TU Delft presenteert controlekamer om elektriciteitsnet digitaal weerbaar te maken

De nieuwe en bijzondere onderzoeksfaciliteit biedt zowel de industrie als academici mogelijkheden om de integratie van nieuwe energiebeheertechnologieën in het slimme elektriciteitsnet te onderzoeken, te ontwikkelen en te testen.

Proeftuin
De CRoF is een proeftuin waarin allerlei soorten verstoringen tegen het licht worden gehouden, waaronder cyberaanvallen. Het uiteindelijke doel? Een elektriciteitsnet dat intelligent, veerkrachtig en cyberveilig is.

Door de rappe transitie naar duurzame energie kan het elektriciteitsnetwerk in grote problemen raken en dus is er onderzoek nodig. Want is het Nederlandse netwerk bijvoorbeeld bestand tegen een nieuw windmolenpark voor de kust van Zandvoort? Hoe houdt men alles stabiel als er zonnepanelen zijn geïnstalleerd bij miljoenen individuele huiseigenaren? En hoe zorgt men ervoor dat iedereen in de toekomst zijn elektrische auto kan opladen?

Digitaal tweelingbroertje
‘Met behulp van een digital twin, een digitaal tweelingbroertje van het Nederlandse elektriciteitsnetwerk, kunnen we allerlei scenario’s testen’, vertelt Alex Stefanov, wetenschappelijk kartrekker en brein achter de CRoF. ‘In onze controlekamer worden nieuwe operationele technologieën getest, variërend van bijvoorbeeld innovatieve energiebeheersystemen die aan de universiteit zelf zijn ontwikkeld tot hard- en softwareoplossingen die bij industriële partners zijn ontwikkeld. Aangezien we het elektriciteitsnet real time kunnen simuleren, kunnen we prototypes op het net aansluiten en zien hoe ze onder reële omstandigheden presteren. Op die manier komen we erachter hoe we de daadwerkelijke opwekking en het daadwerkelijke verbruik in balans kunnen brengen.’

Automatische piloot
Kunstmatige intelligentie en machine learning spelen eveneens een belangrijke rol bij het vormgeven van ons toekomstige elektriciteitsnet. Stefanov: ‘Naarmate de werking van het elektriciteitsnet complexer wordt, heb je meer automatisering en intelligentie nodig. In het geval van ons elektriciteitsnet kun je artificial intelligence (AI) – oftewel kunstmatige intelligentie –  zien als een soort van automatische piloot. Tegenwoordig raken piloten alleen de besturing aan tijdens het opstijgen en landen, of wanneer er iets onverwachts gebeurt. Tijdens voorspelbare delen van de vlucht gaat alles eigenlijk vanzelf. Op dit moment is de werking van het energiesysteem nog steeds een zuiver manueel proces. Daarom willen wij AI ontwikkelen die systeemoperators kan ondersteunen op de manier zoals een automatische piloot dat doet, zodat operators als supervisors zullen optreden.’

Uiteindelijk ziet Stefanov een controlekamer voor zich, waarvan de schermen mogelijk vervangen zijn door virtual reality (VR-)brillen die door de operators worden gedragen. Omdat het elektriciteitsnet meer en meer digitaal wordt, wordt ook cyberveiligheid een steeds belangrijker onderwerp. ‘De afgelopen jaren zijn we overgestapt van analoge communicatie naar nieuwe informatie- en communicatietechnologieën. Zelfs in onderstations is de bekabeling in de meeste gevallen vervangen door digitale communicatie’, stelt Stefanov. ‘Als slechts een paar transmissielijnen kwaadwillig worden gesaboteerd, zullen andere lijnen de elektriciteitsstroom oppikken, overbelast raken en onder bepaalde stressomstandigheden automatisch worden losgekoppeld. Dergelijke cyberaanvallen kunnen storingen veroorzaken die vervolgens uitmonden in een kettingreactie die heel Europa treft, aangezien alle elektriciteitsnetten onderling verbonden zijn.’

Cyberaanvallen opsporen
Stefanov werkt aan manieren om cyberaanvallen op te sporen en te voorkomen met behulp van AI en andere intelligente technieken. Op die manier hoopt hij ons elektriciteitssysteem cyberweerbaar te maken. ‘We kunnen het elektriciteitsnet tot het uiterste belasten en zien wat er gebeurt, iets wat je in het echte leven niet kunt doen. Daarnaast willen we cybersecurityprofessionals opleiden, en mensen die als operator in onze controlekamer kunnen werken, zodat we straks beter weten hoe om te gaan cyberaanvallen op ons elektriciteitsnet.’ 

Kwart elektriciteitsnet
Normaal gesproken zijn controlekamers streng beveiligd, en is er weinig ruimte voor bezoek, laat staan experimenten. Maar met de komst van deze Delftse controlekamer verandert er iets. ‘We hebben een front-end control room nagebouwd. We beschikken over alle operationele technologieën, zoals systemen voor toezicht, controle en gegevensverwerving. En we simuleren de fysieke infrastructuur van het elektriciteitsnet – denk daarbij aan elektriciteitsleidingen, onderstations, windturbines – met onze supercomputer’, zegt Stefanov. ‘Op dit moment kan een digitale tweeling zo groot als een kwart van het Nederlandse elektriciteitsnet worden gesimuleerd, maar er zijn plannen om dat uit te breiden naar het gehéle Nederlandse elektriciteitsnet.’

Dit alles bij elkaar opgeteld, maakt de CRoF volgens Stefanov tot een ongeëvenaarde proeftuin voor de industrie. Het heeft een ecosysteem van industriële partners bijeengebracht, waaronder leveranciers als Siemens en General Electric, netbeheerders als TenneT en distributeurs als Stedin. ‘Wij bieden een neutrale basis van waaruit netbeheerders, technologieleveranciers en de academische wereld samenwerken aan het broodnodig innoveren van het elektriciteitsnet. We doen onderzoek, voeren proof of concepts uit, ondersteunen haalbaarheidsstudies voor patentaanvragen én fungeren tegelijkertijd als proeftuin om nieuwe technologieën voor intelligent stroomnetbeheer te testen.’

Waar de TU Delft voor eigen onderzoek veelal open science promoot, kunnen industriële partners desgewenst rekenen op non-disclosure en vertrouwelijkheid van gegevens. ‘Alle gevoelige gegevens worden opgeslagen in de kluis van een streng beveiligd datacenter.’