Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015...

53
Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht www.tno.nl T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 TNO-rapport TNO 2014 R11291 Speurwerkprogramma 2015-2018 Thema Energie Uitwerking 2015 Datum 30 september 2014 Auteur(s) Dr. J.H. Brouwer - Geo Energie Prof. Dr. G.B. Huitema - Duurzame Energie Ir. R.S. Westerga - Systeemintegratie Dr. H.M.E. Miedema - Energie Gebouwde Omgeving Ir. J. de Koning - Algemeen Autorisatie Dr. M.J. van Bracht Managing Director Energie Aantal pagina's 53 Aantal bijlagen Projectnummer 056.02061/01.02 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. © 2014 TNO

Transcript of Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015...

Page 1: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

Energie

Princetonlaan 6

3584 CB Utrecht

Postbus 80015

3508 TA Utrecht

www.tno.nl

T +31 88 866 42 56

F +31 88 866 44 75

TNO-rapport

TNO 2014 R11291

Speurwerkprogramma 2015-2018

Thema Energie

Uitwerking 2015

Datum 30 september 2014

Auteur(s) Dr. J.H. Brouwer - Geo Energie

Prof. Dr. G.B. Huitema - Duurzame Energie

Ir. R.S. Westerga - Systeemintegratie

Dr. H.M.E. Miedema - Energie Gebouwde Omgeving

Ir. J. de Koning - Algemeen

Autorisatie Dr. M.J. van Bracht

Managing Director Energie

Aantal pagina's 53

Aantal bijlagen

Projectnummer 056.02061/01.02

Alle rechten voorbehouden.

Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel

van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande

toestemming van TNO.

Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van

opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor

opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten

overeenkomst.

Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.

© 2014 TNO

Page 2: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 2 / 53

Page 3: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 3 / 53

Inhoudsopgave

1 Inleiding .................................................................................................................... 5

2 Vraaggestuurd Programma “Geo Energie” .......................................................... 9 2.1 Inleiding ..................................................................................................................... 9 2.2 Visie en ambitie ....................................................................................................... 10 2.3 Geschiedenis en relatie tot Topsector Energie ....................................................... 11 2.4 Programma 2015-2018 ............................................................................................ 13 2.5 Hoofdlijnen programma 2015 .................................................................................. 15

3 Vraaggestuurd programma “Duurzame Energie” .............................................. 25 3.1 Inleiding ................................................................................................................... 25 3.2 Visie ......................................................................................................................... 25 3.3 Roadmap 2015-2018 ............................................................................................... 26 3.4 Relatie Topsector Energie ....................................................................................... 30 3.5 Hoofdlijnen programma 2015 .................................................................................. 33

4 Vraaggestuurd programma “Systeemintegratie” ............................................... 39 4.1 Inleiding ................................................................................................................... 39 4.2 Visie ......................................................................................................................... 40 4.3 Roadmap 2015-2018 ............................................................................................... 42 4.4 Relatie Topsector Energie ....................................................................................... 45 4.5 Hoofdlijnen programma 2015 .................................................................................. 45

5 Vraaggestuurd Programma “Energie Gebouwde Omgeving” .......................... 47 5.2 Achtergronden ......................................................................................................... 47 5.3 Installaties: compacte energieconversie en thermische opslag .............................. 49 5.4 Gebouw en binnenmilieu ......................................................................................... 50 5.5 Wijk .......................................................................................................................... 50 5.6 Samenwerking en strategische partnering .............................................................. 51

6 Ondertekening ....................................................................................................... 53

Page 4: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 4 / 53

Page 5: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 5 / 53

1 Inleiding

De TNO-wet geeft aan dat TNO eens in de vier jaar een Strategisch Plan moet

opstellen, rekening houdend met het overheidsbeleid ter zake. Dit plan geeft een

uitwerking van de algemene doelstelling op (middel)lange termijn en de

voorwaarden die daartoe vervuld moeten worden. Eén van die voorwaarden is het

uitvoeren van een Meerjarenprogramma.

Voor u ligt het MeerJarenProgramma 2015-2018 van het thema Energie, één van

de thema’s waarop TNO impact wil bereiken. Het meerjarenprogramma is

gebaseerd op de ambities, keuzes en uitgangspunten van het TNO Strategisch

Plan 2015 – 2018, zoals dit is aangeboden aan de Nederlandse overheid1.

Daarnaast is een meer specifieke uitwerking voor het eerste jaar, 2015, gegeven.

Het bouwt voort op de ingeslagen weg van de afgelopen jaren, zoals deze zich in

het kader van de vraagsturing door de overheid, de Topsector Energie en in

samenspraak met de relevante stakeholders heeft ontwikkeld. Het brengt daarbij

ook nieuwe samenhang en een nieuw focus in de kennisontwikkelingen passend bij

de problematiek die speelt op het gebied van de energievoorziening.

Thema Energie: Van conventionele bronnen naar duurzame energiesystemen

De energiesector bevindt zich wereldwijd in een ingrijpende transitiefase: van een

gecentraliseerde, vooral op fossiele brandstoffen gebaseerd systeem naar een

meer duurzame en meer decentrale energiehuishouding. De energievoorziening

van de toekomst zal naar verwachting bestaan uit een complex systeem van lokale

energiesystemen met duurzame bronnen van energie zoals zonne-energie,

windenergie, geothermie. In de komende decennia zal de energievoorziening nog

in belangrijke (afnemende) mate afhankelijk zijn van fossiele bronnen. Vooral

aardgas zal een belangrijke rol vervullen als transitiebrandstof, vanwege haar

flexibele inzetmogelijkheden en relatief lage CO2 emissies.

Genoemde ontwikkeling bepaalt in belangrijke make het energiebeleid van

Nederland. Belangrijke aspecten van dat beleid zijn:

1. De implementatie van het nationale energieakkoord, dat als doel heeft de

energievoorziening van Nederland verder te verduurzamen (naar 14%

duurzaam in 2020 en 16% duurzaam in 2023). Nederland wil deze doelen

bereiken door een brede set aan acties, gericht op reductie van het

energiegebruik en de introductie van duurzame energiebronnen zoals wind,

zon, biomassa, aardwarmte. Afspraken zijn onder meer gemaakt voor de

ontwikkeling van windparken op zee, het stimuleren van lokale energie-

initiatieven en het sluiten van oude kolencentrales. 2. Het bewaken van de energievoorzieningszekerheid door het tot tenminste 2030

op peil houden van het huidige niveau van aardgasproductie middels het

vergroten van de efficiëntie van de winning en het aanboren van nieuwe

(conventionele en onconventionele) voorraden.

Het thema Energie van TNO kan een bijdrage leveren aan het realiseren van

genoemd beleid. Haar kennis, van duurzame bronnen (met name geothermie en

1 Zie “Trends, Transities, TNO Strategie 2015-2018”; www.tno.nl

Page 6: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 6 / 53

zonne-energie), van lokale duurzame energievoorzieningssystemen (smart grids en

smart sustainable energy systemen) én kennis met betrekking tot de volledige CCS

keten en energiebesparing, is zeer relevant voor de realisatie van de onder 1)

genoemde doelen. De TNO-kennis over de Nederlandse ondergrond in combinatie

met kennis op het gebied van exploratie- en exploitatietechnieken, on- en offshore

en de gasinfrastructuur, is van belang voor het onder 2) genoemde aspect.

Tevens beschikt TNO over een brede portfolio aan economische, gedrags- en

sociale wetenschappen, die noodzakelijk zijn voor de niet-technische innovaties die

voor de realisatie van het beleid noodzakelijk zijn.

Het thema werkt samen met partijen uit het bedrijfsleven, de overheid,

universiteiten en kennisinstituten in zowel nationaal als internationaal verband, door

het initiëren van samenwerkingsverbanden, het vormen van consortia en het

(mede) zorg dragen voor een innovatieve, creatieve werkomgeving voor talentvolle

onderzoekers en toepassingsgerichte ontwikkelaars.

Vraagsturing/Topsector

Het onderwerp Energie is door de overheid aangemerkt als één van de negen

Topsectoren. TNO Energie neemt in Nederland actief deel aan de Topsector

Energie . Dit door een substantiële bijdrage te leveren aan de realisatie van

innovatiecontracten binnen de sector. Hierbij wordt intensief samengewerkt met de

NERA partners en het bedrijfsleven . Alle kennisontwikkelingsactiviteiten van het

thema passen binnen de topsector2.

De innovatieagenda’s van de Gouden Driehoek beschrijven belangrijke

onderwerpen voor deze samenwerking. TNO, de overige TO2 partners en NWO

faciliteren in het opstellen van deze innovatieagenda’s.

Met de topsector Energie zijn Vraaggestuurde Programma’s afgesproken. De

innovatieagenda’s van de topsectoren en de strategische kennisagenda’s van de

departementen zijn het vertrekpunt voor deze vraaggestuurde programma’s. Dit zijn

(bij voorkeur) publiek-private meerjarige onderzoeksprogramma’s waarin de

meerwaarde van onze rol tot uiting komt.

TNO en Horizon 2020

Op 1 januari 2014 is het nieuwe kaderprogramma voor Europees onderzoek,

Horizon 2020 van start gegaan. Het thema Energie zal nauw aansluiten op met

name het programma “Secure, clean and efficient energy”.

TNO wil de komende periode haar samenwerking intensiveren met andere

Europese kennisinstellingen, met name met de partijen die opereren in EERA

(European Energy Research Alliance) verband. Horizon 2020 biedt een uitstekende

basis om met de beste Europese kennisinstellingen te werken aan oplossingen

voor de uitdagingen van vandaag en morgen.

Afstemming en samenwerking met onze Europese collega’s in joint programs

vergroot de synergie tussen nationale en internationale onderzoeksprogramma’s

waar het Nederlandse bedrijfsleven van kan profiteren.

2 Uitzondering daarbij is het onderwerp Geothermie dat tot heden niet in de programma’s van de

Topsector is opgenomen. De (relatief beperkte) kennisontwikkelingsactiviteiten op dit gebied

vinden plaats onder directe aansturing van EZ.

Page 7: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 7 / 53

Vraaggestuurde Programma’s thema Energie 2015-2018

De voorgenomen kennisontwikkeling in de periode 2015-2018 is vastgelegd in de

volgende Vraaggestuurde Programma’s (VP’s):

• Geo Energie:

Oprekken van de techno-economische grenzen voor de exploratie en

productie van koolwaterstoffen op een veilige en duurzame wijze.

• Duurzame Energie:

Het slechten van de technische, economische en sociale belemmeringen

voor het realiseren van een adaptief en flexibel duurzaam energiesysteem,

met als doel het maximaliseren van de inzet van vernieuwbare energie

tegen minimale investeringskosten.

• Systeemintegratie:

Concepten voor inpassing van duurzame energie in het energiesysteem

naar een multicommodity systeem (gas, elektriciteit en warmte in de

combinatie fossiel en duurzaam) vanuit het perspectief van producenten,

gebruikers en netbeheerders.

• Energie Gebouwde Omgeving:

Technologieën voor installaties en gebouwen met als doel de

energieconsumptie in de gebouwde omgeving drastisch te verlagen.

Programmering 2015

2015 is het eerste jaar van de strategieperiode 2015-2018.

De gewenste invulling van het programma 2015 is door de EZ-regievoerder van het

thema Energie op hoofdlijnen vastgelegd in bijlage 3 van de brief “Programma

2015” van EZ aan TNO dd. 24 juli j.l.kenmerk DGBI-I&K4107985. Hierbij wordt de

vraagsturing vanuit de Topsector Energie centraal gesteld. Dit geldt voor alle

onderdelen van het TNO thema exclusief het onderwerp geothermie.

Referentie VP-programma’s 2015

VP Referentie*

Geo Energie (excl.

Geothermie)

TKI Gas

Geo Energie onderdeel

geothermie

Separaat overleg EZ-TNO

Duurzame Energie TKI Switch2SmartGrids (+ TKI Solar Energy)

Energie Gebouwde

Omgeving

TKI EnerGO

Systeemintegratie TKI overstijgend: Gas/S2SG/EnerGO

* Voor nadere info zie de tekst van de VP-programma’s

** Zie bijlage 1 in dit rapport

De inhoud van de VP-programma’s 2015 zijn dan ook tot stand gekomen in overleg

met de betreffende TKI’s en passen derhalve dan ook binnen de genoemde TKI

innovatiecontracten (excl. Geothermie, zie boven). Daarnaast is intensief contact

geweest met de regievoerder EZ, met name over de specifieke invulling van het VP

Geo Energie.

Bij de selectie van de projecten is tevens rekening gehouden met reeds lopende

projecten en aangegane verplichtingen.

Page 8: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 8 / 53

Page 9: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 9 / 53

2 Vraaggestuurd Programma “Geo Energie”

Dr. J.H. Brouwer

2.1 Inleiding

De doelstellingen van TNO zijn om innovatie en technologieontwikkeling te

versnellen. Enerzijds door het beschikbaar stellen van onderzoeks- en

ontwikkelingsmiddelen, anderzijds door het assisteren van onze stakeholders bij de

implementatie van de ontwikkelde technologieën

Binnen het vraaggestuurd programma “Geo Energie” (VP-GE) worden

oplossingsrichtingen en nieuwe technologieën ontwikkeld om de transitie naar een

energievoorziening uit hernieuwbare energiebronnen met gas als transitiebrandstof

op een zo duurzaam en efficiënt mogelijke manier vorm te geven. Anders gezegd:

Hoe kan ook in de toekomst aan de groeiende energievraag worden voldaan en

op welke manieren kan, tijdens de transitieperiode naar 100% hernieuwbare

energiebronnen, de huidige energievoorziening op meest effectieve wijze en zo

mogelijk milieuvriendelijke manier worden gewonnen en geconsumeerd.

Het vraaggestuurd programma “Geo Energie” richt zich op twee hoofdonderwerpen

(deelprogramma’s) te weten Leveringszekerheid Gasproductie en Duurzame geo-

energie ten behoeve van CO2 reductie.

Het deelprogramma Leveringszekerheid Gasproductie is ondergebracht in de

deelinnovatiecontracten “Upstream Gas” en “small scale LNG” en voor een klein

deel in de deelcontracten Gas Acceptatie Samenleving (G.A.S.) en Groen Gas van

van het TKI Gas van de topsector Energie. De activiteiten van dit deelprogramma

betreffen met name de optimale uitputting van gasvelden (conventioneel en niet

conventioneel) en de verdere ontwikkeling van LNG als brandstof.

Het deelprogramma Duurzame geo-energie ten behoeve van CO2 reductie betreft

het realiseren van CO2-reductie door (grootschalige) toepassingen van CO2 opslag

en geothermie en is sinds 2014 wat betreft de activiteiten ten aanzien van afvang,

transport, gebruik en opslag van CO2 ondergebracht in het deelinnovatiecontract

CCUS van de topsector Energie. Het aan publieke perceptie gerelateerde werk in

dit deelprogramma zal in nauwe afstemming binnen het deelcontract G.A.S. worden

uitgevoerd.

Het onderwerp Geothermie is op dit moment niet opgenomen in een van de

deelinnovatiecontracten. Hier voert het ministerie van EZ rechtstreeks de regie3.

Het VP-GE sluit aan op de Roadmap “Oil and Gas” van TNO. Deze Roadmap richt

zich op een verantwoorde productie en verantwoord gebruik van fossiele

brandstoffen en behelst: - Het vergroten van de efficiëntie van de opsporing en winning van fossiele

brandstoffen middels verbeterde productie- en exploratietechnieken;

3 Voor de richtlijnen m.b.t. Geothermie, zie bijlage 3 van het schrijven van EZ aan TNO

“Programma 2015”, dd 24juli 2014, kenmerk DGBI-I&K/14107985

Page 10: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 10 / 53

- Het vergroten van de veiligheid en betrouwbaarheid van productie, transport

en gebruik van fossiele brandstoffen;

- Het vergroten van de duurzaamheid van cruciale delen van de (fossiele)

energieketen.

2.2 Visie en ambitie

Klimaatverandering en energievoorzieningszekerheid (en –onafhankelijkheid)

maken een verschuiving naar een groter gebruik van duurzame energiebronnen

noodzakelijk. In de komende decennia zullen fossiele brandstoffen echter een

belangrijke rol blijven spelen in onze energievoorziening en als grondstof voor onze

industrie. De Nederlandse reserves nemen echter af. Naast een grotere

afhankelijkheid van buitenlandse energiebronnen heeft dit een aanzienlijke impact

op de staatsinkomsten uit royalties ( momenteel ca.€12 miljard per jaar) en in

bredere zin op de economische bijdrage van de energie-intensieve industrie

(inclusief belasting inkomsten ca. € 36 miljard per jaar).

In het kader van de energievoorzieningszekerheid hebben partijen betrokken bij de

olie- en gasproductie, de ambitie uitgesproken de productie uit kleine nationale

velden tot het jaar 2030 op het huidige niveau van 30 bcm per jaar te houden (“30-

30 doelstelling”). Voor het realiseren van deze doelstelling is verlenging van de

levensduur van conventionele olie- en gasvelden van cruciaal belang. Politieke en

economische ontwikkelingen hebben daarnaast geleid tot een toegenomen

interesse in de productie van onconventionele koolwaterstoffen, zoals schalie gas,

schalie olie, zware olie en coalbed methaan.

Klimaatverandering vereist dat, naast de verdere ontwikkeling van duurzame

energiebronnen, de fossiele energiebronnen op zo duurzaam mogelijke wijze

worden gewonnen en benut. Met name gas is gedurende de overgang naar

duurzame energie een essentiële transitiebrandstof.

Het is de ambitie van TNO om aan de noodzakelijke innovaties op het gebied van

fossiele energie bij te dragen door het uitvoeren van het VP-GE 2015-2018. Hierbij

is een aantal doelen geformuleerd:

1. Doelen ten aanzien van de leveringszekerheid:

- De ontwikkeling van innovatieve exploratie en productie technieken;

- Het adresseren van issues aangaande gaskwaliteit en

gassamenstelling;

- De ontwikkeling van small-scale LNG;

- Het adresseren van publieke onrust ten aanzien van de winning van

gas;

2. Doelen ten aanzien van een duurzame ontwikkeling:

- Het adresseren van mogelijkheden voor hergebruik van CO2;

- Het adresseren van mogelijkheden voor CO2 afvang, transport en

opslag;

- De ontwikkeling van geothermie.

Door de ontwikkeling en uitrol van technieken met betrekking tot de

leveringszekerheid ondersteunt TNO de overheid in het realiseren van de “30-30

doelstelling”. Dit vergt zowel technologische vernieuwing als aanpassingen in de

werkmethodes en moet bijvoorbeeld leiden tot concrete mogelijkheden voor de

Page 11: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 11 / 53

exploitatie van moeilijk winbare reserves. Daarnaast zal er in de samenwerking met

spelers in de energiesector worden gestreefd naar een meer gedeelde (pre-

competitieve) kennisopbouw. Een gezamenlijke verantwoordelijkheid van partners

ten aanzien van de “30-30 ambitie” en de daarvoor benodigde kennisopbouw geeft

Nederlandse spelers in de olie- en gassector een internationaal leidende positie

met betrekking tot zowel de winning van onze conventionele reserves als de

winning van onconventionele reserves.

Met betrekking tot de duurzame ontwikkeling van ons energiesysteem is, naast

energie-efficiency en inzet van duurzame energiebronnen, afvang en opslag van

CO2 een belangrijke klimaat mitigatie optie: Energie scenario’s – zoals bijvoorbeeld

ontwikkeld door IEA – zien CCS als een vereiste om aan de klimaatdoelen tijdens

de energietransitieperiode te voldoen. Ook in verband met de

energievoorzieningszekerheid worden “schone” kolen- en gasgestookte

energiecentrales – voorzien van afvangtechnologie - gezien als noodzakelijk voor

het opvangen van de schommelingen in vraag en aanbod van duurzame

energiebronnen. In het verlengde van de ontwikkeling van CO2 afvang- en

opslagtechnologie is ook het onderzoek naar nuttig gebruik van CO2 sterk in

ontwikkeling zoals bijvoorbeeld in de glastuinbouw, de olie- en gasproductie en voor

de productie van “solar fuels”.

Naast de ontwikkeling van CCUS is de inzet van geothermische energie een optie

voor een klimaat-neutraal gebruik van de ondergrond. Zowel ondiepe als diepe

geothermische toepassing hebben bewezen reële opties voor duurzame energie te

zijn.

HSE (“Health, Safety, Environment)-kwesties zijn op elk punt in de waardeketen

belangrijk: (1) tijdens de productie van conventionele reserves, vooral aan het einde

van de levensduur van mature fields, (2) tijdens de productie van onconventionele

reserves, in het bijzonder als chemicaliën worden toegepast, en (3) gedurende het

transport, b.v. om de hoeveelheid uitlaatgassen van schepen te verminderen door

toepassing van LNG als transportbrandstof.

De verantwoorde productie van winbare reserves overeenkomstig de hierboven

genoemde doelstellingen zullen de overheid in staat stellen om een essentiële bron

van inkomsten veilig te stellen; om energiezekerheid voor Nederland te garanderen

en om aan haar klimaatdoelen te voldoen.

2.3 Geschiedenis en relatie tot Topsector Energie

Het vraaggestuurd programma “Geo Energie 2015-2018” is de voortzetting van het

“VP-Energiebronnen in Transitie 2011-2014”. De uitvoering van laatstgenoemd VP

is van groot belang geweest voor onze stakeholders b.v. door het wegnemen van

knelpunten bij het onderzoek naar de productie van schaliegas, door het vergroten

van kennis op het gebied van de aan de gasproductie gerelateerde seismiciteit en

bodemdaling, door het oplossen van veiligheidskwesties gerelateerd aan het in

gebruik nemen van small scale LNG en door de ontwikkeling nieuwe generatie CO2

afvangtechnologie.

Page 12: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 12 / 53

Het VP-GE is een integraal deel van de TKI Gas met uitzondering van de

activiteiten op het gebied van de Geothermie. Tot 2014 waren de programmalijnen

“Upstream Gas” en “LNG” richtinggevend. In 2015 is er tevens aansluiting met de

programmalijnen Groen Gas, G.A.S. en de in 2014 ingevoerde programmalijn

Carbon Capture, Use, and Storage (CCUS)4. Onderzoeksactiviteiten betreffende de

ontwikkeling van Geothermie maken wel deel uit van het VP-GE, maar zijn niet

opgenomen onder de topsector Energie. De algemene scope van het VP-GE en de

relatie tot de TKI-Gas programmalijnen is weergegeven in Tabel 1.

VP-GE 2015, onderdeel TKI/programmalijn

Zeker stellen van toekomstige energievoorziening

Innovatieve Exploratie- en productietechnieken Gas/Upstream Gas/CCUS

Gaskwaliteit en gassamenstelling Gas/Groen Gas

Small Scale LNG Gas/kleinschalig LNG

Publieke betrokkenheid m.b.t. gas Gas/CCUS

Zeker stellen van duurzame ontwikkeling

Hergebruik van CO2 Gas/CCUS

CO2 afvang, transport en opslag Gas/CCUS

Geothermale toepassingen Niet onder TKI

Tabel 1. Scope van VP-GE in relatie tot TKI Gas programmalijnen.

Financiering van de TNO activiteiten binnen de diverse TKI programmalijnen vindt

plaats vanuit de SMO5 middelen. Daarnaast stelt de TKI extra subsidies

beschikbaar aan haar programmalijnen, die door alle onderzoekpartners binnen

een programmalijn (inclusief TNO) kunnen worden ingezet. Zo werd in 2014

subsidie toegekend aan de programmalijnen Upstream Gas en Small scale LNG. In

afwachting van een beslissing over het ROAD-project werd in 2014 geen

financiering – anders dan SMO - beschikbaar gesteld voor de CCUS

programmalijn. Een beslissing over de toekenning van extra subsidies voor 2015

wordt verwacht in november 2014. Projecten die worden uitgevoerd met extra TKI

subsidie (zonder SMO) zijn opgenomen in het projectenoverzicht in tabel 4.

Een aantal projecten uitgevoerd binnen het VP-GE wordt deels gefinancierd vanuit

Europese FP7 en Horizon 2020 programma’s. Daarnaast vindt cofinanciering vanuit

de industrie plaats. Totale cofinanciering vanuit de industrie en EC-programma’s

bedroeg in 2014 meer dan 50% van het onderzoeksbudget. Er wordt verwacht, dat

private en EC cofinanciering in 2015 op hetzelfde niveau blijven.

Jaarlijks wordt een update van het VP-GE ingediend bij de TKI Gas. Goedkeuring

van projecten met SMO subsidie vindt plaats door de TKI Gas en vervolgens door

4 Het advies van het Topteam energie over de omvang van het budget dat in 2015 aan het TKI

Gas voor CCS beschikbaar wordt gesteld zal afhankelijk zijn van het al of niet doorgaan van het ROAD-project. De omvang en aard van de inzet van TNO op dit onderwerp wordt geacht hierbij aan te sluiten. Een besluit over ROAD wordt in het najaar van 2014 genomen 5 SMO: Samenwerkingsmiddelen Onderzoek: door de overheid aan TNO ter beschikking gestelde

kennisinvesteringsmiddelen

Page 13: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 13 / 53

het Topteam Energie. Goedkeuring van projecten met TKI-subsidie vindt na

indiening middels een open “call for tender” plaats door de TKI Gas en RVO.

2.4 Programma 2015-2018

In het algemeen onderscheidt de positie van TNO zich van de concurrentie door de

grote expertise ten aanzien van specifieke niches binnen het toepassingsgebied.

Binnen deze niches komt TNO tot innovatieve oplossingen door deze unieke

technologische expertise te combineren met kennis van andere markten waarin

TNO actief is. TNO werkt op die gebieden waar standaardoplossingen niet

beschikbaar of toereikend zijn en de meeste projecten zijn dan ook unieke,

eenmalige opdrachten.

2.4.1 Aanpassingen ten opzichte van 2011-2014

De TNO activiteiten in het VP-GE sluiten aan bij TNO’s Roadmap Oil and Gas.

Uitgangspunt van deze Roadmap is dat klimaatverandering en

energievoorzieningszekerheid (en –onafhankelijkheid), een verschuiving naar een

groter gebruik van duurzame energiebronnen noodzakelijk maakt. Met name gas is

gedurende de overgang naar duurzame energie een essentiële transitiebrandstof.

Figuur 1 Energietransitie

Tegen deze achtergrond richt de roadmap (zie ook figuur 2) zich op een

verantwoorde productie en verantwoord gebruik van fossiele brandstoffen: - Het vergroten van de efficiëntie van de opsporing en winning van fossiele

brandstoffen middels verbeterde productie- en exploratietechnieken;

- Het vergroten van de veiligheid en betrouwbaarheid van productie, transport

en gebruik van fossiele brandstoffen;

- Het vergroten van de duurzaamheid van cruciale delen van de (fossiele)

energieketen.

Het VP-GE 2015-2018 is het vervolg op het 2011-2014 Programma

Energiebronnen in Transitie. Voor een deel keren de projecten die onder het 2011-

2014 programma in uitvoering waren, terug in het programma Geo Energie 2015-

2018. Daarnaast is als gevolg van vraagsturing door Topsector en overheid, een

algemene verschuiving ingezet resulterend in een afname van gas gerelateerde

activiteiten. Het oorspronkelijk beschikbare SMO-budget is met 800 k€ verminderd6.

Met name het werk met betrekking tot de onzekerheden bij het schatten van de

gasreserves wordt afgebouwd. Daarnaast zal meer aandacht worden geschonken

aan (1) het nuttig gebruik van CO2, (2) de ontwikkeling van small scale LNG, (3)

6 Dat budget is ondergebracht in een nieuw te formuleren Vraaggestuurd programma

“Systeemintegratie”. Zie hoofdstuk 4.

Page 14: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 14 / 53

gaskwaliteit en gassamenstelling (in het bijzonder met betrekking tot “groen gas”)

en (4) de publieke opinie met betrekking tot de productie van gas.

Figuur 2 Producten afgebeeld op de drie in de roadmap onderscheiden impact goals.

2.4.2 Samenwerking

Bij de uitvoering van het VP GE betrekt TNO diverse partijen waaronder operators,

contractors, leveranciers, vervoerders, downstream industriële partners en de

energieopwekkingsindustrie. Ook de overheid (nationaal en EU) behoort tot de

belangrijkste TNO partners.

De overheid en de EU financieren gezamenlijke onderzoeksprogramma’s in

TNO’s portfolio. Samen met de industrie ondersteunen zij gecombineerde

financieringsprogramma’s zoals TKI Gas (Upstream, CCUS en LNG).

De operators onder de huidige klanten van TNO investeren in conventionele

velden , alsmede de winning van onconventionele reserves (b.v. zware olie,

schaliegas). Klanten van TNO maken gebruik van onze kennis ten aanzien van

b.v. slimme en innovatieve exploratie- en productiemethodes en HSE

instrumenten.

Dienstverlenende bedrijven investeren in monitoring- en slimme

productietechnieken. De leveranciers onder de klanten van TNO zijn

voornamelijk betrokken bij onze activiteiten ten aanzien van de veiligheid en

betrouwbaarheid (b.v. met betrekking tot compressoren, etc.) en de

ontwikkeling van innovatieve industriële processen (b.v. technologie

ontwikkeling voor CO2 afvang).

TNO heeft sterke samenwerkingsverbanden opgebouwd met internationale

onderzoeksinstituten en universiteiten voor de uitvoering van haar R& D-activiteiten.

Onder deze instituten bevinden zich Sintef, IRIS en NTNU in Noorwegen, de

Universiteit van Berkely, Texas A&M, MIT en de Stanford Universiteit in de

Page 15: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 15 / 53

Verenigde Staten, CSIRO in Australië, GFZ Potsdam in Duitsland, IFPen in

Frankrijk en de Universiteit van Turijn in Italië.

Partners werken vaak langdurig samen met TNO op technologiegebieden waarin

gedurende vele jaren expertise is opgebouwd .TNO vult haar unieke

technologiepositie aan met de beschikbaarheid van geavanceerde

testmogelijkheden zoals bijvoorbeeld op het gebied van blootstelling aan H2S,

cryogenic loading, pressure burst testing, en thermisch mechanische belasting.

TNO’s sterke kennispositie komt tot uiting in de succesvolle participatie in talrijke

EC-programma’s, waaronder b.v. CO2GeoNet, EC SITECHAR, OCTAVIUS,

ECCSEL, CGS-Europe, ECO2 en IMAGE. In een aantal van deze programma’s

treedt TNO op als programma coördinator.

TNO werkt intensief samen met andere TO2 instituten zoals ECN (bijvoorbeeld op

het gebied van CCS in CATO2) en Deltares (gezien de gezamenlijke historie vindt

hier op veel vlakken samenwerking plaats o.a. ten aanzien van monitoring- en

modelleer technieken).

2.5 Hoofdlijnen programma 2015

2.5.1 Bouwstenen

De TKI-Gas programmalijnen Upstream Gas, Small Scale LNG en CCUS en in

mindere mate G.A.S. en Groen Gas zijn de basis voor het VP-GE (met

uitzondering van de Geothermie activiteiten). Daarom wordt hier in het kort

ingegaan op de algemene scope van deze programmalijnen.

Figuur 3 Upstream Gas programmamatrix

De TKI Programmalijn Upstream Gas is georganiseerd op basis van drie types

olie- en gasvelden en zes thematische categorieën in een programmamatrix (zie

Figuur 3).

Page 16: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 16 / 53

De drie types olie- en gasvelden die dienen als basis voor onderzoek betreffen:

Mature fields, met aandacht voor het verlengen van de levensduur van olie- en

gasvelden en voor de ontwikkeling van alternatieve gebruiksmogelijkheden van

lege velden;

New Fields, bedoeld voor de ontwikkeling van verbeterde exploratietechnieken

en het vinden van nieuwe gasvoorkomens in weinig onderzochte delen van het

Nederlands territoir;

Tough Gas & Stranded Fields, gericht op de winning van gas uit

onconventionele reservoirs, zoals schaliegas en coal-bed methaan, alsmede op

de gaswinning uit stranded fields.

De thematische categorieën omvatten:

Exploration and field development

Production and Reservoir Management

Infrastructure;

HSE and Reliable Operation;

Hardware (Sensing, Actuation, and Compression); en

Societal Impact and Human Capital.

De TKI programmalijn Small Scale LNG zet actief in op de benutting van LNG als

transportbrandstof in Nederland. Hiermee creëert Nederland een kennisvoorsprong

op dit gebied in Noord West Europa. Nederlandse bedrijven kunnen hun producten,

kennis en diensten als het gaat om de LNG-benutting en de LNG-infrastructuur in

gaan zetten ter ondersteuning van andere landen die willen overstappen op LNG

als transportbrandstof. LNG is makkelijk te transporteren en resulteert in minder

uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen dan het gebruik van veel andere

fossiele brandstoffen. De transportsector, met name wegtransport en scheepvaart,

wordt geconfronteerd met moeilijk haalbare uitstoot-eisen van de EU. LNG gebruikt

als brandstof kan in deze gevallen voordelig zijn, aangezien het de uitstoot van

broeikasgassen beperkt. Daarnaast resulteert LNG in een stillere motor.

De TKI-Gas programmalijn CCUS (CO2 afvang, transport, utilization en opslag)

werd in 2014 opgenomen onder de TKI-Gas als vervolg op het Nederlandse

Nationale CCS programma CATO-2. De programmalijn omvat Werkpakketten voor:

Afvang;

Gebruik;

Opslag, Monitoring en Veiligheid;

Transport en Ketenintegratie;

Policy, Wet- en regelgeving; en

Publieke Perceptie en Publieke Communicatie.

CCUS wordt van vitaal belang geacht om de doelstellingen voor CO2 emissies in

2030 en daarna te halen. Zonder de wijdverspreide inzet van CCUS zullen kolen-

en gasgestookte centrales, samen met een reeks industriële processen, de

komende tientallen jaren belangrijke bronnen blijven van CO2-uitstoot. Om klimaat

doelstellingen te halen dient een succesvolle demonstratiefase (mede gefinancierd

door nationale overheden en de EU) te worden gevolgd door een succesvolle

commerciële uitrol van CCUS vanaf 2020. Echter, ondanks prijzenswaardige

pogingen om CCUS technologie te ontwikkelen door middel van

Page 17: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 17 / 53

demonstratieprojecten binnen het 2015-202 tijdschema, loopt de inzet van Europa

achter op die van andere regio’s/landen. Dit is voornamelijk te wijten aan de hoge

kosten van CCUS vergeleken met ETS prijzen en de beperkte publieke support

voor CCUS. Andere economieën maken belangrijke vorderingen bij de ontwikkeling

van CCUS, vooral Australië, Canada, China, Noorwegen en de Verenigde Staten

van Amerika. Verwacht wordt dat de Nederlandse regering in de herfst van 2014

een visiedocument over CCUS zal presenteren.

De TKI-Gas programma lijn G.A.S (Gas Acceptatie Samenleving) spitst zich toe op

de license to operate van de gasvoorziening, en kijkt vooral naar de publieke issues

rond gas en de daarmee samenhangende institutionele aspecten van draagvlak.

Cruciaal is de factor vertrouwen (trust): kan de samenleving erop vertrouwen dat

een ontwikkeling, in dit geval van de gasvoorziening, leidt tot wat nodig en gewenst

is? Kan de samenleving die ontwikkeling aan de sector en aanpalende organisaties

toevertrouwen? Kan erop worden vertrouwd dat private en overheidsregulering

voldoende borgen dat wordt geleverd wat wordt verwacht? En last but not least:

biedt gas een propositie die herkend en erkend wordt als antwoord op de wensen,

ideeën en behoeften die in de samenleving leven? Of moeten proposities en

werkwijzen van de gassector wezenlijk veranderen?

De TKI-Gas programma lijn Groen Gas beoogt de ontwikkeling van Groen Gas als

een ideale transitiebrandstof. Groen Gas bestaat al 25 jaar en heeft een goed

imago. Groen Gas maakt gebruik van het distributienet van aardgas en de

opslagcapaciteit helpt om vraag en aanbod van duurzame energie uit te middelen.

“Geothermale energiesystemen” verschaffen een duurzame energievoorziening

zonder emissie van CO2. Internationale roadmaps (bijvoorbeeld die van IEA, IPCC,

en EERA) identificeren geothermie als een belangrijke duurzame energiebron met

het potentieel om in 5% van de mondiale energiebehoefte in 2050 te voorzien. Voor

elektriciteitsopwekking betekent dit een toename van ongeveer 12 GW

geïnstalleerd vermogen nu tot 300 GW in 2050

In de lente van 2011 werd het “actieplan aardwarmte” gepresenteerd om

bestaande marktinitiatieven met betrekking tot het gebruik van geothermale warmte

uit aquifers te stimuleren. Hierbij speelt bijvoorbeeld het adresseren van

onderzoeksvragen betreffende de coproductie van koolwaterstoffen en

ondersteunen van de praktische ontwikkeling van geothermale toepassingen

(kosten, injecteerbaarheid) een belangrijke rol. TNO ondersteunt de industrie bij

deze ontwikkeling en verschaft hiervoor het wetenschappelijke framework.

Bovendien kijkt TNO naar opties voor diepe geothermale toepassingen (> 4 km)

inclusief fraccing kwesties en daaraan verbonden risico’s.

Page 18: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 18 / 53

2.5.2 Hoofdlijnen VP-GE 2015

Het onderzoek binnen het VP-GE wordt uitgevoerd binnen een 7-tal

programmaonderdelen. Deze worden in tabel 2 verder uitgewerkt naar

onderwerpen op hoofdlijnen. Invulling van de programmalonderdelen vindt plaats

middels de uitvoering van een 12-tal onderzoeksprojecten (zie tabel 3). Deze

projecten zijn gericht op de ontwikkeling van specifieke – maar hoofdlijn

overstijgende - technologie. In de tabel is aangegeven welke projecten specifiek

bijdragen aan de diverse programmaonderdelen.

Programma-onderdeel Onderwerpen 2015 (hoofdlijnen)

Energievoorzieningszekerheid en gas: exploratie en productie

Deze hoofdlijn sluit aan bij de deelinnovatiecontracten Upstream Gas en CCUS onder de TKI-Gas met bijdragen uit de projecten:

Innovative Production Techniques

Innovative Exploration Techniques

Geomechanica

Offshore Production Systems

Gas Transport & Storage

Monitoring

Game Changer

Instrumentation

Well Integrity

Ontwikkeling van technologie ter verlenging van de levensduur van bestaande kleine velden, leidend tot een hoger percentage geproduceerd gas

Verbetering van exploratie- en productie technieken voor niet conventioneel gas. Fundamenteel onderzoek mbt gasproductie uit zgn ‘Tight Sands’

Ontwikkeling van monitoring technologie (ten aanzien van bijvoorbeeld seismiciteit en leakage) voor veilige productie van gas

Energievoorzieningszekerheid en gas: gassamenstelling

Deze hoofdlijn sluit aan bij het deelinnovatiecontract Groen Gas onder de TKI-Gas met bijdragen uit de projecten:

Gas Transport & Storage (GTS)

Offshore Production Systems

Game Changer

Gasbehandeling: gericht op upgradings- en verwijderingstechnieken (CO2 en H2S)

Gaskwaliteit en veranderende gassamenstelling

o Invoering biogas in gasnetwerken o modelleren veranderende

gassamenstelling in complexe gas netwerken

o online meting van gassamenstelling o Slimme aansturing voor maximale

flexibiliteit in het gassysteem ten gevolge van meerdere invoerpunten met verschillende gassamenstelling

o strategie toekomstige switch naar hoogcalorisch gas

Gas/Small Scale LNG

Deze hoofdlijn sluit aan bij het deelinnovatiecontracten Small Scale LNG onder de TKI-Gas met bijdragen uit de projecten:

Gas Transport & Storage (GTS)

Game Changer

Offshore Production Systems

Ontwikkeling van technologie en adresseren van economische issues (zoals verbeterde business modellen) en specifieke zaken in de regelgeving (lopende projecten i.o.m. RVO)

Reductie van methaan slip en GHG emissies bij gebruik van gas in transport

Gastransport en -opslag

Risicomanagement en veiligheid van Small scale LNG

Public engagement

Page 19: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 19 / 53

Programma-onderdeel Onderwerpen 2015 (hoofdlijnen)

Gas/Acceptatie samenleving

Deze hoofdlijn sluit aan bij het deelinnovatiecontract G.A.S. onder de TKI-Gas met bijdragen uit de projecten:

Gas Transport & Storage (GTS)

CO2 Opslag

het adresseren van de maatschappelijke onrust met betrekking tot de exploratie en productie van gas.

Ontwikkeling van kennis ten aanzien van communicatie, perceptie en acceptatie aangaande CCS en Schaliegas.

CCUS/ hergebruik

Deze hoofdlijn sluit aan bij het deelinnovatiecontract CCUS onder de TKI-Gas met bijdragen uit de projecten:

CO2 Opslag

CO2 Afvang

Ontwikkeling van gebruikstoepassingen (inclusief tijdelijke opslag) van CO2 binnen bijvoorbeeld de chemie, glastuinbouw en winning van koolwaterstoffen

CCUS/ Opvang, transport en opslag

Deze hoofdlijn sluit aan bij het deelinnovatiecontract CCUS onder de TKI-Gas met bijdragen uit de projecten:

CO2 Opslag

CO2 Afvang

Monitoring

Game Changer

Instrumentation

Well Integrity

Verlaging van de kosten van CO2 afvang door ontwikkeling van 2e en 3e generatie capture technologie voor toepassing in industrie en powersector

Ontwikkeling van opties voor ondergrondse opslag van CO2 met een nadruk op Monitoring, Verificatie en Veiligheid.

Inclusief:

Ontwikkeling van kennis met betrekking tot CCUS keten integratie- en opschalings-issues met specifieke aandacht voor CO2 transport systemen .

Geothermie

Deze hoofdlijn sluit niet aan bij een deelinnovatiecontract onder de TKI en wordt in direct overleg met het ministerie van EZA gedefinieerd. Invulling vindt plaats middels het project:

Geothermie

Stimuleren van bestaande marktinitiatieven m.b.t. het gebruik van geothermische warmte uit aquifers.

Ontwikkelen van opties voor diepe geothermie met name gericht op het opwekken van elektriciteit

Tabel 2 Programma onderdelen VP-GE

De 12 onder het VP-GE uit te voeren projecten zijn in tabel 3 weergegeven. Daarbij

is naast de startdatum van de projecten en de respectievelijke TNO programmalijn

waaronder deze projecten vallen (leveringszekerheid dan wel verduurzaming)

aangegeven waar in deze projecten sprake is van cofinanciering vanuit de EU en

vanuit de industrie. Hieronder volgt een korte beschrijving van deze projecten.

Page 20: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 20 / 53

Geothermie

Dit project is gericht op de volgende specifieke onderzoeksgebieden:

Duurzame warmte: Energie uit warm water uit de diepe ondergrond.

Duurzame elektriciteit: Energie door warmte uit de ultra-diepe ondergrond.

Opslag: Schoon Fossiel

Onderzoek naar het ondergrondse gebruik van CO2 (bijvoorbeeld CO2-EGR en

CO2-EOR) en de ondergrondse opslag van CO2, met name (1) ondergrondse

opslagcapaciteit en veiligheid op langere termijn, (2) monitoring t.b.v.

risicobeheersing van opslag. Het onderzoek naar maatschappelijke onrust met

betrekking tot de opslag van CO2 zal in nauw overleg met de TKI hoofdlijn

Gas/acceptatie samenleving worden ingevuld.

CO2 Afvang

Dit project betreft met name de reductie van de kostprijs van CO2 afvang en

aspecten ten aanzien van de veiligheid. Daarnaast wordt gekeken naar het gebruik

van CO2 (bijvoorbeeld in combinatie met algen).

Well integrity

Onderzoek naar de integriteit van putten met toepassing voor zowel de olie- en

gaswinning, de geothermie en de CO2 opslag. Activiteiten op het vlak van

bijvoorbeeld put monitoring, materialen en mitigatie.

Monitoring

Ontwikkeling van monitoring technologie zowel vanuit putten als vanaf het

oppervlak. Toepassingen worden gevonden binnen de productieoptimalisatie,

CCUS, en geothermie.

Instrumentation

Dit project is sterk gekoppeld aan het monitoring project en betreft met name de

ontwikkeling van slimme en goedkope sensoren (bijvoorbeeld gebaseerd op fibre-

optics).

Game Changer

Een klein deel van het onderzoeksgeld wordt ingezet voor het ontwikkelen van

ideeën (op basis van een proof of principle) die moeten leiden tot de bijstelling van

het meerjarenprogramma. In het verleden heeft dit bijvoorbeeld geleid tot

voorstellen voor onderzoek op het gebied van instrumentatie en CO2 afvang.

Innovative Production Techniques Dit project betreft de ontwikkeling van technieken ten behoeve van de optimale

uitputting van gas- en oliereserves. Dit project zal in nauwe samenwerking met

bestaande academische partners (zoals bijvoorbeeld TU-Delft) worden uitgevoerd

en betreft met name fundamentele problemen ten aanzien van meerfasestroming in

zowel putten als reservoirs.

Innovative Exploration Techniques Ontwikkeling van geïntegreerde kennis ten aanzien van de exploratie van nieuwe

petroleumsystemen met toepassing voor zowel conventioneel als onconventioneel

Page 21: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 21 / 53

gas.

Geomechanica

Dit onderzoek betreft de geomechanische aspecten van ondergrondse activiteiten

zoals bijvoorbeeld geïnduceerde seismiciteit bij gaswinning en gasopslag of risico’s

van fraccing bij winning van schaliegas.

Offshore Production Systems

Dit project betreft met name de veiligheidsaspecten rondom conventionele en

ultradiepe winning van olie en gas met toepassingen voor bijvoorbeeld LNG

installaties en subsea systems.

Gas Transport & Storage

Dit project betreft de technologische ondersteuning van de transitie van Nederland

als gasproducer naar een positie als Noord West Europese gas trading hub,

evenals de uitrol van Small Scale LNG. Daarnaast zal in nauwe samenhang met

het VP systeemintegratie en de hoofdlijnen Groen Gas en Systeemfunctie van Gas

onder de TKI-Gas worden gekeken naar Gaskwaliteit en veranderende

gassamenstelling en de koppeling Gas-en Elektriciteitsmarkt. De voorgenomen

deelname aan het Horizon2020 programma “large scale storage” zal naar

verwachting ook binnen het VP Systeemintegratie worden vormgegeven. Het

onderzoek naar maatschappelijke onrust met betrekking tot de exploratie en

productie van gas zal in nauw overleg met de TKI hoofdlijn Gas/acceptatie

samenleving worden ingevuld.

Page 22: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 22 / 53

Tabel 3 Onderzoeksprojecten VP-GE met daarin opgenomen de (naar

verwachting) onder deze projecten uit te voeren FP7 en H2020 programma’s.

Alle in tabel 3 genoemde projecten vallen onder de TKI-Gas met bijdragen aan

de hoofdlijnen CCUS, LNG, Upstream Gas, GAS en groen gas. In tabel 4 zijn

voor de volledigheid de overige door TNO in 2015 onder de TKI-Gas uit te

voeren projecten weergegeven.

NR Project TitleStart

2013

Start

2014

Start

2015

Supply

SecuritySustainable

Cofund

Ind.Cofund EU

01 Geothermie (waar onder) √ √ √ √ √

_ EU IMAGE (FP7) √ √ √ √ √

_ LCE 02 Reservoir Modelling (H2020) √ √ √ √ √

_ LCE 02 Radial Drilling (H2020) √ √ √ √ √

_ LCE 02 Scaling & Corrosion (H2020) √ √ √ √ √

_ LCE 02 Drilling (ADMIT) (H2020) √ √ √ √ √

_ LCE 02 Middle-deep Drilling (H2020) √ √ √ √ √

_ LCE 02 EGS (H2020) √ √ √ √ √

02 CCUS: CO2 Opslag: Schoon Fossiel (waar onder) √ √ √ √

_ EU MIRECOL (FP7) √ √ √ √

_ EERA CCS netwerk √ √ √ √

_ EU Ultimate (FP7) √ √ √ √

_ IMPACTS (FP7) √ √ √ √

_ EU CCS Network (FP7) √ √ √

_ EC ECO2 (FP7) √ √ √ √

_ LCE 15: FACTOR S  (H2020) √ √ √ √

_ LCE 15: ENOS (H2020) √ √ √ √

03 CCUS: CO2 Afvang (waar onder) √ √ √ √

_ EU HIPERCAP (FP7) √ √ √ √

_ EU Octavius (FP7) √ √ √ √

_ EU ICAP (FP7) √ √ √ √

_ EC Eccsel (FP7) √ √ √

_ LCE 15: CO2 afvang (H2020) √ √ √ √

_ LCE 15: AFVANG (H2020) √ √ √ √

04 CCS/UPSTREAM: Well integrity √ √

05 CCS/UPSTREAM: Monitoring √ √

06 CCS/UPSTREAM: Instrumentation √ √

07 CCS/LNG/UPSTREAM: Game Changer √ √ √

08 UPSTREAM: Innovative Production Techniques √ √ √

09 UPSTREAM: Innovative Exploration Techniques √ √

10 UPSTREAM: Geomechanica (waar onder) √ √

_ EERA Shale gas network (FP7) √ √ √

_ LCE 16: M4ShaleGas (H2020) √ √ √ √

11 UPSTREAM: Offshore Production Systems (OPS) √ √ √

12 LNG/UPSTREAM: Gas Transport & Storage (GTS) √ √ √ √

Page 23: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 23 / 53

Tabel 4. Onderzoeksprojecten die naast het VP-GE door TNO onder de TKI-Gas

worden uitgevoerd

NR Project TitleStart

2013

Start

2014

Start

2015

Supply

SecuritySustainable

Cofund

Ind.Cofund EU

CCUS: TKI-toeslag programma √ √ √

Upstream: Salt precipitation √ √ √

Upstream: Experimental foam √ √ √

Upstream: New petroleum systems √ √ √

Upstream: Coatings for deliquifying gas wells √ √ √

Upstream: EGR technical and economic feasibility √ √ √ √

Upstream: Geochemical composition and origin of natural gas √ √ √

Upstream: Salt precipitation validation √ √ √

Upstream: Improved sweet spot identification and smart development √ √ √

Upstream: Focus on Upper Jurassic Sandstones √ √ √

Upstream: Produced Water Treatment Phase 2 √ √ √

Upstream: Sustainable Water Treatment Phase 2 √ √ √

LNG: composites in LNG equipment √ √ √

LNG: betrouwbaaarheid van cryogene slangen √ √ √

Page 24: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 24 / 53

Page 25: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 25 / 53

3 Vraaggestuurd programma “Duurzame Energie”

Prof. Dr. G.B. Huitema

3.1 Inleiding

De Europese (en Nederlandse) doelstellingen voor 2020 (en 2050) voor de

duurzaamheid, betaalbaarheid en betrouwbaarheid van ons energiesysteem

hebben het energiesysteem veranderd. Onderdeel van het nieuwe systeem zijn

initiatieven voor ‘Smart Energy’ en ‘Smart Grid’ toepassingen. Als gevolg van

ontwikkelingen in de samenleving en geldende regelgeving worden verschillende

oplossingen gekozen, variërend van centrale aansturing tot volledig lokaal.

Verschillende soorten energiecomponenten zijn in bijna elke mogelijke

samenstelling (bijv opwekkers, PV (PhotoVoltaic), (micro)CHP

(CombinedHeatPower), brandstofcellen, elektrische voertuigen) beproefd, getest en

gedemonstreerd. Echter de meeste benaderingen en combinaties zijn ontworpen

om specifieke knelpunten op te lossen en niet om het gehele systeem te

veranderen. Daarmee is geen enkele van deze oplossingen of aanpakken direct

geschikt voor de gestelde globale EU-doelstellingen.

3.2 Visie

Om bovengenoemde complexe situatie het hoofd te bieden heeft TNO een

uitdagende visie op de toekomstige energievoorziening ontwikkeld met als hoofdlijn:

een hechte samenwerking van “Smart Energy Systems” ondersteunt een optimale

inzet en gebruik van energiebronnen. In 2050 moet een samenhangend systeem

niet alleen energieconversie, opslag, transport en distributie integreren, maar ook

de tot nu toe onderliggende afzonderlijk opererende energie-infrastructuren van

elektriciteit, gas en warmte tot een geheel maken. Hierbij geldt het adagium

“energie is energie”, onafhankelijk van de commodity of het transportsysteem, dat

ervoor zorgt dat aanbod en vraag bij elkaar komen. Dit samenwerkende

energiesysteem, in combinatie met een hybride energie infrastructuur, stimuleert

het gebruik van duurzame energie zoals zonne-, wind- en geothermische energie

en alternatieve gasproductie. Het is met name tevens een stimulans voor het

grootschalig gebruik van elektrische voertuigen en warmtepompen.

Figuur 1. TNO visie op Sustainable Energy: integratie van alle soorten en

technologieën energieopwekking dat sterk gerelateerd is aan Smart Energy System

Page 26: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 26 / 53

Als drijvende kracht voor de levering van betaalbare, duurzame energie zal een

open en competitieve markt van energiediensten gerealiseerd moeten worden.

Hiervoor is een socio-economische en levensvatbare regelgeving noodzakelijk. In

het onderzoeksprogramma van TNO op het gebied van Smart Energy Systems

grijpen technische en sociale innovatie in elkaar. Onder technische innovatie vallen

(1) ICT-architecturen en de interfaces met de fysieke installaties, (2) (koppelvlakken

naar) duurzame en/of decentrale opwek, (3) buffering en opslag ten behoeve van

balancering en (4) het bevorderen van de efficiëntie over de energiedragers heen.

Sociale innovatie is gericht op de veranderingen in (a) regulering en beleid, (b) de

veranderingen in de waardeketens en business modellen en (c) de veranderingen

in het gedrag gericht op vraagsturing. De kracht van TNO komt specifiek tot uiting in

de integratie van zowel sociale als technische innovatierichtingen.

TNO vormt een brug tussen onderzoek bij universiteiten en toepassing door het

bedrijfsleven en de overheid. Het onderzoek van TNO is in het algemeen méér

innovatiegericht (het werkelijk toepasbaar maken) dan dat van universiteiten.

Bovendien is het steeds multidisciplinair, omdat TNO zo is georganiseerd dat

onderzoekers van verschillende disciplines met elkaar samenwerken aan

onderwerpen binnen thema’s.

De groeiende maatschappelijke vraag naar een sterk samenhangend systeem van

soorten en technologieën energieopwekking leidt bij TNO voor de komende

strategieperiode 2015 -2018 tot de definitie van een nieuw vraaggestuurd

programma Systeemintegratie. De bestaande programma’s voor de Nederlandse

gas infrastructuur (VP Geo Energy) en de ontwikkelingen met betrekking tot de

integratie van duurzame energie (VP Duurzame Energie) worden nu uitgebreid met

een programma dat deze VP’s met elkaar verbindt en uitbreidt. Vanuit het VP Geo

Energie zullen onderdelen die gericht zijn op de verduurzaming van de gas

infrastructuur, ontwikkeling en inpassing van biogas en groen gas in het nieuwe VP

ondergebracht worden. Het VP Duurzame Energie heeft een primaire focus op

elektrische infrastructuren . Onderwerpen die juist de infrastructuren integreren en

uitbreiden zullen de kern vormen van het nieuwe VP Systeemintegratie.

3.3 Roadmap 2015-2018

3.3.1 Programma hoofdlijnen 2015-2018

Het VP Sustainable Energy richt zich op bovengenoemde visie met tegelijkertijd de

drive om pilots en proeftuinen naar grootschalige toepassingen te tillen. Om het

onderzoeksprogramma concreter te maken heeft TNO voor de periode 2015 -2018

een roadmap Smart Energy System gedefinieerd. Voor een gerichte en effectieve

innovatie volgt TNO een zogenaamde ‘Tick-Tock’-strategie7. Hierbij bestaat een

Tick uit een volgende stap in grootschalige uitrol en kosten efficiëntie, en is een

Tock een opvolgende stap naar een Smart Energy System als een geheel (met een

toenemende systeemintegratie en complexiteit), zie figuur 2. TNO focust hierbij op

7 ‘Tick-Tock’ is een model dat sinds 2007 geadopteerd is door de chipsleverancier Intel

Corporation om daarmee de ontwikkeling van elke microarchitectuur te volgen. Een "tick" staat

voor een krimp van de procestechnologie van de vorige microarchitectuur en een "tock" voor de

nieuwe microarchitectuur.

Page 27: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 27 / 53

onderwerpen van de productlijnen Energie planning en Energiemarkten/gebruikers

en anderzijds de productlijnen Smart Energy Systems Componenten en Back

Office (ICT). De TNO roadmap bouwt voort op het innovatiecontract TKI

Switch2SmartGrids (Addendum juni 2014) , TKI Solar, Roadmap Smart Grids

Netbeheer en de internationale roadmaps van EEGI (European Electricity Grid

Initiative) en SET (Strategic Energy Technology Plan).

Figure 2. TNO’s Tick-Tock Smart Energy Innovatie strategie

Deze innovatiestrategie werd ook al gedurende de vorige strategieperiode 2011-

2014 gevolgd. In 2013 (Tock) is een groot deel van het TNO-onderzoek uitgevoerd

naar het ontwikkelen van nieuwe algoritmen en naar de semantiek van

energieflexibiliteit voor elektriciteit, gas en warmte. De focus voor de 2014 (Tick)

onderzoeksprojecten ligt hoofdzakelijk op grootschalige uitrol van strategieën en het

ondersteunen van ICT-architecturen/oplossingen voor Smart Electricity Systems.

De TNO roadmap 2015 -2018 volgens deze “Tick-Tock’-strategie (startend met een

‘Tock’), ziet er als volgt uit:

1) Eind 2015 - Tock: “Een gevalideerd marktconcept”: Voor een flexibele en open

transitie-georiënteerde energiemarkt in 2025 is een vermindering van

onzekerheid met betrekking tot die markt noodzakelijk. De eerste stap is de

demonstratie van de validiteit van flexibele elektriciteitsmarkten door het

uitvoeren en analyseren van studies van grote pilots.

Doelstelling: Deze grootschalige pilots bouwen verder op de ervaringen in

kleinere pilots (2013 en 2014) waarin: a) TNO’s Flexpower Suite software en

open standaarden zijn geïmplementeerd; b). modellen voor het balanceren van

vraag en aanbod van (duurzame) energie zijn ontwikkeld waarin technologie,

regelgeving en socio-economische aspecten zijn opgenomen ; en c) participatie

eindgebruikers in relatie met dienstontwikkeling is geïnitieerd.

2) Eind 2016 - Tick: “Smart Energy System Componenenten in ontwikkeling”:

Na meer duidelijkheid over de werking van een flexibele en open transitie-

georiënteerde markt, zien we dat IT- en energiecomponenten in lijn met

bekende ‘Smart Energy System ’ standaarden in ontwikkeling zijn.

Doelstelling: TNO heeft een actieve bijdrage geleverd aan het onderzoek naar

de technische haalbaarheid van een samenwerkend system van Smart Energy

Page 28: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 28 / 53

Systems, door een ‘Smart Energy System’ blauwdruk op te stellen, inclusief de

benodigde overall architectuur, interoperabiliteit en standaardisatie.

3) Eind 2017 – Tock: “Commodity integratie validatie”: Op basis van de

ontwikkelde: energiecomponenten kan een aanvang gemaakt worden met

kleinschalige multi-commodity (elektriciteit, gas en warmte) markten voor

balanceren, optimalisatie en energiediensten.

Doelstelling: De energieplanning en business analyse voor multi-commodity

markten is door TNO uitgevoerd met onafhankelijke stakeholders. Voorts heeft

TNO grootschalige agent-gebaseerde simulaties uitgevoerd van deze multi-

commodity energiemarkten. Deze laten de de uitdagingen zien voor de

interactie van commerciële, technologische, institutionele en sociale systemen.

Hieraan wordt de komende jaren gewerkt.

4) Eind 2018 – Tick:“Blauwdruk voor multi-commodity Smart Energy Systems”:

De introductie van additionele energietransporteurs (zoals gas en warmte naast

elektriciteit) in het Smart Energy System creëert een grotere afhankelijkheid

van lokale/regionale omstandigheden. Oplossingspatronen/blauwdrukken voor

onderling afwijkende situaties maken een samenwerkend systeem van Smart

Energy Systemen mogelijk.

Doelstelling: TNO heeft (samen met anderen) blauwdrukken opgesteld voor

verschillende Smart Energy Systemen, waarin stakeholders hun rol spelen. In

de EU Smart Energy Community speelt TNO een belangrijke rol bij het

toelichten van de blauwdrukken en het adviseren over de gerelateerde

implementatiestappen.

Als doel voor 2018 geldt dat TNO internationaal erkend is vanwege haar unieke

verzameling van multidisciplinaire skills, tools en kennis dat de toekomstvaste

transitie naar een samenhangend system van “Smart Energy Systems ondersteunt

en daarmee op deze wijze bijdraagt aan de NL-positie voor de energiesector. Dit

met name door het doen van onderzoek en het aanleveren van kosten-efficiënte

oplossingen en technologieën op het gebied van:

Grootschalige uitrol van smart energysystemen en –diensten;

Vergroting van de leveringszekerheid;

Agile back-office I(C)T voor energieleveranciers.

In deze roadmap kunnen we vier produktlijnen onderscheiden. In de geschetste

‘Tick-Tock’-strategie vinden we voor een Tock (integratie van componenten en

creatie van nieuwe markten) de produktlijnen Energy Planning en Energy Markets

& Users. En voor een Tick (Schaalbaarheid & Kost efficientie) de produktlijnen

Smart Energy System en Back-Office I(C)T. Het VP zal deze lijnen continu

vernieuwen en afstemmen op de TKI programmalijnen.

Het doel van TNO is innovatie en een brede maatschappelijke toepasbaarheid voor

alle partijen in Nederland te bewerkstelligen. De onderzoeksresultaten worden

daartoe openbaar gemaakt, zodat ze ten goede komen aan alle partijen in de

energieketen. Het onderzoek van TNO is derhalve niet gericht op bepaalde partijen

of bepaalde klanten, maar op doelgroepen. De door TNO in deze roadmap

ontwikkelde producten en tools zullen gericht zijn op de huidige energiepartijen

Page 29: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 29 / 53

(energieleveranciers, netbeheerders), nieuwe markttoetreders en lokale smart

(energie) stakeholders (inclusief lokale overheden).

3.3.2 Governance: Organisatie/aansturing van de uitvoering

Bij de uitvoering van de projecten binnen het VP wordt 80% van de beschikbare en

middelen ingezet in Europese en nationale kennisprojecten (FP7, TKI S2SG,

H2020, KIC, ..). Jaarlijks vinden er vanuit het VP geplande vergaderingen en

discussies plaats met gremia van stakeholders, zoals bijv TKI bijeenkomsten,

NetbeheerNL, Ecofys, EIT ICT Labs, etc.

3.3.3 Samenwerking

Op het gebied van Smart Energy Systems werkt TNO met veel partijen samen,

zowel in het private als in het publieke domein. TNO ziet het daarbij als haar taak

om als schakel te fungeren tussen wetenschap en praktijk, zodat kennis ook

daadwerkelijk wordt toegepast in Nederland. TNO onderhoudt contacten met

universiteiten en hogescholen die onderzoeksprogramma’s hebben op het gebied

van smart grids, en gaat samenwerkingsverbanden aan waar dat zinvol is. In het

bijzonder vindt input via aan het VP gelieerde deeltijdhoogleraren plaats. Verder is

er samenwerking met diverse marktpartijen via de proeftuinen/pilots gericht op

Smart Energy Systems. Daarbij vormt TNO de verbinding tussen kennis en

toepassing. In al deze proeftuintrajecten bestaat het consortium uit een combinatie

van netbeheerders, energiebedrijven, projectontwikkelaars, gemeenten, provincies

en ICT-toeleveranciers. Verder werkt TNO samen met internationale partijen in

allianties zoals FlexPower Alliantie Network (FAN), European Energy Research

Alliance (EERA), Energy Business Affiliation Programm (EBAP), en participeert zij

in Europese Standaardisatie Organisaties zoals de (ESO): CEN/CENELEC, ETSI.

Ten slotte vindt samenwerking plaats via Europese onderzoeksprogramma’s zoals

FP7, Horizon 2020 en KIC. Daarnaast wordt voor bredere vraagstukken actief

samengewerkt met TO2 instituten en prominente onderzoeksbureaus.

3.3.4 Kennispositie en klanttevredenheid

De ontwikkeling en betrokkenheid bij internationale projecten laat zien dat de

kennispositie op internationaal niveau goed is. Het werk van TNO onderscheidt zich

door de multidisciplinariteit. Ook zijn er objectieve KPA gegevens van de

belangrijkste toeleverende expertisegebieden die internationaal erg goed ranken.

3.3.5 Impact

De grote impact van het werk in het VP blijkt uit het feit dat (1) TNO sterk bijdraagt

aan de mogelijkheden tot inpassing van duurzame energie, (2) sinds de oprichting

van het VP de omzet in programma’s etc sterk is gegroeid en deze groei zich nog

steeds lijkt voort te zetten en (3) doordat kennis en kunde van TNO ligt op het

gebied van integrator (zowel technisch als sociaal economisch), TNO

nationaal/internationaal gevraagd wordt om te participeren in projecten.

De binnen het VP opgebouwde kennis over de afgelopen jaren wordt voor de

verschillende programmalijnen van het TKI Switch2SmartGrids (zie ook Hoofdstuk

3) toegepast. Daarmee evolueert de kennis steeds verder.

Page 30: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 30 / 53

Voorbeelden hiervan zijn

- De opgebouwde kennis met betrekking tot de energie management

algoritme PowerMatcher is inmiddels geëvolueerd naar een praktisch

inzetbare monitor- en stuuromgeving die diverse energieproducten en

diensten mogelijk maakt. Te noemen valt de toepassing binnen EU

projecten en de IPIN/TKI pilotomgevingen.

- De oprichting van de Flexpower Alliantie Network (FAN). Beoogde

deelnemende partijen aan dit netwerk zijn afkomstig van de gehele

energieketen, inclusief de ontwerpers en leveranciers van devices, ICT

partijen en energiebedrijven. Basis voor samenwerking is het door TNO

ontwikkelde FPAI (Flexible Power Architecture Interface) dat in het

bijzonder ingezet is voor het internationale EIT ICT Labs project Hegrid.

(interoperabiliteit van hybride energie-managementsystemen).

- De opgebouwde kennis van energiemanagement- en technologie wordt

gebruikt binnen de smart grid pilots in de Amsterdamse wijk Houthaven,

Lochem en internationaal in het KIC InnoEnergy projecten ESC en EIT ICT

Labs project Hegrid.

- De kennis die binnen het EU project GreenEmotion is opgebouwd op het

gebied van e-mobility wordt verder ontwikkeld binnen het KIC project EV-

City en het EU project COTEVOS (o.a interoperabiliteit van EV-systemen).

- Op het gebied van sociale innovatie vormt het eerder door TNO

ontwikkelde Interventiemodel met betrekking tot klantacceptatie nu de basis

van de validatie van Smart Grid Demand Response projecten binnen het

EU project Advanced.

- Op dienstengebied wordt de opbouwde kennis met betrekking tot pricing en

billing van flexibiliteit in consumeren en produceren van energie verder

uitgewerkt tot kennis over schaalbare accounting- en verrekensystemen

binnen het EU-project CIVIS.

- De opgebouwde kennis met betrekking tot wet- en regelgeving in

Nederland en in Europa wordt ingezet en verder uitgewerkt in de EU-

projecten E-hub en SI-Drive en in een project voor Netbeheer Nederland

over regulering van de toekomst.

3.4 Relatie Topsector Energie

3.4.1 Historie 2011 -2014

Vanaf de oprichting van de TKI’s heeft TNO de visie op Smart Energy Systems

gedeeld en aangescherpt met de stakeholders in de markt en van de overheden.

Zo is bijvoorbeeld het TNO-vierlagenmodel, Energiegebruikers, Energiediensten,

Abstractie infrastructuur en Fysieke infrastructuur, geadopteerd door de TKI

Switch2SmartGrids en vormde de basis voor het oorspronkelijke TKI programma en

-roadmap.

Het innovatiegebied en Vraaggestuurd Programma (VP) Duurzame Energie is in

2011 begonnen als volledig nieuw onderwerp. Met de komst van de

onderzoeksgroep Intelligente Netten van ECN naar TNO werd de kennis en

beschikbaarheid van technologie op het gebied van energiemanagement zeer

versterkt, met name door de inbreng van de Powermatcher technologie. Deze

kennis en technologie paste perfect in de Virtuele Infrastructuurlaag van Smart

Energy Systems en is daar verder uitgebouwd. Datzelfde geldt ook voor de

Page 31: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 31 / 53

ingebrachte kennis op het gebied van grid stability binnen de Fysieke infrastructuur.

Gedurende de looptijd van het VP is de internationale kennispositie van TNO flink

versterkt. Dat is onder andere zichtbaar door de deelname in een groot aantal EU

projecten, in het bijzonder FP7 en KIC- projecten. Het FP7 programma is vanaf

2014 voortgezet in het EU programma Horizon2020 (H2020). Daarnaast is TNO

nauw betrokken bij het Joint Program Smart Grid van EERA (European Energy

Research Alliance) en de Action Line Smart Energy Systems van EIT ICT Labs.

Als we verder kijken naar het vierlagenmodel dan zijn de afgelopen jaren

belangrijke resultaten behaald op het gebied van de Virtuele Infrastructuur in

combinatie met de Dienstenlaag. Onderzoeksresultaten vanuit EU-projecten

hebben direct bijgedragen aan de verdere ontwikkeling van een open ICT-

architectuur voor inpassing van nieuwe energie-componenten (opwek, opslag en

verbruik) en een open dienstenplatform. Met betrekking tot sociale innovatie is ook

een belangrijke stap gezet op het gebied van duurzame gedragsverandering door

onderzoek naar de drijfveren voor actieve participatie in lokale energie-coöperaties

en internationaal onderzoek naar best practices voor Active Demand. Specifiek ten

behoeve van dienstontwikkeling is onderzoek verricht naar de verrekening en

pricing van nieuwe energiediensten. Adequate verrekening (smart billing) is een

essentiële bedrijfscomponent voor de energietransitie. Op het gebied van de

Fysieke infrastructuur is o.a. gewerkt aan het simuleren van gedistribueerde PV

opwek om daarmee belangrijke inzichten te verkrijgen in dreigende

instabiliteitssituaties in het grid en mitigerende maatregelen. Daarnaast is er

onderzoek geweest naar wet- en regelgeving, bijvoorbeeld op het gebied van

belemmeringen die proeftuinen ondervinden als gevolg van het wettelijk systeem.

3.4.2 Aansluiting op en evolutie binnen Topsector Energie

De TKI Switch2SmartGrids (TKI S2SG) werkt intensief samen met TNO. TNO is

vanaf het begin zowel in het bestuur als in de Raad van Toezicht vertegenwoordigd.

TNO presenteert elk jaar in een vroeg stadium de plannen van TNO op het gebied

van smart grids aan het bestuur en stelt dat zo nodig bij op basis van de feedback

van het bestuur. In het algemeen is er een uitstekende samenwerking tussen TKI

S2SG en TNO.

In de vorige strategieperiode 2011- 2014 waren de programmalijnen van de TKI

gericht op het vierlagenmodel zoals door TNO ontwikkeld en ingebracht. TNO heeft

ondersteuning geboden bij het herdefiniëren van de programmalijnen van de TKI

S2SG. Zo heeft TNO in 2013 en 2014 direct bijgedragen aan addenda bij de

innovatiecontracten die dienen als input voor de tenders, projecten en de nieuwe

TKI programmalijnen en aandachtspunten: Energiemanagement, en Informatie en

Control voor flexibiliteit. Het TNO programma gelieerd hieraan is nu ook verder

geëvolueerd naar de nieuwe TKI opzet van deze programmalijnen. Met de TKI

Systeemintegratie in oprichting zal ook verder afgestemd worden.

Page 32: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 32 / 53

De nieuwe TKI S2SG programmalijnen zijn:

1. “Energiemanagement voor flexibiliteit van energiesysteem”. Deze

programmalijn gaat over het genereren van flexibiliteit en het ontwikkelen

van diensten en producten die nodig zijn om de flexibiliteit van het systeem

te kunnen inzetten om de bestaande infrastructuur beter te benutten, te

kunnen omgaan met de integratie van massieve decentrale opwekking van

energie en de integratie van opslag en conversie.

2. “Informatie en Control systemen voor flexibiliteit in de energie

infrastructuur”. Dit betreft het verzamelen en verwerken van informatie uit

het systeem, verrekenen van diensten en over technologische innovaties

die de infrastructuur zelf flexibeler maakt.

Programmalijn TKI S2SG

Onderwerpen

1. Energiemanagement voor flexibiliteit van energiesysteem

Beter Benutten van de Infrastructuur

Integratie van decentrale productie

Beheersen en Bufferen van Energiestromen

Aandachtspunten: tools voor systeemintegratie; opschaling van oplossingen met bijbehorende standaardisatie.

2. Informatie en Control systemen voor flexibiliteit in de energie infrastructuur

Beschikbaar stellen of leveren van Informatie- en datamanagement

Inzetten van Prijsmechanismen en Dynamische Verrekeningen

Flexibilisering van de Infrastructuur

Aandachtspunten: privacy & security; wet- en regelgeving, business modellen; (Gedrag van) energieprosument.

Figuur 3 De twee programmalijnen met focusonderwerpen van de Topsector

Energie/Smart Grids (referentie: 2014 Addendum Innovatiecontract TKI S2SG)

Het TKI S2SG heeft voor haar tender van 2014 een verdeling aangegeven van 60%

programmalijn 1 en 40% programmalijn 2.

De opbouw van het VP Duurzame Energie is gericht op de programmalijnen van de

TKI S2SG van de Topsector Energie. Tevens wordt hierbij ervoor gezorgd dat er

voldoende raakvlakken zijn met de TKI Solar en met de TKI Systeem integratie in

oprichting. Aan de hand van de TKI S2SG programmalijnen kunnen we zo de focus

van het VP Duurzame Energie 2015-2018 uitdrukken in de eerder genoemde (zie

sectie 3.1.1) genoemde TNO productlijnen.

Page 33: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 33 / 53

Programmalijn TKI S2SG Focus TNO produktlijnen

Energiemanagement voor flexibiliteit van

energiesysteem

Energy Markets & Users:

- Active user participation

- Market Modelling

- Legislation Asessment

Smart Energy System:

- Supply & demand mechanismen

- Forecasting of flexibility

Informatie en Control systemen voor

flexibiliteit in de energie infrastructuur

Backoffice ICT:

- Smart Grid Billing

- Transition driven IT

- Datamodelling

- IT service architectures

- Data management

- Grid management

Figuur 4:. Focus 2015 -2018 van TNO VP Sustainable Energy gerelateerd aan de

TKI programmalijnen.

Het TKI S2SG bestuur verwacht van TNO dat zij net als afgelopen jaren haar

kennisprogramma en –projecten afstemmen op de (in dit geval hernieuwde)

programmalijnen, speerpunten en essentiële aandachtspunten van het TKI S2SG.

Daarnaast kan TNO een rol op zich nemen om speerpunten op te pakken die het

“systeem echt laten werken” en die niet worden opgepakt in de lopende TKI

(tender) projecten mits dat past in haar strategie en expertise. Hierbij wordt gedacht

aan bijvoorbeeld het binnen het TKI S2SG programma ontwikkelen van meer

generieke oplossingen en standaard producten ten behoeve van kostenefficiënte

opschaling.

3.5 Hoofdlijnen programma 2015

Het programma van 2015 levert direct een bijdrage aan de onderzoekslijnen van de

TKI S2SG. Het vierlagenmodel is hierbij leidraad. Kenmerkende speerpunten voor

het onderzoek van TNO zijn opschaling, open infrastructuren en participatie van

eindgebruikers.

2015 is gepland als een Tock en specifiek heeft deze betrekking op een

gevalideerd marktconcept voor een flexibele en open transitie-georiënteerde

energiemarkt in 2025. In 2015 zullen eerste stappen gezet worden voor

demonstraties van grootschalige flexibele (elektriciteit) markten. Deze

grootschalige pilots bouwen verder op de ervaringen van 2013 en 2014 in kleinere

pilots waarin: a) TNO’s Flexpower Suite software en open standaarden zijn

geïmplementeerd; b). modellen voor het balanceren van vraag en aanbod van

(duurzame) energie met zowel technologische als regelgevings en socio-

economische aspecten zijn gebruikt; en c) participatie eindgebruikers in relatie met

dienstontwikkeling is geïnitieerd.

Page 34: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 34 / 53

In onderstaande tabel is een overzicht gegeven van de projecten in 2015 (voor een

korte beschrijving van deze projecten, zie de Appendix op blz. 35).

Programmalijn TKI S2SG 2015 Focus TNO VP Projekten

Energiemanagement voor flexibiliteit van energiesystemen (60%)

Heatmatcher, EcoGrid, iBalance, Flexiheat,, CERISE, Advanced, STEM, ESC

Informatie en control systems voor flexibiliteit in energie-infrastructuur (40%)

COTEVOS, Dream, Cotevos, tDASA, Greengrowing, Greenemotion, Electra, VIOS, OS4ES, CIVIS, OS4ES, Sunseed, Impact, ValueFlex, TEI

Figuur 5 . Positionering 2015 TNO VP projecten naar de TKI S2SG

programmalijnen, met verdeling budgetten.

Ook in 2015 ligt het grootste deel van het budget van TNO vast in

meerjarenprojecten (orde 80%). Dit zijn met name EU FP7/H2020/KIC projecten

(ca. 55% van het vastgelegde budget), nationale subsidieprojecten (ca. 35%) en

Shared Research projecten (ca. 10%). Dit betreft met name matching met private

middelen of EU middelen. Ook voor volgende jaren zullen de EU researchprojecten

een significant beslag leggen op de VP middelen.

Waar het budget nog niet vast ligt is de intentie van TNO de projecten te verdelen

over de verschillende TKI S2SG programmalijnen volgens de hierboven

weergegeven (60/40) verdeling. Dit is een lopend proces en betreft zowel EU

projecten, projecten in de tender(s) van de TKI S2SG als wel zelfstandige

projecten, die beoordeeld worden op hun aansluiting met de (addendum)

innovatiecontracten 2014 van TKI Smart Grids en TKI Solar. Op deze manier

worden marktpartijen in een zo vroeg mogelijk stadium van het onderzoek

betrokken en kan er substantieel onderzoek gedaan worden door financiering

vanuit derden.

TNO draagt alle kennis die zij verwerft, direct uit ten behoeve van de

innovatiecontractdoelstellingen. Daarbij gaat het niet alleen om de kennis die ze

heeft opgedaan in dit VP, maar ook om de kennis uit de IPIN proeftuinen en

andere projecten met marktpartijen.

Page 35: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 35 / 53

Appendix TNO VP Duurzame Energie projecten 2015

FP7:Momenteel lopen de volgende FP7 trajecten waarin TNO participeert, en

die minstens tot in 2015 doorlopen: o Ecogrid (Large scale Smart Grids demonstration of real time

market-based integration of DER and DR). Project betreft een large

scale Smart Grids demonstratie van real time based integratie van

DER en DR met oa. de partners SINTEF, Energienet.dk, Siemens

en IBM Danmark;

o Green eMotion, betreft EV Standardisation met o.a. de partners

IBM,SAP, Siemens, EDF en RWE;

o Advanced (Active Demand Value And Consumers Experience

Discovery). Enel is trekker, andere partners zijn Iberdrola, ERDF,

RWE, TNO, VaasaETT, Universidad Ponteficia Comillas, Entelios,

Fondazione Eni Enrico Mattei, Distribuciòn Elèctrica en The

European Omnibus Survey SCRL.

o Dream (Distributed Renewable resources Exploitation in electric

grids through Advanced heterarchical Management). Betreft (inter)

management aanpak voor inpassen duurzame energie op basis

van autonome agent-based systemen. Partners zijn: Institut

Polytechnique Grenoble, Elektrikis Energeias Greece, Uni St

Gallen, Institute of Communication and Computer Systems, Kema,

Societa Aeroportuali Italy, Telvent Energia Spain, TXT E-solutions

Italy, Uni Kassel, TNO.

o Sunseed.(Sustainable and robust networking for small electricity

distribution) beschouwt converged communicatie-infrastructuren

voor energiesystemen. Partners: Telco + DSO + smart meter +

onderzoek partij in Slovenië, TNO, Aalborg University (Denmark),

Toshiba Research Lab (UK), Sierra Wireless (France).

o Electra (European Liaison on Electricity grid Committed Towards

long-term Research Activities). Betreft uitvoeren van EERA Joint

Programme met EU research partners; in het bijzonder het

ontwerpen grid toekomst; standaardisatie, control- en

monitormechanismen. Partners: EERA

o CIVIS (Cities as drivers of social change) Ontwikkelen van enabling

technologieën en business modellen (TNO) voor “energy-optimized

smart cities”; twee pilots in Trento en Stockholm. Partners:

TrentoRISE, AALTO, KTH, KIT, TUDelft (Brazier), TNO.

o OS4ES. Open System for Energy Management; ontwikkeling van

een Distributed Registry voor DER componenten voor een een

dynamische samenwerking DER-DSO. Lab- en veldtesten. Het

project draagt bij aan standaardisatie. Partners: FGH uit

Mannheim, HUAS (Hamburg University of Applied Science),

Hypertech (Hypertech IT Solutions), Greece, IT4 (it4power)

Switzerland, KONCAR (KONČAR-Power Plant and Electric

Traction Engineering Inc.), Croatia, MVV Energy AG, Germany,

Tecnalia Spain, T-Systems Germany, TNO.

Page 36: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 36 / 53

KIC InnoEnergy. TNO vormt samen met TU Eindhoven, KU Leuven en

VITO de kern van co-locatie Benelux, met als primair onderzoeksgebied

"Smart Cities". Binnen KIC InnoEnergy lopen tot in 2015 de projecten:

o ESC (Energy Supply Cooperative). Het project richt zich op de

realisatie van een woonwijk die volledig onderling energie deelt.

Partners: KIT, EVohaus en TNO

o ValueFlex (Value Analysis Leading to Unleashed Electricity

Flexibility for network management and market operations). Project

beschouwt wat elementen zoals AM en operation sytem tools, LV

monitoring en control , energie-opslag, integratie van PHEV en

Demand Repsonse aan waarde bijdragen voor energieflexibiliteit.

Partners zijn KTH, Vattenfall en TNO.

EIT ICT Labs. Binnen de EIT ICT Labs -node Berlijn (Smart Energy

Systems) lopen een aantal projecten:

o HEGRID (Hybrid Energy Grid Management). In dit project wordt

een prototype van een multi-commodity (hybrid: elektriciteit, gas en

thermische energie) energy management framework gerealiseerd.

Dit voorstel omvat de partners: TNO (Lead), KIT, Siemens,

Alliander, Deutsche Telekom, VTT, TU/e, CWI, TUTwente.

o IMPACT (Integration of sMart Power ConTrollers) met als doel het

creëren van marktrijpe Smart Power Controllers voor elektrische

voertuigen en andere toepassingen in smart distribution grids en

virtual power plants. Partners; Siemens, KIT en TNO.

Proeftuinen. TNO is actief in diverse proeftuinen/pilots gericht op Smart

Energy Systems. Daarbij vormt TNO de verbinding tussen kennis en

toepassing. Voor een deel zijn het projecten met marktpartijen, voor een

ander deel gaat het om trajecten ingediend bij de EZ proeftuinenregeling

IPIN zoals Couperus, PowerMatchingCity II (KEMA, Essent, TNO, Humiq)

en Houthaven en Lochem. In al deze proeftuintrajecten bestaat het

consortium uit een combinatie van netbeheerders, projectontwikkelaars,

gemeenten, provincies en ICT-toeleveranciers.

FlexiHeat. In dit samenwerkingsproject wordt gewerkt aan onderzoek- en

ontwikkelvraagstukken die investeringsbeslissingen in warmte-

infrastructuur zullen versnellen, de economische rentabiliteit van

warmteprojecten verhogen en hiermee de bedrijfseconomische risico’s van

deze projecten zullen verminderen. Partners zijn: RenQi (penvoerder),

Verkley Groep, Waterbedrijf Groningen, A. Hak, Akzo Nobel, Attero, DVN

KEMA, EBN, Electrabel, Energy Valley, Essent, Groningen Seaports,

Holland Malt, Hanzehogeschool Groningen (Energie Kenniscentrum,

Kenniscentrum Ondernemerschap), Rendo Netwerken, Rijksuniversiteit

Groningen (Energy and Sustainable Research, lnstitute Groningen,

Research lnstitute of Technology and Management), TCN SIG

Telehousing, Universiteit Twente, Warmtenetwerk en TNO.

Page 37: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 37 / 53

Tenderprojecten TKI Topsector Energie. Doorlopende projecten zijn:

o VIOS (Virtuele Infrastructuur Operating Systeem). Doelstelling van

dit project is het ontwikkelen van specificaties en technologie

waarmee een interoperabiliteit op het niveau van de virtuele

infrastructuur ontstaat,TNO is hierbij penvoerder, partners zijn

Alliander, iNRG en Technolution;

o I-Balance (link met Entrance): Hanze Hogeschool is hierbij

penvoerder, partners zijn TNO, iNRG,Westland Infra, Gasunie,

Gasterra, HHD, RWE

o tDASA (Technology for Distribution Area Situational Awareness in

Electrical Networks). Partners zijn: Netbeheerder Enexis,

Locamation, TU/e en TNO.

o TEI (Toegankelijke Energie Informatie). Enexis wil graag een

concrete bijdrage leveren aan de Energietransitie en heeft daartoe

het initiatief genomen om aan de Energiehuishouding gerelateerde

gegevens toegankelijk te maken voor partijen die daarmee waarde

kunnen creëren en innovatie bevorderen.

o CERISE (Combineren van Energie- en Ruimtelijke Informatie

Standaarden als Enabler – Smart Grids). Project richt zich op het

richt zich op het combineren van data uit verschillende bronnen

door middel van koppelingen.

o STEM (De Energietransitie van Onderaf). In dit project wordt de

vraag beantwoord Hoe benutten we de beweging van duurzame,

lokale energie initiatieven optimaal om de transitie naar een

duurzame Nederlandse energiehuishouding te versnellen?

Page 38: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 38 / 53

Page 39: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 39 / 53

4 Vraaggestuurd programma “Systeemintegratie”

Ir. R.S. Westerga

4.1 Inleiding

4.1.1 Aanleiding

Systeemintegratie gaat over het optimaal inzetten van het volledige energie

systeem over alle mogelijke energiedragers heen: elektriciteit, gas, warmte en

koude. De bijbehorende infrastructuren 8 kunnen elkaar ondersteunen en aanvullen

bij het bereiken van de doelen in de energietransitie: een duurzaam, betrouwbaar

en betaalbare energievoorziening.

Het VP Systeemintegratie is voor TNO een nieuw VP in het thema Energie. De

bestaande programma’s voor de Nederlandse gas infrastructuur (VP Geo Energie)

en de ontwikkelingen m.b.t de integratie van duurzame energie het (VP Duurzame

Energie) wordt nu uitgebreid met een programma dat deze VP’s met elkaar verbindt

en verder verbreedt . Vanuit het VP Geo Energie zullen onderdelen die gericht zijn

op de verduurzaming van de gas infrastructuur, ontwikkeling en inpassing van

biogas en groen gas in het nieuwe VP ondergebracht worden. Het VP Duurzame

Energie heeft een primaire focus op de elektrische infrastructuur. Onderwerpen die

juist de infrastructuren integreren zullen de kern vormen van het nieuwe VP

Systeemintegratie, zie ook figuur 1.

Figuur 1. Samenhang van de Vraaggestuurde programma’s binnen TNO

Net zoals het VP Geo Energie een nauwe relatie heeft met het TKI Gas en het VP

Duurzame Energie met het TKI Switch2SmartGrids, heeft dit vraaggestuurde

programma een nauwe relatie met de TKI overstijgende programmalijn

Systeemintegratie, waarbij de programmering van het TKI Systeemintegratie de

volgende hoofdlijnen kent:

1. Hybride Energie infrastructuren

2. Energie Opslag

3. Keteninteracties

De hoofdlijnen van dit VP zijn nauw gerelateerd aan deze programma hoofdlijnen.

8 infrastructuren omvatten alle fysieke middelen (netwerken, apparatuur, aansluitingen etc.) en de

bijbehorende markten

Page 40: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 40 / 53

4.1.2 Achtergrond

Het energiesysteem in Nederland ondergaat een transitie richting een duurzaam

systeem. Het aandeel duurzaam opgewekte energie moet omhoog waarbij

tegelijkertijd de leveringszekerheid en betaalbaarheid een gezonde balans blijven

vertonen. In Nederland bestaat tevens een sterke relatie tussen fossiele

grondstoffen en de nationale economie, mede ingegeven door de eigen

gasvoorraad, de handel en verwerking van fossiele grondstoffen en het daarbij

gepaard gaande gunstige ondernemingsklimaat voor energie-intensieve

bedrijvigheid. Elke verandering in dit systeem heeft een significante impact op de

toekomst van de Nederlandse economie, en het is zaak deze impact goed in kaart

te brengen en hierin de juiste keuzes te maken tijdens de transitie.

Systeemintegratie gaat over die onderwerpen die te maken hebben met de relatie

tussen de verschillende energie infrastructuren in Nederland tijdens (en na) de

transitie: elektriciteit, gas en potentieel ook warmte/koude. Dit kan bijvoorbeeld met

behulp van conversie en opslag van energie om het totale energie systeem te

optimaliseren. Het idee is dat in Nederland de bestaande infrastructuren elkaar

kunnen helpen om de verduurzaming te versnellen en in goede banen te leiden

waarbij energetische en economische optimalisaties over de infrastructuren heen

een belangrijke rol spelen.

In Nederland, en in ons omringende landen, zijn er twee aspecten die de hoofdrol

spelen in de transitie naar een duurzame energievoorziening. Ten eerste de

veranderingen in de elektriciteit infrastructuur. Hier zullen de grootste technische en

economische problemen het eerst gaan optreden, zoals de stabiliteit en

betrouwbaarheid van levering, de prijsontwikkelingen van energie en potentiële

desinvesteringen en benodigde investeringen in die infrastructuur. Ten tweede

hebben we te maken met een bestaande gas infrastructuur, die nog een belangrijke

rol kan spelen in de verduurzaming van het gehele systeem.

In dit programma zijn op basis van voorgaande teksten de volgende twee

uitdagingen van belang:

1. Op welke manier zijn de gas- en warmte-infrastructuren optimaal in te zetten

als flexibiliteitsbron voor het elektriciteit systeem?

2. Wat is de rol van de gasinfrastructuur tijdens en na de energietransitie, in een

duurzame energievoorziening?

Op termijn zullen deze twee uitdagingen in elkaar overvloeien en convergeren en

daarbij samen met de ontwikkelingen op het gebied van Duurzame Energie een

coherent en consistent geheel vormen.

4.2 Visie

Nederland kent twee belangrijke nationale energie infrastructuren: de elektriciteit-

en gasinfrastructuur. De warmte/koude infrastructuur is een derde, maar die speelt

vooral op lokaal en regionaal niveau een rol. In de transitie naar een duurzaam

systeem zullen beide infrastructuren een rol spelen, zowel in zichzelf, maar ook met

elkaar. Een optimaal systeem maakt gebruik van de beschikbare infrastructuren.

Systeemintegratie gaat dan ook om de verandering in, en samenhang tussen deze

infrastructuren om de doelstellingen van verduurzaming te bereiken tegen

Page 41: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 41 / 53

acceptabele kosten en met voldoende mate van betrouwbaarheid voor de

leveringszekerheid van energie (betrouwbaar, betaalbaar, duurzaam).

De grootste problemen in NL zullen als eerste optreden in de elektriciteit

infrastructuur. Enkele voorbeelden kunnen we vinden in Duitsland en Denemarken,

waar grote aandelen duurzaam opgewekte energie (of juist het ontbreken daarvan)

het systeem in problemen brengt. Dit kan een technisch probleem veroorzaken

(balans, er is te weinig of juist te veel duurzame energie, en flexibele inzet van

traditionele reserve productiecapaciteit ontbreekt), of een markt gerelateerd

probleem (prijsontwikkeling, de energiemarkt is niet ingericht voor de effecten van

de transitie). Een andere belangrijke trend is de decentralisatie van de opwekking

van energie, iets waarmee in het systeem geen rekening mee is gehouden, niet op

technisch vlak, maar ook niet op het vlak van regelgeving en marktwerking. Door

die decentralisatie ontstaan ook meer belanghebbenden in het systeem (lokale

initiatieven en individuen/prosumers), wat zonder aanvullende maatregelen minder

controle geeft over het totale systeem. Minder controle leidt uiteindelijk tot een

vermindering van stabiliteit en voorspelbaarheid van het totale systeem.

Flexibiliteit in het hybride energie systeem als sleutel voor de oplossing:

De oplossingen voor een flink deel van deze problematiek liggen in het ontsluiten

en creëren van flexibiliteit in het systeem, en dan vooral gericht op de integratie van

elektriciteit en gas: het hybride energie systeem. Waar het nu nog twee gescheiden

infrastructuren zijn zullen ze in de toekomst meer geïntegreerd zijn om het totale

energie systeem te optimaliseren, zowel technisch als economisch.

De nodige flexibiliteit in de elektriciteit infrastructuur kan op verschillende manieren

worden gerealiseerd. Flexibiliteit vergroten in de productie van energie, flexibiliteit in

transport (door betere internationale interconnecties), flexibiliteit door vraagsturing

(‘demand response’) en flexibiliteit door de inzet van opslag en conversie van

energie, ook tussen de verschillende infrastructuren. Met de inzet van de

gasinfrastructuur (hybride energie systemen) en warmte/koude infrastructuren is de

flexibiliteit verder te verhogen dan alleen met de elektriciteitsinfrastructuur.

Naast deze technische aspecten van flexibiliteit spelen ook de sociaal economische

aspecten een belangrijke rol. Een verandering in de huidige marktwerking in het

systeem, in de volume markten, in de balansmarkten, en de waardering van

potentiele flexibiliteit zijn ook delen van de oplossingen die nodig zijn.

Page 42: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 42 / 53

Figuur 2. Flexibiliteit verhoogt door de inzet van verschillende infrastructuren

In het energiesysteem van de toekomst is er nauwe relatie tussen de gas en

elektriciteit infrastructuren met voldoende flexibiliteit in het systeem om de

verduurzaming te realiseren met een betrouwbare levering en betaalbare

energievoorziening.

4.3 Roadmap 2015-2018

4.3.1 Historie

Het VP Systeemintegratie heeft geen eigen TNO roadmap. Het heeft wel een sterke

relatie met de bestaande roadmaps voor Smart Energy Systems (SES) en Geo

Energy.

De belangrijkste ontwikkelingen vanuit de lopende VP’s Duurzame Energie en Geo

Energie die met dit VP Systeemintegratie te maken hebben zijn:

Ontwikkelingen vanuit VP Duurzame Energie:

- Technologie voor balanceren vraag en aanbod elektriciteit (PowerMatcher)

en warmte (HeatMatcher);

- Technologie ontwikkeling voor besturing hybride energie systemen

(HEGRID, eHUB).

Ontwikkelingen vanuit VP Geo Energie:

- Modelleren van de veranderende gasstromen in een gas netwerk

infrastructuur ten gevolge van de invoeding van groen gas (Smart Gas

Grids);

- Monitoren van de veranderende gascompositie door de verandering van

het gas distributie netwerk van uni-directioneel naar bi-directioneel;

- Evolutiemodellen van energiesysteem (gas / elektriciteit), Agent based

(ABM/EDGAR D1).

4.3.2 Programma hoofdlijnen 2015-2018

In het toekomstbeeld van systeemintegratie is de samenhang tussen de hybride

energie infrastructuren een belangrijk gegeven, waarbij de problematieken zoals

geschetst zijn aangepakt. Er is niet meer sprake van een systeem met volledig

Page 43: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 43 / 53

gescheiden infrastructuren, maar een samenhangend en geoptimaliseerd systeem

van productie, transport en verbruik van energie. Flexibilisering van de

infrastructuur om een groot aandeel duurzame energie aan te kunnen is hierbij een

sleutelbegrip. Dat betekent dat er in de toekomst voorzieningen zijn, zowel

technisch als op sociaal economisch vlak, die deze flexibiliteit ondersteunen, en

voor en door verschillende belanghebbenden aangeboden worden of geleverd. De

belanghebbenden zijn dan vooral de producenten, groot en klein, de beheerders

van de transportinfrastructuren en de verbruikers, ook groot en klein.

Voor het hier en nu betekent dat er aan een aantal onderwerpen gewerkt moet

worden om het toekomstbeeld te realiseren. In het TKI overstijgende programmalijn

Systeemintegratie zijn deze in drie hoofdlijnen uitgewerkt: 1. Hybride

infrastructuren, 2. Opslag en Conversie en 3. Keteninteracties. In dit VP is een

vergelijkbare, maar meer gedetailleerdere programmering, gehanteerd die recht

doet aan de twee vragen uit de inleiding en een invulling geeft aan het onderzoek

dat het gewenste toekomstbeeld kan realiseren. Dat deze in de komende jaren

meer naar elkaar toegroeien is zeker een mogelijkheid.

De hoofdlijnen in dit VP Systeemintegratie zijn gebaseerd op de volgende noties:

Rol van Gas in de verduurzaming van het energiesysteem. De rol van de gas

infrastructuur in de verduurzaming moet helder worden. Voor elektriciteit wordt al

veel gewerkt aan smart grids om meer duurzaam opgewekte energie aan te

kunnen. Vooral voor de inzet van biogas en groen gas is onderzoek nodig in relatie

tot de verduurzaming en de bijdrage aan de leveringszekerheid.

Conversie en Opslag van Energie. De integratie van verschillende energie

dragers heeft tevens te maken met het omzetten van de ene vorm in de andere.

Conversie en daarbij gepaard gaande opslag is van groot belang voor het

realiseren van hybride infrastructuren. Power 2 Chemicals en opslag van warmte

zijn belangrijke onderwerpen.

Hybrid Energie Matching. Voor de optimale inzet van duurzame oplossingen is

een slimme besturing nodig. Voor hybride infrastructuren moet deze rekening

houden met de verschillende energie dragers. Net als voor Smart Grids dit soort

besturingen worden gerealiseerd, is dit ook nodig voor deze integratie. Hybride

Smart Management systemen zijn van groot belang voor de optimalisatie van

beschikbare flexibiliteit in het systeem.

Integrated System Dynamics. Omdat nog veel onbekend is over de optimale

inzet van infrastructuren en technologie en bijbehorende marktwerking zijn er

modellen, simulaties en optimalisaties van hybride energiesystemen nodig, die

rekening houden met de markt(en) en belanghebbenden. Zowel technische

modellen en simulaties alsook marktmodellen en analyses en de rol van

verschillende belanghebbenden (producenten, beheerders en verbruikers) zijn

hierbij van belang.

Integrated System Validation and Demonstration. In de komende jaren is het

van belang de innovaties te kunnen valideren en demonstreren. Hiervoor moeten

de benodigde test faciliteiten worden gerealiseerd.

Page 44: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 44 / 53

4.3.3 Governance

Jaarlijks vinden er vanuit het VP interne en externe contacten en discussies plaats

met gremia van stakeholders, zoals bijv. TKI bijeenkomsten, NetbeheerNL, EIT ICT

Labs, etc. Het VP valt binnen TNO onder de verantwoordelijkheid van het thema

energie, meer specfiek bij het innovatiegebied Duurzame Energie.

4.3.4 Samenwerking

Op het gebied van smart grids werkt TNO al met veel partijen samen, zowel in het

private als in het publieke domein. TNO ziet het daarbij als haar taak om als

schakel te fungeren tussen wetenschap en praktijk, zodat kennis ook daadwerkelijk

wordt toegepast in Nederland. Dit geldt ook voor dit VP. TNO onderhoudt en breidt

uit de contacten met universiteiten en hogescholen die onderzoeksprogramma’s

hebben op het gebied van systeemintegratie, en gaat samenwerkingsverbanden

aan waar dat zinvol is. In het bijzonder vindt input via aan het VP gelieerde

deeltijdhoogleraren plaats. Verder werkt TNO samen met internationale partijen: de

European Energy Research Alliance (EERA), Energy Business Affiliation Programm

(EBAP), en participeert zij in Europese Standaardisatie Organisaties zoals de

(ESO): CEN/CENELEC, ETSI. Ten slotte vindt samenwerking plaats via Europese

onderzoeksprogramma’s zoals FP7, Horizon 2020 en KIC. Daarnaast wordt voor

bredere vraagstukken actief samengewerkt met TO2 instituten en prominente

onderzoeksbureaus.

4.3.5 Kennis positie en klanttevredenheid

TNO heeft vanuit de bestaande programmering van de VP’s in energie een solide

basis in de verschillende energie infrastructuren (gas, elektriciteit, warmte). Kennis

vanuit de projecten in deze VP’s zal zonder meer ingezet worden bij het onderwerp

systeemintegratie. TNO heeft een unieke uitgangspositie dat alle disciplines van

gas, elektrisch en warmte op systeem niveau bij elkaar gebracht kunnen worden.

Zowel nationaal als internationaal heeft TNO de potentie om ook hierin een

belangrijke positie in te nemen.

Vanuit Geo Energie is er een sterke technologie positie in het modelleren van

dynamische gasstromen in complexe netwerken ten behoeve van gasdistributie en

gasopslag. De technologie ontwikkeling die plaatsvindt, is gerelateerd aan het

modelleren van veranderende gascompositie in de netwerken door invoeding van

groen gas, LNG, H of G gas.

Vanuit Duurzame energie is er een zeer sterke positie in intelligentie toevoegen aan

de infrastructuur (smart grids) met bijbehorende technologie en modellering,

simulaties en optimalisaties van deze technologie. Vooral de bijbehorende

systeemkennis, marktkennis en sociale aspecten zijn onderwerpen die zich direct

laten vertalen naar de uitbreiding richting systeemintegratie.

4.3.6 Impact

Impact van de programmering zal zijn dat er in Nederland (en in de EU) steeds

meer rekening wordt gehouden met het energiesysteem als geheel, en niet als

individuele onderdelen. Zowel de fysieke infrastructuur als de bijbehorende markten

zullen worden geïntegreerd over gas en elektrische infrastructuren heen, waarbij

ook zoveel mogelijk gebruik wordt gemaakt van de mogelijkheden die warmte en

koude bieden. De belangrijkste reden is om de flexibiliteit van het totale systeem te

vergroten. De impact zal zowel op het gebied van klimaat zijn: het bijdragen aan de

Page 45: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 45 / 53

duurzaamheidsdoelstellingen, energiebesparingen en CO2 reductie (Energie

Akkoord) maar ook ervoor zorgen dat er rekening wordt gehouden met de

bestaande economische waarde van het energiesysteem en de partijen die hierbij

betrokken zijn.

4.4 Relatie Topsector Energie

TNO heeft een belangrijke bijdrage in het TKI Gas (TNO is coördinator van de

hoofdlijnen upstream Gas, small scale LNG en CCUS, en TNO zit in het bestuur) en

het TKI Switch2SmartGrids (rol in bestuur en bepalende bijdrage van

programmering in 2013 en 2014). TNO heeft vanuit die hoedanigheid dan ook een

bijdrage geleverd in de uitwerking van de TKI overstijgende programmalijn

Systeemintegratie in de Topsector Energie.

Aansluiting Thema Systeemintegratie

Dit VP is nauw verbonden met het nieuwe thema systeemintegratie binnen de

topsector energie. De visie van dat thema en de visie van dit vraaggestuurde

programma sluiten nauw op elkaar aan. De resulterende programmalijnen van het

thema systeemintegratie (Hybride infrastructuren, Opslag en Conversie en

Keteninteracties) zijn terug te vinden in de programmering van dit VP

Systeemintegratie.

4.5 Hoofdlijnen programma 2015

De hoofdlijnen in de roadmap 2015-2018 (zie par. 4.3.2) laten zien welke lijnen er

de komende jaren van belang zijn. In 2015 zullen projecten worden uitgevoerd of

opgestart die bijdragen aan de invulling van die hoofdlijnen. De speerpunten liggen

bij de twee hoofdvragen die in het begin zijn gesteld: De verduurzaming van de gas

infrastructuur en gas als flexibiliteitsbron voor de problemen in de

elektriciteitsinfrastructuur. De volgende onderwerpen zijn geïdentificeerd voor 2015,

gestructureerd volgens de roadmap hoofdlijnen:

Rol van Gas in de verduurzaming van het energiesysteem:

1. SMART GAS GRID. In samenwerking met Alliander en Bronkhorst ontwikkelen

van een sensor voor de calorische waarde van gas in netwerken, waarmee op

veel locaties in een complex netwerk online kan worden gemeten of het gas

voldoet aan de specificaties, ook als er biogas bij verschillende invoerpunten op

willekeurige momenten en volumes wordt ingevoerd.

Conversie en Opslag van Energie:

1. Horizon 2020: LEC09: Opslag op grote schaal. Een ingediend voorstel in

Horizon 2020: “LCE9: Large Scale Storage”. Het op grote schaal opslaan van

(duurzaam) opgewekte energie in ondergrondse opslag.

Hybrid Energy Matching:

1. ELASTIC: Alignment of Powermatcher & Business Agents. Een

samenwerkingsverband met VITO (België) om de Powermatcher technologie te

verbinden met slimme toepassingen voor hybride netwerken.

Page 46: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 46 / 53

2. HEGRID. In dit project wordt een prototype van een multi-commodity (hybrid:

elektriciteit, gas en thermische energie) energy management framework

gerealiseerd. Dit voorstel omvat de partners: TNO (Lead), KIT, Siemens, SAP,

VTT, TU/e, CWI, TUTwente.

Integrated Systems Dynamics:

1. Agent Based Models / Edgar D1. Agent Based Modelling van gekoppelde

markten. In het kader van het EDGAR programma D1 met TUD, Kiwa, ECN,

Enexis en Alliander kijken mee. Het model bouwt voort op het ENETSIM model

dat eerder voor de gasmarkt is ontwikkeld.

2. HEM: Hybrid Energy Management: Simulation & Matching Optimalisation for

Hybrid Infrastructures. Een onderzoek naar slimme algoritmes voor het

matchen van energie met verschillende energie dragers.

3. PLATO: Planning Models for hybrid energy systems. In samenwerking met

Netbeheerders onderzoek naar de volgende generatie rekenmodellen voor het

plannen van hybride energiesystemen

4. DYNET: Market evolution models (“SRP Energy Transition”). Lange termijn

evolutie van energienetwerken simuleren, rekening houdend met korte termijn

gedrag. Dynamische beprijzing van energie is een sleutelfactor.

Integrated Systems Validation & Demonstration:

1. Hybrid Energy System Integration Lab: Test faciliteit met Energy Academy

Europe (EAE). Ondersteuning aan de opzet van projecten die gebruik maken

van het integration Lab.

Page 47: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 47 / 53

5 Vraaggestuurd Programma “Energie Gebouwde Omgeving” EGO voor TKI EnerGO

Dr. H.M.E. Miedema

5.1 Inleiding en doelstelling

Via energiebesparing, duurzame lokale compacte conversie en opslag van energie

en slimme systemen is de CO2 uitstoot gerelateerd aan de gebouwde omgeving

fors terug te brengen. De introductie van maatregelen zal voor een groot deel in de

bestaande gebouwde omgeving moeten plaatsvinden en gecombineerd worden

met onderhouds- en renovatieaanpakken. Dit stelt specifieke eisen aan de

inpasbaarheid van oplossingen.

TNO stelt zich tot doel om samen met de stakeholders voor de gebouwde

omgeving een reductie van 20% CO2 tot stand te brengen in 2020 en energie-

neutrale gebieden in 2050.

5.2 Achtergronden

In Nederland en veel andere Europese landen is ca. 35% van het primaire

energiegebruik, 50% van het grondstoffenverbruik en circa 30% van het vervoer,

watergebruik en CO2-uitstoot gerelateerd aan de gebouwde omgeving. Mede

gedreven door Europese regelgeving stellen overheden, bedrijven en burgers

steeds hogere eisen aan het reduceren van de energieconsumptie, het opwekken

van duurzame energie, het sluiten van grondstofketens en het terugbrengen van de

CO2-uitstoot. Een kentering is op mondiaal niveau echter nog niet zichtbaar.

De ultieme nationale en Europese ambitie ten aanzien van de gebouwde omgeving

is een klimaatneutrale gebouwde omgeving medio deze eeuw en een circulaire

economie voor materialen.

Het Energieakkoord voor duurzame groei omvat stappen in de richting van een

energievoorziening die in 2050 volledig klimaatneutraal is. Voor 2030 wordt voor

gebouwen gestreefd naar ten minste gemiddeld label A. In het Energieakkoord is

het streven voor de gebouwde omgeving voor 2020 om ten minste de doelstellingen

uit de Europese energie-efficiëntie richtlijn (EED), de herziening van de richtlijn

energieprestatie van gebouwen (EPBD) en de richtlijn Ecodesign te realiseren, en

verder:

bestaande bouw: 300.000 bestaande woningen en andere gebouwen per jaar

minimaal twee labelstappen laten maken;

nieuwbouw: bijna energieneutraal vanaf 2020 (en vanaf 2018 reeds voor

overheidsgebouwen) conform EPBD-richtlijn;

huur: gemiddeld label B in de sociale verhuur en minimaal label C voor 80%

van de particuliere verhuur in 2020;

utiliteitsgebouwen: energiebesparende maatregelen met een terugverdientijd

van minder dan vijf jaar dienen uitgevoerd te worden, conform Wet

milieubeheer.

Investeringen in energie-efficiëntere producten, productietechnieken en

hernieuwbare energie worden beschouwd als van essentieel om de ambities te

Page 48: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 48 / 53

verwezenlijken.

Terugbrengen van het netto primair energiegebruik in de gebouwde omgeving tot

(bijna) nul zou Nederland jaarlijks miljarden euro’s besparen die we nu besteden

aan kolen, olie en gas. Bovendien zou het tienduizenden nieuwe banen creëren in

de bouw en toeleverende industrie. Door fors in te zetten op energiebesparing en

een slimme uitrol van hernieuwbare energie worden de energiekosten voor burgers

en bedrijven beheersbaar gehouden. Daarbij moet worden bedacht dat de

energierekening van een gemiddeld huishouden 5 tot 6 procent van het

huishoudinkomen bedraagt (voor huishoudens met een laag inkomen ligt het

percentage nog hoger).

Innovatieprogramma Energiesprong, uitgevoerd in opdracht van het Ministerie

van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties heeft met marktpartijen Nul-op-de-

meter prestatiecontracten afgesloten. Bij een “Nul Op de Meter” nieuwbouwwoning

zijn de in- en uitgaande energiestromen voor gebouwgebonden energiegebruik

(ruimteverwarming, -koeling, warm tapwater gebruik) en het gebruik van

huishoudelijke apparatuur (incl. verlichting) op jaarbasis per saldo nul. Hierbij geldt

tevens dat:

Op basis van de EPG norm moet de woning voor het gebouw-gebonden

energiegebruik een EPC hebben kleiner dan 0;

Aanvullend daarop levert de woning een minimum hoeveelheid elektriciteit per

jaar voor de afdekking van het elektriciteitsgebruik van huishoudelijke

apparatuur;

Gebiedsmaatregelen (conform EMG) worden toegepast om tekort aan

opwekkingenmogelijkheden voor huishoudelijk verbruik van een individuele

woning te compenseren; de externe duurzame energie wordt opgewekt binnen

een straal van 10 kilometer rondom de woning.

De prestatiegarantie in de contracten betreft minimaal de energieprestatie volgens

bovenstaande definitie. Aanvullend worden prestatiegaranties verwacht op het

gebied van binnenmilieu.

Reductie van het energiegebruik en de toenemende inzet van duurzame

energiebronnen kan niet los gezien worden van de behoeften van de

eindgebruikers in de gebouwde omgeving. De wisselwerking tussen eindgebruiker

en gebouw/installatie is een dominante factor voor het uiteindelijke energiegebruik

in energiezuinige of energie producerende gebouwen. Essentiële randvoorwaarde

voor een succesvolle transitie is dat het comfort- en gezondheidsniveau in

gebouwen toeneemt, of op zijn minst gelijk blijft.

De kennisontwikkeling van TNO gekoppeld aan de TNO EnerGO, om bij te dragen

aan bovenstaande doelen en ontwikkelingen wordt in aparte paragrafen

beschreven voor:

Installaties: compacte energieconversie en thermische opslag

Gebouw en binnenmilieu

Wijk

Onderdeel ‘Installaties’ sluit nauw aan bij TKI EnerGO lijn Compacte Conversie en

Opslag (CCO), onderdeel ‘Gebouw en binnenmilieu’ bij Multifunctionele Bouwdelen

en onderdeel ‘Wijk’ sluit nauw aan bij TKI EnerGO lijn Energieopwekking, -

Page 49: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 49 / 53

distributie en –opslag op Gebiedsniveau. Onderwerpen uit de TKI EnerGO lijn

Regeling energieprestatie en control zijn hier geïntegreerd in de drie onderdelen.

De activiteiten worden voor een belangrijk deel vergroot doordat deze gematcht zijn

met financiering uit EU kaderprogramma/ Horizon 2020 projecten en KIC

InnoEnergy projecten. Daarnaast vinden activiteiten plaats om technologie te

ontwikkelen die de basis vormt om met bedrijven gezamenlijk door te ontwikkelen,

in een aantal gevallen met ondersteunende financiering uit TKI EnerGO tenders.

5.3 Installaties: compacte energieconversie en thermische opslag

Compacte thermische opslag

Om een energie producerende gebouwde omgeving mogelijk te maken is inzet van

decentrale duurzame energiebronnen noodzakelijk. Voor een zo effectief mogelijke

inzet is optimale integratie een vereiste. Cruciaal is de ontwikkeling van een

compacte technologie waarmee het mogelijk is om de onvermijdelijke

ongelijktijdigheid van vraag en aanbod vrijwel verliesvrij te overbruggen.

Bij de huidige opslagtechnologieën gaat warmte verloren tijdens de opslagperiode,

zijn vaak grote investeringen gemoeid en is veel ruimte noodzakelijk.

Thermochemische opslag is een technologie die in potentie deze nadelen niet

heeft. De technologie is echter nog niet marktrijp. Naast component- en systeem-

ontwikkeling is ook behoefte aan fundamentele materiaalontwikkeling. Door TNO

wordt in consortia binnen diverse Europese en Nederlandse projecten gewerkt aan

(compacte) thermische energieopslag, waarbij de focus van de werkzaamheden ligt

op component- en systeemontwikkeling. Hiervoor worden nieuwe numerieke

modellen ontwikkeld, mock-ups gebouwd en numerieke modellen gevalideerd.

In dit verband wordt gewerkt aan:

Verhoging van de energie opslag dichtheid op systeemniveau

Verhoging ratio vermogen/capaciteit

Vergroten laadsnelheid

Vergroten systeem-opbrengst door ontwikkelen nieuwe materialen waarmee de

laadtemperatuur verlaagd wordt (dehydratatie temperatuur)

Verbetering energiemanagement, life-time en state-of-charge, intelligente laad-

en ontlaadalgoritmen

Verbetering systeem- en gebouwintegratie door de ontwikkeling van nieuwe

materialen, componenten en systemen.

Compacte energieconversie

De meeste nieuwe HVAC technologieën worden ontwikkeld voor de nieuwbouw. Dit

omdat inpassing dan veel eenvoudiger is. Voor de bestaande bouw is het

noodzakelijk om extra aandacht te besteden aan inpassing van zowel nieuwe als

ook van efficiënte bestaande technologieën.

In dit verband wordt gewerkt aan:

Inpassing van bestaande technologie in de bestaande bouw in het bijzonder

bouwfysische en systeemintegratie van PV en zon thermische componenten.

Ontwikkeling van de volgende generatie warmtepompen en airconditioners die

tot een factor 3 beter presteren dan de huidige apparaten. Dit kan mogelijk door

toepassing van het magneto calorische principe gecombineerd met permanente

Page 50: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 50 / 53

magneten. Hierdoor is vrijwel geen primaire energie meer nodig om warmte of

koude te produceren.

5.4 Gebouw en binnenmilieu

In dit deelprogramma zullen beperkte activiteiten ondernomen worden met

betrekking tot energieprestatiebeoordeling en –monitoring, en met betrekking tot

binnenmilieukwaliteit en ventilatie. Deze onderwerpen komen uitgebreider aan de

orde in een vraaggestuurd programma dat aangestuurd wordt door de ministeries

IM en, voor dit onderdeel, BZK. Hier ligt de focus op Instelbare materialen voor

regulering van absorptie/reflectie van zonnestraling.

Instelbare materialen

De toepassing van instelbare coatings op de gebouwschil lijkt potentieel interessant

om de energievraag van nieuwe en bestaande gebouwen te reduceren. De coating

wordt ‘instelbaar’ gemaakt door nieuwe pigmenten toe te voegen. Voorbeelden van

de toegevoegde functionaliteit is extra warmte/infrarood absorptie in de winter en

juist infrarood reflectie gedurende de zomer. Op deze manier wordt zowel de

warmte als de koude vraag positief beïnvloed.

Ontwikkeling nieuwe pigmenten voor instelbare coatings: infrarood

absorptie bij lage temperaturen, infrarood reflectie bij hoge temperaturen

Ontwikkeling van nieuwe gebouwschil elementen met een geïntegreerde

onzichtbare thermische zonnecollector, gebaseerd op instelbare coatings.

5.5 Wijk

Om een energie neutrale gebouwde omgeving te realiseren is optimalisatie op

wijkniveau noodzakelijk. Een bijkomende reden voor energie-optimalisatie op

wijkniveau zijn de problemen die ontstaan bij grootschalige inzet van decentrale

duurzame energiebronnen. De eerste problemen bij grootschalige inzet van PV,

warmtepompen of windenergie hebben zich al voor gedaan. Gelijktijdige

inschakeling van de warmtepompen hebben geleid tot een overbelasting van het

elektriciteitsnet, niet alle PV panelen kunnen de volledige capaciteit terug leveren

op piekmomenten en windmolens worden vaak uitgeschakeld om soortgelijke

problemen te voorkomen.

Naast hardware oplossingen zoals compacte manieren van opslag is er ook

dringend behoefte aan intelligente tools waarmee op gebiedsniveau ontworpen,

geplanned, geoptimaliseerd of gestuurd kan worden. Dit zijn meestal meer integrale

tools waar diverse modellen aan elkaar gekoppeld moeten kunnen worden. De

huidige beschikbare tools zijn daar slechts zeer beperkt toe in staat.

In dit verband wordt gewerkt aan gebruiksvriendelijk, GIS-gebaseerde tools om:

voor bestaande gebieden (herinrichting) het potentieel én de optimale plaats

van verschillende duurzame energieopties te bepalen in combinatie met

verschillende energieopslag mogelijkheden, dynamische vraagprofielen, zonder

de bestaande energie netten aan te passen;

de planning van energienetten en energiemaatregelen op wijkniveau te

ondersteunen rekening houdend met onderhouds- en investeringskosten.

Page 51: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 51 / 53

5.6 Samenwerking en strategische partnering

Behalve dat TNO actief meewerkt in het ecosysteem van de TKI EnerGO wordt ook

actief deelgenomen aan de volgende belangrijke Europese netwerken/organisaties:

ECTP/E2Ba

Het Europese PPP E2Ba is door bedrijven opgericht om het energiebeleid en

industriebeleid hand in hand met elkaar te laten gaan, zodat terugdringen van het

energiegebruik in de gebouwde omgeving samengaat met versterking van het

bedrijfsleven. Deze aanpak is ondersteunend aan de overheidsambities. Binnen

E2B zit TNO in de steering board, industrial advisory group en het scientific

committee. Op nationaal niveau is TNO het National Liasion Point (NLP) voor E2B.

NLPs vormen een liaison tussen het E2B en lidstaat activiteiten.

KIC InnoEnergy

De Knowledge Innovation Community InnoEnergy richt zich op de doorontwikkeling

van nieuwe technologie tot producten en diensten. De co-locatie Benelux richt zich

op energie in de gebouwde omgeving. In deze KIC werken kennisinstellingen en

industriële partijen samen om de innovatie driehoek (onderwijs, onderzoek,

business) op het gebied van duurzame energie te versterken. TNO is full partner in

de KIC InnoEnergy.

Page 52: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 52 / 53

Page 53: Postbus 80015 TNO-rapport TNO 2014 R11291 ...Energie Princetonlaan 6 3584 CB Utrecht Postbus 80015 3508 TA Utrecht T +31 88 866 42 56 F +31 88 866 44 75 Uitwerking 2015 TNO-rapport

TNO-rapport | TNO 2014 R11291 53 / 53

6 Ondertekening

Utrecht, 30 september 2014

Dr. M.J. van Bracht Managing Director thema Energie

Ir. J. de Koning