Energy Positive Districts – Identificatie van technisch haalbare en doeltreffende oplossingen voor decarbonisatie onder bestaande randvoorwaarden

Ons energiesysteem ondergaat sterke veranderingen. In het streven naar een koolstofneutrale samenleving moeten we afstappen van een overmatig gebruik van fossiele brandstoffen voor onder meer de opwekking van elektriciteit, verwarming en koeling, en transport. Daarnaast zullen lokale energievoorziening, lokale flexibiliteit en energieconversie en -opslag een steeds belangrijkere rol spelen in ons toekomstig energiesysteem. Het ontwerp en de efficiënte aansturing van zo’n systeem brengen belangrijke technische uitdagingen met zich mee. Dit doctoraat focust op Energy Positive Districts (EPD’s). Een district kan beschouwd worden als een wijk die qua energiebevoorrading geïntegreerd is binnen een stedelijk en regionaal energiesysteem (dat van omvang overeenkomt met het distributienetniveau van het elektriciteitsnet). Een wijk bestaat uit een aantal wooneenheden en kan ook gebouwen zoals een school, ziekenhuis, winkelcentrum of zwembad omvatten. De residentiële en tertiaire sector kunnen dus gecombineerd in de wijk aanwezig zijn, maar (zware) industrie wordt uitgesloten. De vraag naar energiediensten in een wijk omvat thermisch comfort, energiegebruik van apparaten en transport. EPD’s kunnen de CO2-uitstoot in een stedelijke omgeving aanzienlijk verminderen. Om het potentieel van EPD’s ten volle te benutten, moeten echter diverse politieke, economische, sociale en technologische uitdagingen worden overwonnen. Momenteel is een van de belangrijkste barrières bij de ontwikkeling van EPD’s het gebrek aan modellen die kunnen dienen als beslissingsondersteuning bij de exploitatie van EPD's. Het doel van dit project is om nieuwe tools te ontwikkelen die bijdragen tot het aanreiken van duurzame en doeltreffende, maar ook technisch en economisch haalbare oplossingen voor zowel het systeemontwerp als de aansturing. Een oplossing is een 'werkbaar' ontwerp met alle onderlinge interacties en koppelingen, die aangeven waar in het systeem, wanneer en hoe de vereiste energieomzettingen plaatsvinden. Een multivectorenergiesysteem wordt beschouwd, bestaande uit elektriciteit, warmte en (synthetische) brandstoffen, voor het leveren van energiediensten, zijnde thermisch comfort, energiegebruik van apparaten en transport. Het doel van deze nieuwe tools is niet per se te streven naar één enkele theoretisch optimale oplossing, maar veeleer naar haalbare opties die rekening houden met de bestaande randvoorwaarden (vb. bestaande netwerken) en hierbij tegelijkertijd effectieve decarbonisatie nastreven. Dit doctoraat vertrekt van de thermische systemen en integreert deze in een multivectorsysteem in samenwerking met drie parallelle doctoraten binnen hetzelfde onderzoeksproject. Om deze tools te ontwikkelen, zal dit doctoraat zowel op de modellering van energieconversie en thermische energieopslag in een geïntegreerd energiesysteem focussen, alsook systeemconcepten (met inbegrip van geavanceerde regelstrategieën) onderzoeken, die de implementatie ervan mogelijk moet maken in onzekere omstandigheden, maar optimaal gebruik makend van de beschikbare data. In interactie met andere energievectoren en binnen een degelijk stimuleringskader dat oog heeft voor economische aspecten en de wettelijke context, beide benaderd in parallelle doctoraatsonderzoeken, zullen deze ontwikkelingen en concepten geïntegreerd worden in een model dat rekening houdt met de reële energiebehoeften en het verhoogd aandeel aan R2ES (renewable and residual energy sources), en dat getoetst zal worden in casestudy’s. Alle nodige tussenstappen om tot deze tools te komen, zullen eerst toegepast worden op kleinere districten van een twee- of drietal gebouwen, vooraleer de opschaling naar grotere en meer realistische wijken gemaakt zal worden.