Elia heeft ze al: dwarsregeltrafo’s om problemen met doortransport te voorkomen in het Belgische 150 kV-net. In Nederland, waar 150 kV is verdeeld in deelnetten, leek zoiets lange tijd nauwelijks nodig. Maar inmiddels heeft ook Tennet plannen voor (meer) dwarsregeling op 150 kV-niveau.
Congestie, curtailment, knelpunten, krapte op het net… well, that escalated quickly.
Wanneer we op congestiekaarten kijken (die zijn er inmiddels in soorten en maten) zien we dat Nederland in een verontrustend tempo rood kleurt. Er is toenemend vraag naar transportcapaciteit door elektrificatie (inductiekoken, warmtepompen, datacenters) maar er is ook meer aanbod door decentrale opwek met zon en wind. Het betekent telkens dat meer transportruimte nodig is. Bij laag- en middenspanning is dat vaak een kwestie van het netwerk verzwaren: dikkere draden, 20 kV introduceren, grotere koppeltrafo’s of gewoon meer draden ernaast leggen.
Bij hoogspanning is het capaciteitsvraagstuk ingewikkelder. In deze netten is transportruimte meer dan alleen een kwestie van draaddikte. Het hangt ook af van hoe de verbindingen precies lopen en waar de historisch gegroeide knooppunten in het netwerk zitten.
Wat is doortransport ook alweer?
Even opfrissen uit de St(r)oomcursus. Het elektriciteitsnet bestaat uit een handvol niveaus of netvlakken (10 kV, 50 kV, 150 kV, …) die als hiërarchische lagen over elkaar heen liggen. Ze zijn aan elkaar verbonden met koppelende transformators. Een net of netvlak bestaat uit meerdere deelnetten die op dezelfde spanning worden bedreven en die een eindige geografisch omvang hebben, zoals een stad of een provinciedeel. Deze deelnetten vullen schouder aan schouder de netkaart op, waar ze samen een netvlak vormen. Ze zijn aan hun randen niet rechtstreeks verbonden, want dat wordt gedaan via een groter bovenliggend net dat een stap hoger in hiërarchie is.
Zo is ieder netvlak een koppelend net voor het netvlak eronder, maar het is zelf juist een deelnet vanuit het netvlak dat er pal boven ligt.
Twee deelnetten die gelijk staan in hiërarchie en die dezelfde spanning voeren kan je rechtstreeks aan elkaar verbinden zodat er een groter deelnet met twee of meer koppelpunten met het bovenliggende net ontstaat. Dat kan niet altijd, want soms ontstaat er een sluipweg voor vermogen dat op langeafstandstransport eigenlijk in het koppelende net moet blijven. Dit wordt in jargon doortransport genoemd. Het gaat over aanzienlijke vermogens die fysiek ruimte opeisen in het net van lagere orde. Ruimte die niet meer kan worden gebruikt voor decentrale opwek of voor extra verbruikers. Het net toch weer opdelen in twee of meer kleinere deelnetten kan dit oplossen, maar er zijn gevallen waarbij dat moeilijk is. En nu komen we bij wat Elia in België al langer bemerkt en wat nu ook in Nederland een factor wordt: wat moet je doen als je om technische redenen een net niet kan opknippen terwijl er toch overbelasting door doortransport ontstaat?
Als netopeningen geen oplossing bieden
Lange tijd was Utrecht een netstrategisch zorgenkind. Sinds het opleveren van Breukelen 380/150 kV is de situatie verbeterd en hoeft de Centrale Lageweide niet meer verplicht te draaien als een van de drie inkomende 150 kV-lijnen in onderhoud is. Breukelen vormde een nieuw koppelpunt met het 380 kV koppelnet, en opeens werd doortransport mogelijk dwars door het 150 kV-net tussen Dodewaard, Lelystad en Breukelen. Zo werd het ene probleem uitgeruild voor een ander. Utrecht is momenteel deel van het FGU-net, een groot 150 kV deelnet dat met vier koppelpunten onder de 380 hangt (Dodewaard, Doetinchem, Lelystad en Breukelen). Al jaren hing het in de lucht dat het FGU-net opgeknipt zou worden in kleinere deelnetten, zie ons artikel van 04 september. Utrecht blijft echter via Dodewaard, Breukelen en Lelystad gekoppeld. Dat kon niet anders, want door de historisch gegroeide vorm van het net zou het verbreken van de verbinding naar Dodewaard of naar Lelystad een te grote storingsgevoeligheid opleveren voor Almere, Amersfoort en Utrecht zelf.
Het nieuwe station Breukelen was er natuurlijk ook niet voor niets neergezet, dus om die er meteen weer af te gooien met een netopening… Kortom, met het stijgen van de vermogensstromen door het net en het zwaarder belasten van 380 kV ontstond er in de regio Utrecht steeds meer krapte op het 150 kV-net terwijl een nieuwe netopening of het verdelen in twee kleinere 150 kV-deelnetten daar niet praktisch is.
Wat nu? We kunnen dus de sluipweg niet dichtzetten. Maar net zoals bij verkeer kan men de sluipweg wel zo onaantrekkelijk mogelijk maken. En dat is wat een dwarsregeltrafo kan doen.
Het geheim van de SMIT.. eh, de smid
Vermogen op een wisselstroomnet volgt bij voorkeur de weg van de minste weerstand. Als je dus de weerstand, of met een net woord impedantie van een bepaalde verbinding een beetje kan aanpassen, kan je alsnog het vermogen voor een deel via een andere route sturen. Dat wordt gedaan met speciale transformators, dwarsregelaars of phase shifters geheten. Dat is een trafo die (speciale uitzonderingen daargelaten) niet echt transformeert. De primaire en secundaire zijde hebben dezelfde spanning en hij kan binnen hetzelfde netvlak worden geplaatst. Het speciale zit hem erin dat de trafo telkens een beetje spanning van de ‘voorlopende’ fase bij mengt bij de volgende, waardoor de faseverschuiving tussen spanning en stroom (capacitief en reactief gedrag) iets kan worden gestuurd.
Dat heeft gevolgen voor de complexe weerstand of de impedantie die elektriciteit ervaart. De lijnweerstand van een aangesloten circuit gaat er iets van omhoog, en daardoor wordt het circuit minder aantrekkelijk voor sluipverkeer. Een deel van het vermogen kiest eieren voor zijn geld en volgt dan maar andere routes of blijft hangen in het koppelnet. De verbinding met de dwarsregeltrafo blijft elektrisch beschikbaar zonder de beperkingen van een volledige netopening, maar hij raakt minder snel overbelast.
In Utrecht is dit een geschikte oplossing om toe te passen op trafostation Lageweide. We waren bij HoogspanningsNet zelfs in de veronderstelling dat het een 150 kV-primeur was in Nederland. Dat blijkt niet helemaal het geval, er is in het verleden dwarsregeling in Delft geweest en ook weer verdwenen. Vandaag is er dwarsregeling op Europoort en in Leiden. Een tip in onze mail en een summier zinnetje in een oud KCD uit 2013 dwingt ons ertoe terug te krabbelen en de oplettende lezer(s) te danken voor de correctie.
Meestal iets voor het koppelnet
Dwarsregeling is de normaalste gang van zaken in het ENTSO-E koppelnet (Europa, 380/400 kV) om zogeheten loop flows te bevechten die over duizenden kilometers dwars over het hele continent lopen en kostbare ruimte in de tussenliggende landen bezetten. Netbeheerders zetten dwarsregeltrafo’s graag aan de randen van hun concessie als een soort poortwachters wanneer verbindingen gevoelig zijn om als omweg gebruikt te worden. Dat moet ook wel, want het Europees koppelnet kunnen we niet verdelen in deelnetten omdat daar geen hoger net boven ligt. Het zou handel onmogelijk maken. Dwarsregelen is de enige oplossing zolang er geen realistisch zicht is op een HVDC-supernet.
Intern in regionale netten zien we dwarsregeling zelden. Elia in België doet niet aan deelnetten in het 150 kV-netvlak en daar is men bezig dwarsregeling toe te passen om grote vermogensstromen tussen oost en west te dwingen vooral in de 380 te blijven. In Chièvres is er al een 150 kV dwarsregeltrafo in dienst en er komen elders nog een paar bij. En nu krijgt Utrecht er ook de beschikking over. Het is geen toverstaf om krapte mee op te lossen, want je kan slechts in beperkte mate spelen met fasehoekverdraaiing. Een vervanger voor netverzwaring is het ook niet. Maar wat het wel is, is een no-regret methode om het bestaande net efficiënter te kunnen gebruiken zonder dat de storingsgevoeligheid omhoog gaat. De kans is groot dat we dwarsregeling over een tijdje ook in het 110 kV-net gaan zien, want er zijn meer plekken waar we met dwarsregeltrafo’s kostbare tijd kunnen kopen waarin daadwerkelijke, fysieke verzwaringen kunnen worden gerealisereerd.
Afbeeldingen
Header: dwarsregeltrafo op Zandvliet, voor 380/380. Foto door Tom Börger. Artikel: Code Oranje voor Utrecht voor wat betreft transportschaarste en een deel van Tennets Powerflow Simulator waarin je zelf een netwerk kan modelleren om er vervolgens mee te experimenteren. Gratis tool, lees hier meer.
