Duurzame energie is een sleutelcomponent voor het behoud van het milieu en een duurzame toekomst. Het integreren van hernieuwbare energiebronnen (RE) met slimme netwerken en kunstmatige intelligentie (AI) biedt enorme mogelijkheden om de efficiëntie en prestaties van energiedistributiesystemen te verbeteren. Toch is de ontwikkeling en het ontwerp van systemen voor hernieuwbare energie een complexe uitdaging, die vraagt om geavanceerde optimalisatietechnieken en AI-modellen om optimaal te functioneren.

Een van de cruciale aspecten van het succes van hernieuwbare energie is de optimalisatie van verschillende systemen die energie genereren en distribueren. Herneembare energiebronnen zoals zonne-energie, windenergie en biomassa vereisen een geavanceerde benadering van systeemontwerp en -beheer. Bijgevolg spelen AI en machine learning (ML) een essentiële rol in het verbeteren van de prestaties van elektrische systemen die hernieuwbare energiebronnen integreren.

AI heeft de mogelijkheid om gegevens in real-time te verwerken en nauwkeurige voorspellingen te doen over energievraag en aanbod, wat belangrijk is voor het balanceren van de stroom op het netwerk. Dit maakt het mogelijk om systemen automatisch te optimaliseren voor maximale efficiëntie, en zelfs om zelflerende mechanismen te creëren die zich aanpassen aan veranderingen in het energieverbruik of de weersomstandigheden die de energieproductie beïnvloeden. Het gebruik van AI maakt het mogelijk om complexe energieoplossingen sneller te ontwikkelen, evenals het verfijnen van bestaande systemen.

Daarnaast bieden geavanceerde optimalisatietechnieken, zoals metaheuristische algoritmes, een nieuwe manier van denken over het oplossen van complexe problemen in elektriciteitsnetwerken. Neem bijvoorbeeld het gebruik van de walvisoptimalisatie-algoritmes, die worden ingezet voor multi-objectieve problemen in de water-warmte energiemix. Dit type aanpak is essentieel voor het verbeteren van de energieproductie en het optimaliseren van het energieverbruik. De inzet van optimalisatie-algoritmes verbetert de operationele efficiëntie van hernieuwbare energiecentrales, vermindert de kosten en minimaliseert het gebruik van fossiele brandstoffen.

De slimme netwerken die ontstaan door de integratie van AI en hernieuwbare energie hebben echter ook te maken met bepaalde uitdagingen. Een van de belangrijkste problemen is de complexiteit van het ontwerp van dergelijke netwerken, waarbij niet alleen technologische overwegingen, maar ook beleidskwesties een belangrijke rol spelen. Het ontwikkelen van een effectief beleid voor de implementatie van een slim netwerk vereist zowel technologische als economische inzichten, waarbij de voordelen op lange termijn tegen de initiële kosten moeten worden afgewogen.

Bovendien moeten er maatregelen worden genomen om de stabiliteit en veiligheid van deze netwerken te waarborgen, vooral bij de implementatie van elektrische voertuigen (EV) en andere innovaties. Het oplossen van complexe vragen zoals de optimale plaatsing van laadstations voor elektrische voertuigen, of het in evenwicht brengen van de energieproductie en -distributie in microgrids, vereist robuuste en dynamische algoritmen die in staat zijn om transiënte storingen en andere netproblemen te hanteren.

Het gebruik van op chaos gebaseerde, quasi-oppositionele chemische reactie-optimalisatiealgoritmen, bijvoorbeeld voor het optimaliseren van de energieoverdracht in hybride netwerken, biedt innovatieve oplossingen voor deze uitdagingen. Dit soort geavanceerde technieken biedt de mogelijkheid om de energieproductie en -distributie verder te verfijnen en stelt ingenieurs in staat om met meer precisie te werken.

Daarnaast zijn de technologische vooruitgangen in de controle van windenergie- en zonne-energieproductie ook van groot belang. Kunstmatige intelligentie kan worden ingezet om de maximale energieopbrengst van zonnecellen (door middel van MPPT, maximum power point tracking) en windturbines te garanderen, door voortdurend het beste werkpunt voor de energieopwekking te berekenen en aan te passen aan de veranderende weersomstandigheden.

Kritieke aspecten van deze integratie zijn de economische voordelen die gepaard gaan met deze systemen. Slimme netwerken helpen niet alleen bij het verbeteren van de energie-efficiëntie, maar verminderen ook de operationele kosten van energiebedrijven door de vraag en het aanbod in balans te houden. Het gebruik van hernieuwbare energiebronnen kan bovendien de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen, wat gunstig is voor zowel het milieu als de economie op lange termijn.

Het succes van dergelijke systemen hangt af van hoe goed de technologieën worden geïmplementeerd en hoe effectief beleidsmaatregelen kunnen worden aangepast aan de snel veranderende technologische en marktomstandigheden. Daarom is het essentieel om niet alleen te focussen op de technische uitdagingen, maar ook op de bredere context van duurzame energienetwerken, die zowel lokale als wereldwijde invloed kunnen hebben.

Bij de implementatie van deze geavanceerde netwerken is het cruciaal om te blijven innoveren op het gebied van AI en optimalisatietechnieken, en tegelijkertijd rekening te houden met de politieke en economische realiteiten van elke regio. Het verbinden van technologie, beleid en marktbehoeften zal de sleutel zijn tot het succesvol realiseren van een toekomstbestendig, duurzaam energie-ecosysteem.

Hoe harmonische impedantie van een opvallende polssynchrone generator te begrijpen en te modelleren

Het is algemeen bekend dat het gedrag van een elektriciteitsnet met betrekking tot de aanwezigheid van harmonische componenten in wezen afhangt van de modelvorming van de harmonische impedantie van een synchrone generator met opvallende polen. Gedurende de stationaire werking van een synchrone generator met opvallende polen leidt de negatieve-sequentie stroom van de fundamentele frequentie, die wordt gedragen door de ankerwikkelingen, tot de ontwikkeling van spanningen van de fundamentele frequentie, evenals van de derde harmonische frequentie. Dit gedrag van de machine ontstaat doordat een negatieve-sequentie stroom met de fundamentele frequentie “ω” in de ankerwikkeling resulteert in aanhoudende oscillaties van positieve-sequentie d-as en q-as spanningen in de rotor, met een frequentie van “2ω”. Deze oscillaties worden gecombineerd met het feit dat de omzetting van ascomponenten naar fasecomponenten een andere aanhoudende oscillatie met frequentie “ω” vertegenwoordigt.

Op vergelijkbare wijze geven negatieve-sequentie toegepaste spanningen aanleiding tot stromen van de fundamentele frequentie en de derde harmonische frequentie. Algemeen wordt de analyse van het elektriciteitsnet uitgevoerd met behulp van elektromagnetische-transiënte programma’s, zoals het Elektromagnetische Transiënt Programma (EMTP) en Elektromagnetische Transiënten inclusief DC (EMTDC), waarbij de synchrone generator gebruik maakt van de transformatie van Park. Wanneer de spanningen en stromen van een synchrone generator met opvallende polen echter niet direct zijn gespecificeerd, maar eerder zijn opgegeven via gegevens van het elektriciteitsnet, moeten zowel de spanningen als de stromen worden uitgedrukt door een oneindige reeks van harmonischen.

Echter, de gedragingen van de synchrone generator met opvallende polen onder transiënte omstandigheden wordt moeilijker te begrijpen wanneer de gelijktijdige invloeden van de termen e^αt en sin(ωt) in beschouwing worden genomen, waarbij α de omgekeerde waarde is van de tijdconstante van de DC-component en “ω” de frequentie (rad/s) van de term die overeenkomt met de aanhoudende oscillatie. Daarom is het noodzakelijk dat de tijdsdomeinmodellen van de machine in staat worden gesteld om een stationaire toestand te bereiken, zodat de harmonische gedragingen van de machine geanalyseerd kunnen worden. Vanuit dit perspectief blijkt het elektromagnetische transiënt programma in de literatuur vaak inefficiënt, omdat deze programma’s lange tijdsintervallen vereisen om een stationaire toestand te bereiken.

Een model van de generator, geformuleerd in fasecomponenten, is beschreven door Chattopadhyay et al., waarbij rotor-salientie wordt meegenomen in het harmonische domein. Dit model houdt echter geen rekening met het effect van de rotatiehoek van de rotor. In eerder onderzoek is er ook aandacht besteed aan de modelvorming van een synchrone generator met opvallende polen voor harmonische analyse, waarbij expressies voor de harmonische impedanties van de generator werden afgeleid, die voortvloeien uit negatieve-sequentie harmonische stromen die in de machine worden geïnjecteerd.

Vanuit het perspectief van harmonische impedanties is het echter bekend dat harmonische impedanties zich kunnen ontwikkelen als gevolg van de injectie van negatieve-sequentie harmonische spanningen in de machine. Dit aspect werd niet volledig behandeld in eerdere onderzoeken, en daarom wordt het onderwerp van harmonische impedantie in dit hoofdstuk verder onderzocht. De auteurs Adkins en Harley hebben de wiskundige behandeling van de negatieve-sequentie reactantie van de synchrone machine met opvallende polen behandeld, gebruikmakend van zowel de “spanningsreferentie”-methode als de “stroomreferentie”-methode. Ze hebben verschillende uitdrukkingen voor negatieve-sequentie reactantie verkregen, wat logisch correct lijkt. De auteurs van dit hoofdstuk gebruiken echter geen theorie van grote slip om de uitdrukkingen voor de harmonische impedanties af te leiden. In plaats daarvan benaderen ze het probleem vanuit het perspectief van symmetrische componenten en Park’s transformatie.

Als gevolg hiervan zijn nieuwe parameters, zoals de subtransiënt capaciteit langs de d-as en q-as (Cd′′ en Cq′′ respectievelijk), geïntroduceerd in de voorgestelde wiskundige formulering. Het concept van subtransiënt capaciteiten lijkt in eerste instantie fictief, aangezien termen zoals subtransiënt/transiënt reactanties (inducties) vooral geassocieerd worden met elektrische machines die zijn opgebouwd op basis van systemen voor het opslaan van magnetisch veldenergie. Echter, in de context van elektrische machines, kan men zich herinneren dat de oudere Van-de-Graaff-generator praktisch gebruikmaakte van een elektrisch veld als koppelingmedium. Evenzo kan een variabele condensator fungeren als het energieopslagsysteem om een bepaalde hoeveelheid elektrische energie te genereren. Het bestaan van “transiënte capaciteit” of “subtransiënte capaciteit” in elektromechanische apparaten of elektrische machines is zeldzaam.

De toepassing van d–q resolutietechnieken in machines zoals inductiemachines is conceptueel mogelijk onder plotselinge verstoringsomstandigheden, ondanks het feit dat de fysieke structuur van een inductiemachine een uniform luchtspleet handhaaft. Onder transiënte of subtransiënte omstandigheden worden echter de permeabiliteiten van de luchtspleet langs twee orthogonale assen ongelijk, wat de noodzaak van nieuwe benaderingen voor het modelleren van harmonische impedanties benadrukt.

In dit hoofdstuk wordt dus een nieuwe benadering gepresenteerd die zich richt op het gebruik van subtransiënt capaciteiten en een wiskundige benadering die de rotor-salientie van de synchrone generator nauwkeurig weergeeft in het harmonische domein. Dit biedt een meer gedetailleerd en praktisch kader voor het begrijpen van harmonische effecten in synchroon generatoren onder diverse operationele omstandigheden.

Hoe kan Zuid-Afrika zijn energiebehoeften verduurzamen zonder de economische groei te belemmeren?

De energiekrapte in Zuid-Afrika en vele andere Afrikaanse landen heeft geleid tot stagnatie in de economische groei en een verslechtering van de levensomstandigheden voor veel huishoudens en bedrijven. Elektriciteit is een essentieel middel voor productie en een basisbehoefte voor elk individu. Veel Afrikaanse landen, waaronder Zuid-Afrika, hebben geïnvesteerd in de uitbreiding van de toegang tot elektriciteit, maar zonder de capaciteit voor energieopwekking voldoende aan te passen aan de stijgende vraag. Dit heeft geleid tot structurele problemen, zoals stroomonderbrekingen die de economische ontwikkeling belemmeren. De oplossing kan echter niet alleen worden gevonden in het vergroten van de capaciteit van bestaande energiecentrales. Er is een groeiend inzicht dat het betrekken van onafhankelijke energieproducenten (IPP’s) een cruciale stap kan zijn in het oplossen van de energiekrisis.

In Zuid-Afrika heeft de overheid al stappen gezet om IPP’s meer ruimte te geven in het energiesysteem. De overgang naar schone energie, gekoppeld aan de verplichtingen onder het Klimaatakkoord van Parijs, betekent dat het land zich moet aanpassen aan een nieuw energieparadigma. De groei van de hernieuwbare-energiesector biedt kansen, maar de transitie naar volledig groene energie is een lang en complex proces. Investeren in schone energie vereist enorme infrastructuurverbeteringen en beleidsondersteuning, waarbij de staat de privésector een grotere rol moet toewijzen.

Een hybride energiemodel, dat een combinatie van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie, samen met traditionele fossiele brandstoffen, omvat, biedt de mogelijkheid om zowel de vraag naar energie te stabiliseren als de milieubelasting te verlagen. In Zuid-Afrika wordt een dergelijke hybride benadering al toegepast, waarbij hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind worden gecombineerd met aardgas om een betrouwbare en constante energievoorziening te garanderen. De overgang naar groene energie mag echter niet abrupt plaatsvinden, maar moet stapsgewijs worden ingevoerd om de infrastructuur adequaat te ondersteunen en bestaande energiecentrales niet onterecht uit te faseren.

Belangrijk is de rol van de overheid in het faciliteren van deze overgang. Beleidsmaatregelen moeten private investeerders aantrekken, door duidelijke regelgevingen en transparante aanbestedingsprocessen voor IPP’s te waarborgen. Het gebruik van internationale klimaatfondsen en innovatieve financieringsmechanismen, zoals groene obligaties, kan helpen om de noodzakelijke investeringen in hernieuwbare energie te genereren. Tegelijkertijd moeten Afrikaanse landen investeren in onderzoek en ontwikkeling (R&D) om technologieën te verbeteren die de efficiëntie van hernieuwbare energiebronnen verhogen, evenals technieken voor koolstofopslag en -afvang in fossiele brandstofcentrales.

Hoewel hernieuwbare energie een essentiële component is voor de duurzame energievoorziening, mag het niet de enige oplossing zijn voor de elektriciteitscrisis in Afrika. Een hybride model biedt Afrikaanse landen de flexibiliteit om hun energiebehoeften te dekken zonder concessies te doen aan de economische groei. De geografische voordelen van Afrika – zoals de overvloed aan zonlicht en wind – bieden een strategisch voordeel om een leidende rol te spelen in de wereldwijde energietransitie.

Naast technologische en infrastructurele aanpassingen, is het van groot belang dat er aandacht wordt besteed aan het betrekken van de Afrikaanse bevolking bij de energietransitie. Door burgerinitiatieven en kleinschalige energieproductie aan te moedigen, kunnen landen de afhankelijkheid van de staat verminderen, ondernemerschap stimuleren en extra inkomsten genereren. Bijvoorbeeld in China, waar op het platteland energieproductie gelijktijdig wordt ingezet om lokale economieën te versterken, kan Afrika een soortgelijke strategie overnemen, waarbij scholing en infrastructuur de basis vormen voor de actieve deelname van gemeenschappen aan duurzame energieprojecten.

De Afrikaanse landen, rijk aan natuurlijke hulpbronnen, moeten zich realiseren dat fossiele brandstoffen slechts een deel van de oplossing zijn. Groene energie, ondersteund door een hybride model, biedt niet alleen een antwoord op de dringende energiebehoeften, maar ook op de langdurige uitdaging van klimaatverandering. Het succes van deze transitie hangt af van een gebalanceerde aanpak die de noodzakelijke economische groei in evenwicht houdt met duurzame energiepraktijken. Door de juiste beleidsmaatregelen en investeringen kan Afrika niet alleen zijn eigen energiebehoeften vervullen, maar ook een leidende rol spelen in de wereldwijde verschuiving naar schone energie.

Hoe kan een BFT-consensusprotocol efficiënt functioneren op apparaten met beperkte geheugenbronnen?
Wat is de Cathedral en waarom is het belangrijk voor de Westerse samenleving?
Wat is de werkelijke aard van verraad en verwoesting in een wereld van misleiding?