Tennet is de staatsonderneming die ons hoogspanningsnet beheert. Dat is een taak met vele aspecten.
Op 8 maart 2017 kwam Tennet met een persbericht, dat het ging samenwerken met andere hoogspanningsbeheerders aan de bouw van een North Sea Wind Power Hub (zeg maar een energie-eiland), waarschijnlijk op de Doggersbank. Nu nog met het Deense Energinet.dk en met de Duitse dochteronderneming TenneT Duitsland, later mogelijk ook met hoogspanningsbeheerders uit Noorwegen, Groot-Brittanie en Belgie en andere infrastructuurondernemingen. Zie www.tennet.eu/nl/persbericht energie-eiland .
Op het eiland kunnen vele windparken worden aangesloten (ca 70 tot 100GW). Omdat het eiland relatief dicht bij de windparken ligt, kunnen de leidingen van de parken naar het eiland in de (goedkopere) wisselstroomtechniek worden uitgevoerd. De lange leidingen naar het land worden in gelijkspanning uitgevoerd (HVDC). Zie ook Overschakelen op gelijkstroom? . Die leidingen dienen dan tevens als verbinding van de Noordzeelanden onderling. Dat is van belang, omdat het grillige karakter van de belangrijkste duurzame bronnen zon en wind statistisch gedempt wordt door een zo groot mogelijk gebied tot één groot net te maken (het waait of schijnt altijd wel ergens wel of niet).
Bovendien kunnen op een dergelijk eiland blijvend mensen, onderdelen en assemblagehallen worden geplaatst.
Het eiland (eventueel meerdere eilanden) gaan veel geld kosten: de komende 10 jaar ca 25 miljard Euro. Maar TenneT blijkt in staat met Green Bonds grote bedragen te kunnen ophalen. In 2016 haalde TenneT 3 miljard aan obligaties op. Die worden zwaar overtekend en vliegen dus als zoete broodjes weg.
Op dit moment is wind op zee de goedkoopste wijze van energie opwekken. De meest recente projecten zijn zelfs goedkoper dan kolen, en halen bijna de groothandelsprijs van elektrische energie (en worden dan dus financieel zonder subsidie rendabel).
Wind op zee is voor Brabant geen ver-van-mijn-bed-show. Alle windenergie, die op zee geoogst wordt, hoeft niet op het land geoogst te worden. Als Brabant op eigen grondgebied in 2050 geheel duurzaam zou willen worden, zou dat o.a vragen om 2270 windturbines met een ashoogte van 130m en 190km² zonnepanelen. Zie Duurzame energie kan zeer grote impact krijgen op het Brabants landschap . Veel wind op zee zou op het land minstens een slok op een borrel schelen.
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)
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”.
BN-De Stem kopte op 4 juli 2015 “Batterij in Keen loont nog niet”. Het
artikel is gebaseerd op tussentijdse gegevens. Het project loopt tot eind 2017.
Het grijze blok is de behuizing van de wijkaccu De Keen
De Keen is een wijk in Etten-Leur. Daar staat sinds 2012 een buurtbatterij (het grijze blok steekt overigens zowat twee meter diep de grond in). De wijk telt 240 woningen waarvan er zo’n 40 zonnepanelen hebben. Het ding bevat vier stalen kasten met lithium-ion accu’s, samen goed voor 232 kWh (ruim genoeg om 100 wasmachines een uur op te laten draaien). De batterij kan maximaal met 100kW laden (wat op een zonnige dag niet genoeg is) en met maximaal 400kW ontladen (wat rond de Kerst bijna gehaald werd).
De opslag werkt technisch (na wat kinderziektes) vlekkeloos.
De uitdrukking ‘loont niet’ heeft slechts een financiele strekking en betekent dat op dit moment andere oplossingen om het elektriciteitsnet te ontlasten goedkoper zijn. Zoiets gebeurt wel vaker bij nieuwe ontwikkelingen.
Tijden veranderen en het kan bijvoorbeeld zijn, dat in 2020 de salde-
ringsregeling voor zonne-energie wordt afgeschaft (al dan niet met een overgangsregeling). Nu krijg je voor aan het net geleverde zonnestroom evenveel terug als je zelf betaalt, zolang je niet boven je verbruik uitkomt. Als die regeling vervalt, wordt het een stuk aantrekkelijker om aan je eigen (buurt)accu te leveren. Het financiële verhaal ligt dan in één keer anders.
Tijden veranderen ook in die zin dat er nog steeds technische ontwikkelingen plaatsvinden op accugebied. Bijvoorbeeld die van Tesla.
Inmiddels heeft Enexis aangekondigd na de zomer in de Bredase wijken Meulenspie en Easystreet met een vervolgproef te beginnen/ Hier wordt het een accu per afzonderlijk huis. In deze wijk hebben bewoners in de afgelopen jaren al meegewerkt aan ‘smart grid-experimenten’. Bepaalde vormen van afname (bijvoorbeeld de wasmachine) worden via ICT en met de tijd wisselende prijzen gestuurd naar momenten dat er veel goedkope stroom is.
De Bredase wijk Meulenspie
Met bovenstaande experimenten heb je overigens zo ongeveer wel alles gehad wat er aan smart-grid experimenten met huishoudens in Brabant is. De echte grootschalige ontwikkelingen op dit gebied vinden elders plaats, bijvoorbeeld in Hoogkerk in Groningen, Meppel en Amsterdam. Ik vind het raar dat Brabant zo achterloopt, temeer daar de TU/e een belangrijke speler is. Die moet elders zijn experimenten uitvoeren.
Het zou een goede zaak zijn als het nieuwe College van GS in de provincie meer werk van dit onderwerp zou maken.
Ik heb eerder een artikel geschreven op basis van een TU/e-rapport over de (helaas fictieve) verduurzaming met accuopslag in de Eindhovense wijk Acht. Zie —> Acht
De “thuisbatterij van Tesla” als aanleiding ….. Op 1 mei 2015 kopte de NRC “Tesla wil na de auto ook de energiemarkt vernieuwen”.
Er is vaker gesproken tussen elektrotechnische bedrijven en de autowereld. ABB heeft met General Motors gepraat en BMW met Vattenfall. Na verloop van tijd gaan de accu’s in elektrische auto’s achteruit. Als er nog maar zo’n 80% van de capaciteit over is, krijgt de auto een nieuwe accu. De vrijgekomen accu’s kunnen echter in principe nog een hele tijd dienst te doen in statische opstellingen, bijvoorbeeld als buffer voor zonne- en windenergie.
De stap die Tesla-topman Elon Musk zet is in zoverre nieuw, dat hij rechtstreeks batterijen voor statische opstellingen aanbiedt. En omdat Musk een redelijk krachtdadig type is, kan dat wat worden. Hij is in elk geval bezig om in Nevada zijn ‘Gigafactory’ te bouwen, die de wereldproductie aan lithium-ion batterijen moet geen verdubbelen. Je kunt bij Musk voor 3500 dollar (nu ca €3200) een 10kWh-accu kopen. 10kWh is ongeveer het gemiddelde dagelijkse stroomverbruik van één Nederlands huishouden.
… en hoe dat in praktijk uit zou zien in Eindhoven-Acht Eindhoven wil in 2045 energieneutraal zijn. Dat is een heftige ambitie en de tijd moet het leren, maar het is in elk geval een goed streven. Daartoe is veel onderzoek nodig.
De TU/e neemt daarvan een deel voor zijn rekening. Het is handig als je een overzichtelijke woonwijk hebt om je modellen op los te laten. Daarvoor gebruikt de TU/e o.a. de woonwijk Acht (zonder de bedrijventerreinen).
Let wel: het betreft hier pure Gedachtenspielerei, geen feitelijk voorstel!
Twee studenten aan de TU/e deden er afstudeeronderzoek aan. Hun professor Bauke de Vries noemde hun werk tijdens de Energy Day op de TU/e van 2 okt 2014.
De productie van duurzame energie
Acht telt 1359 percelen, goed voor 8.605.254kWh/y (dat is jaargemiddeld 982kW). De zon levert er jaargemiddeld 117W/m2 en het waait er jaargemiddeld 4,83 m/sec. De wijk heeft een oppervlakte van 104 hectare (ha).
Als je de bestaande elektriciteitsvraag in Acht jaargemiddeld wilt opvangen met alleen zonne-energie, moet je 5,6ha zonnepaneel kwijt in de goede orientatie t.o.v. de zon. Bij 1300 percelen is dat 43m2 of 26 panelen per perceel. Mohammadi’s financiele aannames leiden tot een (ongesubsidieerde) kWh-prijs van 16,6 €cent.
De energievraag valt jaargemiddeld ook op te vangen met vijf windturbines. Waarschijnlijk echter zijn dergelijke molens niet in de buurt van Acht toegestaan vanwege het vliegveld – weer een voorbeeld van economische schade die het vliegveld aanbrengt).
Een combi met 60% zon – 40% wind vereist 3,35ha goed gesitueerd paneel en virtueel twee windturbines van 100kW. Als je bovendien €100/m2 paneel subsidie veronderstelt (dus bij elkaar €3,35 miljoen), wordt de kWh-prijs van zonne-energie 13€cent/kWh en van wind 10€cent/kWh.
De kale kostprijs van grijze stroom op dit moment is ca 5 cent/kWh.
Er valt wel wat af te dingen op de uitkomsten (maar dat was niet de taak van Mohammadi).
Inwoners van Acht gebruiken per huishouden ruim 6300kWh/y (zijnde 8605254/1359), dat is bijna het dubbele van het landelijk gemiddelde van 3500kWh/y. Een fors energiebesparingsprogramma lijkt in Acht mogelijk en zeer gewenst.
Verder: er worden voor zonnepanelen fors hogere rendementen voorspeld dan de huidige 15%-standaard, maar ze zullen dan per m2 ook wel duurder zijn. Tot welke financiële gevolgen dat gaat leiden, valt nog niet te zeggen.
De opslag van duurzame energie Student Hieu Doan studeerde in aug 2014 af op Energy Storage Technologies in Residential Areas, opnieuw zijnde Eindhoven-Acht. Hij bekeek wat een zinvolle toedeling van accu’s zou zijn in allerlei mogelijke scenario’s. Zie http://alexandria.tue.nl/extra2/afstversl/bwk/Doan_2014.pdf
Het ‘combined scenario’ leidt tot (zie onder).
De mogelijke plaatsing van accu’s in Acht
Elk stipje stelt een accu voor. Nadere gegevens –> gegevenstabel_opslag_Acht.
Er zijn samen 104 accu’s, voor 1079 huishoudens, totaal beschikbaar 6288kWh, maximaal collectief op/ontlaadtempo 1641kW. De laatste twee cijfers moeten met een korrel zout genomen worden.
Het is van belang enkele uitgangspunten aan te stippen, omdat deze een politiek karakter hebben:
– dit systeem veronderstelt een variabele elektriciteitsprijs,
bijvoorbeeld variërend per uur. Deze wordt kort van tevoren bekend gemaakt.
– Bij slim gedrag kan dit ook buiten de accu om tot individuele consumentenvoordelen leiden
– Opslag is vooralsnog slechts te betalen bij een collectieve aanpak. Als 1079 huishoudens elk hun eigen accu willen, schiet de kosten-batenanalyse 12 miljoen in de min, misschien ook nog wel met Tesla-
prijzen
– de truc is dat de accu oplaadt als het goedkoop is en ontlaadt als het duur is. Het accu-systeem kan dan rendabel draaien
Baten (na aftrek van kosten) en kosten. De laatste kolom is het gekozen scenario.
– Acht is jaargemiddeld 982kW. Maar wind en zon kunnen op een goede dag ongeveer 10* zoveel opleveren. Het maximale opslurptempo van de accu’s (dat in praktijk bij lange na niet gehaald wordt) wordt dan ver overschreden. Het accu-systeem is nooit groot genoeg om op zichzelf alleen de lokale productiepieken op te vangen. Daarnaast is ook gedragsaanpassing en koppeling met het grotere elektriciteitsnet nodig.
Brochure em-velden
Ik heb in december 2011 voor Paulus Jansen (toen Tweede Kamerlid) een brochure geschreven over elektromagnetische straling van hoogspanningsleidingen en telefoons. De algemene boodschap toendertijd was dat :
– elk serieus onderzoek aan straling van GSM- en UMTS-zenders en ontvangers uitwijst dat er geen enkel gevaar is
– er een spoortje van twijfel was dat hoogspanningsleidingen gecorreleerd zouden kunnen zijn met leukemie bij kinderen, maar men zit dan op de grens van het waarneembare te meten
– een correlatie is geen oorzakelijk verband. Er hebben ècht op sommige plaatsen en tijden correlaties tussen de aantal ooievaars en het aantal baby’s bestaan, maar dat kon altijd verklaard worden uit een achterliggende gemeenschappelijke oorzaak
– proefdieronderzoek nooit tot effecten leidt
– er geen logisch verhaal is waarom er schade zou kunnen optreden anders dan door warmte, en dat warmte-effecten goed begrepen worden
Mijn tekst van juli 2011 —> Brochure over niet-ioniserende straling .
Opnieuw vanwege de nieuwe 380kV – leiding in West-Brabant
Sindsdien is er een paar jaar verstreken. Toen ging de zaak spelen van de nieuwe 380kV – leiding in West-Brabant en de vreemde omgang met de vaststelling van het tracé. Om binnen onze SP-fractie in PS een advies te kunnen geven ben ik opnieuw in de literatuur gedoken. Dat leidde tot mijn tekst van december 2014—> Engelstalige literatuur over hoogspanningsleidingen en kanker_2014 . De conclusie is dat het recentere onderzoek het verband tussen hoogspanningsleidingen en leukemie bij kinderen nog zwakker geworden is, of zelfs verdwenen.
Hoogspanningsleidingen op IJsland, waar elektrische energie dominant is
De vraag naar hoe het tracé van de nieuwe 380kV – leiding moet lopen, heeft zakelijk gezien (als men er objectief medisch naar kijkt) geen volksgezondheidsaspecten. Het is een klassiek ruimtelijke ordenings-
vraagstuk. Over deze RO-argumenten heb ik mij niet uitgesproken, want daar weet ik te weinig van. Ik ken het gebied nauwelijks. Ik vond de
procedure raar.
Onder de grond?
150kV-leidingen en lager kunnen technisch onder de grond en dat heeft voor- en nadelen (waaronder de hoge prijs, die in het tarief verwerkt wordt). Er zijn geen medische redenen om dat te willen, maar er kunnen wel andere zijn (bijv. de aanwezigheid van Schiphol of een waardevol landschapsbeeld).
380kV – leidingen kunnen om elektrotechnische redenen nog niet onder de grond. Althans niet over grote afstanden. Er loopt nu in Nederland een experiment met zo’n 20 km 380kV onder de grond. Ook elders in de wereld bestaan nog geen lange ondergrondse 380kV – trajecten.
