Het uitfaseren van fossiele brandstoffen vereist een enorme opschaling van hernieuwbare elektriciteit, maar het elektriciteitsnet dat energie van producenten naar consumenten kanaliseert, is niet klaar voor deze opstoot. Deze complexe netwerken, bestaande uit elektriciteitscentrales, transmissielijnen en distributie-infrastructuur, werden gebouwd in een ander tijdperk waarin gecentraliseerde energiebronnen, voornamelijk kolen- en gasgestookte centrales, een eenrichtingsstroom van energie naar individuele verbruikspunten leverden. Deze structuur heeft slechts een beperkte flexibiliteit voor opkomende duurzame technologieën of snelle veranderingen in de distributie over het netwerk.

"In zekere zin is een elektriciteitsnet een echt complexe, grootschalige machine", zegt professor Phil Taylor, Pro Vice-Chancellor for Research and Enterprise aan de Universiteit van Bristol en directeur van de EPSRC Supergen Energy Networks Hub, een onderzoeksconsortium in het Verenigd Koninkrijk. "Anderzijds is het eigenlijk heel eenvoudig, omdat het jarenlang niet meer verfijnd hoefde te zijn."

De overheidsfinanciering voor netwerken is toegenomen, samen met hun complexiteit. In 2023 werd naar schatting 310 miljard USD geïnvesteerd in elektriciteitsnetten wereldwijd, een stijging van 5 procent ten opzichte van het jaar ervoor. Dit maakt elektriciteitsnetten de op twee na grootste sector voor investeringen in de wereldwijde energietransitie na geëlektrificeerd vervoer en hernieuwbare energie.1 Deze toenemende investeringen zijn gericht op hernieuwbare energie en slimme technologie. De grootste investeerder was de VS, die een bijdrage van USD 87 miljard leverde, gericht op het vergroten van de weerbaarheid van het net tegen milieubedreigingen en het verbeteren van de distributienetten. China droeg meer dan 79 miljard USD bij, waaronder de financiering van de integratie van grote clusters van hernieuwbare energie in hun net.

Maar volstaat niet – volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) zullen de investeringen van de publieke sector in de netwerken tegen 2030 nagenoeg moeten verdubbelen om tegen 2050 een netto nul uitstoot te bereiken.

De situatie is waarschijnlijk het meest complex in de ontwikkelde wereld. Elektriciteitsnetten in geavanceerde economieën zijn ouder, omdat deze landen als eersten zijn overgestapt op elektriciteit; slechts ca. 23 procent van de netinfrastructuur in geavanceerde economieën is minder dan 10 jaar oud en meer dan 50 procent is ouder dan 20 jaar.2 Er is meer financiering nodig om deze infrastructuur te moderniseren zodat deze compatibel is met nieuwe energiebronnen. Hoewel een gebrek aan investeringen in opkomende economieën een belemmering is geweest, kan de aanwezigheid van nieuwere netinfrastructuur hen ten goede komen, aangezien het de integratie van hernieuwbare projecten zal vereenvoudigen in vergelijking met de moeilijkheden om oude infrastructuur te moderniseren voor de energietransitie.

Stroom waar u maar wilt
De transitie naar schone energie betekent een grote toename van de vraag naar elektriciteit, onder meer voor de elektrificatie van de industrie of voertuigen, en de wijdverbreide uitrol van variabele hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zonne-energie, waardoor er meer eisen worden gesteld aan elektriciteitsnetten. Installaties voor hernieuwbare energie betekenen mogelijk duizenden kleine generatoren verspreid over het net in plaats van een klein aantal grote elektriciteitscentrales.

"We moeten elektriciteitsnetten transformeren om ze veel flexibeler en dynamischer te maken, met stroom die in allerlei verschillende richtingen stroomt", zegt Taylor.

Slimme nettechnologieën kunnen helpen deze transitie te beheren en meteen ook de noodzaak van dure, nieuwe netinfrastructuur te verminderen. Ze kunnen ook helpen netten weerbaarder en betrouwbaarder te maken.

"Als u kunt overstappen op een meer innovatieve aanpak van de investeringen in en de werking van het net kunt u intelligentie en realtime monitoring toevoegen en de algoritmen anders laten werken in verschillende delen van het net op verschillende tijdstippen, kunt u nieuwe technologieën toepassen, verschillende systemen integreren en in realtime optimaliseren", zegt Taylor.

Geavanceerde sensoren, automatisering, prognoses en tweerichtingsdistributie maken deel uit van de technologieën die het net verbeteren, de levering van duurzame energie optimaliseren en de variabiliteit van hernieuwbare energie stabiliseren. Digitale technologieën en software kunnen het aanbod en de vraag naar elektriciteit beter afstemmen in realtime, waardoor de kosten worden geminimaliseerd en de stabiliteit en betrouwbaarheid van het net worden gehandhaafd.

Een slim elektriciteitsnet is sterk gedistribueerd, wat betekent dat de componenten die elektriciteit produceren, opslaan en leveren geografisch verspreid zijn en niet geconcentreerd in een klein aantal grote elektriciteitscentrales. Dit is met name handig bij het inzetten van energie in afgelegen gebieden en het gebruik van intermitterende energiebronnen zoals zonne- en windenergie, omdat deze naar andere bronnen kan overschakelen wanneer er geen energiebron beschikbaar is. Het kan ook overschakelen naar energiebronnen die in realtime het meest kosteneffectief zijn op basis van de prijsdynamiek.

Slimme netwerken kunnen energiebronnen ook beschermen tegen de gevolgen van klimaatverandering, omdat ze de flexibiliteit bieden om over te schakelen op andere bronnen als er één beschadigd is of niet kan functioneren bij zwaar weer, en om energiebronnen te optimaliseren die het meest effectief zijn voor bepaalde weersomstandigheden.

"De regeling van slimme netwerken zouden u zeker de mogelijkheid bieden beter bestand te zijn tegen extreme weersomstandigheden", zegt Taylor. "Dit helpt u bij het implementeren van hernieuwbare energiebronnen en het minimaliseren van koolstof, maar ook bij het leveren van meer weerbaarheid."

Veiligheid, regelgeving
Hoewel slimme elektriciteitsnetten oplossingen bieden voor tal van energieproblemen, merkt Taylor op dat hun afhankelijkheid van grote hoeveelheden gegevens wel degelijk cyberbeveiligingsrisico's met zich meebrengt. In de afgelopen jaren zijn er verschillende grote cyberaanvallen op cruciale infrastructuur gemeld, die problemen veroorzaken, variërend van energiediefstal tot aanhoudende black-outs. Om slimme netwerken veilig op te schalen, zijn nieuwe detectie- en beschermingsmaatregelen nodig, naast een betere regelgeving voor gegevensbeveiliging.

Een andere uitdaging, zegt Taylor, is de noodzaak van regelgevingshervormingen om investeringen te vereenvoudigen. "De innovatieve slimme netwerktechnologieën zijn ontwikkeld en getest, en we weten dat ze werken", zegt hij. "Maar we wachten op de juiste commerciële en regelgevende omgeving om ze te kunnen implementeren. Op dit moment is er veel meer nood aan commerciële en regelgevende innovatie dan aan technologische innovatie."

De meeste netten zijn gefragmenteerde systemen waarvan de componenten – opwekking, opslag en transmissie – worden beheerd door afzonderlijke entiteiten met verschillende regelgevende instanties, wat een complex ecosysteem is om diensten in te verkopen. "Een batterijproject bouwen dat voordelen zou bieden in de hele waardeketen klinkt geweldig, maar wie bouwt het project? Wie is eigenaar van de opslag? Er zijn behoorlijk wat risico's aan verbonden", zegt Taylor. "Energieopslagapparaten hebben geen duidelijke en toegankelijke categorisering op de energiemarkt, dus weet je niet zeker wat je kunt doen. De regels zijn er niet om mensen te stimuleren en het hen gemakkelijker te maken om deel te nemen aan de flexibiliteitsmarkt."

Momenteel zijn de netwerken niet geoptimaliseerd om de voorkeur te geven aan energiebronnen met de laagste koolstofuitstoot. Een netaansluiting in het VK werkt bijvoorbeeld op een 'first come, first served'-basis. Dit betekent dat veel duurzame netplannen worden uitgesteld, ondanks dat deze haalbaarder en kosteneffectiever zijn dan de plannen die prioriteit krijgen. De Energy Networks Association heeft een 'first ready, first connected'-model voorgesteld dat de implementatie zou helpen versnellen van veel van de hernieuwbare projecten die klaar zijn om te worden aangesloten. Ontwikkelaars van duurzame energie willen dat de overheid sneller tot actie zou overgaan.

Professor Taylor merkt op dat landen waar de energiesystemen worden gedomineerd door de overheid hun energienetten mogelijk beter kunnen aanpassen aan hernieuwbare energiebronnen. Zuid-Korea, Singapore en China hebben al vooruitgang geboekt bij de integratie van hernieuwbare energiebronnen, aangezien overheidstoezicht een snellere systeemverandering mogelijk maakt. Dit patroon ondersteunt het idee dat overheden een belangrijke rol zullen spelen in het proces van aanpassing van de regelgeving om deze veranderingen mogelijk te maken. "De regelgeving moet worden gewijzigd om meer flexibiliteit mogelijk te maken", zegt professor Taylor. "Dit zal essentieel zijn om de beste waarde en de koolstofarmste oplossingen voor het totale energiesysteem te stimuleren."

[1] BloombergNEF, “Energy transition investment trends 2024”
[2] IEA, “Electricity grids and secure energy transitions”, 2023