Meer spanning is (g)een oplossing?
Tussen Geertruidenberg, Crayestein en Krimpen wordt een tweede 380 kV hoogspanningslijn beraamd. Een grote puzzel om in te passen en in de zienswijzen worden allerlei alternatieven aangedragen. Zoals: kunnen we in de bestaande lijn niet gewoon de netspanning verhogen?
De vraag naar transportcapaciteit groeit snel. Dat is overal in het elektriciteitsnet te merken, ook op 380 kV. Het vergroten van de transportcapaciteit van bestaande verbindingen die op een stroomsterkte van 2,5 of 3 kA zijn ontworpen naar 4 kA is een gangbare operatie. Daarmee is het transportvermogen van een redundante verbinding netto met zo’n 600 tot 900 MVA te verhogen. Vlotte winst omdat de masten en stations niet hoeven te worden aangepast. Zo’n opwaardering is al verricht voor de bestaande verbinding Krimpen – Geertruidenberg, maar in de toekomst is dit niet genoeg. Daarom wordt een nieuwe tweede 380 kV-lijn beraamd tussen Krimpen en Geertruidenberg, al dan niet aangesloten op station Crayestein.
Uiteraard komen in de zienswijzen en inspraakprocedures alternatieven voorbij. Soms voorspelbaar, zoals de roep om grondkabels of om HVDC. Waarom die twee niet realistisch zijn behandelen we wel een andere keer. Vandaag kijken we naar een ander aangedragen alternatief dat op het eerste gezicht uiterst simpel en elegant lijkt: domweg de netspanning op de bestaande verbinding verhogen. Waarom kan dit (niet)?
Als de stroomsterkte niet omhoog kan, dan de spanning maar?
Transformators en schakelaars hebben in vrijwel alle gevallen 4 kA als bovengrens voor de werkbare stroomsterkte. Bij 380 kV komt dat neer op 2635 MVA. Wil je bijvoorbeeld 6 kA, dan moet je ingewikkeld en onbewezen maatwerk laten aanrukken. Dat zou in koppelnetten een onaanvaardbaar strategisch risico meebrengen, naast nog een reeks andere problemen waar we later op komen. We zitten dus met 4 kA maximaal, op welke spanning je een circuit ook bedrijft. We weten dat vermogen de vermenigvuldiging is van de stroomsterkte en de spanning. Welnu, als je de stroomsterkte niet verder kan verhogen, kunnen we dan niet gewoon de mosterd halen bij de spanning?
Hogere spanningen dan 380 kV zijn bewezen techniek. In Oost Europa treffen we verbindingen van 500 kV en zelfs van 750 kV aan. Oekraïne staat er vol mee. Stel, we houden het bij driebundels zodat het draadgewicht gelijk blijft en het enige wat we gaan doen is de bestaande verbinding op 750 kV bedrijven. We handhaven de maximale stroomsterkte van 4 kA na de opwaardering. Je kan met 4 kA op 750 kV met gemak 5000 MVA per circuit halen. Zo hou je je aan de 4 kA-grens zonder ook maar een meter nieuwe hoogspanningslijn te hoeven bouwen.
Nieuwe lijn en extra transformators
Eh, nee, wacht. Toch wel een nieuwe hoogspanningslijn. Met een hogere netspanning hebben we langere isolators en grotere vrije ruimte tot de grond nodig. We moeten alsnog de masten verbouwen. Omdat de bestaande verbinding niet zomaar twee jaar gemist kan worden komt het alsnog neer op nieuwbouw op een ander tracé. De enige winst die nu op de lange termijn overblijft is 2000 MVA meer vermogen en eventueel sloop van de bestaande verbinding. Bij de nieuwe 750 kV-lijn zal wel de breedte van de magneetveldcontour groter zijn. Niet door een hogere stroomsterkte, maar omdat de verbinding eenvoudigweg fysiek breder hangt vanwege de grotere benodigde tussenruimte tussen de draden.
Voor 750 kV hebben we aan beide uiteinden nieuwe schakeltuinen nodig. Voor deze spanning zijn dat grote terreinen met aan beide uiteinden een reeks 380/750 kV trafo’s met bijbehorende bewaakapparatuur. Allemaal dingen die kosten, complexiteit en faalpunten toevoegen ten opzichte van blijven werken binnen dezelfde netspanning. 380 kV sluit je immers gewoon aan op de bestaande rails van de stations. Transformators zijn waanzinnig rendabel (boven 99% efficiëntie) maar bij een paar gigawatt transformeren aan beide kanten creëer je nog steeds tientallen megawatts netverlies die niet nodig zijn wanneer je de transformatiestap kan vermijden.
Netstrategisch onverstandig bij problemen
De echte showstopper zijn niet de trafo’s, maar de netstrategie. Een verbinding met 5000 MVA vermogen per circuit in een vermaasd netwerk opnemen dat als maximum 2635 MVA per circuit heeft, dat is vragen om problemen. Hoewel de stroomsterkte keurig onder 4 kA blijft is het getransporteerde vermogen juist dankzij onze gekozen hoge spanning extra groot. Als de 750 kV-lijn uitvalt terwijl hij zwaar wordt belast ben je plotseling zo’n zware verbinding kwijt dat het omliggende net die klap niet kan opvangen. In de omgeving vallen dan steeds meer andere verbindingen uit, tot een scheuring in het elektriciteitsnet ontstaat die tot een system split kan leiden. Dat is de nachtmerrie van elke netbeheerder in Europa.
Wanneer we in plaats van die 750 kV-lijn kiezen voor twee extra 380 kV-circuits hebben we geen trafo’s, schakeltuinen of overtredingen van netstrategische gebruiken nodig. Sterker nog, een extra 380 kV-lijn met twee circuits brengt zelfs nog méér nieuwe capaciteit met zich mee dan de bestaande lijn vervangen door de geschetste 750 kV-lijn. Omdat twee extra 380 kV-circuits tussen dezelfde stations zorgen voor vier circuits, betekent het N-1 criterium (altijd het vermogen van een volledig circuit achter de hand houden) dat je de overige drie circuits voluit mag belasten. Tweemaal 4 kA op 750 kV geeft N-1 veilig 5000 MVA benutbare capaciteit, want je mag de dubbelcircuitlijn maar tot de helft belasten. Viermaal 4 kA op 380 kV geeft N-1 veilig driemaal 2635 MVA en dus zo’n 7900 MVA werkelijk benutbare capaciteit.
Aan het einde van de dag is 750 kV in je hoogspanningsnet opwindend voor netkaartmakers, maar netstrategisch niet verstandig. Het is zelfs niet eens zomaar toegestaan zonder extra maatregelen. Een nieuwe dubbelcircuitlijn bedreven op 380 kV bijplaatsen is in vrijwel alle opzichten de betere keuze. Behalve dan voor fanatieke pylon geeks, want die zouden helemaal uit hun topstukje gaan van 750 kV in Nederland.
Afbeeldingen
Header: Szabolsbacka, Hongarije, is een van de weinige plekken in Europa waar een 750/400 kV transformatiestap wordt gemaakt. De verbinding loopt Oekraïne binnen.
Artikel: twee veelden van Google Streetview met schoorportalen (uitwendig geschoord) voor 750 kV, Het is een gebruikelijk gezicht dieper in Oekraïne en in Rusland. Onderaan: netschema met geschetste 750 kV vervanging tussen Geertruidenberg en Krimpen. Merk op hoeveel extra componenten 750 kV zou vereisen.