De krapte op ons stroomnet wordt steeds zichtbaarder: zowel nieuwe producenten van energie (wind- en zonneparken) als grote gebruikers – bijvoorbeeld bedrijven die van gas willen overstappen op stroom – kunnen in bepaalde delen van Nederland geen aansluiting krijgen. Lokale netwerkbeheerders, maar ook landelijke netwerkbeheerder TenneT, die over de aansluitingen gaat op het hoogspanningsnet, zetten deze stap noodgedwongen om congestie te voorkomen. Congestie is een soort filevorming: er wordt meer van het stroomnetwerk gevraagd dan het aankan.
“Ons elektriciteitsnet is al heel lang op dezelfde manier ingericht”, legt Brinn Hekkelman uit. “Je had een paar grote leveranciers van elektriciteit, en die stroom ging via een omvangrijk netwerk van hoogspanningsmasten naar kleinere netwerken en vervolgens naar de gebruikers.” Inmiddels zijn er veel meer leveranciers en is de vraag naar stroom flink toegenomen. Nederland wil van het gas af en bouwt wind- en zonneparken om meer stroom op te wekken, het gebruik van elektrische auto’s neemt toe en we gaan massaal aan de zonnepanelen. Daardoor piept en kraakt het huidige netwerk.
“Het kost veel tijd om het netwerk te verzwaren”, zegt Hekkelman. “Overal moet de grond open voor nieuwe kabels. Dat duurt jaren. Terwijl er bij zowel producenten als gebruikers van stroom grote behoefte is aan een korte-termijnoplossing. Daar spring ik met mijn proefschrift op in.”
Agenten
Hekkelman deed bij de groep Intelligent & Autonomous Systems van CWI en de TU Delft onderzoek naar een eerlijke verdeling van de capaciteit van het stroomnetwerk onder degenen die daar al op zijn aangesloten. Hij bouwde modellen die representatief zijn voor het netwerk. “Daarin zitten software-agenten die gebruikers en leveranciers vertegenwoordigen. In die modellen voerde ik in wat de agenten willen doen – een bepaalde hoeveelheid stroom gebruiken of leveren – en of dat congestie oplevert. Vervolgens probeerde ik de congestie te verhelpen door de beschikbare capaciteit op een eerlijke manier te verdelen. Grofweg komt het er op neer dat iedereen een beetje inlevert.”
Fairness
Maar wat is eerlijk? Hekkelman probeerde op verschillende manieren een definitie te formuleren van eerlijkheid – wat hij in zijn proefschrift fairness noemt. “Ik stelde een aantal definities op met elk een eigen set van eisen waaraan een eerlijke verdeling zou moeten voldoen. Daarnaast probeerde ik fairness te definiëren door middel van een score die gebaseerd is op de hoeveelheid capaciteit die elke agent moet inleveren: hoe hoger de score, hoe eerlijker de verdeling. Zo kun je congestie-oplossingen een score toekennen om te kijken welke het beste is. Vervolgens keek ik of het lukte om de capaciteit volgens die verschillende definities eerlijk te verdelen.”
Algoritme
De voorgestelde verdelingen worden bedacht door algoritmen die Hekkelman schreef, en die aan het model worden toegevoegd. “Ze vinden altijd de beste oplossing, gebaseerd op de definitie van fairness die je gebruikt. Alleen bleken niet alle definities strategie-proof. Daarmee bedoel ik dat een agent het algoritme in zijn voordeel zou kunnen beïnvloeden door een bepaalde strategie te gebruiken. Om een voorbeeld te geven: je overdrijft je stroomverbruik, in de hoop dat je bij de verdeling net wat meer krijgt.”
In zijn onderzoek nam Hekkelman ook de structuur mee van het bestaande stroomnetwerk. Dat is belangrijk, benadrukt hij, want agenten zijn niet allemaal met dezelfde kabel verbonden. Wie er aan een bepaalde kabel zitten, bepaalt de capaciteit van die groep. Hekkelman: “Zo kan het gebeuren dat de ene wijk congestie heeft en de agenten daar capaciteit moeten inleveren, terwijl dat bij de naastgelegen wijk niet het geval is. Omdat zij op een ander netwerk zitten. Dat maakt het probleem complexer. In mijn modellen en de fairness-mechanismen die er op werken, hou ik daar rekening mee.”
“Wat de meest eerlijke verdeling is? Het is niet aan mij om dat te zeggen. Ik ben wetenschapper, ik geef de opties aan die er zijn. Mijn boodschap is: denk na over de verdeling van die capaciteit. Je kunt dit niet helemaal aan de marktwerking overlaten. Als frisdrank onbetaalbaar wordt, koop je het gewoon niet meer. Maar iedereen heeft stroom nodig in het dagelijks leven.”
Brinn Hekkelman verdedigde op 12 december zijn proefschrift 'Fair mechanisms for smart grid congestion management'.
