Wat kun je modelleren met ESDL?

ESDL is bedoeld om informatie over het energiesysteem in de volle breedte, maar op een redelijk hoog abstractieniveau, te kunnen beschrijven. ESDL richt zich primair op de modelleergemeenschap (waar per definitie met versimpelingen van de werkelijkheid gewerkt wordt). Het zal eerder van toepassing zijn in de ‘planfase’ (modeldoorrekeningen, scenariostudies) dan de ‘operationele fase’ (voor aansturen van fysieke assets in energiesystemen).

Energie assets

Energie assets zijn in ESDL onderverdeeld in vijf categorieën, de zogenaamde capabilities:

  1. Consumptie: In deze categorie zitten alle assets die energie vragen (de meesten daarvan
    zijn geen échte assets, maar iets abstracter zoals ‘ElectricityDemand’).
  2. Productie: In deze categorie zitten alle assets die energie produceren, zoals
    windturbines, zonneparken, geothermiebronnen en restwarmtebronnen.
  3. Opslag: In deze categorie zitten alle assets die energie kunnen opslaan, zoals
    batterijen, warmtebuffers, gastanks en wko’s.
  4. Transport: In deze categorie zitten alle assets die te maken hebben met het
    transporteren (of distribueren) van energie, zoals pijpen, kabels, pompen, kleppen.
  5. Conversie: In deze categorie zitten alle assets die energie om kunnen zetten, zoals gasketels, warmtepompen, energiecentrales. Er is hier altijd sprake van verandering van energiedrager of commodity.

Energie assets kunnen één of meerdere poorten hebben, waarmee ze met andere energie assets verbonden kunnen worden.

Energiedragers/commodities

ESDL kent het begrip commodities (van de types elektriciteit, gas, warmte en energie algemeen) en energiedragers. Commodities biedt een iets hogere mate van abstractie en minder detail dan energiedragers (waar bijv. ook CO2-uitstootgegevens aan gekoppeld kunnen worden. Zowel commodities als energiedragers kunnen door de gebruiker gedefinieerd worden.

Voorbeelden van commodities zijn dan:

  • HS/MS/LS Elektriciteit (type ElectricityCommodity);
  • LT/HT warmte (type HeatCommodity);
  • aardgas, CO2, waterstof (type GasCommodity).

Voorbeelden van energiedragers zijn kolen, gas, olie, hout, kerosine, biomassa, biodiesel en afval. Informatie over energiedragers en/of commodities is in ESDL aan poorten van energie assets gekoppeld.

Materialen

Naast energiedragers kunnen ook materialen gespecificeerd worden. Materialen kunnen enkelvoudig zijn maar ook samengesteld (mengsels of gelaagde materialen). Bij mengsels worden de verschillenden aandelen van de componenten in het mengsel beschreven, bij gelaagde materialen de laagdiktes van elk van de componenten (een pijp van een warmte-net bestaande uit een stalenpijp, met een laag isolatie eromheen en een kunststof buitenmantel).

Materialen kunnen gebruikt worden voor assets, maar ook energiedragers kunnen bestaan uit één of meerdere materialen.

Gebouwen

In ESDL kun je individuele gebouwen of geaggregeerde gebouwen beschrijven. Ook verblijfs-objecten binnen een gebouw kunnen beschreven worden (het is deels gebaseerd op het informatie model van de BAG). Van gebouwen kunnen allerlei eigenschappen beschreven worden (isolatiewaarden, glastypen, ventilatiesysteem, energielabels, e.d.).

Ook over het gebouwgebruik kan informatie beschreven worden. Op dit moment betreft dat de openingstijden van een gebouw en informatie over de ingestelde thermostaatprofielen voor verwarming en koeling.

Van geaggregeerde gebouwen (een groep gebouw als één item beschreven) kunnen allerlei distributies beschreven worden: bouwjaren, energielabel, eigenaarschap (% huur, % koop, % sociale huur), woningtypes (vrijstaand, hoekwoning, 2-onder-1-kap, …), gebruiksdoel (woning, kantoor, zorg, winkel, sport, …).

Locatie en ruimtebeslag

Alle assets (en energie potentiëlen) kunnen een locatie of geometrie hebben. Ze kunnen als punt, als lijn of als polygoon gerepresenteerd worden. Pijpen en kabels hebben meestal de lijn geometrie. Andere assets worden als punt gerepresenteerd als alleen de locatie van belang is of als polygoon als ook de hoeveelheid ruimte die ingenomen wordt relevant is.

3D-aspecten

In principe kunnen alle coördinaten in driedimensies gespecificeerd worden. Dit biedt de mogelijkheid om bijvoorbeeld de diepte onder de grond van de pijpen van een warmtenet te specificeren. Er is echter op dit moment nog geen enkele toepassing die daar gebruik van maakt. 3D-vormen worden niet ondersteund (je kunt geen gebouw in 3D-modelleren).

Gebieden

ESDL biedt de mogelijkheid om ruimtelijke gebieden te definiëren (en de afbakening op de kaart op te nemen als onderdeel van de ESDL). Je kunt hier denken aan de grenzen van een provincie, RES-regio, gemeente, wijk of buurt, maar ook aan een verzorgingsgebied van een onderstation van een netbeheerder of een perceel van een huis of bedrijf. Voor elk gebied kun je indien gewenst ook aangeven of het een buurt, wijk, gemeente, regio, e.d. is.

Ook het beschrijven van de hiërarchie is mogelijk: deze provincie bestaat uit deze en deze gemeenten. Aan gebieden kunnen vervolgens economische en sociale eigenschappen gekoppeld worden

Energie potentieel

Ook (gebieden met) energie potentieel kan beschreven worden. Het gaat hier dan om zonpotentie, windpotentie, wko-potentie, geothermiepotentie en dergelijke. Ook abstractere dingen als zoekgebieden en gebieden met een bepaalde wettelijke status (waterwingebieden, natuurgebieden) kunnen beschreven worden.

Topologie

ESDL biedt indien gewenst de mogelijkheid om topologieën van energienetwerken te beschrijven. Dit betreft de ligging van bijvoorbeeld elektriciteitskabels, gaspijpen, warmte-netwerken. Middels poorten en verbindingen kan beschreven worden of pijpen en/of kabels écht verbonden zijn en kan dus de volledige topologie vastgelegd worden. In heel veel GIS-kaartlagen ontbreekt deze informatie.

Profielen

Op een groot aantal plaatsen kan in ESDL-informatie als profiel uitgedrukt worden. Allereerst kunnen er profielen aan poorten gehangen worden. Dit kan bijvoorbeeld een warmtevraagprofiel of elektriciteitsproductieprofiel zijn, maar in principe kan bijna elke grootheid over de tijd uitgedrukt worden (spanning, druk, temperatuur, …). Daarnaast kan er aan energie assets en aan energiedragers informatie over verschillende soorten kosten gehangen worden. Tenslotte kan er indien gewenst ook weer gerelateerde informatie opgenomen worden, zoals de buitentemperatuur, zoninstraling, windsnelheid en -richting, de grondtemperatuur en relatieve luchtvochtigheid.

Grootheden en eenheden

Voor alle profielen én op een aantal andere plaatsen, kan expliciet gemaakt worden om welke grootheid en welke eenheid het gaat. De gebruiker heeft hier geen vrije keuze maar er zijn lijstjes waaruit gekozen moet worden. De eenheden zijn opgedeeld in verschillende componenten. Zo kan er bijvoorbeeld gespecificeerd worden dat het om onderhoudskosten gaat in ‘EUR/MW/jaar’.
Attributen van een bepaalde ESDL-klasse hebben vaak een in de documentatie vastgestelde eenheid. Zo zijn alle vermogens die je tegenkomt in het model altijd in Watt. Het is vervolgens de taak van de software om een heel groot getal dan te vertalen naar bijvoorbeeld GW, zodat het leesbaarder is voor de gebruiker van de software.

KPIs

Aan gebieden en aan assets kan een lijst met KPIs gehangen worden. Vaak betreft het hier resultaten van modeldoorrekeningen. Op dit moment is er nog geen vastgestelde lijst van standaard KPIs en heeft de gebruiker zelf de keuze in de formulering van de KPI. Voorbeelden van informatie die als KPI aan een gebied gehangen kunnen worden zijn per-centage energieneutraal, CO2-uitstoot (reductie), totale maatschappelijke kosten, hoeveelheid benodigde jaarlijkse import van energie en percentage lokaal duurzaam opgewekte energie.

Partijen en eigenaarschap

Energie assets en gebieden kunnen eigenaren hebben. Hiermee kan vastgelegd worden wie verantwoordelijk is voor elk deel van het energiesysteem, wie de gebouweigenaren zijn en ook grondbezit vastleggen behoort tot de mogelijkheden

Sectoren

In ESDL kunnen sectoren beschreven worden. Een mogelijke eenvoudige sector indeling zou kunnen zijn: Gebouwde omgeving, Landbouw, Mobiliteit en Industrie. Maar ook de standaard bedrijfsindeling (SBI) van de kamer van koophandel is op deze manier vast te leggen en te gebruiken (zie de Energy Data Repository voor een voorbeeld). Een sector kan aan een asset, een gebied of een partij gekoppeld worden. Zo kan bijvoorbeeld voor alle consumptie assets beschreven worden tot welke sector hun energieverbruik toebedeeld moet worden.

Distributies/procentuele verdelingen

Naast de mogelijkheid om voor geaggregeerde gebouwen bepaalde procentuele verdelingen te specificeren (bouwjaren, energielabel, eigenaarschap, woningtypes, gebruiksdoel) kunnen ook KPIs als verdeling opgegeven worden. Dit wordt op dit moment gebruikt om de energiemix voor een bepaald gebied te specificeren (Percentage elektriciteit opgewekt met kolen, aardgas, biomassa, zon, wind, …).

Mobiliteit en Transport

Voor het rekenen aan mobiliteit is het mogelijk om per voertuigtype per brandstoftype de efficiency te beschrijven. Ook voertuigbezit in een gebied kan beschreven worden. Tenslotte kan de energievraag per gebied per voertuigtype per brandstoftype (inclusief de gereden kilometers en efficiency) beschreven worden.

Maatregelen

Voor modellen die doorrekenen welke maatregelen (economisch) zinvol zijn om door te voeren, is het concept ‘maatregelen’ geïntroduceerd. Een maatregelen bevat een lijst assets met een bijbehorend kostenplaatje. Ook kunnen er restricties aan een maatregel gekoppeld zijn; bijvoorbeeld een minimum energielabel (een warmtepomp installeren kan alleen voor woningen met minimaal label B), een bepaald gebouwtype (deze maatregel inclusief de aangegeven kosten is alleen van toepassing op woningen) of een gebiedstype (deze windturbine kan alleen op land geïnstalleerd worden).

Energiemarkten

Van elke asset kan aangegeven worden op welke energiemarkt deze asset een rol speelt. Voor simulatiemodellen die aan energiemarkten rekenen, kan deze informatie, inclusief de informatie over de biedingen van de energieproducenten, gebruikt worden om de merit order op te stellen.

Aansturing van assets, regelingen en dynamisch gedrag

Voor het doorrekenen van allerlei soorten energie netwerk simulaties zijn er mogelijkheden om het gedrag van een asset te specificeren of een regeling te definiëren die bepaald hoe de asset moet reageren. Zo zijn er zogenaamde ‘control strategies’ (CurtailmentStrategy, DrivenByProfile, StorageStrategy, …) en is bijvoorbeeld de mogelijkheid tot het definiëren van een PID-regelaar (incl. sensoren).

Voor bepaalde modellen is het nodig het dynamische gedrag van een asset te kunnen beschrijven. Ook hiervoor is een eerste stap in ESDL gezet door het toevoegen van het concept ‘TransferFunction’. Hiermee kan de relatie tussen de inputs en de outputs van een asset beschreven worden.

Referentie naar brondata

Op een groot aantal plaatsen in het ESDL-informatiemodel kan naast de informatie zelf ook opgegeven worden waar de informatie vandaan komt middels een referentie naar de brondata. Voor iedere referentie kan onder andere de eigenaar van de data, de versie van de data, de publicatiedatum van de data en een link naar de website waar de data of een beschrijving van de data te vinden is beschreven worden.

Beperkingen

Er zijn natuurlijk ook een aantal zaken die bewust niet in ESDL beschreven kunnen worden, waarvan we nog niet goed weten hoe we dat goed zouden kunnen beschrijven of waarvoor er nog geen toepassing is die erom gevraagd heeft. Enkele voorbeelden:

  1. Aanwezigheid personen in gebouwen over de tijd.
  2. Beleidsaspecten (subsidieregelingen, belastingen).
  3. In de tijd veranderende mengsels (gassamenstellingen).
  4. Projecten en plannen kunnen niet écht beschreven worden, maar de te bereiken eindsituatie weer wel. Hetgeen het meest in de buurt komt van projecten zijn de ‘maatregelen’ die toegepast kunnen worden binnen het energiesysteem.

ESDL hoofdstructuur

In deze post lichten we de structuur van het ESDL-informatiemodel toe. De structuur is overzichtelijk in beeld te brengen aan de hand van een boomstructuur die de hoofdstructuur van het ESDL-informatiemodel weergeeft. ESDL is gestructureerd op basis van een objectgeoriënteerde aanpak, waarin alle onderdelen uit een energiesysteem als een
object beschouwd worden , waarbij deze objecten met attributen (kenmerken) en relaties met zijn omgeving worden gekarakteriseerd. Dit kunnen we ook terugzien in de boomstructuur.


Er komen in deze weergave drie soorten relaties voor:

  • Het open pijltje geeft de superklasse-subklasserelatie weer. Een subklasse erft alle eigenschappen van zijn ‘parent’, de superklasse. Voorbeeld: de EnergyAsset erft alle eigenschappen van Asset en heeft daardoor zelf ook een Geometry en CostInformation.
  • Het dichte wiebertje geeft de zogenaamde ‘containment’-relatie weer: Een instantie van de ene klasse kan 0, 1 of meer instanties van de andere klasse bevatten. Voorbeeld: Een Area kan 10 WindTurbines bevatten
  • De enkele lijn geeft een relatie of referentie weer: via de connectedTo relatie kunnen de OutPort van de ene Asset met de InPort van de andere Asset verbonden worden.

Hierna wordt de elementen van boomstructuur verder toegelicht:

  • Als je een scenario voor een bepaald gebied wilt beschrijven, begin je met een instantie van EnergySystem.
  • Een EnergySystem bevat meestal één, soms meer Instances. Verschillende Instances in hetzelfde ESDL-bestand kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden voor verschillende scenario’s, of verschillende zichtjaren. Vaak worden hier echter aparte ESDL-bestanden voor gemaakt.
  • Een Instance bevat één Area. Deze Area is het grootste gebied dat relevant is voor dat wat je wilt beschrijven. Voor een provinciale systeemstudie zou het logisch zijn om hier de provincie te kiezen; echter als je de relaties met de omgeving (buiten de provincie) ook wilt beschrijven, is het verstandig dit breder te kiezen.
  • Een Area kan zelf ook weer Areas bevatten en dit kan in principe zo vaak of diep als nodig is. Een provincie kan opgedeeld worden in gemeentes, de gemeentes in wijken, de wijken in buurten en de buurten in percelen
  • Een Area kan ook Assets bevatten.
  • Een Asset is een fysiek ding met een Geometry (een vorm of een locatie) en CostInformation. Dit laatste beschrijft informatie als aanschafkosten, installatiekosten, onderhoudskosten, e.d.
  • Een subtype van Asset is de EnergyAsset (een ander subtype van Asset is een Building).
  • Een EnergyAsset heeft één of meerdere poorten (Ports), waarmee de connectiviteit tussen EnergyAssets beschreven kan worden.
  • Poorten zijn er in twee typen InPort en OutPort. Aan poorten is de informatie over de energiedrager (Carrier) gekoppeld en profielinformatie (Profile).
  • EnergyAssets zijn er in vijf typen (ook weer subklassen): Producer, Consumer, Storage, Transport en Conversion. Elk van deze klassen heeft een groot aantal subklassen; voor Producer zijn twee voorbeelden gegeven: WindTurbine en GeothermalSource.
  • Tenslotte kan een EnergySystem nog generieke EnergySystemInformation bevatten. Dit kunnen bijvoorbeeld sectoren (Sectors) zijn waarnaar vanuit Assets verwezen kan worden, referenties naar databronnen (DataSources) waar de gebruikte informatie in de ESDL vandaan komt of de grootheden en eenheden (QuantityAndUnits) die bijvoorbeeld in de profielen gebruikt kunnen worden.
nl_NL_formalDutch