Ton Mast cartoon

HoogspanningsNet St(r)oomcursus

Deel 5. Het gaat allemaal om de netbalans

We hebben nu bijna alle technische basiskennis
achter het hoogspanningsnet geleerd.
Maar er moet nog een essentieel stuk kennis
worden bekeken: de zogeheten netbalans.

Elektriciteit is maar moeilijk op te slaan. We 
moeten op hetzelfde moment produceren
wat er wordt verbruikt. 
En dat verbruik is niet
constant – de productie 
moet de schomme-
lingen in het verbruik 
dus nauwkeurig volgen.

De netbeheerders bewaken de balans, maar zij
produceren zelf geen elektriciteit.
Hoe zit het speelveld van productie, verbruik en
de netbalans in elkaar?

 

In dit deel komen we met de term netbalans het voorlaatste kernbegrip van het hoogspanningsnet tegen. De productie en het gebruik van elektriciteit moeten altijd zo goed mogelijk met elkaar in evenwicht zijn.  

Het elektriciteitsnet is een complex, groot net waarop duizenden grote en kleinere producenten en miljoenen verbruikers tegelijk actief zijn. Dat zou een zootje ongeregeld vol cowboypraktijken worden als er geen netbeheerders waren die de zaak onder controle houden. En het stroomverbruik wisselt gedurende het etmaal flink. Hoe wordt ervoor gezorgd dat er altijd op elk moment voldoende stroom is?

5.1. Het opslagprobleem

Eerst moeten we een begrip afhandelen dat net zo belangrijk is als de stroomkring. Eigenlijk is het raar dat we dit fundamentele probleem van elektriciteit pas zo laat in de cursus tegenkomen. Het is een simpel, maar essentieel kenmerk waarin elektriciteit opnieuw van van water of gas verschilt. 

Grondregel:

Stroom kan je niet opslaan.

Ja ja, zien we je nu denken. En wat doet een batterij dan?
Helaas moeten we je toch teleurstellen. Een batterij of accu slaat geen elektriciteit op, maar bewaart elektrische energie in een andere vorm van energie (chemische energie). En kijk eens naar de eigenschappen van een accu. Het is een groot, zwaar ding vol giftige chemicaliën waar naar verhouding maar weinig energie in kan. De energie-inhoud van een autoaccu (volume van tien liter) is vele malen lager dan dat van eenzelfde volume benzine. En over de accu in je telefoon hoeven we het al helemaal niet te hebben, want na een middagje druk whatsappen moet je hard fietsen om op tijd thuis bij de oplader te zijn voordat je telefoon uitvalt… (Ellende is het. Maar dat terzijde.)

Stroom kan je opwekken en gebruiken, je kan het transporteren of het gebruiken om ermee te transporteren… maar je kan de elektriciteit zelf niet bewaren. Het is iets ongrijpbaars.

Kortom, er is verschil tussen stroom opslaan op broekzakniveau (een batterij, een condensator op een printplaat, de statische lading die in je tuinstoel past) en stroom opslaan op vermogens- of hoogspanningsniveau. 
Een beetje smartphoneaccu kan een uur lang ongeveer 5 watt leveren voordat hij leeg is. Een autoaccu kan iets in de ordegrootte van 800 watt leveren gedurende een uur voordat hij leeg is. Of twee uur lang de helft daarvan, maar om het rekenen gemakkelijk te maken gaat men in de elektriciteitswereld uit van het vermogen dat de accu maximaal kan leveren als je hem in één uur leeg maakt. Dat is het aantal watts of kilowatts per uur. Vaak afgekort als kWh: kilowatt per uur.

De basislast (de ondergrens van het continue stroomverbruik van de hele samenleving) is in België ongeveer 7 gigawatt en in Nederland ongeveer 9 gigawatt. Op ieder moment van de dag moet dus in ieder geval 9 GW vermogen worden geproduceerd en in het net worden gestopt. Stel nu, we willen voor één dag lang alleen de basislast van Nederland opslaan: dat is een hoeveelheid energie van 24 [h] x 9 [GW] = 216 GWh (ofwel 216 miljoen kWh) aan elektrische energie. Dat is een totaal andere ordegrootte dan wat je met accu's kan doen.

De 30 watt uit het stopcontact die je computertje gebruikt terwijl je de nerd uithangt met je afbakpizza en een sheet vol programmeercode, moet op precies hetzelfde moment ergens anders anders worden opgewekt.

Als we met accu's dit soort vermogens willen opslaan, hebben we er dus miljarden van nodig. Dat is momenteel niet te doen, zeker niet op een economisch of milieutechnisch aanvaardbare, laat staan betaalbare wijze.

Grote elektrische vermogens kunnen met de huidige stand van de techniek alleen langdurig worden bewaard in de vorm van een andere energiedrager. Die zijn er voor zulke grote vermogens niet veel: alleen met pompmeren (zie verderop) kan men hoeveelheden vermogen opslaan die ertoe doen op hoogspanningsniveau. Maar ook die zijn niet toereikend om er voor meerdere dagen energie in op te slaan.

Het gevolg van het niet of nauwelijks kunnen opslaan van elektriciteit is even simpel als schokkend:

Elektriciteit moet op precies hetzelfde moment worden opgewekt als waarop het wordt gebruikt.

5.2. Over vermogen en belasting

Nee, dit gaat niet over de fiscus. Vermogen en belasting zijn ook elektriciteitstermen.
Je zag de bui al hangen in paragraaf 5.1: hoe weten de producenten het als ik mijn straalkachel aanzet? Dat vertelt niemand ze, dus zodra ik de kachel, de oven en de wasmachine aanzet zal er te weinig stroom in het net aanwezig zijn.

In beginsel heb je gelijk. Stel, er wordt op een bepaald moment van de dag 10 kilowatt vermogen in het elektriciteitsnet gestopt (wat belachelijk weinig is, maar het is slechts een voorbeeld). En dan opeens zet je de wasdroger en het fornuis aan, die samen goed zijn voor 5 kilowatt extra verbruik. Het gevolg is een tekort aan productie: de 10 kilowatt vermogen moet dan opeens over een belasting van 15 kilowatt worden verdeeld. Dat gebeurt dan ook direct, zodat iedere aangesloten verbruiker in het elektriciteitsnet het opeens moet doen met tweederde van de hoeveelheid vermogen.

Ook aan de productiekant ontstaan er problemen. Meer aangesloten belasting betekent dat de generators van decentrale producenten en de grotere exemplaren in centrales plotsklaps zwaarder gaan lopen. De machinerie die de generator aandrijft (gas- en stoomturbines) moet opeens meer kracht moeten zetten om hem rond te blijven draaien. In een grote centrale moet men dan meer gas toevoegen, de stoomdruk verhogen, de waterstroom vergroten of de kernreactor harder zetten. Dat kan tot op zekere hoogte, maar daar gaat tijd in zitten: tijd die we niet hebben op het net, omdat er ter plekke op hetzelfde moment moet worden geproduceerd wat er verbruikt wordt. Een tekort of een overschot levert daardoor direct problemen op.

Die elektrische motoren trekken net zoveel vermogen als twee wasdrogers  en een fornuis tegelijk. Maar afgezet tegen het verbruik van een heel land merk je ze gelukkig niet op. Zo is dat voor iedere gebruiker hetzelfde: ze vallen per stuk weg in het grotere geheel.

Meer er is er ook een ding dat de gevolgen van een overschot of tekort juist helpt te beperken: de schaalgrootte van het geheel. Als het elektriciteitsnet 10 kilowatt aan productiecapaciteit heeft draaien en er is ook 10 kilowatt aan belasting aangesloten, dan maakt een extra verbruiker van 2 kilowatt heel wat verschil: 20%. Maar als een net 10 gigawatt aan aangesloten productiecapaciteit heeft en eveneens 10 gigawatt belasting, dan zorgt een stijging van de belasting van 2 kilowatt slechts voor een toename van 0,000000002%. In een groot net vallen individuele gebruikers weg in het totaalbeeld van een heel land. De netbalans van een groot net wordt niet merkbaar beïnvloed door een individueel apparaat dat aan of uit wordt gezet.

Maar wat als we nu allemaal tegelijk bedenken dat we de kachel aandoen? Dan worden al deze kleine beetjes bij elkaar alsnog een hele grote stijging van de belasting. En dan gaat het toch alsnog mis?

Het angstaanjagende antwoord is ja. Inderdaad: als een miljoen mensen precies op hetzelfde moment binnen een halve minuut tijd de wasdroger, het fornuis en de straalkachel aanzetten, veroorzaken we een enorme stroomstoring. Als de belasting te ver uit de pas gaat lopen met de productie, slaat de beveiliging alarm en wordt de stroom afgeschakeld. De reden waarom dit soort storingen in de praktijk niet ontstaan, komt doordat zulke afspraken niet bestaan. Het komt nooit voor dat we met zoveel mensen tegelijk allemaal binnen een paar minuten tijd zoveel extra stroom gaan gebruiken dat de producenten het niet bij kunnen houden om de productie eraan aan te passen. 

5.3. Dagelijkse gang oftewel de trend

We gebruiken 's avonds meer stroom dan laat in de nacht of rond de lunch. Dat is iedere dag zo. Piepkleine rimpeltjes in de gevraagde belasting, bijvoorbeeld door het aanzetten van individuele kooktoestellen, worden gladgestreken door de enorme schaal van het hele elektriciteitsnet. Het gedrag van elektriciteitsconsumptie gedraagt zich daardoor vloeiend. 's Ochtends stijgt deze langzaam om gedurende de werkdag weer iets te zakken. Rond de avond stijgt deze opnieuw als we onze lampen, kooktoestellen en televisies aanzetten. En vanaf de late avond tot het einde van de nacht zakt het terug omlaag naar ongeveer hetzelfde niveau als waarop we de ochtend ervoor ook begonnen.

Oude 50 kV-verbinding op een mooie voorjaarsdag

De spanning op deze draden is altijd vrijwel gelijk: 50 kV met slechts een kleine marge. Maar het vermogen dat de hoogspanningslijn op een zeker moment transporteert kan elke waarde zijn, zolang het maar tussen nul en de maximale ontwerpcapaciteit ligt. De stroomsterkte is de variabele en die verandert met de dagelijkse gang mee. In de avond loopt er dus werkelijk meer vermogen over de draden dan aan het einde van de nacht.

Dit typische gedrag van het elektriciteitsgebruik is redelijk voorspelbaar en het wordt in de elektriciteitswereld de trend of de dagelijkse gang genoemd. Beide termen worden in de praktijk door elkaar heen gebruikt.

Hoe groter de groep aangeslotenen, hoe kleiner het individuele aandeel van elke gebruiker en hoe geringer het gevolg van een individuele handeling die uit de toon valt met de grootschalige trend.

De dagelijkse gang wordt gemonitord door de netbeheerders. Het laat zich goed in een grafiekvorm zetten. We pakken er eentje bij van België op een willekeurige dag ergens eind november 2014.

Op de grafiek van de dagelijkse gang kunnen we iedere dag dezelfde trend herkennen. Dit exemplaar is van Elia, de beheerder van het Belgische hoogspanningsnet. Het geeft de zogeheten load op het Belgische hoogspanningsnet weer. Op de verticale as zien we de totale vermogensvraag in MW. Op de horizontale as staan de uren van de dag. Een curve voor Nederland zou er precies hetzelfde uitzien, behalve dat die in zijn geheel wat hoger ligt omdat het land groter is.

Wat we hierboven zien is een loadgrafiek van België op 28 en 29 november 2014. Merk op dat de dagelijkse gang zich gedraagt zoals we dat gewend zijn: een piek in de ochtend, enige daling in de middag en een hogere, scherpe piek in de vooravond.

Waarom de blauwe curve van 28 november overdag hoger is dan de paarse? Dat komt omdat 28 november 2014 een vrijdag was en 29 november een zaterdag. Op vrijdag werken we en dan verbruiken alle bedrijven in de middag meer elektriciteit dan op zaterdag. In de avond doen we iedere dag echter min of meer hetzelfde, zodat het verschil dan kleiner is. Op deze manier is een voorspelbare en redelijk precieze prognose te maken van het verbruik voor over enkele uren, voor morgen en zelfs voor  vijf dagen verderop. Tenminste, zolang het weerbericht niet omslaat en het opeens gaat vriezen zodat iedereen de kachel hoog zet.
We hebben dus te maken met een redelijk voorspelbare, grootschalige trend. Maar de details zitten vast op onzekerheden zoals het weer. In het algemeen hanteert men in de elektriciteitswereld een voorspellingsshorizon van ongeveer een week vooruit.

We zien dat de dagelijkse gang een ordegrootte van uren heeft: een paar uur gestadige stijging, dan weer enige tijd daling en zo hobbelt dat de dag een beetje door. Grote veranderingen in het totale verbruik ontstaan niet in een minuut. Zolang de producenten deze voorspelbare, relatief trage schommelingen in verbruik op tijd bij kunnen houden is er niets aan de hand. 

5.3. Bewaking door de netbeheerder

Dit proces van de balans bewaren is nooit helemaal perfect. Er is altijd wel een lichte overproductie of een klein tekort, wat te vernemen is door een heel kleine daling van de netspanning en een kortstondige afname van de wisselstroomfrequentie van 50 Hz naar bijvoorbeeld 49,98 Hz. Wie bewaakt dit allemaal? De netbeheerder. Die zorgt ervoor dat vraag op ieder moment wordt gemonitord, zodat de tientallen verschillende producenten die tegelijk actief zijn tijdig kunnen worden ingelicht dat er meer of minder productie moet komen in de komende uren. Maar op de rol van de netbeheerder komen we in het laatste deel van de cursus nog uitgebreid terug.

5.4. Snel en traag vermogen: opregeltijd

Eerst moeten we het zogeheten productiepark bekijken: alle producenten die energie op het net inbrengen.

Ze zijn met vele duizenden. De een maakt stroom met een setje zonnepanelen op het dak. De ander met thermische centrales die door middel van verbranding (olie, kolen, biomassa, afval) water koken en daarmee stoomturbines aandrijven die op hun beurt de generators aandrijven. Er zijn gascentrales die brandbaar gas direct in een gasturbine stoken om zo de stap met stoomvorming over te slaan. Andere categorieën thermische centrales zijn de geothermische centrales (die aardwarmte gebruiken) en kerncentrales (die met een kernreactor grote hitte opwekken). Verder heb je hydropower (stuwmeren), windvermogen, WKK en chemische methoden om stroom op te wekken.

Verschillende centrales hebben een verschillend gedrag. Links zien we de kolencentrale van Thorpe in Engeland: fossiele centrales van die omvang hebben we in Nederland en België niet eens. Dit monster heeft een opregeltijd van ruim een halve dag. Rechts zien we een (oude) waterkrachtcentrale: die is juist in enkele minuten op te regelen en reageert dus zeer snel.

Niet elke methode van opwekking kan je even snel harder of zachter kan zetten. Wanneer je een productie-eenheid van nul tot vol vermogen wil laten gaan maakt het nogal wat uit hoe groot die eenheid is en of dat een waterkrachtcentrale of een kerncentrale is. Men noemt dit de zogeheten responstijd of opregeltijd.
Er is snel vermogen (met een korte opregeltijd), traag vermogen en alles ertussenin. De opregeltijd is afhankelijk van de productiemethode en de schaalgrootte. En er zijn een paar vuistregels die meestal goed opgaan:

Snel vermogen (opregeltijd van enkele minuten)

  • WKK (decentrale gasturbineproducenten met klein vermogen tot een paar MW)
  • Gasturbines
  • Hydropower in elke schaal
  • Pompmeren (zie verderop)
  • Individuele windturbines (indien het waait)
  • Kleinschalig zonvermogen (indien de zon schijnt)
  • Grootschalige zonvermogenparken (indien de zon schijnt)

Matig snel vermogen (opregeltijd van een kwartier tot een half uur)

  • Hele windparken (indien het waait en ze nog niet actief waren)
  • Grote gascentrales
  • STEG-eenheden (gecombineerde gas- en stoomturbines)

Traag vermogen (opregeltijd van meerdere uren)

  • Thermische centrales (kolen, olie)
  • Aardwarmte
  • Vuilverbranders
  • Moderne kerncentrales
  • Getijdencentrales

Zeer traag vermogen (opregeltijd van 1-2 dagen)

  • Oudere kerncentrales

5.5. Trendvolging

Als het stroomverbruik omhoog schiet, kan dat te snel gaan om de stijging bij te houden met een traag reagerende kolencentrale. Een veel snellere gascentrale of met waterkracht kan dat wel.

Snel vermogen kan worden gebruikt als maatregel om een tijdelijke snelle stijging van het verbruik het hoofd te bieden totdat de trage thermische centrales op toeren zijn gekomen en het stokje weer over kunnen nemen.

De netbeheerder bewaakt de netbalans en laat het (wettelijk vastgelegd) aan de vrije markt over op welke manier vermogen wordt geproduceerd. De producenten actief binnen deze vrije markt kunnen enigszins spelen met de wijze van opwekking en de snelheid van het vermogen. Bij dat spel proberen alle producenten een zo groot mogelijk deel van de dag energie op te wekken op de manier die op dat moment het goedkoopst is.
Maar als er in een bepaald gebied een tekort of overschot dreigt, heeft de netbeheerder de wettelijke macht om door middel van een prijsprikkel een producent te verleiden om alsnog sneller reagerend, maar duurder vermogen in te zetten wanneer dat nodig is. Zo blijft de netbalans altijd gehandhaafd. 

Door prijsprikkels kunnen producenten van vermogen bewust worden verleid om op een bepaalde geografische locatie meer of minder vermogen te produceren, of ze kunnen verleid worden een sneller reagerende, maar duurdere manier van productie te gebruiken. Door de transportverbindingen van het hoogspanningsnet (hier op de ENTSOE-netkaart) kan een plaatselijk overschot of tekort dan worden verplaatst naar een ander gebied.

Naast een tekort kunnen we ook met een overschot te maken hebben. Dat lijkt makkelijker, maar in de praktijk is het juist moeilijker op te lossen. Want waar laat je een overschot aan stroom? De beste oplossing is verhandelen: het overschot wordt dan verkocht aan een gebied waar op datzelfde moment een tekort is. Via het koppelnet, de zware hoogspanningslijnen die hele landsdelen aan elkaar koppelen, kan er vermogen worden verplaatst van een gebied met een overschot naar een gebied met een tekort, dwars over de landsgrenzen van Europa heen.

Grid balancing, zoals het bewaken van de netbalans een net woord heet, heeft dus een tijd- en een ruimtecomponent. Zowel in de tijd (de trend) als in de ruimte (geografisch) moet vraag en aanbod op het net in balans blijven.

Normaal gesproken gaat het spel van snelle en trage opwek, handel en prijsprikkels eigenlijk altijd goed. Maar er zijn heel soms toch uitzonderingen. Als er zo'n groot overaanbod is dat er niet voldoende kan worden gehandeld of als er niet voldoende capaciteit op het koppelnet beschikbaar is om een overschot uit het gebied vandaan te exporteren, moet men vermogen afschakelen (gas terug, of haal een centrale los) of men moet bufferen. Dat laatste heeft de voorkeur, want een centrale zomaar gas terug laten nemen kost de eigenaar van die centrale inkomsten. De netbeheerder mag dit wettelijk ook niet zomaar doen. Het zogeheten geforceerd losnemen van productievermogen gebeurt in de praktijk alleen in noodgevallen.

Bufferen betekent het op afroep opslaan van elektriciteit in een andere energievorm. Een vorm die later, wanneer de netbalans weer neigt naar een tekort, zo goed mogelijk kan worden terug veranderd in elektriciteit. 

Energie die in de elektriciteit zit kan je bewaren als een andere energievorm die zich wel laat opslaan. In de praktijk gebruiken we daar voornamelijk pompmeren voor. Een pompmeer lijkt op een gewoon stuwmeer, maar het verschil is dat we er ook water in omhoog kunnen pompen. Daardoor hebben ze een bufferfunctie: bij een overschot aan elektriciteit kunnen de turbines en generatoren juist als motoren en pompen worden ingezet om water omhoog te pompen en zo een overschot aan elektriciteit te benutten. De elektrische energie wordt daarbij omgezet in potentiële energie van hoog bewaard water. Later kan dit water weer omlaag door de turbines worden geleid. De energie die de pompen erin stopten komt dan weer tevoorschijn. Uiteraard gaat er bij de conversie wel wat energie verloren: het zogeheten turnover loss. Dat zit doorgaans tussen 5 en 20%. Een ordegrootte van 80% is dus op die manier nuttig te bewaren. Pompmeren treffen we aan in onder andere België (Coo), Duitsland en Frankrijk, maar ze zijn in veel grotere aantallen in de Alpen en Scandinavië te vinden.

Een pompmeer kan worden gecombineerd met een normaal stuwmeer. In Noorwegen is men vergevorderd met die techniek. Door stroomkabels over de zeebodem en via Zweden naar andere landen te leggen, kan Noorwegen opslagcapaciteit voor stroom op de commerciële markt aanbieden aan andere producenten. Dat maakt de energiemarkt stabieler en het land zelf zit daardoor ook financieel geramd. Goed voor elkaar daar.

Producenten willen het liefst zo weinig mogelijk gebruik maken van pompmeren omdat de energieverliezen ten koste gaat van hun winst. Liever handelen ze dus, of gaan ze slim om met hun productiepark. 
Centrales die zo traag zijn dat ze onmogelijk de dagelijkse gang kunnen volgen, laat men de basislast leveren. Zelfs diep in de nacht wordt er stroom verbruikt. Door dit continue minimumverbruik op te laten wekken door trage centrales, hoeft deze categorie centrales vrijwel nooit harder of zachter gezet te worden. Ze kunnen dan heel constant draaien op hun hoogste rendement, precies waar ze goed in zijn. De dagelijkse gang bovenop de basislast kan dan worden opgevangen met sneller reagerende productiecapaciteit, met handel en met buffering. Op die manier doet het licht het altijd.

5.6. De energiewende

Tegenwoordig bewegen we ons naar een wereld waar energie op een andere wijze wordt geproduceerd dan decennialang normaal is geweest. Maatschappelijke wil, klimaatproblemen, geopolitiek en het schaarser worden van fossiele brandstoffen zijn redenen om elektriciteit steeds meer op hernieuwbare wijze op te wekken. Daarvoor wordt vooral gebruik gemaakt van wat de leefomgeving ons biedt aan beschikbare energie, zoals via zon, wind, water en biomassa. Voor het langzaam verlaten van fossiele en nucleaire brandstoffen ten gunste van hernieuwbare energiebronnen wordt in veel talen (waaronder Nederlands en Engels) het van oorsprong Duitse woord energiewende gebruikt. Het woord betekent letterlijk ommekeer in energie(voorziening). Ook in de Nederlandse taal wordt het op zijn Duits uitgesproken, als eenerkiewende

De Duitse bondskanselier Angela Merkel is van oorsprong natuurkundige. Haar regering vormt de grote motor achter de voortvarende aanpak van de energiewende in Duitsland. Een gewaagde stap waarmee de elektriciteitswereld een nieuw terrein binnen gaat, en waarmee Europese samenwerking op energiegebied verandert van een aardigheidje in een noodzaak.

De energiewende is een veld vol uitdagingen die bezig is de hele energiewereld drastisch te veranderen. Een belangrijk kenmerk van de energiewende is dat klanten zelf ook veranderen van een passieve consument in afwisselend consument en leverancier. De hegemonie van een handvol grote centrales wordt doorbroken en ze krijgen gezelschap van miljoenen kleine, decentrale opwekkers: losse windmolens, daken met zonnepanelen, biogasturbines en warmte/koudeopslag.
De grootste uitdaging van de energiewende voor het elektriciteitsnet is de aard van de meeste hernieuwbare energiebronnen: van nature onvoorspelbaar. We weten slechts kort van tevoren of de windparken volgende week wel energie kunnen leveren. Waait het dan eigenlijk wel? Hetzelfde geldt voor zon: we weten dat het 's nachts donker is, maar ook overdag heb je soms zon en soms wolken. In tegenstelling tot een gascentrale (die we harder en zachter kunnen zetten wanneer we maar willen) kunnen we niet zomaar eventjes een windpark harder of zachter zetten.

In het noordwesten van Duitsland en in Denemarken, waar de energiewende reeds een grote vlucht heeft gemaakt, zorgt dit vandaag al voor problemen. Momenteel is dat nog net onder controle te houden: door handel in energie (lees: soms zelfs een onoplosbaar overschot tegen een dumpprijs moeten verkopen) is er momenteel nog wel wat te regelen zodat er in elk geval geen technische storingen ontstaan. Maar dit verstoort wel de normale prijsbalans in de energiemarkt van de gebieden eromheen, waaronder in Nederland en in mindere mate België.

Maar met het voortgaan van de energiewende zullen de tekorten en overschotten vroeg of laat zó groot worden dat het niet meer toereikend kan worden aan- of afgevoerd omdat zelfs de zwaarste koppelnetverbindingen deze energiestromen dan niet meer de baas te kunnen. Handel kent dan zijn grenzen en een onoplosbare onbalans zal ontstaan, met als gevolg het moeten laten schieten van winbare groene energie of juist een storing bij een onoplosbaar tekort, wanneer de fossiele centrales in het gebied al buiten dienst zijn genomen. Dat betekent dat we rekening moeten houden met nog zwaardere transportverbindingen, maar ook dat lokale opslag thuis in een essentiële nieuwe stap zal veranderen.

De energiewereld van de komende decennia is dus vol uitdagingen. (Zoek je een spannende carriére met uitdaging waarin je werkelijk iets kan betekenen voor de wereld van nu en die van morgen, dan zit je in de energiewereld van de komende tientallen jaren op de juiste plek!)

Het noordwesten van Duitsland en heel Denemarken zijn al goed op weg met de energiewende. Dat brengt grote kansen met zich mee, maar ook grote moeilijkheden omdat het energienet er onvoorspelbaarder door wordt: niemand weet of deze windturbine over een paar dagen wel wind heeft om hem te laten draaien.

Ook zonnepanelen zijn niet zonder uitdagingen. Complicerende factor van (in het bijzonder) zonnepanelen is dat ze tot in het extreme decentraal zijn. Ze liggen op losse daken van individuele eigenaren van de gebouwen. Er is geen enkele controle op deze panelen en of ze energie leveren of niet is puur van de willekeur van het weer afhankelijk. Als de zon opeens gaat schijnen gaan alle zonnepanelen prompt energie leveren zonder dat daar enige sturing of controle op is en onafhankelijk van de dagelijkse gang in verbruik. Zoals we inmiddels begrijpen kan dat de netbalans flink verstoren wanneer het afzetgebied klein is. Een groot net en sterke hoogspanningslijnen helpen dus echt: het effect van een lokale opklaring kan dan verspreid worden over een veel groter afzetgebied.

Daar raakt de energiewende de Europese energiepolitiek. Europa is een bergachtig schiereiland met relatief kleine landen: te klein om per stuk een eigen plan te kunnen trekken en onafhankelijk van elkaar de energiewende aan te gaan. Landen hebben elkaar op elektrisch gebied steeds harder nodig om samen letterlijk en figuurlijk de balans te bewaren.   

5.6. Smart grid

Het antwoord op de toename van onbalanssituaties in het toekomstige elektriciteitsnet is complex en soms nog niet goed duidelijk. Maar een belangrijke ontwikkeling op regionale en lokale schaal is de aanleg van zogeheten slimme elektriciteitsnetten. Pompmeren en andere manieren van commercieel interessante en reeds bruikbare vormen van buffering worden steeds belangrijker, maar op de lange termijn zal de capaciteit daarvan niet kunnen voldoen aan de steeds grotere onbalanssituaties die wordt veroorzaakt doordat het moment van productie en verbruik onafhankelijk van elkaar raken. 

Door de energiewende komt het moment van productie los van de dagelijkse gang in verbruik. Ze gaan slechter op elkaar aansluiten, zodat buffering, handel, transport en ook verbruik- en extra productie op afroep steeds belangrijker worden.

On-demand verbruik (verbruik op afroep) is een ander deel van het antwoord. Door zware verbruikers bewust extra vermogen te laten gebruiken wanneer er een overschot is, kan de netbalans worden bewaakt terwijl er tegelijk geen energie verloren hoeft te gaan of een storing ontstaat. Een beetje wat pompmeren nu al doen. Op huishoudschaal kunnen we denken aan een boiler of wasdroger die pas aan springt wanneer er een overproductie aan energie is. Op grotere schaal (en daarvan kunnen we al sneller iets verwachten) moeten we denken aan zware industrie en grote bedrijven. Aluminiumsmelters en vlambooghoogovens verbruiken enorme hoeveelheden elektriciteit en zo'n smelter kan worden gebruikt om pieken in productie af te vlakken en tegelijk wat nuttigs te doen met het overschot. Dat heeft zowel voor de netstabiliteit alsook voor degene die de stroomrekening betaalt grote voordelen.

Naast smelters zijn er ook andere grote stroomvreters die de rol van nuttige verbruiker op afroep kunnen vervullen, zoals hier bijvoorbeeld een zwaar windtunneltestpark in de Noordoostpolder. Overschotten veroorzaakt door onvoorspelbare hernieuwbare productie hoeven op die manier niet verloren te gaan of verkocht te worden, want we kunnen er binnen het gebied van opwek dan wat nuttigs mee doen. Foto door forumlid ET.

Bij een tekort kan een deel van de oplossing worden gezocht in het juist bewust niet aanzetten van dit soort verbruikers. Maar ook in de vorm van noodvermogen en regelvermogen: op afroep beschikbaar, snel op te regelen productiecapaciteit waarmee ter plekke binnen een kwartier kan worden bijgesprongen om een ontluikende onbalans niet te veel uit de hand te laten lopen. Overigens, noodvermogen is iets dat vandaag al bestaat en waar de netbeheerder op afroep over beschikt. Meer daarover in het laatste deel van de cursus.

5.7. Handel in elektriciteit

Handel. We noemden het al eerder. Handel zorgt voor optimale benutting van het productiepark en het vermindert verliezen of inefficiëntie. Het voegt een extra dimensie toe aan het optimaal gebruiken van het net. Het zal je niet verbazen dat de transportruimte op het hoogspanningsnet van vandaag de dag is vrijgegeven voor internationale handel in elektriciteit.

Zakt het stroomverbruik hard omlaag terwijl de thermische centrales nog vol gas geven (ook afregelen kost tijd), dan kan een tijdelijk overschot aan elektriciteit worden verhandeld naar een gebied waar een tekort is. Teveel windvermogen in Duitsland? Verkopen aan andere gebieden en landen voor een prijs die het aantrekkelijk maakt om snel op te regelen fossiel vermogen ervoor te laten stilstaan zodat de windenergie voorrang krijgt. Storing in een centrale van producent A? Dan kan B tijdelijk zijn eigen centrales plankgas laten draaien om op die manier het gat dat A laat vallen op te vullen – en tijdelijk financieel lekker binnen te lopen, want in de commerciële elektriciteitsmarkt wordt het hard gespeeld.

Belangrijk om te beseffen is dat dit systeem van vrijhandel niet per definitie het beste naar boven haalt. Het heeft ook duistere kanten, zoals het omkatten van elektriciteit. Zo kan een producent er met opzet voor kiezen om goedkope kolenstroom naar de pompmeren te sturen, deze via turnover terug te winnen en daarna op de markt te brengen als hernieuwbare waterkracht. Tsja… Dat is gewoon wettelijk toegestaan. Maar het is natuurlijk wel bizar.

Een derde aspect van handel is dat het vrije keuze van energieproducenten mogelijk maakt, iets waar we in het laatste deel nader op in zullen gaan. Stel, een zekere producent kan voldoende stroom opwekken voor een miljoen klanten. Vroeger zaten die klanten rechtstreeks aangesloten op het eigen net van de producent: ons het verleden met provinciale energiebedrijven. Je had niets te kiezen. Maar tegenwoordig zijn alle producenten en klanten aan hetzelfde Europese net verbonden. Het gevolg is indrukwekkend: al het aangeleverde elektrische vermogen wordt in één gezamenlijk net gestopt. Koop je je energie bij producent A? Dan wordt er door die producent een vermogen opgewekt dat gelijk is aan jouw verbruik, en dat wordt op het gezamenlijke hoogspanningsnet ingevoed. Aan jouw kant haal je precies datzelfde vermogen er weer af – maar dat zijn dus niet letterlijk dezelfde elektronen als waarvoor je betaalt.

Het hoogspanningsnet is een soort verzamelplaats. In het net zelf kan weliswaar geen stroom worden opgeslagen, maar wel zit alle productie en alle belasting erop aangesloten zodat alles over iedereen verdeeld wordt, zolang de productie en belasting op dat net maar gelijke tred houden.

Een gevolg is dat iedereen precies dezelfde mix van elektriciteit krijgt, geproduceerd met verschillende opwekkingsmethoden. Stel dat 20% van alle opgewekte elektriciteit met waterkracht wordt geproduceerd. Dat gaat in het gezamenlijke net zodat er bij iedere klant 20% waterkrachtstroom op het stopcontact staat. Als jij betaalt voor groene stroom, is de producent verplicht om een vermogen ter grootte van jouw verbruik hernieuwbaar op te wekken en in de voeden op het hoogspanningsnet. Maar in feite wordt jouw aandeel over al die miljoenen klanten verdeeld. Jouw stroom is gelijk aan dat van de buurman: een mix van groen, fossiel en hydro uit binnen- en buitenland, maar voor jouw aandeel staat wel ergens een groene productiecapaciteit te draaien zodat een piepklein gedeelte van alle vermogen op het gezamenlijke net bestaat uit jouw gecontracteerde groene vermogen.

Zolang er per producent telkens precies net zoveel vermogen door zijn klanten wordt afgenomen als dat de producent opwekt en aan het gezamenlijke net toevoegt, blijft alles keurig werken en schiet niemand er bij in. Ook dat is moderne energiehandel. De toezichthouders op de energiemarkt (zoals de ACM, Autoriteit Consument en Markt in Nederland) zien erop toe dat de energieproducenten zich houden aan waar ze voor gecontracteerd zijn en niet stiekem ietsje minder opwekken.

Het bewaken van de netbalans is de taak van de netbeheerder.
Het handelen in energie en spelen met productiemethoden om op ieder moment zo goedkoop mogelijk te kunnen produceren is de taak van de producenten. Producenten kunnen daarbij reageren op prikkels en handelingen van de netbeheerder, maar de netbeheerder mag dat alleen om technische redenen doen.

Samenvatting: kan je de volgende vragen beantwoorden?

  1. Wat zijn de belangrijkste gevolgen van het feit dat je stroom niet kan opslaan?
  2. Wat is de netbalans?
  3. Wat is de dagelijkse gang?
  4. Is een kolencentrale vooral geschikt voor basislast of voor het volgen van de dagelijkse gang? En waterkracht?
  5. Noem een manier om bij een tekort en bij een overschot de netbalans te handhaven
  6. Noem een uitdaging die de energiewende met zich meebrengt

De netbalans is een moeilijk tastbaar maar zeer belangrijk begrip. We konden er niet omheen in de St(r)oomcursus.
Je hebt nu gezien waarom dat zo is. En hoe producenten van vermogen er door middel van verschillende vormen van opwek en handel ervoor zorgen dat er altijd precies voldoende vermogen aanwezig is op het net. Een netbeheerder ziet erop toe dat de netbalans gehandhaafd blijft, een toezichthouder houdt in de gaten dat geen enkele handelende producent de zaak oplicht.

Oja, die netbeheerder. Daar hebben we het telkens maar over, maar we zijn er nog steeds niet op ingegaan. Maak je basiskennis compleet en ga door naar het laatste deel van de cursus, waar je leert wat de netbeheerder is en waarom een modern net niet zonder een neutrale beheerder kan.