Elektrische auto’s slim laden en ontladen

De elektrificatie van de transportsector is wereldwijd in volle gang. Door de opkomst van elektrisch rijden stijgt de vraag naar elektriciteit op bepaalde piekmomenten. De uitrol van de benodigde laadinfrastructuur zal strategisch moeten worden ingericht om de groei van elektrische voertuigen (EV’s) probleemloos te kunnen faciliteren. Daarvoor is het niet alleen nodig om laden op verschillende locaties te stimuleren, maar ook oog te hebben voor de inpassing van elektrisch laden in het elektriciteitssysteem. Dat is o.a. nodig om te voorkomen dat het elektriciteitsnet onnodig verzwaard moeten worden vanwege de piekvraag naar elektriciteit.

Het slim aansturen van de laadvermogens van EV’s noemen we Smart Charging, ofwel slim laden. Slim laden kan voor verschillende doelen worden ingezet. Zo kan het een belangrijke bijdrage leveren aan het balanceren en flexibiliseren van het elektriciteitssysteem. Zo biedt slim laden niet alleen een uitdaging maar ook een oplossing voor de stabiliteit van de elektrische infrastructuur. Nederland kan met recht een voorloper op dit gebied genoemd worden.

In dit kennisdossier lichten we eerst de opkomst en rol van elektrische voertuigen in het energiesysteem van de gebouwde omgeving toe. Slim laden en de mogelijkheden die dit biedt komen vervolgens aan bod. Daarna bieden we een overzicht van de activiteiten van verschillende partijen die actief zijn op het gebied van slim laden en ontladen en geven aan waar je terecht kun voor aanvullende informatie. Ten slotte blikken we vooruit naar welke toekomstige innovaties verwacht en gewenst worden.

Opkomst en groei van elektrische voertuigen

De markt voor elektrische vervoer groeit ontzettend hard. Wereldwijd werden er in 2018 twee miljoen elektrische auto’s verkocht en eind 2018 bedroeg het totale aantal elektrische auto’s meer dan vijf miljoen. In China en vele westerse landen is het marktaandeel van elektrische autoverkoop afgelopen jaren snel gegroeid en lag in 2018 typisch tussen de 2% en 5% van de totale autoverkoop, zoals te zien is in de grafiek van IEA uit het rapport Global EV Outlook 2019.

Figuur 1. Verkoopcijfers en marktaandeel van elektrische auto’s in diverse regio’s. Bron: IEA

2019 was met 67 duizend nieuwe auto’s en een marktaandeel van bijna 15% een recordjaar voor de elektrische auto in Nederland. Ook het aantal laadpunten neemt snel toe in Nederland, zoals blijkt uit doorlopende rapportage over EV statestieken (zie figuur).

Figuur 2. Groei van laadpunten voor EV’s in Nederland. Bron: RVO

De ontwikkelingen op het gebied van zowel beleid als techniek maken het aannemelijk dat deze snelle groei zich door zal zetten. Zo is in het regeerakkoord van 2017 al vastgelegd dat er in Nederland vanaf 2030 alleen nog maar emissieloze auto’s verkocht mogen worden, en in het klimaatakkoord is overeengekomen dat er gestreefd wordt naar circa 2 miljoen elektrische voertuigen (incl. hybride) en 1,8 miljoen laadpalen in Nederland in 2030. Er komen de komende jaren tientallen nieuwe EV modellen op de markt die qua kostprijs en specificaties steeds aantrekkelijker worden. Steeds vaker wordt de verwachting uitgesproken dat er al voor 2025 kostprijspariteit met conventionele auto’s wordt bereikt, zoals in deze publicatie van de ICCT. De elektrische auto wordt het nieuwe normaal. Daarnaast werken gemeentes en de branchevereniging voor transport en logistiek (TLN) aan zero-emmissie binnensteden, waar de bevoorrading in de binnensteden door elektrische voertuigen wordt gedaan. Dit zorgt voor een extra impuls in de opschaling van elektrische logistieke voertuigen. En ook het busvervoer schakelt zeer snel over op elektrisch rijden. Volgens een schatting van ElaadNL zou in 2025 al driekwart van het busvervoer elektrisch kunnen zijn.

Elektrische voertuigen als onderdeel van het elektriciteitssysteem

Elektrisch vervoer speelt een belangrijke rol in de wereldwijde ambitie om de uitstoot van broeikasgassen te verlagen. Enerzijds doordat het gebruik van elektriciteit beter aansluit bij de beschikbare hernieuwbare bronnen als zonne- en windenergie en anderzijds door het veel hogere rendement van elektrische auto vergeleken met diesel en benzineauto’s. In Nederland zijn die ambities vastgelegd in het Klimaatakkoord. Voor de verschillende sectoren met CO2-uitstoot zijn missies geformuleerd om in 2050 meer 95% reductie in CO2-uitstoot te realiseren. EV’s spelen logischerwijs een grote rol in het streven om in 2050 een emissievrij mobiliteitssysteem te hebben. Maar ook in de verduurzamingsambities van de gebouwde omgeving is een belangrijke rol weggelegd voor elektrisch vervoer en de laadinfrastructuur. De opslagcapaciteit, het laadvermogen en het verbruik van EV’s zijn namelijk significant in verhouding tot het elektriciteitsverbruik in de gebouwde omgeving (zie tabel 1).

  Elektrische energie (kWh) Typisch elektrisch vermogen (kW)
Gemiddelde accu van EV 50 11
Gemiddeld verbruik EV per dag 7 11
Gemiddeld verbruik huishouden per dag (excl. EV en WP) 8 -
Gemiddeld verbruik warmtepomp per dag 5-8 2,5-3
Gemiddelde opbrengst zonnepaneelsysteem per dag 5-25 1-5

Tabel 1. Elektrische vermogens en energieverbruik in de gebouwde omgeving

De opkomst van de elektrische vervoer betekent dat er een new kid on the block ontstaat in het elektriciteitssysteem van de gebouwde omgeving. Dit leidt tot een toename in elektriciteitsverbruik en bovendien tot grote piekvraag Elektrische auto’s kunnen tijdens het opladen grote elektrische vermogens vragen (zie tabel). Als iedereen z’n auto op hetzelfde moment laat laden, bijvoorbeeld na een werkdag om zes uur ’s avonds bij thuiskomst, dan kan dit lokaal leiden tot overbelasting van het elektriciteitsnet.

Om de elektriciteitsvoorziening stabiel te houden en overbelasting van elektriciteitsnetten te voorkomen, zal het elektriciteitssysteem van de toekomst meer flexibel worden. De vraag en aanbod naar elektriciteit zal dan op een slimme manier meer dynamisch op elkaar afgestemd worden. Het slim aansturen van de laadvermogens van EV’s noemen we Smart Charging, ofwel slim laden. In dit proces zit veel ‘flexibiliteit’ die kan bijdragen aan het energiesysteem.

Wat is slim laden?

Het slim aansturen van de laadvermogens van EV’s noemen we Smart Charging, ofwel slim laden. ElaadNL geeft in haar Smart Charging Guide een uitstekende introductie tot slim laden. De onderstaande figuur uit dit document geeft de verschillende varianten van slim laden overzichtelijk weer:

Naast sneller, langzamer of uitgesteld kan er dus ook energie uit de batterij van de auto terug geleverd worden. Wanneer deze energie wordt teruggeleverd aan een gebouw dan spreken we van Vehicle-to-Building; gaat dit rechtstreeks naar elektriciteitsnet dan spreken we van Vehicle-to-Grid.

Om slim laden daadwerkelijk in te zetten, zijn enerzijds slimme componenten nodig, zoals laadpunten of elektrische voertuigen die de doorvoer kunnen sturen, en anderzijds een communicatie-infrastructuur. Het slim laden kan via een aantal ‘routes’ georganiseerd worden: via de elektrische auto, via de laadpaal en/of via een Building-Energy-Management-System. Het kennisdossier ‘het ontsluiten van flexibiliteit’ gaat hier verder op in.

 

Als slim laden verstandig wordt ingezet, kan het bijdragen aan verschillende doelen: Het daadwerkelijk laden met duurzame energie op die momenten dat de duurzame energie ook wordt opgewekt; het voorkomen van onbalans op het elektriciteitsnet; het verlagen van piekbelasting en daarmee het voorkomen van congestie (‘file’) op het net en het voorkomen van onnodige verzwaring van elektriciteitsnetten. Dit biedt aanzienlijke economische en maatschappelijke winst.

In het nationaal dataonderzoek slimme laad strategieën wordt uitgebreid verkend hoe slim laden ingezet kan worden om de energievraag van EV’s te optimaliseren naar het energie-aanbod en netcapaciteit - op netniveau en op aansluitingsniveau.

Kansen voor slim laden

Twee belangrijke aspecten die bepalen of slim laden effectief wordt ingezet, zijn het verdienpotentieel en het maatschappelijk enthousiasme. Simpel gezegd moet er een economisch voordeel zijn, als men slim wil gaan laden, en moet dit zonder al teveel moeite te organiseren zijn.

Wanneer we in ogenschouw nemen dat de elektriciteitsprijs (en de onbalansprijs), de netbelasting, de parkeertijd en de eventuele parkeerkosten variabele parameters zijn, dan ontstaat het complexe optimaliseringsvraagstuk dat wij slim laden noemen. Meer informatie over de verdienmodellen en maatschappelijke waarde van energie-flexibiliteit is in dit kennisdossier uiteengezet.

TKI Urban Energy voorziet dat de opkomst van de elektrische auto een belangrijke versneller gaat zijn om flexibiliteit te ontsluiten bij burgers en bedrijven. Slim laden heeft namelijk relatief weinig impact op het comfort van de consument, terwijl de elektrische auto veel meer flexibiliteit kan leveren dan bijvoorbeeld een warmtepomp. Bovendien zijn er breed geaccepteerde protocollen voor slimladen, zoals OCPP. Elektrisch vervoer, gestuwd door kapitaalkrachtige bedrijven, kan daardoor de weg plaveien waar andere flexibiliteitsbronnen als warmtepompen en batterijen vervolgens op aanhaken.

Slim laden: thuis, op het werk of in de publieke ruimte?

Afhankelijk van de locatie van de auto-laadpaal combinatie ontstaan er verschillende marktsegmenten voor Smart Charging. In het geval van publieke laadpalen zal er interactie zijn tussen de auto en het lokale en nationale elektriciteitsnet. Er ontstaat dan een waardeketen tussen autogebruiker, laadpaal en netbeheerders en energieleveranciers. Bij private laadpalen, laadpalen die vanuit woningen en bedrijven worden gevoed, ontstaan er extra mogelijkheden om de elektrische auto in te zetten als buffer en om lokaal opgewekte energie van bijvoorbeeld zonnepanelen op te slaan. De waardeketen wordt dan uitgebreid met de gebouwgebruikers.

Op locaties met meerdere laadpunten (laadpleinen) kan met slim laden bovendien de elektriciteit slim verdeeld worden over gelijktijdig ingeplugde EV’s, om zo toch het piekvermogen laag te houden.

Ook kunnen extra batterijen worden ingezet om met hoge vermogens te kunnen laden, zonder het elektriciteitsnet extra te belasten. Door een batterij verspreid over de dag op te laden, of juist op momenten dat er stroom en capaciteit beschikbaar is, kan je ervoor zorgen dat je op hoge vermogens vanuit de batterij kunt laden, zonder dat het elektriciteitsnet overbelast raakt. Een voorbeeld van zo’n heavy duty laadpunt is de SprintCharge®, waar dit concept wordt toegepast voor het laden van stadsbussen.

Laadlocatie Kosten (€ct/kWh)
Thuis 23
Thuis met zonnepanelen ~10
Bij werkgever (grootverbruiker) ~10
Publiek 20-60, gemiddeld 41
Snelladers 25-79, gemiddeld 60

Tabel 2. Wat kost het laden van een EV?

Het is nog onduidelijke hoe de verschillende marktsegmenten zich zullen gaan ontwikkelen. Op basis van de huidige kosten voor elektrisch laden is het voordeliger om EV’s thuis of bij een semi-publieke laadpaal van bij voorbeeld de werkgever op te laden (zien tabel 2). Maar het is waarschijnlijk dat deze kostenstructuur er in de nabije toekomst anders uit zal zien door de nieuwe verdienmodellen die door smart charging mogelijk worden.

Ook zal thuisladen niet voor alle autobezitters een optie zijn. 70 procent van de autobezitters beschikt niet over een eigen oprit of garage, waardoor een thuislaadpunt geen optie is.  Daarnaast dient rekening gehouden te worden met het feit dat een elektrische auto gemiddeld minder dan 40 uur per week bij de werkgever zal staan en meer dan 100 uur per week thuis. Voor thuisladers en publieke laadpalen bij woningen is er dus meer potentie om van de flexibiliteit gebruik te maken. Bovendien zijn de ‘thuisuren’ en ‘werkuren’ in grote mate complementair in Nederland, zowel op dinsdagmiddag als op zaterdagnacht zal er behoefte zijn aan flexibiliteit.

Samenvattend kan de EV met Smart Charging een belangrijke rol spelen in het verduurzamen van de gebouwde omgeving. Er ontstaan verschillende waardeketens, die gericht zijn op de verschillende laadlocaties.

De Smart Charging sector in Nederland

Smart Charging is een relatief nieuwe thema die vraagt om een samenwerking tussen verschillende sectoren: energie, mobiliteit en logistiek. Een groeiend aantal bedrijven in het ecosysteem van TKI Urban Energy werkt aan innovatieve producten en diensten op het gebied van slim laden. Dit zijn bijvoorbeeld aggregators die de flexibiliteit van EV’s bundelen en verhandelen en bedrijven die de algoritmes en communicatie- en aansturingssoftware ontwikkelen die slim laden mogelijk maken. Ook kennisinstellingen zoals TNO en universiteiten houden zich hiermee bezig. In de projectendatabase zijn de gesubsidieerde projecten te vinden over dit onderwerp, door te filteren op slim laden of smart charging.

Op het gebied van slim laden en elektrisch vervoer zijn verschillende kennis- en netwerkorganisaties actief:

ElaadNL is het kennis en innovatie centrum op het gebied van smart charging in Nederland. Het centrum is een samenwerking tussen de netbeheerders. ElaadNL financiert en is zelf betrokken bij innovatieprojecten. Zwaartepunt ligt op de interactie tussen (publieke) laadinfrastructuur en het elektriciteitsnet. Lees meer op Elaad.nl.

Het Nationaal Kennisplatform Laadinfrastructuur (NKL) is een samenwerkingsverband waar beleidsmakers, kennisinstellingen, netbeheerders en marktpartijen bij elkaar komen. NKL zet zich in voor snelle uitbreiding van een kostenefficiënt en toekomstbestendig laadnetwerk voor elektrisch vervoer. Dit doen ze door in partnerschappen kennis te ontwikkelen, kennis te delen en producten te ontwikkelen. Lees meer op NKLnederland.nl.

Het projectbureau MRA-Elektrisch is in 2012 door de Metropoolregio Amsterdam opgezet om elektrisch vervoer te bevorderen en een netwerk van laadpunten te realiseren. MRA-E is als initiator, aanjager, vraagbaak en kennismakelaar actief in zo’n 80 gemeenten in de provincies Flevoland, Noord-Holland en Utrecht. Er wordt intensief samengewerkt met publieke en private partners. Door deze samenwerking, kennis en kosten te delen lukt wat de individuele partners niet lukt. Een voorbeeld hiervan is het door MRA-E organiseren van gezamenlijke aanbestedingen voor het plaatsen van laadpalen. Lees meer op mra-e.nl.

De partijen uit het Formule E-Team willen samen met de Rijksoverheid Nederland profileren als koploper op het gebied van elektrisch vervoer en kansen voor groene groei benutten. Het Formule E-Team (FET) is door het Rijk enkele jaren geleden ingesteld om de ontwikkelingen rond elektrisch vervoer te bevorderen en aan te sluiten bij ontwikkelingen in het buitenland en bij kansen voor groene groei. Het FET is een publiek-private samenwerking tussen het bedrijfsleven, kennisinstellingen en de overheid. Lees meer op nederlandelektrisch.nl/formule-e-team.

Vereniging DOET (Dutch Organisation for Electric Transport) is de branchevereniging voor elektrisch vervoer in Nederland. Zie doetdoet.nl.

Het IAP eMobility is een breed gedragen coalitie door de verschillende topsectoren heen, dat tot doel heeft de maatschappelijke problemen in de stedelijke gebieden van Nederland aan te pakken, de mobiliteit, luchtkwaliteit en bereikbaarheid. Een van de onderwerpen die hierin centraal staat is slim laden. Zie iape-mobility.nl.

TKI Dinalog is het topconsortium voor kennis en innovatie waarin bedrijven, kennisinstellingen en overheid werken aan het innovatieprogramma van de Topsector Logistiek. TKI Dinalog ondersteunt publiek private samenwerking door de matchmaking van partijen, de ondersteuning van consortiumvorming, de strategische agendavorming, en de voorbereiding van onderzoeksprogramma’s. Zie dinalog.nl.

Koninklijke RAI vereniging behartigt de belangen van ruim 700 fabrikanten en importeurs van in de logistieke sector. Zie raivereniging.nl.

TKI Urban Energy stimuleert de ontwikkeling van innovaties voor een duurzaam, betrouwbaar en betaalbaar energiesysteem in de gebouwde omgeving. Onder de vlag van de Topsector Energie werkt TKI Urban Energy aan het vormen van kansrijke samenwerkingsverbanden tussen Nederlandse bedrijven, kennisinstellingen en andere partijen. Een CO2-vrije gebouwde omgeving in 2050 is onze inzet.

Innovatieprogramma gebouwde omgeving

Laadinfrastructuur en slim laden zijn belangrijke thema’s binnen de innovatieprogramma’s van TKI Urban Energy. Deze thema’s komen met name terug in het Meerjarige Missiegedreven Innovatieprogramma (MMIP) 5: elektrificatie van het energiesysteem in de gebouwde omgeving.

Ten eerste is er in het innovatieprogramma aandacht voor het doorontwikkelen van oplossingen die smart charging mogelijk maken, maar naast het vertraagd of uitgesteld laden is er ook behoefte aan het slim ontladen van EV’s. Door met vehicle-to-grid of vehicle-to-building de auto als lokale energiebron te gebruiken wordt de flexibiliteitswaarde van EV’s flink verhoogt. De behoefte ligt bij integreren van de verschillende smart charging strategieën in de bestaande omgeving.

Er zijn momenteel verschillende innovatieprojecten actief op deze thema’s. In het onderstaande overzicht vindt u de nu lopende innovatieprojecten in het portfolio van RVO.nl en TKI Urban Energy, geordend naar onderwerp.

Projecttitel Korte toelichting
  Ontwikkelen communicatieprotocollen en algoritmes
Emobility Communication & Information System Structure (ECISS) Het uitbreiden van de OCPI (open charge point interface) om zo nieuwe verdienmodellen voor slim laden, prijstransparantie en security te waarborgen.
Open laadinfra (Open Laad) Het ontwikkelen van een oplossing waardoor het mogelijk wordt om meerdere energieleveranciers toe te laten op één laadpaal
  Nieuwe diensten en marktmechanismen voor slim laden
Slim laden met flexibele nettarieven in Utrecht (Slim laden) In dit project wordt onderzocht hoe met andere nettarief-structuren ervoor kan worden gezorgd dat er juist wordt geladen op momenten dat er duurzame stroom beschikbaar is.
Onafhankelijk secundair regel reservevermogen (aFRR) aan te bieden uit een pool van elektrische auto (JEDaFRR) Het ontsluiten van flexibiliteit van EV’s om dat te benutten als secundair regelvermogen (aFRR).
Next generation smart charging (NGSC) Het ontwikkelen van een plaform wat een fleetowner in staat stelt de zelfconsumptie van PV te vergroten en gebruik te maken van prijsverschillen op de onbalansmarkt.
SolarMiles In dit project wordt het gebruikersaspect van slim laden onderzocht, om te leren hoe gebruikers van EV’s gestimuleerd kunnen worden te laden op momenten dat er zonne-energie beschikbaar is.
  Integratie laadpunten in lokale elektriciteitssysteem
Smart Charging Pilot op transformator niveau (Slim met Trafo) Door een groep laadpalen op een enkele transformator aan te sluiten kunnen zonder netverzwaring meer auto’s worden geladen.
DC Laadplein Door een laadplein op gelijkspanning te voeden uit een batterij worden de nadelen van wisselspanning bij het slim laden voorkomen.

Integratie en aansturing van duurzame SLIMme PARKeerplekken (SlimPark)

Het project onderzoekt hoe parkeerplekken gecombineerd met zonnepanelen en batterijen en het aansturen van het laden/ontladen van elektrische voertuigen een geïntegreerd energiesysteem met omliggende gebouwen kunnen vormen.
Parkeergarage als batterij voor de stad (EnergyParking) "Parkeergarage als stedelijke batterij": een nieuwe dienst waarbij de elektrische auto’s en een centrale batterij in de parkeergarage energie en flexibiliteit gaan leveren aan de omgeving.
Enabling Operational Flexibility Of Distribution Networks Using Residential Energy Storage & Demand (FLEXGRID) O.a. het ontwikkelen van nieuwe algoritmes (inclusief V2G) en het onderzoeken van de voordelen en het verdienpotentieel van flexibiliteit uit (EV) opslag.
Living Lab: Sturing en verbinding van energie flexibele gebouwen en auto’s In dit project beoogt het consortium een platform met dienst in de utiliteitsector dat vraag en aanbod van energie verbindt en waarbij de data van gebouwen wordt benut voor het optimaliseren van gebouwen.
HTC The world’s smartest grid! (HTC SG) Het eerste grootschalige Smart Grid in Nederland op een kantorenlocatie. Daarbij wordt een open innovatieplatform gecreëerd waardoor perspectief ontstaat op de ontwikkeling van business cases door derden.
Toekomstbestendige Energienetten door Power Quality verbetering Elektrisch Vervoer (TEPQEV) Onderzoek naar hoe EV’s en laadpalen toe kunnen nemen zonder negatieve gevolgen op spanningskwaliteit (power quality).

 

Ook zijn er binnen TKI Urban Energy regelingen al vele projecten afgerond op het gebied van smart charging. In de tabel hieronder een kort overzicht per thema.

Ontwikkelen communicatieprotocollen en algoritmes
Nieuwe diensten en marktmechanismen voor slim laden
Integratie laadpunten in lokale elektriciteitssysteem

Verder lezen of doorpraten?

Wilt u meer weten over dit onderwerp, of heeft u ideeën over de inpassing van EV en de toekomst van laden en laadinfrastructuur? Neem gerust contact op met Maarten de vries, programmamanager smart energy systems bij TKI Urban Energy.

ElaadNL geeft in haar Smart Charging Guide een uitstekende introductie tot elektrische laadinfrastructuur en slim laden.

Het platform Future of Charging biedt een brede verzameling onderzoeken en studies op het gebied van openbaar laden van elektrisch vervoer.