Deel 3: Innovatiekansen
Digital Twins in de duurzame energiesector
Voorwoord Deel 1: Wat is een Digital Twin?
Voorwoord Deel 1: Wat is een Digital Twin?
1.1 Definitie van een Digital Twin
1.2 Digital Twin: verschillen in maturiteit
1.3 Digital Twin types
Deel 2: De energietransitie & Digital Twin
Deel 3: Innovatiekansen
Deel 4: Randvoorwaarden
Colofon
Digital Twins in de duurzame energiesector
Voorwoord Deel 1: Wat is een Digital Twin? 1.1 Definitie van een Digital Twin 1.2 Digital Twin: verschillen in maturiteit 1.3 Digital Twin types Deel 2: De energietransitie & Digital Twin 2.1 Uitdagingen van de energietransitie 2.2 Kansen in de energietransitie 2.3 Doelgroepen Deel 3: Innovatiekansen 3.1 Hernieuwbaar op zee 3.2 Gebouwde omgeving 3.3 Industrie 3.4 Nieuw Gas 3.5 Systeemintegratie Deel 4: Randvoorwaarden 4.1 Interoperabiliteit 4.2 Beheer en gebruik van data 4.3 Cybersecurity Colofon
Voorwoord Deel 1: Wat is een Digital Twin? 1.1 Definitie van een Digital Twin 1.2 Digital Twin: verschillen in maturiteit 1.3 Digital Twin types Deel 2: De energietransitie & Digital Twin 2.1 Uitdagingen van de energietransitie 2.2 Kansen in de energietransitie 2.3 Doelgroepen Deel 3: Innovatiekansen 3.1 Hernieuwbaar op zee 3.2 Gebouwde omgeving 3.3 Industrie 3.4 Nieuw Gas 3.5 Systeemintegratie Deel 4: Randvoorwaarden 4.1 Interoperabiliteit 4.2 Beheer en gebruik van data 4.3 Cybersecurity Colofon
3.5 Systeemintegratie
Systeemintegratie in het kader van de energietransitie betekent het op een gecoördineerde wijze integreren van ketens van verschillende energiedragers en gebruikssectoren tot één duurzaam, betrouwbaar, betaalbaar en veilig energiesysteem, met een breed maatschappelijk draagvlak. Een energiesysteem omvat de hele energie-waardeketen, dus alles wat nodig is om energie van opwek naar gebruik te brengen.
Fotocredit: Topsector Energie. Hierboven ziet u een afbeelding van de gehele groene waterstofketen, zoals beschreven in het voorbeeld van Digital Twin & systeemintegratie.
Algemene kansen Digital Twin voor systeemintegratie
Omdat de energiesector zeer asset-intensief is, wordt een Digital Twin allereerst toegepast op alle objecten van productie (centrales, windparken, PV-installaties) tot aan transport- en distributienetwerken (transformatoren, leidingen) om de levensduur van assets te verlengen en disrupties in de operatie te voorkomen. Hierin vindt steeds verdere ontwikkeling en implementatie plaats zoals het creëren van een Systeem Twin van het elektriciteitsnetwerk. Eerder is er al een Simulatie Twin gemaakt door de TSO van Denemarken, Energinet.dk, van het hele Deense TSO-netwerk (klik hier voor een video). Het doel is om het veranderende gedrag vanuit grotere hoeveelheden groene energie en veranderend gebruik beter te begrijpen. De Digital Twin levert daarbij nieuwe inzichten op in de limieten van het netwerk, gekoppeld aan weer- en seizoensinvloeden, om operators en onderhoudsplanners veiliger en efficiënter te laten werken.
De toekomstige stap is om niet alleen energieproducenten, netbeheerders en onderhoudsbedrijven Digital Twins te laten gebruiken, maar ook consumenten. Digital Twin verbindt zo ecosystemen rond gezamenlijke business cases. Zo kunnen burgers en bedrijven op gedigitaliseerde en geautomatiseerde manier helpen om bijvoorbeeld overbelasting van het elektriciteitsnetwerk te voorkomen, of bij te dragen aan verduurzaming door betere vraag- en aanbodafstemming rond duurzame opwek. Zo sluit de Digital Twin technologie perfect aan bij de uitdagingen van de energietransitie.
Digital Twin & Systeemintegratie: de groene waterstof keten
Om de productiekosten van groene waterstof richting de 2$/kg te brengen (of prijs-pariteit met grijze waterstof te bereiken), zullen de onderdelen van de keten verbonden en afgestemd moeten worden. Elke mogelijke optimalisatie dient te worden benut. Alle losse elementen van waarde zullen ontsloten en gestapeld moeten worden. Wanneer de business case van de opwek en het gebruik van groene waterstof die van grijze waterstof ontstijgt, zal de markt exponentieel gaan groeien, met als dat we dat in andere cases zien zoals elektrisch vervoer en PV.
De dynamiek van deze keten, ook doordat het een weer-gebaseerd systeem is, noodzaakt verregaande automatisering. Door de groene waterstofproductie maximaal de momenten van de productie van hernieuwbare energie te laten benutten, en de flexibiliteit van electrolysers te gebruiken in de balancering van ons elektriciteitsnet, stapelen de kostenbesparingen en inkomsten. De waterstof-gasopslag geeft buffering in ons energiesysteem om periodes met minder hernieuwbare opwek te overbruggen. Met groene waterstof als alternatieve brandstof, maar ook als basis voor hernieuwbare chemie, integreren we zo de keten van opwek van elektriciteit, via distributie en opslag tot aan gebruik in verschillende sectoren. Zie hier rechts een voorbeeld van de groene waterstofketen.
Doordat deze groene waterstofketen nu met nieuwe assets wordt opgezet, is dit een uitgelezen moment voor de introductie van van Asset Twins en Connected Operations voor besturing op afstand en efficiëntie. Maar ook voor een overkoepelende Digital Twin Evolution die de assets met markten verbindt, en allerlei data gebruikt (weer, markt, consumptie, asset/proces) om te optimaliseren.
Digital Twin toepassingen - Systeemintegratie
  Digitalisering voor de energietransitie van wijken: Digital Twins en innovatieve ketensamenwerkingSaxion, Gemeente Enschede, ROC van Twente, University of Twente | Periode: November 2020 - eind 2021 Lees meer |
Aanleiding
De urgente maatschappelijke uitdagingen van de energietransitie vragen om een grootschalige en versnellende aanpak van de renovatie van bestaande woningen op wijkniveau. Digitalisering in de bouw wordt hierbij als de belangrijkste katalysator beschouwd. De wijkgerichte aanpak vraagt om de betrokkenheid van de hele bouwkolom.
Doelstelling
Dit project heeft als doel om met een Digital Twin een prototype te ontwikkelen en deze in twee pilot wijken te testen. Dit zijn respectievelijk de wijken Nijverheid (Hengelo, OV) en Twekkelerveld (Enschede). Met de Digital Twin kan vervolgens de omliggende infrastructuur en energievoorzieningen in wijken gedigitaliseerd worden. Hiermee wordt er een cruciale bijdrage geleverd aan het ontwerp en de planning van de overgang naar nieuwe warmte alternatieven voor wijken.
Voor wie?
Ondernemers, bedrijven en publieke partijen betrokken bij het duurzamer maken van wijken of gebouwen en op zoek zijn naar een integrale oplossing op ketenniveau.
De urgente maatschappelijke uitdagingen van de energietransitie vragen om een grootschalige en versnellende aanpak van de renovatie van bestaande woningen op wijkniveau. Digitalisering in de bouw wordt hierbij als de belangrijkste katalysator beschouwd. De wijkgerichte aanpak vraagt om de betrokkenheid van de hele bouwkolom.
Doelstelling
Dit project heeft als doel om met een Digital Twin een prototype te ontwikkelen en deze in twee pilot wijken te testen. Dit zijn respectievelijk de wijken Nijverheid (Hengelo, OV) en Twekkelerveld (Enschede). Met de Digital Twin kan vervolgens de omliggende infrastructuur en energievoorzieningen in wijken gedigitaliseerd worden. Hiermee wordt er een cruciale bijdrage geleverd aan het ontwerp en de planning van de overgang naar nieuwe warmte alternatieven voor wijken.
Voor wie?
Ondernemers, bedrijven en publieke partijen betrokken bij het duurzamer maken van wijken of gebouwen en op zoek zijn naar een integrale oplossing op ketenniveau.
Foto credit: Saxion.
Omschrijving
De Digital Twins die worden ingezet tijdens de twee projecten moeten ervoor zorgen dat er een innovatieve ketensamenwerking plaatsvindt tussen alle betrokken partijen in de gehele bouwkolom. Het team van experts creëert daarom een prototype van de gehele wijk, waarbij data van energievoorzieningen, infrastructuur, BIM-modellen, 3D modellen en cybersecuritysystemen worden geïntegreerd. Om deze data vast te leggen wordt er gebruik gemaakt van verschillende internationale en nationale open standaard dataschema’s.
Klik hier voor meer informatie
   De groene waterstofketen: Green Hydrogen in a boxWorley, ABB, IBM | Periode: 2022 Lees meer |
Aanleiding
De energiesector en industrie zijn onderhevig aan een transitie. Het gebruik van waterstof wordt als een belangrijk onderdeel gezien van de energietransitie. Echter, tot op heden ging de infrastructuur om waterstof toe te passen (transport, opslag en distributie stations) gepaard met zeer hoge kosten vergeleken met andere koolstof verlagende oplossingen.
Doelstelling
Green Hydrogen in a Box (GHB) innoveert de productie met een pre-engineered en repliceerbare oplossing ontworpen rondom Integrated Operations (IO) concepten, middels het leveren van een Asset Optimization Center (AOC) voor end-to-end operaties. Door het AOC-concept toe te passen op groene waterstof, kunnen in real-time prestaties worden gemonitord langs iedere asset tot aan materiaal niveau. Dit zorgt voor een consistente interface en geeft context langs de gehele waardeketen van hernieuwbare energie tot waterstof productie en zelfs tot commerciële optimalisatie.
De energiesector en industrie zijn onderhevig aan een transitie. Het gebruik van waterstof wordt als een belangrijk onderdeel gezien van de energietransitie. Echter, tot op heden ging de infrastructuur om waterstof toe te passen (transport, opslag en distributie stations) gepaard met zeer hoge kosten vergeleken met andere koolstof verlagende oplossingen.
Doelstelling
Green Hydrogen in a Box (GHB) innoveert de productie met een pre-engineered en repliceerbare oplossing ontworpen rondom Integrated Operations (IO) concepten, middels het leveren van een Asset Optimization Center (AOC) voor end-to-end operaties. Door het AOC-concept toe te passen op groene waterstof, kunnen in real-time prestaties worden gemonitord langs iedere asset tot aan materiaal niveau. Dit zorgt voor een consistente interface en geeft context langs de gehele waardeketen van hernieuwbare energie tot waterstof productie en zelfs tot commerciële optimalisatie.
Foto credit: IBM
Omschrijving
Om dit mogelijk te maken is het nodig om een business case te hebben waarbij gebruik wordt gemaakt van ecosysteem integratie (systeemintegratie). Hierbij worden verschillende soorten Twins ingezet. Een Asset Twin om de assets te visualiseren, een Operating Twin om de processen te regelen en een Engineering Twin om engineers een overzicht te geven van de prestaties. Met het AOC heeft de gebruiker toegang tot deze Twins en andere technologieën en wordt integratie op ecosysteem niveau mogelijk.
| Local Inclusive Future Energy City Platform (LIFE) Aliander, Enertrans, Stadion Amsterdam N.V, Gemeente Amsterdam Stadhuis, Gemeente Rotterdam, Hedgehog Applications, Spectral Enterprise, Dierenfaculteit (Utrecht), Stg. Amsterdam Inst. for Adv. Metropol. Sol, Stichting CoForce en TDVG | Periode: april 2021 - april 2025 Lees meer |
Aanleiding
Het Arenapoort gebied in Amsterdam Zuidoost heeft met unieke uitdagingen in de energietransitie te maken. Naast de aanwezige bedrijvigheid van wonen en werken worden er grootschalige evenementen georganiseerd met soms wel 250.000 bezoekers per dag. Hierdoor krijgt het gebeid met enorme pieken in energievraag te maken.
Doelstelling
Een digitaal gebiedsplatform ontwikkelen voor slim energiemanagement en flexibilisering van het (lokale) energiesysteem. Door slim energieverbruik te stimuleren, kan verduurzaming in het ArenApoort gebied worden gerealiseerd. Uitgangspunt is dat het ten goede komt aan de gehele buurt.
Voor wie?
Netbeheerders of beleidsmakers in het energiedomein of openbare ruimte, die opzoek zijn naar meer inzicht in het flexibel inrichten van het energiesysteem. Maar ook ondernemers of bedrijven die duurzame voorzieningen willen integreren in het bestaande energiesysteem krijgen hierdoor beter inzicht.
Het Arenapoort gebied in Amsterdam Zuidoost heeft met unieke uitdagingen in de energietransitie te maken. Naast de aanwezige bedrijvigheid van wonen en werken worden er grootschalige evenementen georganiseerd met soms wel 250.000 bezoekers per dag. Hierdoor krijgt het gebeid met enorme pieken in energievraag te maken.
Doelstelling
Een digitaal gebiedsplatform ontwikkelen voor slim energiemanagement en flexibilisering van het (lokale) energiesysteem. Door slim energieverbruik te stimuleren, kan verduurzaming in het ArenApoort gebied worden gerealiseerd. Uitgangspunt is dat het ten goede komt aan de gehele buurt.
Voor wie?
Netbeheerders of beleidsmakers in het energiedomein of openbare ruimte, die opzoek zijn naar meer inzicht in het flexibel inrichten van het energiesysteem. Maar ook ondernemers of bedrijven die duurzame voorzieningen willen integreren in het bestaande energiesysteem krijgen hierdoor beter inzicht.
Foto credit: Spectral Energy. Links een visualisatie van het LIFE platform met verschillende integraties. Integrated Smart Grid Solution | MOOI ArenApoort
Omschrijving
De Digital Twin is een belangrijk onderdeel van het project, waarbij het een digitale representatie geeft van gebouwen en de energie infrastructuur van het ArenApoort gebied. De volgende stap: het digitaal verbinden van laadstations, zonnepanelen, nieuwe en bestaande gebouwen, warmte pompen en de mobiliteit hub. Dit zorgt ervoor dat slimme (lokale) energie flexibel geregeld kan worden na optimalisering, door gebruik te maken van data en AI.
Klik hier voor meer informatie.
| TU Delft's Control Room of the Future (CRoF) TU Delft met partners Siemens, General Electric, TenneT en Stedin | Periode: 2022 - 2024 Lees meer |
Aanleiding
Door de snelle transitie naar duurzame energie kan het Nederlandse energienetwerk in grote problemen raken. Zo zorgt ook de toenemende digitalisering van het elektriciteitsnetwerk voor meer cyberdreigingen en -risico's. Daardoor is er veel onderzoek nodig, zo ook door de TU Delft. Met behulp van een Digital Twin gaat het onderzoeksteam deze uitdaging aan.
Doelstelling
Door middel van een Digital Twin worden er allerlei scenario's nagebootst en getest. Uiteindelijk kan men via deze prototypes het elektriciteitsnetwerk intelligent, veerkrachtig en cyberveilig maken. Naast de Digital Twin spelen AI en cybersecurity een grote rol. Daarnaast worden ook AI en machine learning ingezet voor automatisering, het intelligenter en cyberveilig maken van het netwerk.
Voor wie?
Aangezien dit een geavanceerde Twin is met AI en machine learning, en het vooral voor het elektriciteitsnetwerk ontwikkeld wordt, zal het met name voor netbeheerders een interessant project zijn.
Door de snelle transitie naar duurzame energie kan het Nederlandse energienetwerk in grote problemen raken. Zo zorgt ook de toenemende digitalisering van het elektriciteitsnetwerk voor meer cyberdreigingen en -risico's. Daardoor is er veel onderzoek nodig, zo ook door de TU Delft. Met behulp van een Digital Twin gaat het onderzoeksteam deze uitdaging aan.
Doelstelling
Door middel van een Digital Twin worden er allerlei scenario's nagebootst en getest. Uiteindelijk kan men via deze prototypes het elektriciteitsnetwerk intelligent, veerkrachtig en cyberveilig maken. Naast de Digital Twin spelen AI en cybersecurity een grote rol. Daarnaast worden ook AI en machine learning ingezet voor automatisering, het intelligenter en cyberveilig maken van het netwerk.
Voor wie?
Aangezien dit een geavanceerde Twin is met AI en machine learning, en het vooral voor het elektriciteitsnetwerk ontwikkeld wordt, zal het met name voor netbeheerders een interessant project zijn.
Links: Peter Palensky. Zijn specialisme – intelligente elektriciteitsnetwerken – kwam de laatste jaren ineens flink in de belangstelling te staan. Rechts: Alex Stefanov. Stefanov is wetenschappelijk kartrekker van de Control Room of the Future en houdt zich, vanuit die hoedanigheid, bezig met het digitaal weerbaar maken van het elektriciteitsnet.
Omschrijving
In de CRoF worden nieuwe operationele technologieën getest, variërend van bijvoorbeeld innovatieve energiebeheersystemen ontwikkeld door de TU Delft zelf tot hard- en softwareoplossingen die bij industriële partners zijn ontwikkeld. Hierdoor kan het team gemaakte prototypes op het net aansluiten en zien hoe ze onder reële omstandigheden presteren, bijvoorbeeld elektriciteitsleidingen, onderstations en windturbines. Op die manier kan het team erachter komen hoe de daadwerkelijke opwekking en het daadwerkelijke verbruik in balans kan worden gebracht. Het gaat hier dus om een zeer geavanceerde Digital Twin, met scenario-, analytische- en simulatie functionaliteiten.
Klik hier voor meer informatie.