The coordination between TSO and DSO in the context of energy transition - A review

Dit artikel biedt een overzicht van coördinatiemodellen tussen transmissie- en distributiesysteembeheerders (TSO en DSO) om de integratie van gedistribueerde energiebronnen te optimaliseren en netcongestie te voorkomen tijdens de energietransitie.

De kern

Hier is een uitleg van het wetenschappelijke artikel, vertaald naar begrijpelijk Nederlands met behulp van alledaagse vergelijkingen.

De Grote Stroom-Transitie: Een Orkest dat Samenspeelt

Stel je voor dat ons elektriciteitsnetwerk een enorm orkest is. Vroeger speelden alleen de grote, bekende instrumenten (zoals kolencentrales) de muziek. Die werden gestuurd door één dirigent: de TSO (de beheerder van het hoogspanningsnet, de "hoofdweg" van de stroom).

Maar nu komt er een energietransitie. We willen minder fossiele brandstoffen en meer groene stroom (wind en zon). Het probleem? Deze nieuwe energiebronnen zitten vaak verspreid over het hele land, in de wijken, en worden beheerd door de DSO (de beheerder van het lokaal net, de "straatweg" van de stroom).

Het artikel bespreekt hoe deze twee dirigenten (TSO en DSO) moeten gaan samenwerken om te voorkomen dat het orkest uit elkaar valt of dat er verkeersopstoppingen ontstaan.

---

1. Het Probleem: Twee Dirigenten, Eén Orkest

Vroeger werkten de TSO en DSO gescheiden. De TSO keek naar de grote lijnen, de DSO naar de buurt. Maar nu zijn er steeds meer kleine zonnepanelen en batterijen (DERs) in de wijken.

• De uitdaging: Als de TSO plotseling vraagt om meer stroom om het net stabiel te houden, kan het zijn dat de DSO in een bepaalde wijk juist te veel stroom heeft en de netjes "verstopt" raken (congestie).
• De oplossing: Ze moeten gaan communiceren. Het artikel noemt dit TSO-DSO coördinatie. Het gaat erom hoe ze samen de "flexibiliteit" (het vermogen om stroom te verhogen of verlagen) van die kleine zonnepanelen en batterijen slim inzetten.

2. De Verschillende Manieren van Samenwerken (De "Spelregels")

Het artikel onderzoekt verschillende manieren waarop deze samenwerking kan werken. Het vergelijkt dit met verschillende manieren om een feestje te organiseren:

• De "Alles-in-Eén" aanpak (Gecentraliseerd):
  • Vergelijking: De TSO is de enige chef-kok die alle ingrediënten uit de hele stad bestelt en kookt.
  • Voordeel: Het is heel efficiënt.
  • Nadeel: De chef-kok is overbelast, ziet niet alles wat er in de kleine keukens (wijken) gebeurt, en het is heel lastig om te regelen.
• De "Lokale" aanpak (Decentraliseerd):
  • Vergelijking: Elke wijk (DSO) kookt zijn eigen eten en geeft pas over aan de stad als ze zelf klaar zijn.
  • Voordeel: Lokale problemen worden direct opgelost.
  • Nadeel: De stad (TSO) heeft soms geen stroom meer als de wijken te veel voor zichzelf houden.
• De "Gemeenschappelijke Markt" (De ideale oplossing):
  • Vergelijking: Een grote, gezamenlijke markt waar iedereen (TSO, DSO en particulieren) kan bieden. Wie het beste bod doet, krijgt de opdracht, maar er wordt gekeken of de "straat" (het lokale net) niet verstopt raakt.
  • Voordeel: Dit is vaak de goedkoopste en slimste manier.

Het artikel concludeert dat de meeste onderzoekers en projecten (zoals in Europa) nu werken aan deze gemeenschappelijke markt, waar de DSO een actieve rol speelt in het toelaten van lokale bronnen.

3. De Praktijk: Een Voorbeeld uit Nederland

Het artikel schetst een scenario voor de Nederlandse situatie (met Tennet als TSO).

• Hoe het nu gaat: Een energieleverancier (BSP) biedt stroom aan. De TSO kiest de goedkoopste. Soms gebeurt het dat deze stroom een lokale "opstopping" veroorzaakt in een wijk, omdat de DSO daar niet bij betrokken was bij de keuze.
• Hoe het beter kan (De "Verkeerslichten"):
  • Stel, de TSO wil 10 MW extra stroom.
  • De DSO kijkt naar zijn net en zegt: "Wacht even, op die ene lijn in de wijk kan dat niet, anders springt de zekering. Maximaal 15 MW is veilig."
  • De TSO past zijn opdracht aan.
  • Resultaat: Geen stroomuitval, geen dure reparaties, en de stroom komt veilig aan.

Het artikel stelt een nieuw stappenplan voor:

1. Voorbereiding: De TSO en DSO checken samen of de apparatuur (zoals batterijen) wel goed werkt.
2. Aanbieden: De TSO vraagt om stroom, maar de DSO checkt eerst of het lokaal veilig is (net als een verkeerslicht dat rood wordt als er een file dreigt).
3. Activeren: Als alles groen is, gaat de stroom erin.

4. Waarom is dit belangrijk?

Zonder deze samenwerking riskeren we twee dingen:

1. Onveiligheid: Het net kan overbelast raken en uitvallen.
2. Onnodige kosten: We moeten misschien dure nieuwe kabels aanleggen, terwijl we de bestaande stroom (van zonnepanelen en batterijen) gewoon hadden kunnen gebruiken als we beter hadden samengewerkt.

Conclusie in één zin

Om de wereld groen te maken, moeten de grote stroombeheerders (TSO) en de lokale beheerders (DSO) stoppen met hun eigen ding te doen en samen een slimme, gezamenlijke markt opzetten, waarbij de lokale netten als "verkeersregelaars" fungeren om te voorkomen dat de stroom in de wijken vastloopt.

Het artikel is een pleidooi voor meer vertrouwen, betere data-uitwisseling en een gezamenlijke aanpak, zodat de energietransitie soepel verloopt zonder dat de lichten uitgaan.

Technische samenvatting

Hier is een gedetailleerde technische samenvatting van het paper "The coordination between TSO and DSO in the context of energy transition - A review" in het Nederlands.

Titel: Coördinatie tussen TSO en DSO in de context van energietransitie: Een overzicht

Auteurs: Hang Nguyen, Koen Kok, Trung Thai Tran, Phuong H. Nguyen (Technische Universiteit Eindhoven)

---

1. Probleemstelling

De wereldwijde energietransitie, gericht op het verminderen van fossiele brandstoffen en CO2-uitstoot, introduceert aanzienlijke technische uitdagingen voor systeembeheerders. De snelle toename van Gedistribueerde Energiebronnen (DER's) in het distributienetwerk (DN) creëert complexiteit in de integratie van deze bronnen.

• Huidige situatie: Transmissie- (TSO) en Distributiesysteembeheerders (DSO) opereren fysiek verbonden maar operationeel gescheiden. Dit leidt tot inefficiënties, zoals het niet optimaal benutten van flexibiliteit en het risico op congestie in het distributienetwerk wanneer de TSO flexibiliteit activeert zonder inzicht in lokale netbeperkingen.
• Kernprobleem: Er is een gebrek aan gestandaardiseerde coördinatiemechanismen en data-uitwisseling tussen TSO en DSO. Dit belemmert het veilig en kosteneffectief gebruik van flexibiliteit voor zowel netbalancering als congestiemanagement. Bestaande pilots tonen aan dat ongecoördineerde activering van diensten kan leiden tegenstrijdige effecten (bijv. congestie veroorzaken terwijl er een oplossing wordt gezocht).

2. Methodologie

Het paper voert een systematische literatuuroverzicht uit gebaseerd op wetenschappelijke publicaties (ScienceDirect, IEEE Xplore) en rapporten van internationale organisaties (ENTSO-E, IRENA, TENET).

• Zoekstrategie: Gebruik van trefwoorden zoals "TSO-DSO coordination", "distributed flexibility" en "TSO-DSO integration".
• Analyse: De auteurs classificeren bestaande coördinatiestructuren (CS), analyseren hun voor- en nadelen, en evalueren de huidige stand van zaken aan de hand van fysieke pilots (zoals SmartNet, CoordiNet, GOPACS).
• Case Study: Er wordt een specifiek scenario ontwikkeld voor de Nederlandse markt, waarbij een hybride coördinatiemodel wordt voorgesteld en gevisualiseerd via sequentiediagrammen voor het balanceringmarktproces.

3. Belangrijkste Bijdragen

A. Classificatie van Coördinatiestructuren (CS)

Het paper identificeert en analyseert zes hoofdmodellen voor TSO-DSO coördinatie:

1. TSO-beheerd model (Gecentraliseerd): TSO koopt direct bij DER's. Voordeel: Eenvoudig proces. Nadeel: TSO heeft geen zicht op DN-beperkingen; hoge rekenkracht nodig.
2. DSO-beheerd model (Lokaal): DSO's managen lokale congestie en verkopen restcapaciteit. Voordeel: Respect voor lokale netten. Nadeel: Mogelijke belangenconflicten tussen DSO's; hoge last voor DSO.
3. Gedeelde verantwoordelijkheid (Gefragmenteerd): Gescheiden markten. Voordeel: Respect voor DN-beperkingen. Nadeel: TSO heeft geen toegang tot DER-flexibiliteit.
4. Hybride model (Multi-level): TSO heeft toegang tot DER-diensten na validatie door de DSO.
5. Gemeenschappelijke TSO-DSO markt: Gezamenlijk beheer voor het hele systeem. Voordeel: Minimaliseert totale kosten. Nadeel: Complexe optimalisatie en coördinatie.
6. Geïntegreerde flexibiliteitsmarkt: Onafhankelijke marktoperator kiest op basis van "willingness to pay".

B. Analyse van Voor- en Nadelen

De auteurs benadrukken dat er geen "one-size-fits-all" oplossing is. De keuze hangt af van nationale kenmerken, nettopologie en de aard van de flexibiliteitsbronnen.

• Gecentraliseerde modellen worden zelden gekozen in onderzoek (<10%) vanwege de hoge reken- en communicatievereisten.
• Decentrale modellen (>90% van het onderzoek) worden gezien als realistischer en kosteneffectiever, hoewel ze complexere communicatie-eisen stellen.
• Data-uitwisseling: Er is een dringende behoefte aan internationale veiligheidsstandaarden en gemeenschappelijke communicatieprotocollen voor real-time data-uitwisseling (voorspellingen, prijs, schema's).

C. Voorgesteld Hybride Model voor Nederland

Het paper presenteert een gedetailleerd sequentiediagram voor de Nederlandse balanceringmarkt (aFRR en mFRR) met een hybride aanpak:

• Pre-kwalificatie: TSO en DSO werken samen om technische data van assets in het distributienet te valideren voordat deze aan de TSO worden doorgegeven.
• Aanbieding en Activering: In het voorgestelde scenario stuurt de TSO de "Merit Order List" (MOL) naar de DSO ter validatie. De DSO voert een stroomstudies (power flow) uit om te controleren of de activatie lokale congestie veroorzaakt.
  • Resultaat: De DSO past de limieten aan (bijv. van 20 MW naar 15 MW) en stuurt dit terug naar de TSO.
  • Voordelen: Voorkomt dat TSO-activering congestie in het distributienet veroorzaakt of in tegengestelde richting werkt ten opzichte van DSO-maatregelen.

4. Resultaten

• Efficiëntie: Gecoördineerde modellen kunnen de totale operationele kosten verlagen en de sociale welvaart vergroten door flexibiliteit optimaal in te zetten.
• Netveiligheid: Coördinatie voorkomt dat flexibiliteitsdiensten die bedoeld zijn voor balans, per ongeluk congestie veroorzaken in het distributienet (cross-impacts).
• Pilot-ervaringen: Uit pilots zoals SmartNet en CoordiNet blijkt dat er geen universele oplossing is. De "Common Marketplace" in een decentrale setting wordt vaak gezien als de meest veelbelovende aanpak, mits de ICT-infrastructuur voldoende is.
• Huidige tekortkomingen: In de praktijk (bijv. in Nederland) ontbreekt vaak real-time coördinatie tijdens het aanbiedingsproces. Dit kan leiden tot situaties waarbij een door de TSO geactiveerde bid congestie veroorzaakt die de DSO moet oplossen, wat inefficiënt is.

5. Betekenis en Conclusie

Dit paper is van cruciaal belang voor de energietransitie omdat het de brug slaat tussen de theoretische noodzaak van TSO-DSO coördinatie en de praktische implementatie.

• Strategisch Inzicht: Het benadrukt dat DSO's een actiever rol moeten spelen in het beheer van hun lokale netten en de markt.
• Toekomstperspectief: De auteurs pleiten voor de bouw van een lokale flexibiliteitsmarkt waar TSO, DSO en derde partijen toegang hebben tot bronnen.
• Aanbeveling: Voor een succesvolle energietransitie is het noodzakelijk om de coördinatie te verbeteren in zowel korte termijn (operationeel) als lange termijn (planning). De voorgestelde hybride aanpak voor Nederland biedt een blauwdruk om congestie te voorkomen en de balans te waarborgen zonder overinvestering in netversterking.

Kortom, het paper concludeert dat zonder effectieve coördinatie en data-uitwisseling de potentie van gedistribueerde flexibiliteit niet volledig kan worden benut, wat de kosten van de energietransitie onnodig verhoogt en de netstabiliteit bedreigt.