HoogspanningsNet - alles over hoogspanning op het het

Hoogspanningstechniek

Hoogspanning en gezondheid?

Antwoord op alle vragen vind je bij het RIVM (NL) of het Departement Leefomgeving (B).

HoogspanningsNet behandelt dit thema met opzet niet zelf. (Waarom niet?)

Geknetter en gebrom?

Geen zorgen, dat is normaal.

33 kV

20 november 2022 We zijn er al net zo aan gewend als aan files op de weg: het stroomnet zit vol. Afgelopen week was het weer bal in noordelijk Nederland. Naast 'de vluchtstrook', congestiemanagement en cable pooling willen Tennet en Enexis nu ook dat grote klanten elektrisch gaan spitsmijden. Men wijst snel naar dunne kabels, maar veel minder snel kijkt men naar een historisch verworven aspect in de transportschaarste in grote delen van Nederland: waar is de tussenspanning?

Nederland is vol met van alles en dus ook met stroom. Op zich een goed teken, want ook al mislukt de ene na de andere klimaattop, stiekem wordt er gestadig geëlektrificeerd en steeds meer van die energie wordt decentraal opgewekt. Decentrale opwek is moeilijk te controleren zodat er pieken ontstaan die met het weerbeeld mee bewegen. Ook vindt decentrale opwek vaak plaats in dunbevolkte gebieden waar meer ruimte is voor flinke arealen zonnepanelen op staldaken en op de grond, en voor windparken. Juist die dunbevolkte landsdelen hebben een dun elektriciteitsnet. Ooit was dat de juiste keuze, want kleine dorpjes en boerderijen gebruikten nu eenmaal niet zoveel stroom. Het is dus niks verwijtbaars, maar we moeten er wel plotseling een mouw aan passen.

Het netwerk verzwaren helpt. Maar het helpt ook als de spitsen minder scherp worden gemaakt door vraag en aanbod beter over de dag te verdelen. Aan aanbod kan je weinig doen, we kunnen de wind en de zon niet sturen. Dus het moet aan de vraagkant gebeuren. Dat is precies wat Tennet en in dit geval Enexis in Brabant en Limburg al op poten aan het zetten waren, maar wat nu ook al nodig blijkt te zijn in Overijssel, Drenthe en Friesland. Door zware verbruikers te prikkelen hun piekverbruik opzettelijk meer gelijk te trekken met opwekpieken is er nog steeds wel een zwaarder netwerk nodig tijdens die momenten, maar het vermogen hoeft minder ver te reizen op het hoogspanningsnet. Daardoor scheelt het alsnog in het aantal kilometer te verzwaren kabels. Of helemaal sec gezegd, die draden moeten er toch wel komen, maar we kopen onszelf meer tijd om die klus te klaren.

Toch is er nog wat anders aan de hand, dat zelden wordt benoemd. Het is het gevolg is van een gebrek in delen van het Nederlandse elektriciteitsnet dat vrij uniek is. Kijken we op de netkaart, dan zien we dat de meest rode gebieden vaak ook de gebieden zijn waar tussenspanning ontbreekt. Het zijn plekken waar het middenspanningsnet 10 kV voert, het hoogspanningsnet 110 kV of 150 kV, en waar er tussenin niets is. Als we over de grenzen kijken zien we dat zo'n groot gat tussen twee hiërarchische vermaasde netten vrij zeldzaam is. Meestal is tussen zover uiteen liggende netvlakken een extra netvlak van 33 kV, 50 kV, 60/66 kV of 70 kV aanwezig. De reden waarom dit zo is gekomen zou voer kunnen zijn voor een apart artikel, maar vandaag zitten we eerst met de problemen die dat geeft.

Een elektriciteitsnetwerk is het meest efficiënt te bedrijven als de zogeheten overzetverhoudingen in de spanningscascade telkens niet verder uit elkaar liggen dan grofweg een factor vijf. Dus van 380 kV naar 110 kV (factor drieënhalf) gaat prima, maar direct van 110 kV naar 10 kV (een factor elf) is eigenlijk te veel. De reden daarvan is dat de maximale vermogens die je met koppeltrafo's kan overzetten bij grote overzetverhoudingen afneemt. Trafo's, maar ook schakelaars en andere apparatuur, zijn doorgaans ontworpen op een maximale stroomsterkte van 4 kA. Bij een grote overzetverhouding heb je al gauw 4 kA te pakken op de secundaire zijde, terwijl vanuit de primaire zijde nog maar relatief weinig vermogen wordt opgenomen. Wil je toch een groter vermogen koppelen, dan heb je meer trafo's tegelijk nodig. Ook moeten transportkabels in het MS-netvlak dikker zijn, of je hebt meer trafostations en meer invoedingspunten nodig om de twee sterk verschillende netten alsnog te koppelen.

In bepaalde delen van het land waar het hoogspanningsnet voldoende dicht is vermaasd is een vrij hoge dichtheid aan trafostations te vinden. Op zulke plekken vervult 150 kV tegelijk de functie van hoogspanning en tussenspanning. Maar op plekken waar het net dunner is, met grotere openingen, is dat lastiger en worden lange afstanden met 10 kV overbrugd. Daar alsnog een tussenspanning introduceren waarmee je een tussenkoppeling kan maken en ook nog wat transport kan uitvoeren is niet eenvoudig. In delen van het land waar het alsnog wordt geprobeerd wordt meestal voor 20 kV gekozen. Dat is opmerkelijk, want de winst van 20 kV op 10 kV is beperkter dan wanneer er voor 33 kV zou worden gekozen, terwijl ook 33 kV een spanning is waar veel spullen voor worden gemaakt. Het is een standaard geworden in de windparkenwereld en het wordt ook daadwerkelijk gebruikt als publieke tussenspanning in bijvoorbeeld Engeland en delen van België (daar als 30- of 36 kV). Een bezwaar aan 33 kV kan zijn dat het niet altijd in bestaande gebouwen en huisjes past, maar op plekken waar sprake is van daadwerkelijk de noodzaak aan nieuwe aanleg hoeft dat geen rol van betekenis te spelen.

Liander is in het midden en het westen van het land op zijn schreden teruggekeerd met het saneren van 50 kV tussenspanning ten gunste van 20 kV. Er wordt nu weer gekeken naar levensverlenging en zelfs nieuwe aanleg van 50 kV. Enexis intussen lijkt heilig te geloven in 20 kV om het gat tussen 10 kV en Tennet te verkleinen. 

Het is ons bij HoogspanningsNet niet duidelijk waarom regionaal netbeheerders het niet aan lijken te durven om in tussenspanningsloze gebieden waar echte nieuwe aanleg nodig is hoger te kijken dan 20 kV. We zijn bekend met het '20 kV-ready'-principe, waarbij tegen slechts geringe meerprijs 20 kV-klare spullen worden toegepast die tot nader order nog worden opgenomen in een 10 kV-net. Die maken het later mogelijk om naar 20 kV op te schalen. Maar dat is nog steeds geen antwoord op de vraag waarom bij volledig nieuwe aanleg niet de slag naar een iets hogere spanning wordt gemaakt. Wie volledig nieuw aanlegt kan immers vrijer kiezen tussen technische potentie, kosten en strategisch verstandige investeringen.

Waarom die angst voor 33 kV? Is het zoveel duurder, echt zoveel groter, of zijn er andere wettelijke kaders? Wie het weet mag het ons zeggen

Aanvulling: op dit artikel zijn meerdere commentaren ingekomen over dat we wel erg makkelijk over '20 kV-ready' heen waren gestapt. Dat is niet het geval omdat de voordelen daarvan in bestaande 10 kV-netten een andere discussie zijn dan aanleg van een geheel nieuw netvlak dat van meet af aan niet in het bestaande 10 kV-net ingebed behoeft te worden.

Afbeeldingen: veel 50 kV was ooit het zwaarste koppelnet, maar langzaam groeide het net door, hogere koppelspanningen in. Op veel plekken bleef 50 kV echter bestaan en daar hebben we nu geluk mee als het er nog is, al leek het slechts tien jaar terug nog een kwestie van tijd en een hinderlijk relict. Zo snel kan het veranderen. Rechts: gebieden met en zonder tussenspanningsnet tussen de middenspanning van 10 kV en het hoogspanningsnet van respectievelijk 110- en 150 kV. In Friesland legt Liander nu op veel plekken extra 20 kV aan op een plek waar bij volledig nieuwe aanleg ook met 33 kV had kunnen worden gewerkt – of toch kennelijk niet?

09 mei 2022 Netstrategie, we schrijven er hier met regelmaat over. Het is een vak waarbij je alleen achteraf kan beoordelen of je het goed hebt aangepakt terwijl je toch altijd beslissingen naar voren moet nemen. Een van de zaken die hier regelmatig de revue passeert is de kwestie 50/20 kV van netbeheerder Liander. Vandaag gaan we niet bashen, maar duiken we dieper in deze aparte strategische keuze.

De vaste lezers weten het: al jaren staat hier zo nu en dan een nieuwsbericht over verdwijnende 50 kV-verbindingen en stations en het al dan niet aanleggen van 20 kV, telkens met een soort stekelige opmerking ergens in de tekst ('willen we in Nederland méér, of minder kV's?'), maar intussen kunnen we er blind vanuitgaan dat er bij de netbeheerders strategen aan het werk zijn die goed weten wat ze doen. Ze nemen naar beste wil en kunnen beslissingen. Dat wil niet per sé zeggen dat alle beslissingen achteraf ook slim waren, maar het wil wel zeggen dat over iedere beslissing is nagedacht met verstand van zaken. Waar het dan mis gaat? De echte wereld is niet lineair en soms is er een gamechanger of zwarte zwaan. Zo was in 2010 onmogelijk te voorzien dat zonnepanelen zo'n gigantische vlucht zouden nemen. Ook was in 2010 de atomausstieg in Duitsland niet voorzien, we pompten toen elk jaar nog tientallen miljarden kubieke meters gas uit Slochteren en datacenters waren nog te voeden vanuit 10 kV. Kortom, netstrategie is zoeken naar wijsheid, zwevend tussen no-regret, robuustheid en kosteneffectiviteit.

Vervangingsonderdelen voor 50 kV die moeilijk of niet te krijgen zijn, in combinatie met capaciteitsvraagstukken in steeds zwaarder belaste 10 kV-kabelnetten. Die twee dingen waren rond 2010 voor netbeheerder Liander de reden om eens goed te kijken of het vrij oude 50 kV-netvlak eigenlijk wel toekomstvast was. Hoewel 50 als een mooi rond getal klinkt is 50 kV helemaal niet zo'n gangbare spanning. Buiten delen van Nederland treffen we 50 kV eigenlijk alleen op een soortgelijke schaal aan op de oostelijk Deense eilanden Lolland, Sjælland en in Kopenhagen. Elders zijn 60 kV en vooral 66 kV de gebruikelijke spanningen. Voor die markt worden veel spullen gemaakt. Nu kan je soms spullen voor 66 kV ook wel op lagere spanning bedrijven waardoor het probleem beperkt is, maar voor trafo's en bewaakapparatuur komt het preciezer dan een interval. Andersom, het 50 kV-net ombouwen naar 66 kV, is ook niet mogelijk vanwege juist de reeds bestaande populatie kabels die nog van voor de NEN-IEC 60038 zijn en dus echt bij 50 kV de bovengrens hebben qua isolatiewaarde.

Liander besloot twee vliegen in één klap te slaan met een oplossing die tegelijk toestond de verouderde 50 kV langzaam uit te faseren en de overbelaste 10 kV van extra ruggensteun te voorzien: introductie van een 20 kV netvlak. Door 20 kV rechtstreeks uit 110 en 150 kV te transformeren, het net in ringvormen aan te leggen en het strategisch te koppelen met onderliggende 10 kV zou dan een nieuwe cascade ontstaan. De KCD's en Investeringsplannen staan sinds ongeveer 2010 vol met dit voornemen.

Op papier klinkt het te verdedigen. Laten we eerst eens drie voordelen bekijken.

1. Het biedt antwoord op het vervangingsvraagstuk 
Elektriciteitsnetten zijn bijna altijd historisch gegroeid en dan zitten er altijd zwakke plekken in waar veel te veel circuits kritiek bij elkaar komen (Hemweg) of waar 50 kV in lange transportlijnen is aangelegd, zodat het tegenwoordig met het bovenliggende 150 kV-net moet worden bedreven in pockets om doortransporten te voorkomen. Vaak is dat wel einde oefening voor ringredundantie, zodat het dagelijks bedrijf kwetsbaarder wordt. Door op zulke plekken geografisch en strategisch goed uitgedachte 20 kV-ringvormen aan te leggen die aangepast zijn op de huidige belastingscentra 'klopt' het net geografisch dan weer.

2. Het 10 kV-net kan met 20 kV op strategische plekken makkelijker worden versterkt dan met 50 kV
Het mooie aan 20 kV is dat je bij nieuwe aanleg flinke loeders van kabels kan gebruiken, maar dat standaard 20 kV apparatuur nog net in gangbaar formaat trafo- en schakelhuisjes past zodat je ze nog een beetje prettiger kwijt kan in stedelijke omgevingen. Met 50 kV is dat proppen en soms wil het gewoon helemaal niet.

3. 20 kV-apparatuur is goedkoper en beter leverbaar dan 50 kV
Deze hadden we al benoemd. Voor hetzelfde geld heb je meer kilometers 20 kV dan dat je 50 kV hebt. Ook is de markt aan spullen gewoon groter. 20 kV wordt bijvoorbeeld ook veel toegepast als parkspanning in windparken zodat het makkelijker aansluiten is. Immers, als je een trafo kan overslaan gaat ie nooit stuk, kost geen geld, heeft geen onderhoud nodig en er gaat ook geen energie in verloren.

Je zou bijna denken, wat zeur je dan eigenlijk? Jammer van de oude luchtlijntjes, maar kom op stelletje pylon geeks, hier argumenteren jullie je niet uit. Toch gaan we ook drie nadelen pakken.

1. Een stap omlaag in spanning is een stap omlaag in transportvermogen
Om precies te zijn, het gaat om de transportcapaciteit per vierkante millimeter geleider. Met 50 kV kan je met dezelfde draaddikte ongeveer tweeënhalf keer zoveel vermogen transporteren als met 20 kV. Wil je bestaande 50 kV vervangen door 20 kV, dan heb je dus dikkere draden nodig. Verder zijn de transportverliezen bij lagere spanningen hoger. Daar zijn onderzoeken en scripties over geschreven en daaruit blijkt klip en klaar dat het elektrisch gewoon rendabeler is om de spanning zo lang mogelijk zo hoog mogelijk te houden. Opendeur-alarm: dat weten we al een eeuw en daarom is er ook een hoogspanningsnet. 

2. Niet alle 50 kV is over de datum
Het geforceerd vervangen van 50 kV door 20 kV betekent dat er spullen voor het einde van hun levensduur moeten worden afgeschreven en gesloopt. Dat is een kostenpost. In Denemarken zien we dat met een deel van het 132- en 150 kV-luchtnet. Men heeft er besloten om het volledige net van die spanningen actief ondergronds te stoppen voor 2030, zodat bepaalde netdelen soms tientallen jaren 'te vroeg' gesloopt worden. Het geld dat er ooit in is geïnvesteerd heeft dan te kort zijn doel gediend en er is eerder dan verwacht nieuw geld nodig voor de vervanging. Denemarken betaalt daar een hoge prijs voor op de stroomrekening. 

3. Het gat tussen 150 en 20 kV is groter dan tussen 150 en 50 kV
De ideale spanningscascade heeft telkens ongeveer dezelfde step-down verhouding tussen hiërarchisch getrapte netvlakken. Met minder ingewikkelde woorden, een cascade van bijvoorbeeld 150 – 50 – 10 kV levert in de transformators en schakelaars een betere situatie op dan 150 – 20 – 10 kV. Dat komt door de maximale stroomsterkte die in de zijde met de laagste spanning mag ontstaan. In trafo's en schakelaars mogen de maximale stroomsterktes niet hoger worden dan 4 kA. Dat betekent dat je bij een 150/50 kV trafo op papier tweeënhalf keer zoveel vermogen uit de secundaire zijde kan trekken dan bij een 150/20 kV trafo, waarna dat vermogen ook nog eens vrij efficiënt over dunnere draden verder kan worden vervoerd. Immers, je houdt de spanning dan zo lang mogelijk zo hoog mogelijk en maakt er pas dichter bij de eindgebruikers 10 kV van. 

Je zou voor die laatste zeggen: kan je dan geen compromis vinden door bijvoorbeeld 33 kV te gebruiken? Dat is op de hele wereld uiterst gangbaar (meer dan 20 kV), 150/33 of 110/33 levert trafo's op met een hoger vermogen op de secundaire zijde, het ligt beter tussen 150 of 110 en 10 in, en je hebt meer transportcapaciteit in je kabels. De reden waarom daar niet voor is gekozen is bij ons eigenlijk niet duidelijk. Het niet eenvoudig kunnen weg proppen van 33 kV in gangbare trafohuisjes is waarschijnlijk belangrijk geweest, maar het lijkt puur strategisch niet voldoende om alle voordelen van 33 kV mee af te serveren. Leek 33 kV misschien overkill in 2010?

Met de kennis van vandaag, de explosieve vraag naar meer transportcapaciteit, en de grote ervaring die in andere landen aanwezig is met 33 kV als soort tussenspanningsnet, kan het best zijn dat de keuze voor 20 kV stiekem een beetje betreurd wordt in het Liander HQ in Duiven (en in mindere mate ook in het Enexis HQ in Zwolle). Toch is het belangrijk om te blijven bedenken dat dé ideale spanning niet bestaat. Verder is een keuze ook geen alles-of-nietsverhaal. We kunnen vandaag zien dat de vraag naar transportvermogen zo groot is dat we de luxe niet eens meer hebben om 50 kV uit te faseren. Veel 20 kV die eigenlijk ter vervanging zou worden aangelegd, wordt nu aangelegd als aanvulling terwijl de bestaande capaciteit op 50 kV ook nog gehandhaafd blijft met wat pleisters en nieuwe schakelaars die eigenlijk voor 66 kV waren bedoeld. Dat is maatwerk, kunst- en vliegwerk, en heel soms zelfs het aanschaffen van een maatwerk 50/20 kV trafo, maar op dit moment is dat rationeel de beste keuze.

Liever zouden netbeheerders een logisch net zien. Robuust, duidelijk, helder. De praktijk is dat een net altijd mee moet bewegen met de veranderende randvoorwaarden. De wereld eromheen verandert en keuzes die vandaag slim zijn, kunnen morgen achterhaald zijn of dom lijken. Wie goed door ons net heen vlooit ziet wel meer van dit soort eigenaardige dingen. Telkens mogen we niet vergeten dat iedere keuze zelden 'dom' is geweest op het moment waarop die werd genomen. En voor ons als zolderkamernetstrategen is er nog een extra pluspunt: het levert een interessantere netkaart op, want achter de gekleurde lijntjes en labeltjes zitten meer keuses, achtergronden en verhalen dan je ooit kon vermoeden.

Afbeeldingen: 50 kV is meestal 'oud', verbindingen en stations voor deze spanning zijn soms al aangelegd in de jaren 30. Soms is het aan vervanging toe, maar 20 kV levert dan flink in op transportcapaciteit. Onder: wat met 20 kV wel weer lukt en met 50 kV moeilijker gaat is een compact station ergens in een bestaande omgeving inpassen. Dit exemplaar in Wageningen (20 kV ready, nu nog 10 kV) valt nauwelijks op. De 50 kV schaketuin op de onderste foto is voor een vergelijkbaar vermogen, maar die is niet te missen.