Maart 2026

Quantum computing voor grip op elektriciteitsnetwerk

Cyber

Aan de TU Delft ontwikkelt ir. Zeynab Kaseb quantum- en AI-algoritmes. Haar promotieonderzoek is gericht op het convergentie-probleem van traditionele rekenmethoden. Dit met het doel meer inzicht te krijgen in het energienetwerk dat sterk is veranderd door de toename van duurzame energiebronnen. Hiervoor presenteerde zij een raamwerk waarmee een complexe set vergelijkingen op opkomende quantum-hardware is op te lossen.

Het waarborgen van een veilige en efficiënte werking van ons elektriciteitsnet wordt steeds moeilijker door de energietransitie waarin elektrificatie centraal staat. Deze elektrificatie leidt namelijk tot een groot aantal extra afnemers van elektrische energie en extra toeleveranciers zoals pv-panelen en windturbines. Om het net in optimale conditie te houden en de energiestromen te beheersen, worden zogenaamde Power Flow analysis (PF-analyses) uitgevoerd. Daarbij is het noodzakelijk een reeks niet-lineaire en niet-convexe vergelijkingen op te lossen, die met het groeiende aantal afnemers en toeleveranciers alleen maar groter en complexer wordt.
De huidige methoden om deze vergelijkingen op te lossen, hebben hier een hele kluif aan. De uitdagingen liggen vooral op het gebied van schaalbaarheid en convergentie, vooral waar het gaat om grootschalige of slecht geconditioneerde netwerken. Er zijn dus nieuwe oplossingen nodig om deze PF-analyses snel en nauwkeurig te kunnen uitvoeren.
Zeynab Kaseb: ‘Mijn eerste focus richting alternatieve oplossingen lag op het gebruik van AI. Hierbij maak je gebruik van een eenvoudig model van complexere modellen. Het eenvoudige model omvat optellingen en vermenigvuldigingen van termen met bepaalde waarden die net zolang worden aangepast totdat het model geschikt is voor de toepassing. Vanuit een ander perspectief bekeken, is zo’n eenvoudig model ook te ontwikkelen door de complexe modellen te discretiseren en opnieuw optelling en vermenigvuldiging van enkele termen toe te passen, maar dan zonder specifieke waarde.’
‘Dit nieuwe perspectief zou niet alleen geschikt zijn voor implementatie in klassieke computers, maar ook voor gebruik op – toekomstige – quantum-hardware. En aangezien ik ervan uitga dat quantum computing in de toekomst net zo gewoon en toegankelijk zal zijn als onze huidige generatie computers, vind ik het belangrijk om ons met dit onderzoek voor te bereiden op het quantum-tijdperk.’

Ir. Zeynab Kaseb bij quantum-techniek leverancier D-Wave Systems in Canada.

Raamwerk

Met haar team ontwikkelde Kaseb in een door het NWO gefinancierd project, het zogenaamde ‘adiabatische quantum computing algoritme’. De eerste adiabatische quantum computing-aanpak voor efficiënte PF-analyse ter wereld. Kaseb: ‘Onze belangrijkste bijdragen zijn ten eerste een combinatorisch PF-algoritme en een aangepaste versie die aansluit bij de principes van PF-analyse, het zogenaamde ‘adiabatische quantum-PF-algoritme’ (AQPF). Beide maken gebruik van ‘quadratic unconstrained binary optimization’ (QUBO) en Ising-model formuleringen. Een tweede bijdrage betreft een schaalbaarheidsstudie van het AQPF-algoritme en tot slot een uitbreiding van het AQPF-algoritme om grotere problemen te verwerken met behulp van een gepartitioneerde aanpak.’
Het raamwerk heeft inmiddels bewezen efficiënt oplossingen te kunnen vinden voor combinatorische problemen. Hiermee is het mogelijk geschikt om de beperkingen van de huidige methoden voor PF-analyse op te lossen. Kaseb: ‘Het vinden van dit bewijs was echter een uitdaging apart, omdat de toegankelijkheid tot quantum computers nog beperkt en bovendien kostbaar is.’

Samenwerken

Van quantum-techniek leverancier D-Wave Systems (Canada) kreeg ze als ontwikkelaar één minuut rekentijd per maand, wat echter niet voldoende was voor dit experiment. Gelukkig liep er ook een langetermijn-onderzoeksproject met Fujitsu Limited op quantum CFD in Delft. In het verlengde van deze samenwerking was het mogelijk een proof-of-concept te regelen. Hiermee kon ze experimenteren op een digitaal annealing-platform (zie kader). Ook het Jülich Supercomputing centre in Duitsland gaf toegang tot hun D-Wave Advantage Systeem, waardoor het team de mogelijkheid kreeg het ook op echte quantum-hardware te testen.
De resultaten tonen de effectiviteit en hoge nauwkeurigheid van het voorgestelde AQPF-algoritme aan en het potentieel om het PF-analyseproces te versnellen met behulp van quantum- en quantum-geïnspireerde platforms. Vooral bij het verwerken van slecht geconditioneerde netwerken.

Toekomst

Na het testen van het quantum raamwerk in de zogenoemde hardware-in-the-loop opstelling binnen het Electrical Sustainable Power Lab van de TU Delft – zij was de eerste in Europa die dit deed – heeft Kaseb het werk uitgebreid. ‘We hebben het onder andere getest met ruim duizend knooppunten; huizen/gebouwen. Een realistisch aantal voor de opzet van ons elektriciteitsnet. Het belangrijkste doel is nu om via dit raamwerk knelpunten in het elektriciteitsnet te vinden en op te lossen, zodat de voortdurende veranderingen binnen dit net – bijvoorbeeld wanneer iemand pv-panelen of een elektrische auto aanschaft – geen problemen oplevert voor de netstabiliteit en de beschikbaarheid.’
Inmiddels is haar paper over dit raamwerk gepubliceerd en wordt er onder andere met Alliander gewerkt aan integratie van het model in de praktijk.

Digitale Annealer

De digitale annealer is een computersysteem van Fujitsu dat een quantum-geïnspireerde architectuur gebruikt om complexe, grootschalige optimalisatieproblemen op te lossen die te moeilijk zijn voor klassieke computers. Het systeem vormt hiermee een alternatief voor quantum-technologie.

Informatie: VVplus-Fujitsu