De nieuwe industriële revolutie: 5G en smart grids

De nieuwe industriële revolutie: 5G en smart grids
EXPERTBIJDRAGE

De ontwikkelingen op het gebied van smart grids en 5G creëren een nieuw en complex ecosysteem, dat de basis kan gaan vormen voor een nieuwe industriële revolutie. Een expertbijdrage van Ben van Lier, director Strategy & Innovation van Cedric en expert op het gebied van het Internet of Things.

Volgens de Amerikaanse econoom Jeremy Rifkin zijn in de historie de grootste economische revoluties voortgekomen uit de samensmelting van nieuwe communicatietechnologieën met nieuwe energiesystemen. Over deze samensmelting stelt hij in zijn boek the Third Industrial Revolution: ‘New energy regimes makes possible the creation of more interdependent economic activity and expanded communication exchange as well, facilitate more dense and inclusive relationships.’ Daarmee is de vraag aan de orde of de samensmelting van ontwikkelingen als smart grids, intelligent machines en een nieuw vijfde generatie (5G) mobiel telecommunicatienetwerk de basis gaat vormen voor een nieuwe industriële revolutie.

Volgens Rifkin is infrastructuur niet slechts een statisch geheel, bestaande uit afzonderlijke componenten die gezamenlijk economische activiteiten mogelijk maken. Volgens hem moeten we infrastructuur eerder zien als een organische verbinding tussen communicatietechnologieën en energiebronnen die gezamenlijk een levende economie als systeem creëren. Volgens hem vormt communicatietechnologie het zenuwstelsel van dit economische systeem, wat de activiteiten van dit economische systeem overziet, coördineert en bestuurt.

Anderzijds vormt energie het bloed dat door dit systeem circuleert en het systeem in staat stelt om door de natuur voortgebrachte mogelijkheden in de vorm van onder andere grondstoffen om te zetten in goederen en diensten. Deze zorgen ervoor dat het organisme groeit en in leven blijft. Naar de mening van Rifkin zorgt de ontwikkeling van het Internet of Things, waarin apparaten in huis en daarbuiten onderling worden verbonden in netwerken, gecombineerd met nieuwe mogelijkheden voor energieopwekking rondom dit huis (zonnepanelen, windmolens), voor een fundamentele verandering van het economische systeem. Deze verandering ontstaat onder andere doordat gebruikers en producenten van energie onderling in netwerken worden verbonden en daardoor gelijktijdig een nieuwe rol als ‘prosumer’ vervullen.

Smart grids

De versmelting van communicatienetwerken, zoals het internet met nieuwe energienetwerken in een smart grid, is een ontwikkeling die al jaren gaande is. Onder andere Wang (2011) stelt dat deze nieuwe generatie gecombineerde netwerken zal bestaan uit: ‘(…) electric power systems that incorporate diversified renewable energy resources. Automated and intelligent management is a critical component that determines the effectiveness and efficiency of these power systems. The management automation and intelligence are envisioned to offer a variety of advantages over the current systems in terms of digitalization, flexibility, intelligence, resilience, sustainability, and customization, which entitles the name smart grid to the next generation power systems.’

Deze smart grids hebben als grootste uitdaging het beheersen van de vraag naar en het aanbod van energie die wordt opgewekt door een diversiteit aan gedistribueerde en onderling verbonden energieproducenten. De door hen gezamenlijk geproduceerde energie moet op zijn beurt weer worden gedistribueerd naar een steeds grotere diversiteit aan energieconsumenten, zoals mensen en machines. Voor Wang speelt in de ontwikkeling van een dergelijk ‘Energy Internet’ de ontwikkeling van een snel, betrouwbaar en veilig communicatienetwerk een cruciale rol.

Dit communicatienetwerk moet, zoals hij stelt, tenminste voldoen aan de volgende eis: ‘Real-time bidirectional communications are the foundations to support the comprehensive power system management tasks which, in certain cases, requires time-intensive and data intensive information exchange.’ Door onder andere Siemens wordt in een notitie vastgesteld dat smart grids die voortkomen uit de combinatie van nieuwe communicatie en energienetwerken in essentie mogelijkheden creëren voor: ‘(…) the digital control of the power delivery network and two-way communication with customers and market participants through the realization of a fully automated delivery network that can ensure a two-way flow of electricity and information between the power plants and appliances and all points in between.’

5G

Om smart grids te ontwikkelen, zijn op termijn nieuwe, snellere en veilige(re) vormen van datauitwisseling noodzakelijk dan die binnen de huidige netwerken voorhanden zijn. Dit omdat, zoals Soldani (2013) stelt, de huidige netwerken nooit zijn bedacht of ontwikkeld: ‘(…) for flexible spectrum usage, carrying mission critical or massive machine type of traffic and/or connecting other type of devices than smartphones, with much more stringent performance requirements, especially, in terms of throughput, latency, reliability, robustness, security and dependability.’

Volgens Soldani zal door met name het snel groeiende ecosysteem aan ‘things’ – die ons als consument, producent of ‘prosumer’ omringen – een nieuw vijfde generatie internationaal mobiel telecommunicatienetwerk binnen enkele jaren noodzakelijk maken. Door de UN Agency for Information and Communication Technologies ITU wordt samen met partners gewerkt aan de ontwikkeling van een visie voor deze in de toekomst noodzakelijke mobiele breedbandcommunicatiemogelijkheden. Deze visie wordt vormgegeven in een programma met de naam IMT-2020. Dit programma moet de basis vormen voor een nieuwe generatie wereldwijde draadloze communicatiesystemen die in snelheid en betrouwbaarheid niet onderdoen voor fiber-optische communicatie-infrastructuren.

De reikwijdte van dit nieuwe mobiele communicatiesysteem is enorm te noemen en omvat volgens de ITU : ‘The potential application fields of IMT-2020 systems, in addition to voice and video, span from healthcare to industrial automation, virtual reality, automated driving, and robotic systems controlled with an imperceptible time-lag. One-millisecond end-to-end latency is necessary for technical systems to replicate natural human interaction with our environment, a goal that experts say should be within reach of future.’

Met deze uitspraak maakt de ITU duidelijk dat de nieuwe 5G mobiele communicatienetwerken niet langer alleen voor menselijke communicatie is bedoeld, maar ook door andere actoren zoals ‘things’ zullen worden gebruikt. De toenemende hoeveelheid data en informatie die wordt gecommuniceerd met en tussen ‘things’ vereist volgens Nokia: ‘more reliable communication links but also lower transmission delays (latencies) – machines can simply process information much faster than people’.

Conclusie

De ontwikkeling van in netwerken verbonden mensen en dingen die onderling energie en informatie uitwisselen en delen, creëert een nieuw en complex ecosysteem. De mogelijkheden van dit ecosysteem om zelfstandig te leren en zich evolutionair te ontwikkelen zullen worden bepaald door de software en algoritmes die in dit ecosysteem aanwezig zijn. Dit nieuwe ecosysteem zorgt tegelijkertijd voor een paradigmaverschuiving van een traditionele centralistische topdown benadering naar een gedistribueerde en op samenwerking gebaseerde laterale ontwikkeling.

Dit nieuwe en complexe ecosysteem zal functioneren en zichzelf verder ontwikkelen op basis van de interactie en communicatie tussen een enorme hoeveelheid actoren aanwezig in dit ecosysteem. Onze kennis van dergelijke autonoom functionerende en zichzelf ontwikkelende ecosystemen is nog beperkt. Misschien dat het uitgangspunt voor nieuwe kennisontwikkeling kan worden afgeleid uit de woorden van Herbert Simon: ‘In such systems, the whole is more than the sum of the parts, not in an ultimate, metaphysical sense, but in the important pragmatic sense that, given the properties of the parts and the laws of their interaction, it is not a trivial matter to infer the properties of the whole.’

Beeld Benvanlier: LinkedIn