SparkCity: een realistisch model voor groei elektrisch vervoer

SparkCity is geen echte stad, maar wel een realistische. Ze is de basis van een model waarmee je kunt zien welke ontwikkelingen voor elektrisch vervoer zijn te verwachten bij bepaalde parameters. Hiermee vormen overheden, netbeheerders en marktpartijen een betrouwbaar beeld waarop zij beleid en strategie kunnen afstemmen.

Kijk, daar is gezin nummer 94: twee werkenden met één kind in de opvang. Moeder heeft een baan buiten de stad. Het gezin heeft gezien dat de prijs van een elektrische auto de afgelopen twee jaar is gedaald en dat je tegenwoordig met één keer opladen 400 kilometer kunt rijden. Ze gaan naar de dealer om hun benzineauto in te ruilen.

En zo zijn er nog een paar duizend huishoudens met elk hun eigen samenstelling, behoeften en afwegingen. Samen vormen ze SparkCity. Dat is een denkbeeldige stad met realistische huishoudens. Het vormt de basis van een model waaraan Auke Hoekstra van de TU Eindhoven twee jaar heeft gewerkt.

Met dit model kunnen overheden, bedrijven en andere partijen aan de hand van tal van parameters kijken wat het effect op het gedrag van mensen is. Het gaat om verschillende factoren, zoals inkomen, prijs van energie, aanwezigheid van laadvoorzieningen, enzovoorts. Zo kunnen ze inschatten wat aan laadinfrastructuur voor elektrisch vervoer in een wijk nodig is of wat de invloed van elektrisch laden op het elektriciteitsnet is.

Eigen rekensommetjes
Het is een uniek model: agentbased. Anders dan een wiskundig model, dat met invoer van algemene gegevens een algemeen optimum probeert te berekenen, bestaat SparkCity uit duizenden objecten die elk eigen rekensommetjes maken op basis van hun individuele parameters. Bijna als echte mensen maken ze afwegingen en nemen ze besluiten.

“Voordeel van dit model is dat het minder geabstraheerd is dan wiskundige modellen. Wij werken met herkenbare objecten: gezinnen, auto’s, laadpalen, transformatorhuisje, et cetera”, vertelt Hoekstra. “Een agentbasedmodel is bottom-up en realistischer. We werken met echte gezinnen. Je kunt inzoomen op een ‘gezin’, een object, zodat je kunt nagaan of een vervolgstap logisch is. Alle vervolgstappen samen bepalen wat er in totaal gebeurt.”

Hij vervolgt: “Vroeger was een dergelijk model veel te bewerkelijk. Met de huidige snelle computers die al het rekenwerk uit handen nemen, kan de werkelijkheid veel realistischer worden benaderd.”

Logische route
“In plaats van naar een gewenst punt te rekenen, kijk je in een agentbasedmodel wat de logische route is volgens een aantal stappen en die volgen uit een reeks assumpties. Het is belangrijk te beseffen dat een systeem niet vanzelf in evenwicht komt. Soms zijn belangen of praktische problemen van invloed. Inzicht daarin is waardevol. Besluit gezin nummer 94 die elektrische auto toch te kopen bij een gegeven prijsdaling, en zijn er meer gezinnen zoals nummer 94, dan moet je daarop als gemeente, energieleverancier of exploitant van laadpalen inspelen om die trend door te zetten.”

Het kostte Hoekstra twee jaar om dit model te bouwen. Omdat het principe nog nieuw is, was het vaak nog pionieren en kwam het geheel met trial and error tot stand. Hoekstra: “Het model is absoluut nog niet af. Er staat nu een goede basis, maar die willen we in afstemming met experts verder ontwikkelen. Wij willen bijvoorbeeld zelf rijdende auto’s, elektrische bussen en elektrische zware trucks doorrekenen.”

In de door Hoekstra gedroomde toekomst is hij niet de enige die aan het model werkt. Straks kunnen partijen zelf hun gegevens toevoegen aan het opensourcemodel om zo voor zichzelf mogelijke toekomstscenario’s te verkennen. Er zijn zelfs plannen om het internationaal uit te bouwen: in januari wordt SparkCity in India gepresenteerd.

Van SparkCity naar SparkArnhem
De gemeente Arnhem is al zover dat zij SparkCity voor de hele stad gaat gebruiken. De gemeente wil per wijk weten hoeveel elektrische auto’s er over tien jaar zijn. Heel de stad moet in het model worden gevat, want het stadsbestuur wil maatwerkoplossingen én zo min mogelijk laadpunten per wijk.

Bestuursadviseur Peter Swart: “Wij willen nu alvast nadenken over oplossingen op de lange termijn. Uiteindelijk groeien wij naar een moment - een tipping point - dat wij zonder dat er aanvragen zijn, laadvoorzieningen plaatsen. Nu nog lopen wij achter de vraag aan. In de toekomst zijn wij dan te laat. Zeker als de markt sneller gaat groeien. Dat willen wij niet. Ook willen we geen parkeerplaatsen meer hoeven te reserveren voor elektrische auto’s.”

“SparkCity kan ons hierbij helpen. Wij willen graag een kaart van de stad laten maken met hierop de toekomstige verwachtingen per wijk. Hierop kunnen wij onze plannen aanpassen en beslissen waar een laadvoorziening komt. We hoeven zelf niet te begrijpen hoe het model werkt.”

“Het uitspitsen naar wijken is enorm belangrijk. Elke buurt is weer anders. De oplossing moet passen bij de omgeving. Dat vergt creativiteit. Wij denken aan laadstations in bijvoorbeeld lantaarnpalen, in masten van de trolleybus, in bankjes en perscontainers.”

Lokale verschillen in kaart
Het in kaart brengen van de lokale verschillen, geeft ElaadNL, kennis- en innovatiecentrum van de netbeheerders, veel nieuwe handvatten, zo vertelt manager innovatie Arjan Wargers.

“De impact van elektrisch rijden op het elektriciteitsnet kan overal anders zijn. Door het model kunnen we dat in beeld krijgen voor al die verschillende locaties en in verschillende scenario’s. Zo zien we waar de knelpunten kunnen ontstaan. Maar ook wat het effect is van maatregelen als Smart Charging. Als auto’s door slimme technieken vooral gaan laden buiten de piekuren op het net, dan kunnen we voorkomen dat extra kabels of zelfs een trafo-station moeten worden geplaatst."

"Wij hebben ook nog wat wensen ten aanzien van het model. Wij willen bijvoorbeeld rekenen met meer realistischere wind- en zonnegegevens, om ook het effect van laden als er veel stroom uit zon of wind is in beeld te krijgen. En de opgenomen grids komen nu nog niet overeen met de werkelijke situatie.

"Tenslotte willen we ook kijken naar power-quality. Dat betekent dat we niet alleen moeten zorgen dat de stoppen niet doorslaan, maar ook dat je thuis de juiste spanning hebt. Anders doen je apparaten het misschien ineens niet goed meer als je je elektrische auto staat te laden. SparkCity moet berekenen hoe groot de kans daarop is en hoe we dat kunnen voorkomen.”

Kansen voor de praktijk

Kennisplatform NKL heeft een bijdrage geleverd aan het praktisch toepasbaar maken van SparkCity. Het model biedt kansen voor overheden, netbeheerders en bedrijven. Zij kunnen de meest uiteenlopende scenario’s voor elektrisch vervoer laten doorrekenen, legt programmacoördinator Roland Ferwerda uit.

“Met dit model zijn wij eindelijk in staat om de complexe wereld van elektrisch rijden - kopen, rijden en opladen - in een realistisch model te vatten. Het levert meer betrouwbare inzichten op, want veel voorspellingen uit het verleden over bijvoorbeeld de groei van elektrisch vervoer, bleken tot nu toe uiteindelijk niet te kloppen."

"Bovendien helpt het model sneller tot inzichten te komen. Bijvoorbeeld of CO2-afspraken wel worden gehaald en of elektrisch vervoer tot parkeerproblemen gaat leiden. Ook kunnen simulaties worden uitgevoerd die de impact van verschillende vormen van subsidiëring berekenen. Het model richt zich vooral op het beschrijven van complexe scenario’s en moet zich blijven verbeteren. Uiteindelijk moeten zoveel parameters en praktijkgegevens zijn ingevoerd dat we alle complexe interacties tussen de betrokken objecten betrouwbaar kunnen doorrekenen.”

"Anticiperen op toekomstige ontwikkelingen is belangrijk maar moeilijk. Zeker als het gaat om een zogenaamde disruptieve ontwikkeling als de elektrische auto. NKL heeft daarom een bijdrage geleverd aan het praktisch toepasbaar maken van het SparkCity-model, dat is ontwikkeld door de Technische Universiteit Eindhoven en gesponsord door ElaadNL. Het gezamenlijk toepassen van dit simulatiemodel - markt, overheden en netbeheer - helpt de uitrol van de noodzakelijke publieke laad-infrastructuur van elektrisch vervoer in Nederland versnellen."

Van EV naar warmtepomp

De interactie binnen wijken is zo’n ingewikkeld scenario. En dat is voor Alliander een reden om SparkCity te willen gebruiken. Adviseur Gijs van der Poel beschrijft de voordelen.

“Het model is perfect om de interactie binnen verschillende wijken in kaart te brengen. Er bestaat geen ander model dat dit kan. Mensen die elektrisch gaan rijden, schaffen hierna vaak zonnepanelen aan en soms ook een warmtepomp. Alleen een elektrische auto is niet zo spannend, maar al die veranderingen samen vragen veel van onze netten en zorgen voor investeringen. Maar zo werkt het wel in de praktijk. Die situaties, het liefst zo complex mogelijk, vind ik interessant.”

Hoe dan?
Niet voor iedereen is het nu al klip en klaar wat zij met SparkCity kunnen. Manager innovatie Lennart Verheijen van GreenFlux, serviceverlener voor elektrisch vervoer, deelt zijn bedenkingen. 

“SparkCity is zeker een interessant initiatief. Het bepalen van de waarde van Smart Charging op de spotmarkt is erg nuttig bij het maken van investeringsbeslissingen op de technieken die dit mogelijk maken. Op andere delen is er nog een gat tussen theorie en praktijk. Zo is het heel goed dat het model de waarde van Smart Charging in kaart brengt, maar het bedrijfsleven kan hier pas mee aan de slag als dit ook wordt omgezet naar financiële prikkels."

"Die prikkels zijn momenteel wettelijk niet toegestaan. SparkCity is een omvangrijk en ambitieus project, dat een voortrekkersrol kan vervullen. Ik ben erg benieuwd naar de uiteindelijke voorspellende waarde van het model als geheel. We gaan het vanuit GreenFlux zeker in de gaten houden.”

Aan het begin
SparkCity staat nog aan het begin van een legio aan mogelijkheden. Hoogleraar Maarten Steinbuch van de TU/e ziet ze zitten.

“Het mooie aan dit opensourcemodel is dat het eindeloos kan worden uitgebreid en doorontwikkeld. Nu al hebben verschillende kennisinstituten een bijdrage geleverd en dat gaat nog veel meer gebeuren. Zo hebben wij behoefte aan sociale onderzoekers. De TU/e zelf gaat behalve nieuwe gebieden ook nieuwe scenario’s toevoegen. Zo gaan wij onderzoek doen naar autonoom rijden en naar volledig elektrische trucks. En dit zijn slechts enkele voorbeelden. Als we het goed georganiseerd krijgen, wordt dit model voor een groeiend aantal partijen steeds interessanter. Let maar op!”

Het SparkCity-model is mogelijk gemaakt door: TU/e, ElaadNL en NKL.
Het hele artikel kunt u hier lezen.

 
Auteur: René Lamers en Claudie Bolster, NKL Nederland