‘In de toekomst kunnen stroom storingen elkaar in rap tempo opvolgen’

Onze elektriciteitsnetten krijgen in de toekomst nog wat te verduren. Vrijwel alles hangt er straks aan. Voertuigen, zonnepanelen, windturbines. Grote kabels moeten elektriciteit van windparken op zee aan land gaan brengen. De uitwisseling van stroom tussen landen zal toenemen. Alles om de grilligheid van aanbod (denk aan fluctuerende weersomstandigheden) en vraag op elkaar af te stemmen.

Door de toenemende complexiteit groeit de kans op catastrofale stroomuitvallen die hele regio’s platleggen. Doordat alles met elkaar verstrengeld is, kan een stroomstoring in het ene land tot black-outs in andere landen leiden.

Toch is elektrotechnisch ingenieur Jochen Cremer (faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica) positief gestemd. Volgens hem weten netbeheerders in de toekomst nog steeds aan de juiste knoppen te draaien om pan-Europese stroomuitvallen te voorkomen. Dan moeten ze wel geholpen worden door artificiële intelligentie.

Cremer: “Het is de kunst om de fysica in de meest geavanceerde AI te combineren.” (Foto: TU Delft)

Zelflerende algoritmen

Cremer werkt aan zelflerende algoritmen waar netbeheerders op kunnen terugvallen als de grond hen te warm onder de voeten wordt. Deze algoritmen moeten inschatten via welke routes elektriciteit het beste omgeleid wordt bij dreigende situaties. Deze maand kreeg Cremer voor zijn onderzoek ‘Physics-informed AI to avoid power blackouts in the energy transition’ een Veni-subsidie van de Nederlandse organisatie voor wetenschappelijk onderzoek van 290 duizend euro.

 

In totaal kregen dit voorjaar negen Delftse onderzoekers een Veni-subsidie. Lees daar hier meer over.

Laten we in de toekomst de regulering van het elektriciteitsnet over aan computers?
“Nee. Algoritmen zullen altijd alleen als hulpmiddel ingezet worden. Het is de bedoeling dat netbeheerders, zoals medewerkers van Tennet in Nederland, blijven bepalen hoe de stroom wordt verdeeld over hun netwerken. Zij zijn daar in getraind en hebben veel ervaring. Over het algemeen gaat het goed.”

Maar niet goed genoeg?
“Netbeheerders testen geregeld of hun netwerken bestand zijn tegen stroomstoringen. Maar – en dat is het probleem – ze checken alleen wat er gebeurt bij enkelvoudige storingen. In de toekomst worden we mogelijk geconfronteerd met meervoudige storingen. We hebben dan zoveel stroomopwekkers en apparatuur aan het systeem hangen dat storingen elkaar in rap tempo kunnen opvolgen, als een cascade, waarbij het ene probleem het volgende veroorzaakt.”

En dan wordt het te complex voor netbeheerders?
“Ze hebben in dat geval algoritmen nodig die hen helpen inzien hoe het systeem zich gedraagt en welke opties ze nog hebben om in te grijpen. Wie weet zegt het systeem dan dat het verstandig is om een windpark tijdelijk uit te zetten en over te schakelen op een gasturbine om zo de energiebalans tussen landen te herstellen.”

Wat zijn de grootste uitdagingen bij het ontwikkelen van deze algoritmen?
“We kennen natuurlijk de wetten van de elektrodynamica en de elektriciteitsleer: de wetten van Maxwell en Kirchhoff. De kunst is om die fysica in de meest geavanceerde AI te combineren met netwerktheorie en allerlei onzekere factoren zoals weerpatronen. Maar ook met menselijk gedrag. Het algoritme kan bijvoorbeeld leren dat op bepaalde momenten van de dag veel mensen hun auto opladen, en welke gevolgen dit heeft op het netwerk. Te allen tijde moet de logica die aan het advies van het zelflerende algoritme ten grondslag ligt te doorgronden zijn. AI moet dus niet een black box worden.”

Waarom wil je geen black box?
“Omdat het nog altijd de netbeheerders zullen zijn die de keuzes maken. En zij moeten snappen waar ze mee bezig zijn. Bijkomend voordeel is dat we op die manier het gevaar van cyberaanvallen verkleinen. Stel dat de algoritmen worden gehackt en rare adviezen geven, dan moeten de netbeheerders dat kunnen doorzien. Gevoeligheid voor cyber attacks is een heel onderwerp op zich. Dat gaat de komende jaren nog veel belangrijker worden. Er is nog een ander onderzoeksproject waaraan ik met collega’s werk dat daar helemaal op gericht is.”