Intelligent en Decentraal management van Netwerken en Data (EMVT 08112)

Titel
Intelligent en decentraal data- en netwerkmanagement

Het elektriciteitsnetwerk van de toekomst ziet er heel anders uit. Door de toenemende populariteit van alternatieve energiebronnen zal een groot aantal kleine leveranciers zeer wisselende hoeveelheden energie produceren. Ook de vraag naar energie zal sterker variëren: als iedereen na de spits zijn elektrische auto wil opladen, ontstaat er al gauw een capaciteitsprobleem. Het IOP-project IDeaNeD onderzoekt hoe je een dergelijk netwerk in de toekomst toch kunt sturen en beheersen.

“Zon en wind zijn fluctuerende energiebronnen. Wanneer miljoenen huishoudens groene energie gaan produceren, is het aanbod slecht voorspelbaar. Tegelijkertijd is iedereen gewend energie te krijgen als daaraan behoefte is. Om vraag en aanbod op elkaar te matchen moet je dus iets slims verzinnen”, vertelt Han La Poutré, groepsleider Intelligent Systems aan het Centrum Wiskunde &  Informatica (CWI) in Amsterdam en projectleider van IDeaNeD (Intelligent en Decentraal management van Netwerken en Data). In de visie van dit project regelt slimme en zelflerende software straks  de energiehuishouding in ieder huis. Met deze zogenaamde softwareagenten kun je bijvoorbeeld het opladen van de boiler of van de elektrische auto uitstellen. Ook het tijdstip waarop je  vrieskist gaat koelen kun je variëren. “Dat is vanuit een centrale controlekamer niet te doen”, zegt La Poutré. “Een totaaloverzicht van vraag en aanbod is bij grote aantallen producenten en afnemers niet te realiseren. Bovendien zou je dan enorme hoeveelheden data genereren. Vandaar dat we in onze oplossing alles dicht bij de bron willen afhandelen. Dat houdt in dat je gegevens lokaal verzamelt en verwerkt en ook het netwerkmanagement decentraal uitvoert.”

Pieken en dalen
Het idee van de IDeaNeD-onderzoekers is dat softwareagenten volgens de (eenvoudige of geavanceerde) instructies van hun eigenaar energie kopen en verkopen. Zij kennen de energiebehoefte – hoeveel is wanneer nodig – en of deze behoefte kan worden uitgesteld. Het opladen van de elektrische auto kan wellicht ook ver na middernacht gebeuren, in plaats van meteen na thuiskomst. Een combinatie van softwareagenten stemt op wijkniveau vraag en aanbod op elkaar af. “Met dit sturingsmechanisme kun je pieken en dalen in de energiebehoefte afvlakken en komen vraag en aanbod lokaal in balans”, legt La Poutré uit. “Dat heeft als voordeel dat je zoveel mogelijk duurzame energie uit de wijk gebruikt en zo min mogelijk energie afneemt van het hoogspanningsnet, zodat transportverliezen verminderen en de netbelasting afneemt.”

Robuuste resultaten
De inkoop van energie door softwareagenten gebeurt op basis van veilingmechanismen of via dynamic pricing. Beide werkwijzen komen in het onderzoek aan bod. In het eerste geval vervullen bepaalde agenten de rol van veilingmeester en zijn andere de bieders, die op basis van vastgestelde regels energie krijgen toegewezen (zie afbeelding). In het prijsprincipe zijn enkele agenten verantwoordelijk voor het dynamisch bepalen van de prijs; de huishoudagenten kopen of verkopen hun energie. In beide gevallen moet een stabiele situatie op het net gewaarborgd zijn. La Poutré: “Als iedereen tegelijk gaat inkopen wordt het net leeggezogen. Dat kan natuurlijk niet. Een van  de onderzoeksuitdagingen is dan ook of je überhaupt bieders en beslissers zo slim kunt maken dat ze samen robuuste resultaten voor het net opleveren. Verder moet het systeem natuurlijk economisch  verantwoord zijn.” Robuustheid betekent ook dat consumenten er zeker van kunnen zijn dat ze op een bepaald tijdstip over energie kunnen beschikken. “Een consument kan in ons model een bepaalde hoeveelheid voor een bepaalde prijs reserveren, bijvoorbeeld om de elektrische auto op te laden. Daarnaast kan hij aangeven wanneer hij in staat is stroom te leveren. Zijn opgeladen elektrische auto fungeert dan als buffer.”

Stroomvreters
In IDeaNeD werken de informatici van CWI samen met elektrotechnici van de TU Eindhoven. Die richten zich op optimale bedrijfsvoering en beveiliging van toekomstige netwerken. Daarvoor is inzicht nodig in de actuele netbelasting en welke fouten zich daar kunnen voordoen. Met de opkomst van slimme meters kunnen veel meer gegevens worden verwerkt, en ook in de netten zelf zal meer gemeten gaan worden. Met deze gegevens kan de bedrijfsvoering van de netten worden verbeterd, omdat capaciteitsproblemen en problemen met de kwaliteit van de energielevering eerder worden gesignaleerd. “Voor het onderwerp optimale bedrijfsvoering kijken de Eindhovense
onderzoekers onder andere naar het actief verlagen van de spanning wanneer de vraag te groot is voor het aanbod”, zegt La Poutré. “Op basis van data over de actuele belasting in het laagspanningsnetwerk kun je (binnen afgesproken marges) actief de consumptie verlagen. Dat betekent dat in de periode dat de spanning lager is in een bepaalde regio je verwarmingselement tijdelijk iets minder warm wordt of dat je vriezer minder hard vriest. In Eindhoven is met behulp van simulaties onderzocht of actief sturen helpt en waar in het laagspanningsnet je dat het beste kunt doen.” Ook de invloed van nieuwe technologieën op de kwaliteit van de spanning was onderwerp van onderzoek, evenals de plaats in de netten waar je moet meten om de kwaliteit te bewaken.

Veldtest
Bij het project zijn diverse partners betrokken. “De promovendus van het CWI brengt een dag per week door bij KEMA. Dat heeft ons enorm geholpen bij de probleemstelling en bij modelleerkeuzes: welke aspecten neem je op in je model”, vertelt La Poutré. Projectpartner Alliander levert data aan en verifieerde de resultaten van de TU/esimulaties in de praktijk, via een veldtest in hun distributienetwerk. Ook zullen er nog experimenten plaatsvinden in het FPG-lab (Flex Power Grid laboratorium). Het is de bedoeling dat de resultaten van IDeaNeD worden geïntegreerd in bestaande simulatiesystemen van KEMA en Phase to Phase, een bedrijf dat software ontwikkelt voor het rekenen aan transport- en distributienetten. Ook andere partners hebben interesse om operationele versies van de resultaten van IDeaNeD op te nemen in hun eigen systemen.

Uitvoerders:
Centrum Wiskunde & Informatica (CWI)
• Prof.dr.ir. J.A. La Poutré
• Drs. N. Höning

TU Eindhoven – faculteit Electrical Engineering
• Prof.ir. W.L. Kling
• Prof.dr.ir. J.F.G. Cobben
• Ing. P. Kadurek

Partners:
Alfen
Alliander
Joulz
KEMA
Phase to Phase
Stedin
Netbeheer

Onderzoeksperiode:
2009-2013