14 oktober 2021 ∙ Elia heeft ze al: dwarsregeltrafo's om problemen met doortransport te voorkomen in het Belgische 150 kV-net. In Nederland, waar 150 kV is verdeeld in circa tien deelnetten, leek zoiets nauwelijks nodig. Maar inmiddels heeft ook Tennet plannen voor (meer) dwarsregeling op het 150 kV-niveau.

Congestie, curtailment, knelpunten, krapte op het net… well, that escalated quickly. Wanneer we op congestiekaarten kijken (die zijn er inmiddels in soorten en maten) zien we dat Nederland in een verontrustend tempo rood kleurt. Er is toenemend vraag is naar transportcapaciteit door elektrificatie (inductiekoken, warmtepompen en datacenters) maar er is ook meer aanbod door decentrale opwek met zon en wind. Het betekent telkens dat meer transportruimte nodig is. Bij laag- en middenspanning is dat vaak een kwestie van het netwerk verzwaren: dikkere draden, 20 kV introduceren, grotere koppeltrafo's of gewoon meer draden ernaast leggen. Bij hoogspanning is het capaciteitsvraagstuk ingewikkelder. In deze netten is transportruimte meer dan alleen een kwestie van draaddikte. Het hangt ook af van hoe de verbindingen precies lopen en waar de historisch gegroeide knooppunten in het netwerk zitten.

Even opfrissen uit de St(r)oomcursus. Het elektriciteitsnet bestaat uit een handvol niveaus of netvlakken (10 kV, 50 kV, etc.) die als hiërarchische lagen over elkaar heen liggen. Ze zijn aan elkaar verbonden met transformators. Een net of netvlak bestaat uit meerdere deelnetten die op dezelfde spanning worden bedreven en die een eindige geografisch omvang hebben, zoals een stad of een provinciedeel. Deze deelnetten van hetzelfde hiërarchisch niveau lijken sterk op elkaar en ze vullen schouder aan schouder de netkaart op, waar ze samen een netvlak vormen. Deelnetten zitten ieder voor zich vast aan een groter bovenliggend net dat een stap hoger in hiërarchie is. Zo is ieder netvlak een koppelend net voor het netvlak er pal onder, maar het is juist zelf een deelnet als je het bekijkt vanuit het netvlak dat er pal boven ligt.

Twee deelnetten die gelijk staan in hiërarchie en die dezelfde spanning voeren kan je rechtstreeks aan elkaar verbinden zodat er een groter deelnet met twee of meer koppelpunten met het bovenliggende net ontstaat. Er is helaas wel een probleem als je meer koppelpunten hebt, want dan ontstaat er een sluipweg voor vermogen dat eigenlijk in het koppelende net moet blijven. Dit wordt in jargon doortransport genoemd. Het gaat dan al gauw over aanzienlijke vermogens die fysiek ruimte opeisen in het net van lagere orde. Ruimte die niet meer kan worden gebruikt voor decentrale opwek of voor extra verbruikers. Het net toch weer opdelen in twee of meer kleinere deelnetten kan dit oplossen, maar er zijn gevallen waarbij dat moeilijk is. En nu komen we bij wat Elia in België al langer bemerkt en wat nu ook in Nederland een factor wordt: wat als je om technische redenen een net niet kán opknippen terwijl er toch overbelasting door doortransport ontstaat?

Lange tijd was Utrecht een netstrategisch zorgenkind. Maar sinds het opleveren van Breukelen 380/150 kV is de situatie verbeterd en hoeft de Centrale Lageweide niet meer verplicht te draaien als een van de drie inkomende 150 kV-lijnen in onderhoud is. Breukelen vormde een nieuw koppelpunt met de 380, en opeens werd doortransport mogelijk dwars door het 150 kV-net heen tussen Dodewaard, lelystad en Breukelen. En zo werd het ene probleem uitgeruild voor een ander. Utrecht is momenteel deel van het FGU-net, een groot 150 kV deelnet dat met vier koppelpunten onder de 380 hangt (Dodewaard, Doetinchem, Lelystad en Breukelen). Al jaren hing het in de lucht dat het FGU-net opgeknipt zou worden in kleinere deelnetten, zie ons artikel van 04 september. Utrecht blijft echter via Dodewaard, Breukelen en Lelystad gekoppeld. Dat kon niet anders, want door de historisch gegroeide vorm van het net zou het verbreken van de verbinding naar Dodewaard of naar Lelystad een te grote storingsgevoeligheid opleveren voor Almere, Amersfoort en Utrecht zelf. En het nieuwe station Breukelen was er natuurlijk ook niet voor niets neergezet, dus om die er meteen weer af te gooien… Kortom, met het stijgen van de vermogensstromen door het net en het zwaarder belasten van 380 kV, ontstond er in de regio Utrecht steeds meer krapte op het 150 kV-net terwijl een nieuwe netopening of het verdelen in twee kleinere 150 kV-deelnetten niet praktisch is.

Wat nu? We kunnen dus de sluipweg niet dichtzetten, maar net zoals bij verkeer kunnen we de sluipweg wel zo onaantrekkelijk mogelijk maken. En dat is wat een dwarsregeltrafo doet.

Vermogen op een wisselstroomnet volgt bij voorkeur de weg van de minste weerstand. Als je dus de weerstand, of met een net woord impedantie van een bepaalde verbinding een beetje kan aanpassen, kan je alsnog het vermogen voor een deel via een andere route sturen. Dat wordt gedaan met speciale transformators, dwarsregelaars of phase shifters geheten. Dat is een trafo die (speciale uitzonderingen daargelaten) niet echt transformeert: de primaire en secundaire zijde hebben dus dezelfde spanning. Hij kan dan binnen hetzelfde netvlak worden geplaatst. Maar wat hij wel kan is een beetje spelen met de piek in de spanning en de stroomsterkte op iedere fasedraad, en daarmee de impedantie van een aangesloten verbinding op verzoek iets verhogen zodat deze onaantrekkelijker raakt voor sluipverkeer. Daardoor krijgt een overbelaste verbinding minder vermogen voor zijn kiezen en loopt er juist meer vermogen via andere routes, of blijft het voor een groter deel in een hoger netvlak zitten bij gebrek aan een vlotte sluipweg. In Utrecht is dit een geschikte oplossing om toe te passen op trafostation Lageweide.

We waren bij HoogspanningsNet in de veronderstelling dat het een 150 kV-primeur was in Nederland. Dat blijkt niet helemaal het geval te zijn, er is in het verleden dwarsregeling in Delft geweest en vandaag is er dwarsregeling op Europoort en in Leiden. Een tip in onze mail en een summier zinnetje in een oud KCD uit 2013 dwingt ons ertoe terug te krabbelen en de oplettende lezer(s) te danken voor de correctie.

Dwarsregeling is de normaalste gang van zaken in het ENTSO-E koppelnet (Europa, 380/400 kV) om zogeheten loop flows te bevechten die over duizenden kilometers dwars over het hele continent lopen en kostbare ruimte bezetten. Netbeheerders zetten zulke trafo's graag aan de randen van hun concessiegebied. Maar intern in het regionale net zien we het zelden. Elia in België doet niet aan deelnetten in het 150 kV-netvlak en daar is men bezig dwarsregeling toe te passen om grote vermogensstromen tussen oost en west te dwingen vooral in de 380 te blijven. In Chièvres is er al een 150 kV dwarsregeltrafo in dienst en er komen elders nog een paar bij. Na de twee situaties op Europoort en Leiden, zie de correctie hierboven genoemd, gaat ook het FGU-net nu aan dwarsregeling geloven om op Lageweide de interne 150 kV sluipweg tussen Breukelen enerzijds en Lelystad/Dodewaard anderzijds minder aantrekkelijk te maken.

Het is geen toverstaf om krapte mee op te lossen, want je kan maar in beperkte mate spelen met fasehoekverdraaiing. Een vervanger voor netverzwaringen is het ook niet. Maar wat het wel is, is een no-regret methode om het bestaande net efficiënter te kunnen gebruiken zonder dat de storingsgevoeligheid omhoog gaat. De kans is groot dat we dwarsregeling over een tijdje ook in het 110 kV-net gaan zien, want er zijn meer plekken waar dwarsregeltrafo's kostbare tijd voor ons kunnen kopen. Tijd die nodig is om daadwerkelijke, fysieke veranderingen en verzwaringen te kunnen realiseren. 

Afbeeldingen: zware dwarsregeltrafo op Zandvliet, in het 380 kV-net. Midden: Utrecht is nu ook oranje op de capaciteitskaart van Netbeheer Nederland. Onder: hoe krap is het op het net? En wat gebeurt er als een verbinding wegvalt of als ik de weerstand van een verbinding verhoog? Ontdek het zelf met de Tennet Powerflow Simulator en word een echte zolderkamernetstrateeg. Wij bij HoogspanningsNet hebben het koppelnet van Nederland al kant en klaar voor je gebouwd in de simulator, je hoeft het alleen nog maar in te laden en stuk te mak.. eh, er lekker mee te stoeien om van te leren.