Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Energie-opslag als een ontwrichtende technologie in het energiesysteem van de toekomst" "Johan Driesen" "Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME), Elektrische Energiesystemen en -toepassingen (ELECTA)" "Het elektriciteitssysteem ondergaat een fundamentele transformatie, door de transitie naar hernieuwbare bronnen en een vrije markt. Technologieroadmaps en recente innovaties geven aan dat energie-opslag goedkoop en massaal beschikbaar zal worden, wat zal leiden tot een ontwrichting van de technisch-economische werking en ontwerp van het gehele energiesysteem, vermits de fundamentele balans tussen elektriciteitsopwekking en verbruik niet langer moet gerespecteerd worden. Het doel van dit project is de implicaties van de massale uitrol van deze opslagtechnologieën, te onderzoeken, zowel op het niveau van het gehele systeem, zijn componenten en hun technische regeling, alsook het economisch kader (rol v an de actoren, business cases) daarvan." "Onbalans compensatie voor net-ondersteunende omvormers" "Johan Driesen" "Afdeling ESAT - ELECTA, Elektrische Energie en Computerarchitecturen, Elektrische Energiesystemen en -toepassingen (ELECTA)" "Het aantal netgekoppelde omvormers in het laagspanningsnet is al jaren aan het toenemen. Met het oog op duurzaamheid worden elke dag meer en meer toepassingen, zoals decentrale elektriciteitsproductie, elektrische voertuigen, opslag etc. verbonden via omvormers. Dit vergroot een aantal uitdagingen voor de controle van het net, zoals spannings- en frequentiestabiliteit, foutgedrag en harmonischen.De toename van enkelfasige decentrale elektriciteitsproductie in het bijzonder zorgt voor een specifieke uitdaging: interfase onbalans. Terwijl enkelfasige lasten sowieso zorgen voor onbalans in driefasige netten, zorgt enkelfasige decentrale elektriciteitsproductie ook voor een omkering van de stroomzin en daardoor, in driefasige vierdraadsnetten, een toename van de stroom door de neutrale geleider.Maar de toename van netgekoppelde omvormers biedt ook meer controlemogelijkheden, aangezien het gedrag van (sommige) omvormers geprogrammeerd kan worden. Het eerste luik van deze doctoraatsthesis handelt dan ook over dit controle perspectief. Een standaard controle wordt voorgesteld en uitgebreid met net-ondersteunende diensten zoals spannings- en frequentieondersteuning, onbalanscompensatie, geschikt foutgedrag en harmonische compensatie.Deze diensten hebben een gemeenschappelijke nood aan uitgebreide en nauwkeurige informatie over de status van het net. Daarom wordt een netstatusschatter voorgesteld die alle noodzakelijke informatie voor net-ondersteuning voorziet. De schatter wordt geïmplementeerd op en getest met een rapid prototyping systeem voor de controle van vermogenselektronica en daarbij vergeleken met andere schatters.Het tweede luik van deze doctoraatsthesis spitst zich dan toe op onbalanscompensatie en twee deelaspecten in het bijzonder: stroomherverdeling en de toevoeging van een neutrale verbinding aan omvormers. Stroomherverdeling is een nieuwe manier om onbalans te compenseren met omvormers, die nu idealiter een verbinding met de neutrale geleider in het net hebben. Het onderzoek toont aan dat het voordelig is om deze neutrale verbinding te hebben, zowel voor de eigenaar van de omvormer als voor het net. Maar de stroom door die neutrale verbinding kan wel significant groter zijn dan de stroom door de andere (fase) verbindingen. Deze stroom wordt dan gekwantificeerd aan de hand van drie parameters: gelijktijdigheid, reactief vermogen en de verwachte hoeveelheid decentrale elektriciteitsproductie.Men kan daarom niet verwachten dat een omvormer te allen tijde perfect onbalans kan compenseren. Daarom wordt het stroomherverdelingsalgoritme uitgebreid met een optimalisatie die toestaat zo veel mogelijk onbalans te compenseren, gegeven de mogelijkheden van de omvormer. Deze optimale aanpak garandeert dat het primaire doel van de omvormer nooit verhinderd wordt: het uitwisselen van gebalanceerd (re)actief vermogen met het net. Bovendien worden de hardware beperkingen proactief meegenomen in de berekening. Ook deze aanpak wordt geïmplementeerd op en getest met het rapid prototyping systeem.In verdergaand werk kunnen de andere net-ondersteunende diensten opgenomen worden in deze optimalisatie, om op die manier de vereiste inspanningen optimaal te verdelen. Dit zou ervoor kunnen zorgen dat elke controleerbare omvormer actief en optimaal het net ondersteunt." "Interoperabiliteit van het Power Electronics-netwerk wordt gedomineerd door openheid" "Dirk Van Hertem" "Elektrische Energiesystemen en -toepassingen (ELECTA)" "Power electronic (PE) devices are a key enabler for integrating renewable energy into our power system. However, to achieve interoperability of PE devices, barriers are present in technology but also in intellectual property and regulation. To overcome these barriers, Inter-oPEn offers a unique doctoral training program for 10 researchers that integrates multi-sectorial knowledge, gathering electrical engineering and legal researchers. To achieve the common goal of the interoperable PE-dominated power system, openness will be a pivotal factor across the different doctoral projects, tackling fundamental aspects of modern PE-based electrical systems such as control, protection, interoperability, governance, and intellectual property challenges. In line with the UN Sustainable Development Goals, and the EU Green deal, Inter-oPEn's research program is divided into three complementary parts, (1) Engineering components for swift interoperability, (2) Integration of a resilient and flexible power system, and (3) Enabling interoperability from a legal and regulatory viewpoint. Inter-oPEn's training program puts a particular emphasis on maneuvering the complex and rapidly growing power system/electronics sector with specific intersectoral trainings on, e.g. change management in critical infrastructure, how to give good recommendations, or simplification approaches for an efficient description of complex contexts to other domains. Comprised of 8 academic partners and 13 industrial associated partners, Inter-oPEn offers a broad industry and transmission system operator expertise for doctoral trainings, research, and secondments. Compared to previous EU projects and doctoral training networks on the interoperable PE-dominated grid, Inter-oPEn is innovative by including two fundamental and new aspects: (1) the interplay of technical and legal perspectives is considered, and (2) openness principles are the heart of engineering and legal research, as well as, training." "Innovative solutions for advanced interconnects using ultralow-k dielectrics" "Stefan De Gendt" "Duurzame Chemie voor Metalen en Moleculen" "Micro- en meso-poreuze materialen worden breed bestudeerd voor toepassingen in onder andere katalyse, gasscheiding, sensoren, optica, ... In de halfgeleider technologie worden deze materialen ook beschouwd als lage diëlektrische constante (low-k) inter metaal isolatoren voor ‘ultra large scale integration (ULSI)’ toepassingen. Verschillende categorieën poreuze materialen zoals silica, zuivere polymeren en metallo-organische netwerken zijn in beschouwing voor deze ‘interconnect’ toepassingen. Naarmate de kritische transistor dimensies afnemen, neemt ook de vereiste voor meer geavanceerde verbindingen toe. Vooral vermindering van de vermogens dissipatie en de vertraging van signaal transmissie door weerstand / capaciteit (RC) vereisen lage diëlektrische constante materialen. Voor de meest bestudeerde materiaal categorie, de poreuze organosilicaten (p-OSG), is de materiaal synthese goed gekend. De precursoren, i.e. de silica matrix en het porogeen materiaal, worden via ‘plasma-enhanced chemical vapor deposition’ of ‘sol gel methode’ samen gedeponeerd. Nadien wordt het porogeen materiaal selectief verwijderd door een thermische of ultraviolet (UV-cure) behandeling, resulterend in een meso-poreuze structuur. Door dit proces kan een vermindering van de k waarde gecontroleerd worden; een toenemende porogeen / matrix verhouding leidt tot een meer open poreuze structuur, waarbij een grotere porositeit gepaard gaat met toegenomen gemiddelde porie grootte. Deze hoog poreuze materialen zijn minder conform met conventionele ‘interconnect’ integratie processen zoals heterogene depositie, plasma processen en chemisch mechanisch polijsten (CMP). Specifiek, diëlektrica degradatie door plasma ets processen en door depositie van de metaal diffusie barrière zijn typische uitdagingen. Plasma geinduceerde schade (PID) wordt voornamelijk veroorzaakt door penetratie van ets radicalen, fotonen en residu depositie in de poriën, resulterend in een gewijzigde poreuze structuur en samenstelling tot diep in de bulk van het materiaal. Het verlies van specifieke organische groepen op de porie wanden maakt deze hydrofiel, en de hiermee gepaard gaande absorptie van vochtigheid leidt tot degradatie van de diëlektrische eigenschappen en de betrouwbaarheid van de werking. Ook de indringing van metaal species tijdens fysische of chemische depositie processen van de metaal diffusie barrière veroorzaakt continuiteits problemen, lekstromen en verandering van de effectieve diëlektrische waarde van het materiaal.  De effectieve diëlektrische waarde voor geintegreerde intermetaal dielectra is meestal significant verschillend van de waarde van de basis materialen. Bovendien vereist de toegenomen porositeit de depositie van dikke barrière lagen, die een significant bijdrage hebben tot de resistiviteit, waardoor voor heel dunnen interconnecties het gebruik van Cu niet meer volstaat om de vereiste geleidbaarheid te bekomen. Samenvattend kan men stellen dat de integratie van ultra-poreuze lage diëlektrische constante materialen in de ‘state-of-the-art’ damasceen technologie onderhevig is aan grote uitdagingen om de vereiste schaling in k-waarde te bekomen.Teneinde de gevolgen van de plasma geinduceerde schade (PID) te verminderen, werden er reeds veel mogelijke methodes voorgesteld, waaronder het gebruik van aangepaste plasma chemie, post-ets low-k herstelling en post ets porogen verwijdering. Tevens werden ook verschillende porie bescherming methodes voorgesteld met een betere compatibiliteit met de depositie van de metaal diffusie barrière. Desondanks vertonen al deze oplossingen ofwel een onvoldoende verbetering van de performantie ofwel een beperkte compatibiliteit met het productie proces van geïntegreerde schakelingen. Het doel van deze thesis richt zich dan ook op drie conceptueel nieuw integratie strategieën voor geavanceerde interconnecties, gebruikmakend van ultralow-k diëlektrica, namelijk post porositeit porie bescherming (post porosity pore protection), porie bescherming door precursor condensatie (pore protection by precursor condensation) en vervanging low k concept (replacement low-k approach). Aangezien zowel plasma schade en barrière penetratie hun oorsprong vinden in de porisiteit van het materiaal is densificatie van het poreuze low-k materiaal de meest efficiënte aanpak om de integratie compatibiliteit te verbeteren. De ‘post porosity pore protection (P4)’ methode wijzigt de interconnect proces flow door het in een vroeg stadium introduceren van een externe sacrificiële vuller die de porositeit van de low-k film onderdrukt. De P4 proces flow omvat een vulling, ets en verwijder stap en is uitgebreid bestudeerd in dit werk. Door optimalisatie van de vul proces condities konden verschillende polymeren succesvol geadsorbeerd worden in p-OSG met verschillende porositeit en porie grootte. De polymeer penetratie graad is afhankelijk van de low-k structuur, de polymeer eigenschappen en de vul condities. Tijdelijke porie vulling belet de penetratie van actieve radicalen en ets neven producten tijdens het plasma proces, met een significante afname van de waargenomen PID. Anderzijds resulteert ook porie bescherming in een defect vrije metallisatie, een bijkomend cruciale stap voor integratie van poreuze low-k materialen. In deze aanpak blijft de sacrificiële vuller behouden tijdens het volledige metallisatie proces, met inbegrip van de barrière depositie, Cu vul proces en chemisch mechanische  polijst stap. Lage proces temperatuur en zuurstof vrije verwijdering is noodzakelijk om bijkomende schade aan de metallisatie structuren te voorkomen. Een alternatieve strategie voor porie bescherming is gebaseerd op lage temperatuur condensatie van precursor reagentia. De plasma ets eigenschappen van poreuze organosilikaat materialen bij cryogene temperaturen werden bestudeerd. Het mechanisme van plasma schade werd bestudeerd met in-situ ellipsometrie en post-ets materiaal karakterisatie. Gebruik van conventionele vluchtige reagentia zoals SF6, leerde dat plasma schade beperkt kan worden bij temperaturen lager dan -120oC, hetzij door porie wand passivatie met moleculair SF6 of door partiele condensatie van niet-vluchtige ets bij- producten.De bescherming kan versterkt worden door middel van gasfase precursoren met verzadigde dampspanning bij lage temperatuur. Gebruik van C4F8 leidt tot complete porie vulling bij -110°C  en verwaarloosbare plasma schade wordt waargenomen, zowel op blanket en gestructureerde low-k filmen. De karakteristieken van precursor condensatie worden in detail beschreven en besproken, evenals een optimaal proces venster, waarbij aangetoond wordt dat de condensatie temperatuur verhoogt kan worden door gebruik te maken van precursoren met een lagere dampspanning. In-situ densificatie door precursor condensatie kan derhalve resulteren in schadevrije plasma bewerking van mesoporeuze materialen. In vergelijking met de P4 aanpak, die bijkomende vul en verwijder stappen vereist, biedt de proces flow door middel van cryogene ets processen een eenvoudigere en economisch gunstigere route voor schadevrije integratie van low-k materialen.Gezien de toegenomen complexiteit van integratie van geavanceerde low-k materialen, houdt het ook steek om een aanpak waarbij eerst de metaal interconnect structuur gedefinieerd wordt, voorafgaand aan de depositie van het diëlektricum.  Desondanks veel onderzoek naar rechtstreekse Cu ets en directe diëlektricum vulling, is een goede morfologie en elektrische performante werking bij technologisch relevante dimensies nog steeds onvoldoende aangetoond.  Het werk in deze thesis onderzoekt daarom een alternatieve aanpak, gebaseerd op een ‘dielectric-last’ schema. De metaal structuur wordt eerst gevormd door het etsen van een sacrificieel model materiaal en vul. Na de verwijdering van het model materiaal. Wordt een low-k materiaal gevormd in de ruimte tussen de metaal structuur. De voorgestelde methode elimineert enerzijds plasma geïnduceerde low-k schade en anderzijds de barrière penetratie problemen door gebruik te maken van een vloeistof fase zelf-assemblerend low k diëlektricum. Door optimalisatie van de spin coat condities kan een conforme low-k vulling bekomen worden. In dit werk wordt de invloed van het vul proces op de metaal structuren nagegaan. Het verwijderen van het low-k porogen kan leiden tot vorming van Cu2O en de daarmee gepaard gaande Cu migratie kan resulteren in verminderde elektrische eigenschappen, waardoor ook geschikte bescherming van de koper structuren en afstellen van de low-k processen noodzakelijk is. Tot slot wordt ook integratie in een ‘dual damascene’ integratie schema beschouwd, waarbij de vorming van de bovenste metaal lagen de implementatie van een oppervlakte planarisatie door chemisch mechanisch polijsten vereist. De componenten van het CMP mengsel kunnen in het poreuze low-k penetreren, met nadelige impact op het diëlektrisch gedrag, waardoor ook de ontwikkeling van een reinigingsstap noodzakelijk is.   Gebruik makend van een structuur geschikt voor integratie worden ook de elektrische eigenschappen geëvalueerd. Een hoog rendement wordt bekomen met deze integratie flow en relevante effectieve low-k waardes en elektrische doorslag voltages bevestigen de geschiktheid van de specifieke integratie aanpak." "Stability Analysis of Hybrid AC/DC Power Systems" "Jef Beerten" "Elektrische Energiesystemen en -toepassingen (ELECTA)" "The massive integration of renewable energy sources in the power system worldwide is pushing the transmission systems to their limits. Power electronics-based network components are playing a major role in this energy transition. They offer the possibility to control power flows and increase the reliability of the network under variable working conditions. On the transmission level, HighVoltage Direct Current (HVDC) technology is the candidate for reinforcing and upgrading the system. Long-term visions encompass rolling-out an offshore grid in the North Sea combined with so-called ""electricity highways"", energy corridors with power ratings that are an order of magnitude higher than existing line ratings.Compared to the point-to-point HVDC connections that are now widespread in our transmission system, significant cost reductions and increased reliability can be obtained by building a meshed HVDC grid. The European Commission, the power industry as well as environmental organizations support the development of such a meshed system to develop a North Sea grid, which will connect wind farms and strengthen the European internal electricity market. In the long term, these developments can give rise to a European HVDC ""supergrid"", interconnecting the power generated by wind in the North Sea with solar power generated in the South of Europe.Such HVDC grids will most likely develop as multi-vendor systems, and control interactions in in this hybrid AC/DC power system will play an increasing role. This project focuses on the combined stability analysis of hybrid AC/DC power system and the development of dynamic system equivalents for such an analysis." "Flexibele warmte en kracht, verbinding maken tussen warmte- en elektriciteitsnetwerken door gebruik te maken van de complexiteit van de gedistribueerde thermische flexibiliteit." "Lieve Helsen" "Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME)" "The annual space heating and cooling energy consumption in Europe is almost 3,500TWh. In 2012, in EU28 the electricity consumption ratio was around the 20% of the total energy consumption, from which 30% was consumed in the residential and 30% in the services sectors. From these proportions, air conditioning represents 17% of the total electricity consumption in the EU27 residential buildings. In the EU tertiary sector the electric space and water heating system represent 19.22%, the ventilation 12.47%, the commercial refrigeration 8.57% and the air conditioning 2.86% of the buildings electricity consumption. Heating, ventilation and air conditioning system’s electricity consumption of a building can represent between the 30% and 40% of the total energy consumption.The inertia of these power to heat solutions constitute an enormous potential for electric flexibility usable for absorbing the excess of renewable generation and avoiding curtailment while managing local power congestion, voltage stability in the grid and avoiding reversal power flows, as well as minimizing RES production imbalance. That is, DER with thermal inertia can provide services to RES owners, grid operators, aggregators and actors on the power market, while saving energy in the buildings. In fact, flexibility harnessing using heat to power solutions enables to deploy large-scale renewable throughout Europe successfully.The Flexible Heat and Power (FHP) project will develop a Power-to-Heat (and Cooling) solution package that manages this complexity through an easily accessible interface aimed at buildings and power grid actors. A practical prototype will be developed and deployed in two different demonstration scenarios in The Netherlands and Sweden representing diverse parts of the European power grid. FHP has the potential to provide total thermal flexibility with the aim of increasing the share of renewables by 22% over the total electric consumption from current technical limits (40%)." "Ontwerp van een robuuste, meerlaagse, actieve vraagsturingsarchitectuur onderworpen aan communicatiebeperkingen." "Geert Deconinck" "Afdeling ESAT - ELECTA, Elektrische Energie en Computerarchitecturen" "Een sterke toename van het aantal hernieuwbare energiebronnen wordt beschouwd als een belangrijke bijdrage in de transitie naar een veilige, betaalbare en koolstofarme elektriciteitsvoorziening. Hun intermittente en onvoorspelbare wijze van energieopwekking leidt echter tot variabele en moeilijk te voorspellen bidirectionele energiestromen in distributie- en transmissienetwerken. Tegelijkertijd stijgt de totale elektriciteitsvraag ten gevolge van de opkomende elektrificatie van transport en verwarming. Deze trends leiden tot complexe energiestromen aan vraag- en aanbodzijde die een uitdaging vormen voor onze elektriciteitsnetwerken, markten en actoren.De voorbije jaren is het gebruik van actieve vraagsturing onder hernieuwde onderzoeksaandacht gekomen omwille van vooruitgang in de systeem- en regeltechniek en de beschikbaarheid van snelle en betaalbare rekenkracht en communicatienetwerken. Het gebruik van de flexibiliteit aan de vraagzijde om de balans tussen consumptie en productie in evenwicht te houden stelt echter meerdere uitdagingen. In eerste instantie vereist het grote aantal communicerende toestellen een betaalbare oplossing. Vervolgens stelt de ontwikkeling van een efficiënte, praktische en betrouwbare regelstrategie een aanzienlijke opgave door de grote omvang van het probleem. Hiernaast vormt het vooropstellen van het comfort van de eindgebruiker een prioriteit. Het toekomstige slimme elektriciteitsnetwerk omsluit ook veel belanghebbenden, met elk hun specifieke en tegengestelde doelstellingen. Een laatste opgave bestaat uit de studie van de meest geschike controle strategieën, waarbij hun toepasbaarheid word gevalideerd in gesimuleerde en fysieke omgevingen.Dit werk focust zich op de ontwikkeling van efficiënte, praktische en betrouwbare strategieën voor de grootschalige sturing en regeling van residentiële toestellen. De resulterende virtuele energiecentrale kan aangewend worden om waardevolle diensten te leveren aan leveranciers en netwerkoperatoren. Dit transformeert eindverbruikers in actieve en ondersteunende aandeelhouders in de transitie naar een duurzame, groene energievoorziening. Hierbij werd een bestaand markt-gebaseerd regelsysteem toegepast, uitgebreid en aangepast. De inherente tekortkomingen van onvolmaakte toestandsinformatie ten gevolge van aggregatie, afwijkingen ten gevolge van het gebruik van micro-economische biedingsfuncties en toepasbaarheid voor elektrische thermische toestellen werden beperkt of aangepakt. Doorheen dit werk werd de technische en economische haalbaarheid van de oplossing steeds sterk in het achterhoofd gehouden, en ondersteund met uitvoeringen in de praktijk.Het eerste deel van dit werk is toegespitst op regel- en stuursystemen voor clusters van gemengde toestelklassen zoals gebruikt in het onderzoeksproject LINEAR, waarbij flexibele toestellen van 240 Belgische gezinnen werden aangestuurd. Om de effectiviteit van de oplossing te bestuderen werd een portfolio van algoritmes geïmplementeerd in een simulatie-omgeving. De geïntegreerde load-flow implementatie laat toe om naast de economische impact ook de invloed op het distributienet in rekening te brengen onder realistische scenario's. Ten eerste wordt een nieuw gedistribueerd spanningscontrolemechanisme gepresenteerd dat ook in de veldtest uitgerold werd. Vervolgens werd dit mechanisme gecombineerd met een aanpassing van de markt-gebaseerde aanpak naar de toestellen van de veldtest. Simulatieresultaten tonen aan dat vanuit een economisch welvaartsperspectief de objectieven van zowel de eindverbruiker als de netwerkoperator gelijktijdig in rekening gebracht moeten worden. Vervolgens werd de meerlaagse aanpak uitgebreid met een adaptieve data-gedreven techniek. Door de niet-lineaire dynamica van de cluster en lokale netwerkbeperkingen mee in rekening te nemen kan de performantie verder verhoogd worden. Tot slot werd een transparante uitrol-architectuur ontwikkeld, teneinde de brug tussen meer geavanceerde simulaties en een tijdrovende veldtest te slaan. Dit platform laat toe om snel algoritmes uit te rollen in een fysieke labo-omgeving en mogelijk ook nieuwe veldtesten.Het tweede deel is gewijd aan elektrische thermische toestellen, dewelke de grootste gecombineerde residentiële vermogens- en energie-opslagcapaciteit bieden. Eerst werd de markt-gebaseerde aanpak aangepast ter controle van heterogene clusters van deze toestellen. Het nieuwe geaggregeerde model is gebaseerd op virtuele traceertoestellen die op geaggregeerd niveau geïdentificeerd worden. Deze zijn in staat om zowel het statisch als dynamisch temperatuursverloop van de populatie te vatten, alsook de heterogeniteit van de toestellen. Bijkomend werd het verdelingsmechanisme geïntegreerd in de optimalisatie. Tot slot werd een veldtest uitgevoerd met 25 koelkasten in studentenkamers op de campus van UC Berkeley. De ontwikkelde lokale controle modules, het communicatieplatform en de ontwikkelde controlestrategie heffen de eerder genoemde resterende barrières op." "Een probabilistische methode voor het meta-modelleren van de impact van residentiële warmtepompen en PV op laagspanningsnetten" "Dirk Saelens" "Afdeling Bouwfysica, Bouwfysica en Duurzaam Bouwen" "Europees beleid, gericht op het verminderen van het energiegebruik in woningen en CO2-emissies, bevordert de energie-efficiëntie in gebouwen, de elektrificatie van verwarming en de opwekking van hernieuwbare elektriciteit. Lage-emissie technologieën zoals warmtepompen en fotovoltaïsche (PV) systemen op het dak kunnen het elektriciteitsprofiel sterk beïnvloeden. Dit heeft een potentiële impact op alle niveaus van het elektriciteitssysteem. Technische beperkingen van het distributienet limiteren de mogelijke uitrol van deze technologieën in de praktijk omdat de zware elektrische belasting specifieke oplossingen zoals opslag of netversterkingen zouden vereisen. Deze beperkingen worden echter vaak genegeerd of op een te vereenvoudigde manier bekeken in high-level beoordelingen. Daarom is dit proefschrift gericht op het probabilistisch beschrijven en kwantificeren van de impact van residentiële warmtepompen en PV op laagspanningsdistributienetten. Verder betracht het om meta-modellering te verkennen als numeriek minder veeleisende methode voor een vereenvoudigde beoordeling wat het gebruik  van de resultaten in high-level studies moet faciliteren.Eerst wordt een methode ontwikkeld die het mogelijk maakt om de effecten van warmtepompen en PV op verschillende cases van laagspanningsdistributienetten te analyseren. Deze methodologie combineert een gedetailleerde simulatie van gebouwen en netwerken door middel van Modelica en een Monte Carlo-benadering om onzekerheden met betrekking tot de elektrische belasting in te rekenen. De invloed van modellen en methodologische aannames wordt verder geanalyseerd en vervolgens wordt de methode gebruikt voor de studie van de impact van warmtepompen en PV op Belgische laagspanningsdistributienetten. De resultaten illustreren de problemen die optreden bij een doorgedreven implementatie van deze technologieën en identificeren de belangrijkste netwerk- en gebouwparameters. Sensitiviteitsanalyses onthullen bovendien het belang van randvoorwaarden, zoals de weersomstandigheden, bij dergelijke beoordelingen.Om deze bevindingen vervolgens te kunnen vertalen in beslissingsondersteunende tools voor grootschalige onderzoeken, richt het tweede deel van dit proefschrift zich op het ontwikkelen van meta-modellen. Hiermee kan de beoordeling van grid-impact indicatoren uit de complexe simulaties met behulp van een aantal goedgekozen inputparameters op een numeriek efficiënte manier benaderd worden. De methodologie voor meta-modellering is gebaseerd op de relevante literatuur terzake en past deze toe op het specifieke geval van grid-impactanalyse. Elke stap in de meta-modellering wordt uitvoerig besproken, met de nadruk op specifieke uitdagingen en wordt vervolgens toegepast om meta-modellen te trainen voor grid-impactindicatoren op basis van gridparameters en enkele gebouweigenschappen. Eenvoudige modellen, zijnde ridge regressie en logistische regressie, worden eerst verkend waarbij modelcontrole, inferentie, modelselectie, en de specifieke behoeften van verschillende indicatoren worden besproken. Vervolgens worden neurale netwerken ontwikkeld voor indicatoren die de minimale spanning analyseren. Deze bleken immers moeilijker te voorspellen met een eenvoudige regressie. Verschillende modelleringskeuzes worden voor deze modellen onderzocht om de complexiteit en opportuniteiten van meta-modellen te benadrukken. Zowel de lineaire modellen als de neurale netwerken gaven veelbelovende prestaties. Omdat deze laatste methode echter aanzienlijk meer trainingstijd vereist, wordt aanbevolen om het gebruik ervan voor te behouden voor gevallen waarin de lineaire modellen geen bevredigende resultaten opleveren.Algemeen gesteld, toont dit onderzoek aan dat meta-modellering het potentieel heeft om lokale netwerkbeperkingen op te nemen in high-level beoordelingen, bijvoorbeeld bij beleidsevaluaties, stadsplanning of netwerkbeheer en -ontwerp." "Modular Development Plan of the Pan-European Transmission System 2050." "Dirk Van Hertem" "Afdeling ESAT - ELECTA, Elektrische Energie en Computerarchitecturen, Afdeling Toegepaste Mechanica en Energieconversie" "Eight Transmission System Operators (BE, CZ, FR, DE, IT, PT, CH, PL) and ENTSO-E, together with 4 associations of technology manufacturers, and 16 RTD performers propose a 3-year R&D project to develop and to apply a methodology for the long-term development of the Pan-European transmission network. The project aims at delivering a top-down methodology to support the planning from 2020 to 2050. First, it implements a set of future power scenarios, including generation units, the possible use of electricity storage and demand-side management solutions: scenarios for power localization are proposed with assumptions on the energy mix in each of the connected clusters covering the ENTSO-E area. Network studies are performed to detect the weak points when implementing the scenarios for 2050. Grid architectures options and a modular development plan are then proposed, including electricity highways, on the basis of power flow calculations, network stability analysis, socio-economic, network governance considerations, and with remarks from the consultation of European stakeholders. In parallel, an advanced planning methodology is designed, developed and tested with academic laboratories to address a few critical aspects of the above planning methodology, which may impact the robustness of the resulting architectures. This enhanced approach takes into account the correlated uncertainties in renewable generation and consumption, potential voltage and stability issues, and black-out risks including the feasibility of defence plans to avoid uncontrolled cascading failures of the candidate architectures. It includes the use of non-linear detailed models of power grids and stochastic optimization techniques. The dissemination is coordinated by ENTSO-E to reach the widest audience and to prepare the exploitation of the results. Standardization and complementary research efforts are pointed out for the future investment optimization with the support of the manufacturing industry."