Consortiumproject onder leiding van TU Delft ontvangt enorme NWO-subsidie voor installatie van 's werelds grootste digitale tweelingen voor energiesystemen

Dankzij de ontwikkeling van deze state-of-the-art infrastructuur kunnen wetenschappers nieuwe theorieën en methoden onderzoeken voor het modelleren, beheersen, optimaliseren en ontwerpen van de complexe energiesystemen van de toekomst en hun interacties met de samenleving in de komende eeuw.  

Palensky vertelt: “Met deze ongelooflijke subsidie kunnen we werken aan de veiligheid en veerkracht van energiesystemen en een belangrijke bijdrage leveren aan de veiligheid van de toekomstige energienetwerken in Europa.”  

De rol van het recht 

Reins: “Bij Erasmus School of Law richt mijn werk zich op de juridische en regelgevende dimensie van de energietransitie. Nu het energiesysteem steeds digitaler en meer geautomatiseerd wordt, is het niet alleen de infrastructuur die moet evolueren – ook onze wetten en regelgevende kaders moeten adaptiever, veerkrachtiger en toekomstbestendig worden. Binnen UTOPYS houd ik me bezig met de vraag hoe regelgeving gelijke tred kan houden met technologische innovatie. Door nauw samen te werken met technische en economische experts binnen UTOPYS draag ik bij aan het ontwerpen van bestuursmodellen die gelijktijdig met de technologie evolueren – zodat ons rechtssysteem voorbereid is op het energiesysteem van de toekomst, in plaats van er pas achteraf op te worden aangepast." 

Een unieke infrastructuur  

De nieuwe onderzoeksinfrastructuur zal de eerste in zijn soort zijn wereldwijd. Deze zal in staat zijn om de complexe energiesystemen dynamisch weer te geven, waardoor onderzoekers het energiesysteem van de toekomst kunnen simuleren en bestuderen voordat het wordt gebouwd.  

Dit unieke platform maakt het mogelijk om cruciale fenomenen te onderzoeken, zoals cyberfysische dynamica, verborgen instabiliteitsmodi, complexe interacties tussen controllers, zwermgedrag en cyberkwetsbaarheden – allemaal belangrijke uitdagingen die toekomstige energiewetenschappers moeten beheersen. Binnen TU Delft is onderzoek naar de energietransitie een centrale prioriteit, wat tot uiting komt in de vele activiteiten en programma's, zoals het Delft Energy (DE) en PowerWeb Institute. PowerWeb Institute, dat samenwerking tussen verschillende faculteiten en disciplines op het gebied van energiesystemen faciliteert, coördineerde de voorbereiding van dit voorstel.  

De noodzaak en urgentie  

Energiesystemen over de hele wereld hebben te maken met een reeks uitdagingen. De elektrificatie van transport, verwarming en industrie leidt tot ongekende belasting en congestie, terwijl gedistribueerde hernieuwbare energiebronnen zoals zonnepanelen en het groeiende aantal digitale activa de complexiteit vergroten en de stabiliteit van het elektriciteitsnet bedreigen. Tegelijkertijd vraagt de behoefte aan nationale autonomie en veerkracht om een fundamentele heroverweging van de manier waarop we onze energienetwerken ontwerpen en exploiteren.  

“De manier waarop we energiesystemen plannen en exploiteren is nog steeds gebaseerd op aannames die meer dan 100 jaar oud zijn”, zegt Palensky. “Destijds werd elektriciteit opgewekt door grote maar eenvoudige roterende machines, die onmiddellijk via het net werd gedistribueerd. Tegenwoordig gaan deze aannames niet meer op: we hebben nu vermogenselektronische omvormers, gedistribueerde functies en intelligente digitale actoren die complex, snel veranderend gedrag creëren. De bestaande methoden kunnen dit niet meer bijbenen.”  

Van cyberbeveiliging tot sabotage  

Koen Kok, hoogleraar Intelligente Energiesystemen aan de Technische Universiteit Eindhoven, legt uit: “Deze nieuwe technologische impuls is niet de enige verandering. We hechten ook belang aan eerlijkheid in het systeem — hoe zullen we bijvoorbeeld elektriciteit verdelen en delen tussen burgers? Daarnaast moeten we rekening houden met kwaadwillende actoren, met aandacht voor cyberbeveiliging tot aan sabotage en fysieke aanvallen. We hebben een netwerk nodig dat is voorbereid op het onbekende, aangezien onzekerheid niet alleen in het weer zit.”  

"Het doel is om alternatieve topologieën, controles, marktregels en de impact van nieuwe technologieën te onderzoeken. Hiervoor zetten we de krachtigste digitale tweeling voor onderzoek naar elektriciteitssystemen ter wereld op”, vervolgt Kok.  

Reins verduidelijkt: “Een digitale tweeling is in essentie een zeer gedetailleerde virtuele kopie van een echt energiesysteem. Het gedraagt zich precies zoals het echte systeem, maar maakt het mogelijk om ideeën, beleid en technologieën veilig te testen voordat ze in de praktijk worden toegepast. Stel je het Nederlandse elektriciteitsnet in 2040 voor. In de echte wereld zal dit vol staan met windparken, zonneparken, elektrische voertuigen en slimme apparaten. Deze staan voortdurend met elkaar in wisselwerking en kunnen nieuwe kwetsbaarheden veroorzaken, bijvoorbeeld door cyberaanvallen of onverwacht marktgedrag. Met een digitale tweeling kunnen we dat toekomstige systeem in een gecontroleerde omgeving nabootsen en vervolgens ‘stresstesten’. Zo kunnen we bijvoorbeeld simuleren hoe een plotselinge weersverandering of een marktshock het netwerk beïnvloedt, of onderzoeken hoe regels voor cyberveiligheid of energieprijzen de stabiliteit raken. Dit stelt ingenieurs, economen en juristen zoals ikzelf in staat om de gevolgen van beslissingen te zien voordat ze worden ingevoerd en zo te werken aan veiligere, eerlijkere en veerkrachtigere energiesystemen.” 

Wereldleider op dit gebied  

Het consortium heeft al ervaring met het creëren en exploiteren van kleinere versies van dergelijke digitale tweelingen. De nieuwe infrastructuur zal deze activiteiten echter naar een geheel nieuw niveau tillen: hele landen kunnen worden gerepliceerd en geanalyseerd, evenals technologieën en systemen die nog niet eens bestaan.  

“Nederland is op dit gebied al een Europese koploper”, zegt Palensky. "In de komende tien jaar zal UTOPYS die positie verder versterken door wetenschappelijke doorbraken te realiseren in het begrijpen en beheren van complexe energiesystemen. We ontwikkelen nieuwe modelleringsmethoden voor complexe, multischaal- en stochastische systemen – methoden die ook relevant zijn voor stedelijk klimaat, water en transportinfrastructuren.  

UTOPYS brengt energiesystemen, informatica, wiskunde, energie-economie en recht samen in een echt interdisciplinaire samenwerking. We zetten ons in om alle resultaten te delen via open-source modellen en data, zodat zowel experts als niet-experts kunnen onderzoeken en innoveren.”  

Een mijlpaal  

UTOPYS stond op nummer één van alle voorstellen die bij het NWO LSRIprogramma waren ingediend. We willen alle personen en organisaties die met hun toewijding en samenwerking deze prestatie mogelijk hebben gemaakt, hartelijk bedanken. Via LSRI investeert NWO strategisch in grootschalige onderzoeksfaciliteiten in heel Nederland, zodat deze state-of-the-art of beter blijven en hun levensduur wordt verlengd om toekomstige wetenschappelijke doorbraken te ondersteunen.