Door de rappe transitie naar duurzame energie kan ons peperdure elektriciteitsnetwerk in grote problemen raken. In zijn zoektocht naar oplossingen bouwt hoogleraar Peter Palensky nu een “digitale tweeling” om het netwerk goed te kunnen bestuderen.
Deze groene revolutie gaat dus gepaard met enorm veel aanpassingsproblemen. Het vastkoppelen van een windmolenpark kan de dynamica in het electricity grid van een land compleet veranderen.
Peter Palensky
Stel je voor dat je jarenlang in alle rust je werk doet, ergens in de luwte van een groot academisch instituut, en ineens zetten dramatische veranderingen je vertrouwde wereldje op zijn kop. De schijnwerpers draaien in jouw richting, je vindt jezelf plotseling vol met je gezicht in de spotlights, en alle ogen zijn op jou gericht. Wat zou je doen?
Het overkwam Peter Palensky, hoogleraar aan de TU Delft. Zijn specialisme – intelligente elektriciteitsnetwerken – kwam de laatste jaren ineens flink in de belangstelling te staan. Door de snelle transitie naar duurzame energie rijst namelijk de vraag: is ons bestaande elektriciteitsnet wel bestand tegen zulke ingrijpende veranderingen? Palensky en zijn collega’s moeten antwoord vinden op deze prangende vraag zodat de verduurzaming niet hapert.
Nou is Palensky niet het type dat wegloopt voor zo’n uitdaging. Integendeel. ‘Het is eigenlijk een ongelooflijk privilege om als wetenschapper in deze positie te verkeren,’ zegt hij. ‘Het is alsof we op een keerpunt staan in de geschiedenis, en wij de kans én de mogelijkheden hebben om de wereld ten goede te veranderen. Dat is een ontzettend grote verantwoordelijkheid, maar misschien kunnen we later wel tegen onze kinderen zeggen: we did it.’
Iedereen energieproducent
Zo’n vijftig jaar lang bleef alles ongeveer bij het oude. Ieder land had enkele grote energiecentrales die elektriciteit op het net leverden voor miljoenen afnemers, namelijk de burgers en bedrijven. Maar met de opkomst van duurzame energie zijn er ineens talloze energieproducenten bijgekomen, want iedere windmolen of zonnepaneel is eigenlijk een elektriciteitscentrale op zich. Plotseling zijn burgers geen afnemers meer, maar zelf de leveranciers! Tamelijk wisselvallig leverancier ook nog eens, want windsnelheid en zonnekracht zijn nogal variabel.
‘Deze groene revolutie gaat dus gepaard met enorm veel aanpassingsproblemen,’ zegt Palensky. ‘Denk bijvoorbeeld aan de landen die grote windmolenparken moeten aansluiten op het bestaande elektriciteitsnet. Het plotseling vastkoppelen van een flinke hoeveelheid nieuw vermogen kan de dynamica in het electricity grid van een land compleet veranderen, en in het ergste geval zelfs leiden tot een stroomstoring.’
En dus is er onderzoek nodig. Veel onderzoek. Is het Nederlandse netwerk bestand tegen een nieuw windmolenpark voor de kust van Zandvoort? Hoe houden we alles stabiel als er binnenkort miljoenen zonnepanelen zijn geïnstalleerd bij individuele huiseigenaren? En hoe zorgen we ervoor dat iedereen in de toekomst zijn elektrische auto kan opladen?
Dankzij de digital twin krijgen netbeheerders zoals TenneT veel informatie hoe ze hun netwerken stabiel kunnen maken en houden. De harde feiten uit Delft zijn daarbij cruciaal.
Digitale tweeling
Het zijn vragen die Palensky hoopt op te lossen met behulp van een digital twin, een digitaal tweelingbroertje van het Nederlandse elektriciteitsnetwerk. Op zo’n digitale kopie kun je naar hartenlust experimenteren en onderzoeken zonder dat je iets kapot maakt. ‘Het is eigenlijk een droomversie van het echte netwerk,’ zegt hij. En lachend voegt hij daaraan toe: ‘Met het echte elektriciteitsnetwerk mogen we natuurlijk niet spelen, dus dan moet het maar op deze manier.’
Het is een techniek die Palensky en zijn collega’s hebben afgekeken van grote bedrijven. Vliegtuigbouwers en autofabrikanten maken namelijk al langer gebruik van digitale tweelingen om hun voertuigen te testen. Denk daarbij aan een simulator die dankzij 3D-beelden, geluid en beweging een echte autorit of vliegtuiglanding kan nabootsen. De digital twin van Palensky is iets soortgelijks, maar dan natuurlijk zonder bestuurdersstoel en autogordels.
Het is een ontzettend grote verantwoordelijkheid, maar misschien kunnen we later wel tegen onze kinderen zeggen: we did it.
Inmiddels is een kleine digital twin al operationeel. De real time digital simulator (RTDS) – barstensvol met software vol wiskundige berekeningen – kan een kwart van het Nederlandse net simuleren. In de nabije toekomst moet die versie vervangen worden door een digitale kopie van het complete netwerk. Daarvoor moet eerst de bestaande hoogspanningshal van de TU Delft zijn omgebouwd tot een Electrical Sustainable Power Lab, kortweg het ESP Lab. Cruciale elementen uit het elektriciteitsnetwerk zoals hoogspanningsmasten, wind- en zonne-energie, energieopslag en distributienetwerken worden er gecombineerd tot één functionerend geheel.
In eerste instantie wil Palensky dus onderzoeken hoe het bestaande Nederlandse elektriciteitsnetwerk reageert op prikkels of schokken, zoals nieuwe windmolenparken of buitenlandse cyberaanvallen. Maar in de nabije toekomst wil hij ook doen wat wetenschappers het liefst doen: innoveren. ‘Ik ben benieuwd of we met een alternatief elektriciteitsnetwerk kunnen komen dat beter is aangepast aan de moderne tijd. Dat zal heus niet op de korte termijn in de plaats komen van het bestaande netwerk, maar ik denk wel dat we veel kunnen leren van die theoretische exercitie.’
Harde feiten uit Delft
Dankzij de digital twin krijgen netbeheerders zoals TenneT veel informatie hoe ze hun netwerken stabiel kunnen maken en houden. De “harde feiten” uit Delft zijn volgens Palensky cruciaal omdat het anders veel langer zou duren om dit soort ingewikkelde infrastructurele vraagstukken op te lossen. Bovendien is het gevoelige informatie die je liever niet uit het verre buitenland wil halen: uit recente cyberaanvallen in het buitenland blijkt dat het elektriciteitsnetwerk een geliefde plek is voor elektronische oorlogsvoering.
Momenteel dienen Palensky en zijn collega’s een voorstel in voor financiering bij de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), zodat zij hun digitale tweeling kunnen voltooien. ‘Het zou een terrible waste zijn als we nu geen vaart maken. Delft is een wereldwijde koploper op dit gebied, en we zien dagelijks hoeveel de Nederlandse netbeheerders hebben aan onze kennis.’
En Palensky’s geheime wapen? ‘Dat zijn mijn studenten. Zij zijn vaak degenen die met de meest slimme en creatieve ideeën komen. Daarom vind ik het belangrijk om hen de allerbeste machinerie te verschaffen. Bovendien hebben we de morele verplichting naar die jonge generatie om de klimaatverandering tegen te gaan. Technologie is daarin een belangrijke pijler.’
We hebben de morele verplichting naar die jonge generatie om de klimaatverandering tegen te gaan. Technologie is daarin een belangrijke pijler.
Peter Palensky
Peter Palensky (Oostenrijk, 1972) is sinds 2014 hoogleraar Intelligent Electric Power Grids aan de TU Delft. Daarvoor was hij onder meer hoofdonderzoeker Complexe Energiesystemen aan de Austrian Institute of Technology.
