Het is niet eenvoudig om iets te zeggen over de verre toekomst, in dit geval de toekomst die meer dan twintig jaar voor ons ligt.

Veranderende machtsblokken, energietransities en niet te voorspellen technologische ontwikkelingen maken de verre toekomst van het net uiterst speculatief. Toch kunnen we proberen vooruit te kijken, echt ver vooruit. Misschien zelfs tot in tijden waarin onze nazaten zullen lachen om wat wij nu als hoogstaande technologie zien.

We bekijken twee ontwikkelingen waarvoor de kiem gelegd is. Eén van de twee zal met enige waarschijnlijkheid binnen enkele decennia bewaarheid zijn. De andere is nog te pril om er een zinnige voorspelling aan vast te knopen.

1. Ontwikkeling van het HVDC-supergrid

Op de pagina's over HVDC-zeekabels en de andere pagina over HVDC-interconnecties zijn de toekomstplannen hieromtrent al een beetje ter sprake gekomen. In Afrika (Congo), Canada en vooral in Brazilië en China (allemaal gebieden met grote afstanden en hydropower) zijn momenteel HVDC-hoogspanningslijnen in ontwikkeling en soms al in gebruik voor spanningen van 750 kV en een transportvermogen van 2,5 GW. Vanwege de lange afstanden is HVDC in deze gevallen handiger dan wisselstroom.

Een HVDC-supergrid is niets anders dan de logische volgende stap in het hoogspanningsnet. En voor wie denkt dat het iets heel bijzonders wordt: helaas. Eigenlijk is er behalve het gebruik van gelijkstroom niets nieuws onder de zon.

Een klein stukje geschiedenis. Lang geleden, denk aan 1920, waren 'hoogspanningen' van 10 kV de norm. Maar de techniek ging voort en het 50 kV-net kwam tot ontwikkeling. Dit werd als een koppelnet over het 10 kV-net heengelegd om meer vermogen over grotere afstanden te kunnen vervoeren en gebieden te koppelen. Ooit waren dit de eerbiedwaardige megaverbindingen van hun tijd, vol ontzag bewonderd door de geïnteresseerden van weleer.

Het was niet genoeg. 50 kV bleek niet bestand te zijn tegen de vaart der volkeren. Vlak voor de oorlog herhaalde zich de opschaling toen het 110- en 150 kV-grid tot ontwikkeling kwam als koppelnet. Het werd over het 50 kV-net heen gelegd als een soort overkoepelend supergrid.

Maar ook 150 kV bleek niet genoeg. In de jaren zestig en zeventig gebeurde hetzelfde voor de derde keer: 220 kV en 380 kV kwamen op en vormden opnieuw een bovenliggend koppelnet, ditmaal zo groot als het hele land. In andere Europese landen gebeurde hetzelfde. Landelijke netten van 380 en 400 kV ontstonden en werden aan de grenzen aan elkaar gekoppeld tot een groot Europees net: het gesynchroniseerde ENTSO-E net.

Tot op de dag van vandaag is dit ons koppelnet. Maar de geschiedenis blijft zich herhalen. Voor de vierde keer lijkt de tijd rijp te zijn om verder te kijken. De aanleiding ligt deze keer echter niet in verder toenemend stroomgebruik, maar in de koppeling van landsgrenzen overstijgende, geografische eenheden met energiepotenties. Windvemogen, zonnestroom, waterkracht en conventioneel vermogen op grote afstanden van elkaar. En enorme vermogens. Om in een toekomstige, qua energieproductie steeds minder voorspelbare wereld  toch overal het licht aan te houden is het noodzakelijk om een nieuw, bovenliggend supergrid te ontwikkelen. Een grid zo groot als Europa en misschien nog verder. Op dit net moet energie vrij kunnen reizen tussen gebieden met een overschot en gebieden met een tekort, en alle energiestromen moeten tot in detail controleerbaar en stuurbaar zijn.

Men kan dan een zwaar, bovenliggend 750 kV-wisselstroomnet in gedachten nemen, zoals Rusland en Amerika dit hebben. Maar de techniek heeft sinds de aanleg van deze netten (in de Koude Oorlog) niet stilgestaan. HVDC is voor zeer lange afstanden en de te verwachten transportvermogens inmiddels minstens zo geschikt gebleken. Bijkomend voordeel van HVDC is dat de vermogensstromen veel preciezer te sturen zijn dan bij een wisselstroomverbinding. 

HVDC is duur vanwege de converterstations die nodig zijn om het aan een wisselstroomnet te koppelen. Dat probleem zal aanwezig blijven zolang de wereld een distributienet op wisselstroom houdt (en waarschijnlijk duurt dat onze tijd nog wel). Maar een HVDC-verbinding zelf is redelijk low-tech. Er kunnen gewoon dezelfde soort masten, geleiders en isolators gebruikt worden en ook de grond- en zeekabels zijn relatief ongecompliceerd zodat lange verbindingen geen technisch waagstuk zijn en niet buiten proportie duur worden. Ondergronds en bovengronds zijn beide mogelijk, zodat ook rotsachtige gebieden geen probleem zijn.

In Europa lijken de neuzen langzamerhand in de richting van internationale doortransporten van energie te wijzen. Steeds meer initiatieven in die richting worden ontplooid, zoals twenties en  ENTSO-E, het Europese samenwerkingsverband van netbeheerders, ijvert daarom al enige tijd op het ontwikkelen van het zogeheten smart grid: een combinatie van 'slimme' producenten en afnemers in combinatie met een bovenliggend HVDC-grid in Europa. Dat de realisatie hiervan op zijn minst een paar decennia in beslag gaat nemen is onvermijdelijk, maar het betekent aan de andere kant dat er veel te doen is zodat er de komende tijd werk zal blijven in de internationale Europese hoogspanningsmarkt. Een mooi vooruitzicht voor wie hier zijn toekomst in ziet.

HVDC kan dus bovengronds en ondergronds. In de praktijk zal het neerkomen op een combinatie van beide. Afhankelijk van de connectie (zee of land), de bodemgesteldheid (zand of rotsen) en de mogelijkheden om sommige bovengrondse wisselstroomhoogspanningslijnen te veranderen in HVDC-lijnen zal dit per gebied verschillen. In geologisch onstabiele gebieden is ondergrondse aanleg niet per definitie verstandig: ook in de toekomst zal het zo blijven dat een luchtlijn zich sneller en eenvoudiger laat repareren dan een grondkabel. Aardverschuivingen, lawines en een rotsbodem kunnen ervoor zorgen dat een bovengrondse verbinding de voorkeur verdient, terwijl elders omstandigheden als zandgrond, ijzel, stormen en een hoge bevolkingsdichtheid juist de kansen voor grondkabels gunstiger maken.

Of het HVDC-grid op termijn het hele bovengrondse wisselstroomnet zal gaan vervangen is nog niet duidelijk, maar we kunnen er min of meer vanuit gaan dat dit tijdens onze levenstijd niet voltooid zal worden als het überhaupt al gebeurt.

 

 

 

 

 

Supergeleidende grondkabels

Het mooie van supergeleiding is dat het elektriciteitstransport zonder weerstand mogelijk maakt: geen transportverliezen. Minder mooi is dat supergeleidende materialen zich alleen als zodanig gedragen bij extreem koude temperaturen: -200°C en nog kouder. (En daar hebben we nog geluk mee, want in theorie zou supergeleiding bij deze temperaturen helemaal niet op mogen treden: het zou hooguit mogen verschijnen bij temperaturen die slechts een paar graden boven het absolute nulpunt liggen. Waarom het in sommige materialen dan toch bij hogere temperaturen gebeurt is iets waar de wetenschap nog geen verklaring voor heeft.)

Het probleem blijft echter hetzelfde: -200°C, dat lukt niet zo gemakkelijk. Zeker niet op huiskamerniveau. Maar in gecontroleerde omstandigheden is het wel mogelijk. De eerste experimenten met supergeleidende elektriciteitskabels zijn inmiddels de laboratoriumstatus ontgroeid. Wanneer er geen transportverlies noch weerstand optreedt is de warmteontwikkeling in een zwaar belaste kabel vrijwel nul. Samen daarmee valt dan ook de reden weg om een hoge spanning te gebruiken. Met 10 kV kan je dan hetzelfde als met 110 kV. Dat scheelt aanzienlijk in elektrische isolatie om de kabel heen, terwijl de dikte van de geleider bij een supergeleidende kabel niet hoeft toe te nemen. Een ander voordeel is dat je een transformatiestap vermijdt: de grote brommende 110 kV-trafo hoeft niet meer in een klein hokje ergens in de stad te worden weggestopt.

In Essen (Duitsland) is men in 2012 begonnen met een proef met een 1,1 kilometer lange supergeleidende grondkabel voor 10 kV die met vloeibare stikstof gekoeld wordt. De kabel, gemaakt door kabelbedrijf Nexans, ziet eruit als een grote, drievoudige coaxkabel waar holtes in zitten voor de koelvloeistof. Wanneer een dergelijke kabel voor HVDC gebruikt wordt zou zelfs een enkelvoudige geleider voldoende zijn. 

Supergeleidende grondkabels klinkt elektrotechnisch ideaal, maar er zitten nog wat problemen aan. Zo is er nog grotendeels onbekend welke invloed supergeleidende kabels hebben op de netstabiliteit. Een supergeleidende verbinding in een vermaasd net zal vanwege zijn gebrek aan enige weerstand van betekenis meteen als een ideale route tussen twee stations gaan fungeren. Er zal een toename van het transport optreden omdat steeds meer vermogen deze makkelijke weg zal willen volgen, waardoor er steeds meer doortransport plaatsvindt. Het hele deelnet waarin de kabel zich bevindt kan daardoor onstabiel raken en de (niet supergeleidende) apparatuur aan beide uiteinden van de kabel kan overbelast raken. Of een elektriciteitsnet kan bestaan dat deels uit supergeleidende kabels en deels uit conventionele kabels en luchtlijnen kan bestaan is niet bekend.

Op dit moment is supergeleiding nog niet concurrerend met conventionele kabels en luchtlijnen. Het is aanzienlijk duurder, technisch ingewikkelder en (ook niet onbelangrijk) kwetsbaarder omdat er meer mis mee kan gaan dan met een gewone oliedrukkabel of modernere kunststofgeïsoleerde kabel. Het gedrag ervan in een vermaasd net is niet goed bekend en hoe het supergeleidende materiaal zich houdt na een aantal jaren gebruik is ook niet bekend.

Maar wanneer supergeleidende grondkabels ooit wél concurrerend zouden worden en men erin zou slagen de technische problemen het hoofd te bieden, dan breken er gegarandeerd zware tijden aan voor mastenliefhebbers.

Een supergeleidend, HVDC-grondkabelnet met slechts 10 kV. Geen trafo's, gesloten stations, elektronisch geschakeld en volledig onzichtbaar in het landschap – dat zou de ergst denkbare nachtmerrie voor iedere hedendaagse mastengek zijn. 

Gelukkig voor hen is er troost: zelfs als het er ooit van komt zal het nog heel lang duren, en in rotsachtige gebieden waar het leggen van grondkabels onmogelijk is, is er met de huidige technische inzichten nog geen enkele realistische manier denkbaar waarmee luchtlijnen vervangen zouden kunnen worden.