TU Delft’s Control Room of the Future faciliteert onderzoek naar betere digitale weerbaarheid van elektriciteitsnet
Links: Peter Palensky. Rechts: Alex Stefanov
De digitalisering van het energiesysteem versnelt die energietransitie. De toenemende digitalisering van het elektriciteitsnet brengt echter cyberdreigingen en -risico’s met zich mee. Met de Control Room of the Future (CRoF) biedt TU Delft een onderzoeksfaciliteit dat het elektriciteitsnet digitaal weerbaar moet maken.
Zowel de industrie als academici kunnen hier de integratie van nieuwe energiebeheertechnologieën in het slimme elektriciteitsnet onderzoeken, ontwikkelen en testen. TU Delft’s CRoF is dus eigenlijk een proeftuin waarin allerlei soorten verstoringen tegen het licht worden gehouden, waaronder cyberaanvallen. Het uiteindelijke doel is een elektriciteitsnet dat intelligent, veerkrachtig en cyberveilig is.
Door de versnelling van de transitie naar duurzame energie kan het Nederlandse elektriciteitsnetwerk in grote problemen raken. En dus is er onderzoek nodig. Veel onderzoek. Want is het Nederlandse netwerk bijvoorbeeld bestand tegen een nieuw windpark voor de kust van Zandvoort? Hoe houden we alles stabiel als er binnenkort miljoenen zonnepanelen zijn geïnstalleerd bij individuele huiseigenaren? En hoe zorgen we ervoor dat iedereen in de toekomst zijn elektrische auto kan opladen?
Digital twin
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 Control Room of the Future. ‘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 het 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 AI 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 VR-brillen die door de operators worden gedragen.
Cyberveiligheid
Omdat ons 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,’ zegt 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.’
In werkelijkheid vinden overal ter wereld voortdurend cyberaanvallen op elektriciteitsnetwerken plaats. Meestal worden ze in de kiem gesmoord en halen ze het nieuws niet. Af en toe gaat het echter goed mis. Zo legden in 2016 Russische cyberaanvallen op netbeheerders in Oekraïne delen van het elektriciteitsnetwerk plat. Recenter kreeg Pakistan hetzelfde voor elkaar in India. De Delftse onderzoekers richten zich echter niet alleen op de gevolgen van cyberaanvallen voor het elektriciteitsnetwerk, maar op allerlei soorten verstoringen: van gebroken transportleidingen tot kortsluitingen.
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 het Nederlandse 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.’
Unieke faciliteit
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.’
Innovatieknooppunt
Dit alles bij elkaar opgeteld maakt de CRoF tot een ongeëvenaarde proeftuin voor de industrie. Verschillende industriële partners zijn hier al 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 samenwerkt aan het broodnodig innoveren van het elektriciteitsnet,’ legt Stefanov uit. ‘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.’ Bron: TU Delft
Category: Windenergie
