Oktober 2020

Weense wijk is levend lab voor Smart Cities

In de Weense wijk Aspern Seestadt kunnen energietechneuten zich lekker uitleven. De Oostenrijkse hoofdstad laat marktpartijen in deze nieuwe wijk allerlei energietechnische innovaties testen, zodat deze later in de rest van de stad en mogelijk ook elders in het land kunnen worden uitgerold.

Aspern Seestadt wordt omschreven als een ‘living lab’, met als primair doel het inrichten van een optimaal energiesysteem, dat moet resulteren in een duurzaam smart city-concept. ‘Dit project is het antwoord van Wenen op de prangende vragen over de toekomst van energie en voorzieningszekerheid. We verwachten marktklare producten uit deze onderzoekssamenwerking. Hier worden de duurzame concepten voor de energievoorziening van morgen ontwikkeld’, aldus gemeenteraadslid Ulli Sima bij de start van de tweede fase in het energieonderzoeksproject. Het project wordt uitgevoerd door Aspern Smart City Research (ASCR). Dit consortium heeft van het stadsbestuur de opdracht gekregen om uiteenlopende concepten te testen, die bijdragen aan CO₂-reductie én elektrificatie van het volledige energiesysteem.

Samenwerking

Naar eigen zeggen is ASCR Europa’s grootste en meest innovatieve energieonderzoeksproject. Het consortium is een joint-venture dat bestaat uit Wiener Netze, Wien Energie, Siemens Oostenrijk, het stadsontwikkelingsbureau Wien 3420 en het Vienna Business Agency. In totaal zijn er ten minste honderd onderzoekers met verschillende achtergronden en van de verschillende projectpartners bij het ASCR-onderzoek betrokken. ASCR heeft een aantal onderliggende doelstellingen. Allereerst het vinden van oplossingen voor de energievoorzieningen in de toekomstige stedelijke omgeving die op duurzame energie zijn gebaseerd. Een ander doel is het vergroten van de beheersbaarheid van complexe correlaties binnen het energiesysteem. Dit alles moet het energiesysteem efficiënter en klimaatvriendelijker maken. Verder wil ASCR met dit project geïntegreerde concepten vinden, die aansluiten bij de behoeften van de klanten van morgen. De concrete onderzoeksdoelstelling luidt als volgt: ‘het optimaliseren van de energieproductie, -distributie, -opslag en -consumptie op een zodanige manier dat deze onderdelen zowel ecologische als economische voordelen voor de stad en haar inwoners creëren’. De eerste fase van het onderzoeksproject startte in 2013 en werd in 2018 afgerond. Vorig jaar ging de tweede fase van start en deze loopt tot 2023.

Onderzoeksomgeving opbouwen

Alexander Schenk, vanuit Siemens Oostenrijk betrokken bij dit project: ‘Hoewel de hele wijk, met een omvang van 2,4 km² veel omvangrijker is, zijn binnen het onderzoek een beperkt aantal gebouwen opgenomen. Het gaat om een studentenhuisvesting voor driehonderd studenten, een appartementengebouw met 213 appartementen en een schoolcampus voor negenhonderd scholieren. Sinds dit jaar is het project uitgebreid met een parkeergarage en een technologiecentrum.’ ‘De gebouwen die aan het project meedoen, beschikken over een lage- en hoge-temperatuurwarmtepompsysteem, pv-panelen, thermische zonnepanelen, thermische opslag in de vorm van boilers en opslag in de bodem, en batterijen. De parkeergarage is uitgerust met AC- en DC-laders, batterijen en pv-panelen.’ ‘De eerste fase was vooral belangrijk voor het netwerkbedrijf Wiener Netze, dat informatie nodig heeft van de actuele belasting van de componenten in het netwerk tot aan de klantaansluitingen, om de eisen van toekomstige netten vast te leggen. Niet alleen in deze wijk, maar straks in heel Wenen.’

Uitgebreide ict-infrastructuur

‘Met het duurzaam opwekvermogen dat in deze wijk is geïnstalleerd, maar ook door de verschillende type afnemers, zoals warmtepompen en elektrische auto’s, zien we hier een heel ander verbruikspatroon dan elders in de stad,’ vertelt Schenk. ‘Veel gebouwen gaan ineens en tegelijk een grote hoeveelheid elektrische energie afnemen, of juist veel elektriciteit leveren als de zon schijnt. Het doel is daarom om dat gelijktijdige gebruik in deze wijk te spreiden. Voor de netbeheerder is dit van groot belang, wanneer zij in de toekomst de exploitatie van de netten onder controle én rendabel moet houden. De voornaamste stap tot op heden was het toevoegen van slimme ict aan het energiesysteem. Alle gebouwen die in de testfase meedoen, zijn voorzien van intelligente besturing voor opwekking, opslagsystemen en warmtepompen. De appartementen zelf zijn voorzien van slimme meters. Vervolgens verzamelen we al die informatie binnen één gezamenlijk platform, dat uiteindelijk over meerdere databases in de cloud zal worden opgebouwd’, legt Schenk uit.

Virtuele energiecentrale

Het ‘Green House’ in Aspern Seestadt is ‘s werelds eerste Passiefhuis dat als studentenhuisvesting in gebruik is. Het gebouw produceert zelf elektriciteit, maar voorspelt ook wanneer de bewoners gaan douchen, kan overtollige energie opslaan en zelfstandig handelen op de energiemarkt. De ongeveer driehonderd studenten in het gebouw merken daar niets van. Alles gebeurt automatisch, flexibel en slim via het intelligente energiebeheersysteem in het gebouw. Uit de data blijkt dat dit niet alleen veel geld bespaart, maar dat het zelfs mogelijk is de flexibiliteit te verhandelen op de energiemarkt. ASCR-directeur Robert Grüneis: ‘Als we de techniek die we in dit onderzoeksproject gebruiken in ongeveer 20 procent van de gebouwen in Wenen zouden implementeren, zou dat een jaarlijkse winst van ongeveer 30 miljoen euro opleveren.’

Data als ‘geld’ voor diensten

De sensoren die overal in de gebouwen aanwezig zijn, in vloeren, wanden en plafonds, meten allerlei omgevingsfactoren, zoals temperatuur, luchtvochtigheid en beweging. Zij zorgen voor het verzamelen van een oneindige hoeveelheid gegevens die via onder meer IoT aan elkaar kunnen worden gekoppeld.
Op een bijeenkomst die het ASCR-projectteam recentelijk organiseerde, ging de discussie over de wijze waarop de gebruikers hiervan kunnen profiteren. En niet alleen omdat zij daardoor in een slimme omgeving leven die hen veel comfort biedt, maar ook op een wijze waardoor zij een beloning ontvangen in de vorm van digitale penningen. De bewoners kunnen deze dan, afhankelijk van hun behoefte of wensen, inwisselen voor echt geld of een andere tegenprestatie. Dit principe wordt data-based reward of tokenizing genoemd. Beheerders van systemen die profiteren van de data, kunnen hun ‘leveranciers van data’ zo een aantrekkelijk betaalsysteem bieden, waarvan ook weer andere dienstverleners kunnen profiteren.
De deskundigen in Aspern Seestadt zijn ervan overtuigd dat het in ‘tech-steden’ straks mogelijk zal zijn auto’s te leasen, appartementen te huren en diensten aan te schaffen met behulp van deze penningen. Dus als mensen niet over een financieel kapitaal in euro’s beschikken, kunnen zij in plaats daarvan hun datakapitaal gebruiken om diensten of zelfs hun huur af te rekenen.

Flexibiliteit creëren

‘Met de ict die we nu hebben geïnstalleerd, zien we al welke effecten er optreden’, zegt Schenk. ‘Dankzij al die intelligentie kunnen we steeds beter monitoren wie wanneer elektriciteit verbruikt en waar de opwekking plaatsvindt. Een grote toestroom van duurzaam opgewekte zonne-energie kunnen we al inzetten om boilers en batterijen te laden. En bij een grote piek in de afname door warmtepompen, kunnen we straks bijvoorbeeld de laders in de parkeergarages tijdelijk terugregelen. Ook zullen we op termijn het terugleveren van elektriciteit door zonnepanelen tijdelijk kunnen reduceren, als blijkt dat het netwerk daardoor overbelast raakt. De ict-technologie is daarvoor geschikt gemaakt.’ ASCR-directeur Robert Grüneis: ‘Het onderzoek volgt een integrale aanpak, waarbij we de domeinen Smart Building, Smart Grid, Smart User en Smart ict tegelijk ontwikkelen. Zo willen we een coherent systeem optimaliseren, dat zowel voordelen biedt voor de individuele gebruiker als voor het collectief; de bewoners én het energiesysteem. Doordat we deze aanpak volgen, hebben eventuele veranderingen in het leven en energieverbruik van een individuele gebruiker geen invloed op de resultaten in het totale project.’

110 huishoudens voegen dagelijks al 1,5 miljoen metingen aan de database toe

Enorme hoeveelheden data

De monitoring richt zich nu vooral op het laagspanningsnet, maar volgens Schenk zal dit worden uitgebouwd naar het middenspanningsnet. ‘Pas als je op een voldoende schaal de netten kunt monitoren, kun je ook de netcapaciteit gaan managen. Uiteindelijk willen we met onze netten en alle afnemers kunnen inspelen op het aanbod en de vraag op de energiemarkt. Alle input die we nu in onze databases verzamelen, maken vooral de veranderingen in gedrag zichtbaar. Hoe meer data dat is en van hoe meer verschillende soorten gebruikers, hoe beter de systemen uiteindelijk de voorspellingen kunnen doen.’ Op dit moment voegt een groep van 110 huishoudens tezamen, dagelijks al 1,5 miljoen metingen aan de database toe. In deze appartementen meten sensoren temperatuur, vochtigheid en verbruikswaarden van water, verwarming en elektriciteit. Warmtepompen, pv-systemen en energieopslagsystemen communiceren continu over hun bedrijfsstatus. Weersensoren geven informatie over de huidige windsterkte en zonnestraling. Meer dan 100 bewakingsapparaten registreren een grote verscheidenheid aan stroomwaarden in het laagspanningsnetwerk en in elf transformatorstations. Al deze gegevens worden met tussenpozen van 2,5 tot 60 minuten gegenereerd.

Privacy is gegarandeerd

Privacy wordt gegarandeerd via een contract dat met elke deelnemer in het project is afgesloten. De algoritmes zijn bovendien volledig onbevooroordeeld, omdat informatie over geslacht, religie en dat soort zaken niet wordt gevraagd en dus ook niet gebruikt. Grüneis: ‘Voor de onderzoeksdoelstellingen achten we die informatie niet van belang. Wel is het zo dat we nu heel veel informatie verzamelen die je mogelijk als ruis of nog niet relevant kunt bestempelen. We filteren en gebruiken op dit moment alleen de gegevens die nodig zijn om het energiesysteem te verbeteren. De eventuele ruis die nu in de data terechtkomt, bewaren wij wel. De gegevens die we nu als ruis bestempelen, zijn in de toekomst immers wellicht van grote waarde, bijvoorbeeld voor andere nutsvoorzieningen of dienstverleners.’ Kortom, de onderzoekers hebben op dit moment een onstilbare honger naar data, zo lijkt het wel. Ook gegevens die voor nu weinig informatie bevatten, kunnen straks handig zijn om terugkerende patronen af te leiden. Zo kan het netbedrijf of een technisch dienstverlener bijvoorbeeld aantonen dat er altijd een storing optreedt wanneer een schakelaar eerder is in- of uitgeschakeld. Dit is waardevolle informatie voor gebouwbeheerders om fouten op te sporen.

Resultaten en nieuwe doelen

In het eerste deel van het project hebben de onderzoekers zestig onderzoeksvragen beantwoord. Er zijn vijftien oplossing-prototypes geïmplementeerd die betrekking hebben op slimme gebouwen en netwerkinfrastructuur en er zijn elf patenten aangevraagd op innovaties die uit dit project voortkwamen. Drie onderzoeksomgevingen beschikken inmiddels over een geavanceerd gebouwmanagementsysteem en er is een virtuele energiecentrale ingericht, waarmee de netbeheerder de flexibiliteit in de gebouwen kan benutten. In de huidige projectfase ligt de focus op het verder uitbouwen van de intelligente netwerken tussen gebouwen, netwerken en markten. Ook vindt er nu een onderzoek plaats naar het gebruik en de uitwisseling van warmte uit afgezogen lucht tussen de gebouwen. Tevens richten bepaalde onderzoeken zich op het slim laden van elektrische auto’s en de mogelijkheid om deze auto’s te gebruiken als toekomstig energieopslagsysteem.

Informatie
Meer informatie over het project is te vinden op https://www.ascr.at/ en ophttps://www.aspern-seestadt.at/.

Tekst: Rob van Mil
Fotografie: Industrie

Meer weten over de nieuwste installatietechnieken en de laatste richtlijnen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis tweewekelijkse nieuwsbrief.