Netcongestie oplossen: “Beter gebruik maken van wat we nu al hebben”

Netcongestie vormt een groot probleem. Er is zeer geringe capaciteit om nieuwe huishoudens en bedrijven aan te sluiten op het elektriciteitsnetwerk en het risico bestaat dat de energietransitie tot stilstand komt. Michele Cucuzzella, universitair hoofddocent Energy Systems & Nonlinear Control, onderzoekt hoe we efficiënter gebruik kunnen maken van onze huidige energie-infrastructuur. Onlangs heeft hij zich ook bij de Jantina Tammes School en de Wubbo Ockels School gevoegd, waar hij zich richt op de ‘twin transition’, oftewel het samenspel tussen de digitale en de energietransitie.

_{Tekst: Jelle Posthuma}

Cucuzzella kan zich het moment dat zijn ouders de eerste zonnepanelen installeerden op hun huis op het eiland Sicilië, Italië, nog goed herinneren. Het moet ergens in 2010 geweest zijn. “Tegenwoordig is het algemeen bekend dat de zon energie produceert, maar toen ik nog op de middelbare school zat, werd dat als iets bijzonders gezien. Ik vond die technologie extreem fascinerend en hield de energieopbrengst van onze zonnepanelen nauwkeurig bij. ‘Wat zou er gebeuren als iedereen zonnepanelen op hun dak zou leggen?’, vroeg ik me af. Dan zou er meer dan genoeg elektriciteit zijn. Op dat moment besefte ik niet dat zoiets juist problemen zou kunnen opleveren.”

“Gebruikmaken van wat we hebben"

Michele Cucuzzella verwijst naar netcongestie, oftewel de overbelasting van het energienet. Ons stroomnet is momenteel niet voorbereid op het grote (groene) energieaanbod. “Ik had onlangs een gesprek met een vertegenwoordiger van de Gemeente Groningen. Tijdens dit gesprek kreeg ik een kaart te zien van de stad en het omliggende gebied en daar stonden bijna alleen maar rode en oranje gebieden op, met af en toe een groen stipje. Rood wees op een congestiegebied: op deze plekken is het nauwelijks meer mogelijk om nieuwe huishoudens en bedrijven aan te sluiten op het net.”

Het bouwen van een compleet nieuwe elektriciteitsinfrastructuur, met bijvoorbeeld meer kabels en omvormers, is ingrijpend en verschrikkelijk duur, vervolgt de wetenschapper. “Uiteindelijk zal het moeten gebeuren, maar het kan niet allemaal in één keer. Het alternatief is om beter gebruik te maken van wat we nu al hebben.” Volgens Cucuzzella is het toepassen van de ‘control and optimization theory’ een belangrijke manier om dit te bereiken.

Optimaliseren van bestaande energiesystemen

Cucuzzella heeft een achtergrond in industrieel ontwerp met de nadruk op energie. In 2024 werd hij benoemd tot universitair hoofddocent Energy Systems & Nonlinear Control aan de Rijksuniversiteit Groningen. Als control engineer gebruikt Cucuzzella slimme modellen en algoritmes om bestaande energiesystemen te optimaliseren, maar ook om bijvoorbeeld de verkeersdoorstroom te verbeteren. Congestie kan ook voorkomen in het verkeer in de vorm van bijvoorbeeld files of het zoeken naar een laadstation voor je elektrische auto.

De universitair hoofddocent noemt fabrieken van verschillende bedrijven die hun productie coördineren voor een betere verdeling van de vraag naar energie als voorbeeld van optimalisatie van een energiesysteem. Huishoudens kunnen hun energieconsumptie ook efficiënter plannen, voegt hij toe. In een goed geïsoleerd huis kun je de warmtepomp bijvoorbeeld ‘s middags inschakelen in plaats van ‘s avonds als de vraag het grootst is. “Warmte beslaat ongeveer 70% van onze energieconsumptie en op dit gebied valt nog veel te optimaliseren.”

Menselijk gedrag is de sleutel

Het gaat niet alleen om het optimaliseren van bestaande technologie maar ook om het beïnvloeden van de mening en het gedrag van mensen. “Als het over mensen gaat, klinken termen als controleren en optimaliseren niet heel prettig”, beaamt de onderzoeker meteen. “Het ontwerpen van gedragsinterventies om de mening en het gedrag van mensen aangaande specifieke doelen te sturen, sluit nauw aan bij de control theory. Ons onderzoek richt zich ook op het beïnvloeden van het gedrag en de mening van de mens en op het ontwerpen van gedragsinterventies. Dit doen we in nauwe samenwerking met de expertisegroep Milieupsychologie van de Rijksuniversiteit Groningen.”

Subsidieverstrekking is een snelle en effectieve methode om menselijk gedrag te beïnvloeden, vervolgt hij. Op de lange termijn wordt informatieverstrekking, bijvoorbeeld door middel van onderwijs of een gerichte campagne, echter gezien als een effectiever middel. “We willen niet alleen onderzoeken hoe mensen de bestaande technologie beter kunnen gebruiken, maar ook hoe beleid, dynamische prijzen, nudging en andere gedragsinterventies duurzamer energiegebruik kunnen stimuleren. Een cruciaal inzicht is dat mensen vaak duurzaam willen handelen, maar misschien ondersteuning of prikkels nodig hebben om het daadwerkelijk te doen. De vraag is hoe we mensen effectief kunnen ondersteunen en stimuleren om duurzamere keuzes te maken.”

Het doel is om de bestaande technologie te optimaliseren en het bewustzijn te vergroten over energieverbruikspatronen, zegt Cucuzzella. “Slimme algoritmes kunnen bijvoorbeeld helpen het warmtepompgebruik te optimaliseren. Niet per se door de consumptie te verlagen, maar door deze te verleggen naar optimalere tijden. Het stimuleren van zulke aanpassingen helpt bij het bereiken van een meer gebalanceerd en efficiënt energiesysteem.”

Energieopslag

Het uiteindelijke doel is om verschillende energiesystemen met elkaar te verbinden, bijvoorbeeld in de hele provincie Groningen. Volgens Cucuzzella is het cruciaal om zowel bestaande als opkomende technologieën te gebruiken voor (betere) energieopslag. Hij legt uit dat overtollige elektriciteit kan worden omgezet in waterstof door middel van elektrolyse en opgeslagen en als er vervolgens weer vraag naar is kan het weer terug omgezet worden in elektriciteit door middel van brandstofcellen.

Als onderdeel van deze transitie organiseert Groningen de Hydrogen Valley, een toonaangevend Europees initiatief dat een volledig groen waterstofecosysteem voor energieopslag en de industrie ontwikkelt. Overtollige elektriciteit kan ook worden opgeslagen als warmte in een warmtenet zoals WarmteStad, dat al gebruik maakt van restwarmte van datacenters en warmte van de zon afkomstig van zonnewarmtepark Dorkwerd. Deze oplossingen helpen om de vraag naar energie en het aanbod in balans te brengen.

Simuleren met ‘digital twins’

Bij de besluitvorming rond een strategie voor de toekomst vormt het testen een onmisbaar onderdeel. Cucuzzella benadrukt echter dat de testen niet kunnen worden gedaan op het ‘echte’ net. “Wat als er iets misgaat? Als het net uitvalt door onze testen, zouden de gevolgen enorm zijn.” De oplossing is een zogenaamde digital twin, legt hij uit.

Dit virtuele energienet geeft onderzoekers de kans om verschillende scenario’s te testen; een soort laboratorium voor de energie-infrastructuur. “We zouden bijvoorbeeld de beste combinatie van zonnepanelen, windmolens en andere energiebronnen kunnen onderzoeken, hoe we onze energiesystemen optimaal kunnen configureren en welke energieopslagsystemen het beste werken. Het zou fantastisch zijn als we iets dergelijks kunnen bouwen voor de stad Groningen.”

Cucuzzella onderzoekt de modellen die worden gebruikt voor deze digital twins. Deze modellen zijn gebaseerd op natuurkunde en data. “We willen bijvoorbeeld precies weten hoe een warmtepomp werkt en hoe deze machine zo efficiënt mogelijk gebruikt kan worden. Hetzelfde geldt voor de mening en het gedrag van de mens. We kunnen verschillende scenario’s simuleren met behulp van de digital twin om de beste ‘control’ strategie te bepalen.”

Twin transition: risico’s en mogelijkheden

Onlangs werd Cucuzzella benoemd tot coördinator van het thema ‘twin transition’ op de Jantina Tammes School en de Wubbo Ockels School. De twin transition benadrukt het samenspel tussen digitale technologieën en energiesystemen in de transitie naar een duurzame maatschappij. Cucuzzella is zich ervan bewust dat het gebruik van digitale technologieën zowel een mogelijkheid als een risico is.

Een voorbeeld hiervan is kunstmatige intelligentie: aan de ene kant een grootverbruiker van energie, maar aan de andere kant speelt AI een uitermate belangrijke rol in het doen van voorspellingen die de energie-efficiëntie kunnen optimaliseren. Hij onderstreept dat AI niet gebruikt moet worden om systemen te beheren. “Daar is het niet betrouwbaar genoeg voor. Maar bij voorspellingen hoeft het niet 100% accuraat te zijn. Als we onze energie-efficiëntie ook maar deels kunnen optimaliseren, is dat al winst.”

Cucuzzella is van plan om de komende jaren samen te werken met de Schools om informatie te verzamelen. “We zullen op basis daarvan een stappenplan ontwikkelen voor de twin transition van de provincie Groningen.” Cucuzzella’s droom is om volledig autonome energiesystemen te ontwikkelen die zouden kunnen leiden tot aanzienlijke verbeteringen wat betreft gemak, efficiëntie, duurzaamheid en betaalbaarheid van energie. “Het is wel van belang dat deze systemen op maat worden gemaakt. Iedereen heeft zo zijn eigen behoeftes: de een zet de thermostaat op 19 graden, terwijl dat voor de ander te koud is. Het is cruciaal dat mensen niet de regie verliezen en hun eigen grenzen kunnen aangeven.”

Meer informatie

• Michele Cucuzzella