Digitale onderstations: onmisbare schakels op weg naar toekomstgerichte energie-infrastructuur

17-02-2023

Ons elektriciteitsnetwerk wordt steeds complexer. Nu steeds meer mensen beroep doen op zonnepanelen en windenergie in plaats van fossiele brandstoffen, is de transitie ingezet naar een uitgebreider, sneller en betrouwbaarder net. Ook de digitalisering van onderstations hoort daarbij. Maar wat zijn ‘digital substations’ precies, en hoe helpen ze om elektriciteitsinstallaties minder kwetsbaar en efficiënter te maken? Siemens is mede-partner in een testproject opgezet door Energyville, om dit verder te onderzoeken.  Onze collega en projectmanager Adrien De Maeijer deelt je hier zijn inzichten uit deze testomgeving.

Met ongeveer 400 onderzoekers en state-of-the-art onderzoeksfaciliteiten is EnergyVille een Europese innovatiehub van topniveau. Het is een samenwerking tussen de Belgische onderzoekspartners KU Leuven, VITO, imec en UHasselt voor onderzoek naar duurzame energie en intelligente energiesystemen. EnergyVille brengt onderzoek, ontwikkeling en training samen onder één naam. Dat gebeurt in nauwe samenwerking met lokale, regionale en internationale industriepartners zoals Siemens, én publieke overheden.

Hardware dicht bij de apparatuur in het veld (bvb de Siemens Siprotec 5 merging units), kan dan informatie verzamelen en omzetten naar digitale signalen waar het controlecentrum in zo’n onderstation mee aan de slag kan.

Het is inderdaad zo dat glasvezel al een aantal jaren in tal van toepassingen wordt gebruikt, dus zou je ervan kunnen uitgaan dat dit een eenvoudige stap is.  In de wereld van elektrische beveiliging is dit weliswaar pure innovatie omdat we nu kritische signalen (metingen voor de beveiligingen, en de uitschakeling commando’s) door een Ethernet netwerk zouden sturen. Dit houdt in dat we nieuwe telecom architecturen en communicatieprotocollen moeten gebruiken om de betrouwbaarheid van het systeem te garanderen.

Energiebeheer wordt zo voor alle betrokken spelers makkelijker. “Werken met digitale signalen zorgt voor een pak meer flexibiliteit en is ook een stuk kostengunstiger. Er is minder hardware nodig, programmeren loopt een pak eenvoudiger, en je capteert ook gewoon veel meer data. Hoe meer info bedrijven hebben over hun infrastructuur, hoe beter ze die kunnen managen. Met die info kan je simulaties maken, aan predictive maintenance doen, en nog veel meer.”

In EnergyVille werkten verschillende partners samen om de toekomst van digitale onderstations te onderzoeken en methodologieën uit te werken, zoals ook BASF en Tractebel. “Door onderstations te digitaliseren reduceren we verschillende netwerken tot één digitaal netwerk”, vertelt Iskender Yesil van Tractebel in deze casevideo. “DIGSUB leerde ons dat we bepaalde processen, zoals de engineeringtijd voor het opbouwen van een onderstation, kunnen verkorten door de toenemende standaardisering. Maar ook testprocedures voor vergrendeling en algemene functionaliteiten.”

Voor Siemens was het alvast een uitgelezen kans om tests uit te voeren in reële omstandigheden. “Het grote voordeel van EnergyVille is het laboratorium en de apparatuur voor simulaties die toelaat om een testomgeving op te zetten die realistisch en tegelijkertijd ook beveiligd is”, vervolgt Adrien De Maeijer. “Een van de handigste toestellen waarmee we aan de slag gingen is een RTDS: een Real Time Digital Simulator. Daarmee konden we in realtime een elektriciteitsnetwerk simuleren en het effect op onze Siprotec beveiligingsrelais bekijken. Zo’n digitale, virtuele omgeving zorgt ervoor dat we enorm veel factoren in een onderstation kunnen testen en fouten kunnen opsporen.”

Het verhaal van digital substations is ook interessant voor het beheer van offshore energie, een thema dat steeds actueler wordt, denk maar aan het Ventilus-project die de laatste tijd geregeld het nieuws haalde, of het eerste kunstmatige energie-eiland “Prinses Elisabeth” van Elia

Toch is de eerste stap om verder te bouwen op DIGSUB 1. “We gaan natuurlijk niet alle huidige onderstations afbreken om digitale te installeren, dat is niet haalbaar. Maar bij de bouw van nieuwe onderstations of bij herstellingen kunnen we wel onderzoeken of we er een digitaal onderstation van kunnen maken.”

Ten slotte is er nog een andere uitdaging om digital substations echt van de grond te doen komen: training. “Operatoren, maintenance engineers, techniekers: ze moeten allemaal mee op de kar, én ze moeten heel wat nieuwe kennis opdoen van energiesystemen, ICT en zelfs cybersecurity, gezien het hier gaat over het transfereren van datastromen. Stevige investeringen dus. Maar we zijn erg hoopvol over de mogelijkheden: van een beter elektriciteitsnetwerk profiteert iedereen.”