Elektriciteit en em-straling – Page 4

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.

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”.

Internetpaniek over hoogspanningsleidingen en telefoons

Ik kwam laatst een artikel tegen, dat ik medio 2011 geschreven had over reacties mijnerzijds op de reactie-rubriek van de weblog van Paulus Jansen, toen nog Tweede Kamerlid voor de SP, nu wethouder in Utrecht. Wat voor voor Utrecht winst is, maar voor de Tweede Kamer een verlies omdat Paulus een van de weinige kamerleden was die verstand had van natuurwetenschap.

Dit ging over hoogspanningsleidingen waar vreselijke aandoeningen aan worden toegeschreven.

Ik heb het artikel alsnog op deze site afgedrukt. Zodoende gaat deze weblog nog eens op een archief lijken.

Zie Geen paniek over hoogspanningsleidingen en telefoons!

Mogelijke energie-opwekking en -opslag in Eindhoven-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).

Student Saleh Mohammadi rekent met 100kW–turbines (ashoogte 35m) en met panelen met een rendement van 15%. Hij rekent over een technische levensduur van 25 jaar. Zie http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878029614001790

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 — 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.

Hoogspanningsleidingen en telefoons: gevaren niet aangetoond

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.

Geen paniek over hoogspanningsleidingen en telefoons!

Ik volg altijd de weblog van Paulus Jansen, die voor de SP in de Tweede Kamer zit, en die een van de weinige parlementariërs is die wat afweet van natuurwetenschap.

Op 13 juni 2011 schreef hij “Moeten wij bang zijn voor hoogspanning?” Dat leidde tot veel reacties van voor- en tegenstanders. De volledige mailwisseling staat hier –> Weblog PFCJansen_13 juni 2011_hoogspanningsleidingen

Twee van de 19 reacties zijn van mijn hand, en gaan in op inbreng van anderen.

In zijn algemeenheid: de wetenschappelijke medewerker, die op de TUE zijn brood verdient met hoogspanningsproeven en corona-ontladingen, meende dat dat er nog nooit zó veel geld is uitgegeven aan een milieumaatregel die zo weinig oplevert. Hij bedoelde het instellen van de norm van 0,4μT op de grond aan weerszijden van een hoogspanningsleiding en het uitkopen van wat daar binnen viel. Daarvoor was dat 100μT.
Ik vind de norm van 0,4μT idioot streng, maar nu men zich daarop ingesteld heeft, vind ik het verder best. De enige schade die nu nog aangericht wordt, is dat de elektriciteitstarieven nodeloos verhoogd zijn. Verder is het zinloos want de elektrische boor en de stofzuiger en de stroomkabel naar de straat zitten op gebruiksafstand al hoger.

Er was een meneer die trots aan kwam zetten met een aantal onderzoeken uit 1977 waar van allerlei ergs in zou staan. Deze argumentatie moest toch wel verpletterend werken.

Nu laat ik mij niet zo gauw verpletteren en ik het de onderzoeken in kwestie opgezocht. De algemene trend was dat er niet zozeer beweringen in stonden als wel vragen.
Ik ben op twee beweringen ingegaan.

Een van de vragen was of een elektromagnetische energiestroom van 10mW/cm² kwaad kon. Dat werd niet duidelijk beantwoord, maar de in praktijk voorkomende energiestromen bij telefoons zijn al lang geen 10mW/cm² meer. Dat komt omdat vanuit deze onzekerheid normen voor de elektrische veldsterkte van GSM-antennes en telefoons afgeleid zijn die een factor 50 lager liggen, en zelfs die wordt bij het grote publiek bij lange na niet gehaald.
Ook de nieuwe magnetische veld-norm blijft ruim onder de 10mW/cm².

De andere bewering was dat corona-ontladingen ultrafijn stof in je longen zou blazen.

Nu bestaan corona-ontladingen – ik heb er als kind vaak genoeg mee gespeeld en ze ook op mijn school laten zien. Mooi paars kleurtje. Netbeheerders hebben er de schurft aan want het is allemaal verlies.
Op de TUE reinigen ze de lucht en andere stoffen met corona-ontladingen.
Dat (ultra)fijne stof is er al lang. Dat komt uit auto’s en vliegtuigen en sommige fabrieken. Wat gebeuren kan is dat een coronaontlading aan zo’n korreltje een elektron teveel of te weinig geeft, waardoor het heel zwak geladen wordt. Men zou zich in theorie kunnen voorstellen dat ze dan beter in de longen blijven plakken, maar het RIVM heeft uitgezocht dat dat niet zo is.

Het Internet is een merkwaardige plaats. Soms zin en meestal onzin gaan rondzingen en als je de echo van niks maar vaak genoeg terughoort, ga je vanzelf denken dat er toch wat van waar is.

GSM- en UMTS-zenders in Eindhoven en hun volstrekte onschadelijkheid

De Fysicawinkel van de TUE heeft op verzoek van bewoners van Zeelst in kaart gebracht hoe de straling van de afzonderlijke en de gezamenlijke zendvermogens in Eindhoven zich verhouden tot de norm. Directe aanleiding was de plaatsing van een TV-zendmast in Zeelst.

Het uiteindelijke resultaat is dat veldsterktes van alle categorieën afzonderlijk ver onder de voor die categorie geldende norm zitten. Zo komt de UMTS-veldsterkte nergens in Eindhoven boven de 0,8 V/m, terwijl de norm voor die categorie op 61 V/m ligt.

Men kan de categorieën via een bepaalde omrekening bij elkaar optellen. De totale norm wordt dan op 1 gesteld. Het combi-effect van alle zenders samen is 2500 * zo klein. Er is dus geen enkele reden tot zorg over de gezondheid.

Overigens heeft een GSM-zender vlak bij zijn standplaats geen effect (en je hebt er dus ook geen ontvangst door). Het signaal treft de grond pas honderden meters verderop.

De volledige tekst:
Straling Eindhovense zenders blijft ver onder de gezondheidsnorm