AchtergrondenENTSO-EVerdieping

De Baltische Staten synchroniseren op 8 februari met ENTSO-E

Er wordt al jaren naartoe gewerkt, maar de Russische inval in Oekraïne heeft alles versneld. Na Oekraïne zelf koppelen de Baltische Staten Estland, Letland en Litouwen hun energienet los van het IPS/UPS blok en sluiten zich aan bij ENTSO-E CE op 8 februari.

Het lijkt een hoop kouwe drukte. Met je land en je elektriciteitsnet veranderen van netblok, ofwel van het grotere verbonden hoogspanningsnetwerk waar je een onderdeel van bent. Ten eerste, het licht brandt nu ook in de Baltische Staten en ten tweede, het is geen sinecure om van netblok te veranderen. Toch leeft in de Baltische Staten sterk de wil om met het elektriciteitsnet onderdeel te worden van ENTSO-E, en dan niet als een los zwevend eilandbedrijf, maar volwaardig en compleet mee gesynchroniseerd met het ENTSO-E CE-blok.

Het belang van gesynchroniseerde netblokken

Om te begrijpen waarom een volledige overstap belangrijk is voor de Baltische Staten hebben we eerst een beetje natuurkunde nodig.

Een elektriciteitsnet gebaseerd op driefasige wisselstroom (en dat zijn alle grote elektriciteitsnetten) heeft een zogeheten netfrequentie: de snelheid waarmee alle fasedraden hun cyclus doorlopen. In Europa en de meeste andere delen van de wereld is dat 50 Hertz, dat betekent dat de richting van de stroom honderd keer per seconde omdraait in elke draad. Er zijn ook gebieden zoals Amerika die 60 Hz gebruiken, maar het idee is gelijk. Binnen een netblok waarin de netfrequentie is gedefinieerd kan iedere generator zich aansluiten zolang deze zich aanpast aan de netfrequentie en ermee in de pas blijft lopen, en ook zijn drie fasen synchroniseert zodat de pieken en dalen tegelijk vallen. (Abracadabra? Neem een kijkje in onze St(r)oomcursus.)

Op de wereld zijn er een stuk of twintig middelgrote en grote netblokken die vaak groter zijn dan losse landen. Europa is bij uitstek een continent van samenwerkende kleinere landen, zodat het voor de hand ligt dat we in Europa heel wat landen het stroomnet aan elkaar hebben verbonden. Van ruwweg van Portugal tot Polen en van Denemarken tot Turkije is er sprake van één zeer groot synchroon netblok op 50 Hz: het Centraal Europese blok (CE). Binnen dit blok is vrije handel en vrij transport van elektriciteit mogelijk. Dat vereist goede afspraken tussen de bijna veertig losse netbeheerders en dat gebeurt in ENTSO-E, een overkoepelend overlegorgaan dat de regie heeft over de landoverstijgende netstrategie. In totaal omvat ENTSO-E ongeveer 750 GW vermogen waarvan het CE-blok veruit de grootste is met ongeveer 600 GW vermogen. Verder zijn er het Nordics-blok (Scandinavië), Ierland en een aantal grote eilanden in de Middellandse Zee die kleinere netblokken vormen met hun eigen synchronisatie.  Al deze extra gebieden zijn met gelijkstroomkabels verbonden aan CE, zodat de uit de pas lopende synchronisatie geen probleem is en we alsnog vermogen kunnen uitwisselen. Een elegante conclusie: gelijkstroom en wisselstroom zijn in de hoogspanningswereld al lang niet meer de vijanden die ze in de begintijd waren.

IPS/UPS

Ook de voormalige Sovjetunie is grotendeels een netblok. Het IPS/UPS-blok, zoals het vandaag heet, is met 300 GW vermogen ook geen kleine jongen. De Baltische Staten waren sinds de opkomst van elektriciteit na de Tweede Wereldoorlog onderdeel van de Sovjetunie tot de val van dit machtsblok in 1991. Het tot op vandaag gebruikte elektriciteitsnet is dan ook een typisch Sovjetnet: een spanningscascade van 330/220/110 kV op hoogspanningsniveau, met tussenspanning van hoofdzakelijk 33 en een middenspanning van 15 en 11 kV. Toen de Baltische Staten zich afscheidden van de federatie verschenen er oude en plotseling herstelde landsgrenzen die pardoes dwars onder hoogspanningsverbindingen door liepen die waren gebouwd in de Sovjettijd. De Baltische Staten hadden in de jaren 90 wel urgentere dingen aan het hoofd dan een eigen synchroonblok draaien, dus ze bleven onderdeel van het IPS/UPS-blok en konden vrij handelen met Rusland.

Dat betekent niet dat er geen elektrische verbinding was met andere netblokken. Met een gelijkstroomkoppeling heb je geen last van synchronisatie of verschillende frequenties. Op die manier zijn er gelijkstroomverbindingen door de zee gelegd naar Finland en Zweden. Ook met Polen is over land een verbinding gebouwd die in 2015 gereed kwam. Dit is wel een wisselstroomverbinding, maar door een slim trucje met de naam B2B-converter (eigenlijk zit er een heel kort stukje gelijkstroomverbinding tussen, met twee converters) leverde ook dit geen praktische problemen op. Zo kunnen de Baltische Staten in de praktijk niet alleen met Rusland, maar ook met ENTSO-E handel drijven.

Oekraïne als doorslag

Je zou zeggen, van twee walletjes eten, waarom dan die drukte om zo nodig helemaal los van Rusland te komen? Kom onder die steen (of schuilkelder) vandaan. Het wisselstroomnet in de Baltische Staten leunt nog op Rusland waarmee ze via een handvol wisselstroomverbindingen zijn verbonden. In het licht van de huidige geopolitieke verhoudingen ligt elke verbinding met Rusland in de Baltische Staten gevoelig en bedreigend. Dus ook een elektrische verbinding. Elektrische verbondenheid geeft Rusland macht.

Al sinds de Russische annexatie van De Krim in 2014 leefde er bij de Baltische Staten (NAVO-leden en duidelijk georiënteerd op Europa) de wens om fysiek los te komen van het Russische net en zich aan te sluiten bij het Europese elektriciteitsnet. Oekraïne heeft in 2022 halsoverkop kunnen aantakken bij ENTSO-E CE. De Baltische Staten willen dit ook, maar het verschil is dat zij wat rustiger te werk kunnen gaan. En nu is dat proces bijna voltooid.

Technisch een operatie

Twee wisselstroomnetten kunnen niet zomaar aan elkaar verbonden worden zonder dat er aan een aantal voorwaarden is voldaan. Die zijn nu eens niet alleen op papier, maar ook technisch van aard. Zo moet de netfrequentie gelijk lopen (in dit geval 50 Hz), ze moeten ook perfect in fase lopen (de golftoppen in de wisselstroom moeten gelijk vallen) en beide gebieden moeten voorafgaand aan de synchronisatie in balans zijn: geen overproductie of onderproductie. Ook na de koppeling mag er nooit ineens een groot vermogen gaan lopen van de ene naar de andere, want dan zou de koppelende verbinding overbelast kunnen raken en ben je meteen de koppeling weer kwijt. Hoe fragieler de koppelende verbindingen, hoe nauwer het komt met die balans.

Het blijft daardoor na de synchronisatie van belang dat in de drie Baltische Staten telkens zelf voldoende vermogen wordt opgewekt om zelfvoorzienend te kunnen zijn. Sinds de vermoedelijke sabotage van Estlink II, een gelijkstroomkabel tussen Finland en Estland, zien we dat het daadwerkelijk beschadigen van interconnectors een reëel gevaar is. Wanneer zo’n interconnector uitvalt terwijl je ‘m juist voluit benut voor import kom je vermogen tekort en ontstaan direct problemen. Een subgebied of voormalig netblok dat enigszins zwak (met weinig verbindingen) aan het grote centrale netblok vast zit kan dus beter zorgen dat ze in de normaalsituatie netto exporteur zijn dan netto importeur, want dat maakt je minder kwetsbaar bij onvoorziene uitval van een van je verbindingen met het grote blok. Zo’n uitval hoeft trouwens niet altijd een opzettelijke daad te zijn, want HVDC-zeekabels hebben door hun complexere techniek met converterstations ook in vredestijd al een wat lagere betrouwbaarheid dan een wisselstroomverbinding.

De agenda op de omschakeldag

De drie Baltische Staten zijn van plan om op 08 februari de vermogensschakelaars met de laatste nog overgebleven verbindingen met Rusland te openen. Dat gebeurt op een moment waarin binnen de Baltische Staten het netwerk in evenwicht is, met op dat ogenblik precies evenveel interne productie als interne vraag. Zo worden de verbindingen met Rusland op dat ogenblik zo min mogelijk gebruikt en ontstaat een zo klein mogelijke onbalans op het moment van openen van de vermogensschakelaars.

Vervolgens wordt er anderhalve dag op eilandbedrijf gedraaid, waarbij de drie Baltische Staten kortdurend een eigen netblok vormen. Op de tweede dag wordt op Alytus, in Litouwen, waarschijnlijk via een provisorium of een andere voorziening de B2B converter gebypassed die daar tot nu toe zorgt voor een niet-gesynchroniseerde koppeling met Polen. Het aansluiten van Litouwen op Polen geschiedt daarna door de schakelaars over te halen zodat Litouwen en daarmee ook de twee andere Baltische Staten een uitloper worden. Vanaf dat ogenblik zijn de Baltische Staten onderdeel van het CE-blok. Wel een kwetsbare uitloper, want omdat er maar één wisselstroomverbinding (twee circuits 400 kV, bouwjaar 2015, circa 1400 MVA) tussen Litouwen en Polen loopt moeten de Baltische Staten hun eigen netbalans scherp bewaken om te voorkomen dat er zoveel netto import of export ontstaat dat de koppelverbinding met Polen het niet houdt.

Kaliningrad voor het CE-blok gezet?

De enclave Kaliningrad kan kiezen: of tegen wil en dank mee synchroniseren met Litouwen en onderdeel worden van ENTSO-E (net zoals Moldavië dat werd toen Oekraïne uit IPS/UPS stapte) of accepteren dat het gebied zijn eigen broek moet ophouden zodat het een klein net op eilandbedrijf wordt, waarbij de bestaande twee wisselstroomverbindingen met Litouwen worden losgenomen. Het zal afhangen van wat het lokale bestuur van Kaliningrad hiervan denkt en het is moeilijk hoogte te krijgen van wat de gedachten in Kaliningrad zijn. Wil men stiekem liever mee in de Europese vaart der volkeren, of is Rusland er overduidelijk heer en meester met als gevolg dat Kaliningrad stroomtekorten en een onbetrouwbare hoogspanningssituatie gaat krijgen? We kunnen slechts concluderen dat oorlog eigenlijk alleen verliezende partijen kent.

Eerst kwetsbaarder, maar het is een langetermijninvestering

Eén wisselstroomverbinding met Polen is erg kwetsbaar. Maar gelukkig worden de Baltische Staten voor hun netbalans ook geholpen doordat die verbinding tussen Alytus en het Poolse Elk niet de enige verbinding is waar vermogen langs kan. Kijken we op de netkaart, dan zien we dat de Baltische Staten ook met een paar HVDC-zeekabels zijn verbonden met het Nordic-blok van ENTSO-E. Er is met Finland de Estlink I (350 MW) en de Estlink II (650 MVA), en met zweden de NordBalt-cable (700 MW). Naast de wisselstroomverbinding met Polen (circa 1400 MW N-1) geeft dat opgeteld ongeveer 3 GW regelruimte met twee sterkere en beduidend robuustere netblokken zodat er zogezegd een foutje of storing kan optreden zonder direct in de penarie te komen.

De wisselstroomverbinding met Polen is nodig om het CE 50 Hz-signaal van af te lezen, terwijl daadwerkelijke handel en import en export ook door de HVDC-interconnectors onder de Oostzee met Zweden en Finland zal lopen. Reden te meer om die scherp te bewaken in de komende tijd, want we hebben gezien dat sabotage van een HVDC-kabel niet denkbeeldig is toen vorige maand de Estlink II beschadigd raakte door vermoedelijk een met opzet over de zeebodem gesleept anker.

Op langere termijn kan op Alytus de B2B-converter permanent worden ontmanteld. Vermoedelijk zal men ook graag nog een of twee extra, nieuwe verbindingen tussen Litouwen en Polen willen hebben om de wisselstroomverbinding met CE wat robuuster te maken. Ook een paar nieuwe HVDC-kabels uitrollen naar Polen en naar Zweden lijkt gewenst. Hoe meer zulke verbindingen, hoe meer regelruimte voor import en export en hoe minder kwetsbaar de Baltische Staten worden voor storingen of sabotages. Zo wordt een statement dat in eerste instantie vooral politiek lijkt (de gewone Est, Let of Litouwer merkt helemaal niets aan zijn licht) uiteindelijk toch ook een daadwerkelijke technische zet.


Afbeeldingen
Header: bijzonder opstijgpunt in Letland (330/110 kV) waaraan te zien is dat het land al lang het Sovjet-era ontgroeid is, hoewel de spanningscascade nog altijd ongewijzigd is. Beeld Google Streetview, rechten Google Inc.
Artikel: schermafbeelding uit onze netkaart, waar de Baltische Staten duidelijk herkenbaar zijn door het gele 330 kV-koppelnet terwijl het huidige ENTSO-E CE en ook de Nordics 380/400 kV voeren (rood). Voor aansluiting hoeft de netspanning echter niet te veranderen zodat dit vooral een kaartdingetje is. Midden: Elk – Alytus 400 kV, momenteel de enige wisselstroomverbinding tussen Polen en Litouwen, die nu nog dienstdoet met een B2B converter, maar straks rechtstreeks zonder converter. Beeld Google Streetview, rechten Google Inc. Onder: de enclave Kaliningrad verliest zijn koppeling met Rusland doordat Litouwen naar ENTSO-E overstapt.