoeverre nieuwe rollen en verantwoordelijkheden geïntroduceerd moeten worden en in hoeverre bestaande rollen en verantwoordelijkheden aangepast moeten worden.
  2. Er zijn verschillende financiële prikkels die de ontwikkeling van slimladen kunnen versnellen. Allereerst kan een prikkel voor het verminderen van CO2 worden geïntegreerd in een herziening van het (energie)belastingstelsel, waardoor negatieve prikkels voor duurzame energie-oplossingen worden weggenomen. Een tweede optie is het veranderen van de tarieven van netbeheerders, waardoor er een prikkel kan worden afgegeven naar de afnemers om op het juiste moment elektriciteit af te nemen. Een variabel leveringstarief waarbij verschillende tariefcomponenten in worden meegenomen is een laatste voorbeeld van een financiële prikkel ter bevordering van het slimladen. Hierdoor worden afnemers gestimuleerd hun vraag af te stemmen op het aanbod van elektriciteit.
  3. Digitale uitwisseling van gegevens is cruciaal voor het functioneren van de slimladenketen. Bepaald moet worden welke data toegankelijk moet worden gemaakt voor marktpartijen om hun taak optimaal uit te voeren of om nieuwe diensten en producten te ontwikkelen die de maatschappelijke welvaart maximaliseren.

De hierboven vermelde oplossingsrichtingen vereisen (implementatie-)onderzoek en behoeven innovatieprojecten die in aanmerking kunnen komen voor subsidie. TKI Urban Energy neemt nieuwe inzichten mee in haar jaarlijks herziene innovatieprogramma voor het daaropvolgende kalenderjaar. TKI Urban Energy vormt daarnaast consortia en verspreid kennis binnen meerdere programmalijnen en nodigt daarom alle partijen uit die kunnen bijdragen in de verdere ontwikkeling van slimladen in Nederland.

Publiek laden: ‘Op weg naar een professionele markt’

In het NKL verslag Benchmark Publiek Laden 2017 staat dat zowel de eenmalige als de periodieke kosten verwacht worden te dalen met 40% tot 2020, terwijl het gemiddelde gebruik per laadpaal omhoog gaat van 5 kWh in 2013 naar 13 kWh in 2020. Hierdoor kan er met dezelfde infrastructuur extra inkomsten worden gegenereerd. Daarnaast kan een uniform en landelijk gedragen procesnormalisatie de beoogde kostenreductie, grotendeels afhankelijk van derden zoals gemeenten en netbeheerders, teweegbrengen. Een significante kostenreductie binnen het onderhoud is alleen mogelijk als er beheer op afstand mogelijk is. In de afgelopen jaren lag de focus op het reduceren van de kosten van de laad-infrastructuur. Aangezien er momenteel aanbestedingen plaatsvinden waarbij geen subsidie is vereist, verschuift de aandacht naar het professionaliseren van de nog jonge markt van laadinfrastructuur naar een gezonde efficiënte markt.

Professionalisering is nodig voor het realiseren van een betaalbare en duurzame publieke laadinfrastructuur van elektrisch vervoer. Het NKL heeft hiervoor een Volwassenheidsmodel Publiek Laden gemaakt, om inzicht te verschaffen waar vooruitgang het meest nodig is. Daarnaast kunnen marktpartijen, overheden en andere organisaties hun status en ambitie in een eigen model uittekenen, doelen stellen en afstemmen. Met behulp van 9 verschillende dimensies worden zowel het huidige niveau als het ambitieniveau voor 2020 in kaart gebracht. Om te voldoen aan de ambitieniveaus van 2020 moet het meeste vooruitgang worden geboekt binnen het vormgeven van aanvraag- en beheerprocessen, het centraal stellen van de klant en de marktwerking. Er bestaat zorg om de noodzaak van aanwezige expertise in deze sterk groeiende sector (‘human capital’). Een aandachtpunt is de impact van de aankomende groei op de techniek en de laadinfrastructuur.

NKL%20visual.png

Het kennisplatform Anders Laden

Een van de nieuwste initiatieven van NKL is het kennisplatform Anders Laden. Op dit kennisplatform kunnen gemeenten die zich willen voorbereiden op de groei van elektrisch vervoer informatie vinden. Data, factsheets, onderzoeken, ervaringen en discussies rond alternatieve laadmogelijkheden; ze komen samen op dit nieuwe platform. Het kan slimmer, goedkoper en mooier. 

Over TKI Urban Energy

De Topsector Energie biedt jaarlijks 100 miljoen euro subsidie aan projecten en onderzoek op het gebied van energie-innovaties. Op basis van de innovatieagenda stelt TKI Urban Energy jaarlijks een innovatieprogramma op voor het daaropvolgende kalenderjaar. Dit doet zij in nauwe samenwerking met gerenommeerde bedrijven en kennisinstellingen die op dit gebied actief zijn. TKI Urban Energy is een onafhankelijke stichting met drie hoofddoelen: kennisdisseminatie, consortiumvorming en programma-ontwikkeling voor duurzame energie innovaties. Wilt u meer te weten komen over de visie en de aandachtspunten van TKI Urban Energy? Lees dan onze vooruitblik 2018. Heeft u een innovatieproject dat binnen een van onze programma’s past? Dan komt u wellicht in aanmerking voor subsidie. Kijk hier voor een overzicht de uitstaande Urban Energy tenders, die een deadline hebben van 11 september 2018. Een totaaloverzicht van de subsidies binnen het werkgebied van de TKI Urban Energy vindt u hier.

Dit kennisdossier is geschreven in overleg met een aantal experts op het gebied van slimladen, namelijk Wil Scholten van Netbeheer Nederland, Michel Wijbrands van Uneto-VNI, Arjan Wargers van ElaadNL en Roland Ferwerda van NKL Nederland. TKI Urban Energy behoudt alle aansprakelijkheid voor juistheid van de informatie gepubliceerd in dit kennisdossier. De volgende bronnen zijn geraadpleegd: