Microgrids

In een landschap waar het landelijke stroomnet de vraag nauwelijks aankan, fungeert het microgrid als een onafhankelijke energie-eenheid. Het is een technologische laag die lokale opwekking, zoals PV-panelen of kleine windturbines, direct verbindt met de eindgebruiker. Het systeem reguleert zichzelf. Een essentieel aspect is de zogenaamde eilandmodus, waarbij de koppeling met het hoofdnet fysiek wordt verbroken bij storingen of voor economische optimalisatie. Dit vraagt om intelligente sturing. De software — het brein — meet real-time de belasting en bepaalt of de batterij moet bijspringen of juist moet laden. Voor de bouwsector betekent dit de stap naar emissieloze bouwplaatsen zonder afhankelijk te zijn van een zware netaansluiting.

Integratie en energiesturing

De realisatie van een microgrid start bij de fysieke koppeling van diverse lokale opwekinstallaties aan een centraal distributiepunt. Kabels verbinden zonnepanelen, windturbines of warmte-krachtkoppelingen met een lokale verdeelinrichting. Het hart is de controller. Deze software analyseert onophoudelijk de energiestromen. Meten is weten. Is de opbrengst hoger dan het verbruik? Dan gaat het overschot direct naar de accu. De sturing regelt de laadcyclus autonoom. Bij een plotselinge stroomvraag, bijvoorbeeld door het opstarten van zwaar materieel op een bouwplaats, schakelt het systeem razendsnel bronnen bij om de stabiliteit te waarborgen. Balans is alles in dit proces.

Synchronisatie en eilandmodus

Eilandbedrijf vormt een specifiek technisch procesonderdeel binnen de werking. Een fysieke scheidingsschakelaar verbreekt bij netstoringen, calamiteiten of strategische piektarieven de verbinding met het publieke elektriciteitsnet. Het microgrid houdt zichzelf dan volledig in stand. Spanning en frequentie worden binnen het lokale netwerk nauwkeurig gestabiliseerd door de centrale omvormers. Dit proces vergt een constante synchronisatie tussen de verschillende componenten. Zodra de externe netcondities weer binnen de vastgestelde parameters vallen, vindt de hersynchronisatie plaats. De systemen communiceren via industriële protocollen. Zo ontstaat een responsief energie-ecosysteem dat fluctueert met de behoeften van de gebruiker. Dynamisch en onafhankelijk.

Wisselspanning of gelijkspanning bepaalt de fysieke inrichting. De meeste microgrids zijn geconfigureerd als AC-systemen, simpelweg omdat de bestaande gebouwinfrastructuur en de meeste verbruikers op wisselstroom werken. Eenvoudige integratie is hier het voordeel. Toch wint het DC-microgrid terrein in de utiliteitsbouw en bij datacenters. Zonnepanelen wekken immers gelijkstroom op en batterijen slaan dit ook zo op. Conversie naar AC leidt tot energieverlies. Door de omvormstappen over te slaan, stijgt de systeemefficiëntie aanzienlijk. Het is een directe koppeling. Efficiënter en vaak betrouwbaarder bij hoge belastingen.

Naast de elektrische stroomvorm varieert de schaal aanzienlijk. Men spreekt van een nanogrid wanneer het systeem zich beperkt tot één enkele woning of een klein kantoorpand met een eigen accu en PV-installatie. Het is de kleinste cel. Een microgrid daarentegen verbindt vaak meerdere gebouwen, laadpleinen of zelfs een compleet industrieterrein. De complexiteit stijgt met elke extra aansluiting.

Verschil met gerelateerde concepten

Verwarring ontstaat vaak met de Virtual Power Plant (VPP). Hoewel beide decentrale bronnen gebruiken, is een VPP een puur softwarematige clustering van verspreide installaties die via de cloud als één centrale elektriciteitscentrale acteren op de energiemarkt. Er is geen fysieke lokale koppeling nodig. Een microgrid is daarentegen geografisch begrensd. Het is tastbaar. Harde infrastructuur met een duidelijke eigendomsgrens.

Ook de connectiviteit kent varianten. Off-grid systemen bevinden zich in afgelegen gebieden of op tijdelijke bouwplaatsen zonder enige netaansluiting. Zij zijn volledig zelfvoorzienend. De netgekoppelde variant is echter de standaard in Nederland. Deze systemen balanceren tussen onafhankelijkheid en de veiligheid van het publieke distributienet. Soms fungeert het net alleen nog als back-up. Een verzekering voor donkere windstille dagen.

Een emissieloze bouwplaats aan de rand van een natuurgebied illustreert de noodzaak van een microgrid. Er is geen netaansluiting beschikbaar. Toch draaien de elektrische graafmachines en de torenkraan de hele dag door. Een mobiele energiecontainer vormt hier het technisch hart. Deze koppelt een tijdelijk zonneveld aan een zware lithium-ijzerfosfaat-batterij. Wanneer de kraan een zware betonplaat hijst, piekt de stroomvraag enorm. De controller reageert onmiddellijk. Hij trekt de benodigde kilowatturen direct uit de accu. Geen ronkende dieselaggregaten. Alleen de stilte van elektriciteit.

Een modern bedrijventerrein kampt met ernstige netcongestie. De netbeheerder kan simpelweg niet meer leveren. De oplossing is een lokaal DC-microgrid tussen drie naastgelegen distributiecentra. Het pand met het grootste dakoppervlak genereert een overschot aan zonne-energie. De buurman exploiteert een laadplein voor elektrische vrachtwagens. In plaats van de stroom terug te leveren aan het overbelaste net, vloeit de energie direct naar de laadpalen. De stroom hoeft de openbare weg niet over. Het blijft binnen de eigen, besloten infrastructuur. Verliezen door omvorming naar wisselstroom blijven beperkt. Een gesloten systeem dat economisch rendeert.

Stroomstoring in de regio. Een ziekenhuiscampus met een eigen microgrid gaat direct over in eilandmodus. De fysieke scheidingsschakelaar valt af. Het eigen grid blijft draaien op een combinatie van een warmte-krachtkoppeling en batterijopslag. De operatiekamers merken niets. De spanning blijft stabiel op 230 volt. Zodra de externe netcondities weer veilig zijn, synchroniseert de centrale controller de lokale frequentie met die van het landelijke net. De schakelaar sluit geruisloos. De campus is weer verbonden.

De juridische status van een microgrid beweegt zich op het snijvlak van private eigendom en publieke nutsvoorziening. Centraal staat de Elektriciteitswet 1998. Deze wet bepaalt dat het transport van elektriciteit in principe is voorbehouden aan aangewezen netbeheerders. Voor een microgrid dat meerdere percelen of gebruikers beslaat, is vaak de status van een Gesloten Distributiesysteem (GDS) vereist. Dit is een wettelijke uitzonderingspositie. Hiervoor moet een ontheffing worden aangevraagd bij de Autoriteit Consument & Markt (ACM). Zonder deze status mag energie niet zomaar over de erfgrens worden getransporteerd. De regels zijn strikt. Eén aansluiting, één verbruiker is de norm, maar de praktijk dwingt tot meer flexibiliteit.

De komst van de nieuwe Energiewet brengt veranderingen. Deze wetgeving is bedoeld om Europese richtlijnen te implementeren die energiedelen en lokale energiegemeenschappen vergemakkelijken. Het juridische monopolie op energietransport wordt hiermee iets minder rigide. Het biedt ruimte voor collectieven om lokaal opgewekte stroom onderling te verdelen. Innovatie loopt hierbij vaak voor op de wetgever.

Veiligheid is geen optie maar een vereiste in de installatietechniek. Voor de fysieke aanleg van microgrids is de NEN 1010 de absolute basisnorm voor laagspanningsinstallaties. Deze norm stelt eisen aan de beveiliging tegen overstroom en elektrische schokken. Bij systemen met een eigen energiebron en de mogelijkheid tot eilandbedrijf gelden specifieke aanvullende eisen. De omschakeling tussen netgekoppelde modus en autonoom bedrijf moet technisch gewaarborgd zijn om te voorkomen dat er onbedoeld spanning op een spanningsloos gesteld openbaar net wordt gezet. Dit is essentieel voor de veiligheid van monteurs van de netbeheerder.

• NEN-EN-IEC 61850: De standaard voor communicatienetwerken en systemen in substations, vaak gebruikt voor de intelligente sturing binnen complexe microgrids.
• PGS 37-2: De richtlijn voor de veilige opslag van energie in lithium-ion batterijen. Cruciaal bij het integreren van batterijcontainers op bouwplaatsen of bij bedrijfsgebouwen.
• Netcode Elektriciteit: Bevat de technische voorwaarden voor de aansluiting op en het gebruik van de transportnetten.

Bij het ontwerp van een microgrid moet ook rekening worden gehouden met brandveiligheidsvoorschriften uit het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL). Vooral de plaatsing van energie-opslagsystemen binnen of nabij gebouwen is aan strenge regels onderhevig. Compartimentering en blusvoorzieningen zijn hierbij terugkerende thema's. De techniek is complex. De regelgeving volgt.

Ooit was alles lokaal. Thomas Edison legde in 1882 met zijn Pearl Street Station in New York de basis voor wat we nu een microgrid zouden noemen; een kleinschalig gelijkstroomnetwerk dat slechts enkele blokken besloeg en direct verbonden was met lokale gebruikers. Toen won de wisselstroom van Tesla en Westinghouse de strijd. Grote, centrale centrales namen het over en duizenden kilometers aan koper verbonden het land, waardoor de lokale opwekking volledig uit het zicht raakte. De twintigste eeuw was de eeuw van de centralisatie.

Rond de eeuwwisseling kantelde dit beeld door de opkomst van decentrale opwekking. De technologische sprong in vermogenselektronica en de scherpe daling van de kosten voor lithium-ion batterijen veranderden het theoretische concept van een autonoom netwerk in een bittere noodzaak voor de moderne bouwsector en industrie. Waar het microgrid voorheen vooral een oplossing was voor afgelegen gebieden zonder infrastructuur, zoals militaire bases of eilanden, dwingt de huidige netcongestie in Nederland tot een herwaardering van dit historische principe. Het grid is niet langer een passieve ontvanger van stroom uit een verre centrale. Het is een dynamisch ecosysteem geworden. Een terugkeer naar de lokale autonomie van Edison, maar dan aangestuurd door complexe algoritmes en digitale sturing die elke milliseconde de balans bewaken tussen vraag en aanbod.

• https://energypedia.info/wiki/Mini_Grids
• https://wiki.energytransition.org/wiki/electrical-grid/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Microgrid
• https://www.abnamro.com/research/nl/onze-research/esg-en-economie-microgrids-een-vergeten-oplossing
• https://solarnrg.ph/blog/solar-powered-microgrid-revolutionize-energy-consumption/
• https://ponpower.com/nl/energieoplossingen/microgrids
• https://www.mssolarpanels.com/blog/wat-is-een-slimme-microgrid-precies
• https://fmtgezondheidszorg.nl/een-introductie-tot-microgrids-combineren-met-duurzame-energiebronnen-voor-optimalisatie-en-bedrijfszekerheid/
• https://www.energids.be/nl/vraag-antwoord/wat-is-een-microgrid/2129/