In Delft verrijst een nieuw laboratorium dat uniek is in de wereld. In het Electrical Sustainable Powerlab onderzoeken wetenschappers straks onder een dak zowel de opwekking, transport, distributie als de afname van elektriciteit door huishoudens en bedrijven. Om ervoor te zorgen dat de energietransitie naar meer duurzame energie vlekkeloos verloopt.
In een grote hal onderzoeken hoe je het beste elektriciteit vanaf windmolens en zonnepanelen door het hele land naar het stopcontact in jouw woning krijgt. Daarvoor zorgt het nieuwe laboratorium van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica waarvan de bouw later dit jaar start.
Dit nieuwe Electrical Sustainable Powerlab (ESP-Lab) is hoognodig, volgens hoogleraar Photovoltaic Materials and Devices Miro Zeman van de TU Delft. “Het elektriciteitssysteem zoals we dat nu kennen, gaat totaal veranderen”, zegt hij. Elektriciteit wordt nu nog meestal opgewekt vanuit een centraal punt door kolen-, kern- en gascentrales. Zij leveren op een stabiele manier energie aan het elektriciteitsnet.
Radek Heller
“Ik heb door de jaren heen bij elektriciteitsbedrijven gewerkt en ik zag al veel laboratoria. Maar geen ervan is zo groot en veelomvattend als het nieuwe Electrical Sustainable Powerlab. Ik noem het daarom het lab van de toekomst”, zegt de huidig manager van de Hoogspanningshal Radek Heller. Hij wordt de manager van het nieuwe ESP-lab.
Het meest enthousiast is Heller over de kruisbestuivingen tussen de verschillende afdelingen. Straks werken meerdere onderzoeksgroepen samen in hetzelfde lab. “Nu nog werken veel wetenschappers aan een stukje van de puzzel, maar straks zijn we allemaal bezig om de hele puzzel op te lossen. Ik verheug me ook al op de gesprekken bij de koffieautomaat van het lab. Daar discussiëren straks vast mensen van verschillende afdelingen met elkaar.”
Ook voor de bedrijfsleven is een belangrijke rol weggelegd, benadrukt hij. In het lab willen de wetenschappers nieuwe oplossingen bedenken die straks daadwerkelijk gebruikt worden door ondernemingen. “Bedrijven moeten het ook zien zitten in de oplossingen die wij bedenken. We kunnen best ingenieuze apparaten bedenken, maar als ze niet gebruikt worden heeft niemand er wat aan. We willen dingen bedenken waar mensen echt wat aan hebben en die de maatschappij vooruit helpen. Met dit nieuwe lab dragen we daar zeker aan bij.”
Digital Energy
Nu al zien we steeds meer duurzame opwekkers, zoals windmolens en zonnepanelen. En dat neemt de komende jaren alleen maar toe, volgens Zeman. “Mensen die zonnepanelen hebben, kunnen terug leveren aan het net. Daardoor is er niet alleen maar centrale maar ook decentrale opwekking. En het is niet alleen in handen van grote bedrijven, maar van gewone mensen zoals jij en ik. Ook met dit tweerichtingsverkeer moeten we rekening houden.”
Voor het elektriciteitsnet van de toekomst is het ook nog belangrijk dat het aanbod van duurzame opwekkers fluctueert. Als het hard waait en de zon flink schijnt is er meer energie beschikbaar. “Daardoor is het aanbod van elektriciteit onvoorspelbaarder geworden en moeten we meer meten en regeltechniek in zetten. Het wordt ingewikkelder om alles in goede banen te leiden. Daarom ontwikkelen we juist nieuwe manieren om betere controle over de opwekking en consumptie van elektriciteit te krijgen. Dit is gebaseerd op het verzamelen van heel veel gegevens. Wij gebruiken de term digital energy om deze nieuwe benadering te beschrijven.”
Deze verandering voltrekt zich de komende jaren. Nu nog wordt het onderzoek naar deze energietransitie in afzonderlijke laboratoria binnen de afdeling gedaan. Bijvoorbeeld het transport over langere afstand wordt in een Hoogspanningshal gedaan, in een ander lab testen wetenschappers componenten als omvormers voor het transport van elektriciteit.
Van opwekking tot stopcontact
“Wij voegen al dit soort onderzoeken nu dus samen in het nieuwe ESP-lab”, zegt Zeman. “Daardoor bekijken we het hele systeem. Stel we bedenken een nieuw apparaat, zoals een transformator of omvormer, dan is het mogelijk om in het nieuwe laboratorium te testen hoe alles wat aan het elektriciteitsnet gekoppeld zit erop reageert. Zodat er geen storingen ontstaan en om na te gaan of het functioneert zoals we denken. We kijken dus naar het geheel en niet alleen naar de prestatie van het component zelf. Het Electrical Sustainable Powerlab is daarom noodzakelijk om de energietransitie in goede banen te leiden.”
Van de opwekking tot aan het stopcontact kunnen de onderzoekers straks nagaan welke kabels het beste werken. Of wat de gevolgen zijn van omvormers, die de gelijkspanning van windmolens en zonnepanelen omzetten in de wisselstroom van het elektriciteitsnet. “Maar je kunt ook denken aan een soort omvormers die het mogelijk maken om de energie van je zonnepanelen direct op te slaan in de batterij van je elektrische auto. En als er ’s avonds te weinig elektriciteit is, dan kan je diezelfde energie weer gebruiken om de lichten op te laten branden. Er is nog zoveel te onderzoeken van de opwekking tot de gebruiker en in het nieuwe lab kunnen we dat allemaal doen.”
Armando Rodrigo Mor
Voor de kust van Nederland verrijzen de komende jaren nieuwe, grote windmolenparken. Zij produceren gelijkstroom, maar het elektriciteitsnet maakt gebruik van wisselstroom en over lange afstand treden daarbij verliezen op. Opmerkelijk genoeg gebruiken de meeste apparaten in ons huis vooral gelijkstroom, zoals de televisie, tablet en smartphone. “Wij onderzoeken straks in het nieuwe lab of je de gelijkstroom onder hoog- en middenspanning direct naar huizen kan brengen”, zegt wetenschapper Armando Rodrigo Mor van de TU Delft. Hij is gespecialiseerd in componenten die werken bij hoge voltage.
Rodrigo Mor verwacht dat je binnenkort thuis waarschijnlijk twee stopcontacten hebt: een voor gelijk- en een voor wisselstroom. Maar zover is het nog niet. Want het transport van hoge voltage gelijkstroom over lange afstanden moet nog betrouwbaarder worden. “Daar is het nieuwe lab uitermate geschikt voor, omdat we dan voor de hele keten zien wat het beste werkt”, zegt hij.
Het lab opent waarschijnlijk in 2020.
