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.

66 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?

30 juni 2020 Middenin de coronacrisis trok het weinig aandacht, maar voor wie het hoogspanningslandschap scherp in de gaten hield is er recentelijk een leuk stukje infra opgeleverd: 's werelds eerste string offshore windmolens bedreven op 66 kV is in dienst gegaan op Borssele Alpha. Klinkt laf, maar onderschat het niet. 

Hoewel we op HoogspanningsNet dol zijn op bovengrondse lijnen en openluchtstations, kijken we zonder enige gêne en met dezelfde interesse naar de inmiddels indrukwekkende hoeveelheid hoogspanning die op de zeebodem is aangelegd. En daar, een kilometer of dertig buitengaats van Zeeuws Vlaanderen, is recentelijk een wereldprimeur neergezet. Eind april werd het eerste exemplaar Siemens Gamesa 8MW trots op zijn monopile geheisterd en na het gereed komen van de andere molens op dezelfde infieldkabel kon de hele string in dienst worden genomen. Het begin van het 1400 MW grote dubbele offshore windpark is daarmee een feit. 

In eerste instantie lijkt het kouwe drukte. 66 kV op land is heel normaal en hoewel het voor Tennet een nieuwe spanning is in hun assetpark (althans, in eigen bezit dan) klinkt het als een grote komkommer. Maar op zee ligt dat anders: 66 kV is op de wereld nog nooit eerder toegepast in een offshore windpark. We begeven ons op onverkend terrein.

33 kV is tot op heden de standaard voor offshore infieldbekabeling van windparken. Bewezen techniek en goed uitontwikkeld. Maar 33 kV heeft beperkingen, vooral op gebied van maximale transportcapaciteit. Dat is iets wat steeds belangrijker wordt nu de windturbines in een welhaast angstaanjagende groeicurve reeds 8 tot 10 MW kunnen produceren en de rek is er nog niet uit. Als men dat over 33 kV wil wegstouwen naar een trafo-eiland passen er nog maar drie of vier zulke molens op één string voordat de technische grens is bereikt. Om een inefficiënte kabelspaghetti met veel netverliezen te voorkomen heeft Tennet al enige jaren geleden opdracht gegeven tot het onderzoeken en waar mogelijk ook toepassen van 66 kV als infieldspanning. Windmolenbouwers Vestas en Siemens Gamesa zagen dat beiden wel zitten (ook met het oog op toekomstige windparken met nog grotere molens) en men besloot het te wagen: Borssele Alpha (Siemens Gamesa 8MW) en Beta (Vestas V164) werden windparken op 66 kV, als benchmark voor de toekomst van offshore wind. 

Nu zijn de molens in bezit van een commercieel bedrijf (in dit geval Ørsted) en ook de 66 kV-kabels zijn in hun bezit. Maar de schakelinstallaties, trafo's en rails op de trafo-eilanden zijn van Tennet. En wie goed op de kaart kijkt, ziet dat de trafo-eilanden van Alpha en Beta voor servicedoeleinden zijn gekoppeld met een extra kabel. Ook die wordt op 66 kV bedreven, waarmee de eerste en vooralsnog enige verbinding van 66 kV voor Tennet in de papieren staat.

Hoe gaat dit verder? Het is te verwachten dat 66 kV de verwachtingen waarmaakt en inderdaad uitgroeit tot de nieuwe standaard, waardoor we deze spanning in de toekomst zullen zien in vele andere zware offshore windparken die nog gebouwd moeten worden. De netkaart zal op zee in elk geval meer oranje worden.

Afbeeldingen: deel van de netkaart, met Borssele Alpha (alle gerealiseerde en geplande strings reeds ingetekend) samen met al langer bestaande Belgische windparken. Merk op hoeveel wijder de opzet van 66 kV is ten opzichte van 33 kV. Dit creëert de noodzakelijke ruimte voor de veel grotere molens die vandaag en morgen de standaard zijn. Onder: Borssele Alpha op een Tennet-animatie. In het hart van dit blok komt 66 kV binnen en gaat vermogen er op 220 kV weer uit, richting de kust.

04 september 2019 Borssele Alpha is voor de pers opgeleverd. De eerste van zeven grote stekkerdozen op zee is daarmee gereed voor gebruik. Een primeur in meerdere opzichten, hoewel de bouw van de bijbehorende windparken nog moet beginnen. Laten we eens even kijken wat Tennet daar voor moois op de jacket heeft laten takelen.

Jaren geleden, zo ver terug dat de meeste mensen achter HoogspanningsNet toen zelf nog niet eens een conceptplan waren, was er de Stratenmaker op Zee-show op de Nederlandse televisie. Een vooruitziende blik, want inmiddels wordt er nogal wat infra aangelegd in de zee. Windmolens op zee, internet op zee, misschien zelfs wat Tennet-eilanden op zee (met wegen natuurlijk), en natuurlijk ook hoogspanning op zee. Sinds vandaag is daar een nieuwe verbinding en een nieuw station bij gekomen, het eerste exemplaar van een hele serie beraamde stations om windvermogen op aan te gaan sluiten.

Borssele Alpha (stationsafkorting BSA) is vernoemd naar het wingebied waar de windparken Borssele I t/m IV komen te staan. Die zijn op hun beurt weer vernoemd naar de aanlandingskabels voor de kabels (bedreven op 220 kV AC) die vlak naast de kerncentrale van Borssele binnenlopen. Naast Borssele Alpha komt ook Borssele Beta te staan. Het zijn de eerste twee stations van zeven stuks die per exemplaar 700 MW (als tweemaal 350 MW) windvermogen kunnen faciliteren. In de media wordt dan ook gesproken van grote stekkerdozen. Een beetje ongelukkige vergelijking, want dan wordt voorbijgegaan aan de belangrijkste functie: optransformeren van de spanning.

Nu staan er al wel meer van zulke platforms op zee. In Duitsland staat een heel arsenaal AC-trafo's en ook HVDC-converters in de Noordzee en m.u.v. Noorwegen staat ook in de teritoriale wateren van de andere landen van ons scopegebied (Denemarken, België en het tijdelijk niet-zo-Verenigd Koninkrijk) een klein leger van zulke apparaten in zee. Toch is Borssele Alpha uniek, in drie opzichten. Tennet heeft geleerd van de ervaringen met de eerder opgeleverde platforms en heeft met enige trots Borssele Alpha lean and mean (slank en simpel) genoemd. Het ding is zo eenvoudig mogelijk gehouden. Dat is niet alleen goedkoper, er kan ook minder kapot en er is minder onderhoud nodig. (Overigens wordt dat lean and mean meteen weer gelogenstraft door de radar die erop zit om de windmolens tijdelijk stil te zetten als er een grote zwerm trekvogels op ramkoers ligt. Ook dat is nieuw.)

Het derde nieuwtje is vooral voor ons hoogspanningsgeïnteresseerden leuk: de windmolens (die er nu nog niet staan) krijgen een infieldspanning van 66 kV. Dat is nog nergens op de wereld op zee eerder gedaan. 66 kV kan t.o.v. de gangbare 33 kV-spanning meer vermogen aan en vermindert het aantal benodigde kabelkilometers. Zelfs voor de Denen die het park aanleggen (Ørsted doet dat) is dit een primeur. De bouw van de molens zelf begint overigens nu pas, maar wellicht kunnen we na twintig jaar achter de feiten aanlopen toch eindelijk weer een keer trots zeggen '…het waren toch die Hollanders.'

Afbeeldingen: persfoto vrijggeven door Tennet (origineel hier) waarop Borssele Alpha staat. Het lijkt een boorplatform, maar in feite is het een hele grote, dubbele 66/220 kV-trafo. Onder: BSA op de netkaart. Wie de interactieve versie bekijkt ziet dat er al veel meer van zulke platforms zijn, maar nog niemand deed eerder 220/66 kV op zee.