Met de stroom mee; slim elektriciteitsnet bij de ETCA
De matrixborden boven de snelweg geven de snelheid aan voor een optimale doorstroming van het drukke verkeer. Op de Energy Transition Campus Amsterdam (ETCA) werken meerdere bedrijven aan een vergelijkbare manier om verstoppingen in het Nederlandse stroomnetwerk, in vaktaal netcongestie, te voorkomen. Hiermee versnelt de energietransitie zonder een tijdrovende verzwaring van het netwerk.
Tekst: Rob van 't Wel, Charline Wijnans en Kirsten Gesink. Beeld: Jiri Büller, David Jan Pino
For the English version, click here or scroll further down
De ingang van de Energy Transition Campus Amsterdam (ETCA) oogt als een bouwplaats. De werkzaamheden in volle gang staan symbool voor de veranderingen die het voormalige Shell-laboratorium ondergaat. De toegangspoortjes verschuiven naar achter waardoor de buitenwereld juist verder binnen kan komen.
Rogier Schoon staat binnen te wachten, vlakbij het bord waar inmiddels ruim twintig bedrijfslogo’s zichtbaar zijn. Het is een verzameling van start-ups, welbekende grote bedrijven en academies die elkaar hebben gevonden om aan de Noordelijke oever van het IJ de energietransitie vorm en vaart te gaan geven.
De druk verlichten
Dat is ook waar Shell-er Schoon mee aan de slag is. Alles draait om het opzetten van een zogeheten microgrid. Dat is niets meer of minder dan een zoveel mogelijk zelfstandig, flexibel en slim stroomnetwerk binnen het hek van het 90.000 vierkante meters tellende onderzoekscomplex.
Doel van het omvangrijke project is om enerzijds zelf meer stroom op te wekken en anderzijds het verbruik, slimmer en dus evenwichtiger over de dag te spreiden. Daardoor neemt de druk op het elektriciteitsnetwerk in Noord-Amsterdam op piekmomenten af. Dat is hard nodig, en niet alleen in de hoofdstad. De kranten staan er bol van. Het bestaande netwerk kan de toenemende vraag naar en het aanbod van stroom niet aan. En het verzwaren, moderniseren en aanpassen van het net gaat langzamer dan de vraag stijgt. Het gevolg is netwerkcongestie.
Dat is bedreigend voor iedereen die op het netwerk is aangesloten. Door bedrijven of wijken in staat te stellen om flexibel om te gaan met energie, verlicht je de druk. Maar dan moeten die zogeheten microgrids wel flexibel en slim zijn natuurlijk, want je wilt niet zonder stroom komen te zitten.
Uit de kast
Dat is precies waar meerdere ETCA-leden en Schoon nu alles voor uit de kast trekken. Hoewel het project nog maar nauwelijks de kinderschoenen is ontgroeid, zijn de contouren van de ambitieuze plannen al zichtbaar op het complex.
Staande in het enorme atrium van de campus schetst Schoon eerst de wat bredere context. Ondanks de hoge duurzaamheidscertificering van de campus, heeft het complex voor de uitgebreide onderzoeksfaciliteiten een contract met netbeheerder Alliander voor 4 MW en dat is niet genoeg voor verdere elektrificatie als gevolg van de energietransitie. Erger nog, die groeiende vraag staat in een buurt waar volop gebouwd wordt aan voornamelijk woningen. De belasting van het stroomnetwerk zal dus alleen maar toenemen, net als de schaarste.
In de praktijk
De ETCA heeft alles in huis om veilig te onderzoeken hoe die schaarste kan worden voorkomen, zegt Schoon. “We hebben hier de kennis, apparatuur en motivatie van meerdere partijen in één omgeving, waar je op schaal alle puzzelstukken en scenario's kunt onderzoeken”, zegt hij. “En, je hebt hier de schaal om die verschillende puzzelstukjes met elkaar te verbinden om te onderzoeken hoe ze in de praktijk bij elkaar passen.”
Alles tussen groen en gewoon
Dat is precies waar het project van Schoon over gaat. Het is als het testen van verschillende bouwstenen om vervolgens te onderzoeken hoe die samen een flexibel, slim elektriciteitsnetwerk kunnen vormen. De basis van het systeem ligt binnenkort op het 26 meter hoge dak van de campus. Daar worden momenteel 3.600 nieuwe panelen geplaatst die samen een piekvermogen hebben van 1,2 MW. Daarnaast wordt er ook gedacht aan alternatieven voor groene stroom, zoals kleine, cilindrische windturbines of een nieuw soort zonnepanelen. En natuurlijk blijft ook de ‘gewone’ aansluiting op het bestaande elektriciteitsnetwerk voor als de wind en zon het laten afweten.
Maar dat is nog maar het begin, zegt Schoon terwijl hij naar het meest westelijke puntje van het gebouw loopt. Door het raam heen wijst hij naar een witte container met talloze kleine leidingen op het dak en aansluitingen die werkelijk alle kanten op gaan. ”Dat is een elektrolyzer”, zegt de Shell-er. “Daarmee maken we uit groene stroom, groene waterstof. Dat gebruiken we in ons lab voor onderzoek naar nieuwe technologie, daar rijden onze waterstofauto’s op, en kunnen we straks met een brandstofcel ook weer omzetten in elektriciteit.”
Grote broer
De scheepscontainer krijgt er het komende jaar mogelijk grote broer bij. Even verderop komt een nieuwe elektrolyser met tien keer het vermogen. Schoon draait zich om en wijst iets naar links. Daar komt een hele grote batterij te staan. Ook daarmee kan overtollige stroom worden opgeslagen. Op momenten dat het aanbod laag is en de vraag hoog, kan ETCA draaiend blijven zonder dat het elektriciteitsnetwerk aan de andere kant van de meterkast ermee belast wordt.
Rogier Schoon, Energy Transition Campus Amsterdam"Je hebt hier de schaal om de verschillende puzzelstukjes met elkaar te verbinden."
Laadprimeur
Lopend naar de laadplaats van de laboratoria aan de noordzijde van het complex wijst Schoon naar de parkeerplaats op de begane grond, ietsje verderop. “Daar komen 110 reguliere laadpalen te staan voor elektrische auto’s”, zegt hij, “en daarnaast nog een aantal snelladers. Die zijn er voor het personeel en wie weet de buurtbewoners, maar daarover moeten we nog praten met de gemeente. En aan de waterkant zal een 1-MW-lader voor schepen en eventueel vrachtwagens komen. Dat is zeker niet zomaar een laadpaal en door het tweeledige gebruik een primeur voor Europa.”
Gigantische schei- en natuurkundelokalen
Terug in het pand, wandelend tussen verschillende laboratoria, die voor ongetrainde ogen nog het meest weghebben van gigantische schei- en natuurkundelokalen op de middelbare school, stopt Schoon bij een van de afgeschermde lokalen. “Hier testen we nu een klein elektrisch fornuis, een e-furnace.” Het is de Madurodam-versie van de nu nog fossiele ovens zoals die bij een raffinaderij of chemiefabriek zijn te vinden. “Dit gaan we volgend jaar ook opschalen”, zegt Schoon. “Daarmee komt een duurzamere toekomst voor Shell-vestigingen als Moerdijk en Pernis in beeld. De buren of het landelijke stroomnetwerk zullen er geen last van hebben, omdat de testen vooral met eigen stroom plaatsvinden.”
Om aanbod en vraag naar stroom slim aan elkaar te koppelen zal er een geavanceerd Energy Management System (EMS) komen. Dit gaat dienen als mengpaneel om het microgrid in balans te houden. Veel zon en wind kunnen dus leiden naar bijvoorbeeld meer waterstofproductie, meer opslag in de batterij of maximaal laden bij de laadpalen. Maar bij oer-Hollands somber, windstil weer of groot verbruik bij het testen van bijvoorbeeld de e-furnace, moet het laden van de auto wat langzamer.
Investeren tegen netcongestie
Maar waarom investeert Shell, toch vooral bekend van benzinepompen, zoveel tijd en energie in een optimaal werkend elektriciteitsnetwerk? “Omdat we hiermee kennis en diensten ontwikkelen die onze klanten gaan helpen hun activiteiten te verduurzamen”, zegt Schoon. “Die willen in plaats van fossiele brandstoffen ook steeds meer groene stroom gaan gebruiken, terwijl ze tegelijkertijd tegen de congestie op het netwerk aanlopen. Dat willen we voorkomen.” Zo heeft Shell bij DHL in Brussel netstroom en zonnestroom aan elkaar gekoppeld. Daar wordt de stroom voor 125 Shell-laadpalen buiten en de lopende banden binnen met elkaar in balans gebracht.
En naast die externe klanten geldt datzelfde natuurlijk ook voor de activiteiten van Shell zelf, geeft Schoon aan. “Als je industriële complexen als Pernis en Moerdijk gaat elektrificeren om de CO2-uitstoot te verminderen, hebben we deze kennis keihard nodig om het succesvol nogmaals vele malen groter te laten werken.”
Lees hier het nieuwsverhaal: Slim laden op reuzenschaal: Shell en DHL laten zien dat het kan
Bij de ambities van Amsterdam
Het zijn oplossingen voor uitdagingen die ver van het ETCA-complex liggen. Maar ook dichter bij huis levert de proef resultaten op. “Deze proef past ook prachtig bij de ambities van de gemeente Amsterdam”, vervolgt Schoon. “De gemeente wil bijvoorbeeld met elektrisch transport harder lopen dan de landelijke regelgeving. Door de oplaadpunten bij ETCA dragen we ook daar straks een steentje aan bij.” De energietransitie moet sneller. Het oplossen van de netcongestie en de inzet van groene stroom zijn randvoorwaarden. Dit is een van de grote vraagstukken waar we nu aan werken, maar zeker niet de enige”, vat Schoon de ambities samen.”
Nieuwe oplossingen met nieuwe partners
Netwerkbedrijf Alliander is een van de ETCA-bewoners en deelnemer aan het Amsterdamse microgridproject. Het bedrijf verzorgt het transport van elektriciteit tussen het hoogspanningsnetwerk van TenneT en de meterkast bij de eindgebruiker. Daarmee zit de organisatie midden in de problematiek van een elektriciteitsnetwerk dat niet is berekend op de snel veranderende energiewereld.
Tim van Gemert, werkzaam bij de Innovatiehub binnen Alliander, ziet twee hoofdpijlers waarop het project Alliander kan gaan helpen om de talrijke knelpunten in het elektriciteitsnetwerk op te lossen. “Het gaat inzicht bieden in hoe we het bestaande net beter kunnen benutten”, zegt hij. “En het biedt kansen voor data-analyses waarmee we elders ook ons voordeel kunnen doen.”
De schaal en complexiteit maken het ETCA/onderzoek voor beide Alliander-onderzoekers bijzonder. De toegevoegde waarde van de Alliander-inbreng zit volgens Young en Van Gemert in de data en kennis over het dagelijks gebruik van het brede stroomnet. Dat is in de zomer anders dan in de winter en in de avond anders dan overdag. Die kennis helpt bij het slimmer maken van het Energy Managment System (EMS) dat als verkeersleider het microgrid en het gebruik van het landelijke netwerk regelt.
Volgens Jason Young, Partnership & Business Development Lead bij Alliander, is het logisch om langs de oever van het IJ op zoek te gaan naar nieuwe partners. “De elektriciteitswereld is sterk aan het veranderen. Om de nieuwe oplossingen te vinden voor nieuwe problemen moeten we anders gaan werken met nieuwe partners.”
Het Amsterdamse ETCA-project kwalificeert zich op tal van punten. “Het ligt in een gebied waar nog veel gebouwd wordt, voornamelijk om te wonen”, legt Young uit. “En het ligt in een gebied waar het lastig is om het netwerk op tijd uit te breiden, passend bij een toenemende vraag naar stroom.”
Van Gemert: “Alles draait om goede communicatie. Dat is essentieel om alle gebruikers op het juiste moment van stroom te voorzien. Als dat lukt is het project voor Alliander geslaagd.”
Meer nieuws uit Shell Venster
An outlook into the future of a smart electricity gridGoing with the flow: smart grid at the Energy Transition Campus Amsterdam
Electronic signage above motorways indicates the speed for an optimal flow of heavy traffic. At the Energy Transition Campus Amsterdam (ETCA), several companies are working on a similar way to prevent blockages – or grid congestion – on the Dutch power grid. The idea behind this is to speed up the energy transition without a time-consuming expansion of the network.
Text: Rob van 't Wel, Charline Wijnands and Kirsten Gesink. Photography: Jiri Büller. Graphic illustration: David Jan Pino
The entrance to the Energy Transition Campus Amsterdam (ETCA) looks like a construction site. Work is in full swing, symbolic for the changes that the former Shell laboratory is undergoing. The entrance gates open to the inside, so that the outside world reaches further into the campus, and is welcomed in.
Rogier Schoon is waiting inside, near a wall displaying more than twenty company logos. It’s a collection of start-ups, well-known large companies, and academies that have found each other to shape and accelerate the energy transition on the northern banks of the river IJ that crosses through Amsterdam.
Relieving the pressure
That’s what Shell staffer Schoon is working on. Everything revolves around setting up a so-called microgrid. This is nothing more and nothing less than an independent, flexible and smart power grid covering the research compound of 90,000 square metres (295,275 sq ft).
The aim of the extensive project is partly to generate more electricity and partly to spread consumption over the day in a smarter and therefore more balanced way. As a result, the grid will relieve the pressure on the electricity network in the North of Amsterdam at peak times. This is desperately needed, and not only in the capital city. It is all over the news: the existing grid cannot cope with the increasing power demand and supply. Moreover, expansion, modernisation and adaptation of the power grid cannot keep up with the rising demand.
Enabling flexible grid usage
The result is grid congestion, and it can affect everyone connected to the electricity grid. By enabling flexible grid usage for companies or neighbourhoods, one relieves the pressure. But then microgrids have got to be flexible and smart, as no one wants to run out of power.
Together with multiple ETCA members, Schoon has been drawing the contours of an ambitious plan. Standing in the enormous atrium of the campus, Schoon sketches its broader context. Despite the campus's high sustainability certification, the extensive research facilities have a contract with grid operator Alliander for using up to 4 megawatts of electricity. However, this is insufficient for further electrification of the ETCA’s own energy transition. Meanwhile power demand in the neighbourhood is increasing, mainly to the building of new homes. This will lead to power scarcity.
See how the pieces fit together
The ETCA has everything it takes to safely investigate how to prevent this shortage, says Schoon. "We have the knowledge, equipment and motivation of multiple parties in one environment. This enables us to investigate the separate pieces of the bigger picture, see how they fit together and run scenarios at a comprehensive scale," he says.
Probing the different building blocks of a flexible, smart electricity grid needs a base. This core will be the 26-metre-high roof of the campus, where 3,600 new solar panels are being installed, with a combined peak capacity of 1.2 MW. In addition, alternatives in renewable electricity are being considered. Think of small, cylindrical wind turbines or a new type of solar panel. The “normal” grid connection stays, for times when a lack of wind or sunshine reduces the ETCA’s own electricity production to below demand levels.
A white container
Walking to the westernmost highpoint of the campus, Schoon says the current plans are just the beginning. Through the window, he points to a white container with countless small pipes on the roof. It connects in all directions. "That's an electrolyser, allowing us to make renewable hydrogen from renewable electricity. We use it in our lab for new technologies’ research, and in our hydrogen cars. Soon, we will be able to convert the hydrogen back into electricity with a fuel cell."
The coming year, the white sea container will get a big brother as a new electrolyser with a ten-fold increase in capacity will be installed. Schoon turns around and points slightly to the left. “A very large battery will be placed there, to store excess power for when supply is low, and demand is high. The ETCA can then continue to operate without be a burden on the grid or the campus’ own power network.
EV chargers first
Walking to the loading docks of the laboratories on the north side of the complex, Schoon points to the parking lot on the ground floor, a little further on. "There will be 110 regular EV chargers for battery-driven cars there," he says, "and a number of EV fast chargers. Primarily for our own staff, but we are having ongoing talks with the municipal authorities to expand the service to local residents. At the waterfront, there will be a 1-MW charger for ships and possibly trucks. Once operational it will be Europe’s first of its kind in dual usage.”
Back in the building, corridors lead by various laboratories. To the untrained eye they resemble gigantic chemistry and physics classrooms at the secondary school. Schoon stops at one of them. "Here we are currently testing a small electric stove, an e-furnace."
This helps Shell Moerdijk and Pernis
It is the miniature version of the furnaces that contemporary refineries and chemical factories use, albeit with fossil fuels. "Next year, we are going to scale-up the e-furnace as well," says Schoon. "This helps Shell Chemical and Energy Parks like Moerdijk and in Pernis focus more on sustainable energy. The neighbours or the national power grid will not be affected by the scale-up, as we will mainly use our own electricity."
An advanced Energy Management System (EMS) will be introduced to link power supply and demand in a smart way. This will serve as a mixing console to keep the microgrid in balance. A lot of sunshine and wind could lead to increased hydrogen production, or a more fully charged battery or maximum power to the EV chargers. But when the weather is gloomy and windless, or when testing the e-furnace causes high electricity consumption, the EV chargers out at the parking lot will have to tone it down a bit.
Why does Shell, best known for its petrol stations, invest so much time and effort in an optimally functioning electricity network?
Develop to help our customers
But why does Shell, best known for its petrol stations, invest so much time and effort in an optimally functioning electricity network? "Because it allows us to develop knowledge and services that will help our customers make their activities more sustainable," says Schoon. "They too want to use more and more renewable power instead of fossil fuels, while at the same time facing grid congestion. We want to help."
The first large-scale practical application of such a local microgrid is already operational since summer 2023. At parcel delivery giant DHL in Brussels, Belgium, Shell has connected grid and solar power – supported by an advanced Energy Management System – on site. It balances power supply to the 125 Shell Recharge EV chargers outside and the conveyor belts inside.
Shell not only focuses on its external clients, but also seeks to apply similar solutions to its own sites, Schoon points out. "Electrifying industrial complexes like in Pernis and Moerdijk, to reduce CO2 emissions, desperately needs knowledge to successfully make microgrid solutions work, to apply them at much larger scales."
Click here to read the Shell and DHL story Smart-charging on a giant scale? Yes we can!
Ambitions of the city of Amsterdam
Despite the ETCA tests for challenges far from its own compound, results are reflecting on its hometown. "The microgrid trial fits beautifully with the ambitions of the city of Amsterdam," Schoon says. "The local authorities wish to move faster forward than national electric transport regulations. With the EV chargers at the ETCA, we will be contributing to the municipal vision. The energy transition must accelerate. Solving grid congestion and using renewable electricity are prerequisites. And that is what we are working on," Schoon concludes.
New solutions with new partners
Network company Alliander is one of the ETCA residents and participants in the Amsterdam microgrid project. The company transports electricity between network operator TenneT's high-voltage grid and the meter cupboard at the end user's premises.
This means that the organisation in the midst of the problems of a electricity network that is not designed for the rapidly changing energy world.
Tim van Gemert of the Innovation Hub within Alliander sees two main pillars on which the Alliander project can help to to resolve numerous bottlenecks in the electricity network.
"It's going to provide insights into how we can make better use of the existing grid", he says. "And it offers opportunities for data analyses from which we can apply the benefits elsewhere."
