Trends in de verre toekomst
Wat gaan we in de praktijk zien over meer dan tien jaar, laten we zeggen rond 2050? Ook voor de verre toekomst tien trends om in de gaten te houden.
Hoe netbeheerders zelf proberen om plannen te maken voor de verre toekomst behandelen we op de desbetreffende pagina. Hier gaan we inhoudelijk in op een aantal redelijk waarschijnlijke trends en veranderingen die rond circa 2050 een rol spelen en buiten in het veld herkenbaar zouden moeten zijn. Uiteraard gaan de garanties tot de deur, want het is veel moeilijker om zover vooruit te kijken dan slechts een jaar of tien. En zelfs dat is al ingewikkeld met zeer snelle ontwikkelingen op IT-gebied.
Tien trends om in de tijd tot 2050 in het oog te houden.
Trend 1. De netbalans krijgt een opslagfactor
Op dit moment van schrijven (2024) is opslag van elektriciteit in batterijen nog vrij beperkt, al zijn er wel grote plannen, en waterstofconversie verkeert nog in het pioniersstadium. Opslag in pompmeren is wel volwassen, maar onvoldoende voor heel Europa. De netbalans is nu een kwestie van op hetzelfde moment produceren als gebruiken. Daar trekken onvoorspelbare productiebronnen zoals zon en wind zich niets van aan. Het aandeel onzekere productie in het stroomnet neemt steeds verder toe en we naderen op sommige dagen al een moment waarop de balans niet meer te compenseren valt door snel bij- en afschakelen van voorspelbaar thermisch vermogen vanuit gas en kolen, of van hydropower.
Er komt steeds meer productie uit hernieuwbare bronnen waar geen koolzuur of methaan door wordt uitgestoten. Hun onvoorspelbare aard maakt het op termijn onmogelijk om de netbalans te handhaven, want er zullen momenten met onoplosbare tekorten ontstaan waarbij zelfs een torenhoge vraag en daardoor ontmoediging van verbruik geen middel meer is. Hoe hoog de prijs ook is, je kan een gemaal, ziekenhuis of datacenter niet zomaar stil zetten. Dat betekent een noodzaak tot nog meer handel (of fysiek: transportcapaciteit naar ver gelegen gebieden om plaatselijke tekorten op te vangen) en ook meer noodzaak tot opslag. Dit zal zijn in waterstof, in hoog bewaard water en ook in batterijen, elk met hun eigen toepassingsgebied
De nacht overleven is wat anders dan de winter overleven. Om in de zomer en het voorjaar de nacht te overleven kunnen batterijen en pompmeren heel wat betekenen. Maar om de winter te overleven is dat volstrekt onvoldoende in elk scenario. Productie in de winter met windenergie of met kernenergie moet dan samengaan met het verstoken van waterstof die in de zomer met overproductie van zonnestroom is geproduceerd. Die waterstof moet ergens bewaard worden, en het moet ook gemaakt worden. Dat heeft een relatie op hoe het elektriciteitsnet moet worden ingericht.
Trend 2. Een ‘smart grid’ komt samen met een decentraler productiepark
Vanaf het begin van elektriciteit als energiedrager werd de energie erin gestopt in kleinere en grotere centrales. Thermisch, hydro, nucleair – telkens waren het puntbronnen. Het woord centrale zegt al genoeg over de centrale plek waar vermogen vanuit een of andere bron of brandstof in elektriciteit werd veranderd. Maar na ruim een eeuw centrale, meestal thermische eenheden, is de wereld nu aan het verschuiven naar een mix van zowel grote centrales alsook ontelbare kleine producenten. Deze verschuiving kent overgangsvormen zoals grote zonneparken en windparken, maar je kan tegenwoordig zelfs één enkel zonnepaneel aan het elektriciteitsnet koppelen zodat de omvang van producenten geen ondergrens meer kennen. En ook geen controle.
Dat laatste is een probleem: zonder controle gaan kleine eenheden direct leveren als de zon of de wind wat gaan doen. Dit veroorzaakt een percentage onvoorspelbare invoeding in het net. In de toekomst zal dit een steeds groter deel van de energiemix vormen. Als iedereen maar wat doet (goedbedoeld of niet) wordt het net een amper te beheersen anarchie. Het is dus te verwachten dat er door middel van ‘smart’ toepassingen een informatiestroom bij komt waar producenten en ook opslagapparaten zoals accu’s naar gaan luisteren.
Vlotte jongens zeggen nu: blockchain. Dat past goed bij het woord nano of AI, of andere woorden die geacht worden een lange lijst van problemen potentieel op te lossen. Dat moeten we bij HoogspanningsNet nog zien. Waarschijnlijk is de praktijk wat minder elegant en zal een smart grid net zo’n weg volgen als het internet zelf deed: groeien in een mix van de-facto standaards die soms omarmd en soms verlaten worden, met goed werkende dingen en ook heus af en toe met een nare storing of een ergerlijke designfout (https://www, alle mensen…) waar je jammerlijk nooit meer vanaf komt. Zo gezegd, ook een slim elektriciteitsnet zal zijn nukken kennen. Op zijn best wordt het net zoiets als het betalingsverkeer: het werkt goed genoeg om je in het leven druk te maken over andere dingen. Elk ding dat dat bereikt is voldoende geslaagd.
Trend 3. Dat we met zijn allen ‘off-grid’ gaan is zeer onwaarschijnlijk
Alle hippe termen over off-grid gaan ten spijt, het is zeer onwaarschijnlijk dat we in Europa naar een situatie toe gaan waarin we het elektriciteitsnet kunnen afbreken. Er zijn plekken in Afrika waar de aanleg van een elektriciteitsnet lijkt te worden overgeslagen, net zoals dat met een bekabeld telefoonnet is gebeurd. Maar waar je data draadloos kan versturen lukt dat niet met stroom. In zulke streken in Afrika verlaat men zich op zonnepanelen en batterijen, waardoor elk huis zelfvoorzienend is zonder noodzaak tot verknoping.
Dat gaat echter alleen werken als je geen winters hebt, een voorspelbaar klimaat, geen industrie, geen andere nutsvoorzieningen die energie vragen en als je per woning flink de ruimte hebt. In Europa zijn het niet alleen huizen die stroom vragen. Grote industrieclusters, openbare verlichting, rioolwaterzuiveringen, datacenters, gemalen. Van alles vraagt energie die niet zomaar ter plekke kan worden opgewekt of opgeslagen. En zelfs al kan dat, dan nog is het niet efficiënt om op de ene plek je batterijen leeg te trekken terwijl elders de zon schijnt zodat de hele stap met batterijen kan worden overgeslagen als je het eenvoudigweg kan transporteren. Op een wat grotere schaal kan je importeren en exporteren als er ergens overschotten of tekorten zijn, zodat overproductie niet verloren hoeft te gaan en een langdurig tekort niet in uitval resulteert. Eigenlijk is dat reeds waar we vandaag al mee bezig zijn in Europa.
Trend 4. In gebieden met geschikte grond en veel bewoning slaat verkabeling toe tot en met 150 kV
In de geschiedenis van hoogspannings hebben grondkabels altijd een stapje achtergelopen op de ontwikkeling van luchtlijnen. Het is nu eenmaal goedkoper en eenvoudiger om een luchtlijn te bouwen dan om een kabel te leggen, zeker als je de ruimte hebt of als de bodem uit rotsen bestaat. Maar geleidelijk aan kwam de kabeltechniek en ook de techniek om een kabelnet (met een sterker reactief netgedrag dan een luchtnet) onder controle te houden steeds verder. 50 kV werd verkabelbaar en later werd nieuwe aanleg standaard een kabel. Intussen is dat ook met 110 en 150 kV aan het gebeuren. Het volgende bastion lijkt 220 kV en 380 kV te zijn, maar daar is een extra variabele aanwezig die hier een rem op zet: reparatiezekerheid.
In ieder geval, lagere spanningen tot en met 150 kV zullen in landen met geld, een sterke wil en een geschikte bodem geleidelijk onder de grond verdwijnen. Meestal niet eerder dan dat een luchtlijn aan het einde van zijn technische levensduur raakt of de capaciteit werkelijk tekortschiet. Het voortijdig geforceerd verkabelen van een goed werkende en nog niet afgeschreven luchtlijn is kapitaalvernietiging. Geld dat liever wordt gestoken in urgentere dingen, en dat zal in de toekomst niet zomaar veranderen. Alleen in Denemarken is momenteel een staatsoperatie gaande tot geforceerde verkabeling van het volledige 132- en 150 kV-net. In landen met rotsbodems gaat dit zomaar niet en daar zullen bovengrondse lijnen misschien wel altijd de norm blijven.
Trend 5. Het koppelnet (220 en 380 kV) blijft bovengronds, met wisselstroom en met vakwerkmasten
Goed, er is dus een extra factor voor koppelnetten waardoor ondergrondse aanleg niet gemakkelijk is. Technisch zijn er beperkingen, zoals bepaalde elektrische verschijnselen (capacitief en reactief gedrag) die in sommige gevallen exponentieel toenemen bij een lineaire toename van de spanning. Maar ook strategische keuzes zijn van belang zijn, zoals zogeheten reparatiezekerheid. Dit zorgt ervoor dat koppelnetten bij voorkeur bovengronds worden aangelegd en dit is een verankerde beleidskeuze. Vast genoeg om als ijkpunt te dienen in de toekomstplannen.
Hoe gaat het bovengrondse koppelnet er in de toekomst dan uitzien? Vergeet al die dingen over supergeleiding en steeds coolere buismasten: het koppelnet in 2050 zal er verrassend veel uitzien zoals nu: dubbelcircuits, wisselstroom en met vakwerkmasten. Het bestaande wisselstroomnet functioneert goed zodat transformators, een driefasensysteem en een vermaasd Europees koppelnet allemaal zullen blijven. Een wisselstroomnet houdt tot op belangrijke hoogte zichzelf onder controle, vanwege het gemak waarmee wisselstroom kan worden getransformeerd, vanwege de volwassenheid van de techniek en omdat het er nu eenmaal staat zodat we er oneervol gezegd in vast zijn gegroeid zal het niet worden vervangen door een gelijkstroomnet, ook niet over enige tientallen jaren. De bouw van verbindingen lijkt ook de komende tientallen jaren gewoon met vakwerkmasten te worden uitgevoerd, ondanks maatschappelijke tegenstand. Maar die wordt gedeeld met wegen, spoorbanen en alle andere infra. In die zin is er niets nieuws onder de zon, behalve dat er onder die zon steeds meer zonnepanelen liggen.
Trend 6. Vakwerkmasten blijven dominant of worden dat weer
In de jaren 10 heeft in het Noordzeegebied bijna elke zichzelf respecterende netbeheerder een buismast geïntroduceerd. Energinet kwam met de Eagle, 50Hertz met de Kompaktmast, Amprion met een extra grote Pylône Muguet, Tennet met de wintrack, Frankrijk met de Equilibré en NationalGrid met de T-Pylon. Alleen Elia liet zich niks aanpraten en zij kwamen met een compacte vakwerkmast met geïsoleerde traversen. Wie had de meest vooruitziende blik?
In weerwil met ronkende praatjes (ruiken we hier alweer Bystrup?) zijn buismasten op koppelnetniveau voornamelijk speeltjes gebleken waarmee netbeheerders goeie sier probeerden te maken. Eigenlijk alleen Tennets wintrack en Energinets Eagle wisten het stadium van demonstratieproject te ontgroeien en gingen een daadwerkelijke rol in het koppelnet wist op te eisen. Voor de wintrack is de rol inmiddels weer uitgespeeld, een enkele reconstructie daargelaten. De Deense Eagle wordt nog wel verwacht op een aantal nieuwe en vernieuwde tracés te worden toegepast. Op Europese schaal blijft het klein bier. Deels doen buismasten het zichzelf aan. Een buismast moet vooral mooi en hip en wauw zijn. In Amerika maakt men minder drukte en daar zijn buismasten pragmatisch. Dan zijn ze opeens wel concurrerend voor spanningen tot soms 345 kV. Als de buismast er ook nog eens chic wit bij moet zijn wordt het al ingewikkelder.
Vakwerkmasten blijven de werkpaarden voor koppelnetten voor echt hoge spanningen. Ze zijn nu eenmaal het handigst en goedkoopst. Het is niet voor niks dat dit de populairste constructiemethode is, al honderd jaar. Ook in Nederland keert in de volgende golf 380 kV lijnenbouw de vakwerkmast weer terug in de vorm van de moldaumast.
Trend 7. Een HVDC-supergrid zal minder snel verschijnen dan graag gehoopt
Europa is het centrum van de wereld als het gaat om onderzeese gelijkstroomkabels. Maar als het gaat om bovengrondse HVDC op land is Europa bijna het leegste continent van allemaal. China is de plek waar hoogspanningsgelijkstroom inmiddels letterlijk en figuurlijk groot is geworden, en waar al wordt gedemonstreerd wat in Europa slechts wordt begeerd (jeetje wat allitereert dat weer mooi). Om zeer grote vermogens over zeer lange afstanden te transporteren in hoogspanningsgelijstroom of HVDC een geschikte techniek. Je hebt maar twee draden nodig en omdat gelijkstroom geen last heeft van reactief gedrag of het skineffect kan je zulke verbindingen zo lang maken als je wil. Slechts de Ohmse verliezen ofwel de weerstand van het metaal van de geleiders vormen een factor. HVDC tot een vermaasd net aaneen klinken is technisch minder prettig dan een wisselstroomnet, maar als point-to-point verbindingen om grote vermogens te verplaatsen zonder dat ze het tussenliggende wisselstroomnet hoeven te gebruiken is het een uitkomst.
China doet dit reeds om enorme vermogens (ordegrootte vijf tot tien gigawatt per verbinding) vanuit het westen van het land, waar veel hydropower is, dwars over het hele land en hoog boven het wisselstroomnet zelf naar het oosten te transporteren, waar de grote steden en industrieclusters zijn. Zo kan je de sterke punten van HVDC benutten terwijl je ook de sterke punten van een wisselstroomnet blijft toepassen. Europa kijkt daar ook verlekkerd naar omdat het een goede manier is om vermogens vanaf de kust diep het binnenland in te krijgen zonder dat het bestaande koppelnet op 400 kV teveel loop flows of doortransport moet verwerken. Verschil met China: Europa bestaat uit samenwerkende landen waar inspraakprocedures zijn en die elk een eigen politiek, visie en gebruikenset hebben, en ook elk een eigen netbeheerder. China is één land met een onverbiddelijk politiek systeem wiens wil wet is. Vind je die hoogspanningslijn niet mooi of botsen er vogels tegenaan? Pech gehad, die vogel past niet in het Honderdjarenplan. Zo kan China veel sneller te werk gaan, zodat een HVDC-supergrid daar intussen al bestaat.
Ook Europa zal doorgaan met steeds meer HVDC-verbindingen. Soms bovengronds, meestal ondergronds, omdat HVDC over lange afstanden ook als grondkabel kan worden uitgevoerd. Het zal alleen veel meer tijd kosten dan we technisch graag zouden willen. We gaan uit van meerdere decennia vanaf nu voordat een HVDC-overlay in Europa echt een rol van formaat kan gaan spelen zoals vandaag al in China het geval is. De eerste verbindingen zullen hoge ogen gooien, daarna halen ze de pers niet meer en breekt een stille maar moeizame fase aan waarin deze nieuwe stap moet groeien.
Trend 8. Supergeleiding heeft nog een lange weg te gaan
Supergeleidende grondkabels combineren mooi met vloeibaar waterstoftransport. Ja, op papier. In de praktijk is dit geen levensvatbare case. Twee soorten kritieke infra bij elkaar, de een kritiek afhankelijk van de ander, en beide amper beproefd. Supergeleiding is wereldwijd op een paar projecten toegepast in grondkabels, waar het een rol bekleedt die het midden houdt tussen demonstratieprojecten en operationele noodzaak. Over de moeilijkheden van supergeleiding en om kabels te maken die hiermee werken kan je verder lezen op de pagina over supergeleidende kabels. Om een rol van formaat op te eisen in het koppelnet moet supergeleiding robuuster, goedkoper en vooral praktischer worden. In geen van deze drie zit een snelle progressie op dit moment, zodat te verwachten is dat de komende tientallen jaren geen significante rol voor supergeleiding zal verschijnen.
Zelfs als een supergeleider op kamertemperatuur zou worden ontdekt, die je kan oprollen alsof het gewoon metaal is, die betaalbaar blijkt te zijn, die op grote schaal kan worden geproduceerd en die zelfs als luchtlijn kan worden toegepast, dan nog is niet te verwachten dat deze snel een rol kan innemen. Ten eerste omdat het zogeheten sprongpunt hem alsnog onbruikbaar maakt wanneer zich dat beneden 90 graden bevindt, ten tweede omdat het bestaande areaal van hoogspanningslijnen gewoon goed werkt zodat vervanging niet zomaar uit kan: pas als de offset van de netverliezen versus de kosten van retrofitting met de hypothetische supergeleiders uit kan én er mankracht is om het aan te pakken, zal zoiets doorgang vinden. Voorlopig is en blijft supergeleiding iets voor beperkte, kleine toepassingen op maatwerkbasis.
Trend 9: onafhankelijk netbeheer krijgt een dimensie in de tijd
Stel, je wil elektriciteit opslaan in een grote batterij en dat gebruiken om zogeheten peak shaving te doen. Wanneer de netbeheerder dit zelf zou doen en zelf bepaalt wanneer de batterij nodig is, gaan zij zelf invloed uitoefenen op de prijs van elektriciteit tijdens de normale nettoestand. In feite wordt een netbeheerder dan handelaar van zijn eigen product. Dat mag niet volgens de WON (Wet Onafhankelijk Netbeheer). Er zullen nieuwe juridische vehikels moeten worden opgetuigd die voorkomen dat de netbeheerder rechtstreeks invloed heeft op de prijs van elektriciteit buiten technisch urgente redenen om, terwijl het toch mogelijk wordt om te bufferen met batterijen op momenten dat diezelfde netbeheerder aangeeft dat het stroomnet vol zit. Korter gezegd, opslag van elektriciteit op kleine schaal en op grote schaal, en het samenspel daarvan op de elektriciteitsprijs, is een nieuw gebied waar de commerciële markt een rol in heeft, net als de Overheid, de ACM en de netbeheerder zelf.
Trend 10: stroom wordt uiteindelijk vrijwel alleenheerser in energietransport
Met toenemende elektrificatie is de verwachting dat de totale vraag naar elektriciteit in Europa op de lange termijn zal verdrievoudigen, ten koste van directe verbranding van fossiele brandstoffen. Zelfs als de totale energievraag van de maatschappij niet toeneemt zal deze verschuiving vragen om een zwaarder stroomnet. Als zich geen zwarte zwaan voordoet zullen de komende tientallen jaren zich kenmeren door een aanhoudende netverzwaring op alle netvlakken. Dat betekent meer trafostations, meer verbindingen, meer mogelijkheden tot buffers en ook nieuwe toepassingen van elektriciteit als vervanger van olie en gas. Bepaalde industrieprocessen die tot nu toe nog helemaal geen elektriciteit nodig hadden moeten worden verbouwd, zodat de netaansluitingen van smelterijen (steenkool) en chemische producten (nu nog deels zelfvoorzienend door een deel van hun eigen product te verstoken) verzwaard moeten worden. Ooit zal de slagzin van StatNett in Noorwegen, Fremtiden er Elektrisk (de toekomst is elektrisch) niet langer meer een toekomstvisie zijn. Maar voor het zover is, is er nog heel wat aan te leggen, om te bouwen en ook te beleven. Dat betekent dat ook deze website niet snel zonder content zal vallen.