Onderzoekers van de Universiteit Twente werken al enige tijd aan de ontwikkeling van intelligente energienetwerken, oftewel smart grids. Dit vormt een belangrijk onderdeel in de energietransitie, zowel in Nederland als Europa. Het belang hiervan werd onlangs onderstreept: er werden zes grote onderzoeksprojecten gehonoreerd waarbij de smart grid-vakgroep is betrokken. Met de projecten is in totaal zo’n 3,4 miljoen euro gemoeid.
Fossiele brandstoffen worden vervangen door hernieuwbare energiebronnen, zoals wind, zon en water. Hierdoor is de opwekking van energie niet meer centraal geregeld in een energiecentrale, maar is er sprake van decentralisatie, waarbij de consument tevens de producent wordt van energie. Juist hierin ligt een uitdaging.
Als er meer energie nodig is, wordt er in een energiecentrale meer brandstof toegevoegd, zoals kolen en gas. In het oude systeem volgt het opwekken van energie dus de vraag ernaar op. In het nieuwe systeem werkt het juist andersom: het opwekken van stroom is bij hernieuwbare energie moeilijk te controleren. In dit geval moet de vraag naar energie worden afgestemd op wat er wordt opgewekt. Dit vormt een grote uitdaging, want juist het afstemmen van miljoenen slimme apparaten is een essentiële stap richting een geheel duurzame maatschappij.
Balanceringsprobleem
Dr Johann Hurink, hoogleraar toegepaste wiskunde aan de Universiteit Twente, geeft een voorbeeld van het probleem: “Als op sommige punten in een wijk de laadpalen altijd bezet zijn, zijn er meer laadpalen nodig. Maar de kabels die in de grond liggen, kunnen deze extra belasting op een bepaald moment niet meer aan. Hetzelfde geldt voor een PV-systeem op het dak van een woning: wanneer de buren al zonnepanelen op het dak hebben liggen, is de piekbelasting wanneer de zon schijnt erg groot. Dit heeft als gevolg dat de netcapaciteit misschien niet meer voldoende is of dat op sommige tijden de panelen minder tot geen duurzame energie meer mogen opwekken. In deze gevallen verstrekt de netbeheerder geen vergunning voor het plaatsen van een extra PV-systeem.”
Volgens Hurink kan dit probleem gemakkelijk opgelost worden: “Door intelligente afstemming van de verschillende energiestromen van het opwekken en afnemen van energie is het mogelijk om ruimte te creëren in het energienetwerk. Smart grids zorgen ervoor dat lokale coördinatie van energie kan plaatsvinden - energiemanagement genoemd - waardoor bijvoorbeeld enerzijds het overmatig opwekken van energie door PV-panelen en anderzijds een tekort aan laadpalen samenkomen en in balans worden gebracht.”
Van theorie naar praktijk
Met de aankomende projecten wil de vakgroep een stap zetten richting de praktijk. “Met eerder uitgevoerd onderzoek hebben we ons gefocust op het technische aspect. Bij toekomstig onderzoek is ook de faculteit BMS betrokken, juist omdat in het energiedomein gedrag en interactie noodzakelijk zijn,” aldus dr ir Gerwin Hoogsteen, onderzoeker binnen de vakgroep energiemanagement. Hoogsteen: “Om de energiestromen optimaal aan te sturen is veel input van de gebruiker nodig. Denk aan informatie als: wanneer wordt de auto ingeplugd? Wanneer moet de desbetreffende persoon weer weg met de auto? Hoeveel energie heeft de auto nodig? Welke prijs wil de gebruiker betalen? Momenteel is het nog niet mogelijk om al deze gegevens uit de auto te lezen en sommige gegevens zijn ook privacygevoelig. Binnen de projecten worden experimenten uitgevoerd om te kijken welke oplossingen mogelijk zijn die gebruikersinzichten gaan leveren, met een juiste balans tussen technische en privacyaspecten, zonder dat dit extra moeite van de gebruiker vereist.
Veiligheid en beveiliging
Het smart grid leidt er echter wel toe dat de stabiliteit van ons energiesysteem afhankelijk is van ICT-systemen en communicatie. Dit zorgt voor een enorme achilleshiel, aangezien het systeem hierdoor vatbaar is voor cyberaanvallen. Daarom richt het Gridshield-project zich op het verbeteren van de veiligheid en beveiliging van de smart grids. “Het is van groot belang dat het ICT-systeem dat het smart grid beheert, bestand is tegen cyberaanvallen. Wanneer een aanvaller erin slaagt het systeem binnen te dringen, moet dit een minimale impact hebben,” aldus Hurink. “Daarom zullen er binnen het Gridshield-project methoden worden onderzocht om een dergelijk immuunsysteem voor het elektriciteitsnet te creëren, zodat het energiemanagementsysteem voldoende kan functioneren tijdens cyberaanvallen of wanneer subsystemen of communicatiekanalen uitvallen.”
NWO
Onlangs werd bekend dat het consortium MEGAMIND, waarbij Johann Hurink betrokken is, binnen het Perspectief-programma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) een miljoenensubsidie heeft gekregen. Lees het artikel over de perspectiefonderzoeksprogramma’s hier.
Meer informatie
De onderzoeksgroep energiemanagement is een interdisciplinair onderzoeksteam, bestaande uit onderzoekers van verschillende leerstoelen binnen de Universiteit Twente. De onderzoeksgroep doet onderzoek naar slim energiemanagement in duurzame energiesystemen. Zij richt zich op het ontwikkelen van managementsystemen en algoritmes om de verschillende energiestromen zo goed mogelijk op elkaar af te stemmen. Het uitgangspunt hiervoor is dat energie zo lokaal mogelijk blijft om zo de belasting op het netwerk en de energieverliezen te minimaliseren.
Meer informatie over de onderzoeksgroep energiemanagement en de onderzoeksprojecten kun hier vinden.
Het nieuwe onderzoek past goed bij het Digitalization of the energy system-programma van het Centre for Energy Innovation (CEI) van de UT.
