TU Delft's Control Room of the Future maakt elektriciteitsnet digitaal weerbaar

De toenemende digitalisering van het elektriciteitsnet brengt cyberdreigingen en -risico's met zich mee. In de Control Room of the Future (CRoF) van de TU Delft wordt het elektriciteitsnet digitaal weerbaar gemaakt. Deze bijzondere onderzoeksfaciliteit biedt, zowel de industrie als academici, unieke mogelijkheden om de integratie van nieuwe energiebeheertechnologieën in het slimme elektriciteitsnet te onderzoeken, te ontwikkelen en te testen. De CRoF is dus eigenlijk een proeftuin waarin allerlei soorten verstoringen tegen het licht worden gehouden, waaronder cyberaanvallen. Het uiteindelijke doel? Een elektriciteitsnet dat intelligent, veerkrachtig en cyberveilig is.

Door de rappe transitie naar duurzame energie kan ons elektriciteitsnetwerk in grote problemen raken. En dus is er onderzoek nodig. Veel onderzoek. Want is het Nederlandse netwerk bijvoorbeeld bestand tegen een nieuw windmolenpark 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? 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 ons 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.’ 

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. Stefanov heeft een ecosysteem van industriële partners 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.’