Decentrale Netwerken voor Energie – De Toekomst van Energiebeveiliging

Velen zien decentrale netwerken als de beste optie voor het verbeteren van de energiebeveiliging. Deze netwerken verbeteren de traditionele netwerkinfrastructuur door het gebruik van gemeenschapsgebaseerde energiebronnen naast centrale krachtcentrales. Hieronder volgt hoe een team van MIT-ingenieurs probeert decentrale netwerken te verbeteren en huizen te voorzien van stroom in de toekomst.

Stroomuitval Neemt Toe

Rapporten tonen aan dat stroomuitval wereldwijd toeneemt om verschillende redenen. Een gebrek aan onderhoud en reparaties is verantwoordelijk voor een verouderd systeem en een lager rendement in veel gebieden. Bovendien zijn extreme weersomstandigheden vaker voorkomend dan in het verleden, waardoor de druk op de oude infrastructuur toeneemt.

Een ander factor dat bijdraagt aan stroomuitval en waar veel mensen niet aan denken, is de overstap naar duurzame energie. Zonnepanelen zijn een voorbeeld van systemen die goedkope energie leveren, maar soms niet in staat zijn om energie te produceren.

Tijdens de nacht of langdurige periodes van bewolkte weersomstandigheden kunnen zonnepanelen de benodigde energie niet leveren om de gemeenschap te ondersteunen. In tegenstelling tot traditionele stroomuitval kunnen voorspelbare gaten in de productie van duurzame energie (zoals bewolkte dagen of ‘s nachts voor zonne-energie) worden geminimaliseerd door grid-edge-apparaten te coördineren om consumptie en distributie in real-time aan te passen.

Statistieken over Stroomuitval

Een onderzoek uit 2023 van de American Housing Survey heeft aangetoond hoe ernstig de energiecisis is geworden. Het rapport toonde aan dat minstens één op de vier Amerikaanse huishoudens in het afgelopen jaar te maken heeft gehad met een stroomuitval. Het rapport onthulde ook dat meer dan 70% van de ondervraagden een uitval van meer dan 6 uur meemaakten.

Het is interessant om te zien dat plattelandsgebieden vaker te maken krijgen met langdurige stroomuitval. Echter, het rapport benadrukte dat bepaalde steden zoals Detroit, ongewoon hoge uitvalpercentages kennen vanwege slechte infrastructuur en andere factoren.

Wereldwijde Zorgen

Als je naar de wereldwijde uitval kijkt, zie je dat het probleem exponentieel toeneemt. Er zijn veel gevallen waarin hele landen dagen- of wekenlang zonder stroom komen te zitten. In een incident faalde Cuba’s verouderde elektriciteitsnet, waardoor meer dan 10 miljoen mensen dagenlang zonder stroom kwamen te zitten.

Lokale Netwerken in Ontwikkeling

Als je aan je lokale netwerk denkt, zie je waarschijnlijk een centrale krachtcentrale, transformatiestations en transmissielijnen voor je. Deze infrastructuur is nog steeds het meest voorkomend, maar heeft door de evolutie van thuis elektronica een aantal veranderingen ondergaan.

Source – MIT

Grid-Edge Apparaten

De term grid-edge verwijst naar apparaten die ver van de centrale stroomvoorziening staan. Deze apparaten hebben vaak geavanceerde mogelijkheden, waaronder het vermogen om stroom te genereren, op te slaan en af te stemmen. Grid-edge apparaten omvatten zonnepanelen, batterijen, elektrische voertuigen, warmtepompen, boilers en IoT-apparaten (Internet of Things).

Verdeelde Energiebronnen (DER’s)

Het groeiende gebruik van verdeelde energiebronnen creëert nieuwe kansen op de markt. Deze slimme apparaten bieden de mogelijkheid om taken te monitoren, controleren, communiceren en uit te voeren. Het is deze flexibiliteit die een team van MIT-ingenieurs heeft gebruikt in hun laatste strategie om de netwerkrobustheid te verbeteren, te beschermen tegen cyberaanvallen en het netwerk te stabiliseren.

Onderzoek naar Decentrale Netwerken

Een recent onderzoek dat is gepubliceerd in het tijdschrift de National Academy of Sciences, getiteld “Resilience of the electric grid through trustable IoT-coordinated assets“¹, introduceert een nieuw kader om edge-apparaten te gebruiken om de netwerkrobustheid te waarborgen tegen verschillende scenario’s. Het nieuwe systeem gebruikt gecoördineerde grid-edge apparaten om het netwerk te herbalanceren of te ondersteunen.

IoT Apparaten

Het onderzoek draait om het gebruik van IoT-apparaten (Internet of Things). Om als IoT-apparaat te kwalificeren, moet het apparaat een sensor hebben en in staat zijn om gegevens naar het internet te communiceren. Opvallend is dat er momenteel miljarden van deze slimme apparaten wereldwijd zijn. De onderzoekers richtten zich op het gebruik van deze apparaten, aangezien ze naar verwachting de meerderheid van de edge-apparaten in de komende 5 jaar zullen vormen.

De strategie zou ervoor zorgen dat huiseigenaren zich aanmelden voor een regionale markt. Deze aanmelding zou hun IoT-apparaten in aanmerking laten komen voor het micro-netwerk. Zodra goedgekeurd, zouden de vertrouwde apparaten in staat zijn om de stroomconsumptie en -distributie te coördineren op basis van een door de ingenieurs ontwikkelde algoritme.

EURIEKA (Efficiënt, Ultra-Robuust, IoT-Gecoördineerde Assets)

Het EURIEKA-algoritme vormt de kern van het onderzoek van de ingenieurs. Het algoritme scant het netwerk voor deelnemende edge-apparaten. Vervolgens wordt bepaald of het nodig is om de stroomvoorziening aan te vullen of de stroomconsumptie van de IoT-apparaten te verminderen op basis van vooraf ingestelde criteria. Wat het algoritme zo effectief maakt, is dat het gebaseerd is op elke lokale elektriciteitsmarkt.

Operator

Lokale marktoperatoren spelen een cruciale rol in deze aanpak. Elke markt heeft een operator die verantwoordelijk is voor het beheer en de communicatie met netwerkdeelnemers en andere operatoren. Zij zijn de knooppunten die verantwoordelijk zijn voor het initiëren van het EURIEKA-algoritme en ervoor zorgen dat het correct functioneert.

Vertrouwen Opbouwen

De eerste stap in dit proces is het opbouwen van vertrouwen. Er zijn zo veel IoT-apparaten dat het cruciaal is voor het systeem om alleen te werken met goedgekeurde en gevalideerde eenheden om beveiligingsrisico’s te voorkomen. Het algoritme kan onafhankelijk vertrouwde IoT-apparaten verifiëren en goedkeuren, en bepalen welke combinatie het meest effectief is om stroomuitval te voorkomen en het systeem te stabiliseren.

Lokale Elektriciteitsmarkt

Onderdeel van deze strategie is het creëren van een lokale energiemarkt waarin IoT-deelnemers een beloning kunnen krijgen voor hun inspanningen. Het systeem houdt automatisch bij welke acties elke deelnemer uitvoert en keert beloningen uit op basis van hun energielevering. Opvallend is dat de ingenieurs verschillende manieren hebben bedacht waarop netwerkdeelnemers kunnen worden gecompenseerd, variërend van directe betalingen tot kredieten op hun energierekening.

Testen van Decentrale Netwerken

MIT-ingenieurs gebruiken verschillende apparaten en algoritmen om hun nieuwe aanpak te testen. Specifiek gebruikten de ingenieurs een simulator voor nutsbedrijven, validatie in real-time met hardware-in-the-loop en een co-simulatieplatform.

Stroomnetwerk Algoritme

De tests omvatten verschillende scenario’s die varieerden in stroomverlies. De scenario’s hielden rekening met uitval op elk niveau van het systeem. In sommige gevallen was het verlies zo klein als 5%. In andere gevallen zag het netwerk catastrofale uitval van tot 40%.

Netwerk Aanval Scenario’s

De onderzoekers testten het systeem tegen een grote cyberaanval. In dit scenario stelden ze zich voor dat een slimme thermostaat werd gehackt. De gehackte apparaten werden vervolgens ingesteld om de stroomvraag te verhogen en zo de druk op het stroomnet te verhogen tot gevaarlijke niveaus. De verhoogde druk zou een traditioneel stroomnet doen falen. Echter, het grid-edge systeem bleek robuust.

Natuurrampen

Het team testte hun netwerk tegen weersomstandigheden. Zij stelden zich voor dat een grote natuurramp een groot percentage van de transmissielijnen beschadigde. Dit scenario is wereldwijd gebruikelijk, aangezien grote natuurrampen vaker voorkomen.

Testresultaten van Decentrale Netwerken

De tests van het algoritme toonden aan dat netwerken van grid-edge apparaten de stroomverlies als gevolg van verschillende aanvallen kunnen aanvullen. Het systeem stabiliseerde het netwerk succesvol door de netwerktopologie aan te passen. Bovendien kan het nieuwe algoritme automatisch bepalen welke apparaten betrouwbaar zijn en wat hun mogelijkheden zijn.

Voordelen van Decentrale Netwerken

Er zijn veel voordelen die decentrale netwerken bieden. Ten eerste bieden ze maatwerkstroomopwekking die rekening houdt met de stroomconsumptie van elk apparaat om efficiëntie te bieden. Dit systeem is een groenere en duurzamere alternatief voor de status quo.

IoT Apparaten zijn Overal

Een ander voordeel is het gebruik van IoT-apparaten. Er zijn miljarden van deze eenheden wereldwijd met het potentieel om het stroomnet te stabiliseren. Deze strategie houdt rekening met hun mogelijkheden en gebruikt ze samen om een robuuster elektriciteitsnet te creëren dat in staat is om extreme omstandigheden te doorstaan zonder te falen.

Vult Hiaten in Duurzame Energie aan

Technologieën zoals wind- en zonne-energie zijn geweldig voor het creëren van schone energie. Echter, ze hebben momenten waarop ze niet in staat zijn om de benodigde elektriciteit te produceren om huizen te voorzien van stroom. In deze scenario’s zien de ingenieurs grid-edge apparaten als een oplossing om de extra werklast op zich te nemen.

Winstdragend

Een van de potentiële voordelen van deze strategie is een meer dynamische lokale energiemarkt, waarin deelnemers kunnen worden gecompenseerd voor hun bijdragen. Hoewel de MIT-onderzoekers dit concept voorstellen, zullen specifieke financiële stimulansen, zoals kredieten op de energierekening of betalingen, afhankelijk zijn van de marktimplementatie en regelgevingskaders. Het zou leuk zijn om een gratis maand stroom te krijgen omdat uw slimme koelkast en thermostaat de vorige maand hebben geholpen om het netwerk te stabiliseren.

Onderzoekers van Decentrale Netwerken

Het onderzoek naar decentrale netwerken is uitgevoerd door een team van MIT-ingenieurs. Het artikel noemt Vineet Nair en John Williams als de hoofdauteurs. Het onderzoek is mede geschreven door Anu Annaswamy. Opvallend is dat het onderzoek financiering ontving van het Indian Institute of Technology, het National Renewable Energy Laboratory, het Amerikaanse ministerie van Energie en de MIT Energy Initiative.

Dit onderzoek bouwt voort op eerdere werk van de hoofdonderzoeker Nair op het gebied van adaptieve controletheorie. Adaptieve controletheorie gaat over het maken van systemen die kunnen detecteren en automatisch problemen kunnen corrigeren zonder menselijke tussenkomst. Dit laatste protocol past binnen deze onderzoekslijn en kan op een dag helpen om huizen het hele jaar door van stroom te voorzien.

Bedrijven die het Voortouw Nemen in Energieoplossingen

De strijd om de meest robuuste energieoplossingen te bieden, heeft ertoe geleid dat verschillende belangrijke spelers zijn opgestaan. Deze bedrijven hebben miljoenen geïnvesteerd in onderzoek en ontwikkeling om de energiemarkt te verbeteren. Hier is een bedrijf dat ideaal is gepositioneerd om te profiteren van eventuele verbeteringen in het stroomnet.

Duke Energy Corp

Duke Energy Corp (DUK ) is opgericht in 1904 als een waterkrachtcentrale gelegen aan de Catawba-rivier. Het bedrijf is opgericht door James Buchanan Duke en Benjamin Newton Duke en heeft zijn hoofdkantoor in Charlotte, North Carolina. Sinds de lancering heeft Duke Energy Corporation een aanzienlijke groei doorgemaakt. Vandaag is het een van de grootste elektriciteitsbedrijven in de Verenigde Staten.

De opkomst van Duke Energy tot marktleider vond plaats over vele decennia, met overnames en marktbewegingen. In 1997 fuseerde het bedrijf met PanEnergy Corporation om zijn diensten uit te breiden. Vervolgens nam Duke Energy in 2005 Cinergy Corporation over, waardoor de marktpenetratie in verschillende staten toenam.

Vandaag blijft Duke Energy een marktleider in de energiesector. Het bedrijf blijft innoveren en integreert nieuwe technologieën als onderdeel van zijn strategie om betrouwbare en betaalbare energie te bieden aan zijn klanten.

De positie en geschiedenis van het bedrijf zouden Duke Energy in staat stellen om de resultaten van het grid-edge onderzoek te integreren om zijn diensten te verbeteren. Als zodanig wordt DUK gezien als een sterke toevoeging aan elk portfolio.

Laatste Nieuws over Duke Energy Corp

Toekomst van Decentrale Netwerken

Er zijn nog veel obstakels die moeten worden overwonnen om succes te behalen. Ten eerste zal het systeem ervan afhankelijk zijn dat klanten en bedrijven zich aanmelden voor het netwerk. Vervolgens moeten ze akkoord gaan met de integratie van bepaalde hardware om het systeem in staat te stellen stroom terug te voeren naar het netwerk en hun inspanningen bij te houden. Al deze stappen zullen het opvoeden van het grote publiek en het bieden van goedkope en toegankelijke oplossingen vereisen.

Het Behalen van Netwerkrobustheid

Je moet het team van buiten-de-box-denkers een compliment geven voor hun unieke aanpak. Hun concept maakt gebruik van beschikbare grid-edge apparaten om het hele systeem te stabiliseren. Deze strategie is logisch, vereist geen hoge kosten of netwerkveranderingen en maakt gebruik van de enorme IoT-netwerken die vandaag beschikbaar zijn. Als zodanig kun je verwachten dat er in de toekomst verder onderzoek wordt gedaan naar decentrale netwerken.

Leer over andere Cool Energy Projects Nu

Onderzoeksverwijzing:

^{1. V.J. Nair, P. Srivastava, V. Venkataramanan, P.S. Sarker, A. Srivastava, L.D. Marinovici, J. Zha, C. Irwin, P. Mittal, J. Williams, J. Kumar, H.V. Poor, & A.M. Annaswamy, Resilience of the electric grid through trustable IoT-coordinated assets, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (8) e2413967121, https://doi.org/10.1073/pnas.2413967121 (2025).}