Netcongestie: meer dan je ooit wou weten over het elektriciteitsnet

Nog één keertje en dan houden we erover op… voor een week ofzo: alles moet elektrisch. Het is steeds meer de slogan van de klimaattransitie. Waarom? Omdat je elektriciteit kan opwekken uit hernieuwbare bronnen en omdat het ZOVEEL efficiënter is dan dingen verbranden.

Hoeveel efficiënter?

Bekijk het diagram van het Lawrence Livermore National Laboratory hieronder eens. De lichtgrijze lijnen en het vak ‘Rejected Energy’ vertegenwoordigen alle energie die we verliezen aan de ijle lucht in de vorm van warmte.

Ja, zo erg.

Ongeveer twee derde van de chemische energie in fossiele brandstoffen, gebruiken we eigenlijk nergens voor. Een verbrandingsauto zet hooguit een kwart van de energie in benzine om in beweging. Een elektrische wagen haalt vlot 90% efficiëntie. Concreet: door alles te elektrificeren zullen we ongeveer de helft minder primaire energie nodig hebben. Dat komt door de efficiëntie van elektriciteit over verbranding, zowel in gebruik als in ontginning en transport.

Netcongestie

Maar ook elektriciteit moeten we transporteren en terwijl primair energieverbruik afneemt, zal elektriciteitsverbruik wél stevig toenemen. Een elektriciteitsnet is opnieuw zeer efficiënt vergeleken met gasleidingen en tankerschepen, maar niet 100% efficiënt. Elke elektriciteitskabel verliest energie aan weerstand, in de vorm van warmte. Hoe warmer zo’n kabel wordt, hoe meer die begint uit te rekken en door te zakken. Zo loop je onder meer het risico dat kabels elkaar raken, met alle gevolgen van dien. Enigszins over-vereenvoudigd, is de hoeveelheid stroom die je van A naar B kan sturen, beperkt door het dunste stuk kabel dat de beide punten verbindt. Dat kan dus leiden tot ‘netcongestie’.

Netcongestie is een zeer actueel probleem in Nederland. Je zag misschien al berichten over wijken waar je op piekmomenten geen elektrische wagens mag opladen of bedrijven die geen nieuwe of zwaardere netaansluiting kunnen krijgen. Het probleem stelt zich in twee richtingen. Soms wekken variabele energiebronnen zoals wind en zon zoveel stroom op, dat die niet (allemaal) tot bij consumenten raakt. Heel wat groene stroom projecten lopen bovendien eindeloos vertragingen op, omdat de aansluiting op het net niet in orde raakt. Anderzijds kunnen bedrijven die hun voertuigen en/of productieprocessen elektrificeren vaak niet voldoende extra stroom binnentrekken. Zo schiet de groene transitie natuurlijk niet op. Wat valt eraan te doen?

Dynamic Line Rating: de ballen!

Het stroomnet is verre van een statisch gegeven. Het wordt doorlopend opgevolgd en beheerd. De temperatuur van een kabel is daarbij een heel belangrijk gegeven, maar hoe meet je dat? Vroeger baseerde men zich daarvoor op de slechtst denkbare situatie: zonnig, droog en geen wind. Later ging men rekening houden met de seizoenen en zelfs het weersbericht, omdat de wind en het verschil in temperatuur met de buitenlucht bepalen hoeveel warmte een kabel kan kwijtspelen. Maar dat is nog steeds een vrij onnauwkeurige methode, dus moet je met grote veiligheidsmarges werken en veel capaciteit onbenut laten.

Dynamic Line Rating maakt gebruik van lokale sensoren die vaak op de stroomkabel zelf zitten, zoals deze. Die meten onder meer de temperatuur en spanning op de kabel en sturen die gegevens door naar de netbeheerder. Zo kan die de lijn in alle omstandigheden optimaal inzetten, met tot 30% meer capaciteit als gevolg. Dat claimt alleszins ons eigenste Elia, want België is één van de voorlopers in DLR. Toen er in 2014 door de sabotage van Doel 4 een tekort dreigde, konden we dankzij DLR voldoende stroom importeren uit onze buurlanden. Dat bespaarde ons op één dag tijd een half miljoen euro.

Reconductoring: nieuw geleiderschap

Een hoogspanningsgeleider is niet zomaar een kabel. Er bestaan behoorlijk wat varianten. Knappe koppen bedenken dus af en toe ook nieuwe varianten, zoals ACCC: aluminium met een composietkern. Die geleidt beter voor hetzelfde gewicht, zakt minder door en verliest minder stroom onderweg voor dezelfde dikte. Dat maakt het vaak interessant om bestaande hoogspanningslijnen te voorzien van nieuwe geleiders. Zo ontwijk je slepende vergunningsdossiers en kan je bestaande masten hergebruiken. Een recente studie berekende dat dit ‘reconductoring’ de transmissiecapaciteit kan verdubbelen op een kosten-efficiënte manier. Dankzij de lagere verliezen bespaar je bovendien op elektriciteitsproductie en dus op CO2-uitstoot en waterverbruik. En wie, vraagt u, is een van de voorlopers in dit veld? Dat is België.

Van AC naar DC: a whole lotta thunders trucked

Edison en Tesla hebben er stevig om gevochten, maar uiteindelijk is het grootste deel van onze stroom AC, of wisselstroom. Dat heeft te maken met een aantal technische obstakels bij transmissie via DC, of gelijkstroom, en de hogere kostprijs die eruit voortkwam. Zonde, want DC heeft ook veel voordelen. Met DC verlies je bijvoorbeeld minder stroom onderweg en het is veel effectiever als je kabels ondergronds of onder water wil leggen. De voorbije jaren hebben we bovendien nieuwe transformatoren en stroomonderbrekers ontwikkeld voor DC transmissie.

Er is nog steeds een verschil in kostprijs, maar over langere afstanden maak je dat goed door de hogere efficiëntie van HVDC (High Voltage Direct Current). Vanaf 600 à 800 km kom je voordeliger uit bij HVDC, als je kabel onder water moet gaan zelfs al vanaf 50 km. Dat maakt HVDC ideaal voor lange verbindingen met een grote capaciteit, om bijvoorbeeld nationale elektriciteitsnetten met elkaar of met windparken op zee te verbinden. Exact wat we nodig hebben voor de energietransitie.

Optimalisatie software: Routeplanner voor elektronen

Een stroomnet is een complex kluwen van geleiders, transformatoren, stroomonderbrekers, substations… Daarmee moeten de netbeheerders aan de slag om elektriciteit aan de snelheid van het licht langs het pad van de minste weerstand tot bij miljoenen bestemmingen te krijgen. En elk onderdeel van dat pad kan maar een bepaalde hoeveelheid stroom aan voor er zaken héél erg misgaan. Netbeheerders gebruiken uiteraard al lang software voor transmissieplanning en -analyse, maar die lopen nu tegen hun limieten aan. Om uit de talloze mogelijke configuraties en upgrades de meest optimale oplossingen te halen, moet de software met steeds meer variabelen rekening houden.

Nieuwe, krachtigere softwareplatformen staan niet meteen hoog op de agenda van ontwikkelaars, want de markt is beperkt en uiterst voorzichtig. Dus werken start ups in het veld vooral aan kleinere niches die bestaande platformen aanvullen. NewGrid, bijvoorbeeld, maakt gebruik van de hoogspanningsstroomonderbrekers op het net die doorgaans worden gebruikt voor veiligheidstoepassingen. Door ze aan of uit te schakelen, kan je ook stroom omleiden rond overbelaste segmenten. Daarvoor berekent de software miljarden aan mogelijke combinaties, iets wat niet haalbaar is met de bestaande platformen, maar de resultaten kan je wel implementeren met de klassieke software.

Zo. Dat is meer dan je ooit wou weten over het stroomnet, toch? Wie graag nog dieper wou duiken, is wellicht een niet-gediagnosticeerde pylon-geek. Sluit je dan zeker aan bij je zielsgenoten op hoogspanningsnet.com.

Voor je het vraagt: ja ze hebben mokken en T-shirts met stroomnetgrapjes. En: nee, wij snappen ze ook niet.