Op converterstations zijn verbindingen en netten voor HVDC en wisselspanning met elkaar verbonden. De ene stroomsoort wordt hier in de andere omgezet, of met een net woord geconverteerd.

Een HVDC-verbinding en een wisselstroomverbinding kunnen niet zomaar even aan elkaar verbonden worden. Om vermogen van een wisselstroomnet in een gelijkstroomverbinding te krijgen moeten de beide stroomsoorten in elkaar worden omgezet. Dat gebeurt op zogeheten convertorstations. Daarvan hebben we er in ons gebied op dit moment slechts twee, die beide in Nederland staan. In de toekomst zullen ze echter ook hun intrede doen in België.

Ingewikkelde bezigheid

Vergeleken met een gangbaar trafostation voor wisselstroom is een converterstation een nogal gecompliceerde high-tech installatie. Dat heeft met de aard van HVDC te maken. Gelijkstroom heeft een aantal voordelen, zoals het zeer nauwkeurig kunnen sturen van vermogen over enkelvoudige verbindingen, minder benodigde draden aan de hoogspanningslijnen en geen magnetisch wisselveld, maar gelijkstroom is op hoogspanningsniveau wel een stuk ingewikkelder in de omgang. In- en afschakelen, de spanning veranderen of het beveiligen van hoogspanningsinstallaties tegen overspanning is bij wisselstroom veel eenvoudiger dan bij gelijkstroom. Een vermaasd net, ringvormen of een verbinding met een harde aftak, allemaal heel normaal in wisselstroomnetten, is juist een grote uitdaging met gelijkstroom.

NorNed-converterstation door Ole Nielsen

Blik op de buitenkant van het converterstation in de Eemshaven. In tegenstelling tot hoogspanningsstations voor wisselstroom is een converterstation een vrij anonieme en weinig spannende bedoeling. Het is gewoon een groot gebouw. (De hoogspanningsmast op de voorgrond is bijvangst en maakt geen deel uit van het station.) Foto door Ole Nielsen.

Verder is HVDC op dit moment nog een nichemarkt in een wereld die op driefasenwisselstroom werkt. Dat betekent dat van gelijkstroomnetten eigenlijk geen sprake is: de hoogspanningswereld is op dit moment een wisselstroomlandschap met zo hier en daar een losse, zware gelijkstroomverbinding op plekken waar dat handig is. Vrijwel altijd zijn gelijkstroomverbindingen dan ook op beide uiteinden uitsluitend aangesloten op het bestaande wisselstroomnet, zodat conversie nodig is: het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom en vice versa.

Op dit moment zijn er in Nederland en België maar twee converterstations: in de Eemshaven en op de Maasvlakte. Dat is logisch, want er zijn momenteel ook maar twee HVDC-verbindingen die in Nederland binnenlopen. In de toekomst komen er ook in België een paar HVDC-verbindingen met bijbehorende converterstations. Elders op de wereld treffen we dit soort stations aan op iedere plek waar een HVDC-verbinding zijn begin- of eindpunt heeft en aan het wisselstroomnet gekoppeld zit. Maar er is nog een heel andere toepassing, want we kunnen ze ook vinden op plekken waar twee niet-gesynchroniseerde wisselstroomnetten verbonden zijn: zogeheten back-to-back-converters, meestal als B2B aangeduid. Eigenlijk zijn dat simpelweg twee afzonderlijke converterstations die met een heel kort HVDC-lijntje van slechts enkele tientallen meters ertussen 'rug tegen rug' staan.

Back2back converterstation Vyborgskaya tussen Rusland en Finland

Converterstations van het B2B-type vinden we op plekken waar twee niet gesynchroniseerde wisselstroomnetten aan elkaar zijn verbonden, of op plekken waar de netfrequentie verandert. Deze toepassing was oorspronkelijk niet voorzien, maar inmiddels blijkt het een bijzonder handige bijvangst van HVDC-techniek te zijn. We zien hier op de ENTSO-E netkaart een B2B bij Vyborskaya (paars symbooltje), waar het Finse net aan het afwijkend gesynchroniseerde Russische net is verbonden.

Kwetsbaar, dus binnen

Een gangbaar trafostation in een wisselstroomnet is een constructie die er overal op de wereld ongeveer hetzelfde uitziet: een aantal binnenlopende hoogspanningslijnen vanuit allerlei richtingen, een wirwar van draden, rails, de nodige schakelaars en hier en daar een brommende trafo. Flink wat puntige bliksemafleiders erbij, soms een communicatietoren en veel waarschuwingsborden op het hekwerk, en dat is het wel zo'n beetje. Een heel herkenbare constructie.

Een converterstation biedt een heel andere aanblik. De apparatuur waarmee gelijkstroom en wisselstroom in elkaar moeten worden omgezet is heel ander spul dan wat we van hoogspanningshardware gewend zijn. Normaal is dat nogal robuust spul: vermogenstransformators zijn grote zware machines van tientallen tot zelfs honderden tonnen die meestal netjes in de groene verf zitten. Ook vermogensschakelaars zijn grote, zware apparaten die wel tegen een stootje kunnen. Dat is bij de apparatuur waar HVDC mee werkt wel anders. Vroeger bestonden de gelijkrichters uit kwikbuizen, maar tegenwoordig wordt op de meeste HVDC-converterstations apparatuur gebruikt die gebaseerd is op vermogenselektronica. Het is relatief fragiel spul dat slecht tegen water kan en wat je dus zeker in het West-Europese klimaat buiten kan laten staan.

Daarom bouwt men er afgesloten hallen voor. De twee bestaande converterstations in Nederland zien er aan de buitenkant uit als een vrij saai gebouw met een flinke afmeting. Soms zit er nog een hip logo op, maar over het algemeen wordt er zelfs bewust moeite gedaan om het gebouw vooral maar niet de aandacht te laten trekken. 

Duur, maar snelle ontwikkelingen

In de loop van de geschiedenis zijn er verschillende manieren gebruikt om een converter zo goedkoop, klein en rendabel mogelijk te maken. Dat laatste is aardig gelukt, maar de eerste twee items zijn is nog steeds een pijnpuntje. De gebruikte thyristorschakelingen en condensatorbanken (lees meer bij fabrikant en marktleider ABB, die heeft daar ronkende documentatie over) zijn nog steeds zo groot als hele appartementenblokken en ze worden letterlijk aan het dak op enige hoogte boven de grond opgehangen om daar hun werk te doen, in een hal die de afmetingen van een vliegtuighangar overtreft.

Vermogenselektronica loopt overigens niet alleen elektrisch flink in de vermogens: ook financieel is er sprake van een behoorlijk vermogen. De aanlegkosten voor de NorNed-kabel bedroegen € 600 miljoen, waarvan de aanleg van de 580 kilometer lange zeekabel 'slechts' 130 miljoen voor zijn rekening nam. De rest kwam voor rekening van ambtelijke procedures en (vooral) van de twee converterstations die nodig waren om de kabel met de bestaande koppelnetten van Noorwegen en Nederland te verbinden. Apparatuur met zo'n prijs is niet iets dat je graag buiten op de tocht in de zoute lucht aan de kust zet.

In het buitenland treffen we heel af en toe wel eens HVDC-apparatuur aan in de openlucht, met name bij de zwaarste HVDC-verbindingen die er op de planeet zijn. In China, Congo en Brazilië zijn de afgelopen tien jaar verbindingen met succes in gebruik genomen die per exemplaar een spanning van maar liefst 800 kV en een transportvermogen van 6000 MVA hebben: HVDC kan daarmee inmiddels wedijveren met de zwaarste wisselstroomverbindingen ter wereld. De groei is er nog niet uit (er wordt reeds gewerkt aan 1100 kV en vermogens van 10.000 tot zelfs 13.000 MVA per individuele verbinding!) maar de converterstations en de condensatorbanken die hiervoor nodig zijn hebben ook met de huidige vermogens al een zeer groot oppervlak nodig: voor een HVDC-converterstation met dezelfde capaciteit als een gangbare 380 kV-verbinding in Nederland (1645 MVA) is reeds vijf tot acht hectare grondgebied vereist. In minder vochtige klimaten of ver weg van de zee heeft men daarom wel eens de voorkeur de apparatuur toch maar buiten te zetten.

In Nederland en België is voorlopig nog weinig reden om meer HVDC aan te leggen dan grote interconnecties met het buitenland: de afstanden zijn hier te klein en het bestaande net functioneert naar behoren, waardoor het kapitaalvernietiging zou zijn om opeens te besluiten het allemaal anders te gaan doen. Ook de betrouwbaarheid is een overweging. Op dit moment is het ondanks allerlei trotse publicaties van producenten nog steeds een feit dat een robuuste wisselstroomverbinding een hogere betrouwbaarheid heeft dan HVDC. Wanneer de leveringszekerheid op één staat, is de keuze voor wisselstroom.
Maar de ontwikkelingen gaan heel snel. Na een eeuw wat op de achtergrond te hebben geprutteld is HVDC sinds enkele decennia bezig in korte tijd uit te groeien tot een bijzonder bruikbare aanvulling op het bestaande wisselstroomnet. Het wordt bijvoorbeeld ook voorzichtig al gebruikt in veel lichtere, kleinere toepassingen dan de zware interconnecties. Denk aan een paar honderd MVA: bijzonder geschikt om afgelegen windparken op zee mee aan te sluiten. We moeten dus niet verbaasd zijn als we de komende tien jaar in Nederland en België op meer plekken gaan kennismaken met kleinschaliger HVDC-converterstations.

 


Omhoog