Met vier toekomstscenario's en een visie op het koppelnet zijn we er nog niet. In de toekomst staan er nog heel wat meer dingen te gebeuren in het Nederlandse hoogspanningsnet. We zetten ze op een rijtje. Stof tot nadenken voor de liefhebbers!
Door middel van de vier scenario's hebben we nu een duidelijk beeld gekregen van hoe het 220 kV- en 380 kV-net in de toekomst zal meeveranderen met de wereld. Maar we hebben nog met geen woord gesproken over de kleinere schaal: het regionale 150 kV-, 110 kV- en 50 kV-net.
Wat zal de toekomst hen brengen? Zullen ze gesloopt en verkabeld worden, of zullen ze nog jaren naast elkaar in de velden ten oosten van Deventer blijven staan? De tijd zal het leren.
Trend 1: Tweerichtingsverkeer
Ongeacht welk scenario bewaarheid zal worden, in de toekomst zal er in alle gevallen een verschuiving plaatsvinden van éénrichtingsverkeer op het net naar tweerichtingsverkeer. De oude norm was dat stroom wordt opgewekt in grote en middelgrote productie-eenheden en decentraal wordt afgenomen wordt door individuele bedrijven, huizen en straten. Het kleinschalig opwekken van elektriciteit op zeer veel plekken tegelijk was vroeger niet heel gebruikelijk.
Dat is aan het veranderen. In de toekomst gaat decentrale opwekking een steeds grotere rol spelen. Dat zal voor een steeds groter deel duurzaam gebeuren (zonnepanelen op huizen en bedrijven, windmolens en aardwarmte), maar de komende decennia zal ook fossiele brandstof nog een belangrijke rol spelen in decentrale opwek van elektriciteit. Denk aan WKK (warmtekrachtkoppeling) van tuinbouwers en grote industriële bedrijven. Maar ook een tussenvorm, namelijk afvalverbranding en restwarmte uit smelterijen en hoogovens, heeft de potentie om een rol te spelen in decentrale opwekking.
Trend 2: duurzame transitie op kleine schaal
Het is het meest waarschijnlijk te noemen dat in ieder geval op deze lokale schaal de twee 'groene' scenario's het gaan winnen. Huizen en bedrijven zullen steeds meer eigen elektriciteit opwekken en daardoor afwisselend afnemer en leverancier van elektriciteit worden, al was het maar omdat de prijzen van fossiele energie kunstmatig omhoog geforceerd worden om deze beweging in gang te zetten.
Het elektriciteitsnet op lokale schaal (de grids voor 400 Volt (laagspanning) en de 10 kV- middenspanning) zullen hierdoor moeten worden aangepast. Ze moeten worden klaargemaakt om tweerichtingsverkeer aan te kunnen. Het hoogspanningsnet (en ook het 50 kV-net) wordt hier minder door beïnvloed, omdat hoogspanningslijnen in de meeste gevallen al ontworpen zijn om twee kanten op te kunnen werken. Immers, de bedoeling van een grid met ringvormen is dat elektriciteit hetzij linksom, hetzij rechtsom altijd alle verdeelstations bereiken kan.
Trend 3: voortgaande verkabeling
De verwachting is dat de 110 kV- en 150 kV-netten tot 2020 langzaam maar zeker steeds meer onder de grond zullen verdwijnen. In het noordwesten, westen en zuidoosten van het land verschijnen nieuwe 380 kV-verbindingen en vanwege het Uitruilbeginsel moet er daardoor bijna 200 kilometer andere hoogspanningslijnen ondergronds worden gebracht. Er zal dan aanzienlijk in het bovengrondse 110 kV-net gesnoeid worden. In het 150 kV-net staan soortgelijke veranderingen op stapel.
Vroeger waren eindmasten zeldzaam in Nederland, maar met de voortgaande verkabeling zien we ze steeds vaker in voorheen bovengrondse verbindingen verschijnen. Zoals hier tussen Meppel en Zwartsluis.
Hoe deze veranderingen precies uitgevoerd zullen worden is echter nog onzeker. Het Uitruilbeginsel is juridisch in de vorm van een advies, richtlijn of aanbeveling gegoten en het is daarom geen harde verplichting. Afhankelijk van de financiële kant van de zaak ligt het daarom voor de hand dat er niet een 1:1 verband zal zijn tussen het verdwijnen van distributieverbindingen en de aanleg van nieuwe koppelverbindingen. Waarschijnlijk zal de verkabeling enigszins achterblijven.
Wat er na 2020 op dit gebied gebeurt is onzeker omdat het Uitruilbeginsel dan is afgelopen. De verkabeling zal allicht doorzetten, maar het lijkt onwaarschijnlijk dat er spoedig een tijd zal zijn waarin alle bovengrondse 110 kV- en 150 kV-lijnen verdwenen zullen zijn. De meest realistische verwachting is dat er fors gesnoeid gaat worden in de bovengrondse 110 kV- en 150 kV-lijnen in de buurt van steden en natuurgebieden, maar ook dat ze op de meeste plekken op het platteland tot nader order gewoon overeind blijven staan.
Trend 4: het koppelnet blijft bovengronds
Het 220 kV- en 380 kV-net wordt ook in de toekomst in principe bovengronds aangelegd. 220 kV is met enig kunst- en vliegwerk te verkabelen, maar dat is buiten proportie duur. 380 kV is een ander verhaal. Het verkabelen van een verbinding die 380 kV voert en een vermogen van 1,6 GW moet kunnen verzetten, is rocket science.
380 kV ondergronds leggen in een slappe, natte bodem stuit op talloze problemen. De kabel kan zijn aanzienlijke warmte-ontwikkeling maar moeilijk kwijt en het grondwater reageert op het inductieveld dat veroorzaakt wordt door de wisselspanning. Dat lijkt een futiliteit, maar bij een kabel die 380.000 volt en een paar duizend Ampère verzet is dit effect enorm. Men moet rekenen op een extra transportverlies van vele tientallen megawatts – net zoveel als een heel windpark opwekken kan. De huidige 380 kV-kabels, zoals onder de Nieuwe Waterweg door, zijn daarom zo kort mogelijk. Daarnaast speelt ook het probleem van netbalans en netbetrouwbaarheid. Grondkabels zijn gevoeliger voor storingen (automatisch herinschakelan kan gevaarlijk zijn) en reparatietijden zijn langer. Tenslotte, ook niet onbelangrijk, een grondkabel van deze categorie is aanzienlijk duurder dan een luchtlijn.
Toch is er progressie op dit gebied. De toekomstige, relatief korte 380 kV-verbinding tussen Bleiswijk en Westerlee (20 kilometer) wordt deels aangelegd met een grondkabel. Maar ook hier geldt dat het een waagstuk is, want het is nooit eerder op de wereld op deze schaal geprobeerd. Vanwege kosten, rendement (bovengronds is rendabeler) en niet te vergeten ook vanwege betrouwbaarheidskwesties worden nieuwe 220 kV- en 380 kV-verbindingen ook in de toekomst bij voorkeur bovengronds worden aangelegd. Een aantal ervan staan reeds op stapel.
Trend 5: het einde van de lattenmasten?
We zien de laatste tien, twintig jaar een sterk opkomende trend die neigt naar buismasten en sindskort ook wintracks. Nieuwe bovengrondse hoogspanningslijnen, voor zover mogelijk vanwege datzelfde uitruilbeginsel, worden bij voorkeur aangelegd met buismasten.
Lattenmast-liefhebbers zien deze trend als een wolkje dat al heel lang boven het huidige hoogspanningsnet hangt, maar dat inmiddels het formaat heeft aangenomen van een flinke donderbui.
Wintrack-masten nabij Bleiswijk. Nieuwe tweecircuit 380 kV-verbindingen worden in de toekomst bij voorkeur aangelegd met wintracks. Vooralsnog is deze mastsoort alleen in Zuid-Holland in gebruik, maar in de toekomst verschijnen ze ook in de Achterhoek en in een lang tracé van de Emshaven naar Diemen. Foto door Peter Schokkenbroek.
De nieuwe 380 kV-verbindingen die aangelegd worden, zullen voor het grootste deel bestaan uit wintracks. Althans, dat lijkt in officiële lezingen de bedoeling. Toch is de praktijk de laatste jaren iets anders gebleken. In de Emshaven, waar behoorlijk wat hoogspanning gebouwd wordt, is het ontwerp van de masten Zwolle-Meeden weer afgestoft en er zijn nieuwe exemplaren van dit ontwerp gebouwd: echte, onvervalste lattenmasten. Op een heel andere plek, Helmond, zien we dat de bestaande 380 kV- en 150 kV-verbindingen met elkaar gecombineerd worden op een nieuwe combinatiemast: ook hier worden lattenmasten gebruikt.
Anno nu is de latten- of vakwerkmast nog zeker niet afgeschreven, maar wel wordt zijn rol langzaamaan kleiner. Daar komt bij dat wintracks een paar eigenschappen hebben die ze niet overal inzetbaar maakt. Wanneer een wintrack eenmaal overeind staat is het niet meer mogelijk om de hoogspanningslijn aan te passen of op te waarderen. Het ontwerp van een wintrack staat dat niet toe. Het lijkt er dus op dat lattenmasten in de toekomst de boventoon blijven voeren op plekken waar landschaps- en horizonbehoud ondergeschikt zijn aan het maatschappelijk nut.
Hoewel de wintrack er individueel netjes en sierlijk uitziet, is het niet mogelijk om na de oplevering nog aanpassingen te doen. De masten hebben dan ook geen enkel aansluitpunt 'over' in het ontwerp. Foto door Peter Schokkenbroek.
Ook het regionale grid toont de trend tot het gebruiken van buismasten. Hoewel nieuwe lattenmasten voor 50 kV-, 110 kV- en 150 kV nauwelijks meer gebouwd lijken te worden is het toch de vraag in hoeverre deze trend zal doorzetten. Het Uitruilbeginsel is in 2020 afgelopen en het is maar net hoe de wind, de overheidsfinanciën en de toekomstscenario's dan waaien.
Buismasten zijn overigens geen nieuwe verschijning in Hoogspanningsland. Al in de jaren '70 werd de verbinding van Ulft naar Dale (Achterhoek) aangelegd met ton-buismasten.
Trend 6: de 2e Oorlog der Stromen?
Toen elektriciteit in zwang kwam, zo'n 130 jaar geleden in de Verenigde Staten, ontstonden er twee kampen. De aanhangers van gelijkstroom onder leiding van Thomas Edison en de aanhangers van wisselstroom onder leiding van George Westinghouse en Nikola Tesla. Na een redelijk felle strijd werd het pleit beslecht ten gunste van wisselstroom, omdat dit type stroom eenvoudig te transformeren valt en een laag transportverlies heeft. Sindsdien is wisselstroom de norm in de wereld.
Maar de veronderstelde lagere transportweerstand is iets waar nog eens goed naar gekeken moet worden. Want de waarheid ligt wat complexer. Wisselstroom op hoge spanning geeft weinig transportverlies in verhouding tot gelijkstroom op laagspanning, maar wanneer de afstand zeer groot wordt gaan hinderposten bij wisselstroom zoals parasitaire capaciteit, inductie en het skineffect toch een rol van betekenis spelen. Vanwege deze reden vindt transport van grote hoeveelheden elektriciteit over zeer lange afstanden, zoals met zeekabels gebeurt, uitsluitend plaats door middel van gelijkstroom. Want bij gelijkstroom treedt het skineffect niet op en hoeft alleen maar de eigen (Ohmse) weerstand overwonnen te worden. Wanneer de spanning enorm verhoogd wordt kan het amperage omlaag zodat de (eerst benoemde) verliezen toch weer afnemen.
Daarnaast zien we dat er tegenwoordig steeds meer machines op gelijkstroom lopen. Computers en webservers, ICT-machinerie, high end regelapparatuur, ledlampen en vrijwel alle andere elektronische apparaten werken intern op gelijkstroom. In elk van deze apparaten moet wisselstroom dus worden omgezet in gelijkstroom. Na honderd jaar is gelijkstroom daarom weer aan een opmars bezig. Er zijn zelfs stichtingen en andere initiatieven die het tot hun doel hebben gemaakt om elektriciteitsdistributie op basis van gelijkstroom te herintroduceren in Nederland. Hoeveel kans dit maakt is niet bekend, maar het lijkt klein. De bestaande infrastructuur ombouwen kost zoveel geld, tijd, ongemak en arbeid dat het zeer waarschijnlijk is dat de balans dan negatief uitvalt. Immers, alle wisselstroomapparaten zouden dan onbruikbaar worden, wat in een enorme berg afval en grondstoffenverspilling resulteert.
En in het hoogspanningsnet is het zelfs uiterst onwaarschijnlijk dat gelijkstroom ooit het 380 kV-transportnet gaat overnemen. Daarvoor zijn de afstanden in Nederland te klein. Ook voor het regionale- en nationale grid van kleine en middelgrote landen zal wisselstroom zeker de norm blijven. Er zijn wel proefprojecten zoals Inelfe, maar hoe deze projecten gaan uitpakken is nog niet bekend. In beide gevallen geldt dat wisselstroom de aangename eigenschap heeft dat het bijna zonder verliezen te transformeren is naar een hogere of lagere spanning. Gelijstroom van spanning laten veranderen is daarmee vergeleken een hele klus.
De conclusie? Waarschijnlijk zullen gelijkstroom en wisselstroom in de toekomst geen tweede oorlog krijgen, maar ze zullen juist het tegenovergestelde gaan doen: elkaar aanvullen om de sterke punten van beiden te combineren. Wisselstroom voor hoogspanningsnetten die een grid vormen, gelijkstroom voor lange interconnecties en zeekabels. Nederland en België zijn relatief klein, maar als we kijken naar zeer lange afstanden in andere landen en naar de opkomst en voortschrijdende ontwikkeling van HVDC-zeekabels, dan kunnen we wel stellen dat gelijkstroom opnieuw een interessante toekomst te wachten staat. Althans, in landen en zeeën waar een on-Nederlands of on-Belgisch grote afstand moet worden overbrugd en waar men de hoge kosten van de vereiste condensatorbanken dragen wil.