Behalve een hoogspanningsnet dat bestaat uit boven- en ondergrondse verbindingen, zijn er in Nederland en België ook twee aansluitingen op grote onderzeese kabels. 

Beide kabels lopen in Nederland aan land. Ze voeren (in tegenstelling tot de rest van het net) gelijkstroom. De spanning is een niet te missen 450 kV en de kabels lopen naar Noorwegen en Groot Brittanië. Naast deze twee kabels zijn er plannen voor nog drie stuks, waarvan twee in België.

Pas recent in deze ordegrootte verkrijgbaar

Zeekabels voor elektriciteit bestaan al heel lang. Een aantal van de Waddeneilanden en wereldwijd vele andere eilanden en windparken zijn door middel van zeekabels aangesloten op het elektriciteitsnet. Ook kabels die gebruik maken van gelijkstroom zijn niet nieuw. De eerste werd al in 1954 in bedrijf gesteld, toen het Zweedse eiland Gotland door middel van een honderd kilometer lange gelijkstroomzeekabel (20 MVA, 100 kV) met het vasteland werd verbonden. 

Maar zeekabels die in hun eentje in staat zijn tot het transporteren van het totale vermogen van een grote centrale of zelfs nog meer dan dat zijn een betrekkelijk nieuw fenomeen. In de jaren 60 en 70 werden er hier en daar succesvolle pogingen ondernomen (meestal op land en met traditioneel gebouwde bovengrondse hoogspanningslijnen) en het transportvermogen groeide langzaam tot enkele honderden MVA. Maar pas sinds de jaren 90 is het economisch en technisch ook echt haalbaar geworden om kabels in de zee te leggen die ruim over 500 MVA kunnen verzetten, en daarmee in staat zijn tot meer dan nodig is voor bijvoorbeeld eilanden. Pas vanaf dat moment werden ze interessant als gridtoepassing in plaats van slechts als oplossing voor eilandaansluitingen. Zware HVDC-kabels zijn dus een nieuw fenomeen in een veel oudere hoogspanningswereld.

De eerste zogeheten HVDC-interconnector (High Voltage Direct Current) met een serieus vermogen is de in 1991 opgeleverde Baltic Cable (Duitsland-Zweden), die overigens ook een stukje bovengronds loopt.

Sinds dat jaar zijn de ontwikkelingen snel gegaan. Op dit moment liggen er een kleine dertig van dit soort kabels door de Europese zeebodem (en soms ook op land als luchtlijn) en er wordt momenteel gewerkt aan een ruim dozijn nieuwe exemplaren. Belangrijke Europese verbindingen zijn op deze manier aangelegd en ze dragen niet zelden hippe of spannende namen.
Zo is er onder andere de Cross-Skagerak (Denemarken-Noorwegen), de Fenno-Scankabel, Konti-Skan, de verbindingen met Corsica en Sardinië en enkele kabels in het Verenigd Koninkrijk. Ook Nederland was van de partij bij de ontwikkeling van dit soort zware HVDC-kabels. De eerste is de NorNed-kabel, tussen Nederland en Noorwegen. In 2008 werd deze kabel met een capaciteit van 700 MVA opgeleverd. Momenteel is het nog steeds de langste onderzeese stroomkabel ter wereld, met een totale lengte van 580 kilometer tussen de Eemshaven en het Noorse Feda. In 2010 kwam ook de BritNed-kabel gereed, die nog een iets hogere capaciteit heeft (1000 MVA). Zie voor een blik op de situatie in Europa de eerder aangehaalde ENTSOE-netkaart. Ook in België lopen inmiddels twee projecten met HVDC-kabels vanuit Zeebrugge naar Groot Brittanië (NEMO) en tussen Lixhe en Verlautenehide in Duitsland (project ALEGrO). Deze laatste is een landproject, gelijk aan de Inelfe-kabel.

HVDC-kabel naar Gotland op de ENTSO-E netkaart

Het Zweedse eiland Gotland valt de eer te beurt als eerste met een HVDC-zeekabel te zijn aangesloten op het vasteland. De originele kabel van weleer is in 1986 reeds vervangen door een zwaardere opvolger, maar gedurende de eerste twintig jaar is er veel geëxperimenteerd met de stations aan beide zijden van de kabel. De zogeheten Gotland Link heeft daarmee in belangrijke mate bijgedragen aan de ontwikkeling van HVDC als bruikbare techniek.

Over de hele wereld heeft HVDC-kabel- en luchtlijntechniek sinds de vroege jaren 80 ingang gevonden. Verbindingen van 2000 kilometer lang met maar liefst 800 kV als werkspanning zijn reeds in gebruik in China, Congo en Brazilië (Itaìpu), bij deze laatste zelfs met een capaciteit van 6200 MVA: inmiddels net zo zwaar als de zwaarste bovengrondse wisselstroomverbindingen ter wereld. HVDC-verbindingen kunnen over land lopen als luchtlijnen, ingegraven worden als landkabels en door de zee gelegd worden als zeekabels. In Europa, een bergachtig schiereilandenrijk waar op het vasteland reeds een goed dekkend hoogspanningsnet is, zijn het vooral zeekabels die de blik vangen.

Waarom deze kabels?

Onderzeese kabels naar eilanden zijn te begrijpen. Maar waarom een kabel naar Noorwegen? Kan dat niet gewoon via netverzwaringen in het bestaande net via Denemarken en Zweden? Toch zijn er goede redenen. De grote zeekabels worden vooral gebruikt om de energiemarkt efficiënter te maken. In Noorwegen wordt vrijwel alle stroom geproduceerd met waterkracht. Een mooie techniek, maar als het stuwmeer leeg is heb je natuurlijk een groot probleem. In Nederland is er met name in het noorden nogal wat aardgas en er staan zware centrales. Die wekken weliswaag geen hernieuwbaar vermogen op, maar ze hebben ook geen last van lege reservoirs. Door de kustlocatie kunnen ze verder onbeperkt koelwater innemen en ze kunnen daardoor hoger of lager gezet worden wanneer we maar willen. Dankzij de NorNed-kabel kan overdag (bij piekvraag naar stroom in Nederland) goedkope en schone Noorse hydropower naar Nederland worden getransporteerd. 's Nachts kunnen de centrales in Nederland dan juist mooi constant door draaien op hun meest efficiënte stand en stroom de andere kant op leveren, richting Noorwegen. Daar kunnen de stuwmeren worden gespaard en als het nodig is kan de stroom zelfs worden gebruikt om water terug de meren in te pompen (pompmeren), zodat de waterreservoirs tevens dienst doen als een soort enorme accu's.
Overigens zijn Nederland en Noorwegen niet de enige landen die dat op deze manier aanpakken. De NordLink (plan Noorwegen-Duitsland) en de Cross-Skagerak (Noorwegen-Denemarken) doen hetzelfde en recentelijk begint ook Finland (veel kerncentrales) mee te doen. 

Een ander voordeel van HVDC-kabels is dat men er elektriciteit mee kan uitwisselen tussen twee niet gesynchroniseerde elektriciteitsnetten. Op die manier is vermogensuitwisseling met Rusland en Ierland ook mogelijk geworden.

Technische uitdaging

Maar waarom staat er gelijkstroom op de kabels terwijl het hele stroomnet op wisselstroom is gebouwd? Ook daarvoor is een goede reden. Wisselstroom kan efficiënt over enige afstand worden vervoerd, maar wanneer de afstand zeer lang wordt (meerdere honderden kilometers), dan gaan kleine hinderposten zoals het skineffect, inductie tussen de kabels en vooral de invloed van water (vloeibaar en geleidend zeewater) een steeds grotere rol spelen. Water is als molecuul gevoelig voor elektrische en magnetische velden en interactie van het wisselend elektrisch veld rond de kabel met het zeewater zal zorgen voor extra weerstand in de kabel. Uiteindelijk krijgen deze hinderposten zo'n grote rol dat de weerstand van de geleiders in zoverre toeneemt dat de hitte-ontwikkeling en de efficiëntie van de geleiders in een wisselstroomkabel hem onrendabel maken.

Daarom wordt voor zeer lange afstanden gelijkstroom gebruikt. Bij gelijkstroom treedt het skineffect niet op en heeft men alleen te stellen met de betrekkelijk simpele Ohmse weerstand van het materiaal zelf. 

Doorsnede NorNed

De hele NorNed-kabel is kleiner en dunner dan je op het eerste gezicht zou verwachten. Kabelfabrikant ABB heeft voor de NorNed-kabel gekozen voor één kabel met twee geleiders (de Britned-kabel bestaat juist uit twee afzonderlijke kabels met één geleider elk). Hier zien we een doorsnede van de kabelopbouw zoals die in een vaktijdschrift werd gepubliceerd. De volle 700 MVA moet over de twee koperen kernen (Ø 35 mm) in het midden van de cirkels heen. De rest van de kabel is isolatiemateriaal (oliegedrenkt papier!), pantsering en afdichting. De twee blauwe puntjes zijn signaalkabels die gebruikt worden voor temperatuurmeting en monitoring van de kabel.

Soms geen retourdraad

Wie een normaal gelijstroomcircuit in een kinderspeeltje bekijkt, ziet een plusdraad en een mindraad. De onderzeese kabels maken gebruik van dezelfde stroomsoort (uiteraard flink opgeschaald), maar niet ieder exemplaar heeft ook een plus- en een minpool. Met name de wat oudere systemen gebruiken de aarde (letterlijk, de planeet) als retourgeleider. Wat dat betreft lijken ze meer op een auto: daarin zit vanuit de accu wel een plusdraad, maar er is géén mindraad aangelegd. De hele auto is van ijzer en kan daardoor stroom geleiden, dus het chassis van de machine zelf wordt als gezamelijke minpool (of "massa" geheten) gebruikt. Nieuwere systemen gebruiken meestal wel een aparte retourdraad (al dan niet geïsoleerd) omdat dit betere resultaten geeft qua weerstand en ook om problemen met corrosie te voorkomen.

Aan beide kanten van de kabel moeten beide stroomsoorten in elkaar kunnen worden omgezet. Daarvoor kunnen zogeheten converters worden gebruikt. Met een mechanische of elektronische schakeling wordt de polariteit van de stroom wisselend gemaakt of gelijkgericht. Dat levert helaas wel een bloksinus op en daar houdt het wisselspanningsnet niet van. Om er vloeiende sinusgolf van te maken die identiek is aan die van wisselstroom worden er condensators ingezet. In een omvormer voor 220 volt in je auto zit deze techniek ook. Maar hetzelfde toepassen op vermogens van 700 megawatt is een heel ander verhaal en het was technisch niet eenvoudig om voor elkaar te krijgen. In de Eemshaven en op de Maasvlakte staan nu op de plekken waar de NorNed en de BritNed-kabel aan land komen, twee aanzienlijke gebouwen zo groot als een vliegtuighangar met grote converters en condensatorbanken.

Succesverhaal

Dat mag allemaal wat kosten. Maar het effect is er ook naar. De NorNed-kabel is sinds zijn ingebruikname (ondanks twee heel nare storingen midden op zee) een groot succes gebleken. De BritNed-kabel bestaat ten tijde van dit schrijven nog te kort om daar uitspraken over te doen, maar de verwachting is dat ook deze kabel zijn kosten waard zal blijken te zijn. Het zal je dan ook niet verbazen dat er plannen zijn voor derde kabel vanuit Nederland, de COBRA Cable naar Denemarken. Een aansluiting die vooral interessant zal zijn vanwege het sterk wisselende aanbod van windenergie in Denemarken. 

Over de BritNed Cable is heel wat afgeschreven. Maar soms zeggen beelden meer dan duizend woorden. Op het onderstaande (Engelstalige) filmpje op Youtube wordt de hele gang van zaken rond een grote zeekabel zoals de BritNed netjes uit de doeken gedaan. Wat ons betreft een aanrader.