Stroomvoorziening staat onder digitale spanning

door: Douwe Wielenga, Bas Waterhout en Annemieke Nijhof , 26 maart 2018

Geavanceerde software en algoritmes bepalen in toenemende mate de opwekking en distributie van stroom. De Raad voor de leefomgeving en infrastructuur (Rli) spreekt zijn zorgen uit over de betrouwbaarheid van de Nederlandse stroomvoorziening op de langere termijn. De Rli roept alle betrokken partijen op om de kwetsbaarheden in het systeem te onderzoeken en gezamenlijk te komen tot conclusies en strategieën.

Rli

Beeld: Thomas Boelaars Creative

Het elektriciteitssysteem is sterk in verandering: doordat er steeds meer gebruik wordt gemaakt van duurzame energiebronnen, doordat bedrijven en burgers steeds vaker zelf stroom opwekken en doordat de stroomopwekking steeds afhankelijker wordt van weersomstandigheden. Iedereen die stroom opslaat, levert of afneemt, heeft een rol binnen het grotere geheel: via zonnepanelen, windmolens, elektrische auto of warmtepomp.

Al deze nieuwe rollen in de toekomstige elektriciteitsvoorziening worden mogelijk gemaakt door digitalisering. Door alle onderdelen van het elektriciteitssysteem met elkaar te laten communiceren, is het mogelijk om de netstabiliteit te garanderen en vraag en aanbod op elk moment van de dag op elkaar af te stemmen. Digitalisering is dan ook een voorwaarde voor het mogelijk maken van de energietransitie. De keerzijde hiervan is dat het de kwetsbaarheden uit de digitale wereld in de elektriciteitsvoorziening introduceert. De digitalisering strekt zich uit tot in de haarvaten van het systeem. Doordat onderdelen in- en uit geplugd kunnen worden (bijvoorbeeld: elektrische auto’s) is er ook geen sprake meer van een gesloten systeem. Tel daarbij op de vele verschillende manieren waarop de energietransitie lokaal wordt vormgegeven en het beeld dringt zich op van een digitaal-elektrisch ‘ecosysteem’: een oneindig vertakt en onderling verbonden netwerk dat in al zijn complexiteit niet meer te bevatten is. Zonder digitalisering geen stroomvoorziening, maar ook: zonder stroom geen digitalisering.

Belang van een betrouwbare stroomvoorziening

Het belang van een betrouwbare stroomvoorziening is groot: verstoring of uitval van de stroomvoorziening kan leiden tot ongevallen met persoonlijke, materiële en/of financiële schade. De stroomstoring van januari 2017 in Amsterdam liet bijvoorbeeld zien wat er gebeurt als zo’n 360.000 mensen op een doordeweekse dag een hele ochtend zonder stroom zitten: het mobiele netwerk viel uit, de wifi functioneerde niet meer en zelfs het noodnummer 112 was voor burgers onbereikbaar. Ook nadat de stroomvoorziening weer was hervat, hielden de problemen aan. Er was de hele dag chaos op het spoor tot ver buiten de Randstad, er ontstonden lange files, de schappen in sommige supermarkten bleven leeg. In het Slotervaartziekenhuis kon de hele dag niet worden geopereerd. Ook bleek dat de meeste back-up systemen en noodaggregaten berekend zijn op stroomuitval van hooguit twee tot vier uur. Dit geeft te denken omdat Nederland in de toekomst steeds afhankelijker wordt van stroom. Industriële processen, mobiliteit en bijvoorbeeld de verwarming van huizen zullen in grotere mate dan nu functioneren op elektriciteit. Bij langdurige uitval kan dan maatschappelijke onrust ontstaan en (als gevolg daarvan) onveiligheid.


Stroomvoorziening - 1


Stroomvoorziening - 2

De stroomopwekking verandert ingrijpend
(Klik op illustraties voor vergroting)

Nederland beschikt momenteel over een van de betrouwbaarste elektriciteitssystemen ter wereld tegen relatief lage kosten. Om de stroomvoorziening te kunnen blijven waarborgen moeten de levering, het transport en de distributie van elektriciteit goed zijn geregeld. De Nederlandse overheid heeft de verantwoordelijkheid voor deze processen in de jaren negentig van de vorige eeuw via de Elektriciteitswet 1998 en de Wet Onafhankelijk Netbeheer (2006, ook wel Splitsingswet genoemd) deels in private handen gelegd en deels in publieke handen. Private energiebedrijven verzorgen sindsdien de opwekking, handel en levering van stroom. Publieke netbeheerders verzorgen het transport en de distributie van stroom via de elektriciteitsnetwerken. Energiebedrijven en netbeheerders dragen op deze manier bij aan het inlossen van de belofte van de overheid aan de samenleving dat zij zal zorgen voor een veilige, betrouwbare en betaalbare stroomvoorziening.

Centraal in het advies van de Rli staat de vraag of de overheid haar belofte aan de samenleving om te zorgen voor een schone maar ook veilige, betrouwbare en betaalbare stroomvoorziening gestand kan blijven doen nu de digitalisering van het elektriciteitssysteem de komende jaren een nieuwe fase in gaat. Welke risico’s brengen de veranderingen met zich mee voor de betrouwbaarheid van onze stroomvoorziening? En zijn deze risico’s wel in voldoende mate afgedekt?

Nieuwe kwetsbaarheden

De Rli analyseert de kwetsbaarheden die in het elektriciteitssysteem ontstaan door het voortgaande proces van digitalisering. Het gaat daarbij om méér dan alleen de dreiging van moedwillige verstoring van de stroomvoorziening door cybercriminaliteit. Het gaat ook om de potentiële gevolgen van softwareontwerpfouten en van onvoorzien ‘gedrag’ van autonome systemen die de stroomvoorziening in toenemende mate reguleren. De adviesraad concludeert dat de digitalisering van het elektriciteitssysteem nieuwe risico’s met zich meebrengt. Overigens wordt hier ook door anderen op gewezen, zoals het Planbureau voor de Leefomgeving, het Internationaal Energie Agentschap en de Cyber Security Raad.

Er is van overheidswege – gelukkig – steeds meer aandacht voor cybersecurity. Maar de Rli signaleert dat er nog onvoldoende zicht is op de andere kwetsbaarheden die digitalisering met zich meebrengt, terwijl de maatschappelijke impact daarvan even groot kan zijn. Ook signaleert de Rli dat de aandacht van de overheid zich vooral richt op de netwerken, die in publieke handen zijn. De stabiliteit van het totale elektriciteitssysteem wordt echter met name ondergraven door de digitalisering van de onderdelen die niet in publiek eigendom zijn: de opwekking en het gebruik van stroom.

De genoemde kwetsbaarheden zijn lastig zichtbaar te maken, het gaat in Nederland gelukkig nog steeds goed. Toch zijn er signalen dat we niet immuun zijn. Zo hebben in januari 2017 hackers bijvoorbeeld de omvormers overgenomen van corporatiewoningen in de wijk Rietlanden in Emmen. Hoewel de effecten niet groot waren, is het goed voorstelbaar dat bijvoorbeeld alle omvormers van een bepaalde fabrikant worden gehackt en de installaties tegelijk worden aan- en uitgeschakeld. Dan kan een grote onbalans worden gecreëerd op het Nederlandse en zelfs het Europese elektriciteitsnetwerk, met alle gevolgen van dien. Het gaat nog steeds goed, maar in bijvoorbeeld de Oekraïne zijn in zowel 2015 als 2016 honderdduizenden mensen getroffen door moedwillig veroorzaakte stroomstoringen. Internationale experts verwachten meer van dergelijke gebeurtenissen. De twee andere voorbeelden (zie kaders) laten zien dat ontwerpfouten en onvoorzien gedrag eveneens grote gevolgen kunnen hebben.

Softwarefout: grote black-out in VS en Canada

Een softwarefout leidde op 14 augustus 2003 tot een grote black-out in de Verenigde Staten (VS) en Canada. De softwarefout veroorzaakte een onopgemerkte overbelasting. Door deze overbelasting viel een reeks van verbindingen uit, waarna grote delen van het productievermogen automatisch werden uitgeschakeld. Als gevolg hiervan kwamen zo’n 55 miljoen inwoners in delen van de VS en Canada zonder stroom te zitten. Ook in Nederland en de ons omringende landen wordt in de stroomvoorziening nog veel gebruik gemaakt van (erg) oude systemen (die in de jaren ’70 en ’80 van de vorige eeuw zijn geïnstalleerd).


Algoritme lokt mogelijk onvoorzien gedrag uit in Duitsland

Een voorbeeld van onvoorzien gedrag van autonome systemen betreft het algoritme in omvormers van Duitse windmolens en zonnepanelen. Deze stonden zo afgesteld dat ze bij een netspanning van 50,2 Hz af zouden schakelen. Omdat ze allemaal bij exact dezelfde waarde zouden afschakelen, bestond de kans dat in een klap dertig procent van de totale elektriciteitsproductie in Duitsland zou wegvallen, wat tot nog veel grotere problemen zou leiden. Hoewel de situatie zich nooit heeft voorgedaan, was de dreiging voldoende om rond 2011 te beslissen de algoritmes in alle omvormers aan te passen (retrofitting), tegen aanzienlijke kosten.


Digitalisering en de kwetsbaarheden die dat met zich meebrengt, is bovendien niet een puur Nederlandse aangelegenheid. De nationale elektriciteitsvoorziening is in hoge mate onderling verbonden op Europese schaal. Dit bleek recent maar weer uit de gevolgen van een conflict tussen Kosovo en Servië dat binnen heel Europa leidde tot een verlaging van de netfrequentie met 0,004Hz en als gevolg daarvan achterlopende digitale wekkers en een falend luchtalarmsysteem begin maart. Op het vlak van omgaan met kwetsbaarheden, als gevolg van digitalisering, is de Nederlandse stroomvoorziening dus niet per definitie veiliggesteld wanneer we binnen Nederland onze zaakjes op orde hebben.

Bouw een infrastructuur voor digitale kennis

Digitalisering wordt door velen in de elektriciteitssector voornamelijk opgevat als een enorme kans voor het uitrollen van nieuwe producten, concepten en contractvormen waarmee beter ingesprongen kan worden op real-time elektriciteitsprijzen. Er zijn echter ook zorgen. Sleutelspelers zijn zich bewust van de kwetsbaarheden die digitalisering met zich meebrengt en investeren hierin (de Cybersecuritywet verplicht sleutelspelers binnen een vitaal proces daar ook toe). De betrokken partijen geven aan dat er nog weinig zicht is op de gevolgen die de digitalisering heeft voor de betrouwbaarheid van de energievoorziening. Zoals het Financieele Dagblad (16 maart 2018) optekende uit de mond van commissievoorzitter Annemieke Nijhof: “We weten niet genoeg over de stabiliteit en dat risico kunnen we niet nemen.” Daarom onderstreept de Rli de noodzaak om gezamenlijk kennis te vergaren en daarop een strategie te baseren.

De Rli doet vier aanbevelingen:

1. De overheid zou de mogelijke gevolgen van de digitalisering van het elektriciteitssysteem voor de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening moeten onderkennen en onderzoeken.
2. Vooruitlopend op dit onderzoek zou de overheid ‘no-regret’-maatregelen moeten nemen die digitale kwetsbaarheden indammen. De Rli denkt aan prikkels die partijen aanzetten om preventieve maatregelen te nemen en waarborgen dat actuele inzichten over veilig ontwerp en updaten van digitale systemen in standaarden worden vastgelegd.
3. De overheid zou een infrastructuur moeten scheppen voor gezamenlijke kennisvergaring (joint fact finding), waarin behalve publieke ook marktpartijen binnen de elektriciteitssector hun kennis delen over de kwetsbaarheden van digitalisering. Deze bundeling van deskundigheid is nodig om onafhankelijke kennis in te kunnen zetten voor een stroomvoorziening waarin de publieke belangen structureel worden behartigd.
4. De overheid zou Europese samenwerking moeten zoeken om de kwetsbaarheid van de gedigitaliseerde stroomvoorziening aan te pakken, zowel in onderzoek, via productveiligheidseisen en via Europese netcodes.

De aanbevelingen hebben betrekking op het bouwen van bruggen tussen de werelden van levering, handel, transport en distributie van elektriciteit. Digitalisering is een overkoepelend thema in de elektriciteitsvoorziening dat vraagt om een gezamenlijke aanpak.

Rapport ‘Stroomvoorziening onder digitale spanning’ (PDF)

Op 24 april organiseert de Rli een werkconferentie over dit onderwerp.

Annemieke Nijhof is lid van de Raad voor de leefomgeving en infrastructuur en voorzitter van de commissie die het advies Stroomvoorziening onder digitale spanning voorbereidde. Douwe Wielenga en Bas Waterhout zijn lid van het ondersteunende projectteam.

tags:

- - - - -

De met een * gemarkeerde velden zijn verplicht. U ziet eerst een voorbeeld en daarna kunt u uw bijdrage definitief plaatsen. Uw e-mailadres wordt niet op de site getoond. Reacties zonder achternaam worden verwijderd. Anoniem reageren alleen in uitzonderlijke gevallen in overleg met de redactie.