Overschakelen op gelijkstroom?

De aanleiding: de promotie van een ex-leerling
Onlangs is mijn ex-leerling Erik Lemmen gepromoveerd op aspecten van de vermogenselektronica (The Extended Commutation Cell).  Hij is op mijn oude school begonnen op het Gymnasium, afgezakt naar de HAVO, HBO, TU Eindhoven en nu dus gepromoveerd op een onderdeel van de vermogenselektronica. Typische stapelaar, typisch briljant in natuur-
kunde en wiskunde maar niet comfortabel in ons standaard schoolsysteem. Zie je trouwens vaker bij goede mensen in mijn oude sector.
En nu heeft het gosertje van toen vier patenten op zijn naam staan of lopen, en promoveert hij. Ik mocht hem wel en hij mij wel, zodoende kreeg ik een uitnodiging.

De Extended Commutation Cell (vermogenselektronica)

Links gaat er een gelijkspanning in (bijvoorbeeld van een zonnepaneel of een accu) en rechts komt er zo ongeveer elke gewenste gelijk- of wisselspanning uit. Dat gebeurt door al die schakelaars met een razendsnel computerprogramma te bedienen (niet ingetekend). Zoiets kon al wel, maar door Erik werkt het soepeler en betrouwbaarder. Het persbericht van de TUE is te vinden op www.tue.nl/universiteit/faculteiten/electrical-engineering/nieuws/slimmere-stroomschakeling-voorkomt-stilvallen-elektrische-auto/ . De schakeling maakt de elektronica betrouwbaarder en daardoor hoeft die vaak niet meer dubbel uitgevoerd te worden. Bij een storing kan de elektrische auto vaak toch nog doorrijden. Dat scheelt allemaal een slok op een borrel. Er is dan ook grote interesse uit het bedrijfsleven.
Bovendien is het systeem integreerbaar met accu’s, waardoor accu’s individueel adresseerbaar zijn. Het wordt een flexbatterij. Niet langer is de slechtste accu bepalend is voor het eindresultaat.
De schakeling kan bijvoorbeeld ook gebruikt worden om zonnepanelen, windturbines etc aan  het elektriciteitsnet te koppelen.

Gelijkstroom
Toen ik zo bij die promotie zat te luisteren, bedacht ik me dat het onderwerp van belang was voor de in vakkringen lopende discussie over
gelijkstroom- of wisselstroom. Ik wist dat die discussie bestond, maar tot nu toe had ik die nauwelijks gevolgd. Ik ken van het onderwerp dan ook niet veel meer dan de beginselen. Toch is die discussie veel politieker dan hij zo op het eerste gezicht lijkt, want het gaat over de organisatie van het elektriciteitsnet, en daarmee over de uitvoerbaarheid van
duurzame energie.

Nu hebben we een overwegend centraal elektriciteitsnet. Elektriciteit wordt opgewekt in grote centrales en top down naar de gebruikers getransporteerd.
Maar die gebruikers hebben steeds vaker windturbines of zonnepanelen. Het grillige gedrag daarvan levert bottom up stroom aan een netwerk dat daar niet voor ontworpen is. Gemiddeld kan het netwerk dat nog wel aan, maar bij heel veel wind of zon (bijvoorbeeld in Duitsland) komt de grens van het klassieke systeem vroeg of laat in zicht.

Straatverlichting op gelijkstroom

Nu kan men het bestaande net lomper en dus robuuster maken. Dat kost geld en is lelijk.

Een voor de hand liggend alternatief is om zoveel mogelijk duurzaam geproduceerde energie in het eigen huis of de eigen wijk te gebruiken, want dan gaat die energie niet meer Europa rondzwerven. Op papier moet dat kunnen, want de gemiddelde stroomvraag per huis ligt ver boven de gemiddelde eigen stroomopwekking.
Gematigde geesten zoeken wegen om het bestaande wisselstroomnet aan te vullen met een gelijkspanningsnet, radicale geesten willen zich afkoppelen en dus het bestaande net vervangen door hun eigen
gelijkspanningsnet.
Ik beperk mij tot de gematigde geesten.

Nu even een, helaas noodzakelijk, stukje natuurkunde. Wie opgelet heeft op de middelbare school, heeft daar gehoord dat er twee redenen zijn waarom wij een wisselspanningsnet hebben:
* Elektrische energie moet over langere afstanden getransporteerd worden bij een zo hoog mogelijke spanning en een zo laag mogelijke stroom, want anders wordt in de transportleiding bijna alle elektrische energie omgezet in warmte en blijft er op het eind van de leiding praktisch niets over.
* Je kunt wisselspanning wel omhoog (en omlaag) transformeren en ge-
lijkspanning niet.

Daarom staat er op de traditionele hoogspanningsleidingen 150.000 of 380.000Volt (380kV) wisselspanning.

Door het soort vermogenselektronica als waar ‘mijn’ Erik ook een bijdrage aan geleverd heeft, is de tweede bewering niet meer waar (de eerste nog steeds wel!). De 580km lange NorNedkabel van Nederland naar Noorwegen werkt op 450.000V gelijkspanning (en is 700MW).
Bij dit soort afstanden, en vooral als de kabel in zee ligt, werkt gelijk-
spanning beter. Ze noemen dat HVDC-kabels (High Voltage Direct Current). Daar liggen er inmiddels al honderden van in de wereld.

Het is dus op papier mogelijk om binnen Nederland een gelijkspanningshoogspanningsnet aan te leggen, maar omdat het bestaande wisselspanningsnet een robuust en kosteneffectief systeem is, waar miljarden in geïnvesteerd zijn, zal dat voorlopig niet gebeuren. Voor nieuwe leidingen naar ver weg gelegen buitenland, die onderweg niet afgetakt hoeven te worden, ligt dat eenvoudiger.

Maar in een nieuwbouwwijk een gelijkspanningsnet aanleggen, dat is een ander verhaal.

Gelijkspanning in de wijk (DC-Groot gelijk – boek van Eneco)

(De afbeeldingen komen uit een informatief en voor de leek redelijk begrijpbaar boek van Eneco, het ‘DC-boek Groot gelijk’, dat te downloaden is op www.gelijkspanning.org/nl/gelijkspanning/boek-groot-gelijk).

Beide systemen hebben hun voor- en nadelen, maar volgens voorstanders (aan wie enige geloofsijver soms niet te ontzeggen valt) is
gelijkstroom beter. Een aantal van hun argumenten kloppen.
* je kunt meer energie door dezelfde draad sturen (andersom geredeneerd: je hebt minder koper of aluminium nodig)
* veel moderne apparatuur werkt van binnen op gelijkspanning (radio, TV, computer), en zonnepanelen en accu’s geven gelijkspanning. Nu de moderne elektronica het mogelijk maakt elke spanning in elke andere spanning om te zetten, valt het een met minder tussenstappen met het ander te combineren want
* nu wordt gelijkspanning omgezet in wisselspanning (de omvormer van het zonnepaneel), en in de computer wordt van die wisselspanning weer gelijkspanning gemaakt. Dat geeft allemaal verlies. Op papier moet het overslaan van die tussenstappen een winst van ca 5% kunnen opleveren.
* gelijkspanning combineert soepeler met elektronische aansturing

Daar staat tegen over dat
* gelijkspanning moeilijker met een gewone schakelaar uit te zetten is en mede daardoor iets gevaarlijker is
* krachtstroom-elektromotoren (die heel veel toegepast worden voor het zware werk) alleen op wisselstroom werken (die niet voor niets ook draaistroom heet).
* er nog geen goede gelijkstroomnormalisatie is, waardoor er nog steeds verschillende gelijkspanningen rondwaren
* waardoor de ene gelijkspanning nog steeds met een tussenstap in de andere moet worden omgezet, wat ook weer verliezen geeft

Gelijkspanning in huis (DC-Groot gelijk – boek van Eneco)

De elektrotechnische vakmensen in het Eneco-boekje komen meestal op een hybride systeem uit.
Daarin is gelijkspanning goed voor het internationale lange afstands-transport.
Het nationale net blijft vooralsnog wisselspanning.
De wijk als geheel hangt aan het wisselspanningsnet, en binnen die wijk (pakweg zo groot als het huidige verzorgingsgebied van een transformatorhuisje) speelt gelijkspanning een toenemende rol. Als dat systeem in de toekomst beter uitgewerkt is, ontstaan er mogelijkheden om op een meer lokale manier met elektrische energie om te gaan. Misschien wordt de mens nog eens een ‘prosument’, zoals Jan Rotmans, nooit te beroerd voor grote woorden, dat noemt.
Ook kan het beheer van het ‘grote’ wisselspanningsnet baat hebben bij modernere organisatie van het ‘kleine’ lokale net. Dat kan in beginsel zelfs tot lokale verdienmodellen leiden.
Je ziet nu in de vakpers allerlei pilots op dit gebied langs komen – wat nog niet alles zegt, want kleine pilots worden in dit land lang niet altijd groot.
Er zijn bijvoorbeeld al heel wat pilots om woningen Nul op de Meter te maken, maar van een opschaling tot getallen die er toe doen, komt vooralsnog geen hout terecht. (zie ook SP krijgt voortgangsrapportage over Nul op de Meter – project .

Niet de, maar een toekomst
Mijn mening wordt vooralsnog verwoord door iemand die er meer verstand van heeft dan ik, namelijk Lou van der Sluis van de TU Delft in het Eneco-boek:”Gelijkspanning heeft zeker een toekomst, maar niet dé toekomst”.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *