Onderzoekers van het Centrum Wiskunde &Informatica (CWI), het nationale onderzoeksinstituut voor wiskunde en informatica in Nederland, ontdekte hoe grote schommelingen in zonne- en windenergie, gecombineerd met de fysieke netwerkdynamiek van elektriciteit, kan storingen in elektriciteitsnetten veroorzaken. Het door de onderzoekers ontwikkelde wiskundige raamwerk helpt bij het voorspellen van het optreden van potentiële stroomstoringen. Het artikel is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 21 juni 2018.

Elektriciteitsnetten worden geëxploiteerd op basis van kosteneffectieve principes en zijn daarom zwaar overbelast. Gecombineerd met extreme weerscenario's, dit kan ertoe leiden dat lijnen in het net uitvallen of stilvallen. Een storing veroorzaakt een wereldwijde herverdeling van stroomstromen, toenemende spanning op de resterende lijnen, mogelijk leiden tot verdere uitval en zelfs systeembrede black-outs. Het is daarom van groot maatschappelijk belang om ervoor te zorgen dat de transformatie naar een duurzame samenleving niet leidt tot verslechtering van de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening.

De zwakste schakels voorspellen

CWI-onderzoekers Tommaso Nesti, Alessandro Zocca en Bert Zwart hebben onderzocht hoe de vroege fase van een dergelijk proces kan worden beïnvloed door de output van zonne- en windenergie. Gebruikmakend van een analogie met statistische fysica, zij zien een groot elektriciteitsnet met veel hernieuwbare inputs als een deeltjessysteem. Dit maakt het mogelijk om te identificeren welke lijnen in het net het meest kwetsbaar zijn voor schommelingen in weerpatronen en om de meest waarschijnlijke manier te vinden waarop storingen zich in het netwerk voortplanten.

Lijnstoringen kunnen worden veroorzaakt door vele kleine fluctuaties die optreden in een groot geografisch gebied. Het aantal opeenvolgende storingen kan aanzienlijk hoger zijn dan voorspeld door eerdere modellen, waarbij geen rekening werd gehouden met weerpatronen.

Deze inzichten, die zijn gevalideerd met gegevens van het Duitse transportnet, een nieuw kader bieden om kwetsbaarheden in elektriciteitsnetwerken op te sporen en zullen helpen om schommelingen in hernieuwbare energiebronnen beter op te vangen, daardoor stroomstoringen voorkomen.