Big data toepassing in de praktijk

Deze blog is gebaseerd op de inzending van AgroEnergy en CQM voor de Nederlandse Data Science Prijzen.

 

In de glastuinbouw is veel warmte nodig. Bij de productie daarvan wordt door veel tuinders ook elektriciteit opgewekt, die ze kunnen verkopen op de Dag Handel-elektriciteitsmarkt (APX markt). Het in- en verkopen van energie is boeiend, maar ook tijdrovend en complex. De complexiteit schuilt in de enorme hoeveelheid factoren die meewegen in het maken van een bieding: Weersomstandigheden, warmtebehoefte, CO2 behoefte, fysieke kenmerken van installaties, bedrijfsomstandigheden etc. Dit probleem goed oplossen vereist een data science aanpak! 


Daarom introduceerde AgroEnergy in 2014 BiedOptimaal, een innovatie die het dagelijkse biedproces van tuinders automatiseert en optimaliseert: tegen welke prijs verhandel ik welke hoeveelheid gas en elektra? BiedOptimaal bepaalt APX-biedingen en gasafname waarbij de warmtekostprijs voor de tuinder wordt geminimaliseerd binnen alle randvoorwaarden. Zo haalt de tuinder een goed rendement en wordt kostbare energie zo duurzaam mogelijk ingezet. Sinds 2016 is BiedOptimaal ook geschikt voor belichtende tuinders. In deze versie is een ‘elektriciteitsbehoefte’ als extra factor toegevoegd. 

AgroEnergy_logoAgroEnergy is dé energiepartner voor de agrarische sector in Nederland. Met gespecialiseerde energiekennis assisteren zij tuinders dagelijks bij het behalen van optimale resultaten in hun energiehandel. Naast het leveren van energie ligt de focus van AgroEnergy dan ook op energiemanagement en energie-expertise. Om tuinders maximaal van dienst te kunnen zijn, helpen zij hen bij complexe energievraagstukken. Slimme oplossingen en producten bieden aan glastuinders op basis van data speelt hierin een zeer belangrijke rol. Als energiepartner is AgroEnergy altijd op zoek naar onderlinge versterking. Niet alleen met onze klanten, maar ook met andere samenwerkingspartners. Voor de ontwikkeling van de intelligentie in BiedOptimaal zocht AgroEnergy de samenwerking met CQM.

CQM-logoCQM helpt organisaties om complexe processen inzichtelijk te maken. Met wiskundige modellen creëren we de structuur om de juiste beslissingen te nemen en processen te analyseren. Data science is al meer dan 35 jaar ons vak. Voor BiedOptimaal ontwikkelden we verschillende voorspel- en optimalisatiemodellen die de dagelijkse praktijk van de tuinder zo goed mogelijk benaderen. 

Data science volgens CQM

 

Over de APX markt 

De APX is de Spotmarkt waar meer dan 60% van de Nederlandse elektriciteit wordt verhandeld. Vrijwel iedere leverancier van elektriciteit koopt en verkoopt op deze beurs. Om elektriciteit te kunnen verhandelen op de APX, moeten tuinders voor 10u vandaag een bieding doen voor ieder uur van morgen. In het “settlement” proces komen alle inkoop- en verkoopbiedingen bij elkaar en wordt de settlement prijs bepaald. Indien een tuinder een geaccepteerd bod heeft voor de inkoop/verkoop van elektriciteit, dient hij deze elektriciteit ook daadwerkelijk af te nemen / te leveren. Verschillen worden afgerekend op de grillige onbalansmarkt. 

BiedOptimaal 

BiedOptimaal is een schoolvoorbeeld van hoe data science in de praktijk kan werken. Een intelligente keten van voorspellen en optimaliseren van energie zorgt ervoor dat de tuinder zich kan richten op zijn corebusiness (zijn teelt), terwijl de benodigde warmte en elektriciteit tegen een concurrerende prijs worden ingekocht. 

BiedOptimaal

Voorspellen van de relevante gegevens - predictive analytics 

De BiedOptimaal keten start ’s morgens vroeg met het inlezen van de meest recente weersvoorspellingen. Vervolgens wordt gestart met het voorspellen van alle relevante inputs van de komende dagen: 

  • Verwachte gas- en stroomprijzen op de energiebeurzen 
  • Verwacht warmteverbruik 
  • Verwachte CO2 behoefte 
  • Verwachte elektrabehoefte (speciaal voor belichtende tuinders) 
  • Verwacht niveau van de lokale warmtebuffer 

De voorspellingen die in dit deel van BiedOptimaal worden gedaan, duiden we binnen de data science aan als 'predictive analytics'. Om te komen tot goede voorspellingen, worden real-time veel verschillende databronnen gebruikt. 

Optimaliseren van inzetstrategie en APX biedingen – prescriptive analytics 

Alle voorspellingen komen vervolgens samen in het optimalisatiemodel. De BiedOptimaal keten optimaliseert de inzet van WKK’s (warmtekrachtkoppelingen) en ketels. Hierbij houden we rekening met allerlei praktische zaken waar ook de tuinder zich aan heeft te houden. De capaciteit van de warmtebuffer, het feit dat je de meeste WKK’s niet onbeperkt aan- en uit kan zetten en de manier waarop de CO2 in de kas gebruikt kan worden. Zo zorgen we ervoor dat het resulterende advies daadwerkelijk door de tuinder in de praktijk kan worden gebracht. Deze optimalisatie is de kern van BiedOptimaal, hier worden de APX biedingen bepaald. In data science terminologie is dit deel 'prescriptive analytics'. 

Tijdens de ontwikkeling van BiedOptimaal hebben we speciaal veel aandacht besteed aan de bruikbaarheid van het biedadvies. BiedOptimaal is uitgebreid getest in een pilot met enkele tuinders. Op die manier zorgen we ervoor dat het gegeven advies goed aansluit bij de beleving van de tuinders en de praktische zaken waar zij mee te maken hebben. 

Wiskunde onder de motorkap 

De tuinder heeft geen weet van de exacte wiskunde die BiedOptimaal onder de motorkap heeft, maar zonder deze wiskunde zou BiedOptimaal niet werken. Iedere dag heeft BiedOptimaal niet meer dan twee uur om al het rekenwerk voor meer dan 100 tuinders uit te voeren. De statistische voorspelmodellen, die dagelijks via regressie geijkt worden, voeden het optimalisatie model. Het optimalisatiemodel bepaalt vervolgens met behulp van mixed integer programming de optimale oplossing voor bijna 30000 variabelen binnen 15000 randvoorwaarden. Naast kwalitatieve goede oplossingen zijn snelheid en schaalbaarheid belangrijk. Daarom hebben we in de software implementatie de berekeningen geparallelliseerd. Op die manier is het geen probleem om in de nabije toekomst meer tuinders aan te sluiten en nog steeds in twee uur alles te berekenen. 

Financiële en maatschappelijke impact van BiedOptimaal 

Op dit moment draait BiedOptimaal dagelijks voor meer dan 100 tuinders in heel Nederland, hiermee wordt 337 MW opgesteld WKK vermogen geoptimaliseerd. De deelnemende tuinders ontvangen iedere dag een optimale APX bieding van AgroEnergy. Hiermee besparen ze flinke kosten én tijd. Kostbare tijd, die ze graag besteden aan hun expertise: het zo goed mogelijk laten groeien van hun gewassen. 

De kas

Ook op het maatschappelijk vlak levert BiedOptimaal een bijdrage: door de bepaling van de optimale strategie voor warmtegeneratie wordt alle gegenereerde warmte in de kas gebruikt. Op deze manier worden kostbare grondstoffen niet verspild. 
In de toekomst biedt BiedOptimaal mogelijkheden om duurzame, decentrale energieclusteringen te optimaliseren. Denk hierbij aan bijvoorbeeld een geothermiecluster: warmte onttrokken uit de aarde wordt verdeeld onder de aangesloten afnemers, waarbij de intelligentie van BiedOptimaal zorgt dat iedere afnemer hier optimaal gebruik van kan maken. 

BiedOptimaal in de media 

Bekijk hier een korte animatie waarin de werking van BiedOptimaal wordt uitgelegd.
Ook is BiedOptimaal door de landelijke pers opgepikt: Lees hier het artikel uit NRC Next (16-09-2014). 

Gebruikservaringen 

“Ik ben blij dat ik heb meegewerkt aan de ontwikkeling van BiedOptimaal. Al was het alleen al omdat ik er vroeg bij was. Want iedere dag dat ik BiedOptimaal gebruik, levert me geld op.” 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
“BiedOptimaal geeft rust. Je weet dat je het meeste rendement uit je energie-installaties haalt. Ik wil niet zeggen dat het vroeger nattevingerwerk was, maar ik zat er wel eens naast. Bovendien moest ik voor een bepaald tijdstip een beslissing nemen, anders was ik een dag te laat. Met BiedOptimaal en mijn Energie Specialist van AgroEnergy, hoef ik me daar geen zorgen meer over te maken. En met BiedOptimaal weet ik dat alle instellingen kloppen. Dat bespaart geld en het geeft rust. En dat is ook wat waard.” 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
“Ik ging met vakantie en ik wilde de jongens op de tuin niet met een nieuw systeem belasten, dus heb ik besloten om hem op automatisch te zetten. En dat is eigenlijk heel goed gegaan. Het feit dat je erop kunt vertrouwen dat BiedOptimaal de boel in goede banen blijft leiden als je daar zelf even geen tijd voor hebt, geeft toch een stukje rust.”

 

Data science in de praktijk

Het BiedOptimaal project is een geweldig voorbeeld van hoe data science in de praktijk kan werken. Een intelligente keten van voorspellen en optimaliseren zorgt ervoor dat de tuinder zich kan richten op zijn core business (de teelt), terwijl de benodigde energie tegen een concurrerende prijs wordt ingekocht. De output van BiedOptimaal, de APX bieding, wordt dus ook daadwerkelijk, dagelijks gebruikt. 
Natuurlijk is dit maar één van de vele voorbeelden van de toepassing van data science in de praktijk. De mogelijke voordelen, zoals bijvoorbeeld kostenbesparing en efficientieverbetering, zijn legio. Lees hier meer data science cases uit onze praktijk.

Data science is al meer dan 35 jaar ons vak. We hebben ruim 35 data scientists in dienst met minimaal een academische opleiding in wiskunde, econometrie en/of informatica en meer dan 3500 data science projecten uitgevoerd voor zo’n 350 bedrijven als AgroEnergy, Philips, ASML, NS, ProRail, Albert Heijn en Air Liquide. Heeft u vragen of wilt u weten wat we voor úw organisatie kunnen betekenen? Neem dan gerust contact met mij op!

Judith van Rijswick

 

Aanbevolen

  • Andere blogs van CQM lezen? U vindt ze hier
  • Of wilt u altijd op de hoogte blijven van het laatste nieuws van CQM? Volg ons dan op LinkedIn of schrijf u in voor de digitale nieuwsbrief (max. 4x per jaar)
Drs. Judith van Rijswick-Lamers

Drs. Judith van Rijswick-Lamers

Senior Consultant