Den snabba övergången till förnybar energi hotar att orsaka stora problem för det mycket dyra elnätet i Nederländerna. I sin strävan efter lösningar, Professor Peter Palensky arbetar nu med en "digital tvilling" för att göra det möjligt att studera nätet effektivt.

Föreställ dig att du har arbetat tyst i flera år inom ramen för ett stort akademiskt institut, och, helt plötsligt, dramatiska förändringar vänder din bekanta värld på huvudet. Strålkastarna pekar i din riktning och plötsligt är alla ögon på dig. Vad skulle du göra?

Detta är precis vad som hände med Peter Palensky, professor vid TU Delft. Hans specialitet – intelligenta elnät – har plötsligt blivit ett hett ämne de senaste åren. Den snabba övergången till förnybar energi har väckt en viktig fråga:är vårt befintliga elnät kapabelt att stå emot så långtgående förändringar? Palensky och hans kollegor måste svara på den nyckelfrågan för att förhindra att utvecklingen mot ökad hållbarhet vacklar.

Palensky är verkligen inte typen som drar sig för en sådan utmaning. Raka motsatsen. "Som vetenskapsman, det är faktiskt ett privilegium att befinna sig i den här positionen, " säger han. "Det är som om vi befinner oss vid en vändpunkt i historien och har en verklig chans att förändra världen till det bättre. Det är ett helt enormt ansvar, men en dag kanske vi kan säga till våra barn:vi gjorde det."

Alla är energiproducenter

I cirka 50 år, allt förblev mer eller mindre detsamma. Varje land hade flera stora energianläggningar som levererade el på nätet till miljontals kunder, med andra ord medborgare och företag. Men framväxten av förnybar energi har plötsligt tillfört otaliga nya energiproducenter, eftersom varje vindkraftverk eller solpanel faktiskt är en energianläggning i sig. Helt plötsligt, medborgarna är inte längre kunder, men faktiskt leverantörerna! Mycket varierande leverantörer, också, eftersom vindhastigheter och solenergi tenderar att fluktuera.

"Denna gröna revolution för med sig en del enorma anpassningsproblem, " säger Palensky. "Till exempel, tänk på de länder som måste ansluta stora vindkraftsparker till det befintliga elnätet. Att plötsligt ansluta en stor mängd ny kapacitet kan helt förändra dynamiken i ett lands elnät, till och med leder till ett strömavbrott i värsta fall."

Det betyder att det krävs forskning. En hel del forskning. Kommer det holländska nätet att klara en ny vindkraftspark utanför Zandvoorts kust? Hur ska vi hålla allt stabilt när, Inom en snar framtid, miljontals solpaneler har installerats av enskilda husägare? Och hur kan vi säkerställa att alla kommer att kunna ladda sina elfordon i framtiden?

Digital tvilling

Palensky hoppas kunna svara på dessa frågor med hjälp av en digital tvilling, en digital kopia av det holländska elnätet. På en digital kopia, du kan experimentera och forska till ditt hjärta utan risk att gå sönder något. "Det är faktiskt en drömversion av det riktiga nätet, " säger han. Han tillägger med ett skratt:"Självklart, vi får inte mixtra med det riktiga elnätet, så vi måste göra på det här sättet."

Palensky och hans kollegor har faktiskt lånat idén från stora företag. Flygplans- och biltillverkare har länge använt digitala tvillingar för att testa sina flygplan och fordon. Exempel inkluderar simulatorer som använder 3D-bilder, ljud och rörelse för att replikera en riktig biltur eller flygplanslandning. Palenskys digitala rutnät är liknande, men uppenbarligen utan förarstol och säkerhetsbälten.

En liten digital tvilling är redan i drift. Den digitala realtidssimulatorn (RTDS), packad med programvara full av matematiska beräkningar, kan simulera en fjärdedel av det holländska nätet. Inom en snar framtid, denna version är inställd på att ersättas av en digital kopia av hela nätverket. Före det, det befintliga högspänningslaboratoriet vid TU Delft kommer att behöva omvandlas till ett elektriskt hållbart kraftlaboratorium, ESP Lab för kort. I det, det kommer att vara möjligt att kombinera avgörande element från elnätet, såsom högspänningsmaster, vind- och solenergi, energilagrings- och distributionsnät, till en fungerande helhet.

Palenskys första mål kommer att vara att undersöka hur det befintliga holländska elnätet reagerar på stimuli eller stötar, som nya vindkraftsparker eller utländska cyberattacker. Men, Inom en snar framtid, han tänker också göra det som forskarna älskar bäst:förnya. "Jag är intresserad av att ta reda på om vi kan utveckla ett alternativt elnät som är mer anpassat till den moderna tiden. Det är mycket osannolikt att det kommer att ersätta det befintliga nätet snart, men jag tror att vi har mycket att lära av den här teoretiska övningen."

Hårda fakta från TU Delft

Den digitala tvillingen kommer att tillhandahålla nätoperatörer, som TenneT, med mycket information om hur man gör och håller sina nätverk stabila. Palensky tror att de "hårda fakta" från TU Delft kommer att visa sig avgörande eftersom det annars skulle ta mycket längre tid att lösa den här typen av komplexa infrastrukturella frågor. Förutom, det handlar om känslig information som det är tillrådligt att inte få från avlägsna länder:de senaste cyberattackerna utomlands har visat att elnätet är en populär arena för att föra ett elektroniskt krig.

Palensky och hans kollegor arbetar för närvarande med ett förslag till finansiering från Dutch Research Council (NWO), för att göra det möjligt för dem att slutföra sin digitala tvilling. "Det skulle vara ett fruktansvärt slöseri om vi inte kan göra framsteg nu. TU Delft är världsledande på detta område och vi ser dagligen hur mycket holländska nätoperatörer kan dra nytta av vår kunskap."

Så vad är Palenskys hemliga vapen? "Mina elever. Det är de som ofta har de smartaste och mest kreativa idéerna. Jag tror också att det är viktigt att ge dem tillgång till bästa möjliga maskineri. Vad mer, vi har en moralisk skyldighet gentemot den yngre generationen att bekämpa klimatförändringarna. Teknik är ett viktigt sätt att uppnå det."