Project update: long-term power and heat system adequacy
Slimmer en netter rekenen
“Het doel van het project is een energiesysteem-model te ontwikkelen, waarin veel duurzame energie gebruikt wordt,” vertelt Rogier. “Dat brengt met zich mee dat het weer een belangrijke factor in dit model is: duurzame energie is immers sterk afhankelijk van de wind en de zon. Het doorrekenen van simulaties met verschillende weerscenario’s kost nu nog veel tijd: afhankelijk van de tijdshorizon en het detailniveau gaan hier dagen, soms weken overheen. In dit project probeer ik algoritmes slimmer vorm te geven en zo versnelling mogelijk te maken. Een andere belangrijke vraag is hoe we iets complex als het weer mee kunnen nemen in onze energiesysteem-modellen: daar houdt Laurens zich mee bezig.”
“We willen op een nettere manier de weersafhankelijkheid van nu en in de toekomst meenemen in onze energiesysteem-modellen,” legt Laurens uit. “Er wordt bij simulaties nog vaak naar een enkel jaar gekeken, bijvoorbeeld een ‘goed jaar’ of een ‘slecht jaar’ en dat doet geen recht aan de grote variabiliteit van het weer. Bovendien is het lastig om te zeggen wat een ‘goed jaar’ is, omdat er zoveel verschillende factoren meespelen. Ik werk aan de verbetering van het gebruik van data uit weermodellen, om zoveel mogelijk van deze factoren omzetten naar energievariabelen. In feite maak ik een grote hoeveelheid weerdata klein genoeg om in het energiesysteem-model te passen.”
Het verbeterd gebruik van de weerdata heeft nog een ander doel, namelijk de impact van het weer te voorspellen. De onderzoekers gebruiken dit bijvoorbeeld om te bekijken welke mate van variabiliteit in het weer het energiesysteem aankan. Hierbij worden ook uitkomsten van klimaatmodellen gebruikt: door klimaatverandering veranderen weerpatronen en dat heeft gevolgen voor de verwachte impact van het weer en de risico-inschattingen die daaraan gekoppeld zijn.
Samenwerken rond datasets Projectpartner TenneT, de beheerder van het Nederlandse hoogspanningsnet, speelde een belangrijke rol om de juiste datasets beschikbaar te krijgen: om bedrijfseconomische redenen zijn die niet zomaar toegankelijk. Klimaatdatasets zijn wél publiek toegankelijk, maar hierbij kwam een andere uitdaging om de hoek kijken, vertelt Laurens. “Klimaatdatasets zijn gigantisch. Ze zijn zo groot, dat ze op magnetische tape worden opgeslagen – eigenlijk een soort grote cassettebandjes. Harde schijven zouden te duur zijn en onnodig veel energie verbruiken. Het binnenhalen van relevante delen van zo’n klimaatdataset kan erg lang duren. Dankzij de hulp van projectpartner KNMI (het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut) konden we gelukkig snellere toegang krijgen.”
Toch blijven er uitdagingen op het gebied van data, zegt Rogier. “Als onderzoekers willen we vraagstukken rond energiesystemen graag op Europees niveau bekijken. Het lastige is dat je dan te maken krijgt met meerdere hoogspanningsnetbeheerders (alleen in Duitsland al zijn er vier), die allemaal hun data op een andere manier opslaan. Dat maakt het ingewikkeld. Bovendien is de data niet openbaar.”
Op Europees niveau
Hoewel er dus nog geen Europese afspraken zijn over data opslag, zijn de Europese hoogspanningsnetbeheerders (preciezer: de Transmission System Operators) wel verbonden in het Europese netwerk ENTSO-E. Deze organisatie probeert onder andere in te schatten hoe adequaat de Europese energiesystemen in de toekomst zijn. Onverwacht ontdekte Laurens een mogelijkheid om die inschattingen te verbeteren door gebruik te maken van nieuwere datasets: “Samen met andere experts hebben we vanuit ACDC-ESM bij kunnen dragen aan deze verbetering. Ik vind dat een mooi voorbeeld van directe implementatie.”
Bovendien kan ACDC-ESM in de toekomst verder bijdragen aan het werk van ENTSO-E, vult Rogier aan. “ENTSO-E werkt met scenario’s. Uit analyse met de energiesysteem-modellen die we in dit project maken, kunnen mogelijkheden komen om die scenario’s te verbeteren. Dat kan gevolgen hebben voor de maatregelen die Europese hoogspanningsnetbeheerders nemen om risico’s te verminderen en het Europese net in de toekomst adequaat te houden.“
Volgende stappen in het project
Het optimaliseren van energiesysteem-modellen vraagt in feite om het oplossen van een wiskundig unit commitment problem. “De elektriciteitsvraag van Nederland kan vervuld worden door verschillende generatoren, die elektriciteit opwekken met behulp van onder andere gas, wind en zon,” legt Rogier uit. “De vraag is dan hoe de totale vraag het beste over die generatoren verdeeld kan worden. Dat is in een notendop een unit commitment problem. Hoewel er bestaande software is die aan dit soort problemen kan rekenen, heb ik voor ACDC-ESM een eigen programma ontwikkeld op basis van modelleertechnieken uit de literatuur. Zo hebben we alle vrijheid om verbeteringen door te voeren.”
Op het moment van schrijven (zomer 2021) komt het werk van Laurens en Rogier bij elkaar: de energiesysteem-modellen zijn zo goed als af en de eerste energievariabelen zijn klaar om in deze modellen geïmplementeerd te worden. Na wat initiële tests kan het échte rekenwerk beginnen: het uitgebreid doorrekenen van verschillende scenario’s. De uitkomsten geven hoogspanningsnetbeheerders handvatten om ervoor te zorgen dat we ook in de toekomst verzekerd zijn van een adequaat energienetwerk.
