Hoogspanningsmasten Waterland (afb: arno schrauwers)
Niet alleen in Nederland is de capaciteit van het stroomnet een rem op de groei van hernieuwbare energie. Het Internationale EnergieAgent-schap (IEA) constateert dat dat probleem het halen van de 1,5°C-doelstelling zelfs in gevaar kan brengen in een nieuw rapport. Binnen de EU wordt er hard gewerkt aan het inpassen van hernieuwbare energie in het stroomnet, meldt het agentschap.
Volgens het IEA zal er tussen nu en 2040 80 miljoen km stroomnet bij moeten komen om de energieovergang te halen die het mogelijk maakt die doelstelling te halen. Dat zou net zo veel zijn als het huidige stroomnet. Om, zoals gedacht, in 2050 op netto-nuluitstoot (van broeikasgassen) te komen zou het stroomverbruik het komende decennium 20% harder moeten groeien, waarbij zonne- en windenergie voor 80% van die extra stroombehoefte zouden moeten zorgen, stelt het energieagentschap.
Twee zaken die uitbreiding van het stroomnet voor extra hernieuwbare energie afremmen zouden aan de architectuur van het bestaande netwerk zelf liggen. Om meer ‘groene’ energie te verwerken overvraag je eigenlijk een netwerk dat is ingericht op regelbare elektriciteitscentrales. Nu moet dat net ook energie opnemen die consumenten zelf produceren, maar zelf niet gebruiken en dat is veel moeilijker te regelen. In feite krijgt het net energie te verwerken in periodes dat de behoefte gering is.
Dat andere punt is dat het netwerk is ingericht op wisselstroom, terwijl hernieuwbare energie in feite gelijkstroom oplevert. “Denk aan je zonnepanelen op je dak”, zegt onderzoeker Dominique Roggo van de universiteit van Turku (Finl). “De energie die daar vandaan komt moet in vier stappen worden omgezet alvorens gebruikt te kunnen worden. Dat verlaagt het rendement met 5%.”
Niet alleen leidt de omzetting van gelijk- naar wisselstroom en terug tot vermogensverliezen maar het stroomtransport over lange afstanden vermindert de algehele efficiëntie en betrouwbaarheid van het energiesysteem ook nog eens. Daarom is het integreren van gelijkstroomnetten in het hoofdstroomnetwerk nu een belangrijk aandachtspunt voor onderzoekers, stelt het IEA-persbericht.
Gelijkstoomnetten
Voorstanders van deze ‘paradigmaverschuiving’ stellen dat die de flexibiliteit, veiligheid en betrouwbaarheid van het energiesysteem aanzienlijk zou verbeteren, maar weerspreken niet dat er nog wel wat problemen zijn op te lossen. Zo coördineert Montserrat Lanero Martinez (e-@dres) van het Spaanse Circe het Europese Tigonproject ter verwezenlijking van een efficiënter energiesysteem. “Door de hoge verspreiding van hernieuwbare energiebronnen zijn gelijkstroomnetten de afgelopen jaren aanzienlijk aantrekkelijker geworden. De overgang van wissel- naar gelijkstroomarchitecturen vereist echter een snelle ontwikkeling van apparatuur op basis van vermogenselektronische omzetters.”
Deze apparaten zijn cruciaal voor het optimaliseren van de integratie van hernieuwbare energiebronnen in het net en zijn in principe gericht op het omzetten van wissel- in gelijkstroom en omgekeerd. “Nu beperken netbeheerders het aandeel hernieuwbare energiebronnen met een variabele levering, zoals zon en wind, omdat ze moeite hebben om in te schatten hoeveel daarvan beschikbaar zal zijn”, zegt IEA-analist Isaac Portugal. “Nieuwe omzetters zouden, bijvoorbeeld, de weg vrijmaken voor 100% hernieuwbare energie.”.
De huidige omzetters hebben problemen met spanningswisselingen. Daarom zijn er siliciumcarbideconverters ontwikkeld die daar veel minder last van hebben. Montserrat Lanero: “De omzetters die we testen zullen naar verwachting een energierendement van meer dan 98% behalen bij frequenties boven de 80 kHz. De toename in frequentie resulteert in een meer dan 1000-voudige toename van de vermogensdichtheid van de transformator, waardoor kleinere apparatuur mogelijk is.”
Ook gericht op het verminderen van de milieueffecten en van de energieafhankelijkheid van Europa zijn de zogeheten vastestoftransformatoren (SST in Engels afko), die worden gebruikt om verschillende spanningsniveaus en frequenties te verbinden. Nog belangrijker is dat die transformatoren helpen de stabiliteit en prestaties van het net te behouden door de afstemming van ‘actieve en reactieve stromen’ te verbeteren, de energie die van en naar prosumenten stroomt.
Volgens Lanero zijn die belangrijk om het invoegen van decentrale energieopwekking in te passen in het energiesysteem. “Niet alleen vergemakkelijken hun functies de integratie van slimme netwerken van de volgende generatie, maar ze verhogen ook de algehele betrouwbaarheid van het systeem door te beschermen tegen storingen die kunnen optreden op het hoofdstroomnet.”
Proefprojecten
Een metrolijn in Sofia (Bul) en een woonwijk in Naantali (Finl) zullen dienen als ‘proefkonijnen’ voor enkele producten uit de Tigonkoker. “Hier is het project gericht op het testen van zogenaamde ‘hybride, slimme netwerken’, netwerken die ontstaan door koppeling van verschillende kleine netwerken, die allemaal zijn aangesloten op het hoofdnet met wisselstroom”, legt Roggo uit. “Het idee is om met verschillende spanningen te experimenteren om de energie van gebouw naar gebouw over te brengen; in eerste instantie met wisselstroom, maar als het veilig, goedkoper en efficiënter blijkt op de middellange termijn ook met gelijkstroom.”
Voor die kleinere netwerken is de grootste uitdaging die zo te ontwerpen dat het hele systeem naadloos kan samenwerken. Portugal: “Hoewel dat niet alles in een keer zal oplossen kunnen die in bepaalde situaties extreem nuttig zijn door, bijvoorbeeld, de verbinding van opslag, elektrische voertuigen en hernieuwbare energiebronnen op lagere spanningsniveaus aan de kant van de consument te vergemakkelijken.”
Bron: Alpha Galileo