ENTSO-ENetstrategieNieuws

Oekraïne wil aansluiting met ENTSO-E

Oorlog in Oekraïne. Of eigenlijk, Oekraïne in oorlog. Pylon geeks zien op beelden uit het gebied met enig regelmaat hoogspanning voorbij komen. Hoe zit het net van Oekraïne in elkaar en hoe ziet de toekomst eruit, nu elke verbinding met Rusland gevoelig ligt? Er gaan geruchten over aansluiting bij ENTSO-E. Wat betekent dat, en kan dat zomaar?

Geopolitieke conflicten zijn een razend complexe nachtmerrie. Hier op HoogspanningsNet blijven we maar gewoon bij wat we wél begrijpen, en dat zijn hoogspanningsnetten.

Ook Oekraïne heeft een hoogspanningsnet, dus laten we kijken naar de situatie bij normaalbedrijf, de situatie zoals tot halfweg vorige week.

Sovjetverleden zit overal in het Oekraïense net

In de tijd waarin het Oekraïens elektriciteitsnet opkwam was het gebied een deelrepubliek van de Sovjetunie. De erfenis van de Sovjettijd is te herkennen in een typische Sovjet-spanningscascade. Op de netkaart (jazeker, we hebben zelfs Oekraïne) zien we een koppelnet van 330 kV, losjes gekoppeld met een bovenliggend net van 750 kV dat eigenlijk eerder dient voor bulktransporten dwars over het land. Eronder zien we 220 kV en 110 kV voor regionale netten. Een paar regio’s middenin het land gebruiken 150 kV. Het is vooral 330 kV dat de landelijke ruggengraat vormt en die spanning zien we eigenlijk overal in de voormalige USSR. Het is historisch gezien logisch. Al voor het ontstaan van de Sovjetunie werden spanningen van 110 kV (en daar vlakbij, 115 kV 1n 130/132 kV) op uitgebreide schaal toegepast. Toen de transportbehoeftes toenamen in de jaren 30 en 40 werden er verbindingen met 220 kV gebouwd, een verdubbeling die prettig rekent met een transformatieverhouding van 1:2 als je al 110 kV had. Dezelfde stap naar 220 kV, met dezelfde motivatie, is ook in tientallen andere landen gemaakt zoals Duitsland.

Vanaf de jaren 50 werd ook 220 kV aan de krappe kant. West Europa kon voor de volgende verzwaring leunen op pionierswerk van ASEA in Zweden, die met de verbinding Harsprånget – Borgvik een waagstuk van duizend kilometer bouwde die op maar liefst 400 kV werd bedreven. Destijds een wereldprimeur en in Zweden een logische stap, want het was driemaal 132 kV en dat is in Zweden nog altijd een belangrijke spanning. De benchmark was gezet en in Europa ontwikkelde zich een koppelnet op 400 kV, een spanning die in sommige landen ook als 380 kV wordt aangeduid. In de USSR werd een andere keuze gemaakt. Neem 220, tel er nog een keer 110 bij op en je zit op 330.

330 kV-verbindingen in Rusland en ook Oekraïne zijn meestal enkelcircuitlijnen met schoorportalen waar tweebundelgeleiders aan hangen. Met een ruime marge zijn ze rond 1000 MVA te schatten. Wanneer men twee circuits nodig heeft worden gewoon twee zulke lijnen naast elkaar geplaatst. Het zijn goedkope masten die het aardig volhouden in een bruut landklimaat met snijdend koude winters, hete zomers en matige onderhoudsschema’s.

500 kV en 750 kV als volgende slag

Met de opkomst van steeds zwaardere centrales, vrij vaak kerncentrales, bleek vanaf de jaren ’70 ook 330 kV aan de krappe kant voor de grootste vermogenstransporten. Door voortschrijdende technische ontwikkeling in de netstabiliteit (bewaking, schakelen, netstabiliteit) werd het in de Sovjetunie mogelijk om een paar stappen over te slaan. Er kwam geen 440 kV, maar men introduceerde 500 kV en zelfs 750 kV voor de volgende verzwaring. In de twee decennia die volgden zijn tientallen 750 kV-lijnen aangelegd in Oekraïne, eerst met uitwendig geschoorde portalen en de meest recente van zulke lijnen met guyed V’s, een gewaagder mastontwerp dat eigenlijk net te laat kwam voor het leeuwendeel van 750 kV in het Sovjetgebied en dat ook niet zo handig is in graanvelden vanwege de wijde tuien.

500 kV werd een redelijk sluitend koppelnet in het westen van Rusland. Maar 750 kV in Oekraïne bereikte die status maar kantjeboord. Eigenlijk kwam het vooral tijd en geld tekort, want in de late jaren tachtig lag de prioriteit in de Sovjetunie niet echt bij de verdere uitrol van een 750 kV-net. Zodoende vervult 750 kV hoofdzakelijk een rol als koppelend net tussen de zwaarste centrales, en minder tussen ‘centraleloze’ koppelstations. Een bijzonderheid in het Oekraïense is de HVDC-verbinding Volgograd – Donbas, uit 1965. De reden om een gelijkstroomverbinding te bouwen was eerder Sovjetprestige dan dat het netstrategische waarde had. Reeds in 1965 waren beide eindstations al onderdeel van hetzelfde gesynchroniseerde net, zodat een verbinding voor ruim 700 MW en ruim 500 kilometer ook gewoon als een gangbare 330 kV AC-lijn had kunnen worden uitgevoerd. De huidige status van de verbinding is vanwege gebrekkig onderhoud en oorlogshandelingen in de afgelopen acht jaar niet bekend.

Nog altijd aan Rusland verbonden

Oekraïne is een onderdeel van het Russische gesynchroniseerde elektriciteitssysteem. Dat wil zeggen, het elektriciteitssysteem in beheer van Ukrenergo is fysiek verbonden met dat van Rusland (op een kleine enclave in het westen van het land na) en niet aan dat van ENTSO-E (Europa). Oekraïne wekt met een grotendeels thermisch en nucleair aangedreven productiepark elektriciteit op en kan handelen met Rusland en Belarus, maar niet met bijvoorbeeld Polen omdat centraal- en west Europa onderdeel zijn van het ENTSO-E net. Dat heeft een andere synchronisatie. Verbindingen die in de Sovjettijd deze gebieden verbonden zijn rond de grens geknipt of opengezet, waarna beide uiteinden vaak een rol kregen binnen het net van het land waarin het nog stond en niet meer als interconnectie. Anderen zijn nog intact en staan al en paar decennia werkloos in de velden.

Twee wisselstroomnetten aan elkaar verbinden kan alleen als ze hun netfrequentie én hun synchronisatie delen. Tussen Rusland en ENTSO-E is van een gelijke netfrequentie van 50 Hertz wel sprake, maar niet van synchronisatie. Wanneer synchronisatie uit de pas loopt en de golftoppen en golfdalen van de wisselstroomfunctie in de drie fasen niet gelijk op lopen zal er bij contact een enorme vermogensstroom gaan lopen door de koppelende verbindingen. Het gevolg is al snel overbelasting, netonstabiliteit en een trippende vermogensschakelaar. Weg is je koppeling weer, gevolgd door kwaaie blikken in de controlezalen van alle ruim veertig netbeheerders die de rest van het ENTSO-E netverband vormen.

Twee niet-gesynchroniseerde netten kan je alsnog koppelen door er een zogeheten back-to-back (B2B) converter tussenin te zetten. Dat zijn twee AC/DC converters die rug tegen rug staan en die eigenlijk een heel korte HVDC-verbinding onderhouden. Zo kan dan alsnog vermogen van het ene op het andere net worden overgedragen. Zulke installaties zijn er daadwerkelijk, zoals op Vyborgskara (ENTSO-E Nordic – Rusland) en op Alytus (ENTSO-E CE – Litouwen). Op dit lijkt er geen B2B-koppeling te zijn tussen een station in Oekraïne en het net van ENTSO-E, ook niet met de West-Oekraïense enclave Burshtyn die al voor de Russische inval om praktische redenen aan ENTSO-E CE hing. Dat klinkt wat gek, maar het komt wel vaker voor dat een stukje van het ene land elektrisch aan een ander land hangt wanneer de landsgrens ooit is veranderd of wanneer dat gewoon handig is. We zien het vaak met eilanden, zoals Bornholm (Deens, maar aan het Zweedse net gehangen) of de Kanaaleilanden, waar een half jaar terug nog een relletje om was.

Het betekent dat er op dit moment geen operationele verbinding is tussen beiden en dat een aantal lijnen op onze netkaart in de praktijk niet in gebruik zijn bij normaalbedrijf, behalve de exemplaren die vanuit ENTSO-E CE de grens naar de enclave Burshtyn oversteken.

Kan je zomaar van netblok wisselen?

Oekraïne zal niets meer met Rusland te maken willen hebben, verondersteld dat het gebied zijn zelfstandigheid zou weten te behouden. In dat geval zal het land niet de oplossing van de Baltische Staten verkiezen. Die zijn wel lid van ENTSO-E geworden en ze werken aan de stap om fysiek aan het gesynchroniseerde blok aan te takken. Op dit moment zijn er alleen HVDC-links tussen de Baltics en ENTSO-E Nordic en UCTE (HVDC-verbindingen met Finland, Zweden en via een B2B met Polen), maar ze willen in 2025 ook echt de fysieke verbindingen met Rusland los kunnen nemen. Als Oekraïne ook fysiek los wil van Rusland is het een vrij radicale stap. Aan de Baltische Staten is te zien dat zoiets niet in een middagje gaat. Inmiddels draait Oekraïne al in eilandbedrijf (je eigen gesloten systeem waarbij je zelfvoorzienend bent en je eigen balans bewaakt) en dat zal zo blijven totdat ze zich weer aan een groter gesynchroniseerd blok verbinden en de voorwaarden daarvan accepteren. Omdat er maar één ander gesynchroniseerd blok in de buurt ligt is het geen verbazing dat het gaat om aantakken bij het net van ENTSO-E.

Opmerkelijk is dat ENTSO-E te kennen heeft gegeven hier snel over te willen overleggen. Het is geen sinecure om zomaar van synchronisatieblok over te stappen. Ten eerste moet je je conformeren aan de heersende normen binnen je nieuwe blok. Synchronisatie met fysieke AC-koppeling betekent nauwkeurig dezelfde frequentie (50,00 Hertz), nauwkeurige afspraken over toelaatbare vermogenstransporten die de fysieke grens oversteken, afspraken over toelaatbare afwijkingen van de spanningskwaliteit en ook zijn er verplichtingen voor bewaking, rapportage, over FCR/FCC-vermogen en de communicatiestructuur als netbeheerders. Je moet ook echt de afspraken na kunnen komen, want als je te weinig vermogen inbrengt (of juist te veel) kan je het hele blok waar je in opereert in de weg zitten. Verder is er ook fysieke transportcapaciteit nodig: verbindingen die er nu niet eens staan of in elk geval niet voldoende sjeu hebben om de interne slingeringen binnen het Oekraïense net te kunnen dragen wanneer een kernreactor een scram maakt (onvoorziene noodstop). Nu zijn er voor sommige aspecten noodoplossingen (we zitten tenslotte met een oorlog), maar ENTSO-E zal niet toestaan dat de netstabiliteit in het westen in gevaar komt door overhaaste aantakking van Oekraïne.

Wanneer het land onafhankelijk zou blijven en eigen keuzes kan maken, en wanneer er zou worden besloten dat ENTSO-E open staat voor een fysieke koppeling die verder gaat dan de Baltische Staten met hun DC-verbindingen, dan nog zal het waarschijnlijk een proces van jaren zijn voordat Oekraïne werkelijk als member state of als observer state (de status van Turkije) aan het Europese net kan worden gehangen.


Afbeeldingen
Header: illustratie van de gesynchroniseerde netblokken op dit ogenblik, geprojecteerd op de ENTSO-E netkaart (niet die van onszelf, want wij hebben Rusland nog niet compleet). Artikel: streetviewbeelden van Oekraïense hoogspanningsverbindingen.