Optimale controle van pompgestuurde open kanaalsystemen voor vraagrespons

Inschakelen en voorbereiden van de energietransitie (PCOCS)

Met klimaatverandering als drijvende kracht heeft Nederland toegezegd om in 2050 een CO2-neutrale energievoorziening te hebben. De variabiliteit van de energieopwekking uit duurzame bronnen maakt het nodig om vraag en aanbod van elektriciteit met elkaar in evenwicht te brengen door middel van Demand Response (DR). Bij DR wordt de vraagzijde van elektriciteit aangepast op het aanbod, onder andere middels financiële compensaties.

Uitbreiding van DR door grote gebruikers is mogelijk door middel van flexibele energiemarkten (spotmarkten). In Nederland worden veel gemalen die het binnenlandse watersysteem beheren zodanig aangestuurd dat transport, waterkwantiteit en waterkwaliteit binnen de gestelde normen blijven. Door het dagelijks gebruik van deze gemalen met behulp van slimme sturingsmethoden te optimaliseren, kan het watersysteem actief bijdragen aan de stabiliteit van het elektriciteitsnetwerk. Dit is zowel mogelijk door bij een positieve onbalans extra energie te verbruiken, als door het uitstellen van pompen bij het optreden van een negatieve onbalans.

Technieken

Met de inzet van modelgebaseerde sturingssystemen kunnen het energieverbruik en de balanscapaciteit van het Nederlandse watersysteem worden geoptimaliseerd. Implementatie hiervan is op korte termijn mogelijk door het bestaande netwerk van real-time besturingssystemen van waterbouwkundige kunstwerken te combineren met het real-time monitoren van het watersysteem. Deze aanpak zou een significante bijdrage kunnen betekenen voor de reeds aanwezige mechanismen die het elektriciteitsnetwerk in balans houden, en daarmee de energietransitie versnellen. De toegevoegde waarde van modelgebaseerde sturingssystemen groeit wanneer het aandeel van duurzame energie in de Nederlandse energiemix toeneemt.

Uitdaging

Omdat de potentiële voordelen in kosten en duurzaamheid (i.e. CO2-uitstootreductie voor pompen) van DR niet bekend zijn, nemen grote energiegebruikers, zoals Rijkswaterstaat, hier nog niet aan deel. Doel van deze studie is een besturingssysteem te maken met levering van een balanscapaciteit aan het elektriciteitsnetwerk tegen beloning van de eindgebruiker, zonder dat de waterveiligheid in gevaar komt. Dit levert een win-win scenario op voor het virtueel opslaan van energie in het watersysteem.

Om dit te bewerkstelligen zal niet alleen een model van de bestaande infrastructuur moeten worden gemaakt voor het optimaliseren van de sturing in onzekere markt- en omgevingsfactoren. Ook moet worden bestudeerd hoe de energiemarkten in de toekomst zullen veranderen.

Het onderzoek geeft antwoord op de volgende vragen:

• Welke combinatie van bestaande en toekomstige marktmechanismen zal het meest winstgevend en haalbaar zijn?
• Welke betrouwbare sturingsmethoden kunnen worden toegepast om de waterbouwkundige kunstwerken aan te sturen voor participatie in DR over verscheidene marktmechanismen, onder onzekerheid?
• Hoe kunnen stakeholders (Rijkswaterstaat en waterschappen) samenwerken om gezamenlijk de meeste voordelen te hebben, terwijl aan lokale eisen aan het watersysteem wordt voldaan?

 Oplossing

Dit onderzoek resulteert in geavanceerde, rekenkundig efficiënte en robuuste sturingsmethoden voor waterbouwkundige kunstwerken waarmee het watersysteem kan participeren in DR. Hierdoor kunnen gemalen deelnemen aan flexibele energiemarkten en balansmechanismen voor het elektriciteitsnetwerk. Voor een praktische haalbaarheid zullen onzekerheid in het systeemmodel, inkomende debieten en energiemarkten optimaal worden meegenomen.

Het onderzoek biedt zicht op de energiemarktcondities die het meest voordelig zijn voor toepassing van DR. De bijbehorende opbrengsten in termen van kostenreductie, reductie van CO2-uitstoot en de balanscapaciteit voor het elektriciteitsnetwerk worden gekwantificeerd. En er komt een framework voor het optimaal benutten van de kansen van de energietransitie voor het Nederlandse watersysteem.