Smart grid: waar sociale en digitale innovatie samenkomen

Als consumenten ook elektriciteit gaan produceren zijn zowel digitalisering van het netwerk als de vorming van energiecoöperaties een harde noodzaak

Advertenties

 

Electricity supply - picture Pxabay
Elektriciteitsvoorziening – beeld Pixabay

 

De ontwikkeling van ‘smart grids’ (slimme elektriciteitsnetten) leent zich goed om het belang van digitale innovatie te illustreren. Het is ook een voorbeeld van de manier waarop digitale en sociale innovatie elkaar nodig hebben[1].

Elektriciteitscentrales maken nu nog gebruik van een infrastructuur die in zijn geheel is ontworpen voor gecentraliseerde elektriciteitsopwekking, gekenmerkt door eenrichtingsverkeer van producent naar consument.

Naar een gedecentraliseerde elektriciteitsvoorziening

De netwerkstructuur van de toekomst zal een meer gedecentraliseerd karakter hebben en veelal bestaan uit twee of drie lagen. Deze gelaagdheid zal bijdragen aan de stabiliteit van de stroomvoorziening, maar dat kan alleen dankzij vergaande digitalisering. Deze nieuwe structuur is voorop in ontwikkeling. In 2016 werd wereldwijd ongeveer $ 47 miljard besteed aan infrastructuur en software om het elektriciteitssysteem flexibeler te laten werken, hernieuwbare energie te integreren en klanten beter te bedienen.

Steeds meer huishoudens beschikken niet alleen over energie-verbruikende apparaten, maar ook over voorzieningen om elektriciteit op te wekken en op te slaan (warmtepompen, fotovoltaïsche apparatuur, elektrische voertuigen, stationaire batterijen). Veel energieconsumenten worden ook producenten van hun eigen energie (prosumenten) en daarmee ‘beheerders’ van een eigen mini-net. Ze interfereren hiermee met de gangbare stroomvoorziening en dit kan de stabiliteit van het hoofdnet beïnvloeden. Een gevolg kan zijn om de roep om het hoofdnet te verzwaren, wat  miljarden kost.

Digitalisering: voorwaarde voor decentralisering

Het alternatief is om hoofdnet en mini-netten met elkaar laten communiceren. Het beheer van de productie van energie in grootschalige krachtcentrales (inclusief wind- en zonneparken) zal dan plaatsvinden in samenhang met de regulering van de in- en uitstroom van elektriciteit van het hoofdnet naar de mini-netten. Dat kan ook inhouden dat er signalen worden gegeven aan huishoudens om batterijen te laden of te ontladen en zelfs om de productie van energie te stoppen.

De beheersing van de verschillende elektriciteitsstromen vraagt om een geautomatiseerd monitoring- en controlesysteem. De uitwisseling van gegevens tussen mini-netten en hoofdnet heeft veel privacyaspecten, vooral als de netbeheerder toegang invloed krijgt op wat zich ‘achter de meter’ afspeelt. Om deze reden is een tussenlaag tussen hoofdnet en mini-netwerken van prosumenten zeer gewenst.

Het zijn lokale energiecoöperaties die de laag vormen tussen huishoudens en hun mini-netten en het hoofdnet, beheerd door de netbeheerder en van stroom voorzien door elektriciteitsbedrijven. Over coöperaties heb ik elders geschreven[2].

De energiecoöperatie: noodzakelijke schakel in energiebeheer

Een energiecoöperatie is een samenwerkingsverband van een kleine of middelgrote groep huishoudens. Huishoudens kunnen hierdoor hun overschotten en tekorten aan stroom onderling uitwisselen zonder directe tussenkomst van de netbeheerder of de elektriciteitsproducenten. De netbeheerder krijgt te maken met de overschotten en tekorten van het lokale net als geheel, waarmee de noodzaak om te interfereren in de mini-netten van individuele huishoudens vervalt.

De regulering van de stroom van en naar de mini-netten vindt plaats op coöperatieniveau. De coöperatie kan haar regulerende taak verder versterken door de ontwikkeling van lokale energiebronnen (wind- of zonnepark of aardwarmte) en de opslag daarvan in een districsbatterij. Het is zelfs mogelijk om lokale netwerken tijdelijk los te koppelen van het hoofdnet. Hierdoor ontstaat een situatie van autarkie, waardoor de veerkracht van het netwerk toeneemt bij storingen en calamiteiten[3].

 

Smart grid bron Phoenix contact
Een Smart grid: Afbeelding: Phoenix Contact

 

Flexibele energieprizen: basis voor stabiliteit stroomvoorzienig

In een drievoudig gelaagde netwerkstructuur moeten vraag en aanbod van energie op twee plaatsen in evenwicht worden gehouden: Tussen huishoudens en energiecoöperatie en tussen energiecoöperatie en netbeheerder en elektriciteitsmaatschappijen. Deze structuur is een garantie voor stabiliteit in de energievoorziening op elk van de drie niveaus. Flexibele prijzen voor elektriciteit spelen hierbij een belangrijke rol. Dankzij het feit dat stroomproductie en -consumptie real-time worden gevolgd, kan de prijs van de elektriciteit van minuut tot minuut worden vastgesteld. In eerste instantie voor de coöperatie als geheel, maar eventueel ook voor elk huishouden afzonderlijk. Dit laatste kan aan interessant zijn voor huishoudens die zelf veel investeren in opslagcapaciteit en de batterijen volledig vullen als de prijs van elektriciteit laag is. Dit alles gebeurt langs digitale weg zonder tussenkomst van mensen, op basis van vooraf onderhandelde algoritmen.

Lage prijzen kunnen bijvoorbeeld resulteren in het automatisch laden van alle beschikbare batterijen, maar tegelijkertijd kunnen de elektriciteitsmaatschappijen besluiten om een deel van de stroom te gebruiken voor de productie van waterstof om zo de voorraad van duurzame energie aan te vullen.

De onderstaande video illustreert hoe een slim lokaal netwerk kan werken:

Dankzij de tussenkomst van een energiecoöperatie wordt Interferentie met de privacy van individuele prosumenten weliswaar niet beperkt, maar wel inzichtelijk gemaakt. Bovendien weten ze precies waaruit deze interferentie bestaat en zijn ze bij de sturing ervan betrokken.

Digitale en sociale innovatie komen samen

De energiecoöperatie is een plaats waar technische en sociale innovatie samenkomen[4]. Prosumenten beslissen samen over de algoritmen die de stroom van elektriciteit binnen het lokale netwerk beheren. Bijvoorbeeld wanneer alle beschikbare batterijcapaciteit wordt gebruikt (de inkoopprijs is laag) en wanneer stroom wordt verkocht aan het hoofdnet (de prijs is hoog). Zie hiervoor een kleinschalig voorbeeld in Amsterdam. Maar ze bepalen onder extreme omstandigheden ook wanneer huishoudens de productie van elektriciteit moeten matigen, bijvoorbeeld omdat de collectieve opslagcapaciteit van de coöperatie vol is en de capaciteit van het hoofdnet maximaal benut is waardoor de verkoopprijs van elektriciteit aan het hoofdnet negatief is. Waar de leden van de coöperatie samen de algoritmen binnen de coöperatie vaststellen, onderhandelen hun vertegenwoordigers met over de algoritmes van de netbeheerder en de betrokken elektriciteitsbedrijven.

Wellicht nog belangrijker is dat de leden van een coöperatie samen worden geconfronteerd met een steeds groter aantal opties om gezamenlijk energie te produceren, bijvoorbeeld door zelf een zonnepark te ontwikkelen of door collectieve deelname aan de bouw van een windmolen. Op lange termijn zijn deze opties veel goedkoper dan elk dak vol te leggen met zonnepanelen. Elders schreef ik over de kleine gemeenschap van Feldheim (Duitsland) die energie-autarkisch werd door collectieve besluitvorming, gedreven door het streven naar de laagst mogelijke kosten[5].

Het elektriciteitsnet van de toekomst zal de waarden van digitalisering en menselijke samenwerking omarmen: Het zal actieve sturing door prosumenten van vraag en aanbod van elektriciteit mogelijk maken en het gebruik van schone energie stimuleren.

[1]Deze post bevat veel informatie uit een recent boek: Promoting Digital Innovations to Advance Clean Energy Systems. Geredigeerd door Varun Sivaram, juni 2018. Dit boek kan gratis worden gedownload: https://cfrd8-files.cfr.org/sites/default/files/report_pdf/Essay%20Collection_Sivaram_Digital%20Decarbonization_FINAL_with%20cover_0.pdf

[2]https://www.expirion.nl/blog-19–energietransitie–samenwerken-verrijkt.html

[3]https://www.fastcompany.com/90263250/this-new-florida-neighborhood-has-zero-emissions-tons-of-smart-tech-and-is-hurricane-proof?utm_source=postup&utm_medium=email&utm_campaign=Fast%20Company%20Daily&position=2&partner=newsletter&campaign_date=11082018

[4]https://wp.me/p32hqY-1Ei

[5]https://www.expirion.nl/blog-20–feldheim–100–energie-autarkisch.html

 

Transitie naar duurzame energie gaat veel te langzaam

Het terugdringen van CO2-uitstoot gaat met het huidige beleid veel te langzaam. Extra maatregelen per direct zijn nodig ook om het besef van urgentie te versterken

Duurzaamheid - Snelheid 100Het onlangs verschenen rapport van het UN Intergovernmental Panel on Climate Change[1](IPCC) vat in ruim 30 pagina’s nog eens alle evidentie samen voor de relatie tussen opwarming van de aarde en uitstoot van broeikasgassen (waaronder CO2).

Het is allemaal niets nieuw, maar het is niettemin schokkend te lezen dat als het niet lukt om de CO2-emissie in 2050 tot nul te reduceren, delen van Miami dan al onder water staan, de koraalriffen bijna dood zijn en grote delen van West Afrika woestijn zijn geworden met miljoenen migranten als gevolg. Deze ontwikkelingen zijn nu al zichtbaar[2].

Het kwaad is nog niet geschiedt, maar radicale maatregelen zijn nodig en wel op veel kortere termijn dan we denken te hebben.

Eigenlijk draait alles om één maatregel, het stopzetten van het gebruik van fossiele brandstoffen niet voor 2050 maar eerder[3].

De technologieën zijn aanwezig: windmolens, zonnepanelen, aardwarmte en warmtepompen. We moeten bouwen en bezwaarprocedures beperken. Daarnaast is het nodig om CO2 op te slaan en uit de atmosfeer halen. De kosten van zijn gigantisch, ongeveer 2,5% van het BNP per jaar, maar dit geld betekent ook een stimulans voor de economie.

Stop de verkeerde discussies, zoals die over extra uitgaven voor bewapening omdat een dwaas als Donald Trump dat wil. Maar ook discussies om kernenergie opnieuw in te voeren zijn niet effectief: Ze zaaien verdeeldheid waar eensgezindheid nodig is en hun bouw gaat veel te lang duren.

Tweet Trumo over klimaat

Inmiddels moet er iets gebeuren op de zeer korte termijn. In hoger beroep heeft de rechter de Nederlandse overheid gesommeerd om vóór 2020 de uitstoot van CO2  terug te brengen met 17 megaton extra[4].

De intentie was om op die datum 25% minder CO2-uitstoot te hebben dan in 1990 (toen 220 megaton). Het bestaande beleid zal hoogstens leiden tot een daling tot 183 megaton (17%). De rechter achtte dit ook in hoger beroep onvoldoende en hanteerde een ondergrens van 25%.

Deze extra ombuiging kan, maar brengt ook kosten met zich mee. Eén maatregel daarentegen kost relatief weinig (5 – 10 miljoen) en dat is per direct de maximumsnelheid terugbrengen van 130 naar 100 km per uur en op wegen waar deze 100 km is naar 80 km. Dit levert ongeveer 1,4 megaton per jaar minder CO2-uitstoot op. Stop ook onmiddellijk met investeringen in de uitbreiding van het wegennet.

los-angeles-1396606_960_720

Maatregelen die eveneens effectief zijn, zijn de kilometerheffing en gebruik van gas in plaats van kolen in energiecentrales. De ‘vrijgekomen’ middelen van de afschaffing van de dividendbelasting kunnen bestemd worden voor subsidies aan het bedrijfsleven voor energiebesparende maatregelen.

Overigens kunnen we met zijn allen al vanaf vandaag beginnen met niet harder dan 100 km per uur rijden op de snelwegen. Plak dan wel het bovenstaande plaatje op de achterruit.

[1]http://report.ipcc.ch/sr15/pdf/sr15_spm_final.pdf

[2]https://medium.com/s/story/the-overwhelming-hugeness-of-climate-change-a50d6a59552

[3]https://medium.com/enrique-dans/combatting-global-warming-means-adopting-technology-now-24fcb9ec1383

[4]https://krispijnbeek.nl/2018/10/16/uitspraak-in-hoger-beroep-klimaatzaak/

 

Smart city. Broedplaats voor digitale sociale innovatie in plaats van afzetmarkt voor technologiebedrijven

Digitale sociale innovatie gaat wereldwijd in tegen de manier waarop technologiebedrijven de smart city hebben gecreëerd als afzetgebied voor hun producten

Afbeelding1

Op 4 november 2011 is het begrip smarter city officieel geregistreerd als handelsmerk van IBM. Dit was onderdeel van een campagne om wereldwijd uit te dragen dat stedelijke problemen oplosbaar zijn door deze te benaderen als onderdeel van een beheersbaar systeem…: Op dit moment zijn steden ziek en aan de vooravond van een fatale ineenstorting. Maar zodra nieuwe technologie is geïnstalleerd, komen de problemen onder controle[1]. Uiteraard kon IBM deze technologie leveren.

De verovering van de smart city-markt

Volgens Oda Öderstrom is deze zienswijze een voorbeeld van corporate storytelling. Het gaat daarbij om potentiële klanten in het verhaal te laten geloven ondanks het feit dat het bewijsmateriaal mager was en nog steeds is[2].

Afbeelding2

IBM staat niet alleen. Cisco’s vice-president voor strategie Inder Sidhu beschreef het ‘smart city-spel’ als een grote kans, namelijk een markt van 39,5 miljard dollar[3]. De vooruitzichten zijn explosief gestegen: Het adviesbureau Frost en Sullivan schatte dat de wereldwijde smart city-markt in 2020 $ 1,56 biljoen waard zal zijn. De organisatoren van de zevende Smart City Expo van 26-27 november 2018 in Dubai beloven bedrijven een afzetmarkt van enkele biljoenen.

De pogingen om steden te verleiden tot miljoeneninvesteringen in technologie irriteert me mateloos

Elke euro waarop bedrijven jagen, is belastinggeld van burgers. De relatie tussen de aangeprezen technologieën en stedelijke problemen is twijfelachtig. Wat tot nu toe is bereikt, is teleurstellend[4]. Geen enkele stad ter wereld voldoet aan gangbare definities van een smart city: Een plaats waar technologie met succes wordt ingezet om duurzame welvaart en welzijn voor alle burgers te realiseren[5].

Krachten achter technologische ontwikkeling

Pieter Ballon, VUB-hoogleraar en directeur Smart Cities van IMEC[6] sluit niet uit dat de verworvenheden van de vierde industriële revolutie zoals Internet of things, 3D-printen, big data, wearables en blockchain[7] kunnen bijdragen aan de leefbaarheid van onze steden. Ik ben het daarmee eens, maar zich afhankelijk maken van technologiebedrijven is het laatste wat steden moeten doen om dit doel te bereiken. Zoals het Wereld Economisch Forum stelt, geen enkele technologie is neutraal en de vierde industriële revolutie is dat zeker niet[8]. Toepassing van technologie moet daarom volgens het WEF worden voorafgegaan door een brede beleidsdiscussie over een aantal technologie-gerelateerde ethische vragen

Afbeelding3

De oproep tot zo’n discussie komt waarschijnlijk al te laat.Bas Boorsma schrijft in zijn boek A New Digital Deal[9]: A couple of years ago we believed digitalization to facilitate the emergence of a ‘true’ free market, i.e. an economy based on peer-to-peer principles, collaboration, with small enterprises relying on the network effect and digital tools to conduct business in ways previously reserved for large corporations (New Digital Deal, p.52). Het netwerkparadigma en de platformeconomie zijn echter toegeëigend door grote bedrijven en enkele regeringen.Het kapitalisme, in het bijzonder monopolie-vorming en oligarchie, is versterkt: Digitalization-powered capitalism now possesses a speed, agility and rawness that is unprecedented (New Digital Deal, p.54[10]).

De mogelijkheid tot maatschappelijke sturing van de ontwikkeling van technologie is aan het verloren gaan. Oligopolistische reuzen zoals Apple, Google, Microsoft, Amazon en andere technologiebedrijven nemen het roer over[11]. Ten eerste omdat digitale technologie ons beperkt door de regels in de code, ten tweede omdat ze gegevens vastleggen, verwerken en opslaan, door bijna alles in ons leven te verzamelen. Ten derde bepaalt technologie onze perceptie van de wereld[12].

Compenserende kracht: digitale sociale innovatie

De vraag is of deze ontwikkeling kan worden tegengegaan. Een eerste stap is terugveroveren van invloed vanuit de samenleving op de activiteiten van technologische bedrijven, volledige transparantie van de kosten en baten van de toepassing van technologieën en herstel van de onderlinge concurrentie[13]. Er is echter meer nodig. Dit kan worden samengevat als digitale sociale innovatie[14].

Afbeelding4

Digitale sociale innovatie gaat verder dan maatschappelijk toezicht op de toepassing van digitale technologie en data, wat al een enorme uitdaging is. Het realiseren van maximaal profijt van technologie vereist dat er tussen mensen andere relaties groeien: gebaseerd op samenwerking in plaats van op machtsuitoefening.

Het recente Manifesto for Digital Social Innovation(2017)[15]bevat een lijst met kernwaarden. Hiertoe behoren openheid en transparantie, democratie en decentralisatie, experimenteren en adaptatie, multidisciplinariteit en digitale vaardigheden voor iedereen.

Nadat Ada Colau in 2015 burgemeester van Barcelona werd, begon de stad aan een nieuwe fase in haar kortstondige geschiedenis als zelfbenoemde smart city. Zoals ik elders heb beschreven, werden digitale hulpmiddelen ingezet om het bestuur van de stad te democratiseren, onder meer dankzij open data en open standaarden[16]. De stad verheft privacy, data-soevereiniteit en gegevensbeveiliging tot de centrale elementen van haar digitaal beleid. Het is in de bedoeling om in de eerste plaats het bestuur via participatieve processen open te stellen en in de tweede plaats om ervoor te zorgen dat de stedelijke overheid dienstbaar is op een wijze die de burgers zelf kiezen, in plaats van andersom.

Vanuit een oogpunt van digitale sociale innovatie, is het tegengaan van opwarming van de aarde meer dan de vervanging van fossiele door duurzame energie: Het gaat er vooral om dat mensen samen besluiten hoe en waarom zij de productie en consumptie van energie in de toekomst organiseren.

Hetzelfde geldt voor toekomstige mobiliteitspatronen. Wat de politiek ook beslist en welke soorten auto’s autobedrijven op de markt brengen, burgers moeten samen beslissen hoe hun woonwijken en stadscentra weer leefbaar worden en hoe verschillende mobiliteitsoplossingen daaraan kunnen bijdragen.

De ontwikkeling van citizen science maakt deel uit van deze beweging. Mensen in veel steden verzamelen hun eigen gegevens om leefbaarheid en gezondheidsproblemen te onderzoeken. Onderstaande video is de trailer van de documentaire Citizen Science Revolution, die op 25 oktober in de Waag in Amsterdam in première ging.

Het is hoopgevend om te zien hoe digitale sociale innovatie van de grond is gekomen: DSI Europe heeft 1200 organisaties in kaart gebracht en wereldwijd zijn nog veel meer[17]. Enkele burgemeesters hebben hun betrokkenheid bij digitale sociale innovatie getoond, zoals het legendarische Won Soon Park in Seoul.

De beweging voor digitale sociale innovatie verzet zich tegen het verhaal van de smart city dat grote technologiebedrijven vertellen.  Ze zoekt daarentegen naar manieren om mensen – individueel of collectief – te ondersteunen met technologie. Sociale digitale innovatie verandert de manier waarop mensen samenleven en technologische hulpmiddelen gebruiken als een bijdrage aan een beter leven.

 

[1]http://smartcityhub.com/governance-economy/smart-city-smart-story/

[2]http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/13604813.2014.906716

[3]https://www.fool.com/investing/general/2010/07/21/ciscos-greatest-opportunity-and-greatest-challenge.aspx

[4]https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/capital%20projects%20and%20infrastructure/our%20insights/smart%20cities%20digital%20solutions%20for%20a%20more%20livable%20future/mgi-smart-cities-full-report.ashx

[5]https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10630732.2014.942092

[6]https://www.agoria.be/nl/De-weg-naar-een-humane-stad-Een-gesprek-met-Pieter-Ballon

[7]https://hackernoon.com/make-smarter-cities-with-blockchain-outlook-and-use-cases-2ce9112a110b

[8]https://www.weforum.org/agenda/2016/10/how-can-we-enjoy-the-benefits-of-the-fourth-industrial-revolution-while-minimizing-its-risks?utm_content=buffer4ee5f&utm_medium=social&utm_source=twitter.com&utm_campaign=buffer

[9]A New Digital Dealby Bas Boorsma (Rainmaking Publications, 2017)

[10]Elsewhere I have compared Bas Boorsma’s view of technology with Alan Greenfields’, one of the most outspoken opponents of the smart city idea: http://smartcityhub.com/technology-innnovation/digital-technology-eats-politics-for-breakfast/

[11]Adam Greenfield: Radical Technologies: The design of every day life. Verso 2017.

[12]https://www.centreforpublicimpact.org/conversation-jamie-susskind-tech-revolution-future-politics/?utm_source=Centre+for+Public+Impact&utm_campaign=0c5d934c79-EMAIL_CAMPAIGN_2018_10_04_08_50&utm_medium=email&utm_term=0_3b8694e112-0c5d934c79-129551513

[13]http://smartcityhub.com/technology-innnovation/digital-technology-eats-politics-for-breakfast/

[14]https://waag.org/en/article/what-not-digital-social-innovation

[15]https://www.dsimanifesto.eu/manifesto/

[16]http://smartcityhub.com/technology-innnovation/barcelona-showcase-smart-city-dynamics/

[17] https://www.nesta.org.uk/blog/social-innovation-the-last-and-next-decade/