Levensecht evenbeeld van stroomnet

Hoogleraar Peter Palensky ontwikkelt een digital twin van het Nederlandse elektriciteitsnet. Zo’n digitaal evenbeeld maakt het mogelijk vrijuit onderzoek te doen naar vernieuwingen in het energiesysteem, zónder een black-out te riskeren.

De digital twin van het energienet vormt de ideale proeftuin voor onderzoek en experimenten. De werking is levensecht maar volkomen virtueel: niemand bezeert zich, alles blijft heel, nergens valt de stroom uit. Maar koppel er in het nieuwe ESP-Lab fysiek een transformator of kabel aan, dan zegt die wel degelijk ‘poef’ bij kortsluiting of overbelasting in de digitale netversie.

Palensky’s doel is een supercomputer met voldoende rekenkracht om het volledige Nederlandse energienet te modelleren, inclusief de verbindingen met onze buurlanden en de cruciale interconnectoren van en naar Groot-Brittannië, Noorwegen en Denemarken. De financiering vormt een drempel - hopelijk biedt een NWO-aanvraag soelaas. “Maar we weten dat het kan,” aldus Palensky, “want een kwart is al klaar.” Hij doelt op de digital twin van het net in Noord-Nederland, gemodelleerd voor een studie naar de impact van waterstof op het energiesysteem. Voortbouwend op die ervaring kan de ‘grote’ twin relatief snel klaar zijn, verwacht de hoogleraar.

Niet te bevatten complexiteit

Een van dingen waarin zo’n digital twin uitblinkt, is weging van een grote hoeveelheid elkaar beïnvloedende variabelen en onzekerheden. Wat gebeurt er als waterstof op grote schaal wordt toegevoegd aan de energiemix, wat als de krachtpatserij van de nog vrij jonge HVDC-techniek (high voltage direct current) een vlucht neemt – en wat als dat allemaal tegelijkertijd gebeurt?

Menselijkerwijs valt zo veel complexiteit niet of amper te bevatten. “Zeker omdat de verbruikskant ook een totaal andere dynamiek krijgt”, aldus Palensky. Hij noemt een paar voorbeelden: nieuwe diensten zoals flex-aggregators, elektrische voertuigen die via internet of things hun (ont)laadgedrag op elkaar afstemmen.” Een supercomputer heeft er geen moeite mee om complexe ‘wat als’-scenario’s door te rekenen – en biedt dus houvast bij beslissingen over bijvoorbeeld investeringen of net-architectuur. Het is een van de redenen dat oogspanningsnetbeheerder TenneT partner is.

Palensky's digital twin bestaat uit een hele serie. ‘Neefjes’ bijvoorbeeld, cousins, zijn nauwkeurig genoeg voor onderwijs en onderzoek, maar vormen omwille van rekenkracht en risico’s geen perfecte evenbeelden van het net. “Het échte werk blijft namelijk het domein van de energienetbeheerders. Zij hebben de echte data, de echte parameters – en die delen ze niet, uit veiligheidsoogpunt”, vertelt de hoogleraar. Voor Palensky en de zijnen is dat geen probleem. Sterker nog: “Dankzij de cousins kunnen wij onbelemmerd onderzoeken hoe het net reageert op bijvoorbeeld cyberaanvallen of extreme elektrotechnische krachten, zonder dat de netbeheerders steeds in de stress schieten.” 

Tot voor kort kende Nederland een vrij overzichtelijke ‘energiehuishouding’: stroom werd opgewekt in een beperkt aantal perfect regelbare energiecentrales en van daaruit getransporteerd naar de afnemers. Door de energietransitie verandert die dynamiek ingrijpend. Met duurzame energiebronnen zoals zon en wind fluctueert het aanbod veel heviger, is het minder voorspelbaar en geografisch veel meer versnipperd – zowel de grootschalige wind- en zonneparken als de zonnepanelen op particuliere daken. Ondertussen verandert ook de vraagkant ingrijpend. Denk aan de opkomst van elektrisch vervoer en de elektrificatie van warmtevoorziening en industriële processen waarvoor nu nog aardgas wordt gebruikt. Die optelsom van ontwikkelingen heeft een enorme impact op het energienet en de netbeheerders: balanshandhaving en netstabiliteit zijn veel complexer geworden. Tegelijkertijd ontstaat hiermee ook een uniek momentum. Zoals Palensky zegt:”We are at a turning point in history and we have a real chance of changing the world for the better.”

/* */