Download GRID Feedback 2002 No.2 - Delft Center for Systems and ...
Download GRID Feedback 2002 No.2 - Delft Center for Systems and ...
Download GRID Feedback 2002 No.2 - Delft Center for Systems and ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
FEEDBACK<br />
PERIODIEK<br />
van het<br />
GENOOTSCHAP<br />
REGELTECHNIEK<br />
INGENIEURS<br />
DELFT<br />
Jaargang 13, nummer 2, november <strong>2002</strong>
Inhoud<br />
Van het bestuur en redactie 3<br />
Oprichting <strong>Delft</strong> <strong>Center</strong> <strong>for</strong> <strong>Systems</strong> <strong>and</strong> Control 5<br />
The Evolution of Intelligent Control 7<br />
Ordina – Not the Ordinary 13<br />
Modelleren en Optimaliseren van Bioprocessen 17<br />
De Liberalisering van de Nederl<strong>and</strong>se Elektriciteitsmarkt 24<br />
Voorspellend besturingsmodel voor de zuivelproductie krijgt subsidie van Senter 30<br />
Sportdag 33<br />
Personalia 35<br />
Afstudeerders 35<br />
Colofon<br />
Bestuur <strong>GRID</strong> Co van Eijkelenburg, voorzitter<br />
Ben Klaassens, secretaris<br />
Onno Nouwen, penningmeester<br />
Ger Honderd<br />
Robert van Amerongen<br />
Leo de Keizer<br />
André van der Ham<br />
Jelmer Braaksma<br />
Redactie <strong>Feedback</strong> Ger Honderd, Ben Klaassens,<br />
Robert van Amerongen, Kitty Dukker<br />
Secretariaat- en<br />
redactieadres Faculteit In<strong>for</strong>matietechnologie en Systemen<br />
Opleiding Elektrotechniek<br />
Control <strong>Systems</strong> Engineering<br />
Postbus 5031<br />
2600 GA <strong>Delft</strong><br />
Postrekening 6065902<br />
Tel. 015-2785119<br />
Fax. 015-2786679<br />
Email: j.b.klaassens@its.tudelft.nl<br />
web: http://Icewww.et.tudelft.nl/~klaassens/<br />
grid/cent_grid.htm<br />
Abonnement FEEDBACK is het periodiek van <strong>GRID</strong>. Alle leden en aspirantleden ( te<br />
weten alle studenten van de werkeenheid Regeltechniek) van <strong>GRID</strong> krijgen<br />
FEEDBACK toegezonden. Lidmaatschap van <strong>GRID</strong> staat open voor alle<br />
afgestudeerden van de basiseenheid Regeltechniek van de Faculteit<br />
In<strong>for</strong>matietechnologie en Systemen. In<strong>for</strong>matie over Grid is te krijgen bij het<br />
secretariaat.<br />
2
Van het bestuur en redactie<br />
Na de aankondiging in het vorige nummer van <strong>Feedback</strong> over de reorganisatie van<br />
het vakgebied van de regeltechniek aan onze TUD, is er weinig respons gekomen<br />
van onze leden.<br />
In zijn reactie geeft prof. Piet de Jong (afgestudeerd in 1966) aan dat juist in de<br />
relatie met het vakgebied der regeltechniek, de dynamica van systemen van cruciale<br />
betekenis is. Omdat de TUD midden in een dynamische wereld staat, is het niet<br />
vreemd dat ook de oorspronkelijk succesvolle faculteit- en vakgroepindeling in deze<br />
tijd sterk ter discussie komt te staan. In zijn reactie bepleit Piet voor een<br />
“beweeglijkheid” van mensen in bedrijven en organisaties, inclusief universiteiten<br />
door vooral jonge mensen op de voorgrond te zetten om die beweeglijkheid inhoud te<br />
geven. Zoals hij het stelt: snelheid van ver<strong>and</strong>eren wordt bepaald door de (on-)<br />
beweeglijkheid van mensen. Het lijkt hem op zich heel gezond als er een aantal<br />
speerpunten worden gedefinieerd, waarna daarop de sterkte van de groep wordt<br />
geconcentreerd. Dat daarbij doorgroei of continuïteit van besta<strong>and</strong>e vakgroepen ter<br />
discussie komt te staan of in een <strong>and</strong>ere setting worden gezien, is dat<br />
onoverkomelijk? Zijn advies is dat zo h<strong>and</strong>ig mogelijk te doen en mogelijke<br />
persoonlijke problemen door goede regelingen (!) tot oplossing te brengen.<br />
Dank voor deze reactie van een deskundige uit zowel de industriële wereld als uit de<br />
universiteit. In dit nummer vindt u de visie van onze nieuwe jonge hoogleraar Michel<br />
Verhaegen, waarin hij een prognose geeft over de toekomst.<br />
In elk geval heeft deze ver<strong>and</strong>erde structuur direct effect op onze alumnivereniging<br />
<strong>GRID</strong>. Daarover is de afgelopen ma<strong>and</strong>en in diverse gremia gesproken. De mening<br />
van de tot nu gepolste hoogleraren van de faculteiten OCP en TNW is, dat ernaar<br />
gestreefd dient te worden om de huidige organisatie <strong>GRID</strong> te vervangen door een<br />
alumnivereniging met een brede basis van regeltechnisch afgestudeerden aan de<br />
TUD. Wij hopen dit punt uitdrukkelijk met u allen te kunnen bespreken op de<br />
aansta<strong>and</strong>e jaarvergadering, die op 15 november wordt gehouden, in combinatie met<br />
een excursie bij TNO-Automotive in <strong>Delft</strong>. Van harte nodig ik u uit deze bijeenkomst<br />
bij te wonen, zowel voor de belangrijke punten die staan te gebeuren voor <strong>GRID</strong><br />
maar niet minder gezien het fascinerende inhoudelijke beeld dat door medewerkers<br />
van TNO zal worden gegeven op de ontwikkeling van het verkeer in de toekomst,<br />
met demonstraties van futuristische auto’s.<br />
In dit nummer heeft de redactie voor u een cocktail aan interessante bijdragen<br />
verzameld. Na de toekomstvisie van Michel Verhaegen is er een bijdrage van Robert<br />
Babuška. Robert heeft onlangs voor de hoogleraren van ITS een presentatie<br />
gegeven van het onderzoek op de vakgroep Regeltechniek (huidige naam:<br />
Werkeenheid), dit ter gelegenheid van zijn benoeming tot Anthonie-van-<br />
Leeuwenhoek hoogleraar. Rob Kempers presenteert zijn TWAIO-onderzoek, terwijl<br />
onze penningmeester Onno Nouwen inzicht geeft in het marketing beleid van de<br />
elektriciteitswereld. In het kader van mijn bemoeienis met de EZ-organisatie<br />
SENTER is ook een in<strong>for</strong>matief stukje opgenomen over het werk, in regeltechnisch<br />
verb<strong>and</strong>, binnen deze organisatie. Op 5 juni is door Verstelregel weer een sportdag<br />
georganiseerd. Het verslag treft u aan in dit nummer. In de personele rubriek staat<br />
het 40-jarige TU-jubileum van Daan Noteboom op 1 september <strong>2002</strong>. Een terechte<br />
huldiging voor een bijzonder mens, hulpvaardig en bereid problemen op<br />
computergebied voor een ieder te helpen oplossen Daarnaast hebben we recentelijk<br />
weer een promotie gehad: Hans Roubos is op 25 september doctor in de Technische<br />
3
Wetenschappen geworden op zijn onderzoek naar de modelvorming en regeling van<br />
biotechnologische processen.<br />
Het bestuur wenst u weer een paar momenten leesplezier en zal het zeer op prijs<br />
stellen reacties van u te vernemen. Maar vooral: noteert u vast de <strong>GRID</strong>-excursie<br />
annex jaarvergadering op vrijdagmiddag, 15 november a.s.<br />
Met vriendelijke groeten,<br />
namens het <strong>GRID</strong>-bestuur,<br />
Ger Honderd.<br />
4
Oprichting <strong>Delft</strong> <strong>Center</strong> <strong>for</strong> <strong>Systems</strong> <strong>and</strong> Control<br />
door Michel Verhaegen<br />
In de strategienota “Engineering The Future” van de TU <strong>Delft</strong> wordt het strategisch<br />
belang van het kennisgebied “Mechatronics <strong>and</strong> Control” duidelijk in de verf gezet.<br />
Op basis van deze nota heeft het CvB, de drie regeltechniek groepen van de<br />
faculteiten ITS 1 , TNW 2 en OCP 3 uitgenodigd om de groepen te bundelen in een<br />
nieuw centrum dat ingehuisd zal worden bij OCP.<br />
De drie hoogleraren Prof. Okko Bosgra, Prof. Paul van den Hof en Prof. Michel<br />
Verhaegen van de betrokken groepen en hun medewerkers staan positief tegenover<br />
deze uitnodiging. Dit vooral omdat zij nieuwe mogelijkheden en uitdagingen zien in<br />
deze bundeling. Van de vele mogelijkheden worden hier kort een viertal aangestipt.<br />
Ten eerste zal de nieuwe groep nu als eenheid de ‘markt’ op het gebied van de<br />
regeltechniek binnen en buiten de universiteit kunnen bedienen. In dit gezamenlijk<br />
optreden zullen de expertise gebieden van de groepen elkaar kunnen versterken<br />
daar waar er overlap bestond en zal een betere afstemming gemaakt kunnen worden<br />
in de keuze van nieuw te exploiteren werkterreinen.<br />
Ten tweede is de bundeling een gevolg van het generieke karakter van het<br />
regeltechnisch vakgebied. Daarom vormde dit vakgebied voor geen van de<br />
genoemde faculteiten een gezichtsbepalende activiteit. De bundeling zal toelaten om<br />
hierin in de toekomst ver<strong>and</strong>ering aan te brengen. Dit omdat de gebundelde<br />
regeltechniek groepen een toonaangevende rol zullen spelen in het opzetten en<br />
uitbouwen van het speerpunt “Mechatronics <strong>and</strong> Microsystems” van de universiteit.<br />
De bundeling maakt het mogelijk een belangrijke traditie van de drie groepen die hen<br />
wereldbekendheid heeft gegeven verder te zetten. In deze traditie wordt naast<br />
fundamenteel georiënteerd onderzoek, waarbij nieuwe rekenmethoden worden<br />
ontwikkeld voor systeem- en regeltheoretische problemen, ook innovatief<br />
toepassingsgericht onderzoek verricht om de ontwikkelde methoden te valideren in<br />
gebieden zoals de biotechnologie, de proces-, vliegtuig-, voertuig- industrie.<br />
Ten derde zal op een meer efficiënte manier de beschikbare capaciteit van de drie<br />
groepen ingezet kunnen worden om het bachelors onderwijs op het gebied van de<br />
regeltechniek aan de verschillende faculteiten in <strong>Delft</strong> te vernieuwen en te<br />
verbeteren. Deze vernieuwing, die bijvoorbeeld het opzetten van computer assisted<br />
lecturing omvat, is zeer arbeidsintensief. Zij is echter noodzakelijk om het vaak<br />
abstracte onderwijs in de regeltechniek aantrekkelijk en inzichtelijk te maken. De<br />
expertise en de onderwijsvernieuwing binnen de gebundelde regeltechniek groepen<br />
vormen belangrijke troeven om dit onderwijs op bachelors niveau aan de <strong>and</strong>ere<br />
‘zuster’-faculteiten ITS en TNW te blijven verzorgen.<br />
1<br />
Waarvan de voormalige faculteit Elektrotechniek deel uitmaakt.<br />
2<br />
Waarvan de voormalige faculteit Natuurkunde deel uitmaakt.<br />
3<br />
Die de voormalige faculteit Werktuigbouw omvat.<br />
5
Ten vierde heeft de bundeling de weg vrijgemaakt voor de oprichting van de nieuwe<br />
Master’s opleiding ‘<strong>Systems</strong> <strong>and</strong> Control’. Deze nieuwe opleiding zal in het academie<br />
jaar 2003-2004 voor het eerst van start gaan. Het doel van de gebundelde groepen is<br />
om deze nieuwe opleiding te laten uitgroeien tot een nationaal- en internationaal<br />
hooggewaardeerde kweekvijver van toptalent. De systeembenadering die als een<br />
rode draad doorheen de verschillende vakken van deze opleiding zal lopen, zal een<br />
belangrijke troef blijven van de polyvalent opgeleide afgestudeerde om in zeer<br />
verschillende bedrijfssectoren van de Nederl<strong>and</strong>se en Europese industrie een<br />
leidinggevende management of onderzoek functie te (blijven) vervullen.<br />
Naast de ontegensprekelijke meerwaarde die deze bundeling bezit, brengt ze ook<br />
extra verantwoordelijkheden met zich mee die met zorg ter harte zullen worden<br />
genomen. Op zowel onderwijs als onderzoeksgebied in de regeltechniek zullen de<br />
zusterfaculteiten ITS en TNW in hun behoefte voorzien dienen te blijven worden.<br />
Continue overleg en afstemming met de belanghebbende studenten en hun<br />
onderwijsdirecteuren enerzijds en de onderzoeksgroepen <strong>and</strong>erzijds vormen een<br />
belangrijke uitdaging voor het management van de nieuw gebundelde groepen.<br />
Afspraken zullen gemaakt worden over de voortzetting van het kwalitatief<br />
hoogwaardig regeltechnisch onderwijs bij ITS en TNW. Deze afspraken zullen de<br />
eindtermen vastleggen, waardoor de studenten van deze zusterfaculteiten ‘seamless’<br />
kunnen doorstromen naar de Master’s opleiding in <strong>Systems</strong> <strong>and</strong> Control. Goede<br />
afspraken is één zaak, ze invullen op een blijvende en kwalitatief hoogsta<strong>and</strong>e<br />
manier is een <strong>and</strong>ere niet te verwaarlozen zaak. Ze vormt een belangrijke uitdaging<br />
voor de leidinggevende Prof. Verhaegen en Prof. Van de Hof van de nieuwe groep.<br />
Op dit moment wordt de laatste h<strong>and</strong> gelegd aan de ver<strong>and</strong>erplannen die een<br />
concrete uitwerking moeten geven aan de bundeling. Hoe het centrum precieze vorm<br />
zal krijgen zal de toekomst uitwijzen. Wat we nu reeds kunnen verklappen is de<br />
naamgeving die recent boven het doopvont werd gehouden, nl. “<strong>Delft</strong> <strong>Center</strong> <strong>for</strong><br />
<strong>Systems</strong> <strong>and</strong> Control”, afgekort DCSC 4<br />
4<br />
Uitgesproken dee-see-es-see, om aan te geven dat er in de toekomst wel degelijk wat te zien zal zijn.<br />
6
What is intelligent control?<br />
door Robert Babuška<br />
The term ‘intelligent control’ has been introduced some three decades ago to denote<br />
a control paradigm with considerably more ambitious goals than typically used in<br />
conventional automatic control. While conventional control methods require more or<br />
less detailed knowledge about the process to be controlled (in the <strong>for</strong>m of a<br />
mathematical model), an intelligent system should be able to autonomously control<br />
complex, poorly understood processes such that some well-defined goal can be<br />
achieved. It should also cope with unanticipated changes in the process or its<br />
environment, learn from past experience, actively acquire <strong>and</strong> organize knowledge<br />
about the surrounding world <strong>and</strong> plan its future behavior. Given these highly<br />
ambitious goals, clearly motivated by the wish to replicate the most prominent<br />
capabilities of our human brain, it is perhaps not so surprising that no truly intelligent<br />
control system has been implemented to date.<br />
In the current literature on control, the word ‘intelligent’ is often used as a general<br />
label <strong>for</strong> techniques originating from the field of artificial intelligence (AI), which are<br />
intended to replicate some of the key components of intelligence, such as reasoning,<br />
learning, etc. Among these techniques are artificial neural networks, expert systems,<br />
fuzzy logic systems, genetic algorithms <strong>and</strong> various combinations of these tools.<br />
While in some cases, these techniques really add some truly intelligent features to<br />
the system, in other situations they are merely used as an alternative way to<br />
represent a fixed nonlinear control law, process model or uncertainty. In this latter<br />
case, we cannot speak of any direct contribution to a higher degree of machine<br />
intelligence, but this does not mean that these methods are not useful. The opposite<br />
is true - intelligent techniques have enriched the area of control by employing<br />
alternative representation schemes <strong>and</strong> <strong>for</strong>mal methods to incorporate extra relevant<br />
in<strong>for</strong>mation that cannot be used in the st<strong>and</strong>ard control-theoretic framework of<br />
differential <strong>and</strong> difference equations. For instance, fuzzy control is an example of a<br />
rule-based representation of human knowledge <strong>and</strong> the corresponding deductive<br />
processes. Artificial neural networks can realize complex learning <strong>and</strong> adaptation<br />
tasks by imitating the function of biological neural systems.<br />
In the rest of this article, the key features of these methods are first briefly described.<br />
Then, an overview is given of the current research at Regeltechniek in the area of<br />
‘Intelligent Modeling <strong>and</strong> Control’. Finally, some perspectives <strong>for</strong> future developments<br />
in this field are outlined.<br />
Techniques<br />
The Evolution of Intelligent Control<br />
Fuzzy logic systems describe relations by means of if-then rules, such as ‘if heating<br />
valve is open then temperature is high.’ The ambiguity (uncertainty) in the definition<br />
of the linguistic terms (e.g., high temperature) is represented by using fuzzy sets,<br />
which are sets with overlapping boundaries, see Figure 1. In the fuzzy set framework,<br />
7
a particular domain element can simultaneously belong to several sets, with different<br />
degrees of membership. For instance, t = 20 o C belongs to the set of High<br />
temperatures with membership 0.4 <strong>and</strong> to the set of Medium temperatures with<br />
membership 0.2. This gradual transition from membership to non-membership<br />
facilitates a smooth outcome of the reasoning (deduction) with fuzzy if-then rules; in<br />
fact a kind of interpolation.<br />
Figure 1: Partitioning of the temperature domain into three fuzzy sets.<br />
Fuzzy logic systems are a suitable framework <strong>for</strong> representing qualitative knowledge,<br />
either provided by human experts (knowledge-based fuzzy control) or automatically<br />
acquired from data (rule induction, learning). In the latter case, fuzzy clustering<br />
algorithms are often used to partition data into groups of similar objects. Fuzzy sets<br />
<strong>and</strong> if-then rules are then induced from the obtained partitioning, see Figure 2. In this<br />
way, a compact, qualitative summary of a large amount of possibly high-dimensional<br />
data is generated. To increase the flexibility <strong>and</strong> representational power, local<br />
regression models can be used in the conclusion part of the rules (the so-called<br />
Takagi-Sugeno fuzzy system).<br />
Figure 2: Fuzzy clustering can be used to extract qualitative if-then rules<br />
from numerical data.<br />
Artificial Neural Networks are simple models imitating the function of biological<br />
neural systems. While in fuzzy logic systems, in<strong>for</strong>mation is represented explicitly in<br />
8
the <strong>for</strong>m of if-then rules, in neural networks, it is implicitly ‘coded’ in the network <strong>and</strong><br />
its parameters. In contrast to knowledge-based techniques, no explicit knowledge is<br />
needed <strong>for</strong> the application of neural nets. Their main strength is the ability to learn<br />
complex functional relations by generalizing from a limited amount of training data.<br />
Neural nets can be used, <strong>for</strong> instance, as (black-box) models <strong>for</strong> nonlinear,<br />
multivariable static <strong>and</strong> dynamic systems <strong>and</strong> can be trained by using input-output<br />
data observed on the system.<br />
Figure 3: Multi-layer artificial neural network.<br />
Figure 3 shows the most common artificial feed<strong>for</strong>ward neural network, which<br />
consists of several layers of simple nonlinear processing elements called neurons,<br />
inter-connected through adjustable weights. The in<strong>for</strong>mation relevant to the inputoutput<br />
mapping of the net is stored in these weights. There are many other network<br />
architectures, such as multi-layer recurrent nets, Hopfield networks, or self-organizing<br />
maps. Neural networks <strong>and</strong> fuzzy systems are often combined in neuro-fuzzy<br />
systems, which effectively integrate qualitative rule-based techniques with datadriven<br />
learning.<br />
Genetic algorithms are r<strong>and</strong>omized optimization techniques inspired by the<br />
principles of natural evolution <strong>and</strong> survival of the fittest. C<strong>and</strong>idate solutions to the<br />
problem at h<strong>and</strong> are coded as strings of binary or real numbers. The fitness (quality,<br />
per<strong>for</strong>mance) of the individual solutions is evaluated by means of a fitness function,<br />
which is defined externally by the user or another higher-level algorithm. The fittest<br />
individuals in the population of solutions are reproduced, using genetic operators like<br />
the crossover <strong>and</strong> mutation. In this way, a new, generation of fitter individuals is<br />
obtained <strong>and</strong> the whole cycle starts again (Figure 4). Genetic algorithms proved to be<br />
effective in searching high-dimensional spaces <strong>and</strong> have found applications in a large<br />
number of domains, including the optimization of model or controller structures, the<br />
tuning of parameters in nonlinear systems, etc.<br />
Current Research <strong>and</strong> Applications at Regeltechniek<br />
Research in the area of intelligent control has a long tradition at Regeltechniek. The<br />
pioneering work prof. van Nauta Lemke <strong>and</strong> his co-workers was focused on<br />
knowledge-based fuzzy control <strong>and</strong> fuzzy decision making. More recently, the<br />
9
attention has shifted toward data-driven fuzzy <strong>and</strong> neuro-fuzzy modeling <strong>and</strong><br />
nonlinear model-based control.<br />
Figure 4: Genetic algorithms are based on a simplified simulation of the<br />
natural evolution cycle.<br />
The importance of effective model building tools <strong>for</strong> control can hardly be<br />
underestimated. Virtually all advanced control techniques require a reasonably<br />
accurate dynamic model of the plant. It is well known that the development of a<br />
nonlinear control-oriented model consumes a considerable part of the total project<br />
time <strong>and</strong> ef<strong>for</strong>t. By using fuzzy identification techniques, transparent <strong>and</strong> interpretable<br />
nonlinear models can be obtained through effectively combining partial physical<br />
knowledge with process data (gray-box modeling). Learning methods <strong>for</strong> fuzzy<br />
models have been developed that preserve semantic interpretability <strong>and</strong><br />
transparency under numerical optimization of parameters in these systems.<br />
Our current research in the area of nonlinear model-based control proceeds along<br />
four basic lines: 1. robust gain-scheduling (automated identification of operating<br />
points <strong>and</strong> scheduling functions, robust local <strong>and</strong> global design), 2. predictive control<br />
(development of effective optimization techniques, robustness issues), 3. faulttolerant<br />
control (consolidation of signals from redundant sensors, analytical<br />
redundancy, soft sensors), 4. self-tuning <strong>and</strong> adaptive control systems <strong>for</strong> partly<br />
unknown <strong>and</strong> time-varying systems (supervision of adaptation, identification of<br />
nonlinear actuator characteristics).<br />
The main current application domains are bioprocess industry (modeling <strong>and</strong><br />
adaptive control) <strong>and</strong> fly-by-wire aircraft control systems (gain-scheduling <strong>and</strong> faulttolerant<br />
control). The previous issue of <strong>Feedback</strong> included articles describing some<br />
of these activities in on going projects. Application examples from some of the past<br />
projects are: decision-support systems <strong>for</strong> various industrial processes (Henkel,<br />
Vermeer), nonlinear predictive controllers <strong>for</strong> indoor climate control (TNO Bouw),<br />
10
nonlinear identification <strong>and</strong> pattern recognition in biomedical applications (Erasmus<br />
Medical <strong>Center</strong>), etc<br />
Future perspectives<br />
At this moment, the term ‘intelligent control’ is more like an umbrella <strong>for</strong> various<br />
modeling, control <strong>and</strong> optimization techniques replicating some aspects of biological<br />
intelligence, rather than a compact research discipline aiming at the development of<br />
systems with a high degree of machine intelligence. The progress in the development<br />
of truly intelligent control systems has been slower than the prominent researchers in<br />
the field predicted. There may be various reasons <strong>for</strong> this:<br />
High per<strong>for</strong>mance, low cost<br />
Automatic control, although hidden from the user, is present practically everywhere -<br />
in our homes, industry, communication systems, cars, etc. In many applications,<br />
control systems are becoming mission critical; a failure of the control system often<br />
means a failure of the system as a whole. Consequently, severe requirements are<br />
being imposed on the per<strong>for</strong>mance of control systems (ultimate stability <strong>and</strong><br />
robustness, high accuracy <strong>and</strong> sampling rates, guaranteed real-time per<strong>for</strong>mance,<br />
etc.). On top of this, the development <strong>and</strong> production costs are kept as low as<br />
possible. As a consequence, we often build systems with the minimal possible<br />
number of sensors, actuators, etc., leaving little space <strong>for</strong> additional intelligent<br />
features.<br />
In contrast to the above, intelligent biological systems do not seem to be driven by<br />
this greedy strategy of low-cost, optimal, fail-safe per<strong>for</strong>mance <strong>and</strong> high accuracy at<br />
each <strong>and</strong> every step toward the final goal. Instead, they adaptively focus <strong>and</strong> defocus<br />
attention, conduct deliberate explorative actions that temporarily worsen the<br />
per<strong>for</strong>mance, but on the long term lead to improvement, unwillingly make mistakes<br />
that eventually facilitate more effective learning. By judging novel control paradigms<br />
according to established per<strong>for</strong>mance criteria <strong>and</strong> stability analysis methods, we may<br />
actually be hampering the progress in the field. What we may need to introduce are<br />
modified or refined per<strong>for</strong>mance requirements <strong>and</strong> criteria to assess intelligent control<br />
systems.<br />
Generic tools<br />
One of the main drivers in control theory is the development of generic tools,<br />
independent of the application domain. Consequently, control algorithms <strong>and</strong> design<br />
techniques are applicable to classes of systems, characterized by the dynamic<br />
properties of the mathematical model, thus abstracting from the actual physical<br />
process. This allows control engineers to reuse similar control concepts in completely<br />
different domains <strong>and</strong> without having detailed knowledge of the application. This<br />
approach obviously has many advantages, but it also imposes some limitations on<br />
the obtained solutions. First of all, no process exactly fits in one particular class (e.g.,<br />
linear time-invariant, nonlinear input-affine, Hammerstein, Wiener, etc.) <strong>and</strong> thus<br />
approximations <strong>and</strong> simplifying assumptions have to be made. Secondly, one tends<br />
to select the control structure at an early stage, often on the basis of limited a priori<br />
in<strong>for</strong>mation. The choice is then done based on one's background <strong>and</strong> experience<br />
from previous projects, without seriously considering other solutions.<br />
11
A possible future direction is to focus on the development of design-support tools that<br />
will automatically generate alternative solutions (models, controllers) to the problem<br />
at h<strong>and</strong>. By means of an autonomous commissioning system, several of these<br />
solutions could then be deployed simultaneously in some kind of self-organizing<br />
controller (by using evolutionary programming, <strong>for</strong> instance). A step further would be<br />
the integration of this concept with the design of the process itself.<br />
Sensors <strong>and</strong> cognition<br />
Biological organisms are equipped with a highly efficient, redundant system <strong>for</strong><br />
sensing the environment, processing <strong>and</strong> storing the acquired in<strong>for</strong>mation. This is<br />
something we still can only dream of in the case of man-made systems. Clearly, a<br />
major progress can only be achieved with the use of new, much more af<strong>for</strong>dable<br />
sensor technologies. However, along with better sensors, we need to develop tools<br />
<strong>for</strong> interpreting the acquired data <strong>and</strong> storing them in the <strong>for</strong>m of knowledge.<br />
Step by step?<br />
AI techniques, such as neural networks, fuzzy logic, genetic algorithms, etc., have<br />
undoubtedly contributed to the progress of automatic control by gradually extending<br />
the functionality of more traditional control systems. However, the intriguing question<br />
is whether these small incremental improvements in control will eventually lead to the<br />
synthesis of truly intelligent systems. Some believe they will, others argue that this is<br />
like trying to build an airplane by successively improving the car engine. It is difficult<br />
to predict the future developments, but, at this moment, it seems quite certain that <strong>for</strong><br />
the next several decades, intelligent control will remain one of the most challenging<br />
fields of engineering <strong>and</strong> science.<br />
Contact: r.babuska@its.tudeft.nl, http://Lcewww.et.tudelft.nl/~babuska<br />
Further reading<br />
Harris, C.J., C.G. Moore <strong>and</strong> M. Brown (1993). Intelligent Control, Aspects of Fuzzy<br />
Logic <strong>and</strong> Neural Nets. World Scientific, Singapore.<br />
Haykin, S. (1994). Neural Networks. Macmillan Maxwell International, New York.<br />
Jang, J.-S.R., C.-T. Sun <strong>and</strong> E. Mizutani (1997). Neuro-Fuzzy <strong>and</strong> Soft Computing; a<br />
Computational Approach to Learning <strong>and</strong> Machine Intelligence. Prentice-Hall,<br />
Upper Saddle River.<br />
Klir, G.J. <strong>and</strong> B. Yuan (1995). Fuzzy sets <strong>and</strong> fuzzy logic; theory <strong>and</strong> applications.<br />
Prentice Hall, Upper Saddle River.<br />
Passino, K. M. <strong>and</strong> S. Yurkovich (1998). Fuzzy Control. Addison-Wesley,<br />
Massachusetts.<br />
Zurada, Jacek M., Robert J. Marks II <strong>and</strong> Charles J. Robinson (Eds.) (1994).<br />
Computational Intelligence: Imitating Life. IEEE Press, Piscataway, NJ.<br />
12
Introductie Rob Kemper<br />
door Rob Kemper<br />
Rob Kemper, afgestudeerd bij de vakgroep regeltechniek in 1996 en<br />
daarna twee jaar in dienst geweest als Twaio Mechatronica, is sinds<br />
juni 1999 in dienst bij Ordina Technical Automation in <strong>Delft</strong>. Na André<br />
van der Ham in de <strong>Feedback</strong> van begin <strong>2002</strong>, geeft ook hij - als<br />
alternatief op “de 11 vragen” - een kijk op het bedrijf waar hij werkt en<br />
het werk dat hij nu doet.<br />
Introductie Ordina<br />
Ordina is een (beursgenoteerde) dienstverlener voor In<strong>for</strong>matie en Communicatie<br />
Technologie (ICT) en heeft op dit moment ruim 4000 medewerkers. Ik werk zelf bij<br />
het onderdeel Ordina Technical Automation (TA). Dit is een autonome<br />
werkmaatschappij binnen de Ordina groep met zo’n 220 medewerkers en met<br />
vestigingen in Bilthoven, Deventer, Eindhoven en <strong>Delft</strong>. TA is één van de<br />
marktleiders op het gebied van technische software ontwikkeling. Speerpunten hierbij<br />
zijn het ontwikkelen van:<br />
?? productsoftware (embedded software in de eindproducten van de klanten)<br />
?? productiesoftware (technische software voor industriële toepassingen)<br />
?? technische applicaties (applicaties met een sterke bèta component zoals<br />
natuurkundige of regeltechnische algoritmen)<br />
Hoe kom ik bij Ordina terecht?<br />
Tijdens de eindfase van mijn Twaio opleiding vonden de jaarlijkse bedrijvendagen bij<br />
Elektrotechniek plaats. Daar heb ik kennis gemaakt met veel verschillende bedrijven,<br />
die allemaal wel iets interessants te bieden hadden. Dat maakte de keuze niet<br />
gemakkelijker. Ik wilde daarom eerst bij een detacheringbedrijf beginnen: je krijgt dan<br />
immers de kans om overal op projectbasis in de keuken te kijken. Het<br />
detacheringbedrijf dat er op dat moment uitsprong, was High Tech Automation, wat<br />
toen al onderdeel van Ordina was en nu dus Ordina Technical Automation heet. Het<br />
klikte eigenlijk meteen: interessant werk, aardige mensen en lekker dichtbij. Ik ben<br />
overigens niet de enige TU’er van Regeltechniek die bij Ordina TA werkt, op dit<br />
moment zijn er 6 oud-Regeltechniekers werkzaam in <strong>Delft</strong>, dus over de collega’s<br />
niets te klagen…<br />
Verleden<br />
Ordina – Not the Ordinary<br />
Toen ik begon bij TA, hoefde ik niet lang te wachten op een geschikt project: binnen<br />
3 dagen was er een leuke opdracht gevonden. Voor een bedrijf in Petten moest de<br />
besturingssoftware worden ontwikkeld voor het vullen van medicijncapsules met<br />
radioactief jodium. Het besturingssysteem stuurt hiervoor een afvulunit, twee<br />
draaiplateaus en een eenvoudige pneumatische robotarm aan. Het ging hier om een<br />
13
PLC applicatie, dus geen pure regeltechniek, maar meer logisch denken. Aangezien<br />
ik altijd al een zwak heb gehad voor robotbesturingen, paste dit perfect. Tussendoor<br />
heb ik voor hetzelfde bedrijf een tweede PLC besturing gemaakt (ik was er toch) en<br />
wel voor de controle van de kwaliteit van z<strong>and</strong> in een enorme z<strong>and</strong>winninginstallatie.<br />
Hierna kwam ik voor het eerst in aanraking met de defensietak. Voor een bedrijf in<br />
Zoetermeer heb ik gewerkt aan een systeem waarmee door middel van ingegraven<br />
sensoren gedetecteerd kan worden waar auto’s, personen en tanks zich bevinden,<br />
waarna deze gegevens draadloos naar het basisstation worden verzonden en daar<br />
op een geografische kaart geprojecteerd worden. Mijn werkzaamheden hadden<br />
vooral betrekking op de problemen met de communicatie protocollen (alle 7 OSI<br />
lagen).<br />
Wat ook te maken heeft met telecommunicatie, is de nieuwe telefooncentrale van de<br />
Tweede Kamer. Deze nieuwe centrale werd naast een oud pager systeem<br />
gehangen. Ze spraken beide weliswaar dezelfde taal, maar gebruikten verschillende<br />
grammatica. Er moest dus er een convertor gemaakt worden. Dit systeem (deels<br />
embedded, deels PC applicatie) hebben we in de kelder van de Tweede Kamer<br />
geïnstalleerd, en het draait sinds de ingebruikname nog steeds zonder problemen.<br />
Het is een erg leuk idee dat als iem<strong>and</strong> de premier wil oproepen, dit door ‘mijn’<br />
systeem op zijn pager verschijnt.<br />
Hierna volgde mijn eerste echt grote opdracht, bij de Koninklijke Nederl<strong>and</strong>se<br />
Marine. Ik maakte toen door middel van dit project kennis met simulatoren, iets wat<br />
Ordina TA vaak doet en wat ik zelf ook erg interessant vind. Voor de Marine is een<br />
simulator gemaakt van de technische centrale van het M-Fregat. In deze centrale<br />
wordt de toest<strong>and</strong> van alle technische installaties van het M-Fregat in de gaten<br />
gehouden. Ik heb me beziggehouden met de low-level modellering van onder <strong>and</strong>ere<br />
de dieselmotoren, hun regelsystemen en de voortstuwingsregelingen. Natuurlijk moet<br />
het gedrag van de modellen onder normale bedrijfsvoering niet van echt te<br />
onderscheiden zijn, maar de uitdaging lag vooral in het modelleren van allerlei<br />
foutscenario’s, zoals br<strong>and</strong> in een gasturbine of het uitvallen van een<br />
dieselgenerator. Uiteindelijk was het een mooi compliment, dat de mariniers tijdens<br />
trainingen binnen 5 minuten met rode hoofden en bezwete ruggen comm<strong>and</strong>o’s naar<br />
elkaar aan het schreeuwen waren. ’t Is toch echt maar een spelletje…<br />
Vervolgens heb ik een jaar gewerkt bij een bedrijf, dat glastuinbouwautomatisering<br />
ontwikkelt. Denk hierbij bijvoorbeeld aan klimaatregelingen, bewateringsregelingen<br />
en energiemanagement. Ik heb voor dit bedrijf de infrastructuur ontworpen waarmee<br />
voor een klant een compleet regelsysteem op maat samengesteld kan worden uit<br />
losse bouwstenen (“2x bewatering, 4x ventilatie type 2, wat temperatuursensoren.<br />
Verder nog iets gewenst meneer?”). Hierbij worden de afzonderlijke regelingen in<br />
Simulink gebouwd en getest, waarna deze modules als onderdelen van een<br />
samenwerkend regelsysteem op dedicated hardware modules geplaatst worden.<br />
Vooral het werken op het grensgebied van software en hardware is mij hier erg goed<br />
bevallen.<br />
Hierna heb ik weer aan een simulatie gewerkt. Deze keer ging het niet om een<br />
marinefregat, maar om een onderdeel in een zogenaamde ‘embedded trainer’ voor<br />
piloten van gevechtstoestellen. De term ‘embedded training’ houdt in dat piloten niet<br />
14
meer plaats nemen in een simulator op de grond, maar daadwerkelijk in hun toestel<br />
vliegen en daar allerlei scenario’s voorgeschoteld krijgen met virtuele objecten.<br />
Samen met 2 collega’s heb ik een model gemaakt van een SAM (Surface to Air<br />
Missile) site, zodat de piloten tijdens de training hun defensieve h<strong>and</strong>elingen kunnen<br />
oefenen. Het gaat hier overigens om een internationaal project, waarbij onder <strong>and</strong>ere<br />
ook Duitsl<strong>and</strong>, Italië en Turkije betrokken zijn.<br />
Aangezien ik me altijd al geïnteresseerd heb voor zowel technische als niettechnische<br />
zaken, ben ik na ongeveer een jaar in de ondernemingsraad gestapt. Een<br />
ondernemingsraad is de vertegenwoordiging van de medewerkers tijdens overleg<br />
met het bestuur. Ik had op geen mooier moment in kunnen stappen: de laatste<br />
<strong>and</strong>erhalf jaar hebben we al 2 keer een nieuwe directeur en 1 maal een nieuwe<br />
bedrijfsnaam gekregen, wordt er ‘driftig’ gereorganiseerd, hebben we een<br />
harmonisatietraject gehad voor de arbeidsvoorwaarden, noem maar op. Het kost wel<br />
wat tijd natuurlijk, maar ik krijg steeds beter inzicht in de organisatiestructuur van<br />
Ordina. Bovendien krijgen we veel – voornamelijk positieve – feedback van de<br />
medewerkers, zij zijn dus wel tevreden met wat wij daar allemaal uitspoken in die<br />
vergaderzaal (nee, we praten niet alleen mee over de kleur van het fietsenhok…).<br />
Heden<br />
Op dit moment zit ik al weer enkele ma<strong>and</strong>en bij een internationale organisatie in<br />
Den Haag. Ook hier werk ik aan een simulatie, deze keer om de kwaliteit van<br />
logistieke planningen te evalueren. Er zullen gedetailleerde modellen gemaakt<br />
worden van logistieke onderdelen als havens, schepen en konvooien. De reeds<br />
aanwezige logistieke planningen zullen vervolgens omgezet worden in deze<br />
modellen. Hierna zal een generiek simulator framework, dat ook ingezet moet<br />
kunnen worden voor niet-logistieke doeleinden, deze modellen doorrekenen waarbij<br />
tevens stochastische invloeden gebruikt zullen worden. Het nieuwe systeem moet<br />
eind <strong>2002</strong> de eerste resultaten gaan opleveren. Dit project geeft mij ook de kans om<br />
meer richting systeemontwerp en teamleiding te gaan, waar toch meer mijn<br />
interesses liggen dan bij de pure regeltechniek of software engineering.<br />
Toekomst<br />
Als je voor een bedrijf werkt dat zelf producten ontwikkelt of zelf aan research doet,<br />
dan weet je vaak wat er in de nabije toekomst allemaal op stapel staat. Je kunt je dus<br />
wel een beeld vormen van de werkzaamheden, die je zult gaan verrichten als je<br />
huidige werkzaamheden ten einde raken. Binnen een detacheringbedrijf is dit<br />
natuurlijk heel <strong>and</strong>ers: ik heb nog geen idee waar ik over een half jaar werkzaam zal<br />
zijn en wat voor soort werk ik dan zal doen. Gelukkig heb je een zogenaamde Field<br />
Manager, die samen met jou een persoonlijke loopbaan planning maakt, waarin je<br />
eigen doelen verwoord zijn. Ordina zal zijn best doen om een opdracht te vinden die<br />
hierbij aansluit, want dan zijn zowel werkgever als werknemer tevreden en dat<br />
weerspiegelt zich altijd direct in de kwaliteit van het werk. Dit noemen wij “de juiste<br />
man op de juiste plaats”.<br />
Ik hoop dat ik met dit artikel duidelijk heb kunnen maken, dat ik bij Ordina goed op<br />
mijn plek zit: leuke collega’s, interessante projecten en afwisselend werk. Mocht je<br />
nog vragen hebben of gewoon bij willen praten, mail me dan even.<br />
15
Alles samengevat kan ik dus met recht zeggen: “Ordina… not the ordinary”.<br />
Ordina Technical Automation B.V.<br />
Vestiging <strong>Delft</strong><br />
<strong>Delft</strong>echpark 3<br />
2628 XJ <strong>Delft</strong><br />
Telefoon (015) 251 91 00<br />
web: www.ordina.nl<br />
mail: rob.kemper@ordina.nl<br />
16
door Hans Roubos<br />
Abstract - Dit artikel verschijnt naar aanleiding<br />
van mijn promotie, 25 september jongstleden.<br />
Het proefschrift 5 met de Nederl<strong>and</strong>se titel "Biotechnologische<br />
procesmodellering en optimalisatie''<br />
en de ondertitel "Fed-batch clavulaanzuurproductie<br />
met Streptomyces clavuligerus''<br />
beh<strong>and</strong>eld het gebruik van wiskundige modellen<br />
voor de ontwikkeling van fed-batch bioprocessen<br />
(figuur 1). Dergelijke modellen worden nog niet<br />
uitgebreid toegepast in the biotechnologische<br />
industrie vanwege allerlei redenen. Het ligt<br />
echter in de verwachting dat modelgebaseerde<br />
ontwikkeling van bioprocessen zal leiden tot een<br />
kortere ontwikkelingstijd en daarnaast zal leiden<br />
tot een beter begrip van de onderliggende procesdynamica. Het werk is uitgevoerd in<br />
een samenwerkingsverb<strong>and</strong> tussen Regeltechniek en het Kluyver Laboratorium voor<br />
Biotechnologie van de TU <strong>Delft</strong> en DSM Anti-Infectives in <strong>Delft</strong>.<br />
Introductie.<br />
Modelleren en Optimaliseren van Bioprocessen<br />
Figuur 1. Proefschrift<br />
Biotechnologische processen worden in de industrie o.a. gebruikt voor de productie<br />
van gist, alcohol, fijnchemicaliën en medicijnen. Deze processen worden vaak<br />
uitgevoerd als batch (ladingsgewijs) of fed-batch processen in een fermentor, zie<br />
figuur 2. In het laatste geval worden er tijdens het proces substraten aan het proces<br />
toegevoerd. Daarnaast is het mogelijk om biotechnologische processen als continu<br />
proces uit te voeren. In ons werk hebben we gekeken naar batch en fed-batch<br />
processen, omdat deze het meest relevant zijn voor de biotech industrie.<br />
Tijdens het onderzoek hebben we a<strong>and</strong>acht besteed aan het modelleren en<br />
optimaliseren van fed-batch bioprocessen. Bioprocessen hebben een aantal typische<br />
kenmerken die het modelleren bemoeilijken:<br />
(I) De onderliggende processen zijn complex;<br />
(II) Belangrijke toest<strong>and</strong>svariabelen zijn niet online te meten (o.a.,<br />
biomassa en substraat concentraties);<br />
(III) Aantal offline metingen (via het laboratorium) is beperkt;<br />
(IV) Experimenten zijn tijdrovend (> 1 week ) en kostbaar (> 3000 EUR).<br />
5<br />
J.A. Roubos (<strong>2002</strong>). Bioprocess modeling <strong>and</strong> optimization - Fed-batch clavulanic acid production by<br />
Streptomyces clavuligerus. Technische Universiteit <strong>Delft</strong>, Nederl<strong>and</strong>. ISBN 90-6464-868-9.<br />
17
Figuur 2. Laboratoriumopstelling met links de fermentor, in het midden de pompen en<br />
reservoirs met substraat, base en zuur voor pH regulatie en rechts de regelkast. Zowel de<br />
fermentor als de reservoirs staan op balansen om de volumestromen in de tijd te meten<br />
(nauwkeuriger dan de pompsnelheden). Verder zijn er flowregelaars voor de gastoevoer en<br />
afvoer naar de gasanalyzers. De gasfles in het midden achter bevat pure zuurstof om bij te<br />
mengen indien de zuurstofbehoefte groter is dat de mogelijke toevoer via gewone lucht en<br />
maximale menging.<br />
Door deze beperkingen is het van belang om naar modelleermethoden te zoeken,<br />
die met beperkte data een model kunnen genereren, dat geschikt is voor<br />
procesoptimalisatie. Daarnaast is het van belang om de experimenten zo te<br />
ontwerpen, dat er voldoende geschikte data verkregen wordt (experimental design).<br />
Modellen voor bioprocessen.<br />
Bij het modelleren maken we onderscheid tussen kennisgebaseerde<br />
(mechanistische, witte) modellen en datagebaseerde (zwarte) modellen. In het eerste<br />
geval van witte modellen (white-box) wordt er vanuit de proceskennis een<br />
modelstructuur voor het proces gevormd en de parameters worden met<br />
experimentele data geschat. Voorbeelden voor bioprocessen zijn stoichiometrische,<br />
kinetische en metabole modellen. Afhankelijk van de biomassa beschrijving spreken<br />
we ook van ongestructureerde of gestructureerde modellen, waarbij in het laatste<br />
geval rekening wordt gehouden met de subonderdelen van de biomassa over de tijd.<br />
Het maken van witte modellen is vaak tijdrovend en de modelkwaliteit (benadering<br />
van de data) is soms beperkt. Echter de modellen geven vaak wel een redelijk beeld<br />
voor het proces, zowel binnen (interpolatie) als buiten de grenzen van de<br />
beschikbare data (extrapolatie).<br />
Bij zwarte (black-box) modellen worden zowel de modelstructuur, als de parameters<br />
vanuit de data geschat. Dit betekent over het algemeen, dat meer experimentele<br />
data nodig is om het proces goed te modelleren. Vaak is een nauwkeurig model te<br />
18
maken voor de beschikbare data, echter de extrapolatie eigenschappen zijn meestal<br />
beperkt. Voorbeelden zijn neurale netwerk en fuzzy logic modellen.<br />
Beide modeltypen kunnen ook gecombineerd worden in hybride (semimechanistische,<br />
grijze) modelstructuren, waarbij de voordelen van beide aanpakken<br />
worden gecombineerd. Bij bioprocessen en chemische processen zijn de<br />
massabalansen voor het proces goed te beschrijven als de inga<strong>and</strong>e en uitga<strong>and</strong>e<br />
stromen naar de reactor bekend zijn. De dynamica van de (bio)conversies, de<br />
(reactie)kinetiek is echter veel lastiger te bepalen. Dit deel kan dan beschreven<br />
worden met zwarte modellen. Verder zijn de groei en productvorming evenredig met<br />
de hoeveelheid biomassa in het systeem.<br />
In ons werk hebben we diverse typen hybride modellen gevormd, waarbij eenvoudige<br />
en gedetailleerde (met metabole netwerken) witte model-structuren gebruikt zijn.<br />
Hierbij was het doel om te kijken naar de verschillen in kwaliteit en eigenschappen<br />
van deze modellen voor gebruik in online en offline procesoptimalisatie.<br />
Procesoptimalisatie.<br />
Bioprocesoptimalisatie kan plaatsvinden op drie niveaus: (I) optimalisatie van microorganismen,<br />
(II) procesontwikkeling en (III) industriële proces- optimalisatie. In het<br />
eerste geval wordt door middel van selectie of (genetische) modificatie gezocht naar<br />
een beter organisme. In het tweede geval wordt gezocht naar een optimale<br />
procesvoering. In het laatste geval wordt doormiddel van uitgebreide (statistische)<br />
data-analyse gezocht naar kleine afwijkingen in de st<strong>and</strong>aard procesvoering, die<br />
leiden naar een hogere productie. Wij hebben ons vooral bezig gehouden met<br />
modellering en optimalisatie tijdens de procesontwikkelingsfase. In deze fase is<br />
relatief weinig kennis en data over het proces beschikbaar.<br />
Fed-batch clavulaanzuurproductie.<br />
De ontwikkelde technieken zijn toegepast voor de optimalisatie van de fed-batch<br />
productie van clavulaanzuur 6 (CA) met de filamenteus groeiende bacterie<br />
Streptomyces clavuligerus. Het proces, dat plaatsvindt in de bioreactor is<br />
schematisch weergegeven in figuur 3. Diverse grondstoffen worden vanuit het<br />
groeimedium opgenomen door het micro-organisme (de biomassa). Het microorganisme<br />
groeit in de eerste procesfase exponentieel onder ideale omst<strong>and</strong>igheden<br />
(geen limiterende en belemmerende groeifactoren). Vervolgens raakt een van de<br />
mediumcomponenten op en de groeisnelheid neemt af. Dit is de fase waarin meestal<br />
productvorming optreedt. In ons geval bleek een fosfaatlimitering optimaal voor de<br />
productie van clavulaanzuur. De productvorming is verder afhankelijk van de<br />
mediumsamenstelling en procescondities (pH, temperatuur). Verder is het product<br />
instabiel, waardoor ook met productafbraak rekening moet worden gehouden.<br />
Daarnaast treedt ook celdood op, waardoor de hoeveelheid biomassa afneemt. Dit<br />
6<br />
Clavulaanzuur is een ß-lactamase inhibitor (blokkeert enzymen, die penicillines afbreken in het menselijke<br />
lichaam) en wordt verkocht in combinatie met diverse penicillines, o.a. onder de merknaam Augmentin in<br />
combinatie met amoxiciline.<br />
19
kan zowel een fysiologische als mechanische oorzaak hebben. Het laatste geval<br />
treedt op bij hoge biomassa concentraties door te hoge vermogensinput van de<br />
roerder voor de beluchting voor zuurstoftoevoer.<br />
Het gehele proces vindt plaats in een laboratoriumschaal geroerd vat bioreactor met<br />
een volume van 42 liter. De daadwerkelijke industriële productie wordt gedaan in<br />
reactoren van meer dan 10000 m 3 . Tijdens het proces wordt de pH gereguleerd door<br />
toevoeging van loog en zuur. De temperatuur wordt gereguleerd op 30 o C. Tijdens<br />
het proces kunnen extra grondstoffen via substraatpompen worden toegevoerd in de<br />
fed-batch, waarmee de groei en productvorming worden beïnvloed. Aan het einde<br />
van het proces (typisch 5-7 dagen) wordt de clavulaanzuur gezuiverd in een serie<br />
opwerkingsstappen.<br />
Hybride model.<br />
O2<br />
Glycerol<br />
Glutamaat<br />
Ammonium<br />
Fosfaat<br />
Sporenelementen<br />
S. clavuligerus<br />
C 1 N 0.21 O 0.6 H 1.8 P 0.02<br />
20<br />
Celdood<br />
(lysis)<br />
CO2<br />
Biomassa<br />
Clavulaanzuur<br />
Bijproducten ?<br />
Afbraak<br />
(decay)<br />
Figuur 3. Schematische weergave van de microbiele omzetting<br />
van substraten in biomassa en clavulaanzuur.<br />
Voor dit werk zijn tien batch experimenten gedaan, verdeeld over <strong>and</strong>erhalf jaar en<br />
vervolgens nog zeven fed-batch experimenten over de laatste <strong>and</strong>erhalf jaar. Alle<br />
experimenten zijn uitgevoerd met minerale (chemisch gedefinieerde) groeimedia<br />
samengesteld uit combinaties van glycerol, glutamaat, succinaat, maltose als<br />
koolstofbron (C), glutamaat, ammonia als stikstofbron (N) en fosfaat als fos<strong>for</strong>bron<br />
(P). In eerste instantie hebben we een hybride modelleertechniek voorgesteld voor<br />
een eenvoudigere ontwik-keling van (fed)batch modellen. De hybride modelstructuur<br />
combineert differentiaalvergelijkingen, afgeleid uit de massabalansen, met een<br />
metabool netwerkmodel (het witte modeldeel) met fuzzy logic en neural netwerk<br />
deelmodellen, die de kinetische relaties beschrijven (zwarte modeldeel). De<br />
parameters van het zwarte model worden geoptimaliseerd met een integrale<br />
methode met gebruik van de experimentele data.<br />
De gevormde hybride modellen hebben een redelijke kwaliteit, maar het aantal<br />
parameters is erg hoog. Verder bleek, dat de kinetiek (dynamica) in het huidige<br />
proces een beperkte invloed heeft tijdens de diverse fasen (wel verschillend in iedere<br />
fase), waardoor voor een groot deel met statische faseafhankelijke relaties gewerkt<br />
kan worden. Verder bleek het gevormde metabole netwerk niet nauwkeurig genoeg<br />
en is later verder uitgewerkt. Daarnaast bleek, dat zowel de afbraak van biomassa,
als ook CA degradatie een belangrijk negatief effect hebben op de uiteindelijke<br />
productconcentratie hebben. Deze aspecten zijn daarom later in detail onderzocht.<br />
Metabool model.<br />
Er is ook een gedetailleerd, voor het organisme specifiek, metabool netwerkmodel<br />
ontwikkelt voor S. clavuligerus. Met metabool model bedoelen we een beschrijving<br />
van de interne reacties in het micro-organisme, zie figuur 4. Door intensief<br />
biochemisch onderzoek en genoomsequencing projecten is hiervoor heel veel<br />
in<strong>for</strong>matie beschikbaar. Bij een juiste beschrijving van de belangrijkste<br />
reactiestappen wordt de processtoichiometrie vastgelegd doormiddel van<br />
biochemische r<strong>and</strong>voorwaarden. Dit netwerk van reacties wordt beschreven door<br />
een lineaire matrix (voor iedere procesfase) met een zeer beperkt aantal<br />
vrijheidsgraden. Hierdoor hoeft niet elke (externe) opname en productiesnelheid<br />
onafhankelijk beschreven te worden, maar worden lineaire relaties gebruikt.<br />
Voeding<br />
Interne<br />
conc.<br />
Metabool netwerk<br />
Monomeren<br />
Energie<br />
Opslag<br />
Cel<br />
Figuur 4. Black box beschrijving vs. Metabole netwerk<br />
De metabole reacties zijn geselecteerd m.b.v. de beschikbare biochemische,<br />
fysiologische en genoomin<strong>for</strong>matie voor S. clavuligerus en aanverwante bacteriën.<br />
Deze studie laat specifieke verschillen zien met E. coli reacties die generiek gebruikt<br />
worden. Het model is gevalideerd voor de groeifase met gebruik van de batch<br />
experimenten met vijf verschillende minerale media. Deze studie toont het belang<br />
van een goede schatting van de macromoleculaire samenstelling van de biomassa.<br />
Metabole reactie-patroonanalyse duidt op de glutamine synthese als maximalegroeisnelheid-bepalende<br />
reactie. Daarnaast zijn de bio-energetische parameters<br />
geschat.<br />
Dit deelwerk heeft laten zien, dat het gebruik van metabole netwerken potentiële<br />
voordelen biedt indien gedetailleerde in<strong>for</strong>matie over het organisme of soortgelijke<br />
organismen beschikbaar is. Het huidige genomics en proteomics onderzoek vormt<br />
hiervoor een belangrijke basis voor de toekomst.<br />
Semi-stoichiometrisch model en procesoptimalisatie.<br />
Naast de beschreven hybride en metabole netwerken is ook gewerkt met een<br />
eenvoudiger model, dat bestaat uit globale en faseafhankelijke submodellen in<br />
21<br />
Polymeren<br />
Producten<br />
Biomassa<br />
Producten
combinatie met de generieke elementen (extra r<strong>and</strong>voorwaarden) en<br />
massabalansen. Dit zogenaamde semi-stoichiometrisch model ontwikkelt voor het<br />
fedbatch proces met combinaties van C- en N-voeding. Het model bestaat uit<br />
fysiologische-fase-specifieke stoichiometrische modellen in combinatie met <strong>and</strong>ere<br />
voor biomassa sterfte, CA productiviteit, CA afbraak en biomassaspecifiek<br />
energiegebruik. Ongespecificeerde opname en productiesnelheden volgen via de<br />
algemene massastromen en elementen balansen.<br />
Dit model is vervolgens succesvol toegepast voor modelgebaseerde optimalisatie<br />
van het groeimedium en de voedingstromen. De geoptimaliseerde fedbatch wordt<br />
gekarakteriseerd door (I) een lange batch fase, (II) een P-gelimiteerde fase voor het<br />
opstarten van de CA productie, en (III) de toepassing van een voedingprofiel, dat<br />
gebruik maakt van een schakeling in N-bron, waardoor optimaal gebruik gemaakt<br />
wordt van het verschil in groei- en productie-eigenschappen bij aanwezigheid van<br />
glutamaat en/of ammonium. Voor online implementatie wordt een biomassa schatting<br />
gemaakt met continue beschikbare afgasdata. De geoptimaliseerde fedbatch is<br />
uitgevoerd en resultaten zijn geanalyseerd. Deze optimalisatiestudie heeft<br />
geresulteerd in nieuwe inzichten in de procesvoering. De verwachting is, dat de<br />
uiteindelijke productie met enkelen tientallen procenten verhoogd kan worden.<br />
Conclusies.<br />
Modelleren van biotechnologische systemen in de procesontwikkelingsfase is lastig<br />
door gebrek aan experimentele data als gevolg van kostbare en tijdrovende<br />
experimenten. Daarnaast zijn veel systeemtoest<strong>and</strong>en, zoals biomassa en substraat<br />
concentraties slechts offline te meten. Het laatste aspect bemoeilijkt ook de online<br />
processregeling en optimalisatie. In het huidige werk zijn diverse modeltypen<br />
gebruikt. Hieruit blijkt vooralsnog dat het gebruik van relatief eenvoudige<br />
stoichiometrische/kinetische modellen de voorkeur heeft voor procesoptimalisatie.<br />
Het gebruik van meer gedetailleerde metabole modellen levert echter wel extra<br />
kennis van het systeem op, die in de toekomst gebruikt kan worden voor zowel<br />
vernieuwde proces-voeringstrategieën, als de optimalisatie van de micro-organismen<br />
d.m.v. genetische ver<strong>and</strong>eringen. Een derde type, de hybride modellen, lijkt<br />
vooralsnog meer geschikt voor de toepassingen in industriële optimalisatie waar<br />
grote hoeveelheden data beschikbaar.<br />
Huidige werk bij Halotec.<br />
Vanaf 1 september werk ik voor Halotec (www.halotec.com), een biotech bedrijf dat<br />
software en hardware ontwikkelt voor de farmaceutische, biotech-nologische en<br />
voedingsindustrie. Het bedrijf heeft zowel biotechnologen, als in<strong>for</strong>matici in dienst,<br />
waardoor we beide gebieden kunnen integreren om zo tot goede oplossingen te<br />
komen voor onze klanten. Recente producten zijn o.a. een database en datamining<br />
pakket voor de analyse van industriële procesdata van batch processen, een<br />
simulatiepakket voor SMB (simulated moving bed) systemen en de hardware<br />
regeling van een SMB systeem.<br />
22
Internet Links:<br />
<strong>Download</strong> proefschrift en stellingen:<br />
http://LCEwww.et.tudelft.nl/~roubos/promotie.html<br />
Biotechnologie in Nederl<strong>and</strong>: http://www.holl<strong>and</strong>biotechnology.nl/<br />
Regeltechniek: http://lcewww.et.tudelft.nl/<br />
Kluyver Laboratorium voor Biotechnologie: http://www.bt.tudelft.nl/<br />
23
De Liberalisering van de Nederl<strong>and</strong>se Elektriciteitsmarkt<br />
door Onno Nouwen<br />
Het zal weinigen ontgaan zijn, maar de Europese elektriciteitsmarkten zijn<br />
momenteel volop in beweging. Door de Europese richtlijn van 1996 om tot een open<br />
interne elektriciteitsmarkt te komen, vinden in de diverse EU l<strong>and</strong>en op verschillende<br />
wijze en in een verschillend tempo deregulering van de elektriciteitsmarkt plaats. De<br />
Europese richtlijn schrijft alleen een minimale opening van de markt voor (33% van<br />
de markt op 28 februari 2003), maar de diverse lidstaten hebben het recht een<br />
verdere opening toe te staan, wat in diverse l<strong>and</strong>en het geval is. Met name in<br />
Engel<strong>and</strong> en de Sc<strong>and</strong>inavische l<strong>and</strong>en is de markt al volledig geliberaliseerd. In<br />
Nederl<strong>and</strong> zal dit naar verwachting eind 2003 gebeuren wanneer ook de<br />
huishoudens het recht hebben hun elektriciteitsleverancier te kiezen. In <strong>and</strong>ere<br />
l<strong>and</strong>en, zoals Frankrijk en België, waar grote staatsbedrijven, zoals Electricité de<br />
France (EDF) en Electrabel nog steeds een monopoly positie hebben, verloopt de<br />
liberalisering een stuk trager.<br />
Als gevolg van de liberalisering van de elektriciteitsmarkten vinden er in Europa op<br />
grote schaal overnames en fusies plaats. Overal in Europa worden kleinere regionale<br />
energiebedrijfjes, veelal in h<strong>and</strong>en van gemeentes en lokale overheden,<br />
overgenomen door de buitenl<strong>and</strong>se kapitaalkrachtige energiebedrijven. Het Duitse<br />
E.ON bijvoorbeeld, is mede door overname van het engelse PowerGen en het Duitse<br />
gasbedrijf RuhrGas al een van de grootste energiebedrijven ter wereld geworden.<br />
Ook in Nederl<strong>and</strong> hebben er de afgelopen jaren een aantal overnames en<br />
consolidatie plaatsgevonden. De 4 grootste elektriciteitsproducenten zijn met<br />
uitzondering van één - EPZ is in h<strong>and</strong>en van Essent gebleven - overgenomen door<br />
buitenl<strong>and</strong>se bedrijven. En verder zijn er door fusies en overnames nog maar een<br />
h<strong>and</strong>vol distributiebedrijven over, waarvan de grote drie (Nuon, Essent en Eneco)<br />
verreweg het grootste markta<strong>and</strong>eel hebben. Naar verwachting zullen er uiteindelijk<br />
maar een paar grote spelers op de Europese energiemarkten overblijven. Ook in<br />
Nederl<strong>and</strong> zijn er nog verdere consolidatierondes te verwachten, waarbij de ook de<br />
grote drie overgenomen zullen worden, of zelf buiten de grens op zoek zullen gaan<br />
naar sterke partners.<br />
Het Nederl<strong>and</strong>se marktmodel<br />
Door de deregulering van de Nederl<strong>and</strong>se elektriciteitsmarkt, zoals is vastgelegd in<br />
de Elektriciteitswet van 1998, is de structuur van de energievoorziening in Nederl<strong>and</strong><br />
behoorlijk ver<strong>and</strong>erd. De belangrijkste wijzigingen zijn:<br />
?? Gehele contractvrijheid voor zowel afnemers als leveranciers en producenten<br />
van elektriciteit<br />
?? De oprichting van de ‘Amsterdam Power Exchange’ (APX)<br />
?? De splitsing tussen netwerkbedrijven en leveranciers/producenten<br />
Het Nederl<strong>and</strong>se model kenmerkt zich door een marktsituatie, die een gehele<br />
contractvrijheid voor zowel vrije afnemers als leveranciers en producenten van<br />
24
elektriciteit geeft. Niet alle afnemers van elektriciteit hebben de vrijheid om<br />
momenteel contracten af te sluiten met de leverancier van hun keuze. In Nederl<strong>and</strong><br />
is ervoor gekozen om de nieuwe elektriciteitsmarkt gefaseerd in te voeren. De<br />
wetgever heeft hiervoor een aantal criteria opgesteld om aan te geven wie vanaf een<br />
bepaald moment vrij was in zijn keuze voor een bepaalde leverancier. Vanaf 1<br />
januari 1999 waren het met name alleen de bijzondere grootverbruikers, met een<br />
aansluitcapaciteit van > 2 MW die als zogenaamde vrije klanten elektriciteit in konden<br />
kopen. Sinds 1 januari van dit jaar geldt dit ook voor de klein zakelijke markt. Naar<br />
verwachting zullen alle overige afnemers, waaronder de huishoudens, vanaf eind<br />
2003 vrij zijn in hun keuze. De uitzondering op de wet geldt overigens voor afnemers<br />
van groene stroom. Alle afnemers van groene stroom, ook huishoudens, zijn sinds 1<br />
januari <strong>2002</strong> vrij om een contract af te sluiten met de leverancier van hun keuze.<br />
Omgekeerd is er overigens geen leveringsplicht aan vrije klanten en is er geen<br />
toezicht op het eindtarief zoals dat in de oude situatie wel het geval was.<br />
Inmiddels is er in de praktijk een dynamisch patroon ontstaat van h<strong>and</strong>elaren,<br />
producenten (die zelf ook als h<strong>and</strong>elaar op kunnen treden), bemiddelaars, etc., die<br />
met elkaar bilaterale energieleveringscontracten afsluiten. Bovendien zijn er naast de<br />
traditionele energiebedrijven de laatste tijd allerlei nieuwkomers op de markt<br />
verschenen. Nieuwe leveranciers als Energiebedrijf.com, EnergyXS en Spark<br />
Energie zijn al redelijk succesvol. Daarnaast zijn er h<strong>and</strong>elaren actief, zijn er<br />
inkooporganisaties ontstaan en zijn er zelfs supermarktketens (o.a. Albert Heijn) die<br />
zich met de h<strong>and</strong>el in elektriciteit bezig zijn gaan houden. Bovendien willen afnemers<br />
van (grote hoeveelheden) elektriciteit hun teveel gecontracteerde hoeveelheid<br />
elektriciteit ook op de markt afzetten en kunnen dus feitelijk zelf ook als h<strong>and</strong>elaren<br />
optreden.<br />
Het elektriciteitsnetwerk blijft een natuurlijk monopolie. In de elektricteitswet is<br />
geregeld dat er geen misbruik van dit monopolie gemaakt kan worden door de<br />
netbeheerders. De wet gar<strong>and</strong>eert dat iedereen non-discriminatoir op het net<br />
aangesloten kan worden. De consequenties van de liberalisering voor de betrokken<br />
partijen zijn groot. De bedrijfsonderdelen van de huidige distributie- en<br />
productiebedrijven die betrokken zijn bij het beheer van distributie- en transportnetten<br />
zullen hun activiteiten meer onafhankelijk van <strong>and</strong>ere bedrijfsonderdelen moeten<br />
uitvoeren. Dit is in de elektriciteitswet beschreven om er o.a. voor te zorgen dat een<br />
netbeheerder geenszins haar eigenaar of gelieerde bedrijfsonderdelen mag<br />
bevoordelen d.m.v. tariefstelling, operationele bedrijfsvoering, in<strong>for</strong>matie, etc.<br />
Bovendien is er onlangs vastgelegd dat in het geval van een overname, het<br />
netwerkbedrijf in h<strong>and</strong>en van de overheid moet blijven.<br />
Elektriciteit kan in beginsel niet opgeslagen worden. Daarom moet op elk moment<br />
van de dag vraag en aanbod op elkaar afgestemd worden. Dit is de taak van de<br />
systeem operator. In Nederl<strong>and</strong> is TenneT, een afsplitsing van het voormalige SEP,<br />
naast de beheerder van het l<strong>and</strong>elijke hoogspanningsnet aangesteld als<br />
onafhankelijke systeem operator. Om TenneT en de netbedrijven van goede<br />
instrumenten te voorzien om de kwaliteit van het hoogspanningsnet te waarborgen is<br />
in de Nederl<strong>and</strong>se markt is daarom het concept van programmaverantwoordelijkheid<br />
ingesteld.<br />
Programmaverantwoordelijkheid<br />
Kort gezegd, Programma Verantwoordelijkheid is de verantwoordelijkheid van<br />
marktpartijen om dagelijks een inschatting te maken van de productie, het transport<br />
25
en de afname van elektriciteit en om deze planning op te geven aan TenneT en de<br />
netbedrijven. Vervolgens moeten alle marktpartijen zich ook aan dit plan houden.<br />
Dit houdt in dat afnemers en producenten, die middels een of meerdere<br />
aansluitpunten op het elektriciteitnet aangesloten zijn, verplicht zijn om dagelijks een<br />
inschatting te maken wat de invoeding c.q. afname over deze aansluitpunten zal zijn.<br />
Dit resulteert uiteindelijk in een schema – of programma – waarin per kwartier is<br />
aangegeven wat de energiestromen per aansluitpunt zal zijn. Deze programma’s<br />
moeten vervolgens naar TenneT en de netbedrijven gestuurd worden.<br />
Er zijn twee type programma’s. Een T(ransport)-programma dat aan de netbedrijven<br />
gestuurd wordt en een E(nergie)-programma dat aan TenneT gestuurd wordt. De Tprogramma’s<br />
worden door de netbedrijven gebruikt om vooraf de te verwachten<br />
netverliezen te bepalen en om mogelijke transportbeperkingen te bepalen. De Eprogramma’s<br />
worden door Tennet gebruikt om te bepalen of het systeem in balans is<br />
(d.w.z. bepalen of vraag en aanbod zijn op elkaar afgestemd zijn). Bovendien wordt<br />
er door TenneT bepaald hoeveel regel- en reserve vermogen er gecontracteerd moet<br />
worden. De inzet van productiemiddelen wordt niet gereguleerd, d.w.z de inzet wordt<br />
volledig bepaald door de bilaterale h<strong>and</strong>el in elektriciteit en de op de beurs<br />
gecontracteerde hoeveelheid elektriciteit. Wel is een producent verplicht om vrije<br />
capaciteit als reserve- en/of regelvermogen aan te bieden aan de systeemoperator.<br />
De prijs hiervoor kan zelf bepaald worden.<br />
In de praktijk zal er een afwijking ontstaan tussen de opgegeven programma’s en de<br />
werkelijke afname of invoeding. In het systeem ontstaat dan een onbalans. TenneT<br />
is dan verplicht om regel- en reservevermogen in te zetten. Op basis van de<br />
opgegeven programma’s en de werkelijk gemeten afname zal er achteraf een<br />
verrekening van onbalans plaatsvinden met die marktpartij(en) die een verkeerde<br />
inschatting gemaakt hebben. Onbalans is dus een transactie met TenneT en deze<br />
partijen zijn aansprakelijk voor de financiële gevolgen van de verschillen tussen deze<br />
programma’s en de werkelijke invoeding of afname. Afhankelijk van het moment van<br />
de dag, de mate van onbalans en of er in de markt een tekort dan wel een overschot<br />
is, kunnen deze gevolgen aanzienlijk zijn. Zie het voorbeeld van afgelopen augustus.<br />
Gedurende deze dagen was er door diverse factoren, waaronder importbeperkingen<br />
en koelwaterproblemen en de uitval van grote koleneenheden, een enorm tekort op<br />
de markt ontstaan, waardoor de onbalansprijzen gigantisch waren. Ter illustratie,<br />
onder normale omst<strong>and</strong>igheden ligt de marktprijs (basislast) zo rond de 35 €/MWh.<br />
Euro/MWh<br />
1400.00<br />
1200.00<br />
1000.00<br />
800.00<br />
600.00<br />
400.00<br />
200.00<br />
0.00<br />
-200.00<br />
1<br />
Onbalansprijs 19-21 Augustus <strong>2002</strong><br />
19<br />
37<br />
55<br />
73<br />
91<br />
109<br />
127<br />
26<br />
145<br />
PTE's<br />
163<br />
181<br />
199<br />
Afnemen Leveren<br />
217<br />
235<br />
253<br />
271
In de praktijk wordt de programmaverantwoordelijkheid door afnemers overgedragen<br />
aan de leveranciers. Dit houdt in dat er maar een paar programmaverantwoordelijke<br />
partijen in de markt zijn (producenten, distributiebedrijven/leveranciers en<br />
h<strong>and</strong>elaren).<br />
De elektriciteitsbeurs<br />
Evenals in Sc<strong>and</strong>inavië - en inmiddels in diverse <strong>and</strong>ere l<strong>and</strong>en - is er in Nederl<strong>and</strong><br />
een beurs voor elektriciteit opgericht. Begin 1999 is deze elektriciteitsbeurs, de<br />
"Amsterdam Power Exchange" van start gegaan. H<strong>and</strong>el via de beurs is niet<br />
verplicht. Op de beurs is momenteel alleen sprake van een zogenaamde spotmarkt<br />
of Day-Ahead markt. Dat wil zeggen dat er alleen geboden kan worden op<br />
elektriciteit voor de volgende dag.<br />
Elke dag wordt de elektriciteit voor de dag daarop verh<strong>and</strong>eld in blokken van 24 uur<br />
met biedingen per uur. Alle partijen mogen een bod – zowel bieden of laten - doen<br />
vòòr een bepaald sluitingstijdstip (10:30 uur). Er kunnen biedingen per uur gedaan<br />
worden, maar er kan ook op blokken van een aantal aaneengesloten uren geboden<br />
worden. Aan de h<strong>and</strong> van de totale vraag en aanbod worden per uur de prijs en het<br />
volume bepaald. Het aanbod onder de prijs en de vraag boven de prijs worden<br />
gehonoreerd en de rest wordt afgewezen. De gemaakte deal wordt dan gemeld aan<br />
de betrokken partijen (voor 11:00 uur). Daarna hebben betrokken partijen twee uur<br />
de tijd om het over eventueel gerezen verschillen eens te worden. Daarna worden<br />
resultaten t.b.v. de evaluatie van de E-Programma’s aan TenneT verstuurd.<br />
H<strong>and</strong>el op de APX is met name bedoeld voor het optimaliseren van de portefeuilles<br />
of voor het sluiten van de laatste open posities. In de toekomst zal er op de APX ook<br />
in termijncontracten, zoals <strong>for</strong>wards en futures, geh<strong>and</strong>eld kunnen worden.<br />
Naast de APX markt vindt er ook een levendige h<strong>and</strong>el plaats op de zogenaamde<br />
Over The Counter of OTC markt. In tegenstelling tot de h<strong>and</strong>el op de APX, wordt er<br />
op de OTC voornamelijk geh<strong>and</strong>eld in st<strong>and</strong>aard producten voor de (midde-) lange<br />
termijn op basis van bilaterale afspraken tussen twee partijen of via een broker.<br />
H<strong>and</strong>el vindt plaats op basis van st<strong>and</strong>aard producten zoals basislast, peak<br />
(werkdagen tussen 07:00 en 23:00) en off-peak (alle overige uren). De tijdsduur is<br />
veelal een vaste periode. Zo is er een week ahead markt (voor volgende week), een<br />
markt voor de komende ma<strong>and</strong>(en), kwartalen en volgend(e) jaren. Als voorbeeld; 25<br />
MW basislast Q4 2003, wat op het moment van schrijven tussen de 31.20 en 31.90<br />
€/MWh doet, houdt in dat er in het derde kwartaal van 2003 25 MW basislast<br />
geleverd wordt. De h<strong>and</strong>el op deze marketen heeft vooral een speculatief karakter.<br />
De elektriciteitsproducenten<br />
Is de structuur van de elektriciteitsmarkt al danig ver<strong>and</strong>erd, voor<br />
elektriciteitsproducenten zijn deze ver<strong>and</strong>eringen waarschijnlijk het grootst. Hielden<br />
de producenten zich in het gereguleerde tijdperk bezig met het operationele<br />
management van hun eenheden op basis van een normvergoeding die van tevoren<br />
bepaald werd, terwijl de inzet van de productiemiddelen dagelijks door SEP bepaald<br />
werd, nu zijn ook de producenten gedwongen om als leveranciers in deze<br />
commerciële en competitieve markt te opereren waarbij niet alleen betrouwbaarheid<br />
maar ook winstmaximalisatie en optimale benutting van resources de Key<br />
Per<strong>for</strong>mance Indicators zijn.<br />
27
De producenten zijn het ook die in deze markt de grootste risico’s met zich<br />
meedragen. Nederl<strong>and</strong> is een onvolkomen markt. Alhoewel er verbindingen zijn met<br />
het buitenl<strong>and</strong> is de (import) capaciteit relatief beperkt. Dit houdt in dat we<br />
voornamelijk aangewezen zijn op onze eigen opgestelde capaciteit. Door een<br />
toevallige loop van omst<strong>and</strong>igheden – zie het voorbeeld van 20 augustus - kan de<br />
onbalansprijs en/of de spotprijzen voor de komende dagen gigantisch stijgen. Een<br />
storingen of de uitval van een eenheid van 500 MW heeft in dit geval dus grote<br />
financiële gevolgen.<br />
Wie v<strong>and</strong>aag de dag bij een productiebedrijf te gast is treft daar naar naast een<br />
volwaardig marketing en verkoopapparaat dus naar alle waarschijnlijkheid een<br />
volledig uitgeruste h<strong>and</strong>elsvloer aan waar groepen traders voorzien van Trading en<br />
Risk Management systemen naast de h<strong>and</strong>el in elektriciteit op de APX en OTC<br />
markten, zich ook bezig houden met de h<strong>and</strong>el in br<strong>and</strong>stoffen zoals kolen gas en<br />
olie en aanverwante derivaten. In nauw contact met de traders, zelfs veelal in<br />
dezelfde ruimte, staat een tweede groep, de dispatchers, die zich volcontinue bezig<br />
houden met het zo optimaal mogelijk inzetten van productie-eenheden en <strong>and</strong>ere<br />
resources (contracten, afschakelbaar vermogen, lokale opwekking bij klanten, etc),<br />
een activiteit dat vroeger de taak was van SEP.<br />
Deze optimale benutting is waar het v<strong>and</strong>aag de dag om draait. Een productiepark<br />
van een energiebedrijf bestaat in de regel uit verschillende type eenheden. Naast de<br />
wijze van energieopwekking – natuurlijk aangedreven eenheden zoals windmolens<br />
en waterkracht centrales en thermisch aangedreven eenheden zoals stoom en<br />
gasturbines - heeft iedere eenheid bepaalde karakteristieken die bepalend zijn voor<br />
de inzet van de eenheid. Niet alleen het type br<strong>and</strong>stof ((kolen, gas, kernenergie,<br />
maar ook biogas en afval) speelt hierin een grote rol, ook het rendement – hoeveel<br />
GJ warmte, en dus br<strong>and</strong>stof, heb ik nodig om 1 MW elektriciteit de produceren - van<br />
de eenheid is belangrijk. Daarnaast zijn er dynamische beperkingen van een eenheid<br />
die de inzet bepalen. Elke eenheid heeft zo zijn karakteristieke opstartsnelheden,<br />
minimale en maximale stilst<strong>and</strong>tijden voor een koude of warmte start, etc. Zo kun je<br />
met een kernenergiecentrale geen startstop bedrijf voeren, een veel duurdere<br />
gasturbine is daarin veel flexibeler. Bovendien kost een start veel geld waardoor het<br />
soms voordeliger is om een eenheid op minimale last te laten draaien en overtollige<br />
elektriciteit tegen verlies te dumpen op markt.<br />
Naast deze technische beperkingen zijn er ook contractuele beperkingen of<br />
beperkingen die te maken hebben met vergunningen en milieueisen. Zo zijn er<br />
eenheden die een maximaal aantal uur per jaar mogen draaien, speelt het al eerder<br />
genoemde probleem rond de koelwaterbeperkingen een rol en zijn er eenheden die<br />
naast het produceren van elektriciteit ook de verplichting hebben om warmte te<br />
produceren ten behoeve van stadsverwarming. Dit laatste kan weer gedeeltelijk<br />
opgevangen worden door het gebruik van (veel duurdere) hulpketels en door het<br />
gebruik van warmtebuffers, die bijvoorbeeld s’ nachts gevuld worden om ze<br />
vervolgens overdag te benutten. (Ook al lijkt warmte een restproduct te zijn van<br />
elektriciteitsopwekking, warmtelevering gaat ten koste van de productie van<br />
elektriciteit omdat er stoom uit de ketel of de stoomturbine ontrokken wordt. De<br />
vergoeding voor warmte daarentegen is een stuk lager).Het is de taak van de<br />
dispatchers om al deze zaken af te wegen teneinde het productiepark zo optimaal te<br />
laten draaien.<br />
28
Het is dagelijks de zorg van het productiebedrijf om van te voren in inschatting te<br />
maken naar de vraag van elektriciteit en warmte waarbij gebruik gemaakt wordt van<br />
allerlei instrumenten en in<strong>for</strong>matiebronnen die hierop van invloed zou kunnen zijn<br />
zoals het weersbericht. Deze inschatting bepaald uiteindelijk de inzet van de<br />
eenheden, wat op zijn beurt weer bepalend is voor de marginale kosten van het<br />
systeem. In overleg met de traders kan er dan vervolgens een afweging gemaakt om<br />
elektriciteit in te kopen op de markt in plaats van het opstarten van een eenheid, dan<br />
wel te overtollige elektriciteit te verkopen op de markt. Bovendien vormt dit de basis<br />
voor het bepalen van de strategie voor het aanbieden van regel en reserve<br />
vermogen. De prijs van regel en reserve vermogen is uiteindelijk weer bepalend voor<br />
de onbalansprijs.<br />
Het is dit spel, dat dagelijks 24 uur per dag gespeeld wordt, waardoor de eens zo<br />
saaie nutswereld getrans<strong>for</strong>meerd is tot een uiterst dynamisch en boeiende<br />
bedrijfstak.<br />
29
door Martin Clarijs en Mark Nellen<br />
Het zal niem<strong>and</strong> verbazen, dat veel hoogleraren aan technische universiteiten een<br />
goede kijk hebben op wat er zich afspeelt op het gebied van onderzoek en<br />
ontwikkeling in Nederl<strong>and</strong>. Juist om die reden worden zij vaak om hun deskundig<br />
oordeel gevraagd in allerlei commissies. Zo is prof.ir. G. Honderd behalve lid van het<br />
<strong>GRID</strong>-bestuur ook lid van de adviescommissie voor het subsidieprogramma<br />
Energiebesparing door innovatie (afgekort tot EDI), dat wordt uitgevoerd door Senter.<br />
Senter<br />
Senter is een agentschap van het Ministerie van Economische Zaken, dat<br />
verantwoordelijk is voor het uitvoeren van subsidie-, krediet- en fiscale regelingen en<br />
programma's op het gebied van technologie, energie, milieu, export en internationale<br />
samenwerking. Doelstelling hierbij is het duurzaam versterken van de positie van het<br />
bedrijfsleven en kennisinstellingen in Nederl<strong>and</strong>.<br />
EDI<br />
Voorspellend besturingsmodel voor de zuivelproductie krijgt<br />
subsidie van Senter<br />
Energiebesparing door innovatie maakt als zodanig deel uit van het energiebeleid<br />
van het Ministerie van Economische Zaken. Dit beleid is gericht op de bevordering<br />
van energiebesparing en duurzame energie. Het ministerie wil het Nederl<strong>and</strong>se<br />
bedrijfsleven stimuleren efficiënter om te gaan met energie en een bijdrage te<br />
leveren aan het terugdringen van CO2-uitstoot. Een van de instrumenten waarmee<br />
zij deze doelstelling verwacht te bereiken is het programma energiebesparing door<br />
innovatie. Dit programma is in 2001 begonnen. Met EDI wil het ministerie de vraag<br />
naar energie bij het produceren van goederen en/of diensten verminderen.<br />
Essentieel is hierbij, dat de projecten zich richten op de ontwikkeling en toepassing<br />
van nieuwe technologieën of de nieuwe toepassing van besta<strong>and</strong>e technologieën<br />
met energiebesparing als resultaat.<br />
Een brede aanpak<br />
Binnen het nieuwe programma komen verschillende typen projecten voor subsidie in<br />
aanmerking: haalbaarheidsprojecten, onderzoek- of ontwikkelingsprojecten,<br />
praktijkexperimenten, demonstratieprojecten, marktintroducties en<br />
kennisoverdrachtprojecten. Ieder type project moet leiden tot vermindering van de<br />
energiebehoefte per eenheid product of per geleverde dienst. De herkomst van de<br />
energie, bijvoorbeeld fossiele br<strong>and</strong>stoffen, afval, duurzame energie, is hierbij niet<br />
van belang. Voorbeelden van terreinen waarop energiebesparing door innovatie<br />
plaats kan vinden, zijn het verbeteren van het rendement van procesapparatuur, het<br />
verbeteren van de besturing van productieprocessen, procesintegratie,<br />
dematerialisatie, optimalisatie van energiestromen, conversie van energie of<br />
energiegerichte geïntegreerde ketenaanpak.<br />
30
Subsidie<br />
In de beoordeling van subsidieaanvragen wordt gekeken naar de potentiële<br />
energiebesparing in relatie tot de gevraagde subsidie en de innovativiteit van het<br />
project. De subsidiepercentages variëren van 25% tot 60%, afhankelijk van het soort<br />
project. Voor alle projecten, behalve kennisoverdracht- en haalbaarheidsprojecten,<br />
vindt de toekenning van subsidie plaats binnen een tenderprocedure. Voor de<br />
inhoudelijke beoordeling van tenderprojecten wordt gebruik gemaakt van de<br />
adviescommissie, waar professor Honderd deel van uitmaakt. In <strong>2002</strong> was 20<br />
miljoen euro voor de tenderprojecten beschikbaar, verdeeld over twee tenders. De<br />
laatste tender is inmiddels gesloten. Binnenkort zal duidelijk worden of en hoe het<br />
programma in 2003 vervolgd gaat worden. Naast de tenderprojecten kunt u vrijwel<br />
het gehele jaar haalbaarheidsstudies en kennisoverdrachtprojecten indienen. Deze<br />
worden door Senter zelf beoordeeld. In <strong>2002</strong> is voor haalbaarheidsstudies en<br />
kennisoverdrachtprojecten 0.9 miljoen euro aan budget ter beschikking gesteld.<br />
Regeltechniek<br />
Ook projecten op het gebied van regeltechniek kunnen in aanmerking komen voor<br />
subsidie van het EDI programma. Zo is vanuit het EDI programma subsidie verstrekt<br />
aan het Nederl<strong>and</strong>s Instituut voor Zuivel Onderzoek (NIZO), dat een voorspellend<br />
besturingsmodel (PREMIC) heeft ontwikkeld om de productie van zuivel efficiënter uit<br />
te kunnen voeren.<br />
De zuivelindustrie is een sector met een lange historie. Veel proceskennis berust op<br />
ervaring. De processen zijn vaak op vaste setpoints ingesteld om de meest<br />
voorkomende productie problemen te voorkomen, zoals het aankoeken van<br />
melkeiwitten of verhoogde microbiële activiteit. De zuivelindustrie gebruikt wel off-line<br />
systemen, die op basis van grondstof en procescondities de productspecificaties<br />
bepalen. Maar door het ontbreken van moderne procesbesturingssystemen blijft een<br />
snelle verbetering van processen of ontwikkeling van nieuwe producten uit.<br />
NIZO Food Research wil daarom een in-line besturingsmodel ontwikkelen, dat op<br />
basis van de productspecificatie en de grondstofsamenstelling de procescondities<br />
bepaalt en deze bovendien realtime aanstuurt en optimaliseert. Een dergelijk<br />
regelsysteem biedt zowel voordelen voor de procesbeheersing als<br />
productontwikkeling. Zo kan het model voorspellen, wanneer aankoeking van eiwit<br />
zal optreden en kan het door aanpassing van de procesparameters dit probleem<br />
voorkomen. Ook regelt een dergelijk systeem de aansturing van de benodigde<br />
verhittingsapparatuur, indampers en drogers veel efficiënter.<br />
31
Toepassing van een in-line procesbesturingssysteem betekent voor de<br />
zuivelindustrie een energiezuinig proces met hogere productiecapaciteit, minder<br />
reinigingsbeurten, minder stilst<strong>and</strong> en minder grondstofverlies. Vertaalt naar een<br />
productie van 30.000 ton per jaar levert dit een energiebesparing op van 0,014 PJ.<br />
De kostenbesparing door vermindering van productverlies en proceskosten ligt zo<br />
tussen de 10 en 20%. Dat in-linebesturing eveneens het instellen van het proces aan<br />
de gewenste productspecificaties verkort, is een aspect, dat steeds belangrijker<br />
wordt, omdat meer verschillende producten op één productielijn worden vervaardigd.<br />
NIZO voert het project uit samen met Honeywell BV, dat de interface en de installatie<br />
verzorgt. NIZO ontwikkelt het systeem in eerste instantie voor de zuivelsector, maar<br />
verwacht, dat ook de dranken-, suiker- en zetmeelsectoren belangstelling zullen<br />
tonen voor het procesbesturingssysteem.<br />
In<strong>for</strong>matie<br />
Als u meer in<strong>for</strong>matie of advies over het EDI programma wilt, dan kunt contact<br />
opnemen via telefoonnummer (070) 3610909 of mailen naar<br />
energiebesparing@senter.nl. Een uitgebreide beschrijving van het programma en<br />
een toelichting door middel van vele projectvoorbeelden is te vinden op<br />
www.senter.nl/energiebesparing.<br />
32
Sportdag<br />
Na een veel te lange stilte was het dan eindelijk zover: op woensdag 5 juni was er<br />
een VerstelRegel vakgroep sportdag. Om één uur kwam iedereen, die geen kater<br />
had van het feest van Govert Monsees ter ere van zijn promotie (nogmaals van harte<br />
gefelicteerd namens het hele VerstelRegel bestuur) naar de sporthal. Hier was voor<br />
iedereen in de grote hal de mogelijkheid om te kunnen volleyballen, badmintonnen of<br />
tafeltennisen.<br />
Om de teamgeest te versterken en<br />
de spieren op te warmen werd er<br />
begonnen met een aantal<br />
gezamelijke vriendschappelijke<br />
potjes volleybal. Door<br />
professionele aanwijzingen van de<br />
sport- fanaten en volleybalexperts<br />
wisten ook de minder soepelen<br />
onder ons zich te redden en<br />
ontstond er een spannende maar<br />
sportieve wedstrijd. En nadat<br />
Jacquelien met menig<br />
levensgevaarlijke duik haar ploeg<br />
wist te redden, van de snoeiharde ballen, die Emile met zijn niet geringe lengte over<br />
het net heen dunkte, was het tijd voor het meer competieve gedeelte van de dag.<br />
De groep werd in tweeën gesplitst omdat er <strong>and</strong>ers niet genoeg tijd zou zijn om<br />
volledige competities te organiseren voor beide sporten: badminton en tafeltennis.<br />
Nadat de namen genoteerd waren en materiaal uit het vet was gehaald, de echte<br />
pro’s brachten zelfs hun eigen gereedschap voor de werkbank van de overwinning<br />
mee, kon het zweet- en zwoegwerk aanvangen. De competitie was fel en de sfeer te<br />
snijden, maar al gauw kwamen de<br />
echte kampioenen aan het licht! De<br />
uitslag was dan ook als volgt:<br />
Badminton - Ton van den Boom,<br />
Tafeltennis - Robert Babuška.<br />
Helaas was dat dan toch het<br />
einde van het sportieve deel van de<br />
dag en iedereen kon lekker afkoelen<br />
onder de douche. Op eigen<br />
gelegenheid ging men nu naar de<br />
eetgelegenheid. Hoewel orgineel een<br />
BBQ (= het eten van licht verkoold<br />
vlees met te veel saus) was gepl<strong>and</strong> kon dit wegens de slechte bui van de<br />
33
weergoden niet door gaan. De nieuwe lokatie om de net weggesporte grammetjes<br />
vet weer aan te vullen was het restaurant Pasta Company, waar een stevig dak ons<br />
kon beschermen van eerder genoemde slecht gemutste hemelbewoners. Zoals te<br />
verwachten was viel het best mee met het weer, maar toch zaten we gezellig aan de<br />
lange tafel bij de Pasta Company.<br />
Na een heerlijk en ook gevarieerd menu en menig glas wijn ging iedereen<br />
moe, spreekwoordelijk voldaan en soms licht dan wel zwaar aangeschoten weer op<br />
huis aan. Al met al een geslaagde dag, die<br />
liet merken dat VerstelRegel weer geheel<br />
terug is!<br />
Volgend jaar zal VerstelRegel weer<br />
een aantal lunches organiseren. De<br />
sportdag zal zeker een jaarlijks<br />
terugkerende traditie worden en er is nog<br />
ruimte voor een een <strong>and</strong>ere leuke aktiviteit,<br />
suggesties hiervoor zijn welkom. Stuur<br />
deze naar verstel@control-lab.et.tudelft.nl!<br />
We hopen dat iedereen, die aanwezig was<br />
genoten heeft en dat iedereen die er niet was erg jaloers op de <strong>and</strong>eren is geworden<br />
en de volgende keer zich sportief van zijn/haar beste kant gaat laten zien.<br />
Het bestuur van VerstelRegel<br />
http://lcewww.et.tudelft.nl/~verstel/<br />
34
Op 4 juni is Govert Monsees gepromoveerd. De titel van zijn proefschrift is<br />
“Discrete-Time Sliding Mode Control. Promotoren zijn: Prof. M.H.G. Verhaegen en<br />
Dr.ir. J.M.A. Scherpen.<br />
Op 18 juni hebben Fatima en Samir Mešic een dochter gekregen. Haar naam is<br />
Ifetta.<br />
Ton en Astrid v.d. Boom hebben op 30 juni een dochter gekregen. Haar naam is<br />
Emma.<br />
Sinds 9 september is Kenji Fujimoto weer terug bij de vakgroep. Hij blijft deze keer<br />
tot 8 december. Hij doceert samen met Jacquelien Scherpen een Disc cursus 1 .<br />
Titel: Model reduction <strong>for</strong> nonlinear systems.<br />
Ook sinds september is Onno Kramer bij ons. Voorlopig voor 2 ma<strong>and</strong>en werkt hij<br />
aan integrale automatisering van drinkwater zuivering installaties.<br />
Op 1 september is Daan Noteboom 40 jaar bij de TU-<strong>Delft</strong>. Ter gelegenheid daarvan<br />
wordt hem op 1 oktober een receptie aangeboden. Daan is een fijne collega.<br />
Hulpvaardig en bereid problemen op computergebied voor iedereen op te lossen.<br />
Sinds 19 september is Stoyan Kanev bij ons gekomen vanuit UTwente.Hij wil<br />
promoveren in oktober 2003. Zijn onderwerp is: Fault tolerant control.<br />
Op 25 september is Hans Roubos gepromoveerd. De titel van zijn proefschrift is:<br />
Bioprocess Modeling <strong>and</strong> optimization. Hans werkt momenteel bij Halotec in <strong>Delft</strong>.<br />
Promotoren zijn: Prof.ir. H.B. Verbruggen, Prof.dr. R. Babuška en Prof.dr.ir. J.J.<br />
Heijnen.<br />
Attilla Almos heeft de vakgroep per 30 september verlaten. Hij is gaat in militaire<br />
dienst in Hongarije.<br />
1 Info Disc cursus:. 4 ma<strong>and</strong>agen in oktober, vergadercentrum La Vie, Utrecht, inspanning voor volgen cursus (ook buiten<br />
colleges) ca. 80 uur.<br />
Docenten: Dr.ir. Jacquelien M.A. Scherpen, Regeltechniek, Fac. ITS, TU<strong>Delft</strong>.<br />
Dr. Kenji Fujimoto, Dept. of <strong>Systems</strong> Science Kyoto University Japan. (op bezoek in <strong>Delft</strong> van 10 september t/m 8 december<br />
<strong>2002</strong>)<br />
Personalia<br />
AFSTUDEERDERS <strong>2002</strong><br />
25 april <strong>2002</strong><br />
R.J.M van der Arend<br />
Titel: Intelligent Agents in Traffic Management<br />
Afstudeerdocent: Prof.dr.ir. J. Hellendoorn<br />
35
25 april <strong>2002</strong><br />
Sjoerd van Geloven<br />
Titel: Combining Target Selection Algorithms <strong>for</strong> Direct Marketing<br />
Afstudeerdocent: Prof.dr. R. Babuska<br />
13 mei <strong>2002</strong><br />
M. Patrascu<br />
Titel: Condition Monitoring, Diagnosis <strong>and</strong> Control of Wind Turbines<br />
Afstudeerdocent: Prof.dr.ir. J. Hellendoorn<br />
14 mei, <strong>2002</strong><br />
L.J. van Koppen<br />
Titel: SmartRoad – A Feasibility Study <strong>for</strong> a new Traffic Detection, Control <strong>and</strong><br />
Warning System.<br />
Afstudeerdocent: Prof.dr.ir. J. Hellendoorn<br />
3 juni, <strong>2002</strong><br />
J. Hidajat<br />
Titel: (Experimental) Validation of Discrete-Time Sliding Mode Control<br />
Afstudeerdocent: Dr.ir. J.M.A. Scherpen<br />
27 augustus, <strong>2002</strong>.<br />
W. Bas<br />
Titel : Design <strong>and</strong> evaluation of a cockpit human machine interface <strong>for</strong> a future air<br />
traffic management concept.<br />
Afstudeerdocent: Dr.ir. A.J.J. van den Boom, Dr.ir. B. De Schutter<br />
28 augustus, <strong>2002</strong><br />
L. Wasfi<br />
Titel : Communication module between the ABB Sattline controllers <strong>and</strong> the Siemens<br />
S 5-95 U L2 controllers.<br />
Afstudeerdocent: Dr.ir. A.J.J. van den Boom, Dr.ir. J.B. Klaassens.<br />
15 november, <strong>2002</strong><br />
Jaarvergadering & Excursie <strong>GRID</strong> bij TNO-Automotive, Schoemakerstraat 97,<br />
2628 VK <strong>Delft</strong>, 13.00-17.00 uur.<br />
36