6 June 2014

Met de elektrische auto krijgen huishoudens en bedrijven er een enorme energieslurper bij waar ze eigenlijk niet goed op berekend zijn. Om toch snel genoeg te kunnen laden, werkt het Amsterdamse Cohere aan een slimme energieverdeler. Het kastje heeft echter genoeg rekenkracht en aansluitingen aan boord om uit te groeien tot slimme bemiddelaar van de gehele energiehuishouding.

Moderne elektrische wagens zoals de Tesla Model S en de Renault Zoe, die op hoog vermogen kunnen laden, trekken hetzelfde vermogen als vijf volledige huishoudens op het drukst van de dag. En dat doen ze een paar uur lang voor één gevulde accu. Laten we er niet omheen draaien: rijden vereist gewoon ontzettend veel energie. Traditioneel merken we daar alleen niet zo veel van, omdat we gewend zijn om een energierijke vloeistof in onze tank te gooien.

De meeste (potentiële) bezitters van een elektrische bolide beseffen dan ook niet hoe groot de impact is van een laadpunt op ons elektriciteitsnetwerk. Een gewone huis-tuin-en-keuken-aansluiting is eigenlijk niet berekend op deze grootverbruiker. De schrik is dan ook groot als blijkt dat de beloofde laadsnelheden alleen behaald kunnen worden door de netbeheerder te vragen om een kabel met hogere capaciteit te trekken, waarvoor tot wel twaalfhonderd euro per jaar extra aan vastrecht betaald moet worden – weg zijn alle fiscale voordelen van elektrisch rijden.

Michael Coussement van het Amsterdamse Cohere maakt het regelmatig mee. Zijn bedrijf werkt aan een oplossing voor dit probleem: Sem, een regelkastje dat de energiestromen moet gaan bemiddelen tussen huishouden, laadpaal en nog veel meer.

Cohere EV Box
Op het eerste gezicht lijkt het een veredeld stopcontact, maar laadpunten voor de elektrische auto zijn complexe embedded systemen met grote onderlinge kwaliteitsverschillen.

Cohere begon enkele jaren geleden als dienstverlener voor particulieren en bedrijven die een laadoplossing nodig hebben. Dit blijkt namelijk nog een complex verhaal met belangrijke keuzes en forse kwaliteitsverschillen tussen de verschillende oplossingen. ‘Kijk alleen al naar de laadkabels’, zegt Coussement. ‘Zo’n kabel voor de Tesla of de Zoe die 22 kW kan laden – 22 stofzuigers, dat is echt heel veel – die rol je uit, rol je weer op, die hang je in de zon, in de regen, in de winterkou, je sleept hem over de grond, en dat vijf jaar lang. We hebben al een paar gevallen gezien van goedkope laadkabels die op een warme dag zijn gesmolten. Wij kiezen daarom niet de goedkoopste kabels, maar kabels die uit één stuk bestaan en met een specifieke gel in de stekker die voor warmteafvoer zorgt.’

Voor de laadpunten is het nog ingewikkelder. Ze lijken op een stopcontact, maar het zijn eigenlijk vernuftige systemen vol software die veel meer doen dan alleen de stroom doorgeven: ze monitoren en conditioneren de stroom, communiceren met de accu over de laadstrategie, vergrendelen de stekker tijdens het laden, enzovoorts. Soms zijn ze voorzien van een GPRS-modem om met de buitenwereld te communiceren, bijvoorbeeld in het geval van publieke laadpalen die moeten afrekenen. ‘Het is ook belangrijk dat zo’n laadpunt te upgraden is en dat de fabrikant updates uitbrengt’, legt Coussement uit, want de markt is nog volop in ontwikkeling. ‘Tesla heeft bijvoorbeeld een keer een firmware-update uitgevoerd op het laadprotocol nadat er in Amerika enkele branden waren geweest. Sommige laadpunten weigerden vervolgens dienst.’

Raspberry Pi

De capaciteit van de stroomaansluiting is begrensd. Bij een typisch huishouden is maar ongeveer de helft beschikbaar voor het laadpunt. Ook zakelijke panden die een laadpaal voor meerdere wagens willen neerzetten, lopen al snel tegen de grenzen aan. ‘Maar dat is eigenlijk alleen omdat je een deel van de capaciteit moet reserveren, terwijl het bijvoorbeeld niet zo is dat je om twee uur ’s nachts van alles aan hebt staan. Die capaciteit is er dus wel, alleen niet altijd’, verklaart Coussement.

Een goede manier om de laadpaal in te laten spelen op het momentane gebruik van het huishouden bleek echter niet te bestaan. Daarom begon Cohere in 2013 hier zelf mee te experimenteren. ‘We begonnen met een simpele controller’, vertelt Coussement. Maar al snel groeide de ambitie van het project. ‘We doen dit om de transitie naar duurzame energie mogelijk te maken. Daarin is belangrijk dat je de vraag en het aanbod van energie kunt afstemmen. Daarom hebben we Sem nu echt overgedimensioneerd gebouwd: de basis is een Raspberry Pi, een full-blown Linux-computer met internetverbinding in je meterkast om een eindeloze hoeveelheid aan energiemanagementfunctionaliteit toe te kunnen voegen nu en in de toekomst.’

Die blik op de toekomst is ook terug te zien in het grote aantal poorten op het kastje. Weliswaar lijken het doodgewone Ethernet-aansluitingen, maar dat is alleen omdat de installateur dan netjes de kabeltjes op maat kan maken; achter elk poortje schuilt specifieke elektronica voor een toepassing die in de toekomst een belangrijke rol kan gaan spelen in de energiehuishouding. Hiervoor ontwikkelt Cohere een eigen PCB, die aan de Raspberry Pi wordt gekoppeld.

Zonnepanelen zijn de eerste uitbreiding waar Sem zich mee zal gaan bemoeien, denkt Coussement. ‘Als je nu als particulier op het net levert, kun je dat er later voor dezelfde prijs weer uit trekken. Maar dat is niet houdbaar; het net is er niet op gebouwd. In Duitsland en België zie je het al veranderen. Je zult moeten gaan betalen om te mogen leveren op het net, of je krijgt zo weinig terug dat het eigenlijk niet interessant is. Het wordt op een gegeven moment dus cruciaal om lokaal opgewekte energie direct te gebruiken. Dan wil je dus zo’n gigantische vermogenstrekker als de auto hieraan koppelen.’

Cohere smart charging
Zonnepanelen met 17 kW piekvermogen waarvan de opbrengst direct intelligent verdeeld wordt over twee elektrische auto’s die staan te laden (een Mitsubishi Outlander en een Tesla Model S): nu is het nog pilotproject, maar als het aan Cohere ligt, ziet de toekomst er zo uit.

Op den duur verwacht Coussement dat ook lokale energiebuffers deel gaan uitmaken van de mix, dus ook daar is Sem op toegerust. ‘Batterijen worden sneller goedkoop dan je denkt. Op een gegeven moment wordt het rendabel om thuis een stationaire batterij te hebben. En we hebben ook een poort om een warmtepomp aan te sluiten, dus dan sla je die energie op in de vorm van warm water in plaats van als elektriciteit.’

Dan moet natuurlijk nog het verbruik van het huishouden of kantoor worden gemeten. Daarvoor heeft Cohere een eigen aansluiting ontwikkeld. Die kijkt alleen naar de hoofdschakelaar; wat er daarachter gebeurt, vinden de Amsterdammers eigenlijk niet zo interessant. ‘Ikzelf geloof niet in het aansturen van wasmachines of koelkasten; die dingen zijn zo efficiënt tegenwoordig. Als je impact wilt maken, moet je bij die auto zijn’, meent Coussement.

Nu nog de intelligentie om te bemiddelen tussen laadpunt, huishouden, zonnepanelen, warmtepomp, accu en wat er nog meer volgt. Cohere voorziet de meeste kans van slagen als ook anderen hieraan kunnen sleutelen. Een softwareraamwerk moet het mogelijk maken voor derden om eigen applicaties te ontwikkelen voor Sem, of om te communiceren met het kastje. Coussement: ‘Tariefstructuren en wetgeving verschillen per land en veranderen bovendien steeds. We nodigen daarom elke ontwikkelaar uit om een applicatie te ontwikkelen die aanhaakt op ons platform.’

Tesla van de directeur

Bemiddelen tussen huishouden en laadpunt draait al volop op proef. Door Sem wordt de auto ongeveer 1,7 keer zo snel opgeladen als zonder, stelt Coussement. Hoewel het platform nog niet helemaal is uitontwikkeld, hebben verschillende particulieren en zakelijke klanten al een exemplaar besteld.

Maar er zijn ook enkele bestellingen door parkeerplaatsbeheerders, om de laadpalen onderling op elkaar af te stemmen. Dat kan in de toekomst nog een interessante toepassing worden, denkt Coussement. ‘Als je het koppelt aan iemands agenda, kun je zien wie er als eerste weg moet en zorgen dat die auto eerder opgeladen is. Of je kunt bijvoorbeeld de Tesla van de directeur sneller laden.’ Daarnaast kijkt Cohere met een schuin oog naar andere toepassingen, zoals monitoren om energie te besparen, of de inzet in taxi’s.

Cohere TU Delft 2
Cohere werkt nauw samen met verschillende faculteiten van de TU Delft voor het ontwikkelen van Sem, maar ook om de toekomstige markt in te schatten.

Wie het kastje ook wel erg interessant vindt, is netbeheerder Enexis. Als de voorspellingen rond de groei van elektrisch rijden uitkomen, zullen de beheerders van het elektriciteitsnet flink in de piekcapaciteit moeten investeren – schattingen lopen uiteen van vijf tot dertig miljard euro. Maar wat voor het huis geldt, geldt ook voor de wijk of stad: het grootste deel van de tijd is de capaciteit onbenut. Wanneer de invloed van de laadpalen uit de piek kan worden weggehouden, is de capaciteit er dus grotendeels al.

Enexis werkt daarom met Cohere samen aan mogelijkheden om het laadvermogen af te stemmen op het verwachte gebruik. ‘Mensen zijn vrij voorspelbaar, zeker op provincieniveau. Enexis heeft nu een eerste versie van een protocol uitgebracht dat zegt hoe veel vermogen er de volgende dag per kwartier beschikbaar zal zijn’, vertelt Coussement. ‘Maar het zit met het probleem dat het de klant er niks voor terug kan geven, want we hebben de energiemarkt gesplitst en de netbeheerders mogen geen energieprijzen bepalen. Ze kijken nu wel naar variabele vastrechttarieven, maar daar is een wetswijziging voor nodig. Eigenlijk zitten de vragen rond slim energiebeheer meer in het businessmodel. Dat is lastiger te vinden dan de technische oplossing.’

Wie aan de slag wil met het ontwikkelen van energiemanagementsoftware voor Sem kan contact opnemen met Cohere via info@cohere.eu.