As the impact of our actions on the climate become more and more clear and environmental awareness is rising, the quest for increasing efficiency and lower environmental impact becomes very important. Efficiency is particularly important in the field of electricity consumption, which keeps on rising as electrification of our transportation, houses, offices and more continues worldwide. These loads and sustainable sources have one thing in common: Direct Current. To successfully respond to this growing usage of direct current (DC) systems it is important to provoke an evolution in the provision of DC infrastructure. The goal of this paper is to create a methodology to calculate and evaluate the power losses in both traditional AC grids and DC microgrids. This is done through simulation models made by Caspoc, a software for modeling and simulating physical systems in analog/power electronics, electric power generation/conversion/distribution and mechatronics. The results are compared on the quantifiable indicator: energy savings. The impact of cable losses and different converters is calculated through the simulation. This methodology and simulation strategy can be the basis for the optimal grid design in other infrastructures and cases. The model will be validated with intensive tests of household equipment in a later stage of the project, this paper focuses on the model and methodology itself. DOI: 10.1109/DUE.2014.6827760
AANLEIDING In het RAAK-MKB project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ heeft De Haagse Hogeschool, specifiek de opleiding Elektrotechniek, ervaren dat de opkomst van het onderwerp ‘Gelijkspanning’ (ook wel DC) in het beroepenveld sterk samenhangt met ontwikkelingen in het vakgebied van ‘Vermogenselektronica’ of ‘Power Eletronics’. Het beroepenveld vraagt steeds vaker om steeds meer kennis op dit vakgebied, in het kader van bijvoorbeeld de energietransitie, Smart Grids, Internet-of-Things etc. Om deze kennis op een goed gestructureerde wijze over te dragen aan studenten, moeten er een aantal belemmeringen worden weggewerkt. Een van deze belemmeringen is de beperkte beschikbaarheid van kennis; het vakgebied is relatief nieuw en nog sterk in ontwikkeling. Binnen De Haagse Hogeschool is door de opleiding Elektrotechniek (met kennis van de nog weg te werken belemmeringen) de bewuste keuze gemaakt om zich binnen Nederland te willen profileren met het onderwerp ‘Gelijkspanning’. Vanuit het eerdere RAAK-MKB project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ werden hiertoe een eerste vak en practicum ontwikkeld: Vermogenselektronica 1. Hierin worden beginselen van DC-DC omvormers behandeld. DC-DC omvormers zorgen voor het transformeren van DC-spanningen, om energie bij hoge spanningen en dus lage verliezen te kunnen transporteren. Vanaf het huidige collegejaar (2015-2016) is ook een tweede vak op dit gebied toegevoegd aan het curriculum: Vermogenselektronica 2: hierin worden DC-AC omvormers op hoofdlijnen behandeld. Deze omvormers zorgen ervoor dat veel gebruikte types motoren aangedreven kunnen worden met gelijkspanning. Deze hoofdlijnen staan in de ogen van het beroepenveld nog (te) ver af van toepassingen waarmee zij werken. Daarbij moet gedacht worden aan bijvoorbeeld elektrische mobiliteit (specifieke types motoren), verlichting (DC-DC), distributietechnieken (DC-DC op hogere vermogens) of slimme netten (integratie van energietechniek, communicatietechnologie en regeltechniek / embedded systems). DOELSTELLING Het doel van het project is het opstellen van een implementatiewijze ter verdere invulling van de onderwerpen ‘Gelijkspanning’ en ‘Vermogenselektronica’ in het curriculum van de opleiding Elektrotechniek voor de teamleider van Elektrotechniek van De Haagse Hogeschool om de gewenste profilering te kunnen realiseren. ACTIVITEITEN Vanuit de curriculum commissie van de opleiding Elektrotechniek wordt opdracht gegeven aan een apart team om het implementatievoorstel voor te bereiden. Hierin werken twee docent/onderzoekers samen met de teamleider en enkele extern specialisten. In vijf opeenvolgende stappen wordt op een top-down manier gewerkt aan 1. Formuleren competenties voor DC 2. Hoofdstromen curriculum inrichten 3. Uitwerken vakinhoudelijke gebieden Elektrotechniek (‘leeg vel papier’) 4. Koppelen opzet aan bezetting en kennis in het team en bij partners 5. Voorbereiden besluitvorming RESULTAAT Op deze wijze wordt een heldere visie ontwikkeld op het benodigde onderwijs om het onderwerp gelijkspanning gestructureerd aan te kunnen bieden. Daarbij gaat het om vakinhoudelijke kennis in vakken, met bijbehorende practica en projecten. Om deze kennis goed aan te bieden wordt nadrukkelijk ook de samenwerking met andere kennisinstellingen (zoals Zuyd Hogeschool en de TU-Delft) gezocht.
Decentrale energiewekking wordt een belangrijk onderdeel van het laagspanningsnet. Een nieuwe uitdaging is hoe om te gaan met piekbelasting (zowel vraag als aanbod van energie) in het netwerk. Een mogelijke oplossing hiervoor is slimme sturing (demand-side management) binnen microgrids. Aardehuizen heeft als energy community interesse in verbetering van de zelfconsumptie van de eigen opgewekte energie en in het geautomatiseerd delen en onderling verrekenen van energie, b.v. via blockchain. In het kader van dit KIEM project willen de partners een open ICT-platform ontwikkelen waarin energieopwekking en verbruik wordt gemonitord, een buurtbatterij en warm waterboilers slim worden gestuurd en op termijn energie onderling verrekend kan worden via blockchain. Bij het project zijn de volgende partners betrokken: het lectoraat Duurzame Energievoorziening van Saxion, de onderzoeksgroep CAES van Universiteit Twente, Aardehuizen VvE, Dr. Ten, Bosch-Nefit, stichting Kiemt, Natuurlijk Huus Raalte en Kiekebosch communicatie. De innovatie die het consortium wil realiseren: een community gebaseerde, geïntegreerde sturing van buurtbatterij en warm waterboilers welke wordt ontwikkeld in een open innovatiemodel met bedrijven en bewoners.
