Waarom windvoorspellingen dé oplossing zijn voor netcongestie

Netcongestie klinkt als een infrastructuurprobleem — te weinig kabels, te weinig capaciteit. Maar volgens Georg Rute, ceo van het Estse grid intelligence-bedrijf Gridraven, zit het echte knelpunt vaak ergens anders. "Het onderliggende probleem is een gebrek aan transportcapaciteit, maar eigenlijk is de echte beperking oververhitting van de geleider," zegt hij.

Hoogspanningskabels kunnen veilig opwarmen tot 75 à 90 graden Celsius. Op een hete, windstille dag wordt die grens snel bereikt, terwijl de temperatuur op een winderige dag nauwelijks een probleem vormt. Voorspellen met welk scenario een kabel morgen of volgende week te maken krijgt: daar heeft Gridraven zijn bedrijf van gemaakt.

Het bedrijf voorspelt zo nauwkeurig mogelijk hoeveel wind er rond hoogspanningslijnen staat. Zo kunnen netbeheerders dagen van tevoren inschatten hoeveel capaciteit hun netwerk heeft. Volgens Rute zijn thermische limieten naar schatting verantwoordelijk voor ongeveer de helft tot twee derde van alle netcongestie.

Serie

Beyond Borders

Innovatie stopt niet bij de grens! In Beyond Borders zetten we disruptieve innovaties wereldwijd in de schijnwerpers die kunnen helpen maatschappelijke uitdagingen in Nederland aan te pakken. Hoe maken ze impact? Hoe kunnen ze helpen?

Bekijk serie

De invloed van weer op hoogspanningslijnen

Hernieuwbare energie wordt vaak opgewekt op grote afstand van de plek waar de stroom wordt gebruikt. Op piekmomenten hebben hoogspanningslijnen soms niet genoeg capaciteit om stroom van bijvoorbeeld een windpark op zee naar een stad honderden kilometers verderop te vervoeren. Het gevolg: windmolens of zonnepanelen worden afgeschakeld, ook wel curtailment genoemd. Schone stroom gaat daardoor verloren.

"Als het koud en bewolkt is, en vooral als het waait, kan een hoogspanningslijn meer stroom vervoeren. Het verschil tussen dag en nacht is ongeveer 10 procent extra capaciteit. In de winter kan de capaciteit, bij bijvoorbeeld 0 graden tegenover 20 tot 30 graden in de zomer, nog eens 15 tot 20 procent hoger liggen doordat de lijn beter wordt gekoeld. Maar zelfs een lichte wind kan de capaciteit van een lijn ongeveer verdubbelen. Het werkt net als bij mensen: een briesje koelt je af. Voor een hoogspanningslijn is dat simpelweg een zeer effectieve manier van koelen", legt Rute uit.

Bij de aanleg van nieuwe hoogspanningslijnen werd van oudsher uitgegaan van het slechtst denkbare scenario: een hete zomerdag zonder wind. Netbeheerders zorgden ervoor dat de lijn ook onder die omstandigheden genoeg stroom kon vervoeren. Door de opkomst van wisselende energieproductie op afgelegen plekken komt er extra druk op het elektriciteitsnet. We moeten daarom gebruikmaken van de extra capaciteit die er al die tijd al was. Om dat veilig te kunnen doen, zijn nauwkeurige voorspellingen nodig.

Een algoritme voorspelt weersomstandigheden

Gridraven heeft een sensorloze variant ontwikkeld van een technologie die dynamic line rating (DLR) heet. Simpel gezegd gebruikt DLR actuele en voorspelde weersomstandigheden om te bepalen hoeveel stroom een hoogspanningslijn veilig kan vervoeren. Veel andere bedrijven doen dit met sensoren die op de kabels worden geplaatst. Maar sensoren meten alleen wat er op dat moment gebeurt. Ze voorspellen niet wat er gaat gebeuren. Volgens de ceo van Gridraven is juist die weersvoorspelling de sleutel tot DLR.

Daarom heeft het Estse bedrijf ervoor gekozen geen hardware te gebruiken en zich volledig te richten op voorspellingen. Gridraven bouwt eigen machine-learningalgoritmes bovenop bestaande weersvoorspellingen, zoals het Duitse ICON-EU-model. Daarmee vertaalt het regionale weersverwachtingen naar een voorspelling voor één specifiek punt op een hoogspanningslijn.

Dat gebeurt voor elke "span": het stuk kabel tussen twee masten. De focus ligt op het middelpunt, omdat dit meestal het laagste en meest beschutte deel van de lijn is. Een typische hoogspanningslijn kan zo worden opgedeeld in ongeveer 300 afzonderlijke voorspellingspunten.

De ingenieurs van Gridraven trainden het model met twee belangrijke bronnen: hoogtegegevens van LiDAR en historische weergegevens van duizenden weerstations over de hele wereld. LiDAR-kaarten zijn breed beschikbaar en goedkoper dan satellietbeelden. Ze maken bovendien metingen tot op een meter nauwkeurig mogelijk. Met deze gegevens leert het model hoe het landschap de wind afremt en van richting verandert.

Uiteindelijk levert het systeem één getal op. Dat gaat rechtstreeks naar de controlekamer van de netbeheerder en geeft aan hoeveel stroom een hoogspanningslijn de volgende dag veilig kan vervoeren, tot tien dagen vooruit.

Gridraven-ceo Georg Rute – © Gridraven

Hoe Gridraven hier is beland

Rute is geen buitenstaander in deze wereld. Hij werkte jarenlang bij een Estse nationale netbeheerder, waar het bedrijf probeerde weerstations op masten te installeren om te testen of voorspellingen konden worden gebruikt voor nauwkeurigere lijnclassificaties. Dat werkte niet. Daarna stapte hij over naar een bedrijf dat actief was in elektrolysers, waar zonne- en windontwikkelaars wereldwijd een terugkerende klacht uitten: er zijn genoeg locaties om te bouwen, maar geen manier om op het net aan te sluiten.

Deze twee problemen — onbetrouwbare voorspellingen en een net dat te conservatief is om zijn eigen reservecapaciteit te benutten — vormden de basis voor Gridraven. Drie jaar geleden nam hij contact op met zijn voormalige collega Henri Manninen, een gepromoveerd expert in energiesystemen, en al snel sloot AI-specialist Markus Lippus zich aan. Het bedrijf telt inmiddels 20 werknemers.

De impact van Gridraven

Gridraven is operationeel op het volledige net van Finland en op een deel van het Estse net. Rute weerlegt de reputatie van de sector als traag in het omarmen van nieuwe technologie. "Ik denk niet dat dat klopt," zegt hij. "Ik denk dat het een beetje een lui excuus is dat leveranciers soms gebruiken wanneer hun oplossing eigenlijk niet werkt."

Zijn ervaring is juist het tegenovergestelde: "Zodra we kunnen aantonen dat het echt werkt, ontstaat er op meerdere plekken tegelijk veel interesse." Netbeheerders, zegt hij, kunnen het zich simpelweg niet veroorloven technisch risico te nemen op iets dat niet bewezen is.

Volgens Rute ontsluiten Gridravens voorspellingen ruwweg 20 tot 40% meer theoretische lijncapaciteit. Dat vertaalt zich in ongeveer 10% meer bruikbare capaciteit in de energiemarkt, zodra andere beperkingen zijn meegewogen. Dat cijfer werd bevestigd in een studie in Finland, terwijl een aparte studie in Estland een stijging van 22% liet zien.

Omdat wind- en zonneopwekking vaak samenvallen, komt de extra capaciteit onevenredig ten goede aan hernieuwbare energie. Rute wijst ook op een neveneffect voor de prijzen: een groot deel van het prijsverschil tussen buurlanden is terug te voeren op onvoldoende transportcapaciteit tussen die landen, en meer capaciteit kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat Duitsland minder op kolen leunt en meer kernenergie uit Frankrijk importeert. Gascentrales — die doorgaans tekorten opvangen — hebben het meest te verliezen bij die verschuiving.

Tijd om op te schalen

Voorlopig beschouwt Gridraven zijn kerntechnologie als volwassen en richt het bedrijf zich op geleidelijke verbeteringen — zoals het toevoegen van bewolkingsvoorspellingen, die op een bewolkte dag nog eens zo'n 5% extra capaciteit kunnen opleveren — terwijl de aandacht verschuift naar opschalen. "Ik denk niet dat netbeheerders traag zijn," zegt Rute. "Ik denk dat iedereen in de transmissiesector heeft beseft dat er snel gehandeld moet worden." De volgende test voor het bedrijf is of de rest van de sector snel genoeg mee kan gaan.