Alliander en NI presenteren industriële Internet of Things-case
De opkomst van decentrale energieopwekking zet het klassieke elektriciteitsnet onder druk. De toenemende onvoorspelbaarheid van het aanbod vergroot de kans op overbelasting, vooral dicht bij de gebruikers. Het elektriciteitsnet kan overleven door lokaal te meten en centraal vraag en aanbod slim te gaan sturen – dus door er een Internet of Things (IoT) van te maken. Netbeheerder Alliander experimenteert in Europees verband met het IoT en gebruikt daarvoor de hard- en software van National Instruments (NI). Tijdens het eendaagse NIDays in Eindhoven presenteerden ze hun case.
Bedrijven en consumenten doen steeds meer aan decentrale opwekking van energie. Zonnepanelen op het dak, warmtepomp in huis, windmolen op het erf. Door ‘teruglevering’ van elektrische energie komt er op het net steeds meer onvoorspelbaar – en veel dynamischer – tweerichtingsverkeer, waardoor de kans op overbelasting toeneemt. De zwakke plek in het klassieke elektriciteitsnet vormen de onderstations, de transformatorhuisjes om de hoek. Door een overload kan een hele wijk een black-out krijgen.
Smart grid
‘Probleem is, we hebben er nu totaal geen weet van waar de elektrische stromen heen lopen in het net dicht bij de gebruikers’, vertelt Herman Bontius, energietechnologieconsultant 
bij netbeheerder Alliander (3,3 miljoen klanten, 1,7 miljard euro omzet). ‘Juist bij decentrale opwekking weten we vaak niet goed waar de stroom vandaan komt. Als zich knelpunten gaan voordoen door warmtepompen, zonnepanelen of elektrische auto’s aan de oplader, zullen als eerste die transformatorhuisjes – in Nederland zo’n 100.000 – gaan piepen. Die zijn niet berekend op een ander elektrisch profiel dan we de afgelopen zestig jaar hebben gekend.’ Bontius schetst twee opties: het net fors versterken – dat kost miljarden – of slim maken zodat het langer meegaat. Die smart grid-optie houdt in dat het elektriciteitsnet een Internet of Things wordt. Lokaal, in transformatorhuisjes, wordt de belasting van het net gemeten, zodat indien nodig lokaal kan worden ingegrepen, bijvoorbeeld door de stroomvoorziening om te leiden of de vraag te sturen. ‘Een warmtepomp hoeft maar kort te draaien, waarna je de warmte buffert; met dat tijdstip van draaien kun je spelen. Of neem de elektrische auto die ’s avonds thuis wordt opgeladen. Meestal kan dat ook na middernacht nog.’
Revolutie
Een Europees onderzoeksproject blijkt nodig om de conservatieve elektriciteitswereld open te breken voor IoT-oplossingen. Initiatiefnemer van dat C-Dax project (Cyber-secure Data and Control Cloud for Power Grids) is ict-gigant Alcatel-Lucent, partners zijn onder meer Alliander en National Instruments (NI), ontwikkelaar en leverancier van hard- en software voor test-, meet- en besturingssystemen (en dus voor het IoT). Voor het monitoren van onderstations in het elektriciteitsnetwerk wil Alliander de fase van de elektrische stroom in meerdere transformatorhuisjes gelijktijdig meten. Die fase geeft informatie over de richting van de stromen en de mate van lokale (over)belasting van het net. NI levert er phasor measurement units en lokale verwerkingseenheden (CompactRIO’s, zie het kader) voor. De keuze viel op NI-producten vanwege hun ‘meertaligheid’ (ze verstaan verschillende communicatieprotocollen) en verwerkingssnelheid. Want er worden lokaal alvast de nodige berekeningen gedaan om de centrale computer te ontlasten en heel snel een goede schatting te kunnen maken van de toestand van het net (Advanced Real Time State Estimation).
Een ‘revolutie’ noemt Bontius het communicatiemodel dat wordt toegepast: publish-subscribe.
Dit is flexibeler, veiliger en beter schaalbaar dan het conventionele point-to-point-model. Als het aantal communicerende knooppunten in een netwerk toeneemt, levert dat een wirwar aan point-to-point-verbindingen op die bovendien heel lastig ‘cyber secure’ zijn te maken. Bij publish-subscribe kan een device z’n data op het net publiceren, zonder specifieke kennis te hoeven hebben van de ontvangers van die data. Omgekeerd ‘abonneert’ een subscriber zich op bepaalde informatie zonder kennis te hoeven hebben van de zenders. ‘Dit wordt voor het eerst in een smart grid-toepassing gebruikt.’
Veldtesten
Meten en gegevens over het net versturen heeft alleen zin als je met deze data iets doet, door in omgekeerde richting stuurinformatie te verzenden. Alliander heeft daarover nog geen afspraken gemaakt met NI, geeft Bontius aan. Maar NI verkent al wel de mogelijkheden om voor die sturing producten te ontwikkelen, vult technical marketing engineer Erik van Hilten van NI Nederland aan. ‘’Wij zijn daarover in gesprek met Alliander en andere partijen, zoals we ook voor de monitoring van het net samenwerken met meerdere partijen. Zo zitten we met onze apparatuur bij een Amerikaanse universiteit die onderzoek doet naar het effect van storingen in windturbines op het net waaraan ze zijn gekoppeld.’
Het C-Dax project is het lab inmiddels ontgroeid. Binnenkort beginnen de eerste veldtesten, met tien transformatorhuisjes; die worden volgend voorjaar afgerond. Alliander gaat daarna nog niet meteen een compleet IoT uitrollen, zo snel loopt de elektriciteitswereld niet. Bovendien is er nog tijd omdat de transitie maar langzaam doorzet, weet Herman Bontius, ervan overtuigd dat dit een uniek project is. ‘Ik ken wereldwijd geen club die al werkt met Advanced Real Time State Estimation in het net zo dicht bij de gebruikers. We gaan wel door met meten, om ons net nog beter te leren kennen. En we doen met NI nog meer kennis op over geavanceerde conditiemonitoring van het net. Zo zitten we al dicht bij een kant-en-klaar product dat kabelstoringen voorspelt.’ Zo helpt het IoT om de spreekwoordelijke kink in de kabel te voorkomen.
Meer waarde uit het IoT
NIDays, georganiseerd door NI, stond in teken van het industriële Internet of Things (IoT). Het met elkaar verbinden van producten, apparaten, machines en computers is niet nieuw, maar de gestage toename van rekenkracht en capaciteit van (draadloze) communicatie maakt zinvolle toepassingen mogelijk. In Eindhoven passeerden talloze voorbeelden de revue, van procesbewaking en conditiemonitoring (voor predictief onderhoud) tot het beheer van complete windmolenparken en het ‘internet of buses’ (een vloot ov-bussen in Londen die naar een hybride aandrijving zijn omgebouwd).
NI introduceerde er nieuwe hard- en software voor, zoals de nieuwste release van de LabVIEW-software voor geautomatiseerd testen en meten, een nieuw Wireless Test System voor draadloze devices en de nieuwste CompactRIO. Deze compacte, reconfigureerbare i/o-module kan als een soort spin in het web de verbindingen in het IoT leggen tussen centrale ‘controlekamer’ en decentrale devices met hun sensoren. Ook gebruikers, waaronder Alliander, en consultants kregen de vloer op NIDays. Zoals het Noorse Virinco, dat dieper inging op de mogelijkheden en de valkuilen van ‘big test data’. Hoe later in productie een fout door testen wordt ontdekt, des te hoger de herstelkosten. Maar hoe meer er wordt getest, des te groter de kans om in alle data te verzuipen. Vanwege incompatibele data formats, beveiligingsproblemen (firewalls) en een overmaat aan hand- en maatwerk voor het verzamelen en verwerken van die data. ‘Maar als je dat goed aanpakt’, stelde Vidar Grønås van Virinco, ‘dan haal je meer waarde uit de data.’
Publicatie uit Link magazine nr 6 2015
